水肥耦合對河西綠洲娃娃菜生理特性及產(chǎn)量影響

吳子孝，陳修斌，許耀照，李翊華

(1.張掖市農(nóng)業(yè)科學研究院，甘肅 張掖 734000，2. 河西學院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院，甘肅 張掖 734000)

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水肥耦合對河西綠洲娃娃菜生理特性及產(chǎn)量影響

吳子孝1，陳修斌2，許耀照2，李翊華2

(1.張掖市農(nóng)業(yè)科學研究院，甘肅 張掖 734000，2. 河西學院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院，甘肅 張掖 734000)

為探明河西綠洲灌漠土高原夏菜娃娃菜生產(chǎn)中，不同水肥耦合模式對娃娃菜生理特性及產(chǎn)量影響，以品種 “春月黃”為材料，采用裂區(qū)試驗設(shè)計，研究了實際光化學效率(ΦPSⅡ)、光化學量子產(chǎn)量(Fv′/Fm′)、光化學猝滅系數(shù)(qP)、非光化學猝滅系數(shù)(qN)、光抑制程度和產(chǎn)量對不同水肥耦合的響應(yīng)。結(jié)果表明：在中等的土壤水分和理論施肥水平條件下，即土壤田間持水量達 75%～90%及肥料組合為N 350 kg·hm-2+ P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2的W2F1處理，娃娃菜在蓮座初期、中期、末期，其葉片的凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導度(Gs)的變化值明顯高于其他處理，植株保持較高的生理代謝活動；葉片的ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP值最大，光抑制程度最低，其生物學產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量也最高。不同時期的Pn、Ci、Tr和Gs的數(shù)值變化規(guī)律為：蓮座中期>蓮座末期>蓮座初期。 圖1，表3，參22。

水肥耦合；娃娃菜；生理特性；產(chǎn)量

0　引　言

張掖市地處河西走廊中部，屬溫帶大陸性氣候，境內(nèi)地勢平坦，土地肥沃，日照充足，氣候溫和，是典型的綠洲農(nóng)業(yè)和大型灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。近年來，隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，高原夏菜已成為農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效的的主導產(chǎn)業(yè)，至2014年，全市高原夏菜基地面積達到3.75萬hm2。

娃娃菜(Brassicapekinensis)是本區(qū)高原夏菜種植的主要蔬菜種類之一，是一種袖珍型小株白菜，屬十字花科蕓薹屬白菜亞種，為半耐寒性蔬菜。在娃娃菜栽培過程中，農(nóng)民為了提高產(chǎn)量，盲目地大量施肥和灌水，施用尿素、磷酸二銨和硫酸鉀的施用量一般分別在525 kg·hm-2、600 kg·hm-2和480 kg·hm-2以上，單次灌水量450 m3·hm-2，生長期內(nèi)每15 d灌水一次，整個生育期灌水量在4 800 m3·hm-2以上[1]，這樣一方面導致水肥資源的浪費，另一方面引起土壤板結(jié)，土壤理化性狀下降，娃娃菜病蟲害加重，使得娃娃菜的品質(zhì)降低[2]。

近年來，國內(nèi)學者王海鵬、湛長菊[3-4]等對娃娃菜的高效栽培技術(shù)進行了研究，張曉梅、羊曉琴[5-6]等對娃娃菜品種引種進行了試驗，楊兵麗等研究了不同形態(tài)氮素配施對娃娃菜光合和葉綠素熒光特性的影響[7]，周箬涵等研究了不同氮素形態(tài)及配比對娃娃菜產(chǎn)量、品質(zhì)及其養(yǎng)分吸收的影響[8]。有研究顯示，在土壤含水量控制在32%以上，施肥量達460.95 kg·hm-2時，有利于樹莓凈光合速率、氣孔導度和品質(zhì)的提高；溫室番茄在田間持水率達 75%～90%，氮、磷、鉀肥以理論施肥水平N 400 kg·hm-2+ P2O5350 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2時，植株的光合速率最高，水肥耦合的互作效應(yīng)顯著，單位面積上番茄產(chǎn)量最高[9-10]；而有關(guān)水肥耦合對高原夏菜娃娃菜生理特性及產(chǎn)量的影響至今尚未見系統(tǒng)報道。試驗以當?shù)赝尥薏酥髟云贩N“春月黃”為試材，研究不同水肥配比對河西綠洲娃娃菜植株生長發(fā)育特性的影響，探討不同水肥耦合模式下娃娃菜產(chǎn)量形成與光合生理之間的關(guān)系，旨在于為當?shù)赝尥薏嗽谏a(chǎn)過程中實現(xiàn)科學的水肥管理及優(yōu)質(zhì)化栽培提供指導。

1　材料與方法

1.1供試土壤狀況

研究于2015年3至6月在張掖市甘州區(qū)梁家墩鎮(zhèn)三工村高原夏菜生產(chǎn)基地內(nèi)進行。供試土壤為灌漠土，有機質(zhì)含量為10.0 g·kg-1，堿解氮51.1 mg·kg-1，速效磷8.93 mg·kg-1，速效鉀146.7 mg·kg-1，pH為7.1，全鹽1.0 g·kg-1，容重1.17g·cm-3，總孔隙度46.4%，質(zhì)地砂壤。

1.2試驗材料與處理

供試的娃娃菜品種為春月黃。于2015年3月25日采用日光溫室育苗，播前將種子放于10%的磷酸三鈉溶液浸泡15 min，而后放入水中浸泡8 h～12 h，然后用濕毛巾包裹放于控溫箱中進行催芽，當種子露白時，播種于128孔穴盤內(nèi)進行育苗，育苗期間保持白天15℃～30℃，夜間15℃～18℃， 出苗后白天18℃～23℃，夜間13℃～15℃。

1.3試驗設(shè)計與種植

采用裂區(qū)設(shè)計[11]，水分和肥料各3個水平，即W1：田間持水量為90%～100%；W2：田間持水量為75% ～ 90%；W3：田間持水量為50%～75%。肥料為理論施肥(F1)，參考結(jié)球白菜每形成1t產(chǎn)品器官對N、P、K肥的吸收特點，在結(jié)合實際土壤地力狀況和目標產(chǎn)量進行確定[12]，其用量組合為N 350 kg·hm-2+P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2；經(jīng)驗施肥(F2)，依據(jù)調(diào)查張掖市的甘州區(qū)、高臺、臨澤等縣區(qū)的8個高原夏菜基地的肥料用量確定為N 450 kg·hm-2+P2O5500 kg·hm-2+K 450 kg·hm-2；超量施肥(F3)，參考周德霞[13]在經(jīng)驗施肥基礎(chǔ)上氮肥、磷肥、鉀肥分別上浮28%、25%和50%，確定為N 600 kg·hm-2+P2O5600 kg·hm-2+K 600 kg·hm-2。共9個處理，每處理重復3次，見表1。小區(qū)長10 m，寬0.8 m，面積為8.0 m2。4月20日當幼苗生長到四葉一心時移栽，采用高畦膜下滴灌技術(shù)定植，畦高15 cm ～ 20 cm，定植大行距60 cm，小行距30 cm，不同小區(qū)間深埋40 cm地膜，每畦栽植2行，定植株數(shù)94 500株·hm-2。試驗中氮肥、磷肥和鉀肥分別由尿素、磷酸二銨和硫酸鉀提供，其中在作畦時將磷酸二銨施入，氮肥和鉀肥的一半同磷酸二銨混施，一半在開花初期時滴灌施肥。試驗中，水分的控制參考韋澤秀等[14]介紹的方法進行。

表1　水肥耦合模式

1.4測定項目

1.4.1光合生理指標測定

在娃娃菜蓮座初期(5月10日)、中期(5月25日)、末期(6月10日)每個處理隨機選擇3株，每株選擇向陽第2片真葉，用TPS-2便攜式光合儀測定光合指標；用Handy PEA植物效率分析儀，在娃娃菜蓮座中期，測定植株葉片初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、最大初始熒光(Fo′)及穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)、光照條件下最大熒光(Fm′)，并計算實際光化學效率(ΦPSⅡ)、光化學量子產(chǎn)量(Fv′/Fm′)、光化學猝滅系數(shù)(qP)、非光化學猝滅系數(shù)(qN)和光抑制程度[15]。

1.4.2產(chǎn)量測定 于收獲期，各處理隨機選取6株，統(tǒng)計單株結(jié)球葉數(shù)、縱徑、橫莖、生物學產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量。

2　結(jié)果與分析

2.1水肥耦合對娃娃菜光合作用的影響

在娃娃菜蓮座初期、中期、末期，其葉片的凈光合速率、胞間 CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導度的變化，以W2F1處理的最高，明顯高于其他處理，不同處理之間呈現(xiàn)一定差異性，尤其是以蓮座中期的值最大，分別為27.7 μmolCO2·m-2·s-1、425 mmolH20·m-2·s-1、12 mmol·m-2·s-1和766 ul·L-1，見圖1。采用W2F1處理的水肥配比，植株保持最高的生理代謝活動。這說明W2F1處理水肥配比最適宜植株生長，水肥耦合表現(xiàn)較強的互作效應(yīng)，植株生長旺盛；其他處理由于在土壤水分含量過多或過少、肥料用量過大或過小的情況下，植株體內(nèi)營養(yǎng)失調(diào)，光合作用降低；同時，凈光合速率、胞間CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導度的數(shù)值變化也呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，均以蓮座中期>蓮座末期>蓮座初期，這主要是由于蓮座初期植株的葉片數(shù)量較少且葉片較小，植株光合作用較弱，因此表現(xiàn)生長量不大；蓮座末期雖然葉片數(shù)量較多，但隨著植株葉片葉齡的增大，葉片趨于老化，光合作用變?nèi)?，導致植株生長量變??；而蓮座中期，娃娃菜葉片處于充分伸展的壯年葉片，植株保持較旺盛的光合作用，從而導致植株生長量的增大。

2.2水肥耦合對娃娃菜葉片ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP、qN和光抑制程度的影響

采用W2F1的水肥處理，當土壤的田間持水量為75%～90%，施肥水平為N 350 kg·hm-2+ P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2時，其娃娃菜植株葉片的實際光化學效率、光化學量子產(chǎn)量和光化學猝滅系數(shù)最高，其值分別為0.381、0.497和0.664，明顯高于其他處理，不同處理之間呈現(xiàn)顯著變化，而非光化學猝滅系數(shù)和光抑制程度最低，分別為0.551和-0.205，顯著低于其他處理，見表2。究其原因是處理W2F1的水肥配比，最適宜于娃娃菜植株的生長，導致了植株葉片的ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP值增高，光抑制程度呈現(xiàn)較低的變化；其他處理由于在土壤水分過多或過少、肥料用量過大過小的情況下，水分與養(yǎng)分配比失衡，水肥耦合呈拮抗效應(yīng)，影響了娃娃菜正常生理代謝的進行，植株生長不良，葉片的ΦPSⅡ減小，從而發(fā)生光抑制[16]，進而表現(xiàn)光抑制程度均高于W2F1的水肥處理。

圖1　水肥耦合對娃娃菜光合作用的影響Fig.1　Effect of water and fertilizer coupling on photosynthesis of Brassica pekinensis　　注：不同小寫字母表示處理間差異達0.05顯著水平?！　ote: The list of different lowercase letters with a 5% difference in level.

處理Treatment實際光化學效率Actualphotochemicalefficiency(ΦPSⅡ)光化學量子產(chǎn)量Photochemicalquantumyield(Fv'/Fm')光化學猝滅系數(shù)Photochemicalquenchingcoefficient(qP)非光化學猝滅系數(shù)Nonphotochemicalquenchingcoefficient(qN)光抑制程度Degreeoflightinhibition(1-qP/qN)W1F10.313±0.036b0.442±0.019b0.585±0.021b0.595±0.048d0.017±0.003fW1F20.282±0.058bc0.421±0.034bc0.524±0.033bc0.613±0.063c0.145±0.004eW1F30.206±0.047d0.304±0.026d0.408±0.065d0.669±0.041b0.390±0.006cW2F10.381±0.028a0.497±0.012a0.664±0.031a0.551±0.031e-0.205±0.002gW2F20.355±0.049ab0.472±0.011ab0.625±0.018ab0.575±0.027de-0.087±0.007hW2F30.174±0.054e0.227±0.018f0.395±0.061d0.683±0.018ab0.422±0.004bW3F10.262±0.038c0.376±0.031c0.468±0.027c0.606±0.071cd0.228±0.005dW3F20.229±0.047cd0.354±0.068cd0.459±0.061cd0.663±0.052bc0.308±0.003cdW3F30.137±0.035f0.254±0.021e0.308±0.020e0.694±0.064a0.556±0.005a

注：同列不同小寫字母表示5%的差異水平，下同。

Note:The list of different lowercase letters with a 5% difference in level, the same below.

2.3水肥耦合對娃娃菜產(chǎn)量形成的影響

不同處理對娃娃菜的葉數(shù)、橫莖、縱徑、生物學產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量的影響，均以處理W2F1表現(xiàn)的最高(表3)，分別為43.32片、17.34 cm、24.91 cm、1 788 g、895 g和50.1%，明顯高于其他處理，不同處理之間呈現(xiàn)一定差異；各處理經(jīng)濟系數(shù)大小的順序為W2F1>W3F1>W1F1>W1F2>W3F2>W2F2>W1F3>W2F3>W3F3。說明當土壤的田間持水量為75%～90%，施肥水平為N 350 kg·hm-2+ P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2時，其水肥耦合的處理(W2F1)，提高了葉片光合速率，有利于娃娃菜植株的生長，因此表現(xiàn)出最高的經(jīng)濟產(chǎn)量和經(jīng)濟系數(shù)。

表3　水肥耦合對娃娃菜產(chǎn)量的影響

注：以上為6株的平均值。

Note: The average value of 6 plants.

3　討論與結(jié)論

水肥對娃娃菜生長的影響，不是單一起作用，而是相互聯(lián)系，水分與肥料之間存在著耦合效應(yīng)[18-19]，合理的水肥用量對娃娃菜植株可以達到以水調(diào)肥和以肥保水的效果。不同地區(qū)，由于氣候條件不同，加之土壤質(zhì)地和理化性狀的差異，導致水肥耦合對作物的生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響也存在極大的差別。過多或過少的水肥用量都會導致作物產(chǎn)量的降低，主要是由于淹水、干旱等水分脅迫的生存環(huán)境嚴重限制了植物的生長，最終導致了生物量的顯著減少[20]。此試驗中，不同的水肥耦合配比對娃娃菜在蓮座的不同時期影響不同，凈光合速率、胞間CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導度的數(shù)值大小，均以蓮座中期>蓮座末期>蓮座初期，這說明娃娃菜在蓮座的中期對水分和肥料反應(yīng)敏感，水肥作用表現(xiàn)較強的互作效應(yīng)，而蓮座末期隨著植株光合速率的降低，對水分和養(yǎng)分的反應(yīng)也隨著減小；蓮座初期由于植株葉片數(shù)較少，光合作用較弱，對水肥耦合響應(yīng)不夠敏感。

研究結(jié)果還表明，當土壤的田間持水量為75%～90%，施肥水平為N 350 kg·hm-2+P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2時，娃娃菜植株保持較強的生理代謝活動，植株葉片的ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP值最大，光抑制程度最低，同時該處理的植株有較高的生物學產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量；這表明采用W2F1的處理，其水肥耦合表現(xiàn)強烈互作效應(yīng)，隨著娃娃菜植株光合作用的增強，葉片實際光化學效率不斷提高，而隨著植株地上部分代謝水平的增加，促進了娃娃菜根系對水分和養(yǎng)分的吸收，植株生長發(fā)育旺盛，增加了植株同化物質(zhì)的積累，因此產(chǎn)量最高，其他處理在土壤水分和肥料配比過高或過低時，影響了根系對營養(yǎng)成份的吸收，說明水肥耦合存在一定閾值，高于或低于此閾值時，增產(chǎn)效果不明顯[21]，從而表現(xiàn)出娃娃菜生長發(fā)育不良，葉片因此保持較低的實際光化學效率和光化學量子產(chǎn)量，而相應(yīng)的光化學猝滅系數(shù)增大，非光化學猝滅系數(shù)增大，最終導致光抑制程度的增加；這與趙會杰[22]等人的研究相吻合。

在河西綠洲高原夏菜娃娃菜生產(chǎn)中，當田間持水率達75%～90%、施肥量為N 350 kg·hm-2+ P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2時，娃娃菜植株保持較強的光合能力，葉片的ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP的值較高，光抑制程度最低，其生物學產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量也最高，這一結(jié)論可為本區(qū)娃娃菜實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效及節(jié)水、節(jié)肥栽培提供理論指導。

[1]周志龍, 代惠芳. 西北干旱區(qū)高山娃娃菜高效節(jié)水周年生產(chǎn)技術(shù)[J]. 中國蔬菜，2015(2): 77-79.

[2]王志敏, 陳修斌, 許耀照, 等. 河西綠洲娃娃菜水肥一體化高效生產(chǎn)技術(shù)[J]. 中國園藝文摘，2015 (11): 167-168.

[3]王海鵬. 引大灌區(qū)娃娃菜膜下滴灌多茬高效栽培技術(shù)[J]. 北方園藝, 2009(1):149.

[4]湛長菊. 娃娃菜的特征特性及高產(chǎn)栽培技術(shù)[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學, 2008(19): 63-65.

[5]張曉梅, 嚴湘萍. 高寒地區(qū)娃娃菜品種引種比較試驗初報[J]. 長江蔬菜, 2009(1b): 46-47．

[6]羊曉琴. 適宜蘭州地區(qū)種植的娃娃菜新品種[J]. 西北園藝, 2005(11): 34．

[7]楊兵麗, 張國斌, 周箬涵, 等. 不同形態(tài)氮素配施對娃娃菜光合和葉綠素熒光特性的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學報, 2015, 27(5): 761-768.

[8]周箬涵, 郁繼華, 楊兵麗, 等. 不同氮素形態(tài)及配比對娃娃菜產(chǎn)量、品質(zhì)及其養(yǎng)分吸收的影響[J]. 華北農(nóng)學報, 2015，30(3): 216-222.

[9]王鐵良, 周罕琳, 李波, 等.水肥耦合對樹莓光合特性和果實品質(zhì)的影響[J]. 水土保持學報, 2012, 26(6): 286-290, 296.

[10]陳修斌, 李翊華, 許耀照, 等. 溫室番茄對水肥耦合的光合特性及葉綠素熒光參數(shù)響應(yīng)[J]. 土壤通報, 2015, 46(3):687-693．

[11]李翊華, 張芬琴, 陳修斌, 等. 溫室水肥耦合對甜椒生長和果期葉片光合特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報, 2015, 31(2): 415-421．

[12]葛曉光. 菜田土壤與施肥[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2002．

[13]周德霞, 張國斌, 楊偉, 等. 水肥耦合對高原萵筍生長、養(yǎng)分吸收和品質(zhì)的影響[J]. 中國農(nóng)學通報2014, 30(25): 194-200．

[14]韋澤秀, 梁銀麗, 周茂娟, 等. 水肥組合對日光溫室黃瓜葉片生長和產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2010, 26(3): 69-74．

[15]Krause G H, Weis E. Chlorophyll fluorescence and photosynthesis [J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1991, 42: 313-349.

[16]張守仁. 葉綠素熒光動力學參數(shù)的意義及討論[J].植物學通報, 1999, 16(4): 444-448.

[17]李建明, 潘銅華, 王玲慧, 等. 水肥耦合對番茄光合、產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2014, 30(10):82-90．

[18]Wolfe D W, Henderson D W, Hsiao T C, et al. Interactive water and nitrogen effects on senescence of maize. I. Leaf area duration, nitrogen distribution, and yield [J]. American Society of Agronomy, 1988, 80(6): 859-864.

[19]Bennett J M, Mutti L S M, Rao P S C, et al. Interactive effects of nitrogen and water stresses on biomass accumulation, nitrogen uptake, and seed yield of maize [J]. Field Crops Research, 1989, 19(4): 297-311.

[20]張明錦, 胡相偉, 徐睿,等. 水分脅迫及施肥對巨能草(PueliasineseRoxb)生理生化特性的影響[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2015, 29(9): 97-101.

[21]鄭仁塘, 劉云發(fā). 水、肥綜合作用對作物產(chǎn)量的影響及其定額的擬定[J]. 灌溉排水學報, 1995, 14(2): 8-13．

[22]趙會杰, 鄒琦, 于振文. 葉綠素熒光分析技術(shù)及其在植物光合機理研究中的應(yīng)用[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學學報, 2000, 34(3):248-251.

Effects of Water-fertilizer Coupling on Physiological Characteristics and Yield of Baby Cabbage(Brassicapekinensis) in Hexi Oasis

WU Zixiao1，CHEN Xiubin2, XU Yaozhao2，LI Yihua2

(1.ZhangyeAcademyofAgriculturalSciences,Zhangye734000,China; 2.CollegeofAgricultureandBiotechnology,HexiUniversity,Zhangye734000,China)

Using split plot design, a field experiment was conducted in an irrigated desert soil in Hexi oasis to investigate the effect of water and fertilizer coupling on yield and physiological characteristics such as net photochemical efficiency (ΦPSⅡ), photochemical quantum yield (Fv′/Fm′), coefficient of photochemical quenching (qP), non photochemical quenching coefficient (qN) and photo inhibitionin by using Baby Cabbage variety ‘Chunyuehuang’. The results showed thatPn,Ci,TrandGsvalues of baby Cabbage under the condition of 75%～90% field water capacity plus soil fertilizer combination of N 350 kg·hm-2+P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2were significantly higher than any other treatment at the early, middle and late stage of leaf lotus throne. This indicates that Baby Cabbage plants maintain higher physiological activities under this condition. The dynamics ofPn,Ci,TrandGsof Baby Cabbage was in the order of middle lotus throne > late lotus throne > early lotus throne.

water-fertilizer coupling;Brassicapekinensis; physiological characteristics; yield

10.11689/j.issn.2095-2961.2016.03.002

2095-2961(2016)03-0135-06

2015-09-29;

2016-03-18.

甘肅省科技支撐計劃-農(nóng)業(yè)類(144NKCA241).

吳子孝(1962-)，男，甘肅張掖人，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)作物栽培與生理方面的研究.

陳修斌(1968-)，男，河南鄧州人，碩士，教授，主要從事園藝植物栽培方面的研究.

S634.3

A