腐殖酸对加工番茄开花期光合特性及产量的影响

郝水源， 苗三明， 宝格日乐， 李林虎， 苏　康

(1.河套学院农学院，内蒙古巴彦淖尔 015000； 2.内蒙古巴彦淖尔市临河区农业局，内蒙古巴彦淖尔 015000； 3.内蒙古巴彦淖尔市

内蒙古自治区河套灌区因其丰富的光热资源、干燥的气候条件，逐渐发展成为继新疆地区之后我国第二大加工番茄(Solanumlycopersicum)生产基地[1]。加工番茄喜光、喜温，是一种节水半耐性经济作物，具有很高的推广前景和经济价值[2]。近年来，由于不合理施肥及栽培管理，使得加工番茄农田土壤状况发生变化，极易滋染病虫害，严重影响了加工番茄的生长发育，导致加工番茄总产量仍然不能满足加工业的需求，限制了现代农业温室作物生产的发展[1-3]。因此，如何优化肥料及栽培管理模式，协调作物生长与产量之间的均衡发展，提高加工番茄的光合作用，对于作物优质高产种植具有重要意义。

前人研究表明，腐殖酸作为一种新型的有机肥，对植物具有刺激生长和增加产量的作用[4]。靳永胜等以菠菜和小油菜为材料对9种腐殖酸叶面肥的应用效果进行研究，结果指出腐殖酸能促进菠菜和小油菜的生长发育和品质；研究指出光合作用为作物产量形成提供物质基础[5]。一天中，随着环境条件的改变，叶片的光合速率往往发生规律性变化。光合作用中“午休”现象的发生，非常不利于作物高产[6]。李杰对哈尔滨市保护性番茄温室大棚的研究发现，腐殖酸改良处理的番茄叶片表现出良好的生理学特性，能够显著增加番茄生育期内叶绿素含量，提高保护地番茄净光合速率、蒸腾速率及水分利用率[7]。另外，叶绿素荧光动力学参数能够灵敏反映光合作用的变化情况，为植物抗逆生理、作物增产潜力预测等方面的研究提供了极大方便，因而被视为揭示植物光合作用与环境关系的内在探针，成为研究作物光合生理的有力工具[8-9]。然而，现阶段关于矿源性腐殖酸对河套灌区加工番茄光合特性参数及叶绿素荧光动力学参数变化规律影响的研究报道仍然较少。众所周知，开花坐果期是番茄生产管理最重要的时期，保证这一时期番茄营养生长与生殖生长的一个协调平衡状态将直接影响到番茄最终产量及品质水平。因此，本试验开展了不同施肥及栽培措施对河套灌区加工番茄开花坐果期叶片光合色素含量、光合气体交换和叶绿素荧光动力学参数日变化以及产量的影响规律的研究，以期找出合理的施肥栽培方案以协调加工番茄生长和代谢，减轻或避免光合午休现象，提高加工番茄光合能力，最终提高加工番茄产量。

1　材料与方法

1.1　试验地情况

本试验设置在内蒙古巴彦淖尔市河套学院狼山农场长期定位试验地。该区域为典型的中温带大陆性干旱季风气候，年均太阳辐射150 kJ/cm2，年均气温6.1～6.7 ℃，日照时数为3 258.3 h，≥10 ℃有效积温为3 048.6℃，光热资源丰富，无霜期130 d，多年平均降水为150 mm，年均蒸发量 2 200 mm。该试验田属于紫色轻壤土，土层深厚，质地均匀，贮水性能良好。试验前土壤基础理化性状：土壤有机质含量3.01%，全氮含量1.26 g/kg、碱解氮含量99.2 mg/kg，全磷含量1.25 g/kg、速效磷含量48.0 mg/kg，全钾含量3.23 g/kg、速效钾含量115.2 mg/kg，pH值 8.8。

1.2　试验设计

供试番茄品种为屯河1号。试验采用裂区设计，3次重复，每个重复553 m2，总面积1 hm2，地块东西走向。覆膜播种机播种，一膜2行，大小行种植，大行行距80 cm，小行行距40 cm，株距 50 cm，种植密度约33 000株/hm2。其中一个大区所有处理均施入基肥磷酸二铵525 kg/hm2、硫酸钾 225 kg/hm2(W1)，在另一大区内施入矿源性腐殖酸(W2)，随缓苗水一次性冲施 150 kg/hm2。副区为植株调整处理(平作S0、起垄S1、起垄搭架S2)，试验处理组合具体见表1。5月10日人工膜上移栽，在开花坐果期防治病虫害2次，其他管理措施与当地丰产加工番茄田相同。

表1　试验处理组合

1.3　测定项目与方法

1.3.1叶片光合色素含量测定2016年于番茄开花坐果期，采新鲜番茄叶片，用80%乙醇提取叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素，其含量采用分光光度法测定。

1.3.2 叶片光合参数的测定于番茄开花坐果期，选择一晴天，时间为07：00—21：00，每隔2 h测定1次。采用LI-6400型便携式光合测定仪(LI-COR生物科学公司生产)测定叶片光合参数日变化，测定指标分别为净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)。测定部位为第一花序下第一片叶和第二、三花序上第一片叶，每个叶片记录3次数据，取平均值。

1.3.3叶绿素荧光参数的测定采用FMS-2叶绿素荧光仪测定番茄开花坐果期叶片初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、PS Ⅱ原初光能转换效率(Fv/Fm)和实际光化学效率(ФPSⅡ)[10]，暗适应20 min后进行暗适应测定，然后再进行光适应测定，每个处理重复8次，测定时间和频率与光合参数测定一致。

1.3.4产量测定在开花坐果期，每个大区随机选取3株进行花序数记录，到果实成熟期记录相应的坐果数，计算番茄的结果率。在加工番茄的成熟期，在各个区选取4 m2进行实收测产，重复3次，统计果实数量和红果数，并计算平均单果质量。

1.4　统计分析

利用Excel 2011和SPSS 17.0软件对数据进行处理和统计分析，图表采用Excel 2011和Sigmaplot 12制作。

2　结果与分析

2.1　腐殖酸对加工番茄开花坐果期叶片光合色素含量的影响

不同施肥及植株调整处理对开花坐果期番茄叶片的叶绿素含量影响不同(表2)。叶绿色a和叶绿色b在处理中呈现出相同的规律，腐殖酸施用显著增加了叶绿素a和叶绿色b含量，表现为W2S2>W1S2、W2S1> W1S1和W2S0>W1S0，W2S2处理的番茄叶绿素a和叶绿色b含量最高，较W1S0处理(对照)显著提高了21.2%和9.9%。不同栽培处理对叶绿素a和叶绿色b含量影响不显著。叶绿素a/b数值介于2.05～2.30之间，处理之间差异不显著(P>0.05)，说明各处理下捕光色素中叶绿素a的变化幅度与叶绿素b相似。总叶绿素含量在不同处理下呈现出显著差异(P<0.05)，具体表现为腐殖酸处理对总叶绿素含量的影响较植株调整的影响更大，W2S2处理的番茄总叶绿素含量最高，显著高于W1S0处理，增加幅度为17.1%(P<0.05)，其他处理之间差异不显著。几种色素中以类胡萝卜素含量在不同处理之间的变化幅度相对较小，处理之间差异不显著(P>0.05)。

表2　腐殖酸及植株调整对开花坐果期番茄叶片光合色素含量的影响

注：小写字母表示不同处理间0.05差异水平。

2.2　腐殖酸对开花坐果期番茄叶片光合特性日变化的影响

番茄开花坐果期叶片光合生理参数是评价番茄生长状况的重要因子。由图1-a可知，W1S0、W1S1和W1S2处理番茄叶片Pn值呈现双峰变化，分别出现在11：00和17：00，第二波峰较第一个波峰小，而在13：00时处于低谷，出现“午休”现象。W2S0、W2S1和W2S2处理下Pn明显提高，11：00—13：00之间下降缓慢，几乎没出现“午休”现象，说明矿源性腐殖酸有利于维持番茄叶片较长的光合功能期。整体而言，W2S0、W2S1和W2S2的叶片Pn平均值分别较W1S0、W1S1和W1S2提高了24.1%、24.0%和22.4%，差异呈显著水平(P<0.05)。各处理叶片Gs和Tr日变化呈现相似的变化规律，均为单峰曲线(图1-b、c)，在11：00达到最大值，而后随之下降，到21：00降到最低。矿源性腐殖酸处理显著提高番茄叶片日平均Gs和Tr值，较常规管理分别提高了 17.3% 和14.6%。各处理叶片Ci日变化基本上与Gs、Tr呈相反趋势，为凹峰型变化(图1-d)，Ci在清晨最高，为 468.9～576.9 μmol/umol，到11：00降到最低，为174.9～236.5 μmol/mol，之后开始上升。矿源性腐殖酸显著降低了番茄开花期叶片日平均胞间CO2浓度，W2S2处理的降幅最大，较W1S0处理降低了23.6%。

2.3　腐殖酸对开花坐果期番茄叶片叶绿素荧光参数日变化的影响

不同施肥及植株调整处理对开花坐果期番茄叶片的叶绿素荧光参数日变化影响不同(图2)。旗叶Fv/Fm在早晨和傍晚较其他时间数值高，07：00—11：00之间下降明显，在中午时达到最小值，介于0.67～0.79之间，然后在下午时慢慢恢复，各处理均呈现出单峰变化，表现出随着光强的增加而降低的趋势(图2-a)。W2S2处理的旗叶Fv/Fm值在各时间段均高于其他处理，表明W2S2条件下番茄旗叶在开花期保持了较高的生理活性。从图2-b可知，在一整天内，随着光强的增加，ФPSⅡ不断下降，并在中午达到最低点，然后又逐渐上升。W2S2、W2S1和 W2S0处理的旗叶ΦPSⅡ在06：00—21：00均高于W1S2、W1S1和 W1S0处理，表明腐殖酸有利于开花期番茄旗叶PSⅡ在反应中心维持较高比例的开放程度，具有较高的光合电子传递能力。

2.4　腐殖酸对加工番茄产量及构成因素的影响

由表3可以看出，不同施肥及植株调整处理对加工番茄产量及构成因素影响表现不同。加工番茄实际产量表现为W2S2>W1S2、W2S1>W1S1和W2S0>W1S0，腐殖酸处理较常规施肥处理实际产量提高了7.3%～15.4%，表明腐殖酸有利于加工番茄产量的提高。同一施肥水平下，垄作处理整体上较平作处理产量提高了4.6%～12.5%，W2S2处理实际产量最高，达到183.07 t/hm2，较W1S0处理提高了 26.2%(P<0.05)。在产量构成因素上，不同施肥及植株调整处理对加工番茄的影响主要表现在番茄单果质量和结果率。腐殖酸处理(W2S2、W2S1和 W2S0)单果质量高于常规施肥处理(W1S2、W1S1和 W1S0)，增幅介于5.5%～7.6%之间，说明矿源性腐殖酸处理利于果实膨大充实。同一施肥水平下，植株调整对番茄单果质量影响不显著。腐殖酸的施入增加了番茄结果率，较常规管理增加幅度达到7.4%，垄作处理整体上较平作处理番茄结果率有所提高，其中以W2S2处理的结果率最高，较W1S0处理提高了12.7%(P<0.05)。不同处理下加工番茄单株红果数在49.7～60.0个之间，处理之间差异未达到5%显著水平。

表3　不同施肥及植株调整处理对番茄产量及构成因素的影响

注：小写字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。

2.5　叶片光合色素、光合特性、叶绿素荧光参数与产量之间的相关关系

表4显示了番茄开花坐果期叶片光合色素、光合特性、叶绿素荧光参数平均值与产量之间的相关关系。光合色素之间表现为叶绿素a与叶绿素b和类胡萝卜素呈现显著正相关性(P<0.05)，而叶绿素b与类胡萝卜素之间相关性不显著。光合特性之间表现为Ci与Pn、Tr、Gs均呈现出极显著负相关(P<0.01)，Pn、Tr和Gs两两之间均表现为极显著正相关性(P<0.01)。Fv/Fm与ΦPSⅡ之间无显著相关性。产量与叶绿素a、Pn、Tr、ΦPSⅡ呈现出极显著正相关性(P<0.01)，产量与Ci呈现出极显著负相关性(P<0.01)。

表4　番茄叶片光合色素、光合特性、叶绿素荧光参数及产量之间的相关性

注：“*”P<0.05，“**”P<0.01。

3　结论与讨论

叶片作为光合作用的主要器官，直接影响作物的光能利用率和生产力，尤其是功能叶光合作用的强弱对作物产量起着至关重要的作用[11]。Kouril等研究表明，叶片光合速率是体现叶片光合作用强弱的重要指标，叶片的叶绿素含量与光合速率密切相关，而作为生理过程，光合作用与蒸腾作用、气孔开度等又是互相联系相互影响的[12]。本试验结果表明，在一天中，最大光合速率出现在11：00左右，第一个时间段 07：00—11：00，由于光照弱，温度低，光合速率较低。随着光照强度增大，气温逐渐升高，光合速率明显上升。部分学者研究指出，光合速率的高低不仅仅受到光照强度的影响，也受到温度的显著影响。Salvucci曾指出25～30 ℃ 温度范围有利于提高光合碳同化关键酶Rubisco的活性，而其活性高低直接影响光合速率大小[13]。清晨的低温主要是限制了Rubisco的活性，目前Rubisco活性高低常作为引起光合速率变化的生化因子[14]。与传统化肥施用相比，腐殖酸施用显著减弱甚至使番茄开花坐果期光合午休现象消失。学术界对于光合速率的“午睡”现象主要归因于两方面，分别为气孔因素与非气孔因素[6]。气孔作为空气和水蒸气的通路，在碳同化、呼吸、蒸腾作用等气体代谢中起到关键作用，而其中通过量的多少是由气孔开张度来调节[15]。气孔导度的降低，促使进入细胞的CO2减少，胞间 CO2含量减少，光合原料减少，叶片的光合作用降低。非气孔因素主要在于光抑制致使叶绿体光合效率下降[16]。本试验结果表明，11：00—13：00时间段，开花期番茄叶片气孔导度降低，而胞间CO2含量呈现出上升趋势，可见光合速率的午休现象由这2个因素共同作用。腐殖酸的施用增强了该时间段气孔导度，提高了叶片的光合速率。

Fv/Fm被认为是衡量光抑制的重要指标，由于Fv/Fm= 1-Fo/Fm，因此，Fv/Fm的变化实际等同于Fo/Fm的变化，因此，Fo的升高或Fm的降低都能使Fv/Fm降低，但最终Fv/Fm的变化取决于Fo和Fm共同变化的结果[17]。本研究发现，开花坐果期番茄叶片Fv/Fm呈下降趋势，中午时达到最小值，然后在下午时却慢慢恢复，研究表明这一整天的动态变化被认为是由PSⅡ反应中心的可逆失活引起的[18]，他们认为在番茄叶片中的这种可逆失活不涉及D1蛋白的降解与重新合成，有可能仅仅与D1蛋白的构象变化有关。Hong等认为，强光下叶片的光抑制主要归因于其PSⅡ反应中心的可逆失活[19]。在本试验中，番茄产量与ΦPSⅡ呈极显著正相关(0.94)，与前人研究结果一致。ΦPSⅡ反映光合电子传递的量子转化效率，是PSⅡ反应中心关闭情况下PSⅡ光能捕获的效率。本试验结果表明腐殖酸的施用，使叶片ΦPSⅡ较常规施肥有一定程度的增加，说明PSⅡ光合反应中心的实际量子产量也在逐渐增加。本研究也表明腐殖酸施肥有助于提高加工番茄产量，实际产量较常规施肥处理提高了，主要体现在番茄单果质量和结果率的增加。张学智等通过3年定位试验证明，腐殖酸连续施用，有提高春小麦产量、品质和提高耕层土壤肥力的作用[20]。原因可能在于腐殖酸能够吸附交换活化土壤中的矿质元素，如磷、钾、钙、镁等，使这些元素的有效性大大增加，从而改善了作物的营养条件[21]。腐殖酸作为一种无毒、无公害的绿色有机肥料，对调节植株的生理活性、改善作物品质、提高产量等具有良好作用，未来在我国绿色低碳农业领域将展现独特魅力。

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