不同水分-沸石量-埋深对滴灌番茄光合特性的影响

贾利东，郭向红，雷 涛，雷 震，孙西欢，马娟娟，魏源慧，巩 恒

（太原理工大学水利科学与工程学院，太原030024）

0 引 言

番茄营养丰富，种植广泛，是我国的主要经济作物之一[1]。土壤水分是影响番茄生理过程和分布的重要生态因子，对番茄的光合作用和水分利用效率的影响较大[2]。沸石是一种硅铝酸盐物质[3]，具有很强的吸附能力，能有效地增强土壤的保水性[4]。光合作用速率和效率决定作物的产量和品质，果实膨大期是番茄产量和品质形成的关键生育期[5]，其他生育期变化规律大致相同。因此，本文以果实膨大期为例，研究不同水分和沸石施用条件对番茄光合特性的影响，揭示土壤水分、沸石施用与番茄光合作用的生理关系，对番茄节水增产和沸石的精确施用具有重要的指导意义。

如何有效地利用融合教学法，更好地激发学生的学习潜能，我们将TBL、CBL、PBL应用到实践性很强的病理实习课中。目的是通过TBL、CBL与PBL融合教学方法，提高学生自主学习，培养学生分析问题和解决问题的能力，注重引导学生灵活运用病理学知识去观察临床现象，培养学生科学的逻辑分析能力。适时的引入相关临床知识，使枯燥无味的形态学，变得生动有趣。TBL CBL 与PBL融合教学法应用病理实习课，可以充分发挥三种教学法的优势。

前人主要研究了沸石量对番茄全生育期株高[6]及鲜重[7]等生长指标影响，以及对番茄[8]、水稻[9]产量和品质影响，却鲜见沸石量对番茄光合特性的影响研究。不同沸石粒径会影响的吸附效率和释放效率，提高肥料利用率，进而改变水稻的光合特性[9]，却很少考虑沸石埋深对番茄光合特性的影响。水分和沸石量对花生[10]、水稻[11]叶片光合特性的研究已有报道，轻度水分胁迫下，沸石的施用可促进净光合速率、气孔导度及蒸腾速率的提高[11,12]，但水分、沸石量及埋深对番茄光合特性影响的主次顺序尚不明确，有待进一步探究。

我国绿色金融概念基本成型，相关的政策框架也得到初步体现。随着我国经济市场的高速发展，社会发展的需求也在日益提高，传统的金融概念已经无法满足现代社会的发展需求。我国经过对经济发展的不断改革和创新，不断提高对环境保护的重视，实行了一系列生态补偿，财税等经济政策，对我国绿色金融不断地进行完善和补充。同时，我国相关金融管理部门对绿色金融在政策方面进行了针对性、科学性的指导，并携手相关环保部门，联合出台一系列绿色金融的积极政策，形成了可用的金融政策框架，为国绿色金融的稳定发展提供了基础条件。

本文以番茄为研究对象，进行田间试验，探究不同水分、沸石量及埋深对番茄光合特性的影响，揭示番茄对三因素的响应生理机制，以期得到番茄光合作用的最优组合，为沸石在番茄田间种植的施用提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

观察组：在饮食干预的基础上给予胰岛素治疗。根据孕周进行剂量调整，对孕周＜30周者，每日皮下注射胰岛素量0.8 U/kg；30～35周者，注射胰岛素量为0.9 U/kg，＞35周者，注射胰岛素量为1.0 U/kg,每日按照4:2:3:1的比例，分别在患者三餐前及睡前4个时间段进行注射。每周监测空腹及餐后2 h血糖，根据血糖结果调整胰岛素剂量，避免低血糖发生。

1.2 试验设计

目前，阳圩农场芒果种植面积达1.03万亩，投产面积0.79万亩，年产量0.77万吨，产值3846.82万元。在此基础上，农场进一步加强管理监督，探索现代农业新技术，加强服务引导，树立品牌意识，努力培育地方名牌产品，还带动周边农民种植芒果3万多亩，为地方农业高质量发展注入了强劲动力。

表1 试验设计Tab.1 Test design

1.3 测定项目及方法

选择有代表性且生长健康的番茄植株，在晴天的09∶00-11∶00，使用Li-6400型光合仪随机测量3片长势相似的叶片，得到番茄净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)3 个指标数据。每个处理3 个重复，每个重复测定3 次，最后结果选择平均值。测定叶室面积为2 cm2，温度为27～29 ℃。

本试验在山西省水利水电科学研究院节水高效示范基地温室大棚内进行。该试验基地位于太原市小店区东南部，地理坐标为东经112°24′～112°43′，北纬112°24′～112°43′，属于典型的暖温带大陆性气候区。试验区平均海拔763～780 m，年均降水量495.5mm，平均气温9.5 ℃，年无霜期170 d。土壤质地为黏性壤土，容重为1.39 g/cm3，田间持水率为0.28 cm3/cm3。

1.4 数据处理与分析方法

蒸腾速率是指植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量[23]，它的变化能反映植物自身生长状态及对水分条件的响应[24]。图3 为不同处理下果实膨大期番茄蒸腾速率。总的来看，番茄蒸腾速率大致范围在4.5～9.63 mmol/(m2·s)，均值为7.65 mmol/(m2·s)。番茄的蒸腾速率在W70-90Z6H15处理达到最大，其次是W70-90Z3H45处理，W50-70Z6H30处理的番茄蒸腾速率最小，W70-90Z6H15处理的蒸腾速率是W50-70Z6H30处理的2.14 倍。W50-70Z3H15、W50-70Z6H30、W60-80Z3H30、W60-80Z6H45和W70-90Z9H30处理差异不显著，但都显著（P＜0.05）低于W70-90Z3H45和W70-90Z6H15处理。

2 结果与分析

2.1 不同土壤水分-沸石量-埋深对番茄净光合速率影响

净光合速率(Pn)反映了植物在单位时间内积累有机物的能力，是植物生长发育最重要的指标[15,16]。图1 为不同处理下果实膨大期番茄净光合速率。从整体来看，番茄的净光合速率大小范围为11.29～25.63 μmol/(m2·s)，均值为19.13 μmol/(m2·s)。番茄净光合速率在W70-90Z6H15达到最大，其次是W70-90Z3H45处理，而W50-70Z3H15处理的净光合速率最小。W70-90Z3H45和W70-90Z6H15处理差异不显著，但均显著（P＜0.05）高于其他处理。

表4 和表5 分别计算了番茄气孔导度（Gs）的极差和方差。结合两表分析可知，各个因素及水平对番茄气孔导度的影响存在差异性。当水分条件由W50-70增加到W60-80时，Gs增加42.3%；当水分条件由W60-80增加到W70-90时，Gs增加18.7%，这表明，水分对Gs的影响表现为：W50-70＜W60-80＜W70-90，提高土壤水分含量可以对Gs起到促进作用。这主要是因为随着土壤水分增加，番茄保卫细胞吸收的水分增加，细胞内水势增大，导致保卫细胞吸水，气孔张开，气孔导度增大[22]。经不同沸石量处理的Gs影响顺序为：Z3＞Z6＞Z9，沸石量与Gs之间呈负相关，且未达到显著性水平。这与姚珍珠[23]的研究结果存在一定差异性。根据前人研究[23]，在饱果期沸石的使用可显著提高花生叶片Gs。而这种差异的产生可能是由于不同品种之间的响应机制不同[16]。当沸石埋深由H15增加到H30时，Gs减小2.4%；当沸石埋深由H30增加到H45时，Gs增加3.4%，由此说明：埋深对Gs的影响表现为先抑制后促进，但两者无显著影响。通过比较极差值R和平方和，得到三因素对Gs的影响大小均为：W＞Z＞H，各因素所对应的最优水平分别为W70-90、Z3和H45，则最优组合为W70-90Z3H45。

表2 净光合速率极差分析Tab.2 Range analysis of Pn

表3 番茄净光合速率方差分析Tab.3 The variance analysis of Pn

2.2 不同土壤水分-沸石量-埋深对番茄气孔导度影响

由于高层建筑工程数量的不断增加，建筑室内装饰装修设计工作逐渐引起人们重视。将绿色环保设计运用到建筑室内装饰装修之中，能够减少生态环境污染，为居民营造一个更为舒适、健康的生活空间。因此，做好建筑室内装饰装修绿色环保设计工作特别重要。

图2 不同处理下果实膨大期番茄气孔导度Fig.2 Gs of Tomato in fruit expansion stage with different treatment

为了进一步分析各因素及其水平对番茄净光合速率影响及显著性，对其进行了极差和方差计算。表2 和表3 为不同水分-沸石量-埋深下番茄净光合速率的极差分析和方差分析结果。结合表2和表3可以看出，不同水分条件对Pn的影响表现为：W50-70＜W60-80＜W70-90，水分条件与Pn之间存在正相关（P＜0.05），提高水分有利于促进番茄的净光合速率，这与张大龙[17]对番茄的研究结果是一致的。由于土壤水分的增加，水分胁迫逐渐缓减，气孔开度增大，对CO2的传输导度增大，从而提高了番茄的净光合速率[15]。当沸石量由Z3增加到Z6时，Pn会增加14.8%；当沸石量由Z6增加到Z9时，Pn会减少13.3%，由此可知，沸石量对Pn的影响表现为：Z6＞Z3＞Z9，对Pn起到先促进后抑制的效果，但这种影响差异并未达到显著性水平。这是由于在一定的范围内，增加沸石改善作物的表观形态特征，提高作物的叶绿素含量和叶面积指数，进而促进净光合速率[18,19]。不同埋深对Pn的影响表现为：H15＜H30＜H45，数值差异小于5.6%，且未达到显著性影响。这可能的原因是土壤中有效氮的含量主要集中在0～40 cm[20]，当沸石埋深设置越深时，沸石能更加容易的降低深层土壤的有效氮含量，进而促进番茄对氮素吸收，提高其净光合速率[10]。通过比较极差值R和平方和，得到三因素对Pn的影响大小均为：W＞Z＞H，各因素所对应的最优水平分别为W70-90、Z6和H45。但考虑到埋深作为次要因素，为了节省工作时间，减小消耗成本，埋深的最优水平选择H15，则最优组合为W70-90Z6H15。

表4 番茄气孔导度极差分析Tab.4 Range analysis of Gs

表5 番茄气孔导度方差分析Tab.5 The variance analysis of Gs

2.3 不同土壤水分-沸石量-埋深对番茄蒸腾速率影响

采用Microsoft Excel 2019 软件进行数据统计，使用SPSS 25.0进行极差、方差分析，对试验结果进行F检验，判断各因素对试验结果的显著水平。综合贡献率分析，得出最优试验方案。

气孔是植物叶片与外界气体交换和水分散失的主要通道，调节气孔的开闭对改善植物的光合特性具有重要意义[21]。图2为不同处理下果实膨大期番茄气孔导度，由图2可知，番茄气孔导度在0.24～0.54 mol/(m2·s)之间波动，均值为0.41 mol/(m2·s)。相较于中度水分胁迫（W50-70）和轻度水分胁迫（W60-80），正常灌溉（W70-90） 下各处理的气孔导度普遍更大，其中W70-90Z3H45处理达到最大，而W50-70Z9H45处理最小，最大处理与最小处理差异显著（P＜0.05）。

图3 不同处理下果实膨大期番茄蒸腾速率Fig.3 Tr of Tomato in fruit expansion stage with different treatments

表6和表7为番茄蒸腾速率（Tr）的极差和方差分析结果。结合表6和表7分析可知，经不同水分条件处理的Tr影响顺序为：W50-70＜W60-80＜W70-90，水分与Tr之间存在正相关，土壤水分的增加能极显著的（P＜0.01）对Tr产生促进作用。这是由于当土壤水分增加时，番茄叶面积指数和气孔导度随之增大，更多的水分由叶面和气孔散失，导致番茄Tr增大[25]。当沸石量由Z3增加到Z6时，Pn会减少4.6%；当沸石量由Z6增加到Z9时，Tr会增加1%，由此可知，沸石量对Tr的影响表现为：Z6＜Z9＜Z3，对Tr起到先抑制后促进的效果，但这种影响差异并未达到显著性水平。不同埋深对Tr的影响表现为：H15＞H45＞H30，不同埋深处理间Tr的数值差异小于6.8%，说明增大沸石埋深对Tr起到一定程度的抑制作用，但未达到显著水平。这是由于在果实膨大期，番茄根系分布主要集中在距地表0～20 cm范围内[26]，相较H30、H45埋深处理，H15处理下沸石吸附固持的水分与根系接触面积更大，水分更易被根系吸收，越多的水分供应越能促进蒸腾作用进行[27]。通过比较极差值R和平方和，得到三因素对Tr的影响大小均为：W＞H＞Z，各因素所对应的最优水平分别为W70-90、Z3和H15，则最优组合为W70-90Z3H15。

试验所用番茄品种为“奥冠8 号”，采用三因素三水平正交试验设计，设水分(W)、沸石量（Z）、埋深(H)3 个因子。结合前人的研究[12-14]，水分设3 个水平，分别为50%～70%、60%～80%、70%～90%的田间持水量；沸石量设置3 个水平，分别为3、6、9 t/hm2；埋深设3 个水平，分别为15、30、45 cm。试验区的面积为17.6 m×6 m，共分为9个小区。番茄幼苗采用单穴单株的方式种植在垄的两侧，每垄种植30 株番茄，株间距为0.4 m×0.4 m。沸石采用穴施的方式，一次性施入不同深度的土层。按照当地的种植习惯，对各小区番茄进行相同的施肥和管理。灌溉方式采用滴灌，滴头间距为0.4 m，滴头流量为1.2 L/h。各小区之间采用防水膜隔开，防止水分侧漏，并且定期测定土壤含水量，保证水分维持在设计要求范围。试验设计见表1。

表6 番茄蒸腾速率极差分析Tab.6 Range analysis of Tr

表7 番茄蒸腾速率方差分析Tab.7 The variance analysis of Tr

2.4 最优水平组合确定

通过上述分析可知，各光合指标Pn、Gs及Tr对应的最优因素组合分别为W70-90Z6H15、W70-90Z3H45及W70-90Z3H15。水分对应三类光合指标的最优水平均为W70-90，而沸石量和埋深所对应的最优水平存在一定差异。为了更好地体现沸石在番茄种植中的价值，找到有利于番茄节水增产的组合，通过研究不同因素贡献率的方法对沸石量和埋深进一步优选。贡献率是平方和与总平方和的比值，贡献率的大小可反映因素的重要程度，贡献率越大，则因素对评价指标的影响程度越大[28]。表8为贡献率分析，由表8可知，沸石量对Pn、Gs和Tr的贡献率分别为8.5%、4.4%及0.5%，则在确定沸石量时应首先考虑对Pn的影响，沸石量的最优水平为Z6； 埋深对Pn、Gs和Tr的贡献率分别为2.1%、0.1%及1.3%，则在选择埋深时同样应首先考虑对Pn的影响，埋深的最优水平为H15。综上所述，不同水分、沸石量及埋深下，番茄光合特性的最优水平组合为W70-90Z6H15。

表8 贡献率分析Tab.8 Contribution rate analysis

3 结 论

（1）水分与Pn、Gs及Tr均为正相关，对Pn达到显著（P＜0.05）影响，对Gs达到极显著（P＜0.01）影响，但与Tr不显著。

（2）沸石量与Gs为负相关，对Pn影响表现为先促后抑，对Tr影响表现为先抑后促。沸石量对各指标均无显著影响。

（3）埋深与Pn为负相关，对Gs及Tr的影响表现均为先抑后促。埋深对各指标均无显著影响。

（4）水分、沸石量及埋深对Pn和Gs的影响表现均为W＞Z＞H，对Tr的影响表现为W＞H＞Z。综上，建议番茄种植的最优水平组合为W70-90Z6H15。