老芒麦衰老过程中叶片叶绿素和光合作用变化特征及对养分的响应

doi:10.11686/cyxb2020514

摘要/Abstract

摘要：

试验以青藏高原青海省高寒草地中广泛分布和退化草地补播改良中的常用牧草品种-青牧1号老芒麦为研究对象，分析老芒麦衰老过程中叶片叶绿素和光合作用变化特征及对养分的响应。在青藏高原东北部，青海湖湖东地区设置1~6龄老芒麦自然生长田，6龄老芒麦施肥田和老芒麦连续施肥田（6年）3个处理。从2015年开始，每年5月进行老芒麦种植，播量2.25 g·m^-2，行距30 cm，小区面积15 m²（3 m×5 m）。采用KONICA MINOLTA， INC公司的SPAD分析仪，每个处理随机选取10株健康植株，从旗叶开始从上往下依次测定3片叶子的叶绿素相对含量。采用LI-COR公司的LI-6400XT便携式光合作用测量系统，在老芒麦开花期（7月底-8月初），选择天气晴朗早上10：30-11：30，随机选取5株健康植株对其旗叶进行测量。结果表明：3龄时老芒麦叶片叶绿素相对含量出现降低趋势，6龄时老芒麦叶片出现了逆向衰老现象；随着老芒麦年龄增加，旗叶净光合速率持续降低，而胞间二氧化碳浓度呈上升趋势，气孔导度和蒸腾速率从3龄开始显著降低，且3~6龄间无显著差异；青牧1号老芒麦6龄田，氮肥和磷肥施入普遍提高老芒麦叶片叶绿素相对含量，且不同部位叶片叶绿素相对含量（33.30%~48.23%）均显著高于对照组（27.05%~30.72%），叶片逆向衰老现象在高氮处理下得到缓解，氮肥和磷肥施入普遍提高老芒麦叶片净光合速率，N（60 kg·hm^-2）处理下叶片净光合速率最高（10.77 μmol·m^-2·s^-1）；青牧1号老芒麦在连续施肥6年处理下，低氮（45 kg·hm^-2）施肥下叶片叶绿素相对含量较高，磷肥对保持老芒麦叶片叶绿素相对含量效果不显著；中度氮肥（60 kg·hm^-2），同时配合磷肥添加长期施入，可有效维持高龄老芒麦叶片的光合效率。

关键词: 老芒麦, 衰老, 叶绿素, 光合作用, 土壤养分添加

Abstract:

In this study， we investigated the changes in leaf chlorophyll content and photosynthesis parameters of Elymus sibiricus cv. Qinghai No.1 in response to fertilization and aging. E. sibiricus is distributed and used widely in the grassland of Qinghai province on the Qinghai-Tibetan plateau. Three field experiments were set up： 1） a time series of plots from one to six years old without any treatments， 2） fertilizer addition to six-year-old plots， 3） annual fertilizer addition to field plots for six years since 2015. From 2015，sowings were carried out in May of each year. The seeding rate was 2.25 g?m^-2in row with 30 cm in spacing between rows and 15 m²（3 m×5 m） per plot. The chlorophyll content of leaves was measured at the flowering stage for 10 randomly chosen plants from the flag leaf down to the third leaf， using a SPAD analyzer from Konica Minolta， Inc. The photosynthesis parameters of the flag leaf were recorded from 10：30 to 11：30 am in a sunny day at the flowering stage （July-August） with a LI-COR LI-6400XT portable photosynthesis meter. It was found that chlorophyll content was decreased from the three years of age， but increased again at six years of age. In the age-series of E. sibiricus cv. Qinghai No.1， the net photosynthesis rate decreased， intercellular CO₂ concentration increased， stomatal conductance and transpiration rate decreased significantly at three years of age， and remained unchanged thereafter from three to six years of age. When nitrogen and phosphorous fertilizer was applied to previously unfertilized six-year-old field plots of E. sibiricus cv. Qinghai No.1， the relative chlorophyll content （which varied in different parts of leaves from 33.30% to 48.23%）， and the net photosynthesis rate increased， and signs of ageing were reversed. The highest net photosynthesis rate observed （10.77 μmol·m^-2·s^-1） occurred at the nitrogen level of 60 kg?ha^-1. In the long-term fertilizer addition field， low level nitrogen addition （45 kg·ha^-1） enhanced chlorophyll content， while phosphorous addition had no significant effect. An intermediate nitrogen addition level （60 kg·ha^-1） with phosphorous resulted in six-year-old plants retaining a high net photosynthesis rate.

Key words: Elymus sibiricus, leaf ageing, chlorophyll, photosynthesis, fertilization

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图/表 5

表1 青牧1号老芒麦田长期施肥处理

Table 1 The longer fertilizer treatments of E. sibiricus （kg·hm-2）

编号Number	氮肥N	磷肥P₂O₅
N₀P₀	0	0
N₀P₆₀	0	60
N₀P₇₅	0	75
N₀P₉₀	0	90
N₄₅P₀	45	0
N₄₅P₆₀	45	60
N₄₅P₇₅	45	75
N₄₅P₉₀	45	90
N₆₀P₀	60	0
N₆₀P₆₀	60	60
N₆₀P₇₅	60	75
N₆₀P₉₀	60	90
N₇₅P₀	75	0
N₇₅P₆₀	75	60
N₇₅P₇₅	75	75
N₇₅P₉₀	75	90

图1 青牧1号老芒麦1~6龄田（A），6龄田（B）和连续施肥6龄田（C）的不同部位叶片叶绿素相对含量不同小写字母表示同一部位叶片间差异显著（P<0.05），不同大写字母表示不同部位叶片间差异显著（P<0.05）。Different small letters indicate significant difference among the leaves in the same part of different plant （P<0.05）， and different capital letters indicate significant difference among the leaves in the same plant of different part （P<0.05）.

Fig.1 The leaf chlorophyll content in different part leaf of plant from one years old to six field （A）， six years old field （B） and six years old in continuous fertilizer field （C） of E. sibiricus

图2 老芒麦田2龄到6龄叶片净光合速率，叶片胞间二氧化碳浓度，叶片气孔导度和叶片蒸腾速率不同小写字母表示差异显著（P<0.05），下同。Different small letters indicate significant differences （P<0.05）， the same below.

Fig.2 The leaf net photosynthesis rate， the leaf intercellular CO2 concentration， the leaf stomatal conductance and the leaf transpiration rate from two to six years old of E. sibiricus

图3 青牧1号老芒麦6龄田施肥处理对叶片净光合速率、叶片胞间二氧化碳浓度、叶片气孔导度和蒸腾速率的影响

Fig.3 The leaf net photosynthesis rate， the leaf stomatal conductance， the leaf intercellular CO2 concentration and the leaf transpiration rate of E. sibiricus cv. Qinghai No.1 in six years old under different fertilizer treatments

图4 青牧1号老芒麦连续施肥6龄田中施肥处理对叶片净光合速率，气孔导度，胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率的影响

Fig.4 The leaf net photosynthesis rate， the leaf stomatal conductance， the leaf intercellular CO2 concentration and the leaf transpiration rate of E. sibiricus cv. Qinghai No.1 in six years old in continuous fertilizer field

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