水肥耦合對河西冷涼灌區春茬娃娃菜生長和光合特性的影響

摘要：為尋求河西冷涼灌區春茬娃娃菜（Brassica pekinensis）適宜的水肥管理模式，以當地春茬主栽娃娃菜品種耐寒金黃后為試材，研究了不同水肥組合對娃娃菜葉球生長和葉片光合參數的影響。結果表明，灌水量、施肥量及水肥交互作用均不同程度影響娃娃菜生長和光合特性，且施肥量的影響最大，水肥交互作用的影響次之。相同施肥條件下隨著灌溉量的增大葉球橫徑和縱徑均表現出明顯的上升趨勢，超過一定范圍后逐漸下降；灌水下限控制在田間持水量的70%（中水）和80%（高水）處理后娃娃菜葉球橫徑和縱徑隨著施肥量的升高均呈先增加后減小的趨勢。全生育期施肥量為N 330 kg/hm2、P2O5 195 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2的施肥條件下增大灌水量，葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cond）、蒸騰速率（Tr）均呈先增大后減小的趨勢，而葉片胞間CO2濃度（Ci）呈先減小后增大的趨勢；灌水下限控制在田間持水量的70%的灌溉水平下增加施肥量，提高了娃娃菜葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cond）、蒸騰速率（Tr），降低了娃娃菜葉片胞間CO2濃度（Ci）。隨著施肥量的增加，蓮座期、結球期和采收期葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cond）和蒸騰速率（Tr）均呈先升高后降低的趨勢，而葉片胞間CO2濃度（Ci）先降低后升高。不同水肥耦合模式以中水中肥處理（灌水下限控制在田間持水量的70%，施N 330 kg/hm2、P2O5 195 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2）表現最優，較低水高肥處理（灌水下限控制在田間持水量的60%，施N 380 kg/hm2、P2O5 224 kg/hm2、K2O 518 kg/hm2）娃娃菜葉球橫徑和縱徑分別提高了18.72%、10.98%，中心柱長則降低了31.89%；葉片凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率分別提高了13.10%、27.52%、22.26%，葉片胞間CO2濃度降低了8.07%。綜合考慮娃娃菜生長狀況和光合利用特性，認為甘肅河西冷涼灌區春茬娃娃菜最為適宜的水肥組合模式是灌水下限控制在田間持水量的70%，全生育期施肥量為N 330 kg/hm2、P2O5 195 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2。

關鍵詞：娃娃菜；水肥耦合；隸屬函數；生長；光合特性；河西冷涼灌區

中圖分類號：S634.1" " " " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " " 文章編號：2097-2172（2025）02-0117-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2025.02.004

Effects of Water and Fertilizer Coupling on Plant Growth and Photosynthetic Properties of Spring Baby Cabbages in the Hexi Cold Irrigation Areas

MA Yanxia 1， CHEN Jingru 2， NIU Chengda 3， REN Yali 4， CHANG Tao 5， ZHANG Li 5

（1. Vegetable Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Pratacultural College， Gansu Agricultural University， Lanzhou Gansu 730070， China; 3. Jinchang Agricultural Research Institute， Jinchang

Gansu 737100， China; 4. Tongwei Agricultural Technology Extension Centre， Tongwei Gansu 743300， China;

5. Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China.）

Abstract： This study aimed to identify an optimal water and fertilizer management model for spring baby cabbages （Brassica pekinensis） in the Hexi cold irrigation area. Using the local spring baby cabbage variety Cold-resistant Gold Queen as the experimental material， effects of different water-fertilizer combinations on the growth of leaf head and leaf photosynthetic parameters were investigated. Results showed that irrigation capacity， fertilization rate， and water-fertilizer interaction all significantly affected cabbage growth and photosynthetic characteristics， with fertilization rate having the greatest impact， followed by water-fertilizer interaction. Under the same fertilization conditions， as irrigation capacity increased， both the horizontal and vertical diameters of cabbage heads increased significantly， but they began to decrease after reaching a certain threshold. When the irrigation lower limit was controlled at 70% （medium water） and 80% （high water） of the field water holding capacity， the horizontal and vertical diameters of cabbage heads showed an initial increase followed by a decrease as fertilization rate increased. When the fertilization rate was N 330 kg/ha， P2O5 195 kg/ha， and K2O 450 kg/ha， increasing irrigation capacity caused net photosynthetic rate（Pn）， stomatal conductance（Cond）， and transpiration rate（Tr） to initially increase and then decrease， while intercellular CO2 concentration （Ci） initially decreased and then increased. Under the irrigation level where the lower limit was controlled at 70% of field water holding capacity， increasing the fertilization rate improved the net photosynthetic rate （Pn）， stomatal conductance（Cond）， and transpiration rate （Tr） of cabbage leaves， while reducing the intercellular CO2 concentration（Ci）. As the fertilization rate increased， the net photosynthetic rate（Pn）， stomatal conductance（Cond）， and transpiration rate（Tr） of the leaves during rosette， head formation， and harvesting stages all showed an initial increase followed by a decrease， while the intercellular CO2 concentration（Ci） initially decreased and then increased. Among the different water-fertilizer coupling models， the medium water and medium fertilizer treatment （irrigation lowerlimit controlled at 70% of field water holding capacity， fertilization of N 330 kg/ha， P2O5 195 kg/ha， and K2O 450 kg/ha） performed the best. The lower water and high fertilizer treatment （irrigation lower limit controlled at 60% of field water holding capacity， fertilization of N 380 kg/ha， P2O5 224 kg/ha， and K2O 518 kg/ha） increased the horizontal and vertical diameters of cabbage heads by 18.72% and 10.98%， respectively， while the center column length decreased by 31.89%. The leaf net photosynthetic rate， stomatal conductance， and transpiration rate increased by 13.10%， 27.52%， and 22.26%， respectively， while the intercellular CO2 concentration decreased by 8.07%. Considering the growth conditions and photosynthetic utilization characteristics of baby cabbage， it is concluded that the most suitable water-fertilizer combination model for spring baby cabbage in the Hexi cold irrigation area of Gansu is the irrigation lower limit controlled at 70% of field water holding capacity， with a fertilization rate of N 330 kg/ha， P2O5 195 kg/ha， and K2O 450 kg/ha throughout the growth period.

Key words： Baby cabbage; Water and fertilizer coupling; Membership function; Growth; Photosynthetic property; Hexi cold irrigation area

近年來，甘肅高原夏菜產業發展迅速［1 ］。娃娃菜（Brassica Pekinensis）是高原夏菜主栽蔬菜種類，也是河西走廊冷涼灌區實現鄉村振興的支柱產業［2 - 3 ］，但生產中大多采用傳統的水肥管理方式，導致水肥資源利用率低，環境污染嚴重，影響娃娃菜產業的健康可持續發展［4 ］。水和肥是作物生長發育及提高生產力水平的重要物質基礎［5 ］，協調好水肥關系有利于促進作物生長，節約水肥資源，增加收入［6 - 7 ］。適宜的水肥組合可顯著提高娃娃菜葉球的生長，水肥耦合具有較強的互作效應［8 ］；馬新超等［9 ］研究表明，水肥耦合對甘藍葉球的生長影響顯著，適宜的水肥管理可使甘藍葉球的橫徑和縱徑增大，中心柱縮短。光合作用是植物生長的重要生理過程之一，合理的水肥組合可在一定程度上促進植物的光合作用［10 ］；水肥耦合對光合參數存在顯著的正效應，水肥的交互作用存在一定閾值，光合速率隨灌溉上限的升高而增大，超過一定范圍后開始下降［11 ］。雖然迄今國內外關于此方面的研究較多，但針對河西走廊冷涼灌區春茬娃娃菜水肥耦合對葉球生長和葉片光合特性影響的研究相對較少。鑒于此，本試驗以春茬娃娃菜為研究對象，設置不同的水肥組合處理，研究娃娃菜葉球生長和光合參數對不同處理的響應，擬篩選出適宜春茬娃娃菜的最佳水肥耦合模式，為河西冷涼灌區娃娃菜水肥管理提供理論依據。

1" "材料與方法

1.1" "試驗材料

試驗在河西走廊冷涼灌區典型代表地段金昌市永昌縣城關鎮大壩村進行。供試品種為當地春茬娃娃菜主栽品種耐寒金皇后；供試肥料選擇平衡復合肥（N-P2O5-K2O為15-15-15）、尿素（含N 46%）和硫酸鉀（含K2O 51%）。采用平畦膜下滴灌種植模式，畦寬1.4 m，畦間距0.2 m，畦上鋪設兩根滴灌帶，定植4行娃娃菜。采用穴盤育苗移栽方式，4月中旬溫室內育苗，5月下旬露地定植，7月中旬采收。

1.2" "試驗方法

試驗采用二因素多水平設計，設置灌溉量和施肥量2個因素，其中灌溉量設3個水平，分別將灌水下限控制在田間持水量（θf）的60%（W1，低水）、70%（W2，中水）和80%（W3，高水），當土壤含水量降到灌水下限時灌水至田間持水量；施肥量以當地大田施肥標準（全生育期總施肥量1 122 kg/hm2，N∶P∶K=1∶0.59∶1.36）為基礎，設3個施肥水平，分別為低肥（F1，施N 281 kg/hm2、P2O5 166 kg/hm2、K2O 383 kg/hm2）、中肥（F2，施N 330 kg/hm2、P2O5 195 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2）、高肥（F3，施N 380 kg/hm2、P2O5 224 kg/hm2、K2O 518 kg/hm2）。試驗共設9個處理，分別為W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2、W2F3、W3F1、W3F2、W3F3。結合整地基施20.0%N、35.0%P2O5、15.0% K2O，剩余肥料分別在緩苗結束后隨水追施8.0%N、6.5% P2O5、8.5% K2O，蓮座期隨水追施24.0% N、19.5% P2O5、25.5% K2O，結球初期隨水追施24.0%N、19.5% P2O5、25.5% K2O，葉球膨大期隨水追施24.0%N、19.5% P2O5、25.5% K2O。緩苗結束后開始用土壤含水量監測系統（EM50數據采集器，Decagon，GS1，美國）逐日監測不同處理田間土壤含水量，計算灌水量［12 ］，按需灌水，灌水量采用水表記錄。

1.3" "測定項目與方法

1.3.1" " 葉球橫徑、縱徑和中心柱長測定" " 達到采收標準后，每小區隨機取5個葉球，用卷尺測定葉球橫徑、縱徑和中心柱長，重復3次。

1.3.2" " 葉片光合參數測定" " 于蓮座期、結球期、采收期取娃娃菜功能葉用便攜式光合儀（美國，LI-6400XT）測定葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cond）、蒸騰速率（Tr）和胞間CO2濃度（Ci）。每處理每次隨機選5株，每株選1片娃娃菜最里層外緣平展的功能葉測定［13 ］。

1.4" "數據統計與分析

利用Microsoft Excel 2010、SPSS 23.0、Origin 22.0對試驗數據進行整理和統計分析。采用隸屬函數法對娃娃菜各項指標進行綜合評價，計算方法如下［14 ］。

μ（Xij） = （Xij-Xmin）/（Xmax-Xmin）

式中，μ（Xij） 表示第i個處理第j個指標的隸屬函數值；Xmax表示第j個指標的最大值；Xmin表示第j個指標的最小值，下式同上。

胞間CO2濃度與灌水量、施肥量和水肥交互為逆向指標，運用反隸屬函數計算其隸屬函數值。

μ（Xij）= 1-（Xij-Xmin）/（Xmax-Xmin）

2" "結果與分析

2.1" "不同水肥耦合處理對娃娃菜生長形態指標的影響

縱橫徑和中心柱長是反映娃娃菜植株生長的重要指標之一，其長勢狀況一定程度上可以衡量作物營養狀況的強弱。由表1可以看出，W2F2處理橫徑最大，但與W2F3、W3F2、W3F3處理均無顯著性差異，較橫徑最小的W1F3處理提高了18.72%，差異達顯著水平（P lt; 0.05）；在中水（W2）和高水（W3）灌溉條件下，娃娃菜橫徑隨施肥量增加呈先上升后下降的趨勢，且灌水量處理和施肥處理對橫徑均有極顯著的影響。縱徑變化范圍為20.03～22.23 cm，W2F2處理最大，比最小的W1F3處理高10.98%；低水（W1）處理與中水（W2）、高水（W3）處理間存在顯著差異（P lt; 0.05），而各施肥處理間無顯著差異。中心柱長以W1F3處理最長，為5.33 cm；W2F2處理最短，為3.63 cm，較W1F3處理降低了31.89%，且與其他處理間存在顯著性差異（P lt; 0.05）；低水（W1）條件下，高肥（F3）處理與低肥（F1）、中肥（F2）處理的娃娃菜中心柱長的差異達顯著水平（P lt; 0.05）。

2.2" "不同水肥耦合處理對娃娃菜光合特性的影響

2.2.1" " 葉片凈光合速率（Pn）" " 不同水肥處理下娃娃菜葉片凈光合速率的變化情況如圖1所示。可以看出，娃娃菜葉片Pn在結球期達到最高水平，在蓮座期處于最低水平，隨生育期的推進總體呈先增大后減小的變化趨勢。同一生育期娃娃菜葉片Pn除結球期、采收期W1時均表現為同一灌水條件下，娃娃菜隨施肥量的增加先增后減；同一施肥條件下，娃娃菜葉片Pn隨灌水量的增加呈先增后減的趨勢，即在水肥耦合條件下，全生育期娃娃菜葉片Pn的最大值為W2F2處理，較W3F1處理提高了13.10%，且差異顯著（P lt; 0.05），但各生育期W2F2處理與W3F2處理均無顯著性差異（P gt; 0.05）。可見，不同水肥組合對娃娃菜葉片凈光合速率的影響較大，適宜的水肥組合有利于娃娃菜的光合作用。

2.2.2" " 葉片蒸騰速率（Tr）" " 由圖2可知，娃娃菜葉片Tr在結球期達到最高水平，各處理平均為7.35 mmol H2O/（m2·s）；蓮座期處于最低水平，各處理平均為4.55 mmol H2O/（m2·s）。隨生育期的推遲，葉片Tr呈現先增大后減小的變化趨勢。蓮座期、結球期和采收期當灌水量相同時，葉片Tr均隨施肥量的增大呈先升后降的趨勢；當施肥量相同時，葉片Tr均隨灌水量的增大也呈先升后降的趨勢；水肥耦合條件下，所有生育階段均以W2F2處理葉片Tr最大，但其均與W3F2處理無顯著性差異；蓮座期和結球期均以W1F3處理葉片Tr最小，采收期以W1F1處理葉片Tr最小。總體看來，全生育期娃娃菜W2F2處理平均葉片Tr較W1F3處理提高了22.26%。

2.2.3" " 葉片氣孔導度（Cond）" " 氣孔導度是反映氣孔運動的一種生理指標。如圖3所示。葉片Cond 隨娃娃菜的生長發育呈現先增后減的變化趨勢。蓮座期、結球期和采收期均在W2F2處理達到最大值，分別為0.44、0.67、0.61 mmol H2O/（m2·s），平均較W1F3處理提高了27.52%。不同生育期內葉片Cond在不同水肥處理下的表現均與Pn和Tr一致。

2.2.4" " 葉片胞間CO2濃度（Ci）" " 由圖4可知，葉片Ci的大致變化趨勢與Pn、Tr、Cond相反，說明在正常生長范圍，Ci越低，光合作用越強。各處理葉片Ci隨生育期的推進均呈先降后升的趨勢。蓮座期葉片Ci介于236.65～255.67 μmol CO2 /mol，中水（W2）處理下低肥（F1）與中肥（F2）處理間葉片Ci存在顯著性差異；結球期各處理的葉片Ci表現為W1F3＞W3F1＞W1F2＞W1F1＞W2F1＞W3F3＞W2F3＞W3F2＞W2F2；采收期各處理葉片Ci均值為232.16 μmol CO2 /mol。總體看來，全生育期娃娃菜平均葉片胞間CO2濃度（Ci）W2F2處理較W1F3處理降低了8.07%。同一生育期內葉片Ci在相同施肥量處理下，隨灌水量的增加呈開口向上的拋物線變化趨勢，而同一灌水量處理下Ci隨施肥量的增加呈先降后升的趨勢。

2.3" "水肥施用量與各項指標的相關性分析

灌水量和施肥量與娃娃菜各項指標間的相關性分析結果如圖5所示。灌水量與葉球橫徑和縱徑均呈顯著正相關，與其他指標均無相關性。施肥量與葉球橫徑和縱徑及葉片Pn、Tr均呈極顯著正相關，與Cond呈顯著正相關，與Ci呈極顯著負相關。水肥施用量與葉球橫徑和縱徑均呈極顯著正相關，與Pn、Tr均呈顯著正相關，與Ci呈顯著負相關。可見，水、肥施用量對娃娃菜各項指標均有一定程度的影響，其中施肥量與各項指標的關聯度較大。

2.4" "水肥耦合效應綜合評價

由表2可知，葉球橫徑和葉片Pn、Cond、Ci、Tr的隸屬函數值均以W2F2處理為最大，分別為0.933、0.929、0.894、0.882、0.820；葉球縱徑的隸屬函數值以W2F3處理最大，為0.863；中心柱長生物的隸屬函數值以W1F3處理最大，為0.762。不同處理各指標隸屬函數平均值（Di）由大到小依次表現為W2F2、W3F2、W2F3、W3F3、W2F1、W3F1、 W1F1、W1F2、W1F3。可見，中水中肥（W2F2）處理的隸屬函數平均值最大，為0.816；低水高肥（W1F3）處理的隸屬函數平均值最小，為0.219。

3" "討論與結論

灌水和施肥是影響植物生長的主要因素，且兩者間存在顯著的耦合效應［15 ］。本試驗灌溉量和施肥量及水肥交互作用均不同程度地影響著娃娃菜葉球橫徑和縱徑，且施肥量的影響最大，水肥交互作用次之，灌溉量影響最小。水肥耦合存在閾值效應，本試驗在相同施肥條件下隨著灌溉量的增大葉球橫徑和縱徑均表現出明顯的上升趨勢，超過一定范圍后逐漸下降；灌水下限控制在田間持水量的70%（中水）和80%（高水）處理后娃娃菜葉球橫徑和縱徑隨著施肥量的升高均呈先增加后減小的趨勢，這與在秋茬娃娃菜上的研究結果相似［13 ］。可見，適宜的水肥耦合模式是保證娃娃菜葉球生長的重要因素，在不同水肥耦合模式下，中水中肥處理（灌水下限控制在田間持水量的70%，施N 330 kg/hm2、P2O5 195 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2）較低水高肥（灌水下限控制在田間持水量的60%，施N 380 kg/hm2、P2O5 224 kg/hm2、K2O 518 kg/hm2）處理娃娃菜葉球橫徑和縱徑分別提高了18.72%、10.98%，中心柱長則降低了31.89%。

光合作用是保證蔬菜生理和生長的前提條件，合理的水肥調控對提高光合作用具有重要作用［16 ］。本研究隨著生育期的推進，娃娃菜葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cond）、蒸騰速率（Tr）均呈先增大后減小的變化趨勢，而葉片胞間CO2濃度（Ci）變化趨勢則相反，呈先減小后增大的變化趨勢。全生育期施肥量為N 330 kg/hm2、P2O5 195 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2的施肥條件下增大灌水量，娃娃菜所有生育期的葉片凈光合速率（Pn）、葉片氣孔導度（Cond）和蒸騰速率（Tr）均呈先增大后減小的趨勢，而葉片胞間CO2濃度（Ci）呈先減小后增大的趨勢；灌水下限控制在田間持水量的70%的灌溉水平下，增加施肥量提高了娃娃菜葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cond）和蒸騰速率（Tr），但高肥（施N 380 kg/hm2、P2O5 224 kg/hm2、K2O 518 kg/hm2）處理均低于中肥（施N 330 kg/hm2、P2O5 195 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2）處理；而葉片胞間CO2濃度（Ci）的變化則相反。隨著施肥量的增加，蓮座期、結球期和采收期大部分葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cond）和蒸騰速率（Tr）均呈先升高后降低的趨勢，而葉片胞間CO2濃度（Ci）先降低后升高。說明合理的水肥耦合可提高娃娃菜的光合能力，其中中水中肥處理（灌水下限控制在田間持水量的70%，施N 330 kg/hm2、P2O5 195 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2）較低水高肥（灌水下限控制在田間持水量的60%，施N 380 kg/hm2、P2O5 224 kg/hm2、K2O 518 kg/hm2）處理娃娃菜葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cond）、蒸騰速率（Tr）分別提高了13.10%、27.52%、22.26%，葉片胞間CO2濃度（Ci）降低了8.07%。

作物對水肥的響應是個復雜過程，單獨某些指標并不能全面反映，而綜合評價方法可以取長補短，通過多方面的數據信息來優化評價結果［2 ］。前人采用隸屬函數法對向日葵等作物的各項指標進行綜合評價，提出了最優水肥耦合模式［17 ］。本研究結果表明，水肥耦合作用下中水中肥處理（灌水下限控制在田間持水量的70%，全生育期施肥量為N 330 kg/hm2、P2O5 195 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2）的各項指標的隸屬函數平均值高于其他處理，為本試驗條件下最優的水肥組合模式，這與在秋茬娃娃菜上得到的研究結果相一致［2， 13， 18］。

灌水量、施肥量及其交互均不同程度影響娃娃菜生長和光合特性，且施肥量的影響最大，水肥交互作用的影響次之。水肥耦合模式下，中水中肥處理（灌水下限控制在田間持水量的70%，施N 330 kg/hm2、P2O5 195 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2）較低水高肥（灌水下限控制在田間持水量的60%，施N 380 kg/hm2、P2O5 224 kg/hm2、K2O 518 kg/hm2）處理娃娃菜葉球橫徑和縱徑分別提高了18.72%、10.98%，中心柱長則降低了31.89%；葉片凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率分別提高了13.10%、27.52%、22.26%，葉片胞間CO2濃度降低了8.07%。

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