不同水分-沸石量-埋深對滴灌番茄光合特性的影響

賈利東，郭向紅，雷 濤，雷 震，孫西歡，馬娟娟，魏源慧，鞏 恒

（太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原030024）

0 引 言

番茄營養(yǎng)豐富，種植廣泛，是我國的主要經(jīng)濟(jì)作物之一[1]。土壤水分是影響番茄生理過程和分布的重要生態(tài)因子，對番茄的光合作用和水分利用效率的影響較大[2]。沸石是一種硅鋁酸鹽物質(zhì)[3]，具有很強(qiáng)的吸附能力，能有效地增強(qiáng)土壤的保水性[4]。光合作用速率和效率決定作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，果實膨大期是番茄產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵生育期[5]，其他生育期變化規(guī)律大致相同。因此，本文以果實膨大期為例，研究不同水分和沸石施用條件對番茄光合特性的影響，揭示土壤水分、沸石施用與番茄光合作用的生理關(guān)系，對番茄節(jié)水增產(chǎn)和沸石的精確施用具有重要的指導(dǎo)意義。

如何有效地利用融合教學(xué)法，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，我們將TBL、CBL、PBL應(yīng)用到實踐性很強(qiáng)的病理實習(xí)課中。目的是通過TBL、CBL與PBL融合教學(xué)方法，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，注重引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用病理學(xué)知識去觀察臨床現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的邏輯分析能力。適時的引入相關(guān)臨床知識，使枯燥無味的形態(tài)學(xué)，變得生動有趣。TBL CBL 與PBL融合教學(xué)法應(yīng)用病理實習(xí)課，可以充分發(fā)揮三種教學(xué)法的優(yōu)勢。

前人主要研究了沸石量對番茄全生育期株高[6]及鮮重[7]等生長指標(biāo)影響，以及對番茄[8]、水稻[9]產(chǎn)量和品質(zhì)影響，卻鮮見沸石量對番茄光合特性的影響研究。不同沸石粒徑會影響的吸附效率和釋放效率，提高肥料利用率，進(jìn)而改變水稻的光合特性[9]，卻很少考慮沸石埋深對番茄光合特性的影響。水分和沸石量對花生[10]、水稻[11]葉片光合特性的研究已有報道，輕度水分脅迫下，沸石的施用可促進(jìn)凈光合速率、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率的提高[11,12]，但水分、沸石量及埋深對番茄光合特性影響的主次順序尚不明確，有待進(jìn)一步探究。

我國綠色金融概念基本成型，相關(guān)的政策框架也得到初步體現(xiàn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)市場的高速發(fā)展，社會發(fā)展的需求也在日益提高，傳統(tǒng)的金融概念已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會的發(fā)展需求。我國經(jīng)過對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷改革和創(chuàng)新，不斷提高對環(huán)境保護(hù)的重視，實行了一系列生態(tài)補(bǔ)償，財稅等經(jīng)濟(jì)政策，對我國綠色金融不斷地進(jìn)行完善和補(bǔ)充。同時，我國相關(guān)金融管理部門對綠色金融在政策方面進(jìn)行了針對性、科學(xué)性的指導(dǎo)，并攜手相關(guān)環(huán)保部門，聯(lián)合出臺一系列綠色金融的積極政策，形成了可用的金融政策框架，為國綠色金融的穩(wěn)定發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件。

本文以番茄為研究對象，進(jìn)行田間試驗，探究不同水分、沸石量及埋深對番茄光合特性的影響，揭示番茄對三因素的響應(yīng)生理機(jī)制，以期得到番茄光合作用的最優(yōu)組合，為沸石在番茄田間種植的施用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

觀察組：在飲食干預(yù)的基礎(chǔ)上給予胰島素治療。根據(jù)孕周進(jìn)行劑量調(diào)整，對孕周＜30周者，每日皮下注射胰島素量0.8 U/kg；30～35周者，注射胰島素量為0.9 U/kg，＞35周者，注射胰島素量為1.0 U/kg,每日按照4:2:3:1的比例，分別在患者三餐前及睡前4個時間段進(jìn)行注射。每周監(jiān)測空腹及餐后2 h血糖，根據(jù)血糖結(jié)果調(diào)整胰島素劑量，避免低血糖發(fā)生。

1.2 試驗設(shè)計

目前，陽圩農(nóng)場芒果種植面積達(dá)1.03萬畝，投產(chǎn)面積0.79萬畝，年產(chǎn)量0.77萬噸，產(chǎn)值3846.82萬元。在此基礎(chǔ)上，農(nóng)場進(jìn)一步加強(qiáng)管理監(jiān)督，探索現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新技術(shù)，加強(qiáng)服務(wù)引導(dǎo)，樹立品牌意識，努力培育地方名牌產(chǎn)品，還帶動周邊農(nóng)民種植芒果3萬多畝，為地方農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入了強(qiáng)勁動力。

表1 試驗設(shè)計Tab.1 Test design

1.3 測定項目及方法

選擇有代表性且生長健康的番茄植株，在晴天的09∶00-11∶00，使用Li-6400型光合儀隨機(jī)測量3片長勢相似的葉片，得到番茄凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)3 個指標(biāo)數(shù)據(jù)。每個處理3 個重復(fù)，每個重復(fù)測定3 次，最后結(jié)果選擇平均值。測定葉室面積為2 cm2，溫度為27～29 ℃。

本試驗在山西省水利水電科學(xué)研究院節(jié)水高效示范基地溫室大棚內(nèi)進(jìn)行。該試驗基地位于太原市小店區(qū)東南部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°24′～112°43′，北緯112°24′～112°43′，屬于典型的暖溫帶大陸性氣候區(qū)。試驗區(qū)平均海拔763～780 m，年均降水量495.5mm，平均氣溫9.5 ℃，年無霜期170 d。土壤質(zhì)地為黏性壤土，容重為1.39 g/cm3，田間持水率為0.28 cm3/cm3。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

蒸騰速率是指植物在一定時間內(nèi)單位葉面積蒸騰的水量[23]，它的變化能反映植物自身生長狀態(tài)及對水分條件的響應(yīng)[24]。圖3 為不同處理下果實膨大期番茄蒸騰速率。總的來看，番茄蒸騰速率大致范圍在4.5～9.63 mmol/(m2·s)，均值為7.65 mmol/(m2·s)。番茄的蒸騰速率在W70-90Z6H15處理達(dá)到最大，其次是W70-90Z3H45處理，W50-70Z6H30處理的番茄蒸騰速率最小，W70-90Z6H15處理的蒸騰速率是W50-70Z6H30處理的2.14 倍。W50-70Z3H15、W50-70Z6H30、W60-80Z3H30、W60-80Z6H45和W70-90Z9H30處理差異不顯著，但都顯著（P＜0.05）低于W70-90Z3H45和W70-90Z6H15處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤水分-沸石量-埋深對番茄凈光合速率影響

凈光合速率(Pn)反映了植物在單位時間內(nèi)積累有機(jī)物的能力，是植物生長發(fā)育最重要的指標(biāo)[15,16]。圖1 為不同處理下果實膨大期番茄凈光合速率。從整體來看，番茄的凈光合速率大小范圍為11.29～25.63 μmol/(m2·s)，均值為19.13 μmol/(m2·s)。番茄凈光合速率在W70-90Z6H15達(dá)到最大，其次是W70-90Z3H45處理，而W50-70Z3H15處理的凈光合速率最小。W70-90Z3H45和W70-90Z6H15處理差異不顯著，但均顯著（P＜0.05）高于其他處理。

表4 和表5 分別計算了番茄氣孔導(dǎo)度（Gs）的極差和方差。結(jié)合兩表分析可知，各個因素及水平對番茄氣孔導(dǎo)度的影響存在差異性。當(dāng)水分條件由W50-70增加到W60-80時，Gs增加42.3%；當(dāng)水分條件由W60-80增加到W70-90時，Gs增加18.7%，這表明，水分對Gs的影響表現(xiàn)為：W50-70＜W60-80＜W70-90，提高土壤水分含量可以對Gs起到促進(jìn)作用。這主要是因為隨著土壤水分增加，番茄保衛(wèi)細(xì)胞吸收的水分增加，細(xì)胞內(nèi)水勢增大，導(dǎo)致保衛(wèi)細(xì)胞吸水，氣孔張開，氣孔導(dǎo)度增大[22]。經(jīng)不同沸石量處理的Gs影響順序為：Z3＞Z6＞Z9，沸石量與Gs之間呈負(fù)相關(guān)，且未達(dá)到顯著性水平。這與姚珍珠[23]的研究結(jié)果存在一定差異性。根據(jù)前人研究[23]，在飽果期沸石的使用可顯著提高花生葉片Gs。而這種差異的產(chǎn)生可能是由于不同品種之間的響應(yīng)機(jī)制不同[16]。當(dāng)沸石埋深由H15增加到H30時，Gs減小2.4%；當(dāng)沸石埋深由H30增加到H45時，Gs增加3.4%，由此說明：埋深對Gs的影響表現(xiàn)為先抑制后促進(jìn)，但兩者無顯著影響。通過比較極差值R和平方和，得到三因素對Gs的影響大小均為：W＞Z＞H，各因素所對應(yīng)的最優(yōu)水平分別為W70-90、Z3和H45，則最優(yōu)組合為W70-90Z3H45。

表2 凈光合速率極差分析Tab.2 Range analysis of Pn

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

2.2 不同土壤水分-沸石量-埋深對番茄氣孔導(dǎo)度影響

由于高層建筑工程數(shù)量的不斷增加，建筑室內(nèi)裝飾裝修設(shè)計工作逐漸引起人們重視。將綠色環(huán)保設(shè)計運(yùn)用到建筑室內(nèi)裝飾裝修之中，能夠減少生態(tài)環(huán)境污染，為居民營造一個更為舒適、健康的生活空間。因此，做好建筑室內(nèi)裝飾裝修綠色環(huán)保設(shè)計工作特別重要。

圖2 不同處理下果實膨大期番茄氣孔導(dǎo)度Fig.2 Gs of Tomato in fruit expansion stage with different treatment

為了進(jìn)一步分析各因素及其水平對番茄凈光合速率影響及顯著性，對其進(jìn)行了極差和方差計算。表2 和表3 為不同水分-沸石量-埋深下番茄凈光合速率的極差分析和方差分析結(jié)果。結(jié)合表2和表3可以看出，不同水分條件對Pn的影響表現(xiàn)為：W50-70＜W60-80＜W70-90，水分條件與Pn之間存在正相關(guān)（P＜0.05），提高水分有利于促進(jìn)番茄的凈光合速率，這與張大龍[17]對番茄的研究結(jié)果是一致的。由于土壤水分的增加，水分脅迫逐漸緩減，氣孔開度增大，對CO2的傳輸導(dǎo)度增大，從而提高了番茄的凈光合速率[15]。當(dāng)沸石量由Z3增加到Z6時，Pn會增加14.8%；當(dāng)沸石量由Z6增加到Z9時，Pn會減少13.3%，由此可知，沸石量對Pn的影響表現(xiàn)為：Z6＞Z3＞Z9，對Pn起到先促進(jìn)后抑制的效果，但這種影響差異并未達(dá)到顯著性水平。這是由于在一定的范圍內(nèi)，增加沸石改善作物的表觀形態(tài)特征，提高作物的葉綠素含量和葉面積指數(shù)，進(jìn)而促進(jìn)凈光合速率[18,19]。不同埋深對Pn的影響表現(xiàn)為：H15＜H30＜H45，數(shù)值差異小于5.6%，且未達(dá)到顯著性影響。這可能的原因是土壤中有效氮的含量主要集中在0～40 cm[20]，當(dāng)沸石埋深設(shè)置越深時，沸石能更加容易的降低深層土壤的有效氮含量，進(jìn)而促進(jìn)番茄對氮素吸收，提高其凈光合速率[10]。通過比較極差值R和平方和，得到三因素對Pn的影響大小均為：W＞Z＞H，各因素所對應(yīng)的最優(yōu)水平分別為W70-90、Z6和H45。但考慮到埋深作為次要因素，為了節(jié)省工作時間，減小消耗成本，埋深的最優(yōu)水平選擇H15，則最優(yōu)組合為W70-90Z6H15。

表4 番茄氣孔導(dǎo)度極差分析Tab.4 Range analysis of Gs

表5 番茄氣孔導(dǎo)度方差分析Tab.5 The variance analysis of Gs

2.3 不同土壤水分-沸石量-埋深對番茄蒸騰速率影響

采用Microsoft Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，使用SPSS 25.0進(jìn)行極差、方差分析，對試驗結(jié)果進(jìn)行F檢驗，判斷各因素對試驗結(jié)果的顯著水平。綜合貢獻(xiàn)率分析，得出最優(yōu)試驗方案。

氣孔是植物葉片與外界氣體交換和水分散失的主要通道，調(diào)節(jié)氣孔的開閉對改善植物的光合特性具有重要意義[21]。圖2為不同處理下果實膨大期番茄氣孔導(dǎo)度，由圖2可知，番茄氣孔導(dǎo)度在0.24～0.54 mol/(m2·s)之間波動，均值為0.41 mol/(m2·s)。相較于中度水分脅迫（W50-70）和輕度水分脅迫（W60-80），正常灌溉（W70-90） 下各處理的氣孔導(dǎo)度普遍更大，其中W70-90Z3H45處理達(dá)到最大，而W50-70Z9H45處理最小，最大處理與最小處理差異顯著（P＜0.05）。

圖3 不同處理下果實膨大期番茄蒸騰速率Fig.3 Tr of Tomato in fruit expansion stage with different treatments

表6和表7為番茄蒸騰速率（Tr）的極差和方差分析結(jié)果。結(jié)合表6和表7分析可知，經(jīng)不同水分條件處理的Tr影響順序為：W50-70＜W60-80＜W70-90，水分與Tr之間存在正相關(guān)，土壤水分的增加能極顯著的（P＜0.01）對Tr產(chǎn)生促進(jìn)作用。這是由于當(dāng)土壤水分增加時，番茄葉面積指數(shù)和氣孔導(dǎo)度隨之增大，更多的水分由葉面和氣孔散失，導(dǎo)致番茄Tr增大[25]。當(dāng)沸石量由Z3增加到Z6時，Pn會減少4.6%；當(dāng)沸石量由Z6增加到Z9時，Tr會增加1%，由此可知，沸石量對Tr的影響表現(xiàn)為：Z6＜Z9＜Z3，對Tr起到先抑制后促進(jìn)的效果，但這種影響差異并未達(dá)到顯著性水平。不同埋深對Tr的影響表現(xiàn)為：H15＞H45＞H30，不同埋深處理間Tr的數(shù)值差異小于6.8%，說明增大沸石埋深對Tr起到一定程度的抑制作用，但未達(dá)到顯著水平。這是由于在果實膨大期，番茄根系分布主要集中在距地表0～20 cm范圍內(nèi)[26]，相較H30、H45埋深處理，H15處理下沸石吸附固持的水分與根系接觸面積更大，水分更易被根系吸收，越多的水分供應(yīng)越能促進(jìn)蒸騰作用進(jìn)行[27]。通過比較極差值R和平方和，得到三因素對Tr的影響大小均為：W＞H＞Z，各因素所對應(yīng)的最優(yōu)水平分別為W70-90、Z3和H15，則最優(yōu)組合為W70-90Z3H15。

試驗所用番茄品種為“奧冠8 號”，采用三因素三水平正交試驗設(shè)計，設(shè)水分(W)、沸石量（Z）、埋深(H)3 個因子。結(jié)合前人的研究[12-14]，水分設(shè)3 個水平，分別為50%～70%、60%～80%、70%～90%的田間持水量；沸石量設(shè)置3 個水平，分別為3、6、9 t/hm2；埋深設(shè)3 個水平，分別為15、30、45 cm。試驗區(qū)的面積為17.6 m×6 m，共分為9個小區(qū)。番茄幼苗采用單穴單株的方式種植在壟的兩側(cè)，每壟種植30 株番茄，株間距為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層。按照當(dāng)?shù)氐姆N植習(xí)慣，對各小區(qū)番茄進(jìn)行相同的施肥和管理。灌溉方式采用滴灌，滴頭間距為0.4 m，滴頭流量為1.2 L/h。各小區(qū)之間采用防水膜隔開，防止水分側(cè)漏，并且定期測定土壤含水量，保證水分維持在設(shè)計要求范圍。試驗設(shè)計見表1。

表6 番茄蒸騰速率極差分析Tab.6 Range analysis of Tr

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

2.4 最優(yōu)水平組合確定

通過上述分析可知，各光合指標(biāo)Pn、Gs及Tr對應(yīng)的最優(yōu)因素組合分別為W70-90Z6H15、W70-90Z3H45及W70-90Z3H15。水分對應(yīng)三類光合指標(biāo)的最優(yōu)水平均為W70-90，而沸石量和埋深所對應(yīng)的最優(yōu)水平存在一定差異。為了更好地體現(xiàn)沸石在番茄種植中的價值，找到有利于番茄節(jié)水增產(chǎn)的組合，通過研究不同因素貢獻(xiàn)率的方法對沸石量和埋深進(jìn)一步優(yōu)選。貢獻(xiàn)率是平方和與總平方和的比值，貢獻(xiàn)率的大小可反映因素的重要程度，貢獻(xiàn)率越大，則因素對評價指標(biāo)的影響程度越大[28]。表8為貢獻(xiàn)率分析，由表8可知，沸石量對Pn、Gs和Tr的貢獻(xiàn)率分別為8.5%、4.4%及0.5%，則在確定沸石量時應(yīng)首先考慮對Pn的影響，沸石量的最優(yōu)水平為Z6； 埋深對Pn、Gs和Tr的貢獻(xiàn)率分別為2.1%、0.1%及1.3%，則在選擇埋深時同樣應(yīng)首先考慮對Pn的影響，埋深的最優(yōu)水平為H15。綜上所述，不同水分、沸石量及埋深下，番茄光合特性的最優(yōu)水平組合為W70-90Z6H15。

表8 貢獻(xiàn)率分析Tab.8 Contribution rate analysis

3 結(jié) 論

（1）水分與Pn、Gs及Tr均為正相關(guān)，對Pn達(dá)到顯著（P＜0.05）影響，對Gs達(dá)到極顯著（P＜0.01）影響，但與Tr不顯著。

（2）沸石量與Gs為負(fù)相關(guān)，對Pn影響表現(xiàn)為先促后抑，對Tr影響表現(xiàn)為先抑后促。沸石量對各指標(biāo)均無顯著影響。

（3）埋深與Pn為負(fù)相關(guān)，對Gs及Tr的影響表現(xiàn)均為先抑后促。埋深對各指標(biāo)均無顯著影響。

（4）水分、沸石量及埋深對Pn和Gs的影響表現(xiàn)均為W＞Z＞H，對Tr的影響表現(xiàn)為W＞H＞Z。綜上，建議番茄種植的最優(yōu)水平組合為W70-90Z6H15。