水肥耦合對設施番茄葉片光合特性和葉綠素熒光參數的影響

祝 洋 劉志應 李新苗 王 楠 張 娟

1.塔里木大學園藝與林學學院，新疆 阿拉爾 843300；2.南疆特色果樹高效優質栽培與深加工技術國家地方聯合工程實驗室，新疆 阿拉爾 843300

0 引言

水肥耦合是研究水肥關系，以達到更經濟有效地利用水分和養分目的的一項重要技術［1］。水肥和光合速率之間存在著相互促進又相互制約的關系，只有適當的水肥管理才能提高葉片的光合速率［2-3］。馬新超等［4］認為，不論灌溉上限高低，光合速率均隨施肥量的增加表現出先降低后升高的趨勢，且趨勢變化緩慢。李銀坤等［5］認為光合速率的大小與番茄的灌水量密切相關，灌水量過多或過少都不利于光合作用。李杰等［6］認為，葉綠素SPAD值和產量均隨著施肥量的增加而增加，氮肥對葉綠素的合成和產量的提升至關重要，但盲目施肥并不能實現高產優質。大量研究表明，灌水量和施肥量在一定限度內對作物產量有促進作用，但過量的水肥則會對產量產生負效應［7］。

目前，關于水肥耦合對設施番茄葉片光合特性和葉綠素熒光參數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，研究不同水肥處理對番茄葉片光合特性、葉綠素熒光參數、葉綠素SPAD 值的影響，探索能提高設施番茄光合作用的最優水肥處理方式，以期為番茄復合基質栽培提供理論依據。

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民專業合作社）。栽培基質蛭石、黃沙、菇渣體積比為2∶1∶1。其中，蛭石（粒徑小于4 mm）產于新疆維吾爾自治區阿克蘇市；菇渣采購于新疆維吾爾自治區阿拉爾市10 團溫室基地蘑菇溫室，為平菇生產廢棄物，經腐熟備用；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%，產自四川德天虹化工有限公司）、硫酸鉀（含K2O 量為53.8%，產自國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司）。

1.2 試驗設計

試驗于2022年在塔里木大學園藝試驗站6號日光溫室內進行，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

試驗設計采用4 因素5 水平二次正交旋轉組合設計的二分之一執行，共設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）監測栽培基質水分含量，設灌水下限為基質田間持水率的60%，灌水上限為基質田間持水率的90%。當基質水分含量降至灌水下限（基質田間持水率的60%）時，通過公式（1）計算各處理的灌水量［9］。

表2 試驗方案設計

式（1）中：M為灌水量，m3；r為基質容重，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，滴灌取0.9。

番茄栽培方式為槽內雙行栽培，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熒光參數，熒光誘導曲線的初始斜率（Mo）、用于電子傳遞的量子產額（φEo）、可變熒光強度（Fv）、暗適應后的最小熒光強度（Fo）、暗適應后的最大熒光強度（Fm）由儀器直接測定，最大光能轉化效率為可變熒光強度與暗適應后的最大熒光強度的比值（Fv/Fm），PSⅡ潛在活性為可變熒光強度與暗適應后的最小熒光強度的比值（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 數據分析

利用Excel 2019軟件處理試驗數據，使用DPS7.05軟件進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熒光參數的影響

Mo、φEo等參數能反映出PSⅡ潛在活性的變化，最大光能轉化效率能側面反映植物光合強度。由表4 可知，不同水肥處理下，番茄葉片Mo、最大光能轉化效率差異顯著，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化效率最大（0.90），處理W8最小（0.51）；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熒光參數的影響

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 結論與討論

試驗結果表明，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。

分析葉片葉綠素熒光參數，可以揭示植物葉片光化學效率的變化，反映植株光合作用的強弱［10］。試驗結果表明，在灌水量較大的情況下，番茄葉片Mo、最大光能轉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量形成有重要影響［6］。試驗結果表明，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，說明缺氮會導致葉綠素含量下降顯著。

綜合試驗結果，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栽培番茄時，建議設置基質田間持水率為78%，施氮量為340 kg/hm2，施磷量為185 kg/hm2，施鉀量為310 kg/hm2，以獲得最大的經濟效益和生態效益。