摘 要：【目的】研究適宜新疆南疆沙培番茄的最優(yōu)水肥施用方案，為南疆沙培番茄生產(chǎn)提供合理的理論依據(jù)。

【方法】設(shè)置灌溉水量、施氮量、施磷量和施鉀量4個因素，每個因素設(shè)定5個水平，采用四元二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計（二分之一），共20個處理，每個處理3次重復(fù)，測定各處理組合番茄葉片葉綠素含量差異以及光合日變化特征，運用主成分分析法進行綜合評價。

【結(jié)果】各處理組番茄葉片的凈光合速率。

綜合評價得到水肥耦合下各處理的優(yōu)劣排序為g9gt;g3gt;g7gt;g11gt;g5gt;g2gt;g18gt;g12gt;g1gt;g6gt;g16gt;g4gt;g14gt;g20gt;g10gt;g19gt;g17gt;g13gt;g15gt;g8，g9處理各項指標(biāo)表現(xiàn)較好。

【結(jié)論】在新疆南疆番茄黃沙栽培過程中g(shù)9處理（即灌水水平為310 mm/hm²，施氮量為570 kg/hm²，施磷量為438 kg/hm²，施鉀量為738 kg/hm²），可有效促進番茄植株的生長發(fā)育。

關(guān)鍵詞：番茄；水肥耦合；葉綠素含量；光合日變化；主成分

中圖分類號：S641.2"" 文獻標(biāo)志碼：A"" 文章編號：1001-4330（2024）12-3006-08

0 引 言

【研究意義】番茄（Lycopersicon esculentum Mill）是世界上重要的蔬菜作物，全球年總產(chǎn)量達1.7×108 t，在蔬菜作物中位居首位。我國新疆番茄出口份額占據(jù)全國番茄總出口量的70%以上，且番茄產(chǎn)量占據(jù)全球的1/4，新疆南疆沙培具有避免土壤連作障礙，減少土傳病害，成本低、消毒徹底等優(yōu)點^［1］，南疆黃沙資源豐富，因此采用黃沙作為基質(zhì)的無土栽培模式種植番茄較普遍。但黃沙作為基質(zhì)相較于其他基質(zhì)，其緩沖能力弱，保水保肥能力較差^［2］，容易水肥流失。番茄在其生長過程中，因生長周期長，果實產(chǎn)量高，所需營養(yǎng)元素、灌水量較多。氮、磷、鉀是番茄生長過程中需求量較大的營養(yǎng)元素^［3］，氮素在番茄生長過程中有增加葉綠素含量，提高光合效率的作用；磷素具有增加作物產(chǎn)量，提高番茄等茄果類植物坐果率的作用；鉀素可以增加蛋白質(zhì)的含量，促進糖分和淀粉的生成^［4］。合理的灌水施肥量可促進作物生長，促進葉綠素的合成，提高作物的光合特性^［5］，從而提高作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。過高或過低均影響植物葉綠素的合成，從而影響植物的光合作用，造成產(chǎn)量減少品質(zhì)下降。【前人研究進展】周敏等^［6］研究表明，合理的鉀素含量可以有效提高植物的凈光合速率和蒸騰速率，有效提高植物的光合作用。朱和等^［7］研究發(fā)現(xiàn)，科學(xué)的灌水施肥量可以有效促進植物的光合作用，過高或過低的灌水施肥均會影響植物葉片葉綠素的合成，從而影響植物的光合作用。劉遷杰等^［8］研究發(fā)現(xiàn)，氮素在參與葉綠素合成的同時，還對植株光合作用中的光反應(yīng)和暗反應(yīng)的一系列酶產(chǎn)生重要的影響，從而影響植株的光合作用?！颈狙芯壳腥朦c】有關(guān)水肥耦合對沙培番茄葉綠素含量及光合特性日變化的影響文獻較少，需研究分析篩選出適宜新疆南疆沙培番茄的水肥施用方案?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究分析不同灌水灌肥配比對番茄植株葉片葉綠素含量和光合日變化的影響，篩選出最佳的沙培番茄水肥配比和節(jié)水節(jié)肥方法，為新疆南疆設(shè)施番茄種植的節(jié)水節(jié)肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地位于新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)園藝試驗站Venlo型連棟溫室（81°22′E、40°17′N），連棟溫室南北長40 m，東西跨32 m，脊高5.5 m。供試基質(zhì)配比為黃沙∶爐渣=5∶3，基質(zhì)pH為7.25，EC值為0.82 mS/cm，有機質(zhì)含量為67.38 g/kg，基質(zhì)通氣孔隙為13%，持水孔隙為16.67%。采用槽式栽培，南北走向，栽培番茄品種為秦蔬領(lǐng)越；株距0.35 m，行距1.1 m，面積7.5 m²。滴灌設(shè)備主要由水源、水泵、水表、施肥桶和輸水管道、滴頭、滴箭、滴灌管等系統(tǒng)組成。滴頭為壓力補償式流速為2 L/h，滴頭間距35 cm。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

以灌水量、施氮量、施磷量和施鉀量為4個因素，每個因素設(shè)定5個水平，采用四元二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計（二分之一），共20個處理，每個處理3次重復(fù)。于2月10日番茄7葉1心時定植于栽培槽內(nèi)，生長期（2021年4月15日）選擇長勢一致的植株測定相關(guān)指標(biāo)。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 葉綠素含量

生長期每個處理選取15個固定植株并標(biāo)記，選取選定番茄植株第4或第5片完全展開功能葉，采用乙醇浸提法測定其葉綠素含量。

1.2.2.2 光合特性

于2021年4月15日選取3個固定植株，每個植株選取自上而下第4片完全展開功能葉，利用Li-6400光合儀在09：00～19：00每2 h測定1次番茄葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019整理數(shù)據(jù)，采用Graphpad Prism8.0.2進行制圖，采用SPSS.26對數(shù)據(jù)進行方差分析，Duncan多重比較及主成分分析將各指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后降維計算各指標(biāo)的特征值、方差貢獻率和累積貢獻率，根據(jù)特征值gt;1，累計貢獻率gt;80%的原則，提取主要成分，利用成分矩陣和特征值計算特征向量，再利用特征向量和標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值得到各主成分的表達式，結(jié)合隸屬函數(shù)和權(quán)重計算綜合評價值（D）值并排名，分析不同水肥耦合對番茄光合特性的影響。

1.3.1 各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

U（Xi） =（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）.（1）

U（Xi）’=1-（（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin））.（2）

i=1，2，3，…n.

式中，U（Xi）表示正隸屬函數(shù)值，U（Xi）’表示反隸屬函數(shù)值，Xi表示各處

相同指標(biāo)中第i個均值，Xmin表示各處理值均值最小數(shù)值，Xmax表示各處理值均值最大數(shù)值^［9］。

1.3.2 各綜合指標(biāo)的權(quán)重

Wi=Pi/∑niPi.（3）

式中，Wi表示權(quán)重各指標(biāo)在所有指標(biāo)中的重要程度即權(quán)重，Pi表示第i個指標(biāo)的方差貢獻率^［10］。

1.3.3 各指標(biāo)的綜合評價值

D=∑ni=1［U（Xi）×Wi］.（4）

式中，D值為沙培番茄在不同水肥耦合下由綜合指標(biāo)評價所得的各性狀綜合評價值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同的水肥耦合下對番茄葉片葉綠素含量的影響

研究表明，不同水肥耦合對植株葉綠素a、葉綠素b的合成均有一定影響，適當(dāng)水肥施用量可以提高葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量。在高水高肥，低水中肥的條件下葉綠素a含量及葉綠素總含量較高。而過度減少施肥量則降低葉綠素a含量。其中g(shù)2處理下的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量較高，于g1、g3、g4、g5、g6、g7、g8、g9、g10顯著性差異，其余處理均差異顯著。表3

2.2 不同水肥耦合下對番茄葉片光合特性日變化的影響

2.2.1 不同水肥耦合下對番茄葉片凈光合速率的影響

研究表明，在不同的水肥耦合下，各處理番茄葉片凈光合速率日變化呈“單峰”狀態(tài)，各處理在13：00均出現(xiàn)最高峰，各處理凈光合速率由高到低為g11gt;g7gt;g1gt;g5gt;g16gt;g12gt;g14gt;g13gt;g20gt;g18gt;g9gt;g3gt;g2gt;g4gt;g6gt;g19gt;g15gt;g17gt;g8gt;g10，g11處理的番茄葉片凈光合速率最高為16.69μmol/（m2·s），其次為g7，凈光合速率為16.44μmol/（m2·s） 。圖1

2.2.2 不同水肥耦合下對番茄葉片氣孔導(dǎo)度的影響

研究表明，不同水肥耦合條件下，各處理的番茄葉片氣孔導(dǎo)度隨一天時間的延長，呈“單峰”現(xiàn)象。其中大多數(shù)處理在13：00時出現(xiàn)最高峰，分別為g1、g2、g4、g5、g6、g9、g10、g11、g12g、g14、g15、g16、g19和g20。其他處理在11：00時出現(xiàn)最高峰，分別為g3、g7、g8、g13、g17和g18。各處理間在13：00時氣孔導(dǎo)度由高到低為g6gt;g15gt;g11gt;g1gt;g9gt;g4gt;g14gt;g2gt;g12gt;g18gt;g10gt;g16gt;g20gt;g19gt;g5gt;g13gt;g7gt;g3gt;g17gt;g8。g6處理的番茄葉片氣孔導(dǎo)度最高為0.417 mmol/（m2·s），其次為g15，氣孔導(dǎo)度為0.415 mmol/（m2·s） 。圖2

2.2.3 不同水肥耦合下對番茄葉片胞間CO2濃度的影響

研究表明，在不同水肥耦合條件下，各處理間番茄葉片胞間CO2濃度呈“單峰”狀態(tài)，且不同處理間的胞間CO2濃度與凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率呈反比。其中除g8最低峰出現(xiàn)在17：00外，其余處理組最低峰均出現(xiàn)在15：00。各處理在13：00時胞間CO2濃度由高到低為g1gt;g4gt;g8gt;g2gt;g15gt;g19gt;g14gt;g6gt;g9gt;g20gt;g16gt;g18gt;g11gt;g10gt;g5gt;g12gt;g17gt;g13gt;g7gt;g3。g1在13：00時胞間CO2濃度最高為339.3 μmol/mol，其次為g4，胞間CO2濃度為334.47 μmol/mol。圖3

2.2.4 不同水肥耦合下對番茄葉片蒸騰速率的影響

研究表明，不同水肥耦合條件下，各處理番茄葉片的蒸騰速率隨著一天時間的延長，呈“單峰”狀態(tài)，各處理組合番茄葉片的蒸騰速率均在13：00時達到最高峰。各處理在13：00時番茄葉片的蒸騰速率由高到低為g19gt;g20gt;g18gt;g9gt;g4gt;g1gt;g6gt;g11gt;g2gt;g14gt;g10gt;g12gt;g16gt;g7gt;g17gt;g13gt;g15gt;g5gt;g8gt;g3。g9在13：00時的番茄葉片蒸騰速率最高為7.26 mmol/（m²·s），其次是g1，番茄葉片的蒸騰速率為7.00 mmol/（m²·s）圖4

2.2.5 主成分特征值及貢獻率

研究表明，同一指標(biāo)在各因子中的最大絕對值所在位置為其所屬主成分。主成分分析特征值中前3個成分的累積貢獻率已達到80.12%，已滿足特征值大于1且累積貢獻率大于80%的原則，這樣可將原來7個單項指標(biāo)轉(zhuǎn)換為3個新的相互獨立的綜合指標(biāo)（Y），3個綜合指標(biāo)基本上能代表7個單項指標(biāo)的絕大部分信息。分別定義為第1主成分、第2主成分和第3主成分。表4

Y1=0.44X1+0.53X2+0.53X3+0.16X4+0.16X5+0.09X6-0.01X7.

Y2=-0.05X1-0.06X2-0.06X3+0.27X4+0.56X5+0.45X6+0.61X7.

Y3=0.18X1-0.05X2+0.04X3+0.65X4-0.06X4-0.66X6+0.19X7.

在第1主成分中，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量的系數(shù)較大，分別為0.82、0.97和0.98；在第2主成分中Tr的系數(shù)較大為0.81；葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量、Pn、Gs、Ci、Tr可作為不同水肥耦合條件下復(fù)合沙培番茄各性狀的鑒定指標(biāo)。第1個綜合指標(biāo)為42.809%，第2個綜合指標(biāo)為22.055%，第3個綜合指標(biāo)為15.257%。3個綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.53、0.23和0.19。表5

不同水肥耦合條件下，g2處理的U（Y1）最大為1，g13處理的U（Y1）最??；g7處理的U（Y2）最大為1，g8處理的U（Y2）最??；g7處理的U（Y3）最大為1，g8處理的U（Y3）最小。但g2、g7處理的U（Y1）、U（Y2）、U（Y3）的的綜合評價不如g9。按照特征值大于1，累計貢獻率大于80%的原則，g9gt;g3gt;g7gt;g11gt;g5gt;g2gt;g18gt;g12gt;g1gt;g6gt;g16gt;g4gt;g14gt;g20gt;g10gt;g19gt;g17gt;g13gt;g15gt;g8。其中g(shù)9的綜合得分最高，在低水中肥處理的植株光合特性最強。表6

3 討 論

3.1

植物在進行光合作用時所需的主要色素是葉綠素，葉綠素含量的多少往往會影響植物的光合作用^［11］。氮素是葉綠素合成的主要元素之一^［12］，直接影響植物的光合作用。磷素是直接影響植物的光合作用同化和光合磷酸化^［13］。鉀素對植物光合作用中起著氣孔調(diào)節(jié)、活化酶以及運輸?shù)墓δ?sup>［^14］。缺氮往往會使植物的光合作用效率降低^［15］。試驗通過調(diào)節(jié)番茄植株不同施水施肥量并測定其葉片光合特性以及葉綠素含量確定最適的水肥耦合下配比。試驗研究發(fā)現(xiàn)，在不同的水肥耦合條件下，各處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均呈“單峰”狀態(tài)，與盧華雨等^［16］研究結(jié)果基本一致，說明適量的灌溉水將導(dǎo)致植物的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率呈先上升后下降的“單峰”狀態(tài)。

3.2

凈光合速率是反映植物通過光合作用積累有機物多少的指標(biāo)^［17］，試驗研究發(fā)現(xiàn)，隨著灌水施肥量的增加凈光合速率呈先上升后下降的趨勢，與馬新超^［9］和Richard^［10］的研究相似，說明適當(dāng)?shù)目刂乒嗨⑾鄳?yīng)增施氮磷肥，控制鉀肥施用量，可有效改變?nèi)~片光合性能，提高葉片光合速率。

3.3

胞間CO2濃度是CO2同化速率與氣孔導(dǎo)度的比值。胞間CO2濃度高，說明光合作用利用的CO2少，即光合速率較低，胞間CO2濃度較低，說明光合作用利用CO2較多，即光合速率較高。試驗研究發(fā)現(xiàn)，中水中肥時胞間CO2濃度最低，并且在灌水量一致時，增加施肥量將抑制胞間CO2濃度，與何振嘉等^［18］研究結(jié)果基本一致，說明適當(dāng)控制水分并降低施肥量可以降低胞間CO2濃度從而提高光合效率。

3.4

氣孔導(dǎo)度表示的是氣孔張開的程度，氣孔導(dǎo)度越大，進入細胞的二氧化碳就越多，細胞間的二氧化碳就越少，而二氧化碳是光合作用的原料，所以細胞間二氧化碳越少，證明參與光合作用反應(yīng)掉的二氧化碳越多，凈光合速率就越大。試驗研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)墓嗨┓示芴岣咧参锏臍饪讓?dǎo)度，從而增加植物的光合效率，與陽彬等^［19］研究結(jié)果基本相似。

4 結(jié) 論

在水肥耦合沙培番茄種植中，施肥量和灌水量是影響植物光合特性的主要因素，通過主成分分析得其優(yōu)劣排序為g9gt;g3gt;g7gt;g11gt;g5gt;g2gt;g18gt;g12gt;g1gt;g6gt;g16gt;g4gt;g14gt;g20gt;g10gt;g19gt;g17gt;g13gt;g15gt;g8。g9處理（即灌水水平為310 mm/hm²，施氮量為570 kg/hm²。施磷量為438 kg/hm²，施鉀量為738 kg/hm²），各指標(biāo)表現(xiàn)較好。新疆南疆設(shè)施沙培番茄栽培過程中，推薦灌水水平為310 mm/hm²，施氮量為570 kg/hm²，施磷量為438 kg/hm²，施鉀量為738 kg/hm²。

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Effects of water and fertilizer coupling on diurnal changes of chlorophyll content and photosynthetic characteristics of sand-cultivated tomato

LI Chunyu1， TAN Zhanming^2，3， CHENG Yunxia2， GAO Yuan2， MA Quanhui2，LI Zhiguo4，MA Xing3

（1." School of Information Engineering of Tarim University， Aral Xinjiang 843300， China；2 . State-Local Joint Engineering Laboratory for High Efficiency and Quality Cultivation and Deep Processing Technology of Characteristic Fruit Trees in Southern Xinjiang of XPCC Engineering Laboratory of Characteristic Fruit Trees in Southern Xinjiang， College of Horticulture and Forestry， Tarim University， Aral Xinjiang 843300， China; 3. Aksu Nida Agricultural Technology Limited company， Aksu Xinjiang， 843000， China; 4. Xijing Agricultural Technology Limited company， Tumushuk Xinjiang 844000， China）

Abstract：【Objective】 This study aims to explore the optimal water and fertilizer application scheme suitable for sand cultivated tomato in southern Xinjiang and provide a reasonable theoretical basis for sand cultivated tomato production in this region.

【Methods】" The test set four factors： irrigation water， nitrogen， phosphorus and potassium， five levels in each factor; By using four binary universal rotation combinations， a total of 20 treatment combinations， each repeated 3 times to determine the tomato leaf chlorophyll content difference and synthetic day characteristics， and finally， the principal component analysis was carried out for comprehensive evaluation.

【Results】" The ranking of the treatments was g9 gt; g3 gt; g7 gt; g11 gt;g5 gt;g2gt; g18 gt;g12 gt;g1gt; g6gt; g16gt;g4 gt;g14gt; g20gt;g10gt; g19gt; g17gt; g13gt; g15gt;g8.Each index in g9 treatment was well.

【Conclusion】" In the process of tomato sand cultivation in southern Xinjiang， g9 treatment （the irrigation level ： 310mm/hm²， the amount of nitrogen： 570 kg/hm²， the amount of phosphorus： 438 kg/hm²， the amount of potassium： 738 kg/hm²） can effectively promote the growth and development of tomato plants.

Key words：tomato; water and fertilizer coupling; chlorophyll content; diurnal variation of photosynthesis; principal component analysis

Fund projects：The XPCC's financial science and technology plan project （2023AB071）; The First Division of Alar City Science and Technology Plan Project （2024NY04）; The XPCC's guiding science and technology plan projects; Tarim University President Fund Master Funding Project （TDZKSS202213）; Aksu Project 2023; The third division of Tumushuke City science and technology plan project （KY2022GG05）; Xinjiang Vegetable Industry Technology System （XJARS-07）

Correspondence author： CHENG Yunxia（1996-），female，from Shihezi，Xinjiang，lecturer，research direction is Efficient cultivation and abiotic stress physiology of facility vegetables，（E-mail）chengyunxia2018@163.com

基金項目：兵團財政科技計劃項目（2023AB071）;第一師阿拉爾市科技計劃項目（2024NY04）;兵團指導(dǎo)性科技計劃項目;塔里木大學(xué)校長基金碩士人才資助項目（TDZKSS202213）；2023年阿克蘇地區(qū)科技興阿項目；第三師圖木舒克市科技計劃項目（KY2022GG05）；新疆蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（XJARS-07）

作者簡介：李春雨（1992-），女，黑龍江齊齊哈爾人，講師，碩士，研究方向為農(nóng)業(yè)信息化，（E-mail）1871916786@qq.com

通訊作者：程云霞（1996-），女，新疆石河子人，講師，碩士，研究方向為設(shè)施蔬菜高效栽培及抗逆性生理，（E-mail）chengyunxia2018@163.com