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《北京林业大学》 2013年
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氮素施肥对毛竹光合能力与光谱特性的影响

高培军  
【摘要】:毛竹(Phyllostachys pubescens)是我国分布面积最广,经济价值最高,生态效益佳的笋材两用竹种,在我国竹产业发展中具有极其重要的地位。本论文以现代植物生理学、生物物理学和竹林培育学理论为基础,以1年生、3年生和5年生毛竹为材料,分析氮素施肥对毛竹胸径生长、竹笋和竹材产量,以及对毛竹叶片色素含量、光合速率、叶绿素荧光动力学特性、反射光谱和荧光光谱特性等指标的影响。旨在为毛竹生态高效培育中的合理施肥,以及构建快速、准确、无损的施肥检测技术提供理论依据。主要研究结果如下: (1)随着施氮素量的增加,毛竹冬笋、春笋和竹材产量均呈增加的趋势,当施氮素量增加到250kg·hm-2时,毛竹冬笋、春笋、竹材产量分别比对照增加15.3%(P0.01)、27.1%(P0.01)和41.0%(P0.01);氮素施肥量继续增加增产效果不显著。5月份氮素施肥冬笋、春笋和竹材产量与7月份相比,分别提高了57.3%(P0.01)、13.3%(P0.01)和21.2%(P0.01)。 (2)施氮素能够明显提高毛竹叶片光合色素含量和光合速率,当施氮素量为250kg·hm-2寸,1年生毛竹叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量与对照相比分别提高了19.9%(P0.01)、31.7%(P0.01)和14.0%(P0.01),最大光合速率提高了16.5%(P0.01),同时气孔导度最大、胞间CO2浓度最低;施氮素量继续增加与施肥量为250kg·hm-2无显著差异。3年生和5年生毛竹叶片光合色素含量和光合速率变化趋势与1年生相似。5月份施氮素毛竹叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量比7月份施氮素分别提高了12.2%(P0.05)、15.3%(P0.05)和10.4%(P0.05),同时最大光合速率和气孔导度等均明显高于7月份施肥。 (3)通过对不同氮素施肥水平毛竹叶片OJIP荧光诱导曲线参数的分析表明,随着氮素施肥量的增加,J、I和P点的荧光强度明显增加,当氮素施肥量为250kg·hm-2时,荧光强度升至最高。以单位反应中心为单位的天线色素吸收的能量(ABS/RC)、用于电子传递的能量(ETo/RC)、捕获的能量(TRo/RC)和用于热耗散的能量(DIo/RC)降低,当氮素施肥为250kg·hm-2时,分别比对照降低了29.2%、33.7%和27.3%。最大光化学效率(φPo)、电子传递的量子产额((φEo)和捕获的激子能导致电子传递的效率(Ψo)均无明显变化。单位面积上激活的反应中心密度(RC/CSo和RC/CSM)分别比对照提高了55.8%(P0.01)和73.2%(P0.01);以吸收光能为基础的性能指数(PIABs)和以单位面积为基础的性能指数(PIcs)分别比对照提高了24.5%(P0.01)和37.5%(P0.01)。以上结果表明氮素施肥对毛竹叶片光合作用的影响主要是提高PS Ⅱ反应中心活性。 (4)随着氮素施肥水平增加,毛竹叶片反射率逐渐降低,当氮素施肥量为250kg·hm-2(?)时,在波长550nm处,反射率比对照降低了12.6%,400~700nm范围内平均变化幅度达到26.4%,并且红边位置向长波方向移动。通过对毛竹叶片光谱指数的分析表明,随着氮素施肥水平的增加,SR705、mSR、rNDVI、mND和gNDV也均发生明显变化,并且变化趋势与施肥水平变化相一致:5月份氮素施肥处理毛竹叶片的光谱指数明显高于7月份氮素施肥。 (5)毛竹叶片激发荧光光谱在685nm和735nm处有两个峰值,分别反映了能量的分配过程。对不同氮素施肥水平毛竹叶片荧光光谱进行高斯解析显示,氮素施肥对毛竹叶片荧光光谱685nm的峰值(FH685)和730nm的峰值(FH730)的比值FH685/FH735、面积比(FA685/FA735)和半宽比(FWi685/FW735)产生了显著的影响,且随着氮素施肥量的增加FH685/FH735值逐渐减小,FA685/FA735和FWi685/FW735值逐渐增大,当氮素施肥量为250kg·hm-2时FA685/FA735和FWi685/FW735值与对照之间存在显著差异。 从以上结果可以看出,合理施肥能有效促进毛竹的生长发育、增加竹笋和竹材产量;不同氮素施肥水平条件下,毛竹叶片叶绿素荧光诱导曲线、反射光谱和荧光光谱与毛竹的生长具有良好的相关性。因此,叶绿素荧光诱导曲线和反射光谱可以作为快速、准确、无损的施肥检测方法;荧光光谱对氮素施肥响应曲线有望成为一种鉴定和评价毛竹氮素施肥效果的新方法。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:S795.7

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