水肥耦合对设施番茄叶片光合特性和叶绿素荧光参数的影响

祝 洋 刘志应 李新苗 王 楠 张 娟

1.塔里木大学园艺与林学学院，新疆 阿拉尔 843300；2.南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室，新疆 阿拉尔 843300

0 引言

水肥耦合是研究水肥关系，以达到更经济有效地利用水分和养分目的的一项重要技术［1］。水肥和光合速率之间存在着相互促进又相互制约的关系，只有适当的水肥管理才能提高叶片的光合速率［2-3］。马新超等［4］认为，不论灌溉上限高低，光合速率均随施肥量的增加表现出先降低后升高的趋势，且趋势变化缓慢。李银坤等［5］认为光合速率的大小与番茄的灌水量密切相关，灌水量过多或过少都不利于光合作用。李杰等［6］认为，叶绿素SPAD值和产量均随着施肥量的增加而增加，氮肥对叶绿素的合成和产量的提升至关重要，但盲目施肥并不能实现高产优质。大量研究表明，灌水量和施肥量在一定限度内对作物产量有促进作用，但过量的水肥则会对产量产生负效应［7］。

目前，关于水肥耦合对设施番茄叶片光合特性和叶绿素荧光参数等方面影响的研究还较为少见［8-9］。笔者以蛭石、黄沙、菇渣为栽培基质，研究不同水肥处理对番茄叶片光合特性、叶绿素荧光参数、叶绿素SPAD 值的影响，探索能提高设施番茄光合作用的最优水肥处理方式，以期为番茄复合基质栽培提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄品种为双赢先锋（幼苗购买于阿拉尔市鑫辰汇果蔬种植农民专业合作社）。栽培基质蛭石、黄沙、菇渣体积比为2∶1∶1。其中，蛭石（粒径小于4 mm）产于新疆维吾尔自治区阿克苏市；菇渣采购于新疆维吾尔自治区阿拉尔市10 团温室基地蘑菇温室，为平菇生产废弃物，经腐熟备用；黄沙购自阿克苏市西大桥保温材料厂。

试验所施肥料为大量元素水溶肥，分别是尿素（含N 量为45%，产自美丰化工有限公司）、磷酸二氢钾（含P2O5量为52%，含K2O 量为34%，产自四川德天虹化工有限公司）、硫酸钾（含K2O 量为53.8%，产自国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司）。

1.2 试验设计

试验于2022年在塔里木大学园艺试验站6号日光温室内进行，以灌水量、施氮量、施磷量、施钾量为试验因素。灌水量以栽培基质田间持水率表示。4 个试验因素水平及编码值如表1 所示，编码值-1.68、-1、0、1、1.68分别表示灌水和施肥量低、较低、中等、较高和高5个水平。

表1 试验因素水平及编码值

试验设计采用4 因素5 水平二次正交旋转组合设计的二分之一执行，共设18 个处理，具体试验方案如表2 所示，每个处理的番茄植株为21 株。灌水方式为膜下滴灌，使用LTS土壤水分测定仪（杭州绿博仪器有限公司生产）监测栽培基质水分含量，设灌水下限为基质田间持水率的60%，灌水上限为基质田间持水率的90%。当基质水分含量降至灌水下限（基质田间持水率的60%）时，通过公式（1）计算各处理的灌水量［9］。

表2 试验方案设计

式（1）中：M为灌水量，m3；r为基质容重，取值为0.72 g/cm³；p为土壤湿润比，取值为100%；s为灌水面积，取值为5.92 m2；h为灌水计划湿润层，取值为0.25 m；θƒ为田间持水量，取值为58.91%；q1为田间持水量上限，取田间持水率的90%；q2为田间持水量下限，取田间持水率的60%；η为水分利用系数，滴灌取0.9。

番茄栽培方式为槽内双行栽培，于3月20日定植，缓苗10 d，待番茄苗长出新叶后开始进行不同的水肥处理。施肥方式为滴灌施肥，分5 次施入，分别在苗期、开花坐果期、第一穗果膨大期、第二穗果膨大期、第三穗果膨大期，施肥量分别占总施肥量的12.5%、12.5%、25.0%、25.0%、25.0%。

1.3 测定指标和方法

2022年5月31日09:00—11:00，每个处理选择9株番茄，选取每株番茄中部生长良好且未被遮光的叶片，使用Li-6400XT便携式光合仪测定番茄叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率，水分利用率为净光合速率与蒸腾速率的比值。使用Yaxin-1105便携式荧光仪测定番茄叶片叶绿素荧光参数，荧光诱导曲线的初始斜率（Mo）、用于电子传递的量子产额（φEo）、可变荧光强度（Fv）、暗适应后的最小荧光强度（Fo）、暗适应后的最大荧光强度（Fm）由仪器直接测定，最大光能转化效率为可变荧光强度与暗适应后的最大荧光强度的比值（Fv/Fm），PSⅡ潜在活性为可变荧光强度与暗适应后的最小荧光强度的比值（Fv/Fo）。分别于番茄开花坐果期、第一穗果期、第二穗果期、第三穗果期、采收期，使用便携式SPAD-502Plus 叶绿素测定仪测定番茄叶片叶绿素的相对含量（SPAD值）。

1.4 数据分析

利用Excel 2019软件处理试验数据，使用DPS7.05软件进行方差分析和多重比较，并利用Excel 2019 软件和Oringe 2019软件制图和制表。

2 试验结果与分析

2.1 不同水肥处理对番茄叶片光合特性的影响

由表3 可知，不同水肥处理下，番茄叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率和水分利用率均差异显著。其中，处理W18番茄叶片的净光合速率、水分利用率最大，处理W3番茄叶片的气孔导度、蒸腾速率最大，处理W11番茄叶片的胞间CO2浓度最高；处理W9番茄叶片的净光合速率最小，处理W12番茄叶片的气孔导度、蒸腾速率最小，处理W17番茄叶片的胞间CO2浓度最低，处理W3番茄叶片的水分利用率最小。

表3 不同水肥处理对番茄叶片光合特性的影响

2.2 不同水肥处理对番茄叶片叶绿素荧光参数的影响

Mo、φEo等参数能反映出PSⅡ潜在活性的变化，最大光能转化效率能侧面反映植物光合强度。由表4 可知，不同水肥处理下，番茄叶片Mo、最大光能转化效率差异显著，φEo、PSⅡ潜在活性差异不显著。其中，处理W1番茄叶片Mo最大（0.51），处理W11最小（0.27）；处理W1、处理W2、处理W3、处理W4番茄叶片φEo最大（0.14），处理W11最小（0.12）；处理W1番茄叶片最大光能转化效率最大（0.90），处理W8最小（0.51）；处理W15番茄叶片PSⅡ潜在活性最大（5.12），处理W10最小（3.93）。

表4 不同水肥处理对番茄叶片叶绿素荧光参数的影响

2.3 不同水肥处理对不同时期番茄叶片叶绿素SPAD值的影响

叶绿素SPAD 值与叶片中的氮含量成正比。因此，通过测定植物中叶绿素SPAD 值，可以推断出植物中的氮含量。在番茄开花坐果期、第一穗果期、第二穗果期、第三穗果期、采收期，分别测定各处理番茄叶片的叶绿素SPAD 值。由图1 可知，在整个生长期间，番茄叶片叶绿素SPAD 值呈现先快速增长后缓慢增长的趋势。在整个生长期，处理W1、处理W2番茄叶片叶绿素SPAD 值较大，处理W8、处理W11番茄叶片叶绿素SPAD值较小。

图1 不同水肥处理下不同时期番茄叶片叶绿素SPAD值的变化情况

3 结论与讨论

试验结果表明，处理W18番茄叶片的净光合速率和水分利用率最大，说明在中水中肥处理下，番茄的光合作用得到显著提高；处理W9番茄叶片的净光合速率最小，说明在灌水量较低条件下，施肥量适中依然会使植株净光合速率降低，影响植物的光合作用；处理W12番茄叶片的气孔导度、蒸腾速率最小，说明在中水高氮肥处理下，番茄叶片的气孔导度和蒸腾速率降低，原因可能是高水平施肥不利于植株对水分的吸收与利用。

分析叶片叶绿素荧光参数，可以揭示植物叶片光化学效率的变化，反映植株光合作用的强弱［10］。试验结果表明，在灌水量较大的情况下，番茄叶片Mo、最大光能转化效率能够显著提高；在灌水量、施肥量均为较高水平处理下，番茄叶片最大光能转化效率最大；在中水、中氮肥、中磷肥、低钾肥处理下，番茄叶片PSⅡ潜在活性最大；在高水中肥处理下，番茄叶片PSⅡ潜在活性最小，可能是因为灌水量过多，植株受到了胁迫。

叶绿素SPAD 值对叶片光合作用和产量形成有重要影响［6］。试验结果表明，在灌水量、施氮量均较高的情况下和灌水量、施氮量为中等水平情况下，番茄叶片叶绿素SPAD 值都较高，而在低水低氮肥处理下，番茄叶片叶绿素SPAD 值处在较低水平，说明缺氮会导致叶绿素含量下降显著。

综合试验结果，中水中肥条件对番茄光合作用的提升更为有利，过高水平的灌水量和施肥量都不利于番茄的光合作用，还会降低水分利用效率。因此，在用黄沙、蛭石和菇渣作为栽培基质栽培番茄时，建议设置基质田间持水率为78%，施氮量为340 kg/hm2，施磷量为185 kg/hm2，施钾量为310 kg/hm2，以获得最大的经济效益和生态效益。