亚热带红壤区土壤氮添加对杂交构树 光合作用的影响

刘铭; 王景升

doi:10.7523/j.ucas.2021.0018

中国科学院大学学报 >

2022 , Vol. 39 >Issue 6: 732 - 741

DOI: https://doi.org/10.7523/j.ucas.2021.0018

环境科学与地理学

亚热带红壤区土壤氮添加对杂交构树光合作用的影响

刘铭 ,
王景升

展开

1. 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院生态系统网络观测与模拟重点实验室, 北京 100101;
2. 中国科学院江西产业技术创新与育成中心, 南昌;
3. 中国科学院大学, 北京 100049

收稿日期: 2021-03-05

修回日期: 2021-05-06

网络出版日期: 2021-05-06

基金资助

中国科学院科技服务网络计划(STS计划)区域重点项目(KFJ-STS-QYZD-119)资助

收起

Effects of soil nitrogen addition on photosynthesis of hybrid Broussonetia papyrifera in subtropical red soil area

LIU Ming ,
WANG Jingsheng

Expand

1. CAS Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;
2. CAS Jiangxi Innovation and Incubation Center, Nanchang;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received date: 2021-03-05

Revised date: 2021-05-06

Online published: 2021-05-06

Fold

摘要

土壤含氮量和光照条件是影响植物光合作用的重要因子。为了定量化亚热带红壤区杂交构树光合作用和光响应与土壤氮添加量的关系，采用Li-6400光合测定仪等设备，测定中国科学院江西省千烟洲试验站土壤氮添加量梯度条件下的杂交构树光合过程，并利用修正直角双曲线模型对净光合速率的光响应曲线进行拟合。结果表明：杂交构树光补偿点和光饱和点分别为24.2和1 147.6 μmol·m^-2·s^-1，有较强的光环境适应能力，在800~1 200 μmol·m^-2·s^-1的光照强度下，杂交构树均能保持较高的光合效率；添加含氮46%的尿素22.5 kg/ha，可促使杂交构树叶片中叶绿素相对含量增加12.8%，净光合速率提升66.8%；土壤氮素添加能明显改变最大光化学效率、实际光化学效率、表观光合电子传递速率等叶绿素荧光参数，但对光化学猝灭参数和非光化学猝灭参数无显著影响。

关键词： 杂交构树; 光响应曲线; 气体交换参数; 叶绿素荧光参数; 叶绿素相对含量

本文引用格式

刘铭 , 王景升 . 亚热带红壤区土壤氮添加对杂交构树光合作用的影响[J]. 中国科学院大学学报, 2022 , 39(6) : 732 -741 . DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0018

Abstract

Soil nitrogen content and light conditions are important factors affecting plant photosynthesis. In order to quantify the relationship of soil nitrogen addition with photosynthesis and light response of hybrid Broussonetia papyrifera in subtropical red soil area, Li-6400 photosynthesis tester and other equipment were used to determine the photosynthetic process of hybrid Broussonetia papyrifera under the condition of soil nitrogen addition gradient at Qianyanzhou Experimental Station of Jiangxi Province, Chinese Academy of Sciences, and the light response curve of net photosynthetic rate was fitted by using the modified right-angle hyperbolic model. The results showed that: The light compensation point and light saturation point of hybrid Broussonetia papyrifera were 24.2 and 1 147.6 μmol·m^-2·s^-1, respectively, with strong adaptability to light environment. Hybrid Broussonetia papyrifera could maintain high photosynthetic efficiency at the light intensity of 800-1 200 μmol·m^-2·s^-1. Besides, adding 22.5 kg/ha of urea containing 46% nitrogen could increase the relative content of chlorophyll in hybrid Broussonetia papyrifera leaves by 12.8%, net photosynthetic rate by 66.8%. Soil nitrogen addition could significantly change chlorophyll fluorescence parameters such as maximum photochemical efficiency, actual photochemical efficiency, and apparent photosynthetic electron transfer rate, but it had no significant effect on photochemical quenching parameters and non-photochemical quenching parameters.

Key words： hybrid Broussonetia papyrifera; light response curve; gas exchange parameters; chlorophyll fluorescence parameters; relative chlorophyll content

参考文献

[1] 许大全. 回忆光合作用研究五十年[J]. 植物生理学报, 2016, 52(11): 1593-1608.DOI：10.13592/j.cnki.ppj.2016.1004.
[2] Flexas J, Bota J, Loreto F, et al. Diffusive and metabolic limitations to photosynthesis under drought and salinity in C(3) plants[J]. Plant Biology, 2004, 6(3): 269-279.DOI:10.1055/s-2004-820867.
[3] Grassi G, Magnani F. Stomatal, mesophyll conductance and biochemical limitations to photosynthesis as affected by drought and leaf ontogeny in ash and oak trees[J]. Plant, Cell & Environment, 2005, 28(7): 834-849.DOI:10.1111/j.1365-3040.2005.01333.x.
[4] 黄丹, 杨富文, 刘琳, 等. 氮及氮素形态对烤烟叶片叶绿素光合荧光参数的影响[J]. 作物杂志, 2021(1): 150-159.DOI:10.16035/j.issn.1001-7283.2021.01.021.
[5] 鞠正春, 于振文. 追施氮肥时期对冬小麦旗叶叶绿素荧光特性的影响[J]. 应用生态学报, 2006, 17(3): 395-398.
[6] 蒋万. 施氮水平对木薯生长、产量形成及碳、氮代谢的影响研究[D]. 长沙: 湖南农业大学, 2017.
[7] 魏猛, 唐忠厚, 陈晓光, 等. 不同氮素水平对叶菜型甘薯光合作用及生长特性的影响[J]. 江苏农业学报, 2014, 30(1): 87-91.DOI:10.3969/j.issn.1000-4440.2014.01.015.
[8] Baly E C C. The kinetics of photosynthesis[J]. Proceedings of the Royal Society of London Series B: Biological Sciences, 1935, 117(804): 218-239.DOI:10.1098/rspb.1935.0026.
[9] Thornley J H M. Mathematical models in plant physiology[J]. London: Academic Press, 1976: 86-110.
[10] Bassman J H, Zwier J C. Gas exchange characteristics of Populus trichocarpa, Populus deltoides and Populus trichocarpa×P. deltoides clones[J]. Tree Physiology, 1991, 8(2): 145-159.DOI:10.1093/treephys/8.2.145.
[11] 叶子飘, 于强. 一个光合作用光响应新模型与传统模型的比较[J]. 沈阳农业大学学报, 2007, 38(6): 771-775.DOI:10.3969/j.issn.1000-1700.2017.06.001.
[12] 贺正, 刘志, 苗芳芳, 等. 宁夏引黄灌区滴灌玉米4种光响应曲线模型比较[J]. 玉米科学, 2020, 28(1): 124-131.DOI:10.13597/j.cnki.maize.science.20200119.
[13] 陈卫英, 陈真勇, 罗辅燕, 等. 光响应曲线的指数改进模型与常用模型比较[J]. 植物生态学报, 2012, 36(12): 1277-1285.DOI:10.3724/SP.J.1258.2012.01277.
[14] 李威, 刘鹏, 王涛, 等. 2种间作模式对5年生苜蓿产量及光合特性的影响[J]. 安徽农业科学, 2020, 48(13): 37-39.DOI:10.3969/j.issn.0517-6611.2020.13.011.
[15] 张哲, 杨姝, 杜桂娟, 等. 遮阴对三种豆科牧草光合特性和叶绿素荧光参数的影响[J]. 草业学报, 2013, 22(5): 212-219.DOI:10.11686/cyxb20130525.
[16] 郭春燕, 李晋川, 岳建英, 等. 两种高质牧草不同生育期光合生理日变化及光响应特征[J]. 生态学报, 2013, 33(6): 1751-1761.DOI:10.5846/stxb201112081882.
[17] Flexas J, Badger M, Chow W S, et al. Analysis of the relative increase in photosynthetic O₂ uptake when photosynthesis in grapevine leaves is inhibited following low night temperatures and/or water stress[J].Plant Physiology, 1999, 121(2): 675-684.DOI:10.1104/pp.121.2.675.
[18] Flexas J, Escalona J M, Medrano H. Water stress induces different levels of photosynthesis and electron transport rate regulation in grapevines[J]. Plant, Cell & Environment, 1999, 22(1): 39-48.DOI:10.1046/j.1365-3040.1999.00371.x.
[19] 高冠龙, 冯起, 张小由, 等. 植物叶片光合作用的气孔与非气孔限制研究综述[J]. 干旱区研究, 2018, 35(4): 929-937.DOI:10.13866/j.azr.2018.04.22.
[20] 郭书奎, 赵可夫. NaCl胁迫抑制玉米幼苗光合作用的可能机理[J]. 植物生理学报, 2001, 27(6): 461-466.DOI:10.3321/j.issn:1671-3877.2001.06.004.
[21] Tissue D T, Griffin K L, Turnbull M H, et al. Stomatal and non-stomatal limitations to photosynthesis in four tree species in a temperate rainforest dominated by Dacrydium cupressinum in New Zealand[J]. Tree Physiology, 2005, 25(4): 447-456.DOI:10.1093/treephys/25.4.447.
[22] 贺军民, 佘小平, 刘成, 等. 增强UV-B辐射和NaCl复合胁迫下绿豆光合作用的气孔和非气孔限制[J]. 植物生理与分子生物学学报, 2004, 30(1): 53-58.DOI:10.3321/j.issn:1671-3877.2004.01.008.
[23] 张治安, 杨福, 陈展宇, 等. 菰叶片净光合速率日变化及其与环境因子的相互关系[J]. 中国农业科学, 2006, 39(3): 502-509.DOI:10.3321/j.issn:0578-1752.2006.03.010.
[24] 越鹏, 李彩凤, 陈业婷, 等. 氮素水平对甜菜功能叶片光合特性的影响[J]. 核农学报, 2010, 24(5): 1080-1085.
[25] 王秀英. 氮添加对小麦光合特性及产量的影响[J]. 江苏农业科学, 2015, 43(2): 77-81.DOI:10.15889/j.issn.1002-1302.2015.02.022.
[26] Boussadia O, Steppe K, Zgallai H, et al. Effects of nitrogen deficiency on leaf photosynthesis, carbohydrate status and biomass production in two olive cultivars 'Meski’ and 'Koroneiki’[J]. Scientia Horticulturae, 2010, 123(3): 336-342.DOI:10.1016/j.scientia.2009.09.023.
[27] 尹丽, 胡庭兴, 刘永安, 等. 施氮量对麻疯树幼苗生长及叶片光合特性的影响[J]. 生态学报, 2011, 31(17): 4977-4984.
[28] 魏廷邦, 张兆萍, 魏玉杰, 等. 水氮耦合对绿洲灌区蒙古黄芪光合特性的影响[J]. 中药材, 2019, 42(9): 1973-1977.DOI:10.13863/j.issn1001-4454.2019.09.002.
[29] 高彦萍, 冯莹, 马志军, 等. 水分胁迫下不同抗旱类型大豆叶片气孔特性变化研究[J]. 干旱地区农业研究, 2007, 25(2): 77-79.DOI:10.3321/j.issn:1000-7601.2007.02.017.
[30] 王孝威, 段艳红, 曹慧, 等. 水分胁迫对短枝型果树光合作用的非气孔限制[J]. 西北植物学报, 2003, 23(9): 1609-1613.DOI:10.3321/j.issn:1000-4025.2003.09.025.
[31] 罗丹丹, 王传宽, 金鹰. 植物应对干旱胁迫的气孔调节[J]. 应用生态学报, 2019, 30(12): 4333-4343.DOI:10.13287/j.1001-9332.201912.004.
[32] 曹慧, 周磊. 水分胁迫下非气孔因素对葡萄叶片光合作用的影响[J]. 潍坊学院学报, 2007, 7(2): 56-60.DOI:10.3969/j.issn.1671-4288.2007.02.020.
[33] 闫慧, 吴茜, 丁佳, 等. 不同降水及氮添加对浙江古田山4种树木幼苗光合生理生态特征与生物量的影响[J]. 生态学报, 2013, 33(14): 4226-4236.DOI:10.5846/stxb201204050477.
[34] 杨腾, 马履一, 段劼, 等. 氮处理对文冠果幼苗光合、干物质积累和根系生长的影响[J]. 林业科学, 2014, 50(6): 82-89.
[35] 向芬, 李维, 刘红艳, 等. 氮素水平对不同品种茶树光合及叶绿素荧光特性的影响[J]. 西北植物学报, 2018, 38(6): 1138-1145.DOI:10.7606/j.issn.1000-4025.2018.06.1138.
[36] 张东昱, 宋学林, 陈修斌, 等. 不同水氮配比对黑河中游玉米叶片荧光参数及水氮利用的影响[J]. 中国种业, 2021(2): 74-77.DOI:10.19462/j.cnki.1671-895x.2021.02.023.
[37] 吴统贵, 李艳红, 吴明, 等. 芦苇光合生理特性动态变化及其影响因子分析[J]. 西北植物学报, 2009, 29(4): 789-794.DOI:10.3321/j.issn:1000-4025.2009.04.022.
[38] Pompelli M F, Martins S C V, Antunes W C, et al. Photosynthesis and photoprotection in coffee leaves is affected by nitrogen and light availabilities in winter conditions[J]. Journal of Plant Physiology, 2010, 167(13): 1052-1060.DOI:10.1016/j.jplph.2010.03.001.
[39] Krogmeier M J, McCarty G W, Bremner J M. Phytotoxicity of foliar-applied urea[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1989, 86(21): 8189-8191.DOI:10.1073/pnas.86.21.8189.
[40] Acidri R, Sawai Y, Sugimoto Y, et al. Foliar nitrogen supply enhances the recovery of photosynthetic performance of cold-stressed coffee (Coffea arabica L.) seedlings[J]. Photosynthetica, 2020, 58(4): 951-960.DOI:10.32615/ps.2020.047.
[41] 艾天成, 周治安, 李方敏, 等. 小麦等作物叶绿素速测方法研究[J]. 甘肃农业科技, 2001(4): 16-18.DOI:10.3969/j.issn.1001-1463.2001.04.008.
[42] 艾天成, 李方敏, 周治安, 等. 作物叶片叶绿素含量与SPAD值相关性研究[J]. 湖北农学院学报, 2000(1): 6-8.

Options

文章导航

摘要

本文引用格式

Abstract

参考文献

访问统计

联系我们

模态框（Modal）标题

摘要

本文引用格式

Abstract

参考文献

访问统计

联系我们