田間煙草株型和葉片光合功能對密植的適應(yīng)機(jī)制

李楊 吳元華 管恩森 王大海 王曉琳 孫延國 石屹 王程棟 張彥

摘要：為探究煙草株型特征和光合功能適應(yīng)密植的機(jī)制，以中煙100為材料，設(shè)置HD（17 857 株/hm2）、MD（14 286株/hm2）、LD（11 905株/hm2）3個密度處理，探究種植密度對平頂期煙草第4葉位（L4）、第10葉位（L10）、第16葉位（L16）的光分布、株型特征、光合功能及葉片含氮量的影響。結(jié)果表明，密植降低了上部葉的大小和彎曲程度，增加了節(jié)長，提高了L4葉位的透光率，大幅降低了L16葉位的透光率;L4葉位的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度均增加，比葉氮也顯著增加，而葉綠素含量和比葉重?zé)o顯著變化。L16葉位的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度在高密度下顯著降低，F(xiàn)v/Fm、Y（Ⅱ）、qP和葉綠素含量也顯著降低。密植導(dǎo)致L16葉位行間葉面積指數(shù)顯著增加，而L4和L10葉位的株間和行間葉面積指數(shù)均無明顯變化。增加種植密度還使冠層下部分布在行間的葉數(shù)增多。由此可見，煙草通過調(diào)節(jié)冠層葉片姿態(tài)改善光環(huán)境，適應(yīng)密植環(huán)境，不同位置葉片光合功能對密植適應(yīng)機(jī)制不同，上部葉通過提高光合能力適應(yīng)高光環(huán)境，下部葉通過降低光合速率、加速衰老適應(yīng)弱光環(huán)境，這有利于減少下部葉生物量，促進(jìn)中上部葉發(fā)育，增加中上部葉比例，提高煙葉品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：種植密度;行間距;光合作用;冠層結(jié)構(gòu);煙草

中圖分類號：S572.01 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）10-0058-08

密植是獲得單位面積高產(chǎn)的有效手段。增加種植密度會增加群體總?cè)~面積，提高葉面積指數(shù)，提高作物冠層的光截獲率，有助于實(shí)現(xiàn)群體高光效，增加作物群體生產(chǎn)效率;但過高的種植密度，會增加植株間的相互遮陰程度，導(dǎo)致冠層內(nèi)部光環(huán)境驟減，降低單株的碳同化，嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量[1]。冠層內(nèi)光強(qiáng)隨冠層深度呈指數(shù)衰減，越密閉的冠層光強(qiáng)衰減越快，優(yōu)化行距配置，能夠緩解密植帶來的光劇烈衰減，使群體光分布更加均勻合理[2-4]，因而合理的行距配置可以使作物密植群體內(nèi)的光分布更加合理，充分利用光能資源，進(jìn)一步提高產(chǎn)量。

密植會導(dǎo)致單葉光合能力下降，一方面下部葉片處于弱光環(huán)境，逐漸發(fā)育呈“陰生”特性，如葉綠素含量增加、葉片變薄、光合能力下降等。有些研究表明，密植后冠層下部光強(qiáng)過低，會加速下部葉片衰老，減少生物量積累，單株產(chǎn)量減少。在玉米、棉花等作物中研究表明，密植群體的冠層葉面積指數(shù)增加、透光率降低，植株通過改變株型結(jié)構(gòu)來適應(yīng)遮陰環(huán)境，表現(xiàn)為株高增加、葉片傾角減小等[5-6]。緊湊型的玉米獲得高產(chǎn)的適宜密度增加，相對于平展型玉米，緊湊型品種在適宜高密度下具有較高的光能截獲效率，更易獲得高產(chǎn)。因而很多學(xué)者認(rèn)為“緊湊型”是耐密株型，有利于密植條件下碳同化功能的維持[7-8]。受栽培和采收措施的影響，單壟寬行窄株是煙草最理想的栽植模式，目前煙草栽植行距在90～160 cm，平均株距為45 cm。較大的行距導(dǎo)致冠層“漏光”嚴(yán)重，不利于單位面積土地的光能截獲，造成光照資源浪費(fèi)。但許海良等在煙草中的研究表明，密植會降低行間葉尖距，增加行間冠層郁閉度，有利于葉片對行間光能的截獲利用，密植條件下增加對行間光能的利用可能是緩解株間光能競爭的有效途徑[9]。而緊湊型植株行間葉尖距較大，不利于對行間光能的截獲，因而緊湊型可能不是煙草耐密株型。為此，研究煙草株型特征與光分布的相互作用關(guān)系，有利于闡明煙草對密植的適應(yīng)機(jī)制。

葉片光合特性與其光環(huán)境相適應(yīng)，密植后煙草冠層光分布改變，必然引起葉片光合特性的適應(yīng)性改變。時向東等研究發(fā)現(xiàn)，種植密度對烤煙光合性能的影響主要表現(xiàn)在平頂期[10]，這是由于平頂期上部葉展開，對下部葉的遮陰更為劇烈，下部葉光強(qiáng)進(jìn)一步減弱，其光合特性表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性。大田生產(chǎn)上，煙草現(xiàn)蕾期須進(jìn)行打頂（去除花蕾和花葉）和抹杈（去除側(cè)芽和分叉，只保留主莖）操作，通常保持留葉數(shù)一致，打頂后 15～20 d上部 2～3張葉展開，進(jìn)入“平頂期”。因而，平頂期煙草冠層是人工干預(yù)后適應(yīng)打頂后光環(huán)境而發(fā)育形成的冠層。然而密植對平頂期煙草葉片光合能力的影響卻存在爭議。張廣富等對不同種植密度下同一葉位的研究發(fā)現(xiàn)，種植密度過高和過低均降低煙株葉片凈光合速率[11];而葉衛(wèi)國等研究表明，密植增加了煙株下部葉凈光合速率，而對中、上部葉無顯著影響[12]，其結(jié)論與部分研究結(jié)果相反：密植增加了煙株平頂期上部葉凈光合速率，降低了中下部葉凈光合速率[10，13-15]。產(chǎn)生分歧的可能原因除了品種差異外，更重要的是煙株不同葉位的葉片光合功能對密植的適應(yīng)機(jī)制并不明確。張喜峰等研究發(fā)現(xiàn)，低行距下密植降低了煙株上、中、下葉片光合速率，高行距下中等密度光合速率最低[16]。因而，行距對密植后煙株葉片光合功能的影響也很重要。為此，研究煙草不同葉位葉片光合功能對密植的適應(yīng)性機(jī)制，并考慮寬行對光分布的影響，對明確煙草碳同化能力對密植的響應(yīng)規(guī)律至關(guān)重要。

煙草作為我國的主要葉用經(jīng)濟(jì)作物之一，高品質(zhì)的葉片位于冠層中上部，因而優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu)、提高中上部葉片比例是主要生產(chǎn)目標(biāo)之一。合理密植是提高煙葉單位面積產(chǎn)量的重要途徑之一。寬行密植是煙草密植生產(chǎn)的重要特征，那么，煙草株型特征和葉片光合功能如何適應(yīng)密植環(huán)境，與其他作物有何不同？其差異的原因和機(jī)制是什么？為此，本研究進(jìn)行了煙草田間密植試驗(yàn)，通過設(shè)置株距進(jìn)行種植密度處理，行距及其他大田栽培措施不變，研究平頂期煙草的冠層光分布、葉面積指數(shù)特征、葉片氣體交換功能及葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)計(jì)量特征，擬揭示煙草對密植的適應(yīng)性特征，以期為煙草密植栽培和產(chǎn)量提高提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年5—9月在山東省諸城市瑯埠農(nóng)場（119°07′22″E，35°59′37″N）進(jìn)行。該地區(qū)屬于北溫帶季風(fēng)性氣候，年均日照時數(shù)2 578.4 h，年均氣溫12.3 ℃，年降水量773 mm。當(dāng)?shù)赝寥李愋秃唾|(zhì)地分別為褐土和壤土，前茬作物為油菜，移栽前0～20 cm耕層土壤中有機(jī)質(zhì)含量8.6 g/kg，堿解氮含量91.0 mg/kg，有效磷含量20.1 mg/kg，速效鉀含量213.6 mg/kg，pH值7.9。供試品種為中煙100。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)40、50、60 cm 3個株距處理，對應(yīng)的種植密度分別為17 857株/hm2（高密度HD）、14 286株/hm2（中密度MD）、11 905株/hm2（低密度LD），行距為140 cm。其他田間管理措施均按照當(dāng)?shù)厣a(chǎn)措施實(shí)施，保持各小區(qū)農(nóng)事操作的一致性。在煙草生長的現(xiàn)蕾期正常打頂，留葉數(shù)為20張，在平頂期進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 煙株農(nóng)藝性狀測量

于煙草平頂期每小區(qū)選取長勢一致且具有代表性的煙株10株進(jìn)行標(biāo)記和測量。測定從植株頂部數(shù)第4葉位（L4）、第10葉位（L10）、第16葉位（L16）的葉長、葉寬、弦長、莖葉夾角、披垂角（圖1）及相應(yīng)葉位處的節(jié)長。

1.2.2 透光率和葉面積指數(shù)測定

于煙草平頂期，在16：00—18：00（避免強(qiáng)直射光）采用植物冠層數(shù)字圖象分析儀（CID-110，CID，USA）在L4、L10、L16葉位處進(jìn)行測定，分別作為上、中、下3個冠層位置的葉面積指數(shù)（LAI）。分別將探頭放在壟上2株中點(diǎn)以及行間的1/2處進(jìn)行采集，作為株間和行間的葉面積指數(shù)，同時得到冠層透光率等參數(shù)。每個小區(qū)至少隨機(jī)選取5個樣點(diǎn)重復(fù)測定。

1.2.3 葉片氣體交換測定

于煙草平頂期各小區(qū)分別選取L4、L10、L16葉位完整健康的葉片，使用配備紅藍(lán)光源的便攜式光合作用測定系統(tǒng)（LI-6400，Li-COR，USA）測定葉片氣體交換，于晴天09：00—12：00測量，設(shè)置1 600 μmol/（m2·s）（紅光90%+藍(lán)光10%）的光強(qiáng)，使用CO2鋼瓶，設(shè)定參比室內(nèi)CO2濃度為400 μmol/mol、流速為 500 μmol/s。葉室內(nèi)溫度維持30 ℃左右，相對濕度65%±5%。每次測定前打開測量光進(jìn)行活化約 10 min，待光合值相對穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)。得到在該測定條件下的葉片凈光合速率（Pn），同時得到氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間二氧化碳濃度（Ci）。

1.2.4 葉綠素?zé)晒鉁y定

采用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨xPAM-2500（WALZ 公司，德國）進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)測定（Maxwell and Johnson，2000），環(huán)境條件控制在30 ℃，相對濕度（65±5）%。充分暗適應(yīng)后的葉片在弱調(diào)制光下誘導(dǎo)產(chǎn)生初始熒光（Fo），并且PSⅡ反應(yīng)中心處于完全開放狀態(tài)。初始熒光之后用強(qiáng)飽和脈沖光[3 500 μmol/（m2·s）]激發(fā)使原初電子受體QA完全還原，在此時測得最大熒光值（Fm）。計(jì)算PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）=（Fm-F0）/Fm。

打開光化光測定光適應(yīng)下的最大熒光（Fm′）與穩(wěn)態(tài)熒光（F），最后關(guān)閉光化光并打開遠(yuǎn)紅光測量最小熒光（F0′）。據(jù)此計(jì)算實(shí)際光化學(xué)效率Y（Ⅱ）=（Fm′-F）/Fm′。

光化學(xué)淬滅qP=（Fm′-Ft）/（Fm′-Fo′）;非光化學(xué)淬滅NPQ=（Fm-Fm′）/Fm′。

1.2.5 葉綠素含量測定

選取用于氣體交換測定的葉片，于凌晨用打孔器（直徑為1 cm）隨機(jī)取10個葉圓片，切成細(xì)絲后放入95%乙醇中浸提24 h，加蒸餾水定容后，使用分光光度計(jì)測定其在3個不同波長（665、649、470 nm）下的吸光度，參考Siebeneichler等的方法[17]計(jì)算葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素含量。

1.2.6 比葉重和比葉氮測定

選取用于測定氣體交換的葉片，使用打孔器（直徑為3.5 cm）均勻打孔20個，用蒸餾水清洗干凈后放入恒溫鼓風(fēng)烘箱中 105 ℃ 殺青，85 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱取干物質(zhì)質(zhì)量，用于計(jì)算比葉重。取用于比葉重測定的葉片烘干樣，研磨儀粉碎后，用凱氏定氮法測定葉片的含氮百分?jǐn)?shù)，然后用比葉重?fù)Q算成比葉氮含量。

1.2.7 行間葉與株間葉比例

本試驗(yàn)用行間葉與株間葉的比例（LBP）表示煙草葉片在行間和株間的分布，根據(jù)葉片與行軸線夾角來定義行間葉與株間葉。將與行軸線夾角小于15°或大于165°的葉片計(jì)入株間葉，將與行軸線夾角在15°～165°的葉片計(jì)入行間葉。分別測定上部葉（L1～L6）、中部葉（L7～L14）和下部葉（L15～L20）的LBP。

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過多因素方差分析的一般線性模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（α=0.05），采用Tukeys 方法進(jìn)行平均數(shù)間的多重比較。統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 18.0軟件實(shí)現(xiàn)，并用Sigma Plot 14.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對平頂期煙草農(nóng)藝性狀的影響

由圖2可知，煙草平頂期L4和L10葉位的葉長和弦長較大（圖2-A、圖2-D），而L10和L16葉位的葉寬較大（圖2-B），因而平頂期煙草葉片呈現(xiàn)上部葉細(xì)長、下部葉圓寬的特征。L4葉位的節(jié)長明顯高于L10和L16，L16葉位處的節(jié)長最低（圖2-C）。莖葉夾角呈現(xiàn)上部葉（L4）較小而下部葉較大（L16）的變化特征（圖2-E），而3個葉位的披垂角差異較小（圖2-F），因而平頂期煙草呈現(xiàn)上部葉較直立、下部葉較水平的株型特征。

隨種植密度增加，平頂期煙草L4和L10葉位的葉長和葉寬均降低，HD處理的L4和L10葉位的葉長和葉寬均顯著低于LD處理，而L16葉位的葉長和葉寬在不同種植密度間差異不顯著（圖2-A、圖2-B），密植導(dǎo)致煙草中上部葉片大小降低，而對下部葉無顯著影響。提高種植密度增加了3個葉位的節(jié)長，HD處理的節(jié)長顯著高于LD處理（圖2-C）;本研究煙草田間管理采用留葉數(shù)相同的打頂措施，HD處理的3個葉位節(jié)長均較大，說明HD處理的植株高度最大。種植密度對莖葉夾角的影響較大，HD處理的葉片莖葉夾角顯著低于LD處理，而MD處理和LD處理的莖葉夾角差異不顯著（圖2-E）。L4和L10葉位的弦長變化與葉長一致，而L16葉位的弦長隨種植密度增加而降低;L4和L10葉位的披垂角變化趨勢與莖葉夾角一致，而L16葉位的披垂角差異不顯著。由此可見，密植對平頂期煙草葉型特征有明顯影響，不同葉位對密植的響應(yīng)也不同。

2.2 種植密度對平頂期煙草葉面積指數(shù)和冠層光分布的影響

平頂期煙草的株間透光率隨葉位變化較快，而行間透光率隨葉位變化相對較緩。隨種植密度的增加， L4葉位處測得的株間透光率呈增加趨勢， 而L16葉位處測得的株間透光率呈降低趨勢，HD處理的株間透光率在L4葉位處顯著高于LD處理（P<0.05），而在L16葉位處顯著低于LD處理（P<

0.05）（圖3-A）。在L4和L10葉位測定的行間透光率在不同種植密度間無顯著差異，而L16葉位測定的HD處理行間T顯著低于LD處理（P<0.05）（圖3-B）。由此可見，在L10和L16葉位處的株間和行間透光率隨密度變化一致，而增加密度能夠提高L4葉位的株間透光率。L4和L10處測得的累積株間和行間LAI在不同種植密度間均無顯著差異，在L16處測得的HD處理株間LAI是LD處理的1.2倍，而行間LAI是LD處理的1.5倍，說明行間LAI比株間LAI對種植密度更敏感。

2.3 種植密度對葉片氣體交換的影響

由圖4可知，葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）在不同葉位間差異較大，L4的Pn明顯高于L10和L16部葉，L16的Pn最低; 胞間二氧化碳濃度（Ci）在不同葉位間差異較小。隨著種植密度的增加，L4葉位的Pn明顯升高，HD處理顯著高于LD處理（P<0.05），L4葉位的Gs、E和Ci隨種植密度變化與Pn一致，推測LD處理光合降低是由于受到氣孔限制。L10葉位的Pn和Ci在3個種植密度間差異不顯著，HD處理的Gs和Tr顯著高于LD處理。隨著種植密度的增加，L16葉位的Pn降低，HD處理的Pn僅為MD處理和LD處理的60%（P<0.05），而Ci在不同種植密度間差異不顯著，因而推測L16光合速率降低可能受到了非氣孔限制。因而密植增加了L4葉位光合碳同化速率，降低了L16葉位葉片光合碳同化速率，而對L10葉位影響較小。

2.4 種植密度對葉片比葉重和比葉氮的影響

由圖5可知，L4葉位比葉重和比葉氮明顯高于L10和L16。種植密度對L4和L10葉位比葉重?zé)o顯著影響，LD處理顯著增加了L16葉位的比葉重（P<0.05），約為HD處理和MD處理的1.2倍。與HD處理相比 MD處理和LD處理的L4葉位比葉氮均顯著降低了10%左右;L10葉片比葉氮在3個種植密度間差異不顯著。

2.5 種植密度對葉片葉綠素含量的影響

由圖6可知，L4葉位的葉綠體色素含量最高，L16葉位最低，說明平頂期煙草冠層葉片葉綠體色素有明顯的垂直分布特性。種植密度對L4和L10葉位的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量以及類胡蘿卜素含量均無顯著影響，而在L16葉位中，與LD處理相比，HD處理和MD處理的葉綠素a含量分別降低了44.20%、55.22%，葉綠素b含量降低了40.32%、54.06%，葉綠素總量降低了43.91%、54.84%，類胡蘿卜素含量降低了33.99%、28.88%。說明密植降低了煙草下部葉葉綠體色素含量，對中、上部葉的葉綠體色素含量沒有影響。

2.6 種植密度對葉片葉綠素?zé)晒獯銣鐒恿W(xué)參數(shù)的影響

由圖7可知，L4和L10葉位的Fv/Fm和Y（Ⅱ）不隨種植密度變化，HD處理的L16葉位Fv/Fm和Y（Ⅱ）均顯著低于MD處理和LD處理（P<0.05），表明高密度種植會導(dǎo)致L16葉位的光能捕獲和轉(zhuǎn)化效率降低，而對L4和L10葉位無顯著影響。隨著種植密度增加，L4葉位的qP顯著升高，L10葉位的qP無顯著變化，L16葉位qP HD處理顯著低于MD處理和LD處理，表明密植提高了L4的電子傳遞效率，降低了L16葉位的電子傳遞效率，而對L10葉位無顯著影響。NPQ隨著種植密度的變化趨勢與qP恰好相反，表明密植導(dǎo)致高密度群體的L4葉位熱耗散能力下降，L16葉位熱耗散能力增加。由此可見，密植對不同葉位的光能捕獲和電子傳遞有不同影響。

2.7 種植密度對平頂期煙草群體行間與株間留葉數(shù)比值的影響

由圖8可知，L10和L16的LBP隨密度的增加而增大，且差異顯著，但在L4葉位處卻無明顯差異。隨著冠層的深入，LBP株間增加，且增加的幅度隨密度的增大而變大，LD在不同冠層垂直高度間差異不大。由此可見，越靠近冠層下部，種植密度越大，分布在行間的葉片數(shù)越多。

3 討論

3.1 平頂期煙草株型特征對密植的適應(yīng)

作物冠層內(nèi)光強(qiáng)隨著冠層深度呈指數(shù)衰減，衰減程度受物種、生育期和農(nóng)藝措施的影響。密植會加劇冠層內(nèi)光衰減，是制約作物群體高光效的主要原因之一[10，18-19]。本研究中在L16葉位測得的株間和行間透光率均與以往研究一致：密植導(dǎo)致透光率降低;而L4葉位測得的株間透光率表現(xiàn)為HD處理大于LD處理，行間透光率在種植密度間差異不顯著。高密度群體HD處理葉片垂直分布稀松，表現(xiàn)為葉長、葉寬較小，但節(jié)長較大;并且葉片彎曲程度小，表現(xiàn)為葉片弦長和披垂角較小。這導(dǎo)致了雖然L4葉位上HD處理、MD處理和LD處理的葉面積指數(shù)差異不顯著，但HD處理群體的株間透光率顯著高于MD處理和LD處理，在一定程度上改善了密植群體上部葉光環(huán)境，這可能是造成密植后煙草光分布與其他作物不同的原因。

作物冠層為適應(yīng)異質(zhì)的光環(huán)境，通過自身調(diào)節(jié)作用提高冠層葉片對光能的攔截[19]。在冠層形成初期，葉片除了橫向生長形成株間冠層，也向行間伸展。在玉米寬行試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，寬行種植的作物群體能夠增大群體的受光面積和邊際效應(yīng)，較大程度地減小密植玉米植株之間的相互遮擋，中下層的光照度相比對照可提高15%左右[20]。本研究中，L4和L10葉位株間和行間的LAI在不同種植密度間差異較小，表明在冠層中、上部，冠層郁閉度差異較小;但值得注意的是HD處理的株間LAI與LD處理差異不顯著，而行間LAI卻顯著高于LD處理（P<0.05）。可見與LD處理相比，密植對行間LAI影響更大。因此推測，密植可能促使煙草葉片向行間伸長，更多地利用行間太陽輻射。HD處理和MD處理的冠層上、中、下3個位置的LBP均對密植有所響應(yīng)，下部葉響應(yīng)程度最大。由此可見，種植密度能夠改變平頂期煙草冠層內(nèi)的光分布，煙株能夠通過葉片大小、莖葉夾角、節(jié)長及葉片的空間分布對密植環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)，改善冠層內(nèi)葉片的光環(huán)境。

3.2 平頂期煙草葉片光合功能對密植的適應(yīng)

本研究表明，L10葉位光合功能、生物化學(xué)計(jì)量對種植密度并不敏感，這是由于高密度群體HD處理通過葉片大小、節(jié)長、傾角等結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，優(yōu)化了冠層光環(huán)境，在一定程度上緩解了密植引起的光強(qiáng)衰減，其透光率、LAI與MD處理、LD處理沒有較大差異，其葉片為適應(yīng)較高光環(huán)境而維持較高的光合速率。本研究中，HD處理上部葉L4葉位的Pn顯著高于LD處理，表明密植提高了上部葉光合能力，這是因?yàn)楣趯由喜客腹饴矢?，上部葉所處光強(qiáng)較大。L4葉位的Pn隨著種植密度變化趨勢與Gs和Ci一致，因而此時光合作用降低可能是發(fā)生了氣孔限制。L4葉位的葉綠體色素含量、Fv/Fm、Y（Ⅱ）在HD處理和LD處理間均差異不顯著，表明葉片光能捕獲和轉(zhuǎn)化效率隨著種植密度變化較小。大量研究表明，葉片含氮量差異也是冠層內(nèi)部葉片光合功能空間差異的重要因素[18]，這在本研究中HD處理群體的L4葉位表現(xiàn)較明顯：雖然HD處理在L4葉位的葉綠體色素含量和比葉重沒有明顯增加，但比葉氮卻顯著高于LD處理，與L4葉位的光合速率變化趨勢一致。由此推測，LD處理的L4葉位光合速率較低的原因可能是非氣孔限制和氣孔限制同時發(fā)生。

在大多數(shù)作物研究中都發(fā)現(xiàn)，植物葉片可通過提高單位面積內(nèi)葉綠素含量、增加光能捕獲來適應(yīng)弱光環(huán)境，本研究發(fā)現(xiàn)HD處理群體的L16葉位株間和行間透光率均隨種植密度的增加顯著降低，L16葉位凈光合速率在高密度下顯著低于MD處理和LD處理（圖4-A），但其葉綠素含量與種植密度呈相反趨勢，可見L16葉位未表現(xiàn)出明顯的弱光適應(yīng)特征。孫志偉研究發(fā)現(xiàn)，煙草葉片衰老時光合系統(tǒng)中的光能捕獲和生物力能學(xué)組分的氮分配比例降低，推測光能捕獲和電子傳遞能力下降是葉片衰老時降低光合作用能力的主要因素之一[21]。因此，本研究認(rèn)為HD處理群體的L16葉位開始衰老。光合氮素利用效率（PNUE）為凈光合速率與比葉氮的比值，反映了葉片氮素投入光合作用的能力，本研究中L16葉位的PNUE隨種植密度增加分別為8.92、14.69、12.05，表明HD處理的L6葉位氮素投入到光合過程部分明顯減少。由此可見，高密度群體HD處理的L16葉位表現(xiàn)出明顯的衰老現(xiàn)象。葉片最大光化學(xué)效率Fv/Fm反映了PSⅡ潛在光能轉(zhuǎn)化效率，是葉片衰老和逆境脅迫的指示指標(biāo)[22-23]。本研究中高密度群體HD處理的L16葉位Fv/Fm顯著降低，并且其Y（Ⅱ）、qP均顯著降低，表明葉片活性和電子傳遞效率明顯降低。另外NPQ顯著升高，表明葉片耗散掉的激發(fā)能比例增加。以上結(jié)果表明，HD處理的L16葉位光能捕獲和利用能力下降，這與葉綠素含量降低趨勢一致;碳同化能力減弱導(dǎo)致激發(fā)能過剩，以其他形式耗散掉，NPQ升高。因此本研究認(rèn)為，密植導(dǎo)致了平頂期煙草下部葉衰老，其光合作用降低主要是受到非氣孔限制的影響。

本研究中，L4、L10和L16這3個葉位在 1 600 μmol/（ m2·s） 的光強(qiáng)（接近光飽和點(diǎn)）下的葉片凈光合速率隨種植密度的變化趨勢與冠層內(nèi)透光率變化趨勢一致，即凈光合速率隨種植密度、葉位的變化與葉片光環(huán)境一致。因而平頂期的煙草通過葉片形態(tài)和株型結(jié)構(gòu)適應(yīng)密植環(huán)境，從而調(diào)節(jié)光合功能：高密度群體的上部葉電子傳遞速率較高，光合速率較高，下部葉光合速率降低，并呈現(xiàn)衰老現(xiàn)象。玉米生產(chǎn)上適當(dāng)減緩密植群體的下部葉衰老，增加其功能持續(xù)期，能夠明顯提高產(chǎn)量[24]，但在煙草工業(yè)中，下部葉品質(zhì)相對較差，工業(yè)可用性低，因而適當(dāng)減少下部葉物質(zhì)積累，可適當(dāng)增加中上部葉物質(zhì)供應(yīng)，提高煙草產(chǎn)值。煙草生產(chǎn)受目前采收技術(shù)限制，種植行距較大，造成太陽輻射資源浪費(fèi)，但本研究證實(shí)，適當(dāng)密植有利于增加煙草對行間輻射資源的利用，提高光能利用效率。

4 結(jié)論

密植導(dǎo)致了平頂期煙草冠層內(nèi)部光強(qiáng)隨冠層深度急劇衰減，高密度群體可以通過減小葉片大小、增加節(jié)長、減小莖葉夾角等株型調(diào)控措施改善了中、上部葉光環(huán)境，維持葉片較高的電子傳遞效率和碳同化速率，下部葉受光強(qiáng)限制導(dǎo)致電子傳遞效率降低，碳同化能力減弱，但下部葉會更多地向行間生長增加對行間光照的利用。因而，適當(dāng)密植可提高煙草中、上部葉碳同化速率，加速下部葉衰老，同時在一定程度上提高單位面積土地的光能利用效率。這一結(jié)論可為煙草冠層結(jié)構(gòu)調(diào)控提供理論依據(jù)，也可為其他作物的寬行密植提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]Li T，Liu Y J，Shi L，et al. Systemic regulation of photosynthetic function in field-grown Sorghum[J]. Plant Physiology and Biochemistry，2015，94：86-94.

[2]金 容，李 鐘，楊 云，等. 密度和株行距配置對川中丘區(qū)夏玉米群體光分布及雌雄穗分化的影響[J]. 作物學(xué)報，2020，46（4）：614-630.

[3]高英波，陶洪斌，黃收兵，等. 密植和行距配置對夏玉米群體光分布及光合特性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，20（6）：9-15.

[4]楊吉順，高輝遠(yuǎn)，劉 鵬，等. 種植密度和行距配置對超高產(chǎn)夏玉米群體光合特性的影響[J]. 作物學(xué)報，2010，36（7）：1226-1233.

[5]徐麗娜，閆 艷，梅沛沛，等. 不同玉米品種冠層光分布和濕度比較研究[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，2020，35（6）：106-112.

[6]韓煥勇，王方永，陳 兵，等. 不同種植密度下棉花葉面積指數(shù)與群體透光率的關(guān)系研究[J]. 中國棉花，2014，41（7）：14-16.

[7]柏延文，楊永紅，朱亞利，等. 種植密度對不同株型玉米冠層光能截獲和產(chǎn)量的影響[J]. 作物學(xué)報，2019，45（12）：1868-1879.

[8]徐宗貴，孫 磊，王 浩，等. 種植密度對旱地不同株型春玉米品種光合特性與產(chǎn)量的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，50（13）：2463-2475.

[9]許海良，趙會杰，蒲文宣，等. 種植密度對煙草冠層輻射和群體光合作用的影響[J]. 福建農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，32（3）：253-257.

[10]時向東，朱命陽，趙會納，等. 種植密度對烤煙葉片生育期光合特性的影響[J]. 中國煙草學(xué)報，2012，18（6）：38-42.

[11]張廣富，趙銘欽，王 冬，等. 不同種植密度烤煙凈光合速率日變化與生理生態(tài)因子的關(guān)系[J]. 中國煙草學(xué)報，2011，17（1）：54-61.

[12]葉衛(wèi)國，雷 佳，李淮源，等. 減氮增密對烤煙光合特性及煙葉結(jié)構(gòu)的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018，41（5）：817-824.

[13]王 凱. 種植密度和留葉數(shù)對巫山烤煙光合特性和產(chǎn)質(zhì)量的影響研究[D]. 重慶：西南大學(xué)，2014：2-3.

[14]李海平，朱列書，黃魏魏，等. 種植密度對煙田環(huán)境、烤煙農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量質(zhì)量的影響研究進(jìn)展[J]. 作物研究，2008，22（增刊1）：489-490.

[15]趙會杰，張皓帆，李 華，等. 種植密度對烤煙葉片碳同化能力及同化產(chǎn)物分配的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，46（11）：35-41.

[16]張喜峰，張立新，高 梅，等. 密度、留葉數(shù)及其互作對烤煙光合特性及經(jīng)濟(jì)性狀的影響[J]. 中國煙草科學(xué)，2014，35（5）：23-28.

[17]Siebeneichler S C，Barbosa J S，Cruz A M M，et al. Comparison between extraction methods of photosynthetic pigments in Acacia mangium[J]. Communications in Plant Sciences，2019，9：1-5.

[18]YaoHS，ZhangYL，YiXP，et al. Plant density alters nitrogen partitioning among photosynthetic components，leaf photosynthetic capacity and photosynthetic nitrogen use efficiency in field-grown cotton[J]. Field Crops Research，2015，184：39-49.

[19]柏延文，張宏軍，朱亞利，等. 不同株型玉米冠層光氮分布、衰老特征及光能利用對增密的響應(yīng)[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，53（15）：3059-3070.

[20]武志海，張治安，陳展宇，等. 大壟雙行種植玉米群體冠層結(jié)構(gòu)及光合特性的解析[J]. 玉米科學(xué)，2005，13（4）：62-65.

[21]孫志偉. 供氮量對烤煙葉片光合特性及光合氮利用效率的影響[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2020：39-40.

[22]李鵬民，高輝遠(yuǎn)，Strasser R J. 快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)分析在光合作用研究中的應(yīng)用[J]. 植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報，2005，31（6）：559-566.

[23]原佳樂，馬 超，馮雅嵐，等. 不同抗旱性小麥快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線對干旱及復(fù)水的響應(yīng)[J]. 植物生理學(xué)報，2018，54（6）：1119-1129.

[24]李 靜，王洪章，劉 鵬，等. 夏玉米不同栽培模式花后葉片光合性能的差異[J]. 作物學(xué)報，2021，47（7）：1351-1359.