磷肥类型及施用量对烤烟光合特性的影响

门思润， 朱列书， 彭 妙

(湖南农业大学，湖南长沙 410128)

磷是继氮之后影响植物生长的第2位大量元素，在植物中占干质量总量的0.05%～0.30%[1]。烟叶是烟株的营养器官及经济器官，烟株产量的形成与烟叶对光能的利用效率紧密相关。磷素与烟草叶片光合作用的各个环节都联系紧密。光合作用的基础是叶绿体，叶绿体由被膜、基质和类囊体3个部分组成，而磷脂是构成叶绿体被膜与类囊体膜的主要成分。NADP+氧化型辅酶是光合作用中的递氢体和递电子体，在物质和能量转化中起重要作用。而磷作为NADP+、磷脂的组成成分，参与光合作用各阶段的物质转化与能量传递[2]。光合作用剧烈程度受RuBP羧化酶再生能力和活性的影响，而适宜的磷酸(Pi)浓度是RuBP羧化酶合成的必要条件之一[3]。资料显示，缺磷条件下，类囊体膜上ATP合成酶活性降低，叶绿体同化力形成受到影响，从而影响磷酸丙糖含量及RuBP激酶的活性，阻碍RuBP的再生，使同化产物的运输能力降低[4-6]。叶绿体每同化3分子CO2即同化1分子Pi，因此，间质中Pi含量随着光反应的进行不断下降，Pi浓度不足，光合作用将无法正常进行[7]。因此，磷与烟株光合作用密切相关。周开勇等研究表明，缺磷条件下，烟草光呼吸将增强。严重缺磷下，光呼吸/光合作用甚至高达1.4左右[8-9]。施磷能在一定程度上抑制光呼吸，同时促使叶片从外界吸取较多的磷以满足及增强光合作用。

SPAD值是用来衡量一株植物叶绿素相对含量的参数。SPAD值与植物叶绿素含量相关，通过测量植物叶片的SPAD值变化，得出叶绿素含量的变化趋势。SPAD值常常用来判定叶色，研究作物产量、品质，指导施肥[10]。研究表明，磷肥的施用对植株叶绿素含量的提高有很大的促进作用， 在一定

范围内，叶片的叶绿素含量与光合速率呈正相关关系[11-14]。之前关于磷对烟草光合作用影响的研究多集中在光呼吸和光合作用同化产物及分配方面，关于磷肥对烟草SPAD值及其他光合特性影响的研究不多。本试验通过测定植物叶绿素相对含量，研究叶绿素相对含量与磷肥施肥种类及用量水平之间的关系。同时，结合净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)等光合特性参数，根据烟草不同生育期生长特点，探索磷肥类型和施用量的最佳组合。

1 材料与方法

1.1 试验材料

田间试验于2015年12月至2016年7月在湖南农业大学中南烟草基地进行。试验田块为黏壤土，试验地地势平坦，土壤肥力均匀，排灌条件较好，种植前茬作物为水稻，试验地土壤基本理化性状如表1。供试品种为湖南省自育烤烟品种湘烟5号。

表1 供试土壤基本理化性状

1.2 试验设计及方法

采用双因素随机区组试验，A因素为磷肥类型，包括4种磷肥类型，分别为A1(过磷酸钙)、A2(磷酸一铵)、A3(钙镁磷肥)、A4[混合磷肥(50%过磷酸钙+50%钙镁磷)]。B因素为磷肥浓度，包括3个磷肥浓度，分别为B1(72 kg/hm2)、B2(108 kg/hm2)、B3(144 kg/hm2)，即N ∶P ∶K比例分别为B1(1.0 ∶0.6 ∶2.2)、B2(1.0 ∶0.9 ∶2.2)、B3(1.0 ∶1.2 ∶2.2)。对照CK为不施磷处理。共13个处理，2次重复，共26个小区，采用双因素随机区组排列，每小区种植烟株60株。所有试验材料于2015年12月播种，2016年4月移栽。基追肥按6 ∶4施用，其中磷肥全部用作基肥。氮肥为硝酸铵与硫酸铵，施氮量为120 kg/hm2，选用硝酸钾与农用硫酸钾作为钾肥，施钾量为264 kg/hm2。田间具体栽培管理措施参照当地优质烟叶生产技术标准。

1.3 测定内容及方法

在团棵期(移栽30 d)、旺长期(移栽60 d)、成熟期(移栽90 d)，采用便携式叶绿素测定SPAD仪测定烟株SPAD值，每个处理随机选取5株生长正常的烟株，每株分别测量从最上边数第4张(代表上部叶)、第9张(代表下部叶)，每张烟叶测定基部、中部和顶部的相对叶绿素含量(SPAD值)，求平均值。在晴朗天气的中午，采用美国产Li-6400便携式光合系统测量仪测定光合作用各项指标，包括净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)。

1.4 数据处理

所有数据分析、作图用Excel 2003和SPSS 19.0软件完成。

2 结果与分析

2.1 烟株叶绿素相对含量

由表2可知，随着生育期的推进，SPAD值总体变化趋势为先逐渐升高后急剧降低。团棵期时，SPAD值在36.3～42.3，均高于对照组均值(34.0)，其中A1B3最大，A4B1最低且任意磷肥浓度处理下的SPAD值均表现为A1>A3>A2>A4。进入旺长期后，SPAD值达到最高峰。团稞期和旺长期时，在任意磷肥浓度下施用过磷酸钙后的SPAD值明显优于其他组；进入成熟期后，各组SPAD值迅速下降，其中施用过磷酸钙组在各浓度条件下的SPAD值均低于其他磷肥组。成熟期，各组SPAD值迅速下降，含量大体表现为A2>A3>A4>A1。这是由于随着叶片成熟，烟叶内叶绿素迅速分解，含量随之减少。同时，施磷组的SPAD值明显低于不施磷的对照组均值(26.8)。A1组下降幅度最大，组内不同浓度间分别下降22.7、23.6、26.1，说明A1组处理内烟株成熟速度最快。

表2 不同处理对烟株SPAD值影响

注：移栽后30、60、90 d的CK的SPAD值分别为34.0、37.4、26.8。

磷肥类型一致时，团棵期A1、A4组内SPAD值随着施磷量增加而上升，A2、A3组呈现“B2>B3>B1”的规律；旺长期各组内均表现为高磷大于低磷；成熟期A1、A4组表现为B1>B3>B2，A2、A3组表现为B1>B2>B3。说明适当增加磷肥用量，可加速叶绿素的分解，促使烟叶成熟。

2.2 烟株光合特性参数

2.2.1 烟株叶片净光合速率 由表3可知，随着烟株生育期的推进，净光合速率呈逐渐下降的趋势。从团棵期进入旺长期净光合速率仅略微下降，进入成熟期降低幅度加大，这与SPAD值变化有较小差异。相同适宜磷浓度条件下，团棵期与旺长期均为A4>A1>A3>A2，组间差异明显；成熟期大体为A1>A4>A3>A2。总体而言，A1和A4组内的净光合速率较高，烟株在施用这2种磷肥时光合积累最多。

表3 不同处理对烟株叶片净光合速率的影响

注：移栽后30、60、90 d CK的净光合速率分别为18.04、16.23、10.56 μmol/(m2·s)。

同一磷肥类型条件下，团棵期(除A4组外)不同浓度间净光合速率均为B2>B3>B1。旺长期时，A1、A2、A3磷浓度和Pn关系与前期表现一致，说明A1、A2、A3组在B2浓度下光合积累能力最强。团棵期和旺长期时，A4组则随着施磷量增加，烟叶光合积累能力逐渐上升，在B3时最高；进入成熟期后，A4组随磷浓度增加也表现出先增后减的趋势，在B2时最高。说明随着烟叶的成熟，烟叶内含物逐渐被分解，叶绿素含量急剧下降，烟叶净光合速率随之下降，但浓度间下降差异不明显。

2.2.2 烟株叶片蒸腾速率 由表4可知，各处理间蒸腾速率(Tr)均呈现先升高后降低的规律。团棵期，高磷Tr大于低磷，中磷最佳，其中A4组平均值最高，为 4.93 mmol/(m2·s)，A2组平均值最低，为 3.83 mmol/(m2·s)。进入旺长期后，烟株对矿物质需求加大，加之试验地气温明显升高，烟株为避免高温灼伤，蒸腾作用加强，其中施用过磷酸钙的A1组烟叶长势好，开片快，Tr较高，平均值为9.03 mmol/(m2·s)，施用钙镁磷肥的A3组Tr最高，平均达9.14 mmol/(m2·s)，这可能与此组田间移栽位置有关，A3组种植于试验田最南边，旁边无遮挡物，通风性最好，蒸腾速率高。成熟期由于烟叶新陈代谢速率降低，营养需求减弱，蒸腾速率有所下降，4组成熟期Tr均表现为高磷>中磷>低磷；对照组由于进入成熟期较慢，Tr水平仍较高。总体而言，不同磷肥施用量与蒸腾速率间无明显相关规律，但不同磷肥种类下Tr表现差异明显，其中以施用过磷酸钙和钙镁磷肥Tr最高。

表4 不同处理对烟株叶片蒸腾速率的影响

注：移栽后30、60、90 d的CK的蒸腾速率分别为3.04、6.21、5.87 mmol/(m2·s)。

2.2.3 烟株叶片气孔导度 由表5可知，气孔导度在各生育期变化不大，略微呈现先升高后降低的规律。团棵期Gs略小，可能是因为此时叶龄较低，开片未完全，气孔打开程度受限，各组内随施磷量增加，气孔导度逐渐提高，说明前期足量的磷营养有利于烟叶气孔的打开。进入旺长期后，各处理Gs明显上升，有利于充分吸收养分，加强光合产物的同化；同时在同一施磷量下，A2组气孔导度远低于其他组，说明磷酸一铵在各生育期中对气孔导度的影响较小。成熟期后，尽管光合速率有所降低，但由于成熟阶段外界气温过高，蒸腾作用仍处于较高水平，对CO2的吸收维持在相似水平，以致气孔导度较旺长期下降不明显。A3组由于种植位置优势，旺长期后Gs均维持在较高水平。总体而言，不同磷肥类型Gs表现为A4>A1>A3>A2。磷肥类型相同时，随着施磷量增加，气孔导度有所提高。

表5 不同处理对烟株叶片气孔导度的影响

注：移栽后30、60、90 d CK的气孔导度分别为0.19、0.27、0.25 mol/(m2·s)。

2.2.4 烟株叶片胞间CO2浓度 由表6可知，团棵期不同磷肥类型间Ci表现出随施磷量增加而增加的趋势。旺长期与团棵期类似，在中磷条件下，A1、A3组Ci值较大。进入成熟期后，Ci值均大幅下降。

团棵期A1、A2、A3组Ci值随施磷量增加而上升，A4组先增后降，在B2时Ci值最大。旺长期Ci值处于266.28～412.52 μL/L，最高/最低达1.55倍；除A2B3外，其余所有处理较团棵期均有所升高；A1、A3组内变化规律和团棵期一致，而A2组B1最高，B3最低，A4组B1最高，B2最低。说明当用过磷酸钙和钙镁磷作磷肥来源时，提高施磷量有利于增加烟叶Ci值，增强光合能力。进入成熟期Ci值均有所下降，但中磷处理下降幅度相对较小。说明适宜的磷肥用量能延缓成熟期烟叶Ci值的降低，保证光合底物的提供。

表6 不同处理对烟株叶片胞间CO2浓度的影响

注：移栽后30、60、90 d CK的胞间CO2浓度分别为240.24、274.11、201.69 μL/L。

3 讨论

3.1 施磷对烤烟叶绿素相对含量的影响

烤烟叶绿素参与烟株光合作用，将太阳能转化成化学能贮藏在有机化合物中，其SPDA值能在一定程度上反映烟叶进行光合能力。试验中叶绿素含量变化呈单峰曲线，旺长期达到最大值，成熟期迅速降低，这与烟株生长状况是一致的。高守疆等根据烟草叶片缺磷时光呼吸大大增强以及其他试验结果发现，光呼吸有回补叶绿体进行光合作用所需的磷的作用[15]，此理论在本研究中得到证实。陈国林在水稻研究中也存在类似结论，各磷肥类型中均为高磷>低磷，说明低磷下叶片光合作用减弱[16]。生长早期施用过磷酸钙，SPAD值较高，成熟期较低，这在一定程度上反映了施用该种磷肥有利于烟株正常落黄。而施用磷酸二铵时，旺长期之前叶绿素含量较低，后期相对较高，是因为此组烟株补施过量钾肥，贪青现象严重，进入成熟期较晚。

3.2 施磷对烤烟光合特性指标的影响

试验结果显示，净光合速率在移栽后30 d达最大值，此后逐渐下降。这可能与烟株前期生长降水充足、肥料见效快导致前期光合产物积累迅速有关。除施用混合磷肥外，其余各组均为中磷>高磷>低磷，与郭东海之前关于磷胁迫对烤烟生长影响结论[17]一致。施用磷酸一铵组生长后期感染花叶病毒，发病率高，使得成熟期组内各光合参数明显偏低。Crafts-Brandner等关于磷营养对于光合作用的影响研究指出，普通烟草栽培种G28和KY14叶片光合强度随磷水平的提高而提高[18]。随着烟叶的成熟，烟叶内含物逐渐被分解，叶绿素含量急剧降低，烟叶净光合速率等指标随之下降。当施磷水平一定时，各处理表现出随生育期推进，烟叶光合作用先增强后减弱，这与崔志燕等对施磷水平对烟叶光合特性影响的试验结论[19]基本一致。说明在适宜范围内施磷肥，可显著增强烟叶光合性能。与此结论相似，本试验中所有肥料类型中高磷处理光合强度均大于低磷。施用钙镁磷肥叶片的蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度均明显高于其他磷肥类型，且各参数随施磷量的增加而增加。

4 结论

研究表明，湘烟5号在类似本试验土壤环境条件下，随着生育期的推进，SPAD值、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)总体呈现出先逐渐升高后急剧降低的趋势，其中气孔导度变化差异小。团稞期和旺长期时，在任意磷肥浓度下施用过磷酸钙后的SPAD值明显优于其他组；进入成熟期后，各组SPAD值迅速下降，其中施用过磷酸钙组在各浓度条件下的SPAD值均低于其他磷肥组。随烟株生育期的推进，各磷肥类型组的净光合速率在任意浓度条件下均呈现出逐渐下降趋势，进入成熟期后下降尤为明显。施用混合磷肥有利于提高净光合速率，在适磷量时达到最高。不同磷肥施用量与蒸腾速率间无明显相关规律，但不同磷肥种类下蒸腾速率差异明显，其中以施用过磷酸钙和钙镁磷肥Tr最高。磷酸一铵在各生育期中对气孔导度的影响较小；磷肥类型相同时，随着施磷量增加，气孔导度有所提高。不同磷肥类型间，胞间CO2浓度表现出随施磷量增加而增加的趋势，当用过磷酸钙和钙镁磷肥作磷肥来源时，提高施磷量有利于增加烟叶Ci值，增强光合能力。

综上所述，种植时以施用过磷酸钙108 kg/hm2、50%过磷酸钙+50%钙镁磷肥(108～144 kg/hm2)对提高烟叶质量效果最佳，有利于提高烟叶的光合强度，加速光合同化产物的积累。

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