不同施肥处理对金钗石斛光合特性的影响

郑治洪，邵先强，邱志龙，黎启高，刘剑东

（1.贵州省农作物品种资源研究所，贵阳 550006；2.德江县科学技术服务中心，贵州 德江 565200；3.贵州省亚热带作物研究所，贵州 兴义 562400）

金钗石斛（DendrobiumnobileLindl）是兰科多年生附生草本植物，为中国传统名贵中药，生长极为缓慢，对环境条件的需求较高，为国家二级保护的珍稀名贵中药材［1，2］。目前国内针对石斛光合特性及光合作用对环境条件需求的研究较为鲜见。本试验测定并分析金钗石斛光合特性的有关参数，了解金钗石斛的光合特性，以期为金钗石斛高效经济的人工种植提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为贵州省赤水市金钗石斛。选取生长健壮、无病虫害、长势均一的金钗石斛作为试验材料。采收的试验材料种植在长70 cm、宽45 cm、高20 cm的塑料盆中，且置于温室内保存，每周施用1次全Hoagland营养液，不作遮阴处理。所有试验各项指标测定均选取完整、无损、无病虫害并完全展开的功能叶。

尿素（N 46%），由贵州赤天化股份有限公司生产；磷酸二氢钾（KH2PO4，P2O552%，K2O 35%），由武汉南轻科技发展有限公司生产；硫酸钾（K2SO4，K2O 52%），由安徽省司尔特肥业股份有限公司生产。

1.2 方法

1.2.1 金钗石斛光合作用日动态变化研究 随机选取20根长势基本一致的金钗石斛茎条，选择茎条中上部无遮盖的一片功能叶，用记号笔标记（记为1、2、3、4，…，20），作为光合作用日变化研究的测定材料。

本试验选择晴天8：00—18：00进行。采用Li-6400型便携式光合作用测定系统（Li-Cor，USA）进行金钗石斛光合作用日变化的测定，在自然光照条件下，使用2 cm×3 cm透明叶室进行测定，每1 h测定1次。仪器同时记录植物净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Cond）、胞间CO2浓度（Ci）、叶片温度（TL）、空气相对湿度（RH）和光照强度（PAR）等参数。测出来的相关参数用Microsoft Office Excel 2003、DPS软件进行数据处理并作图分析。

1.2.2 金钗石斛光响应曲线测定 本试验选择晴天9：00—11：00进行，采用Li-6400型便携式光合作用测定系统进行金钗石斛光响应曲线的测定，使用光合仪的内置红蓝光源进行测定，样品室空气流速设为500μmol/s，温度为25℃，空气相对湿度为50%～70%。

1.2.3 试验设计 在金钗石斛预试验处理的基础上，利用单因素和正交试验对金钗石斛进行处理，测定金钗石斛的光合作用日动态变化，主要有净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2等。具体试验设计方法见表1。

表1 不同肥料及其施用量对光合作用影响的正交试验设计 （单位：g）

2 结果与分析

2.1 金钗石斛光合作用日动态变化

2.1.1 净光合速率的日变化 由图1可以看出，施用Hoaglan营养液处理和CK（对照）的净光合速率均较低，表明金钗石斛的光合能力较弱。净光合速率相对最大的时间段为8：00—11：30，相对最弱时间段为中午光照强度最大的时间。从早晨开始随着光照强度的增加净光合速率逐渐增加，在10：00左右出现最大值，之后逐渐降低，在14：00前后光照强度处于饱和点以下净光合速率最低，此后，净光合速率出现回升而后又下降，是由于早晨和傍晚太阳光被折射光照强度减弱，中午太阳光没有被折射光照强度强。由此说明，金钗石斛在早上弱光照强度下光能转换效率处于最佳状态，这与金钗石斛生长习性和生态环境相符，生长在阴凉、高山、湿润的环境中，表现出了阴性植物的固有特性。

图1 施用Hoaglan营养液对金钗石斛净光合速率日变化的影响

2.1.2 蒸腾速率的日变化 由图2可以看出，一天中蒸腾速率日变化表现为早晨和傍晚蒸腾速率最快，中午（14：00前后）蒸腾速率最慢。施用Hoaglan营养液的金钗石斛蒸腾速率变化率在8：00—10：00较10：00—14：00小，说明随着光照强度和温度的增加，蒸腾速率下降，下降速度最快为10：00—14：00，CK蒸腾速率的变化率趋势与施用Hoaglan营养液一致。在11：30前后施用Hoaglan营养液与CK两曲线重合，14：30前后再一次重合，期间CK曲线位于施用Hoaglan营养液曲线上方，这表明Hoaglan营养液有降低金钗石斛蒸腾速率的作用。在16：30前后两曲线又一次重合，这与金钗石斛生理状况有关。

图2 施用Hoaglan营养液对金钗石斛蒸腾速率日变化的影响

2.1.3 气孔导度的日变化 施用Hoaglan营养液一段时间后影响金钗石斛苗的气孔导度，从图3可以看出，施用Hoaglan营养液与CK气孔导度的日变化规律相近。8：00—10：00气孔导度均下降，在中午（12：00—14：00）气孔导度达到午间低谷值，在傍晚（18：00）时又一次达到低谷值［28.5μmol/（m2·s）］。表明施用Hoaglan营养液和CK的条件下，气孔导度的规律基本相似，同时说明气孔导度和蒸腾作用呈正相关的关系。

图3 施用Hoaglan营养液对金钗石斛气孔导度日变化的影响

2.2 施用不同肥料对金钗石斛光合作用的影响

2.2.1 施用不同肥料对金钗石斛净光合速率的影响 从表2可以看出，处理4（A2B1C2）净光合速率最高，平均净光合速率为6.12μmol/（m2·s），处理8（A3B2C1）净光合速率次之，平均净光合速率为5.17 μmol/（m2·s），在所有处理中净光合速率最低的为处理7（A3B1C3），平均净光合速率为4.07μmol/（m2·s），其余处理组合净光合速率变化不大，均为4.10～4.65 μmol/（m2·s）。

表2 各处理间净光合速率的结果统计与差异显著性

由表3可以看出，试验所设计的三因素（尿素、KH2PO4、K2SO4）中，K2SO4对净光合速率的影响最大（F=4.539 0），达显著水平，其次是尿素，而KH2PO4对净光合速率的影响最小，差异不显著。说明在单因素中K2SO4是影响金钗石斛净光合速率的主导因素，影响净光合速率的效果明显。

表3 净光合速率的方差分析

从表2还可以看出，处理4和处理8对金钗石斛净光合速率的影响最大，且处理4与除处理8外的其他处理之间差异达极显著水平。对金钗石斛净光合速率影响最小的是处理1和处理7，两处理之间差异不显著。对净光合速率的多重比较结果得出，在所有处理组合中，对净光合速率影响效果中最优组合为A2B1C2，即尿素施用15 g，KH2PO4施用少量或不施，K2SO4施用25 g，该组合有望成为金钗石斛施肥的最佳方案。

2.2.2 施用不同肥料对金钗石斛蒸腾速率的影响从表4可以看出，尿素、KH2PO4、K2SO4对金钗石斛的蒸腾速率影响均较大，其中，K2SO4对蒸腾速率影响最为明显，达极显著水平，其次为KH2PO4，达极显著水平，影响效果最差的单因素为尿素。由此表明，K2SO4极显著增强了蒸腾速率。

表4 施用不同肥料对金钗石斛蒸腾速率影响的方差分析

从表5可以看出，在所有处理组合中，处理7的蒸腾速率与其他处理之间差异达极显著水平。处理7和处理4对蒸腾速率的影响较大，均值分别达88.90、82.25μmol/（m2·s），对蒸腾速率影响最小的为处理6（A2B3C1），均值为51.83μmol/（m2·s）。就金钗石斛而言，蒸腾速率快不利于植物的生长，所以更有利于金钗石斛生长的组合为A2B3C1，即尿素施用15 g，KH2PO4施用20 g，K2SO4不施或少施，能有效降低蒸腾速率。

表5 各处理间蒸腾速率的差异显著性

2.2.3 施用不同肥料对金钗石斛气孔导度的影响从表6可以看出，施用尿素、KH2PO4、K2SO4对金钗石斛的气孔导度均有极显著的影响，以施用尿素影响最为明显，其次为KH2PO4，影响最小的为K2SO4，三因素整体对金钗石斛气孔导度的影响差异性不大。

表6 施用不同肥料对金钗石斛气孔导度影响的方差分析

光合速率的快慢与金钗石斛气孔导度呈正相关，当气孔导度增大时，金钗石斛的光合速率相应增大；当气孔导度减小时，会引起气孔关闭，影响光合速率，所以，气孔导度对金钗石斛是一个重要的指标。同时，通过施用不同的肥料改善其气孔导度有着重要的意义。由表7可以看出，改善金钗石斛气孔导度效果最好的为处理2，与除处理9外的其他处理之间差异达极显著水平，处理2和处理9对金钗石斛气孔导度有促进作用，其均值分别为65.29、62.19μmol/（m2·s）。对改善金钗石斛气孔导度效果较差的为处理5和处理1，均值分别为36.57、43.15μmol/（m2·s）。因此，对改善金钗石斛气孔导度来说，效果最好的为组合A1B2C2，即不施用尿素或少施用，KH2PO4施用10 g，K2SO4施用25 g。

表7 各处理间气孔导度的差异显著性

2.3 光合速率对光照强度的响应曲线

不同施肥处理金钗石斛光合作用光照强度的响应结果如图4所示，金钗石斛的光照补偿点较低，所有处理都在50μmol/（m2·s）以下。施用Hoaglan营养液、尿素、KH2PO4、K2SO4显著影响金钗石斛的净光合速率，当光合有效辐射增大时，净光合速率随之增加。光合有效辐射为0～200μmol/（m2·s）时，不同施肥处理的金钗石斛净光合速率均随光合有效辐射增大而快速递增，而光合有效辐射继续增加时净光合速率增加趋势逐渐减缓。施用Hoaglan营养液处理的金钗石斛与其他单质肥料处理的金钗石斛净光合速率相近，不同的是光合有效辐射达500μmol/（m2·s）左右时施用Hoaglan营养液处理的净光合速率才最大。光合有效辐射大于500μmol/（m2·s）时，所有处理光合速率均下降，表现出光抑制现象。

图4 不同施肥处理下净光合速率对光照强度的响应

3 小结与讨论

3.1 小结

植物的光合作用是一个复杂的过程，通过对金钗石斛光合特性的研究，对解决金钗石斛光照条件具有重要意义。植物的光合作用除与光照强度、环境因素、叶绿素含量等有关外，还与植物叶片的厚度、空气湿度、叶片成熟度、土壤含水情况等因素有关，对生存环境条件也有特殊要求。在石斛属光合特性研究中，多以研究不同石斛之间光合特性区别为主，而研究不同施肥处理对金钗石斛光合特性影响的报道不多［3-13］。为此，本试验主要探究不同施肥处理对金钗石斛光合特性的影响，为今后的研究提供理论参考依据，主要得出以下结论。

1）对施用Hoaglan营养液和不施用Hoaglan营养液的净光合速率日变化进行对比发现，施用Hoaglan营养液能有效改善金钗石斛的净光合速率。同时，通过曲线的整体走势得出，金钗石斛在早上弱光照强度下，光能转换效率处于最佳状态，这结论与金钗石斛生长习性和生态环境相符，表现出喜阴植物的特性。

2）对施用Hoaglan营养液和不施用Hoaglan营养液的蒸腾速率日变化比较得出，施用Hoaglan营养液在早晨弱光照条件下金钗石斛的蒸腾速率略大于不施用Hoaglan营养液；在中午光照强度最大时其蒸腾速率度小，说明施用Hoaglan营养液可以调节生理机制，进而抑制蒸腾速率。

3）气孔导度日变化与蒸腾速率日变化有直接关系，当施用Hoaglan营养液时，在早晨和下午的弱光条件下比不施用Hoaglan营养液金钗石斛的气孔导度大，同时与蒸腾速率日变化表现正相关。

4）在不同的施肥措施中，通过测定净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等因子得出，所有因子中钾肥（K2SO4）对净光合速率、蒸腾速率影响较大，均达显著水平，而影响气孔导度的是氮肥，即尿素。

长期使用氮肥可引起土壤酸化，促进有机质、氮、磷、钾的增加，显著提高金钗石斛的营养供应，对金钗石斛的产量有促进作用，能提高叶绿素含量［14］。但是氮过量会导致严重的光合功能损伤，导致植物生长后期光能的抑制，致使减产，所以在一定程度上要合理施用氮肥。长期施用磷肥可显著增加土壤中有效磷含量，叶绿素含量显著增加［15］，在金钗石斛的光合过程中能有效改善植物的喜阴性，增强金钗石斛对弱光的利用率，尤其表现在植物电子传递链和电子受体传递方面。长期施用钾肥可显著提高土壤全钾、速效钾含量，改善叶片气孔调节能力，略提高强光利用效率，但也会引起生育后期生理活性降低［16-18］，所以要科学施用钾肥。

3.2 讨论

光合作用是植物将光能转化为化学能储存能量的过程，对植物的生命过程起着重要的作用，是植物体第一生命线，光合作用为地球上的生命活动提供物质和能量。光是植物进行光合作用过程的动力源，在叶绿素的形成过程中是不可缺少的条件，在植物的生命过程中起调节光合酶的活性、气孔的开度等重要作用，所以对光合速率的影响至关重要。因此，研究植物的光合特性是检验植物光合作用器官和光合能力的重要参数之一，影响光合特性的因素主要有净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等。了解其光合特性之间的关系，对植物在不同环境条件下的光合机制有重要意义。

植物光合作用的光响应曲线是通过描述光量子通量密度与植物净光合速率之间的关系，反映光合速率随光照强度的变化特性，它的测定对判定植物的光合能力有重要用［4，5，13，17，18］。在光合作用过程中光对植物的影响是一个复杂的过程，因此，在现有的基础上，衍生出了光合作用的响应曲线，用以研究不同光照强度对植物叶片气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率的影响，分析植物在光照强度变化下，气孔对水分、二氧化碳转运能力的响应［6，10，14，19］。本研究结果表明，金钗石斛在光合作用的过程中随着光照强度的增加，不同施肥处理间叶片的气孔导度、净光合速率、蒸腾速率等也增加，当光照强度达到一定值时，光合速率、气孔导度不再增加，反而下降，说明金钗石斛受到光抑制的现象，这也表明了金钗石斛是一种阴性植物的特性。在金钗石斛光合特性的研究过程中还有很多领域尚未涉及，有待进一步深入研究。