叶形、种植密度和施氮量通过改变冠层的直射光和漫射光分布影响大豆产量

近日，山东农业大学农学院智慧生态农作宁堂原教授、李耕副教授团队的学术论文“Leaf shape, planting density, and nitrogen application affect soybean yield by changing direct and diffuse light distribution in the canopy”在线发表在Plant Physiology and Biochemistry上（生物学2区 IF=6.5）。文章研究了田间不同密度和氮肥用量的大豆群体内光能类型-直射光、漫射光的比例变化，并使用美国PP SYSTEMS公司生产的CIRAS-3便携式光合作用测量系统结合群体同化室测定了不同光能类型下作物冠层的表观光合速率，研究了卵圆型和披针型叶片大豆在不同密度和氮肥投入下，对冠层直射光和漫射光的利用效率差异。

该研究结果表明，两种叶型大豆冠层光环境的差异主要是由直射光的变化引起的（图1）。种植密度影响大豆冠层光强的空间分布，氮肥在种植密度的基础上影响植物茎叶的发育，进而调节SLA以优化冠层光合能力（图2）。披针型大豆冠层的直射光分布均匀，比卵圆型冠层更耐密植；卵圆型冠层的漫射光环境改善了中、低冠层的叶片适应性，漫射光利用效率更高（图3）。直射光对产量的贡献率显著高于漫射光，两个品种在不同氮密度组合下表现相同。直射光对披针型冠层产量的贡献率明显高于卵圆型冠层；与漫射光相比，直射光分布的均匀化有利于促进冠层内的光合和氮素匹配，增加群体的光合积累，为提高产量奠定基础（图4、图5）。卵圆型冠层的漫射光利用效率明显高于披针型冠层。与披针型冠层相比，随着氮和密度的增加，卵圆型冠层的漫射光比例增加，漫射光利用效率和漫射光下产量显著提高（图4、图5）。结果表明，披针型冠层更适合密植，适合密植和施氮的栽培技术，获得高产，而卵圆型冠层具有增密宽行增产潜力。

图1 大豆植株分支鲜重、主茎-分支夹角、累积光子通量和 PAR 截获率之间的相关性

图2 比叶氮（N_A）与PAR截获量间的相关性

图3 冠层表观光合速率相关性分析 

图4 氮素利用效率（NUE）、光能利用效率（LUE）与SLA和N_A的相关性分析

图5两个品种的种植密度和氮肥施用量变化对直接光和漫射光利用效率影响的途径

山东农业大学农学院耕作与生态研究团队赵伟博士、任廷虎博士为本文共同第一作者，农学院李耕副教授、宁堂原教授为本文共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、十三五国家重点研发计划项目、山东省双一流项目的资助。

原文链接：https://doi. org/10.1016/j.plaphy.2023.108071