水肥耦合對設(shè)施番茄葉片光合特性和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

祝 洋 劉志應(yīng) 李新苗 王 楠 張 娟

1.塔里木大學(xué)園藝與林學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，新疆 阿拉爾 843300

0 引言

水肥耦合是研究水肥關(guān)系，以達(dá)到更經(jīng)濟(jì)有效地利用水分和養(yǎng)分目的的一項重要技術(shù)［1］。水肥和光合速率之間存在著相互促進(jìn)又相互制約的關(guān)系，只有適當(dāng)?shù)乃使芾聿拍芴岣呷~片的光合速率［2-3］。馬新超等［4］認(rèn)為，不論灌溉上限高低，光合速率均隨施肥量的增加表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，且趨勢變化緩慢。李銀坤等［5］認(rèn)為光合速率的大小與番茄的灌水量密切相關(guān)，灌水量過多或過少都不利于光合作用。李杰等［6］認(rèn)為，葉綠素SPAD值和產(chǎn)量均隨著施肥量的增加而增加，氮肥對葉綠素的合成和產(chǎn)量的提升至關(guān)重要，但盲目施肥并不能實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。大量研究表明，灌水量和施肥量在一定限度內(nèi)對作物產(chǎn)量有促進(jìn)作用，但過量的水肥則會對產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)［7］。

目前，關(guān)于水肥耦合對設(shè)施番茄葉片光合特性和葉綠素?zé)晒鈪?shù)等方面影響的研究還較為少見［8-9］。筆者以蛭石、黃沙、菇渣為栽培基質(zhì)，研究不同水肥處理對番茄葉片光合特性、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、葉綠素SPAD 值的影響，探索能提高設(shè)施番茄光合作用的最優(yōu)水肥處理方式，以期為番茄復(fù)合基質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

供試番茄品種為雙贏先鋒（幼苗購買于阿拉爾市鑫辰匯果蔬種植農(nóng)民專業(yè)合作社）。栽培基質(zhì)蛭石、黃沙、菇渣體積比為2∶1∶1。其中，蛭石（粒徑小于4 mm）產(chǎn)于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇市；菇渣采購于新疆維吾爾自治區(qū)阿拉爾市10 團(tuán)溫室基地蘑菇溫室，為平菇生產(chǎn)廢棄物，經(jīng)腐熟備用；黃沙購自阿克蘇市西大橋保溫材料廠。

試驗所施肥料為大量元素水溶肥，分別是尿素（含N 量為45%，產(chǎn)自美豐化工有限公司）、磷酸二氫鉀（含P2O5量為52%，含K2O 量為34%，產(chǎn)自四川德天虹化工有限公司）、硫酸鉀（含K2O 量為53.8%，產(chǎn)自國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2022年在塔里木大學(xué)園藝試驗站6號日光溫室內(nèi)進(jìn)行，以灌水量、施氮量、施磷量、施鉀量為試驗因素。灌水量以栽培基質(zhì)田間持水率表示。4 個試驗因素水平及編碼值如表1 所示，編碼值-1.68、-1、0、1、1.68分別表示灌水和施肥量低、較低、中等、較高和高5個水平。

表1 試驗因素水平及編碼值

試驗設(shè)計采用4 因素5 水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計的二分之一執(zhí)行，共設(shè)18 個處理，具體試驗方案如表2 所示，每個處理的番茄植株為21 株。灌水方式為膜下滴灌，使用LTS土壤水分測定儀（杭州綠博儀器有限公司生產(chǎn)）監(jiān)測栽培基質(zhì)水分含量，設(shè)灌水下限為基質(zhì)田間持水率的60%，灌水上限為基質(zhì)田間持水率的90%。當(dāng)基質(zhì)水分含量降至灌水下限（基質(zhì)田間持水率的60%）時，通過公式（1）計算各處理的灌水量［9］。

表2 試驗方案設(shè)計

式（1）中：M為灌水量，m3；r為基質(zhì)容重，取值為0.72 g/cm3；p為土壤濕潤比，取值為100%；s為灌水面積，取值為5.92 m2；h為灌水計劃濕潤層，取值為0.25 m；θ?為田間持水量，取值為58.91%；q1為田間持水量上限，取田間持水率的90%；q2為田間持水量下限，取田間持水率的60%；η為水分利用系數(shù)，滴灌取0.9。

番茄栽培方式為槽內(nèi)雙行栽培，于3月20日定植，緩苗10 d，待番茄苗長出新葉后開始進(jìn)行不同的水肥處理。施肥方式為滴灌施肥，分5 次施入，分別在苗期、開花坐果期、第一穗果膨大期、第二穗果膨大期、第三穗果膨大期，施肥量分別占總施肥量的12.5%、12.5%、25.0%、25.0%、25.0%。

1.3 測定指標(biāo)和方法

2022年5月31日09:00—11:00，每個處理選擇9株番茄，選取每株番茄中部生長良好且未被遮光的葉片，使用Li-6400XT便攜式光合儀測定番茄葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率，水分利用率為凈光合速率與蒸騰速率的比值。使用Yaxin-1105便攜式熒光儀測定番茄葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)，熒光誘導(dǎo)曲線的初始斜率（Mo）、用于電子傳遞的量子產(chǎn)額（φEo）、可變熒光強(qiáng)度（Fv）、暗適應(yīng)后的最小熒光強(qiáng)度（Fo）、暗適應(yīng)后的最大熒光強(qiáng)度（Fm）由儀器直接測定，最大光能轉(zhuǎn)化效率為可變熒光強(qiáng)度與暗適應(yīng)后的最大熒光強(qiáng)度的比值（Fv/Fm），PSⅡ潛在活性為可變熒光強(qiáng)度與暗適應(yīng)后的最小熒光強(qiáng)度的比值（Fv/Fo）。分別于番茄開花坐果期、第一穗果期、第二穗果期、第三穗果期、采收期，使用便攜式SPAD-502Plus 葉綠素測定儀測定番茄葉片葉綠素的相對含量（SPAD值）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2019軟件處理試驗數(shù)據(jù)，使用DPS7.05軟件進(jìn)行方差分析和多重比較，并利用Excel 2019 軟件和Oringe 2019軟件制圖和制表。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對番茄葉片光合特性的影響

由表3 可知，不同水肥處理下，番茄葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率和水分利用率均差異顯著。其中，處理W18番茄葉片的凈光合速率、水分利用率最大，處理W3番茄葉片的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率最大，處理W11番茄葉片的胞間CO2濃度最高；處理W9番茄葉片的凈光合速率最小，處理W12番茄葉片的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率最小，處理W17番茄葉片的胞間CO2濃度最低，處理W3番茄葉片的水分利用率最小。

表3 不同水肥處理對番茄葉片光合特性的影響

2.2 不同水肥處理對番茄葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

Mo、φEo等參數(shù)能反映出PSⅡ潛在活性的變化，最大光能轉(zhuǎn)化效率能側(cè)面反映植物光合強(qiáng)度。由表4 可知，不同水肥處理下，番茄葉片Mo、最大光能轉(zhuǎn)化效率差異顯著，φEo、PSⅡ潛在活性差異不顯著。其中，處理W1番茄葉片Mo最大（0.51），處理W11最?。?.27）；處理W1、處理W2、處理W3、處理W4番茄葉片φEo最大（0.14），處理W11最?。?.12）；處理W1番茄葉片最大光能轉(zhuǎn)化效率最大（0.90），處理W8最?。?.51）；處理W15番茄葉片PSⅡ潛在活性最大（5.12），處理W10最?。?.93）。

表4 不同水肥處理對番茄葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

2.3 不同水肥處理對不同時期番茄葉片葉綠素SPAD值的影響

葉綠素SPAD 值與葉片中的氮含量成正比。因此，通過測定植物中葉綠素SPAD 值，可以推斷出植物中的氮含量。在番茄開花坐果期、第一穗果期、第二穗果期、第三穗果期、采收期，分別測定各處理番茄葉片的葉綠素SPAD 值。由圖1 可知，在整個生長期間，番茄葉片葉綠素SPAD 值呈現(xiàn)先快速增長后緩慢增長的趨勢。在整個生長期，處理W1、處理W2番茄葉片葉綠素SPAD 值較大，處理W8、處理W11番茄葉片葉綠素SPAD值較小。

圖1 不同水肥處理下不同時期番茄葉片葉綠素SPAD值的變化情況

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，處理W18番茄葉片的凈光合速率和水分利用率最大，說明在中水中肥處理下，番茄的光合作用得到顯著提高；處理W9番茄葉片的凈光合速率最小，說明在灌水量較低條件下，施肥量適中依然會使植株凈光合速率降低，影響植物的光合作用；處理W12番茄葉片的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率最小，說明在中水高氮肥處理下，番茄葉片的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率降低，原因可能是高水平施肥不利于植株對水分的吸收與利用。

分析葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)，可以揭示植物葉片光化學(xué)效率的變化，反映植株光合作用的強(qiáng)弱［10］。試驗結(jié)果表明，在灌水量較大的情況下，番茄葉片Mo、最大光能轉(zhuǎn)化效率能夠顯著提高；在灌水量、施肥量均為較高水平處理下，番茄葉片最大光能轉(zhuǎn)化效率最大；在中水、中氮肥、中磷肥、低鉀肥處理下，番茄葉片PSⅡ潛在活性最大；在高水中肥處理下，番茄葉片PSⅡ潛在活性最小，可能是因為灌水量過多，植株受到了脅迫。

葉綠素SPAD 值對葉片光合作用和產(chǎn)量形成有重要影響［6］。試驗結(jié)果表明，在灌水量、施氮量均較高的情況下和灌水量、施氮量為中等水平情況下，番茄葉片葉綠素SPAD 值都較高，而在低水低氮肥處理下，番茄葉片葉綠素SPAD 值處在較低水平，說明缺氮會導(dǎo)致葉綠素含量下降顯著。

綜合試驗結(jié)果，中水中肥條件對番茄光合作用的提升更為有利，過高水平的灌水量和施肥量都不利于番茄的光合作用，還會降低水分利用效率。因此，在用黃沙、蛭石和菇渣作為栽培基質(zhì)栽培番茄時，建議設(shè)置基質(zhì)田間持水率為78%，施氮量為340 kg/hm2，施磷量為185 kg/hm2，施鉀量為310 kg/hm2，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。