不同施氮水平对柳枝稷光合特性及抗旱性的影响

doi:10.11686/cyxb2020069

摘要/Abstract

摘要：

为了探究宁夏银北盐碱地区柳枝稷高产优质高效栽培过程中最佳的施氮量及其对柳枝稷叶片光合特性及抗旱性的影响，本研究采用大田试验，以Cave-in-Rock品种柳枝稷为供试材料，设无氮添加（0 kg·hm^-2，N₀）、施低氮（60 kg·hm^-2，N₆₀）、中氮（120 kg·hm^-2，N₁₂₀）和高氮（240 kg·hm^-2，N₂₄₀）共4个施氮水平，分析比较了各生育时期内柳枝稷叶片光合特性、渗透调节物质及抗氧化酶活性的变化，同时采用隶属函数法综合评价了盐碱地柳枝稷的抗旱性。结果表明，随着不同施氮水平的增加，柳枝稷各生育时期内叶片叶绿素相对含量（SPAD）、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）和细胞间隙CO₂浓度（C_i）整体呈现先升后降的趋势，均在施中氮（N₁₂₀）处理下达到峰值。与无氮添加（N₀）处理相比，施低氮（N₆₀）、中氮（N₁₂₀）和高氮（N₂₄₀）处理下柳枝稷叶片的SPAD值平均增加了4.73%、18.71%和8.86%，净光合速率（P_n）平均提高了5.55%、17.02%和12.41%，气孔导度（G_s）平均升高了7.87%、56.18%和39.33%，细胞间隙CO₂浓度（C_i）平均增加了7.86%、30.71%和13.81%。柳枝稷叶片蒸腾速率（T_r）在高氮（N₂₄₀）处理下达到最大值，叶片水分利用效率（WUE）随着不同施氮水平的增加而逐渐下降。隶属函数分析结果表明，施中氮（N₁₂₀）处理下柳枝稷各抗旱指标隶属函数值的均值最大。因此，本试验条件下有利于提高柳枝稷叶片光合能力和抗旱性的适宜施氮水平为120 kg·hm^-2。

关键词: 盐碱地, 柳枝稷, 施氮水平, 光合特性, 抗旱性, 隶属函数法

Abstract:

This aim of this study was to determine the optimal nitrogen application rate for high-efficiency cultivation of switchgrass （Panicum virgatum） with good yields and quality in saline-alkali soil in Yinbei， Ningxia. Switchgrass was grown with different levels of nitrogen and its photosynthetic characteristics and drought resistance were analyzed. The P. virgatum cultivar ‘Cave-in-Rock’ was used as the experimental material， and four levels of nitrogen were applied in the field experiment， as follows： no added nitrogen （0 kg·ha^-1， N₀）， low nitrogen （60 kg·ha^-1， N₆₀）， medium nitrogen （120 kg·ha^-1， N₁₂₀） and high nitrogen （240 kg·ha^-1， N₂₄₀）. The photosynthetic characteristics， contents of osmotic compounds， and activities of antioxidant enzymes in leaves of switchgrass at different growth stages were determined， and the drought resistance of switchgrass was evaluated by the multivariate membership function method. The results showed that with increase in nitrogen application levels， the relative chlorophyll content （SPAD value）， net photosynthetic rate （P_n）， stomatal conductance （G_s）， and intercellular CO₂ concentration （C_i） in switchgrass initially increased and then decreased， with peak values in the medium nitrogen （N₁₂₀） treatment. Compared with the leaves of plants in the N₀ treatment， those in the N₆₀， N₁₂₀， and N₂₄₀ treatments showed increases of 4.73%， 18.71%， and 8.86%， respectively， in the SPAD value； increases of 5.55%， 17.02%， and 12.41%， respectively， in the P_n value； increases of 7.87%， 56.18%， and 39.33%， respectively， in G_s； and increases of 7.86%， 30.71%， and 13.81%， respectively， in C_i. The maximum transpiration rate was in the N₂₄₀ treatment， and the leaf water-use efficiency gradually decreased with increasing nitrogen application levels. The results of the membership function analysis showed that the maximum average value of drought resistance indexes was in the N₁₂₀ treatment. Therefore， application of nitrogen at an appropriate level （120 kg·ha^-1） can improve the photosynthesis and drought resistance of switchgrass growing in saline-alkali soil.

Key words: saline-alkali land, switchgrass, nitrogen application, photosynthetic characteristics, drought resistance, membership function method

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图/表 8

图1 不同施氮水平对柳枝稷叶片叶绿素相对含量的影响不同字母表示同一生育时期不同处理之间差异显著（P<0.05），下同。Different letters indicate significant differences among different treatments in the same growth stage at the level of 0.05, the same below.

Fig.1 Effect of different nitrogen levels on chlorophyll relative content of switchgrass leaves

图2 不同施氮水平对柳枝稷叶片净光合速率的影响

Fig.2 Effect of different nitrogen levels on net photosynthetic rate of switchgrass leaves

图3 不同施氮水平对柳枝稷叶片气孔导度的影响

Fig.3 Effect of different nitrogen levels on stomatal conductance of switchgrass leaves

图4 不同施氮水平对柳枝稷叶片细胞间隙CO2浓度的影响

Fig.4 Effect of different nitrogen levels on CO2 concentration in the intercellular space of switchgrass leaves

图5 不同施氮水平对柳枝稷叶片蒸腾速率的影响

Fig.5 Effect of different nitrogen levels on transpiration rate of switchgrass leaves

图6 不同施氮水平对柳枝稷叶片水分利用效率的影响

Fig.6 Effect of different nitrogen levels on water use efficiency of switchgrass leaves

表1 不同施氮水平对柳枝稷主要渗透调节物质和抗氧化酶活性的影响

Table 1 Effects of different nitrogen levels on main osmolytes and antioxidant enzyme activities of switchgrass

处理 Treatment	超氧化物歧化酶 Superoxide dismutase (SOD, U·g^-1·min^-1)	过氧化物酶 Peroxidase (POD, U·g^-1·min^-1)	过氧化氢酶Catalase (CAT, U·g^-1·min^-1)	游离脯氨酸 Free proline (Pro, μg·g^-1)	丙二醛 Malondialdehyde (MDA, μg·g^-1)	可溶性糖 Soluble sugar (SS, mg·g^-1)	相对电导率 Relative conductivity
N₀	283.76±14.55d	18439.81±33.42c	120.31±3.25d	70.39±1.82c	0.79±0.01d	0.53±0.01d	0.80±0.01c
N₆₀	357.60±11.11c	20148.15±61.40b	147.40±5.39b	70.85±2.66c	0.85±0.02c	0.60±0.01c	0.82±0.01b
N₁₂₀	392.11±13.25b	21138.89±94.94b	177.08±8.91a	75.04±1.54b	0.88±0.01b	0.81±0.01b	0.83±0.01b
N₂₄₀	471.17±16.56a	24671.32±95.96a	138.02±8.02c	83.55±1.71a	0.97±0.01a	0.88±0.02a	0.87±0.01a

表2 不同施氮水平对柳枝稷各抗旱指标隶属函数值的影响

Table 2 Effect of different nitrogen levels amount on the drought resistance index membership function value of switchgrass

处理 Treatment	超氧化物歧化酶Superoxide dismutase	过氧化物酶Peroxidase	过氧化氢酶Catalase	游离脯氨酸Free proline	丙二醛Malondialdehyde	可溶性糖Soluble sugar	相对电导率Relative conductivity	均值Mean
N₀	0.499	0.500	0.500	0.500	0.476	0.507	0.444	0.489
N₆₀	0.500	0.500	0.556	0.499	0.501	0.500	0.501	0.508
N₁₂₀	0.535	0.500	0.583	0.439	0.500	0.407	0.606	0.510
N₂₄₀	0.501	0.500	0.417	0.571	0.500	0.526	0.424	0.491

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