水氮耦合對沙培黃瓜光合生理特性的影響

馬新超，軒正英，楊宏基，張凱浩，高亞寧，譚占明，王旭峰

（1．塔里木大學(xué)園藝與林學(xué)學(xué)院/南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300；2．塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

沙培是無土栽培的一種，因基質(zhì)易得、生產(chǎn)成本低、消毒徹底而極易普及。但由于其所含營養(yǎng)成分較少、容重較大、保肥保水能力差，在蔬菜沙培生產(chǎn)中常遇到很多問題［1］。制定合理的水肥運(yùn)籌方案是決定沙培成敗的關(guān)鍵因素之一，雖已有學(xué)者［2-7］圍繞此問題以生菜、韭菜和甜瓜等為對象開展了研究討論，并相應(yīng)地提出了適宜的水肥運(yùn)籌方案，但關(guān)于沙培黃瓜水肥管理的研究鮮見報(bào)道。如何協(xié)調(diào)水分與氮素投入并制定科學(xué)水氮管理方案是沙培黃瓜亟需解決的問題。

水分和氮素是影響植物生長的主要因子，兩者相輔相成，對植物光合特性有直接調(diào)節(jié)作用［8］。光合作用是作物生長發(fā)育的基礎(chǔ)和生產(chǎn)力高低的決定性因素，是作物進(jìn)行干物質(zhì)積累的重要生理過程［9］；葉綠素是重要的光合色素分子，直接參與光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，是反映作物光合能力的重要指標(biāo)之一［10］。灌水或施肥過多、過少都會引起葉綠素含量降低，不利于光合速率提高，合理的水肥調(diào)控是提高作物光合生理特性 的 關(guān) 鍵［11］。呂 廣 德 等［12］研 究 表 明，450 m3/hm2和180 kg/hm2的水氮互作處理可顯著增強(qiáng)冬小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)化和旗葉光合能力；李銀坤等［13］研究發(fā)現(xiàn)在當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣灌水、施氮量基礎(chǔ)上適量減水、減氮，黃瓜葉片不僅具有較高的凈光合速率、瞬時(shí)水分利用效率，而且可獲得較高產(chǎn)出，是一種較為合理的水肥管理方式。作物在不同環(huán)境條件下光合作用對光具有不同的響應(yīng)特征，研究作物光合作用的光響應(yīng)特征，有助于了解作物光合機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況［8］。有研究表明，在適宜的水分供給下增施氮肥可有效提高作物對光能的利用率及對強(qiáng)光和弱光的適應(yīng)能力［8，14］。葉片的光合能力還受光合關(guān)鍵酶活力的影響，RuBP羧化酶是決定C3植物光合碳代謝方向和效率的關(guān)鍵酶［15］。童長春等［16］研究表明，平衡施肥可提高紫花苜蓿葉綠素含量，增強(qiáng)RuBP羧化酶活性，促進(jìn)光合作用。雖然前人圍繞水氮耦合對作物光合生理的影響開展了大量研究，但關(guān)于其對沙培黃瓜光合生理特性影響的研究鮮見報(bào)道。

本試驗(yàn)在不同灌水水平和施氮量耦合下研究沙培黃瓜葉片的光響應(yīng)特征和各生育時(shí)期的光合參數(shù)、葉綠素含量、RuBP羧化酶活性等，以期明確水氮耦合對黃瓜光合生理特性的影響，為合理制定沙培黃瓜水氮運(yùn)籌方案提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)區(qū)概況及材料

試驗(yàn)在塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站（81°17′E、40°32′N）7號節(jié)能型日光溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)期間溫室內(nèi)環(huán)境因子由RR-9100自動氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測，每隔1 h進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。各環(huán)境因子日變化如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)期間溫室內(nèi)環(huán)境因子日變化

供試材料為“優(yōu)勝美”水果黃瓜。栽培基質(zhì)為粗沙，其理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)6．53 g/kg、全氮1．29 g/kg、全磷0．24 g/kg、全鉀0．46 g/kg、堿解氮6．61 mg/kg、硝態(tài)氮0．12 mg/kg、銨態(tài)氮0．32 mg/kg、速效磷8．01 mg/kg、速效鉀38．34 mg/kg，pH值7．49，EC值3．16μS/cm。試驗(yàn)所用大量元素肥料分別為尿素（N 46%）、磷酸二氫鉀（P2O551%）和硫酸鉀（K2O 50%）。

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

試驗(yàn)設(shè)置灌水水平和施氮量二因素，采用二次飽和D-最優(yōu)設(shè)計(jì)（p＝2的6點(diǎn)設(shè)計(jì)），并加設(shè)一個(gè)最高碼值處理T7（該處理只作參照，不參與回歸分析，以保持原方案的優(yōu)良性）；具體方案見表1。試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理，重復(fù)3次。

表1 黃瓜水氮耦合試驗(yàn)處理

灌水上限最大值設(shè)為田間持水量的100%，最小值設(shè)為田間持水量的65%；土壤水分下限為每天早上8∶00測得的基質(zhì)實(shí)際含水率（用DM-300土壤水分速測儀測定），并每隔20 d采土樣用烘干法校準(zhǔn)，當(dāng)土壤含水率接近或降至灌水下限60%時(shí)進(jìn)行灌溉。灌水量依公式（1）計(jì)算。

M滴灌＝r×p×h×θf×（q1-q2）/η （1）

式中，r為土壤容重，為1．61 g/cm3；p為土壤濕潤比，取100%；h為灌水計(jì)劃濕潤層，取0．35 m；θf為田間持水量，取14．02%；q1、q2分別為土壤水分上限、下限（以相對田間持水量的百分比表示）；η為水分利用系數(shù)，滴灌取0．9。

依據(jù)基質(zhì)中的養(yǎng)分含量及養(yǎng)分平衡原則［17］設(shè)定磷（P2O5）鉀（K2O）肥用量分別為290 kg/hm2和800 kg/hm2。氮磷鉀肥均做追肥隨水施入，每隔5 d施一次，共計(jì)追施20次。各處理氮肥每次等量施入，前7次每次施入磷肥的7%、鉀肥的3%，剩余磷鉀肥每次等量施入，并視植株生長情況適時(shí)適量噴施微肥。

采用槽式雙行栽培黃瓜。小區(qū)面積0．5 m×2．6 m＝1．3 m2，槽深0．4 m，槽間距0．4 m。南北走向，株距0．25 m，大行距0．6 m，小行距0．3 m。每小區(qū)定植20株。溫室東西兩側(cè)各設(shè)一行保護(hù)栽培槽。2021年3月初育苗，三葉一心時(shí)定植，緩苗5 d后進(jìn)行水肥處理，7月下旬拉秧。

1．3 測定指標(biāo)及方法

1．3．1 光合參數(shù)的測定 分別于黃瓜苗期、花期、初瓜期、盛瓜期、末瓜期選擇晴朗無云天氣，每小區(qū)選擇3株長勢一致的植株進(jìn)行標(biāo)記，在觀測日的12∶00—14∶00期間，使用Li-6400型光合儀對標(biāo)記植株自上而下的第4片完全展開葉進(jìn)行光合參數(shù)的測定。測定時(shí)使用人工光源設(shè)置光合有效輻射通量密度（PPFD）為1 050μmol/（m2·s），測出葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr），并通過計(jì)算得到瞬時(shí)水分利用效率（iWUE）：iWUE＝Pn/Tr。

1．3．2 葉綠素含量和RuBP羧化酶活性的測定

黃瓜各時(shí)期光合參數(shù)測定結(jié)束后摘取所測定葉片，擦拭干凈后剪碎，一部分采用95%乙醇浸提后測定葉綠素含量，剩余部分用錫箔紙包好，迅速過液氮放入超低溫冰箱內(nèi)保存，待5個(gè)時(shí)期葉片樣品采集完成后使用植物RuBP羧化酶ELISA試劑盒（江蘇科特）測定RuBP羧化酶活性。

1．3．3 光響應(yīng)曲線的測定 盛瓜期選取天氣狀況較為一致的3 d（因單片葉光響應(yīng)曲線的測定耗時(shí)0．5 h左右，每天測定1次各處理的光響應(yīng)曲線，測定3 d為重復(fù)3次），于每天上午10∶30—14∶00期間，采用Lc Pro+光合測定系統(tǒng)測定黃瓜倒數(shù)第二片功能葉的光響應(yīng)特征。測定時(shí)利用人工光源自動控制光合有效輻射通量密度（PPFD），分別設(shè)定1 800、1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、0μmol/（m2·s）共計(jì)12個(gè)梯度，每個(gè)梯度下測定時(shí)間為120 s。采用葉子飄模型［18］對光響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，得到表觀量子效率α、最大凈光合速率Pnmax、表觀暗呼吸速率Rd、光補(bǔ)償點(diǎn)LCP和光飽和點(diǎn)LSP指標(biāo)。

1．3．4 干物質(zhì)量的測定 分別于黃瓜各時(shí)期結(jié)束時(shí)進(jìn)行破壞性取樣，從每處理3個(gè)小區(qū)內(nèi)分別選取3株健株，放入烘箱105℃下殺青15 min，然后于75℃下烘干至恒重，使用萬分之一天平稱重并記數(shù)，得出植株的地上部干物質(zhì)量。

1．4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7．05軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理統(tǒng)計(jì)，LSD法進(jìn)行多重比較（P＜0．05）；用Origin 2021制圖；用Microsoft Excel 2019制表。

2 結(jié)果與分析

2．1 水氮耦合對沙培黃瓜葉片光合參數(shù)的影響

2．1．1 凈光合速率（Pn） 由表2可知，水氮耦合對沙培黃瓜各生育期葉片光合參數(shù)均有顯著影響。各處理黃瓜葉片凈光合速率苗期最低，為11．67～21．60μmol/（m2·s），之后大幅增加，花期、初瓜期和盛瓜期穩(wěn)定在19．13～26．62μmol/（m2·s）之間，末瓜期下降至14．52～22．88μmol/（m2·s）。除盛瓜期外其他生育期T4處理葉片凈光合速率均為最高，盛瓜期T5處理最高，為24．51μmol/（m2·s），其次是T4處理，為23．28μmol/（m2·s）。各生育期T1和T2處理葉片凈光合速率均顯著低于其他處理，大水大肥的T7處理均較低。表明在低施氮量下無論灌水水平高低，都對沙培黃瓜葉片的光合作用產(chǎn)生嚴(yán)重抑制，盲目地灌水施氮同樣會降低其凈光合速率，當(dāng)灌水和施氮量均處在中等適宜水平時(shí)才能獲得最高的葉片凈光合速率。

2．1．2 氣孔導(dǎo)度（Gs） 沙培黃瓜葉片氣孔導(dǎo)度在各生育期無明顯變化規(guī)律，整個(gè)生育期在0．30～0．83 mol/（m2·s）之間波動，表明葉片凈光合速率并非完全是由氣孔導(dǎo)度所限制，其大小可能同時(shí)還受溫室內(nèi)環(huán)境因子的影響。苗期T5處理的氣孔導(dǎo)度最大，為0．81 mol/（m2·s），其次是T4處理，為0．77 mol/（m2·s）；花期T7處理的最大，為0．59 mol/（m2·s），其次是T4和T6處理，為0．45mol/（m2·s）；初瓜期和盛瓜期T6處理氣孔導(dǎo)度最大，末瓜期T4處理最大。低水高氮處理T3各生育期均難以獲得較大的氣孔導(dǎo)度值，低氮的T1和T2處理各生育期的葉片氣孔導(dǎo)度均處在較低水平。表明施氮量是影響氣孔開放的主要因素，低施氮量抑制氣孔的開放程度，而在適宜的水分供給下增施氮肥能獲得較大的氣孔導(dǎo)度值。

2．1．3 胞間CO2濃度（Ci） 苗期各處理黃瓜葉片胞間CO2濃度在317．74～344．36μmol/mol之間，花 期 和 初 瓜 期 T3、T4 和 T5 處 理 降 至224．76～275．23μmol/mol，初瓜期T7處理降至268．21μmol/mol。T1和T2處理的Ci各生育期均高于其他處理，尤其是初瓜期差異更顯著，較T4分別增加83．49、87．23μmol/mol。說明水氮耦合對Ci的影響與對凈光合速率的影響相反，想要得到較高的胞間CO2濃度需要減少施氮量。

2．1．4 蒸騰速率（Tr） 整個(gè)生育期內(nèi)沙培黃瓜葉片蒸騰速率呈下降趨勢，苗期最高，為10．33～18．39 mmol/（m2·s），末瓜期降至6．54～9．34 mmol/（m2·s）。這可能是由于黃瓜生殖生長逐漸旺盛，水分在葉片中所占比例逐漸降低導(dǎo)致蒸騰速率不斷下降。苗期T4處理的葉片蒸騰速率最高，花期、初瓜期和末瓜期T7處理均為最高，盛瓜期T6處理最高，為11．96mmol/（m2·s），T1和T2處理葉片蒸騰速率在各生育期內(nèi)均低于其他處理。表明增加灌水水平和施氮量都能提高葉片蒸騰速率，高水高氮下能獲得最大的蒸騰速率。

2．1．5 瞬時(shí)水分利用效率（iWUE） 全生育期內(nèi)黃瓜葉片的瞬時(shí)水分利用效率整體呈上升趨勢，苗期最低，為0．94～1．18μmol/mmol，末瓜期升至最大值，為1．93～2．66μmol/mmol。苗期T1處理瞬時(shí)水分利用效率為0．94μmol/mmol，顯著低于其他處理，其他處理間則無顯著差異；花期T4和T5處理最高，均為1．92μmol/mmol，較最低的T7提高0．44μmol/mmol；初瓜期和盛瓜期均是T5處理最高，初瓜期T7最低，盛瓜期T6最低；末瓜期T6最高，為2．66μmol/mmol，較T7提高0．68μmol/mmol。說明過高的灌水水平會降低葉片瞬時(shí)水分利用效率，氮肥供應(yīng)不足同樣不利于其提高，在適宜的灌水水平下增施氮肥可在整個(gè)生育期內(nèi)獲得較高的葉片瞬時(shí)水分利用效率。

表2 水氮耦合對沙培黃瓜葉片光合參數(shù)的影響

2．2 水氮耦合對沙培黃瓜葉片葉綠素含量的影響

水氮耦合對黃瓜各生育期葉片葉綠素含量均存在顯著影響。由圖2看出，葉片葉綠素含量在整個(gè)生育期呈單峰曲線變化，苗期最低，為0．58～0．99 mg/g，初瓜期和盛瓜期升至峰值，為0．91～2．39 mg/g，末瓜期各處理葉片葉綠素含量小幅降低（1．17～2．07 mg/g）。苗期和花期T3處理的葉片葉綠素含量最高，初瓜期和盛瓜期T5處理最高，末瓜期T4處理最高。各生育期T1處理的葉片葉綠素含量均最低，尤其是初瓜期和盛瓜期，較T5處理分別顯著降低1．48、1．07 mg/g，可見低水低氮處理抑制葉綠素含量的增加。

各生育期T2處理葉片葉綠素含量均大于T1，可見在低施氮量下，提高灌水水平可以增加葉片葉綠素含量。初瓜期葉片葉綠素含量表現(xiàn)為T5＞T3＞T6，可見在高施氮量下，隨灌水量的增加葉片葉綠素含量呈先升高后降低趨勢。各生育期T3處理葉片葉綠素含量均顯著高于T1，T6和T7處理葉片葉綠素含量相差不大且二者均高于T2處理，可見在同一灌水水平下，增施氮肥能夠獲得較高的葉綠素含量。以上表明氮肥不足是限制葉片葉綠素含量增加的主要因素，初瓜期前低水高氮處理能獲得較高的葉綠素含量，而之后沙培黃瓜對水分的需求量增加，中等適宜灌水水平下增施氮肥才能夠獲得較高的葉綠素含量。

圖2 水氮耦合對沙培黃瓜葉片葉綠素含量的影響

2．3 水氮耦合對沙培黃瓜葉片RuBP羧化酶活性的影響

由圖3看出，水氮耦合對黃瓜各生育期葉片RuBP羧化酶活性均有顯著影響，各處理葉片RuBP羧化酶活性在0．62～1．18 U/g之間。除末瓜期外均以T5處理最高，末瓜期T4處理最高；除苗期和末瓜期外均是T1處理活性最低，苗期T3處理最低，末瓜期T7處理最低。

圖3 水氮耦合對沙培黃瓜葉片RuBP羧化酶活性的影響

各生育期T2處理葉片RuBP羧化酶活性均大于T1，可見在低施氮量下，提高灌水水平可以增加葉片RuBP羧化酶活性；在高施氮量下，各生育期葉片RuBP羧化酶活性均表現(xiàn)為T5高于T3和T7處理，可見隨灌水水平提高葉片RuBP羧化酶活性呈先升高后降低趨勢。除苗期和末瓜期外高灌水水平的T6和T7處理均低于T2處理，表明在高灌水水平下，增施氮肥不利于葉片RuBP羧化酶活性的提升；除苗期外T3處理葉片RuBP羧化酶活性均大于T1，表明在低灌水水平下增施氮肥利于葉片RuBP羧化酶活性的提升。而灌水水平和施氮量均處于中等水平的處理T4在各生育期均能獲得較高的RuBP羧化酶活性。表明灌水水平與施氮量對沙培黃瓜葉片RuBP羧化酶活性存在明顯的耦合效應(yīng)，兩者過高過低都會加重彼此之間的拮抗效應(yīng)，在水分適宜的條件下增施氮肥能夠得到最高的葉片RuBP羧化酶活性。

2．4 水氮耦合下沙培黃瓜葉片的光響應(yīng)曲線

2．4．1 沙培黃瓜葉片的光響應(yīng)特征 由圖4可知，光合有效輻射通量密度（PPFD）由0增至200 μmol/（m2·s）時(shí)，各處理葉片凈光合速率總體上呈線性增長趨勢，之后光響應(yīng)曲線的斜率隨著PPFD的增加而不斷下降，當(dāng)PPFD增至1 000μmol/（m2·s）左右后，各處理的凈光合速率趨勢發(fā)生了變化。其中，低氮處理T1和T2葉片凈光合速率隨著PPFD的增加逐步下降，且下降斜率也呈逐步增加趨勢；T3、T4和T7處理在PPFD增至1 500μmol/（m2·s）左右后，其光合速率開始下降；而T5和T6處理在0～1 800 μmol/（m2·s）范圍內(nèi)，其光合速率始終保持著增長趨勢。

T4、T5和T6處理在各PPFD下均能獲得較高的凈光合速率，而低水低氮的T1處理在各PPFD下凈光合速率均為最小值。表明灌水水平和施氮量同時(shí)過高或過低耦合，會抑制對光能的轉(zhuǎn)化利用能力；灌水水平為80．20%～100%、施氮量為623～1 250 kg/hm2可以提升沙培黃瓜葉片對光能的轉(zhuǎn)化利用能力，有效改善光響應(yīng)特征。

圖4 水氮耦合下沙培黃瓜葉片的光響應(yīng)曲線

2．4．2 對沙培黃瓜葉片光響應(yīng)曲線特征參數(shù)的影響 由表3可知，應(yīng)用葉子飄模型［18］對光響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，除T1處理的決定系數(shù)R2為0．997和T4處理的R2為0．998外，其他各處理的R2均為0．999，模型擬合結(jié)果的均方根誤差RMSE均小于0．5μmol/（m2·s），各處理的擬合效果均達(dá)顯著水平（P＜0．05），表明葉子飄模型可以很好地定量描述比較各處理的葉片光響應(yīng)曲線特征。

T4處理葉片表觀量子效率α最大，較最低的T1多0．029；T5處理Pnmax最高，為28．07μmol/（m2·s），較最低的T1多15．97μmol/（m2·s）；T5處理LSP也最大，為2 095．68μmol/（m2·s），其次是T4處理，為1 944．38μmol/（m2·s），T2處理LSP最小，為1 008．20μmol/（m2·s）；T4處理LCP最小，為28．40μmol/（m2·s），較 最 大 的T6低30．24 μmol/（m2·s）；T4處理Rd最高，為3．89μmol/（m2·s），較最低的T7高2．15μmol/（m2·s）?？傮w上看，低施氮量的T1和T2處理光響應(yīng)特性表現(xiàn)最差，且由圖1可知，南疆地區(qū)光照較強(qiáng)，溫室內(nèi)12∶00—16∶00光合有效輻射通量密度均在1 000μmol/（m2·s）以上，而T1和T2處理的LSP分別為1 051．98、1 008．20 μmol/（m2·s），在中午高光強(qiáng)時(shí)段會出現(xiàn)光抑制，使光合能力顯著下降。表明在養(yǎng)分供給不足下，無論灌水水平的高低都對葉片光響應(yīng)特性產(chǎn)生嚴(yán)重抑制。傳統(tǒng)的大水高氮處理T7其各項(xiàng)光響應(yīng)特征參數(shù)均處于較低值，而T4和T5處理的各項(xiàng)光響應(yīng)特征參數(shù)均處在較優(yōu)水平，表明過量的水氮供應(yīng)同樣會對葉片的光響應(yīng)特性產(chǎn)生嚴(yán)重抑制，適宜灌水水平下增施氮肥能夠提高其對光能的利用率和對強(qiáng)弱光的適應(yīng)能力，有效改善葉片光響應(yīng)特征。

表3 水氮耦合對沙培黃瓜葉片光響應(yīng)曲線特征參數(shù)的影響

2．5 水氮耦合對沙培黃瓜干物質(zhì)積累的影響

由圖5看出，苗期各處理干物質(zhì)積累量很少，僅占全生育期干物質(zhì)積累量的0．90% ～2．83%；花期各處理干物質(zhì)積累量也較少，占全生育期的11．92%～24．04%；進(jìn)入初瓜期后，干物質(zhì)積累量迅速增長，這可能是由于生殖生長旺盛，且果實(shí)所占干重較大所造成。苗期和花期T3處理黃瓜干物質(zhì)積累量較大，初瓜期和盛瓜期T5處理干物質(zhì)積累量最大，末瓜期T4處理的干物質(zhì)積累量最大。整個(gè)生育期內(nèi)低施氮量的T1和T2處理干物質(zhì)積累量顯著低于其他處理。表明氮肥不足是限制沙培黃瓜干物質(zhì)積累的主要因素，初瓜期前，低水高氮處理能夠獲得較多的干物質(zhì)積累量，初瓜期后，植株對水分的需求增大，保證充足的水氮供應(yīng)才能滿足黃瓜生產(chǎn)的需求。

灌水水平和施氮量對沙培黃瓜干物質(zhì)積累的影響并未明確，因此針對二次飽和D-最優(yōu)設(shè)計(jì)的矩陣特點(diǎn)，對拉秧時(shí)各處理干物質(zhì)積累量進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸分析，得到以灌水水平（X1）和施氮量（X2）為自變量、總干物質(zhì)積累量為因變量的回歸方程曲線圖。由圖6可知，灌水水平和施氮量與總干物質(zhì)積累量之間呈開口向下的拋物線趨勢，但灌水水平對總干物質(zhì)積累量的影響并不顯著，當(dāng)X1為-0．2278、X2為0．5707時(shí)，總干物質(zhì)積累量可獲得最高值，為278．80 g/株。

圖5 水氮耦合對沙培黃瓜干物質(zhì)積累的影響

圖6 總干物質(zhì)積累量二次多項(xiàng)式回歸方程

2．6 光合生理指標(biāo)與干物質(zhì)積累量的相關(guān)性分析

將各生育期沙培黃瓜葉片的Pn、Gs、Ci、Tr、iWUE、葉綠素含量和RuBP羧化酶活性與干物質(zhì)積累量及盛瓜期光響應(yīng)特征參數(shù)與干物質(zhì)積累量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表4）顯示，除Ci與干物質(zhì)積累量呈負(fù)相關(guān)外，其它各項(xiàng)光合生理指標(biāo)均與干物質(zhì)積累量呈正相關(guān)。苗期和花期各指標(biāo)與干物質(zhì)積累量間的相關(guān)性不顯著；初瓜期Pn、Tr和葉綠素含量與干物質(zhì)積累量呈顯著正相關(guān)；盛瓜期Pn、Tr與干物質(zhì)積累量呈顯著正相關(guān)；且光響應(yīng)特征參數(shù)中的α、Pnmax和LSP也與干物質(zhì)積累量呈顯著正相關(guān)；末瓜期Pn和葉綠素含量與干物質(zhì)積累量之間呈極顯著正相關(guān)，Tr則與干物質(zhì)積累量呈顯著正相關(guān)。以上分析表明，進(jìn)入初瓜期沙培黃瓜葉片光合生理指標(biāo)對干物質(zhì)積累量影響顯著，通過對此期葉片光合生理特性的分析，可以作為判斷水氮運(yùn)籌方案是否合理的依據(jù)，并且可以對沙培黃瓜干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量進(jìn)行初步預(yù)測，尤其是Pn、Tr、葉綠素含量及光響應(yīng)特征參數(shù)，而RuBP羧化酶作為植物光合作用的關(guān)鍵酶在各生育期與干物質(zhì)積累量間相關(guān)性均不顯著。這可能是由于RuBP羧化酶活性不僅受水氮耦合的影響，同時(shí)其還受其他因子影響所致。

表4 水氮耦合下沙培黃瓜葉片光合生理指標(biāo)與干物質(zhì)積累量的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

水分和氮素是影響植物光合作用的主要因素［19，20］，在一定范圍內(nèi)增加水氮供應(yīng)有利于葉片光合效率的提升，但灌水、施肥過多或過少均會對光合能力起抑制作用［11，21，22］。本研究結(jié)果表明，灌水水平和施氮量均處在中等適宜水平才能獲得最高的葉片凈光合速率，與張麗瑩［20］的研究結(jié)果一致。而張仁和等［22］研究表明，在干旱脅迫下適量施氮可有效促進(jìn)玉米的光能吸收及轉(zhuǎn)化速率，與本試驗(yàn)結(jié)果略有不同，這可能是由研究對象不同（黃瓜對水分的需求較大）所致。有研究認(rèn)為，水分虧缺導(dǎo)致光合速率降低的主要原因在于氣孔導(dǎo)度降低，影響CO2進(jìn)入葉內(nèi)［23］。而本研究中低氮處理T1和T2各生育期凈光合速率和氣孔導(dǎo)度均低于其他處理，表明施氮量是影響葉片光合能力的主要因素，氮肥不足氣孔導(dǎo)度降低、光合速率下降，與尹娟等［24］的研究結(jié)果相似。這可能是由于本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中65%灌水水平并未對沙培黃瓜生長產(chǎn)生水分脅迫。本研究還發(fā)現(xiàn)沙培黃瓜葉片氣孔導(dǎo)度在各生育期無明顯變化規(guī)律，表明葉片凈光合速率并非是完全受氣孔導(dǎo)度限制，可能還受溫室內(nèi)環(huán)境因子的影響。因此在動態(tài)測定溫室內(nèi)植物光合參數(shù)的過程中，進(jìn)行控溫控濕等可以更好地監(jiān)測植株葉片的光合性能，而本試驗(yàn)因條件有限，只固定設(shè)置了光合有效輻射通量密度。

孫娜等［25］研究指出低氮處理提高胞間CO2濃度，與本研究中較高的胞間CO2濃度需要減少施氮量的觀點(diǎn)一致。本研究發(fā)現(xiàn)，高水高氮能獲得最高的蒸騰速率，與李銀坤等［26］的研究結(jié)果一致；而方榮杰等［27］發(fā)現(xiàn)高水低氮下黃瓜葉片蒸騰速率最大，與本試驗(yàn)結(jié)果略有不同?？赡苁怯捎诒驹囼?yàn)所用栽培基質(zhì)為沙子，其營養(yǎng)元素匱乏對氮素需求較大所致。瞬時(shí)水分利用效率是植物消耗每單位質(zhì)量水分所固定的CO2數(shù)量，反映植物耗水與干物質(zhì)生產(chǎn)之間的關(guān)系，是評價(jià)植物生長適宜程度的綜合生理生態(tài)指標(biāo)［13］。本研究表明在適宜的灌水水平下增施氮肥可在整個(gè)生育期內(nèi)獲得較高的葉片瞬時(shí)水分利用效率，這與崔青青等［28］的研究結(jié)果一致。

張麗瑩［20］研究指出，水肥耦合下黃瓜葉片葉綠素含量在整個(gè)生育期呈單峰曲線變化，與本研究結(jié)果一致。有研究表明氮素能夠增加水分脅迫下葉綠素的穩(wěn)定性導(dǎo)致其含量增加［29］。本試驗(yàn)初瓜期前低水高氮處理能獲得最高的葉片葉綠素含量，但之后沙培黃瓜對水分的需求量增加，在中等適宜的灌水水平下增施氮肥才能夠獲得較高的葉綠素含量，這與李靜等［11］的研究結(jié)果一致。宋航等［19］研究指出在同一氮素濃度下，隨著水分脅迫的增強(qiáng)，各品種的RuBP羧化酶活力均降低，同一水分條件下，隨著氮素濃度增大，品種A和H的RuBP羧化酶活力呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，品種E呈現(xiàn)升高趨勢。本研究也表明灌水水平與施氮量對沙培黃瓜葉片RuBP羧化酶活性存在明顯的耦合效應(yīng)，灌水水平和施氮量過高或過低都會加重兩者之間的拮抗效應(yīng)，水分適宜的條件下增施氮肥則能夠得到最高的葉片RuBP羧化酶活性。

本研究應(yīng)用葉子飄模型［18］對光響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合后發(fā)現(xiàn)，各處理的擬合效果均達(dá)顯著水平，表明在之后黃瓜光響應(yīng)曲線特征的研究中可使用該模型進(jìn)行擬合分析，眾多學(xué)者［30-32］也持有相同觀點(diǎn)。本研究表明，灌水水平為80．20% ～100%、施氮量為623～1 250 kg/hm2各處理，可以提升沙培黃瓜葉片對光能的轉(zhuǎn)化利用能力，有效改善光響應(yīng)特征。但贠寧晗等［14］研究表明在0～135 kg/hm2范圍內(nèi)，增加施氮量和控制灌溉有助于改善葉片光響應(yīng)特征，與本研究的推薦施氮量相差較大，這可能是由于溫室沙培黃瓜栽培對氮肥需求較大所造成。叢鑫等［33］研究表明，光響應(yīng)特征參數(shù)隨著灌溉量與施氮量的增加表現(xiàn)為先增后減趨勢，與本研究結(jié)果相似。本研究表明在適宜的灌水水平下增施氮肥能提高葉片對光能的利用率和對強(qiáng)、弱光的適應(yīng)能力，有效改善葉片光響應(yīng)特征；灌水水平和施氮量與總干物質(zhì)積累量之間呈開口向下的拋物線趨勢，這與已有研究［12，20］結(jié)果相似，初瓜期之前，低水高氮處理T3能夠獲得較多的干物質(zhì)積累量，但馬國禮［34］指出低水抑制了辣椒生物量的積累，這是由于本研究中最低的65%灌水水平并未對黃瓜生長產(chǎn)生脅迫。王麗英等［35］研究表明，在黃瓜采收期優(yōu)化水氮處理能夠增加地上部干物質(zhì)積累量，本研究也表明進(jìn)入初瓜期后，植株對水分的需求增大，保證充足的水氮供應(yīng)才能滿足黃瓜生長的需求。

通過對沙培黃瓜葉片光合生理指標(biāo)與干物質(zhì)積累量的相關(guān)性分析可知，結(jié)瓜期葉片Pn、Tr、葉綠素含量及光響應(yīng)特征參數(shù)與干物質(zhì)積累量有明顯的正相關(guān)關(guān)系，表明在適宜的灌水水平下增施氮肥有助于沙培黃瓜通過葉片光合作用積累有機(jī)物質(zhì)，從而提高黃瓜產(chǎn)量。而RuBP羧化酶作為光合作用的關(guān)鍵酶在各生育期內(nèi)與干物質(zhì)積累量間均相關(guān)不顯著，這可能是由于其活性不僅受水氮耦合的影響，還受溫度等其他環(huán)境因子影響。

綜上，灌水水平和施氮量過高或過低均會抑制沙培黃瓜葉片的光合作用，減少干物質(zhì)積累量，尤其是當(dāng)施氮量為150 kg/hm2時(shí)會嚴(yán)重抑制黃瓜葉片的光合作用能力。本試驗(yàn)中T4和T5處理各項(xiàng)光合生理指標(biāo)和干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)較優(yōu)，但從減少氮肥投入的角度出發(fā)，T4處理更優(yōu)（灌水水平80．20%、施氮量623 kg/hm2）。該方案能在減少投入的同時(shí)提高光能利用率、葉綠素含量和RuBP羧化酶活性，提升葉片的光合作用能力，進(jìn)而提高沙培黃瓜干物質(zhì)積累量。