不同栽培密度与叶面肥喷施浓度对水稻叶片光系统Ⅱ荧光参数及SPAD值的影响

杨伟清 姜敏 阳会兵

摘 要：為探究不同栽培密度与叶面肥喷施浓度对水稻叶片光系统Ⅱ（Photosystem II，PSⅡ）荧光参数及SPAD值影响，并筛选出促进水稻光合作用的最佳肥密处理。本研究通过栽培密度及叶面肥喷施浓度裂区试验，利用植物多功能仪测定水稻分蘖期叶片水稻叶片PSⅡ的非光化学猝灭（Non-photochemical quenching，NPQt）、有效量子产量（Effective quantum yield，Phi2）、非调节性能量耗散的量子产量（The quantum yield of unregulated energy dissipation，PhiNO）、调节性能量耗散的量子产量（The quantum yield of regulatory energy dissipation，PhiNPQ）及SPAD值，对各指标数据进行多重比较。研究发现，主区因素栽培密度对NPQt造成显著性影响，副区因素叶面肥喷施浓度对NPQt造成显著性影响，对Phi2及PhiNPQ造成极显著性影响，栽培密度及叶面肥喷施浓度耦合作用对PhiNO造成显著性影响，对Phi2、PhiNPQ造成极显著性影响。随着栽培密度的增加，NPQt呈先下降后上升的趋势、Phi2呈先升高后降低的趋势、PhiNO现先持平后降低的趋势、PhiNPQ先降低后升高的趋势、SPAD呈先上升后降低的趋势。随着叶面肥喷施浓度的增加，NPQt与PhiNPQ呈先增加后减少的趋势、Phi2与SPAD呈递增趋势、PhiNO呈先减少后增加的趋势。在栽培密度及叶面肥喷施浓度交互作用影响下，D4L2处理对水稻叶片的NPQt提升效果最佳，D3L3处理对水稻叶片的Phi2与PhiNO影响效果最佳，D4L3处理对水稻叶片的PhiNPQ提升效果最佳，D1L1处理的水稻叶片的SPAD值最高。综合比较筛选出D4L2处理为最优的栽培措施，可有效增强水稻的光合作用能力。研究表明不同的栽培密度与叶面肥喷施浓度对水稻叶片PSⅡ荧光参数造成的影响不同，利用不同处理下的水稻叶片的光合特性，可以为筛选合理的水稻栽培措施提供依据。

关键词：栽培密度;叶面肥喷施浓度;荧光参数;SPAD值

中图分类号：S5-33                            文献标志码：A

Effects of Different Planting Densities and Foliar Fertilizer Spraying Concentration on Photosystem Ⅱ Fluorescence Parameters and SPAD Value of Rice Leaf

YANG Weiqing，JIANG Min，YANG Huibing

（1 Liuyang Agricultural Science and Agricultural Machinery Research Institute， Liuyang， Hunan 410300， China; 2 College of Agronomy， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China）

Abstract： The aim of this study was to explore the effects of different planting densities and foliar fertilizer spraying concentration on the PS Ⅱ fluorescence parameters and SPAD values of rice leaves to screen out the best planting density and foliar fertilizer concentration to promote rice photosynthesis.  Through split plot experiment on cultivation density and foliar fertilizer spraying concentration， Non-photochemical quenching （NPQT）， effective quantum yield （Phi2）， quantum yield of non-regulatory energy dissipation （PhiNO）， quantum yield of regulatory energy dissipation （PhiNPQ） and SPAD values of PS Ⅱ in rice leaves at tillering stage were measured by plant multifunctional apparatus， and multiple comparison was made for the data of each index. The results showed that the planting density of the main factor had a significant impact on NPQt; the foliar fertilizer spraying concentration of the secondary factor had a significant impact on NPQt， and had highly significant effects on Phi2 and PhiNPQ; the coupling action of planting density and foliar fertilizer spraying concentration had a significant impact on PhiNO，and extremely significant impact on Phi2 and PhiNPQ. With the increase of planting density， NPQt first decreased and then increased， Phi2 first increased and then decreased， PhiNO first kept invariant and then decreased， PhiNPQ first decreased and then increased， and SPAD first increased and then decreased. With the increase of foliar fertilizer spraying concentration， NPQt and PhiNPQ first increased and then decreased， Phi2 and SPAD increased gradually， and PhiNO first decreased and then increased. Under the interaction effects of planting density and foliar fertilizer spraying concentration， D4L2 treatment had the best effect on NPQt， D3L3 treatment had the best effect on Phi2 and PhiNO， D4L3 treatment had the best effect on PhiNPQ， and D1L1 treatment had the highest SPAD value.   Through comprehensive comparison， D4L2 treatment was selected as the best cultivation measure， which could effectively enhance the photosynthetic capacity in rice leaves.   The results showed that different planting density and foliar fertilizer spraying concentration had different effects on the fluorescence parameters of PS Ⅱ in rice leaves. Analysis of the photosynthetic characteristics in rice leaves under different treatments will provide a basis for screening reasonable cultivation measures of rice.

Key words： Planting density; foliar fertilizer spraying concentration; fluorescence parameters; SPAD values

喷施叶面肥可作为强化水稻营养、预防元素缺失及调控生长发育的一种有效施肥措施[1-2]。氮、磷、钾是水稻生长不可或缺的元素[3]，因此为了调控水稻生育期的营养需求，KH2PO4， CO（NH2）2两种肥料在水稻的各生育时期常被作为叶面肥喷施，许多研究证明该措施可以有效地补充水稻生长的营养需求[4-5]，辅助提升水稻的最终产量。PSⅡ是植物进行光合作用的重要场所，其通过光能传递、光电转化及电子转移，可以将自然光能转化为植物所需的化学能[6-7]。对于水稻PSⅡ荧光参数变化规律探索已经成为了现代学术界的一个研究热点，其中研究栽培密度、施肥水平对于水稻PSⅡ荧光参数影响研究已有许多[8-9]，唐彬等[10]发现移栽密度对最大量子产率影响不显著，密度增大，非光化学猝灭系数升高，光化学猝灭系数、实际量子产率、表观光合电子传递速率均下降。庄文锋等[11]利用不同穗型水稻品种材料设计肥密随机区组栽培试验，研究发现合理稀植及氮肥后移可促進水稻叶片光合特性。和玉璞等[12]利用水氮调节正交试验方法对水稻叶片荧光参数进行研究，发现试验氮肥水平对水稻叶片荧光参数造成了显著性影响。目前在众多水稻叶片光合特性研究中，栽培密度及喷施叶面肥浓度的耦合作用对水稻叶片光合特性影响研究还尚未出现，因此本研究在此背景基础上开展栽培密度及喷施叶面肥浓度的裂区试验，探索二者耦合作用对水稻叶片光合特性影响，为水稻合理栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

试验设湖南农业大学浏阳教学科研综合基地，试验区面积5000 m2，地理位置113°84′E，28°30′N，系丘陵小盆地，属亚热带季风湿润气候，年平均气温17.3℃，1月平均气温5.4℃，7月平均气温28.7℃，年均降水量1358.6～1552.5 mm。土壤为潴育性水稻土，有机碳、全氮、全磷、全钾含量分别为 29.1、1.58、0.49、14.62 g/kg，pH值为5.71。

1.2 试验设计

采用裂区试验设计，所有小区施肥复合肥（17-17-17）750 kg/hm2与尿素75  kg/hm2，施穗肥尿素105k kg/hm2与KCl 75 kg/hm2，N、K、P有效成分的比例为14.02：8.5：11.5，主区因素为栽培密度，考虑机械化作业的可操作性，分设4种水平：11×25 cm（D1）、14×25 cm（D2）、17×25 cm（D3）、21×25cm（D4），裂区因素为叶面肥喷施浓度，分设3种水平：0.15%KH2PO4（L1）、0.15% KH2PO4+0.5%CO（NH2）2（L2）、0.15% KH2PO4+1% CO（NH2）2（L3）， 叶面肥分四次施用，分别为分蘖期盛期、孕穗期、齐穗期、灌浆中期。其中，分蘖盛期与丙唑-多菌灵混施。

1.3 数据采集

在水稻分蘖期选择晴朗无云的连续两天，第一天喷施叶面肥，第二天11点至13点采用植物多功能仪测定水稻倒1叶荧光参数及SPAD值，每小区测得5片叶，最后对各指标求平均。

1.4 数据分析

利用EXCEL整理分析基础数据，利用SPSS与DPS进行方差分析[15]，多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同栽培密度及叶面肥喷施浓度的荧光参数及SPAD值方差分析

由表1可见，区组间的误差极小，对NPQt、Phi2、PhiNO、PhiNPQ及SPAD等指标均无显著影响，说明各区组间的土壤肥力差异均匀，对试验进行有着良好的帮助。不同密度水平下，NPQt存在着显著性差异，Phi2、PhiNO、PhiNPQ、SPAD无显著性差异。不同叶面肥喷施浓度水平下，NPQt存在着显著性差异，Phi2、PhiNPQ存在极显著性差异，PhiNO 、SPAD无显著性差异。不同栽培密度及叶面肥喷施浓度耦合作用下，PhiNO存在着显著性差异，Phi2、PhiNPQ存在极显著性差异，NPQt，SPAD无显著性差异。说明虽然主区因素密度的主效应并未对Phi2、PhiNO、PhiNPQ等荧光参数造成显著性影响，但是在主区与副区的交互效应下，还是间接的对Phi2、PhiNO、PhiNPQ等荧光参数造成了影响。

2.2 不同栽培密度条件下的荧光参数及SPAD值多重比较

由表2可知，NPQt代表当水稻叶片吸收的光能，超出光合作用所需时，保护自身受到过剩光能的损伤的能力，NPQt数值越大代表水稻叶片保护能力越强，NPQt随着种植密度的增加，呈先下降后上升的趋势，在D4密度水平显著高于其他水平。Phi2代表水稻叶片开放的PSⅡ反应中心对原初光能的利用率，Phi2数值越高代表水稻叶片合活性越强，Phi2随着密度增加，呈现先上升后下降的趋势，在D3水平达到最大值。PhiNO代表水稻叶片总量子产量除去Phi2（光化学能量转换部分）和PhiNPQ（热耗散部分），剩余量子产量（非调节性的能量耗散），PhiNO数值越高代表水稻叶片受到的光损伤程度越高，PhiNO随着栽培密度的增加，呈现先持平后降低的趋势，在D4水平达到最低值。PhiNPQ代表水稻可以通过热耗散的形式将吸收的多余光能转化为热能进行消耗，是光保护的重要指标，其数值越高说明保护能力越强，PhiNPQ随着栽培密度的增加，呈现先降低后升高的趋势，在D4水平达到最高值。栽培密度主效应对SPAD值影响不显著，随着密度增加SPAD值呈先上升后降低的趋势，在D2水平达到最高值。

2.3 不同栽培密度条件下的荧光参数及SPAD值多重比较

由表3可知，考虑叶面肥喷施浓度主效应影响，NPQt在L2与L3水平存在显著差异，随着浓度升高呈先增加后减少的趋势，在L2水平达到最高值。Phi2在L1与L3水平存在极显著性差异，随着浓度升高而递增，在L3水平达到最高值。PhiNO在L1与L3水平存在显著性差异，随着浓度升高呈先减少后增加的趋势，在L2水平达到最低值。PhiNPQ在L1与L3水平存在显著性差异、L2与L3水平存在极显著性差异，随着浓度升高呈先增加后减少的趋势，在L2水平达到最高值。SPAD值在各水平不存在显著性差异，随着浓度升高而递增，在L3水平达到最高值。

2.4 不同栽培密度及叶面肥喷施浓度耦合作用下荧光参数及SPAD值多重比较

由表4可知，考慮不同栽培密度及叶面肥喷施浓度交互作用影响，NPQt在主处理D1中，L1与L2水平存在显著性差异;在主处理D2、D3、D4中，L1、L2、L3水平不存在显著性差异，D4L2处理的NPQt值最大。Phi2在主处理D1中，L1与L2、L3水平存在极显著性差异;在主处理D2中，L1、L2、L3水平不存在显著性差异;在主处理D3中，L3与L1、L2水平存在极显著性差异;在主处理D4中，L3与L1、L2水平存在显著性差异，D3L3处理的Phi2值最大。PhiNO在主处理D1中，L1与L2、L3水平存在极显著性差异;在主处理D2、D4中，L1、L2、L3水平不存在显著性差异; 在主处理D3中， L3与L2水平存在显著性差异，L3与L1水平存在极显著性差异D3L3处理的PhiNO值最小。PhiNPQ在主处理D1中， L3与L1、L2水平存在极显著性差异;在主处理D2、D4中， L1、L2、L3水平不存在显著性差异;在主处理D3中，L3与L1、L2水平存在极显著性差异，D4L3处理的PhiNPQ值最大。SPAD在主处理D1 、D2、D3、D4中，L1、L2、L3水平均不存在显著性差异，D1L1处理的SPAD值最大。说明在不同栽培密度及叶面肥喷施浓度耦合作用对水稻叶片荧光参数及SPAD值特性影响中D4L2处理对水稻叶片的NPQt提升效果最佳，可以有效的提升水稻叶片对于光损伤的抵抗能力;D3L3处理对水稻叶片的Phi2与PhiNO影响效果最佳，可以有效的提升水稻叶片原初光能的利用率并降低水稻叶片受到的光损伤程度;D4L3处理对水稻叶片的PhiNPQ提升效果最佳，说明在该处理条件下水稻叶片的热耗散能力最强;虽然D1L1处理的水稻叶片的SPAD值最高，但并不代表其PSⅡ荧光参数能力最强。

3 结论与讨论

适宜的栽培密度可以有效地改善水稻生长的群体结构，前人研究表明随着水稻种植密度的增加，其叶片SPAD值呈递减的趋势[13-14]，这与本文的研究结果一致，其他荧光参数的变化趋势与SPAD值变化趋势并不一致。本研究发现水稻叶片SPAD值在叶面肥喷施浓度主效应影响下，随着浓度增加，而递增，仅与phi2变化趋势一致，与剩余荧光参数变化趋势并不一致，栽培密度与叶面肥喷施浓度的耦合效应同样反映了该现象，说明在水稻栽培过程中不能单纯依靠叶片SPAD值作为评价其光合作用强弱的指标，必须深化对水稻叶片的光合参数研究，才能探索出增强水稻光合作用的合理栽培措施。

综合PSⅡ荧光参数评价与多重比较结果，可以筛选出增强水稻光合作用的栽培措施，栽培密度主效应影响下D4水平在各荧光参数上有着优异表现，叶面肥喷施浓度主效应影响下L2水平在NPQt、PhiNO及PhiNPQ上有着优异表现，L3水平在Phi2上有着优异表现，结合耦合效应结果，可以发现D4L2处理为综合评价最优的栽培措施，其NPQt值最高、Phi2与PhiNPQ值在第4位、PhiNO值在倒数第2位，可有效增强水稻的光合作用能力。

植物多功能仪对于植物荧光参数测定存在着一定的缺陷，测定指标只包含PSⅡ的部分指标，而且测定环境要求极高，才能保证光合有效辐射维持在一个相对稳定的范围内，会对试验结果造成一定误差，后续试验的开展将会采用便携式叶绿素荧光仪进行进一步的深化研究。

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