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长期不同施肥对玉米叶片光合作用及光系统功能的影响

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导师姓名
韩晓日
学科专业
植物营养学
文献出处
沈阳农业大学   2014年
关键词
长期定位论文  玉米论文  肥料论文  光合作用论文  叶绿素荧光论文
论文摘要

提高玉米产量是我国解决粮食安全问题的主要途径,施肥是提高玉米单产最为有效的途径,研究施肥对玉米光合机理影响意义深远。玉米的长期定位肥料试验定向培育了土壤质量和生产功能特点显著不同的农田生态系统,为研究长期不同施肥模式对土壤养分、玉米生产能力、肥料作用机理以及选择科学施肥模式提供了最优的试验平台;光合速率和光合效率测定设备,以及光响应曲线、快速叶绿素荧光诱导动力学曲线等数据分析技术为探明作物的光合性能提供了技术基础。本研究以玉米长期定位试验为平台,利用光合性能测定、光合效率测定、OJIP曲线分析以及酶活性测定等技术手段,研究长期施用有机肥、氮肥、磷肥、钾肥对玉米穗位叶叶片气体交换性能、光响应特性、光系统功能、抗衰老酶活性等的影响,并结合土壤肥力、玉米产量、生育指标、叶片养分含量进行综合分析,探索长期施肥影响作物产量的光合与衰老机理,得出如下结论:(1)长期施用有机肥可以显著改善土壤养分状况,全面改善玉米植株生长及叶片营养状况,增产效果最显著;综合提高叶绿素含量和光合性能,提高玉米叶片对强光的利用能力,降低灌浆后期生理活性,提高PSⅠ反应中心的最大氧化还原能力,提高CAT活性。(2)长期施用氮肥可引起土壤酸化,提高土壤有机质、氮素、有效磷钾含量,显著改善玉米生长和叶片营养状况,提高玉米经济产量;提高叶绿素含量和光合性能,提高对强光的利用能力,改善叶片生理活性,改善PSⅡ整个电子传递链的性能和受体侧电子传递能力,提高SOD、POD活性。氮肥对光合性能以及产量的影响较磷、钾肥明显,主要因为氮肥提高叶绿素含量、增强对强光的利用效率;但施氮过量可以引起较严重的光合功能损伤,导致生育后期强光抑制,造成产量降低。(3)长期施用磷肥显著提高土壤全磷、有效磷含量,显著提高叶绿素含量,明显改善灌浆后期的光合性能,降低灌浆后期的光抑制,增强对弱光的利用能力,提高玉米的耐阴性,保持穗位叶生育后期较高的生理活性,延长有效光合持续期,提高PSⅡ电子传递链的性能,改善PSⅠ反应中心氧化还原能力,提高POD、CAT。磷肥增强对弱光的利用效率,降低叶片强光抑制,延长有效光合持续期是增产的主要原因。(4)长期施用钾肥显著提高土壤全钾、速效钾含量,改善叶片气孔调节能力,略提高强光利用效率,引起生育后期生理活性降低,出现较严重的光抑制,提高PSⅡ电子传递链的性能,引起SOD、CAT活性下降,导致作物早熟。在高量有机肥条件下,施用钾肥对光合的促进作用不显著,甚至对部分光合性能有抑制的作用。(5)7种模型对比研究表明,直角双曲线修正模型和二次回归模型在光饱和、非光饱和和光抑制下均能较好地对玉米灌浆期穗位叶光响应曲线进行拟合,拟合的光合参数与实测值相近,拟合的光合参数信息较多,光响应参数求解中可用两种模型求解的平均值作为最终光合参数值。(6)随土壤养分含量增加,叶片全磷、全钾含量提高,光和性能得到改善;玉米叶片全氮含量与PSⅡ功能关系密切,而全磷、全钾与PSⅠ功能关系密切;玉米叶片叶绿素含量与光响应参数、光系统功能关系密切,而光合气体交换性能与其他光合指标间无显著相关关系;PSⅡ电子传递性能与叶片POD活性关系密切,SOD活性提高有抑制PSⅠ的氧化还原活性的作用。

论文目录
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项目支持

摘要

Abstract

前言

1 研究目的意义

2 国内外研究现状

2.1 长期定位肥料试验研究

2.2 长期定位施肥条件下土壤肥力演化特征研究

2.3 施肥对玉米生产性能的影响研究

2.4 施肥对植物光合气体交换性能的影响研究

2.5 施肥对植物光响应特性影响研究

2.6 施肥对植物光系统功能的影响研究

2.7 施肥对植物抗衰老性能的影响研究

3 研究内容

第一章 长期不同施肥对土壤肥力变化规律的影响

1.1 材料与方法

1.1.1 试验区概况

1.1.2 试验设计

1.1.3 测试项目及方法

1.1.4 统计分析方法

1.2 结果与分析

1.2.1 长期不同有机肥处理下土壤肥力的变化

1.2.2 长期不同氮肥处理下土壤肥力的变化

1.2.3 长期不同磷肥处理下土壤肥力的变化

1.2.4 长期不同钾肥处理下土壤肥力的变化

1.3 小结

第二章 长期不同施肥对玉米生长及养分吸收的影响

2.1 材料与方法

2.1.1 试验区概况

2.1.2 试验设计

2.1.3 测定项目与方法

2.1.4 统计分析方法

2.2 结果与分析

2.2.1 长期不同施肥对玉米产量的影响

2.2.2 长期不同施肥对玉米灌浆期生育指标的影响

2.2.3 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶营养指标的影响

2.3 小结

第三章 长期不同施肥对玉米光合气体交换性能的影响

3.1 材料与方法

3.1.1 试验设计

3.1.2 测定项目与方法

3.1.3 统计分析方法

3.2 结果与分析

3.2.1 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶SPAD值的影响

3.2.2 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶净光合速率的影响

3.2.3 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶气孔导度的影响

3.2.4 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶胞间CO_2浓度的影响

3.2.5 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶蒸腾速率的影响

3.3 讨论

3.3.1 施肥对叶绿素含量的影响

3.3.2 施肥对光合速率的影响

3.3.3 施肥对气孔导度的影响

3.3.4 施肥对胞间CO_2浓度的影响

3.3.5 施肥对蒸腾速率的影响

3.4 小结

第四章 长期不同施肥对玉米叶片光响应特性的影响

4.1 材料与方法

4.1.1 试验设计

4.1.2 测定项目与方法

4.1.3 光响应模型优选方法

4.1.4 光响应特性研究方法

4.1.5 统计分析方法

4.2 结果与分析

4.2.1 长期不同施肥条件下玉米叶片光响应模型的优选

4.2.2 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶光合速率光响应曲线的影响

4.2.3 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶光合光响应参数的影响

4.2.4 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶气孔导度光响应曲线的影响

4.2.5 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶胞间CO_2浓度光响应曲线的影响

4.2.6 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶蒸腾速率光响应曲线的影响

4.3 讨论

4.3.1 玉米叶片光响应模型的优选研究

4.3.2 施肥对光合光响应曲线的影响

4.3.3 施肥对表观量子效率的影响

4.3.4 施肥对最大净光合速率的影响

4.3.5 施肥对光饱和点和光补偿点的影响

4.3.6 施肥对暗呼吸速率的影响

4.4 小结

第五章 长期不同施肥对玉米叶片光系统功能的影响

5.1 材料与方法

5.1.1 试验设计

5.1.2 测定项目与方法

5.1.3 统计分析方法

5.2 结果与分析

5.2.1 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的影响

5.2.2 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶PS Ⅰ 820nm光吸收曲线的影响

5.2.3 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶PS Ⅱ性能的影响

5.2.4 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶PS Ⅰ性能的影响

5.2.5 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶PS Ⅱ与PS Ⅰ间协调性的影响

5.3 讨论

5.4 小结

第六章 长期不同施肥对玉米叶片抗衰老性能的影响

6.1 材料与方法

6.1.1 试验设计

6.1.2 测试项目及方法

6.1.3 统计分析方法

6.2 结果与分析

6.2.1 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶超氧化物歧化酶活性的影响

6.2.2 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶过氧化物酶活性的影响

6.2.3 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶过氧化氢酶活性的影响

6.2.4 长期不同施肥对玉米灌浆期穗位叶丙二醛含量的影响

6.3 讨论

6.4 小结

第七章 长期不同施肥条件下各研究指标间相关性研究

7.1 长期不同施肥条件下施肥量与土壤养分间相关性

7.2 长期不同施肥条件下土壤养分与玉米生产性能间相关性

7.3 长期不同施肥条件下土壤养分与叶片光合及光响应性能间相关性

7.4 长期不同施肥条件下土壤养分与叶片光系统及抗衰老性能间相关性

7.5 长期不同施肥条件下叶片养分与叶片各光合指标间相关性

第八章 结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表文章

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