通過改變冠層的光分布影響大豆產量

CIRAS-3葉形、種植密度和施氮量通過改變冠層的直射光和漫射光分布影響大豆產量

　　近日，山東農業大學農學院智慧生態農作寧堂原教授、李耕副教授團隊的學術論文“Leaf shape, planting density, and nitrogen application affect soybean yield by changing direct and diffuse light distribution in the canopy”在線發表在Plant Physiology and Biochemistry上（生物學2區IF=6.5）。文章研究了田間不同密度和氮肥用量的大豆群體內光能類型-直射光、漫射光的比例變化，并使用美國PP SYSTEMS公司生產的CIRAS-3便攜式光合作用測量系統結合群體同化室測定了不同光能類型下作物冠層的表觀光合速率，研究了卵圓型和披針型葉片大豆在不同密度和氮肥投入下，對冠層直射光和漫射光的利用效率差異。

　　該研究結果表明，兩種葉型大豆冠層光環境的差異主要是由直射光的變化引起的（圖1）。種植密度影響大豆冠層光強的空間分布，氮肥在種植密度的基礎上影響植物莖葉的發育，進而調節SLA以優化冠層光合能力（圖2）。披針型大豆冠層的直射光分布均勻，比卵圓型冠層更耐密植；卵圓型冠層的漫射光環境改善了中、低冠層的葉片適應性，漫射光利用效率更高（圖3）。直射光對產量的貢獻率顯著高于漫射光，兩個品種在不同氮密度組合下表現相同。直射光對披針型冠層產量的貢獻率明顯高于卵圓型冠層；與漫射光相比，直射光分布的均勻化有利于促進冠層內的光合和氮素匹配，增加群體的光合積累，為提高產量奠定基礎（圖4、圖5）。卵圓型冠層的漫射光利用效率明顯高于披針型冠層。與披針型冠層相比，隨著氮和密度的增加，卵圓型冠層的漫射光比例增加，漫射光利用效率和漫射光下產量顯著提高（圖4、圖5）。結果表明，披針型冠層更適合密植，適合密植和施氮的栽培技術，獲得高產，而卵圓型冠層具有增密寬行增產潛力。

圖1 大豆植株分支鮮重、主莖-分支夾角、累積光子通量和PAR 截獲率之間的相關性

　　圖2 比葉氮（N_A）與PAR截獲量間的相關性

圖3 冠層表觀光合速率相關性分析

圖4 氮素利用效率（NUE）、光能利用效率（LUE）與SLA和N_A的相關性分析

　　圖5兩個品種的種植密度和氮肥施用量變化對直接光和漫射光利用效率影響的途徑

　　山東農業大學農學院耕作與生態研究團隊趙偉博士、任廷虎博士為本文共同第一作者，農學院李耕副教授、寧堂原教授為本文共同通訊作者。本研究得到國家自然科學基金、十三五國家重點研發計劃項目、山東省雙一流項目的資助。

　　原文鏈接：https://doi. org/10.1016/j.plaphy.2023.108071