水肥耦合对河西绿洲娃娃菜生理特性及产量影响

吴子孝，陈修斌，许耀照，李翊华

(1.张掖市农业科学研究院，甘肃 张掖 734000，2. 河西学院 农业与生物技术学院，甘肃 张掖 734000)



水肥耦合对河西绿洲娃娃菜生理特性及产量影响

吴子孝1，陈修斌2，许耀照2，李翊华2

(1.张掖市农业科学研究院，甘肃 张掖 734000，2. 河西学院 农业与生物技术学院，甘肃 张掖 734000)

为探明河西绿洲灌漠土高原夏菜娃娃菜生产中，不同水肥耦合模式对娃娃菜生理特性及产量影响，以品种 “春月黄”为材料，采用裂区试验设计，研究了实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学量子产量(Fv′/Fm′)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(qN)、光抑制程度和产量对不同水肥耦合的响应。结果表明：在中等的土壤水分和理论施肥水平条件下，即土壤田间持水量达 75%～90%及肥料组合为N 350 kg·hm-2+ P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2的W2F1处理，娃娃菜在莲座初期、中期、末期，其叶片的净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)的变化值明显高于其他处理，植株保持较高的生理代谢活动；叶片的ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP值最大，光抑制程度最低，其生物学产量和经济产量也最高。不同时期的Pn、Ci、Tr和Gs的数值变化规律为：莲座中期>莲座末期>莲座初期。 图1，表3，参22。

水肥耦合；娃娃菜；生理特性；产量

0　引　言

张掖市地处河西走廊中部，属温带大陆性气候，境内地势平坦，土地肥沃，日照充足，气候温和，是典型的绿洲农业和大型灌溉农业区。近年来，随着农村产业结构的调整，高原夏菜已成为农民增收、农业增效的的主导产业，至2014年，全市高原夏菜基地面积达到3.75万hm2。

娃娃菜(Brassicapekinensis)是本区高原夏菜种植的主要蔬菜种类之一，是一种袖珍型小株白菜，属十字花科芸薹属白菜亚种，为半耐寒性蔬菜。在娃娃菜栽培过程中，农民为了提高产量，盲目地大量施肥和灌水，施用尿素、磷酸二铵和硫酸钾的施用量一般分别在525 kg·hm-2、600 kg·hm-2和480 kg·hm-2以上，单次灌水量450 m3·hm-2，生长期内每15 d灌水一次，整个生育期灌水量在4 800 m3·hm-2以上[1]，这样一方面导致水肥资源的浪费，另一方面引起土壤板结，土壤理化性状下降，娃娃菜病虫害加重，使得娃娃菜的品质降低[2]。

近年来，国内学者王海鹏、湛长菊[3-4]等对娃娃菜的高效栽培技术进行了研究，张晓梅、羊晓琴[5-6]等对娃娃菜品种引种进行了试验，杨兵丽等研究了不同形态氮素配施对娃娃菜光合和叶绿素荧光特性的影响[7]，周箬涵等研究了不同氮素形态及配比对娃娃菜产量、品质及其养分吸收的影响[8]。有研究显示，在土壤含水量控制在32%以上，施肥量达460.95 kg·hm-2时，有利于树莓净光合速率、气孔导度和品质的提高；温室番茄在田间持水率达 75%～90%，氮、磷、钾肥以理论施肥水平N 400 kg·hm-2+ P2O5350 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2时，植株的光合速率最高，水肥耦合的互作效应显著，单位面积上番茄产量最高[9-10]；而有关水肥耦合对高原夏菜娃娃菜生理特性及产量的影响至今尚未见系统报道。试验以当地娃娃菜主栽品种“春月黄”为试材，研究不同水肥配比对河西绿洲娃娃菜植株生长发育特性的影响，探讨不同水肥耦合模式下娃娃菜产量形成与光合生理之间的关系，旨在于为当地娃娃菜在生产过程中实现科学的水肥管理及优质化栽培提供指导。

1　材料与方法

1.1供试土壤状况

研究于2015年3至6月在张掖市甘州区梁家墩镇三工村高原夏菜生产基地内进行。供试土壤为灌漠土，有机质含量为10.0 g·kg-1，碱解氮51.1 mg·kg-1，速效磷8.93 mg·kg-1，速效钾146.7 mg·kg-1，pH为7.1，全盐1.0 g·kg-1，容重1.17g·cm-3，总孔隙度46.4%，质地砂壤。

1.2试验材料与处理

供试的娃娃菜品种为春月黄。于2015年3月25日采用日光温室育苗，播前将种子放于10%的磷酸三钠溶液浸泡15 min，而后放入水中浸泡8 h～12 h，然后用湿毛巾包裹放于控温箱中进行催芽，当种子露白时，播种于128孔穴盘内进行育苗，育苗期间保持白天15℃～30℃，夜间15℃～18℃， 出苗后白天18℃～23℃，夜间13℃～15℃。

1.3试验设计与种植

采用裂区设计[11]，水分和肥料各3个水平，即W1：田间持水量为90%～100%；W2：田间持水量为75% ～ 90%；W3：田间持水量为50%～75%。肥料为理论施肥(F1)，参考结球白菜每形成1t产品器官对N、P、K肥的吸收特点，在结合实际土壤地力状况和目标产量进行确定[12]，其用量组合为N 350 kg·hm-2+P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2；经验施肥(F2)，依据调查张掖市的甘州区、高台、临泽等县区的8个高原夏菜基地的肥料用量确定为N 450 kg·hm-2+P2O5500 kg·hm-2+K 450 kg·hm-2；超量施肥(F3)，参考周德霞[13]在经验施肥基础上氮肥、磷肥、钾肥分别上浮28%、25%和50%，确定为N 600 kg·hm-2+P2O5600 kg·hm-2+K 600 kg·hm-2。共9个处理，每处理重复3次，见表1。小区长10 m，宽0.8 m，面积为8.0 m2。4月20日当幼苗生长到四叶一心时移栽，采用高畦膜下滴灌技术定植，畦高15 cm ～ 20 cm，定植大行距60 cm，小行距30 cm，不同小区间深埋40 cm地膜，每畦栽植2行，定植株数94 500株·hm-2。试验中氮肥、磷肥和钾肥分别由尿素、磷酸二铵和硫酸钾提供，其中在作畦时将磷酸二铵施入，氮肥和钾肥的一半同磷酸二铵混施，一半在开花初期时滴灌施肥。试验中，水分的控制参考韦泽秀等[14]介绍的方法进行。

表1　水肥耦合模式

1.4测定项目

1.4.1光合生理指标测定

在娃娃菜莲座初期(5月10日)、中期(5月25日)、末期(6月10日)每个处理随机选择3株，每株选择向阳第2片真叶，用TPS-2便携式光合仪测定光合指标；用Handy PEA植物效率分析仪，在娃娃菜莲座中期，测定植株叶片初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、最大初始荧光(Fo′)及稳态荧光(Fs)、光照条件下最大荧光(Fm′)，并计算实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学量子产量(Fv′/Fm′)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(qN)和光抑制程度[15]。

1.4.2产量测定 于收获期，各处理随机选取6株，统计单株结球叶数、纵径、横茎、生物学产量和经济产量。

2　结果与分析

2.1水肥耦合对娃娃菜光合作用的影响

在娃娃菜莲座初期、中期、末期，其叶片的净光合速率、胞间 CO2浓度、蒸腾速率和气孔导度的变化，以W2F1处理的最高，明显高于其他处理，不同处理之间呈现一定差异性，尤其是以莲座中期的值最大，分别为27.7 μmolCO2·m-2·s-1、425 mmolH20·m-2·s-1、12 mmol·m-2·s-1和766 ul·L-1，见图1。采用W2F1处理的水肥配比，植株保持最高的生理代谢活动。这说明W2F1处理水肥配比最适宜植株生长，水肥耦合表现较强的互作效应，植株生长旺盛；其他处理由于在土壤水分含量过多或过少、肥料用量过大或过小的情况下，植株体内营养失调，光合作用降低；同时，净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率和气孔导度的数值变化也呈现一定的规律性，均以莲座中期>莲座末期>莲座初期，这主要是由于莲座初期植株的叶片数量较少且叶片较小，植株光合作用较弱，因此表现生长量不大；莲座末期虽然叶片数量较多，但随着植株叶片叶龄的增大，叶片趋于老化，光合作用变弱，导致植株生长量变小；而莲座中期，娃娃菜叶片处于充分伸展的壮年叶片，植株保持较旺盛的光合作用，从而导致植株生长量的增大。

2.2水肥耦合对娃娃菜叶片ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP、qN和光抑制程度的影响

采用W2F1的水肥处理，当土壤的田间持水量为75%～90%，施肥水平为N 350 kg·hm-2+ P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2时，其娃娃菜植株叶片的实际光化学效率、光化学量子产量和光化学猝灭系数最高，其值分别为0.381、0.497和0.664，明显高于其他处理，不同处理之间呈现显著变化，而非光化学猝灭系数和光抑制程度最低，分别为0.551和-0.205，显著低于其他处理，见表2。究其原因是处理W2F1的水肥配比，最适宜于娃娃菜植株的生长，导致了植株叶片的ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP值增高，光抑制程度呈现较低的变化；其他处理由于在土壤水分过多或过少、肥料用量过大过小的情况下，水分与养分配比失衡，水肥耦合呈拮抗效应，影响了娃娃菜正常生理代谢的进行，植株生长不良，叶片的ΦPSⅡ减小，从而发生光抑制[16]，进而表现光抑制程度均高于W2F1的水肥处理。

图1　水肥耦合对娃娃菜光合作用的影响Fig.1　Effect of water and fertilizer coupling on photosynthesis of Brassica pekinensis　　注：不同小写字母表示处理间差异达0.05显著水平。　　Note: The list of different lowercase letters with a 5% difference in level.

处理Treatment实际光化学效率Actualphotochemicalefficiency(ΦPSⅡ)光化学量子产量Photochemicalquantumyield(Fv'/Fm')光化学猝灭系数Photochemicalquenchingcoefficient(qP)非光化学猝灭系数Nonphotochemicalquenchingcoefficient(qN)光抑制程度Degreeoflightinhibition(1-qP/qN)W1F10.313±0.036b0.442±0.019b0.585±0.021b0.595±0.048d0.017±0.003fW1F20.282±0.058bc0.421±0.034bc0.524±0.033bc0.613±0.063c0.145±0.004eW1F30.206±0.047d0.304±0.026d0.408±0.065d0.669±0.041b0.390±0.006cW2F10.381±0.028a0.497±0.012a0.664±0.031a0.551±0.031e-0.205±0.002gW2F20.355±0.049ab0.472±0.011ab0.625±0.018ab0.575±0.027de-0.087±0.007hW2F30.174±0.054e0.227±0.018f0.395±0.061d0.683±0.018ab0.422±0.004bW3F10.262±0.038c0.376±0.031c0.468±0.027c0.606±0.071cd0.228±0.005dW3F20.229±0.047cd0.354±0.068cd0.459±0.061cd0.663±0.052bc0.308±0.003cdW3F30.137±0.035f0.254±0.021e0.308±0.020e0.694±0.064a0.556±0.005a

注：同列不同小写字母表示5%的差异水平，下同。

Note:The list of different lowercase letters with a 5% difference in level, the same below.

2.3水肥耦合对娃娃菜产量形成的影响

不同处理对娃娃菜的叶数、横茎、纵径、生物学产量和经济产量的影响，均以处理W2F1表现的最高(表3)，分别为43.32片、17.34 cm、24.91 cm、1 788 g、895 g和50.1%，明显高于其他处理，不同处理之间呈现一定差异；各处理经济系数大小的顺序为W2F1>W3F1>W1F1>W1F2>W3F2>W2F2>W1F3>W2F3>W3F3。说明当土壤的田间持水量为75%～90%，施肥水平为N 350 kg·hm-2+ P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2时，其水肥耦合的处理(W2F1)，提高了叶片光合速率，有利于娃娃菜植株的生长，因此表现出最高的经济产量和经济系数。

表3　水肥耦合对娃娃菜产量的影响

注：以上为6株的平均值。

Note: The average value of 6 plants.

3　讨论与结论

水肥对娃娃菜生长的影响，不是单一起作用，而是相互联系，水分与肥料之间存在着耦合效应[18-19]，合理的水肥用量对娃娃菜植株可以达到以水调肥和以肥保水的效果。不同地区，由于气候条件不同，加之土壤质地和理化性状的差异，导致水肥耦合对作物的生长发育及产量的影响也存在极大的差别。过多或过少的水肥用量都会导致作物产量的降低，主要是由于淹水、干旱等水分胁迫的生存环境严重限制了植物的生长，最终导致了生物量的显著减少[20]。此试验中，不同的水肥耦合配比对娃娃菜在莲座的不同时期影响不同，净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率和气孔导度的数值大小，均以莲座中期>莲座末期>莲座初期，这说明娃娃菜在莲座的中期对水分和肥料反应敏感，水肥作用表现较强的互作效应，而莲座末期随着植株光合速率的降低，对水分和养分的反应也随着减小；莲座初期由于植株叶片数较少，光合作用较弱，对水肥耦合响应不够敏感。

研究结果还表明，当土壤的田间持水量为75%～90%，施肥水平为N 350 kg·hm-2+P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2时，娃娃菜植株保持较强的生理代谢活动，植株叶片的ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP值最大，光抑制程度最低，同时该处理的植株有较高的生物学产量和经济产量；这表明采用W2F1的处理，其水肥耦合表现强烈互作效应，随着娃娃菜植株光合作用的增强，叶片实际光化学效率不断提高，而随着植株地上部分代谢水平的增加，促进了娃娃菜根系对水分和养分的吸收，植株生长发育旺盛，增加了植株同化物质的积累，因此产量最高，其他处理在土壤水分和肥料配比过高或过低时，影响了根系对营养成份的吸收，说明水肥耦合存在一定阈值，高于或低于此阈值时，增产效果不明显[21]，从而表现出娃娃菜生长发育不良，叶片因此保持较低的实际光化学效率和光化学量子产量，而相应的光化学猝灭系数增大，非光化学猝灭系数增大，最终导致光抑制程度的增加；这与赵会杰[22]等人的研究相吻合。

在河西绿洲高原夏菜娃娃菜生产中，当田间持水率达75%～90%、施肥量为N 350 kg·hm-2+ P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2时，娃娃菜植株保持较强的光合能力，叶片的ΦPSⅡ、Fv′/Fm′、qP的值较高，光抑制程度最低，其生物学产量和经济产量也最高，这一结论可为本区娃娃菜实现高产优质高效及节水、节肥栽培提供理论指导。

[1]周志龙, 代惠芳. 西北干旱区高山娃娃菜高效节水周年生产技术[J]. 中国蔬菜，2015(2): 77-79.

[2]王志敏, 陈修斌, 许耀照, 等. 河西绿洲娃娃菜水肥一体化高效生产技术[J]. 中国园艺文摘，2015 (11): 167-168.

[3]王海鹏. 引大灌区娃娃菜膜下滴灌多茬高效栽培技术[J]. 北方园艺, 2009(1):149.

[4]湛长菊. 娃娃菜的特征特性及高产栽培技术[J]. 现代农业科学, 2008(19): 63-65.

[5]张晓梅, 严湘萍. 高寒地区娃娃菜品种引种比较试验初报[J]. 长江蔬菜, 2009(1b): 46-47．

[6]羊晓琴. 适宜兰州地区种植的娃娃菜新品种[J]. 西北园艺, 2005(11): 34．

[7]杨兵丽, 张国斌, 周箬涵, 等. 不同形态氮素配施对娃娃菜光合和叶绿素荧光特性的影响[J]. 浙江农业学报, 2015, 27(5): 761-768.

[8]周箬涵, 郁继华, 杨兵丽, 等. 不同氮素形态及配比对娃娃菜产量、品质及其养分吸收的影响[J]. 华北农学报, 2015，30(3): 216-222.

[9]王铁良, 周罕琳, 李波, 等.水肥耦合对树莓光合特性和果实品质的影响[J]. 水土保持学报, 2012, 26(6): 286-290, 296.

[10]陈修斌, 李翊华, 许耀照, 等. 温室番茄对水肥耦合的光合特性及叶绿素荧光参数响应[J]. 土壤通报, 2015, 46(3):687-693．

[11]李翊华, 张芬琴, 陈修斌, 等. 温室水肥耦合对甜椒生长和果期叶片光合特性的影响[J]. 江苏农业学报, 2015, 31(2): 415-421．

[12]葛晓光. 菜田土壤与施肥[M]. 北京: 中国农业出版社, 2002．

[13]周德霞, 张国斌, 杨伟, 等. 水肥耦合对高原莴笋生长、养分吸收和品质的影响[J]. 中国农学通报2014, 30(25): 194-200．

[14]韦泽秀, 梁银丽, 周茂娟, 等. 水肥组合对日光温室黄瓜叶片生长和产量的影响[J]. 农业工程学报, 2010, 26(3): 69-74．

[15]Krause G H, Weis E. Chlorophyll fluorescence and photosynthesis [J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1991, 42: 313-349.

[16]张守仁. 叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论[J].植物学通报, 1999, 16(4): 444-448.

[17]李建明, 潘铜华, 王玲慧, 等. 水肥耦合对番茄光合、产量及水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报, 2014, 30(10):82-90．

[18]Wolfe D W, Henderson D W, Hsiao T C, et al. Interactive water and nitrogen effects on senescence of maize. I. Leaf area duration, nitrogen distribution, and yield [J]. American Society of Agronomy, 1988, 80(6): 859-864.

[19]Bennett J M, Mutti L S M, Rao P S C, et al. Interactive effects of nitrogen and water stresses on biomass accumulation, nitrogen uptake, and seed yield of maize [J]. Field Crops Research, 1989, 19(4): 297-311.

[20]张明锦, 胡相伟, 徐睿,等. 水分胁迫及施肥对巨能草(PueliasineseRoxb)生理生化特性的影响[J]. 干旱区资源与环境, 2015, 29(9): 97-101.

[21]郑仁塘, 刘云发. 水、肥综合作用对作物产量的影响及其定额的拟定[J]. 灌溉排水学报, 1995, 14(2): 8-13．

[22]赵会杰, 邹琦, 于振文. 叶绿素荧光分析技术及其在植物光合机理研究中的应用[J]. 河南农业大学学报, 2000, 34(3):248-251.

Effects of Water-fertilizer Coupling on Physiological Characteristics and Yield of Baby Cabbage(Brassicapekinensis) in Hexi Oasis

WU Zixiao1，CHEN Xiubin2, XU Yaozhao2，LI Yihua2

(1.ZhangyeAcademyofAgriculturalSciences,Zhangye734000,China; 2.CollegeofAgricultureandBiotechnology,HexiUniversity,Zhangye734000,China)

Using split plot design, a field experiment was conducted in an irrigated desert soil in Hexi oasis to investigate the effect of water and fertilizer coupling on yield and physiological characteristics such as net photochemical efficiency (ΦPSⅡ), photochemical quantum yield (Fv′/Fm′), coefficient of photochemical quenching (qP), non photochemical quenching coefficient (qN) and photo inhibitionin by using Baby Cabbage variety ‘Chunyuehuang’. The results showed thatPn,Ci,TrandGsvalues of baby Cabbage under the condition of 75%～90% field water capacity plus soil fertilizer combination of N 350 kg·hm-2+P2O5400 kg·hm-2+K 300 kg·hm-2were significantly higher than any other treatment at the early, middle and late stage of leaf lotus throne. This indicates that Baby Cabbage plants maintain higher physiological activities under this condition. The dynamics ofPn,Ci,TrandGsof Baby Cabbage was in the order of middle lotus throne > late lotus throne > early lotus throne.

water-fertilizer coupling;Brassicapekinensis; physiological characteristics; yield

10.11689/j.issn.2095-2961.2016.03.002

2095-2961(2016)03-0135-06

2015-09-29;

2016-03-18.

甘肃省科技支撑计划-农业类(144NKCA241).

吴子孝(1962-)，男，甘肃张掖人，农艺师，主要从事农作物栽培与生理方面的研究.

陈修斌(1968-)，男，河南邓州人，硕士，教授，主要从事园艺植物栽培方面的研究.

S634.3

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