摘 要：【目的】研究适宜新疆南疆沙培番茄的最优水肥施用方案，为南疆沙培番茄生产提供合理的理论依据。
【方法】设置灌溉水量、施氮量、施磷量和施钾量4个因素，每个因素设定5个水平，采用四元二次通用旋转组合设计（二分之一），共20个处理，每个处理3次重复，测定各处理组合番茄叶片叶绿素含量差异以及光合日变化特征，运用主成分分析法进行综合评价。
【结果】各处理组番茄叶片的净光合速率。
综合评价得到水肥耦合下各处理的优劣排序为g9gt;g3gt;g7gt;g11gt;g5gt;g2gt;g18gt;g12gt;g1gt;g6gt;g16gt;g4gt;g14gt;g20gt;g10gt;g19gt;g17gt;g13gt;g15gt;g8，g9处理各项指标表现较好。
【结论】在新疆南疆番茄黄沙栽培过程中g9处理（即灌水水平为310 mm/hm2，施氮量为570 kg/hm2，施磷量为438 kg/hm2，施钾量为738 kg/hm2），可有效促进番茄植株的生长发育。
关键词：番茄；水肥耦合；叶绿素含量；光合日变化；主成分
中图分类号：S641.2"" 文献标志码：A"" 文章编号：1001-4330（2024）12-3006-08
0 引 言
【研究意义】番茄（Lycopersicon esculentum Mill）是世界上重要的蔬菜作物，全球年总产量达1.7×108 t，在蔬菜作物中位居首位。我国新疆番茄出口份额占据全国番茄总出口量的70%以上，且番茄产量占据全球的1/4，新疆南疆沙培具有避免土壤连作障碍，减少土传病害，成本低、消毒彻底等优点［1］，南疆黄沙资源丰富，因此采用黄沙作为基质的无土栽培模式种植番茄较普遍。但黄沙作为基质相较于其他基质，其缓冲能力弱，保水保肥能力较差［2］，容易水肥流失。番茄在其生长过程中，因生长周期长，果实产量高，所需营养元素、灌水量较多。氮、磷、钾是番茄生长过程中需求量较大的营养元素［3］，氮素在番茄生长过程中有增加叶绿素含量，提高光合效率的作用；磷素具有增加作物产量，提高番茄等茄果类植物坐果率的作用；钾素可以增加蛋白质的含量，促进糖分和淀粉的生成［4］。合理的灌水施肥量可促进作物生长，促进叶绿素的合成，提高作物的光合特性［5］，从而提高作物的产量与质量。过高或过低均影响植物叶绿素的合成，从而影响植物的光合作用，造成产量减少品质下降。【前人研究进展】周敏等［6］研究表明，合理的钾素含量可以有效提高植物的净光合速率和蒸腾速率，有效提高植物的光合作用。朱和等［7］研究发现，科学的灌水施肥量可以有效促进植物的光合作用，过高或过低的灌水施肥均会影响植物叶片叶绿素的合成，从而影响植物的光合作用。刘迁杰等［8］研究发现，氮素在参与叶绿素合成的同时，还对植株光合作用中的光反应和暗反应的一系列酶产生重要的影响，从而影响植株的光合作用。【本研究切入点】有关水肥耦合对沙培番茄叶绿素含量及光合特性日变化的影响文献较少，需研究分析筛选出适宜新疆南疆沙培番茄的水肥施用方案。【拟解决的关键问题】研究分析不同灌水灌肥配比对番茄植株叶片叶绿素含量和光合日变化的影响，筛选出最佳的沙培番茄水肥配比和节水节肥方法，为新疆南疆设施番茄种植的节水节肥提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
试验地位于新疆阿拉尔市塔里木大学园艺试验站Venlo型连栋温室（81°22′E、40°17′N），连栋温室南北长40 m，东西跨32 m，脊高5.5 m。供试基质配比为黄沙∶炉渣=5∶3，基质pH为7.25，EC值为0.82 mS/cm，有机质含量为67.38 g/kg，基质通气孔隙为13%，持水孔隙为16.67%。采用槽式栽培，南北走向，栽培番茄品种为秦蔬领越；株距0.35 m，行距1.1 m，面积7.5 m2。滴灌设备主要由水源、水泵、水表、施肥桶和输水管道、滴头、滴箭、滴灌管等系统组成。滴头为压力补偿式流速为2 L/h，滴头间距35 cm。
1.2 方 法
1.2.1 试验设计
以灌水量、施氮量、施磷量和施钾量为4个因素，每个因素设定5个水平，采用四元二次通用旋转组合设计（二分之一），共20个处理，每个处理3次重复。于2月10日番茄7叶1心时定植于栽培槽内，生长期（2021年4月15日）选择长势一致的植株测定相关指标。
1.2.2 测定指标
1.2.2.1 叶绿素含量
生长期每个处理选取15个固定植株并标记，选取选定番茄植株第4或第5片完全展开功能叶，采用乙醇浸提法测定其叶绿素含量。
1.2.2.2 光合特性
于2021年4月15日选取3个固定植株，每个植株选取自上而下第4片完全展开功能叶，利用Li-6400光合仪在09：00～19：00每2 h测定1次番茄叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）。
1.3 数据处理
采用Excel 2019整理数据，采用Graphpad Prism8.0.2进行制图，采用SPSS.26对数据进行方差分析，Duncan多重比较及主成分分析将各指标进行标准化处理后降维计算各指标的特征值、方差贡献率和累积贡献率，根据特征值gt;1，累计贡献率gt;80%的原则，提取主要成分，利用成分矩阵和特征值计算特征向量，再利用特征向量和标准化指标值得到各主成分的表达式，结合隶属函数和权重计算综合评价值（D）值并排名，分析不同水肥耦合对番茄光合特性的影响。
1.3.1 各综合指标的隶属函数值
U（Xi） =（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）.（1）
U（Xi）=1-（（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin））.（2）
i=1，2，3，…n.
式中，U（Xi）表示正隶属函数值，U（Xi）表示反隶属函数值，Xi表示各处
相同指标中第i个均值，Xmin表示各处理值均值最小数值，Xmax表示各处理值均值最大数值［9］。
1.3.2 各综合指标的权重
Wi=Pi/∑niPi.（3）
式中，Wi表示权重各指标在所有指标中的重要程度即权重，Pi表示第i个指标的方差贡献率［10］。
1.3.3 各指标的综合评价值
D=∑ni=1［U（Xi）×Wi］.（4）
式中，D值为沙培番茄在不同水肥耦合下由综合指标评价所得的各性状综合评价值。
2 结果与分析
2.1 不同的水肥耦合下对番茄叶片叶绿素含量的影响
研究表明，不同水肥耦合对植株叶绿素a、叶绿素b的合成均有一定影响，适当水肥施用量可以提高叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量。在高水高肥，低水中肥的条件下叶绿素a含量及叶绿素总含量较高。而过度减少施肥量则降低叶绿素a含量。其中g2处理下的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量较高，于g1、g3、g4、g5、g6、g7、g8、g9、g10显著性差异，其余处理均差异显著。表3
2.2 不同水肥耦合下对番茄叶片光合特性日变化的影响
2.2.1 不同水肥耦合下对番茄叶片净光合速率的影响
研究表明，在不同的水肥耦合下，各处理番茄叶片净光合速率日变化呈“单峰”状态，各处理在13：00均出现最高峰，各处理净光合速率由高到低为g11gt;g7gt;g1gt;g5gt;g16gt;g12gt;g14gt;g13gt;g20gt;g18gt;g9gt;g3gt;g2gt;g4gt;g6gt;g19gt;g15gt;g17gt;g8gt;g10，g11处理的番茄叶片净光合速率最高为16.69μmol/（m2·s），其次为g7，净光合速率为16.44μmol/（m2·s） 。图1
2.2.2 不同水肥耦合下对番茄叶片气孔导度的影响
研究表明，不同水肥耦合条件下，各处理的番茄叶片气孔导度随一天时间的延长，呈“单峰”现象。其中大多数处理在13：00时出现最高峰，分别为g1、g2、g4、g5、g6、g9、g10、g11、g12g、g14、g15、g16、g19和g20。其他处理在11：00时出现最高峰，分别为g3、g7、g8、g13、g17和g18。各处理间在13：00时气孔导度由高到低为g6gt;g15gt;g11gt;g1gt;g9gt;g4gt;g14gt;g2gt;g12gt;g18gt;g10gt;g16gt;g20gt;g19gt;g5gt;g13gt;g7gt;g3gt;g17gt;g8。g6处理的番茄叶片气孔导度最高为0.417 mmol/（m2·s），其次为g15，气孔导度为0.415 mmol/（m2·s） 。图2
2.2.3 不同水肥耦合下对番茄叶片胞间CO2浓度的影响
研究表明，在不同水肥耦合条件下，各处理间番茄叶片胞间CO2浓度呈“单峰”状态，且不同处理间的胞间CO2浓度与净光合速率、气孔导度、蒸腾速率呈反比。其中除g8最低峰出现在17：00外，其余处理组最低峰均出现在15：00。各处理在13：00时胞间CO2浓度由高到低为g1gt;g4gt;g8gt;g2gt;g15gt;g19gt;g14gt;g6gt;g9gt;g20gt;g16gt;g18gt;g11gt;g10gt;g5gt;g12gt;g17gt;g13gt;g7gt;g3。g1在13：00时胞间CO2浓度最高为339.3 μmol/mol，其次为g4，胞间CO2浓度为334.47 μmol/mol。图3
2.2.4 不同水肥耦合下对番茄叶片蒸腾速率的影响
研究表明，不同水肥耦合条件下，各处理番茄叶片的蒸腾速率随着一天时间的延长，呈“单峰”状态，各处理组合番茄叶片的蒸腾速率均在13：00时达到最高峰。各处理在13：00时番茄叶片的蒸腾速率由高到低为g19gt;g20gt;g18gt;g9gt;g4gt;g1gt;g6gt;g11gt;g2gt;g14gt;g10gt;g12gt;g16gt;g7gt;g17gt;g13gt;g15gt;g5gt;g8gt;g3。g9在13：00时的番茄叶片蒸腾速率最高为7.26 mmol/（m2·s），其次是g1，番茄叶片的蒸腾速率为7.00 mmol/（m2·s）图4
2.2.5 主成分特征值及贡献率
研究表明，同一指标在各因子中的最大绝对值所在位置为其所属主成分。主成分分析特征值中前3个成分的累积贡献率已达到80.12%，已满足特征值大于1且累积贡献率大于80%的原则，这样可将原来7个单项指标转换为3个新的相互独立的综合指标（Y），3个综合指标基本上能代表7个单项指标的绝大部分信息。分别定义为第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，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量的系数较大，分别为0.82、0.97和0.98；在第2主成分中Tr的系数较大为0.81；叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量、Pn、Gs、Ci、Tr可作为不同水肥耦合条件下复合沙培番茄各性状的鉴定指标。第1个综合指标为42.809%，第2个综合指标为22.055%，第3个综合指标为15.257%。3个综合指标的权重分别为0.53、0.23和0.19。表5
不同水肥耦合条件下，g2处理的U（Y1）最大为1，g13处理的U（Y1）最小；g7处理的U（Y2）最大为1，g8处理的U（Y2）最小；g7处理的U（Y3）最大为1，g8处理的U（Y3）最小。但g2、g7处理的U（Y1）、U（Y2）、U（Y3）的的综合评价不如g9。按照特征值大于1，累计贡献率大于80%的原则，g9gt;g3gt;g7gt;g11gt;g5gt;g2gt;g18gt;g12gt;g1gt;g6gt;g16gt;g4gt;g14gt;g20gt;g10gt;g19gt;g17gt;g13gt;g15gt;g8。其中g9的综合得分最高，在低水中肥处理的植株光合特性最强。表6
3 讨 论
3.1
植物在进行光合作用时所需的主要色素是叶绿素，叶绿素含量的多少往往会影响植物的光合作用［11］。氮素是叶绿素合成的主要元素之一［12］，直接影响植物的光合作用。磷素是直接影响植物的光合作用同化和光合磷酸化［13］。钾素对植物光合作用中起着气孔调节、活化酶以及运输的功能［14］。缺氮往往会使植物的光合作用效率降低［15］。试验通过调节番茄植株不同施水施肥量并测定其叶片光合特性以及叶绿素含量确定最适的水肥耦合下配比。试验研究发现，在不同的水肥耦合条件下，各处理的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均呈“单峰”状态，与卢华雨等［16］研究结果基本一致，说明适量的灌溉水将导致植物的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率呈先上升后下降的“单峰”状态。
3.2
净光合速率是反映植物通过光合作用积累有机物多少的指标［17］，试验研究发现，随着灌水施肥量的增加净光合速率呈先上升后下降的趋势，与马新超［9］和Richard［10］的研究相似，说明适当的控制灌水并相应增施氮磷肥，控制钾肥施用量，可有效改变叶片光合性能，提高叶片光合速率。
3.3
胞间CO2浓度是CO2同化速率与气孔导度的比值。胞间CO2浓度高，说明光合作用利用的CO2少，即光合速率较低，胞间CO2浓度较低，说明光合作用利用CO2较多，即光合速率较高。试验研究发现，中水中肥时胞间CO2浓度最低，并且在灌水量一致时，增加施肥量将抑制胞间CO2浓度，与何振嘉等［18］研究结果基本一致，说明适当控制水分并降低施肥量可以降低胞间CO2浓度从而提高光合效率。
3.4
气孔导度表示的是气孔张开的程度，气孔导度越大，进入细胞的二氧化碳就越多，细胞间的二氧化碳就越少，而二氧化碳是光合作用的原料，所以细胞间二氧化碳越少，证明参与光合作用反应掉的二氧化碳越多，净光合速率就越大。试验研究发现，适当的灌水施肥均能提高植物的气孔导度，从而增加植物的光合效率，与阳彬等［19］研究结果基本相似。
4 结 论
在水肥耦合沙培番茄种植中，施肥量和灌水量是影响植物光合特性的主要因素，通过主成分分析得其优劣排序为g9gt;g3gt;g7gt;g11gt;g5gt;g2gt;g18gt;g12gt;g1gt;g6gt;g16gt;g4gt;g14gt;g20gt;g10gt;g19gt;g17gt;g13gt;g15gt;g8。g9处理（即灌水水平为310 mm/hm2，施氮量为570 kg/hm2。施磷量为438 kg/hm2，施钾量为738 kg/hm2），各指标表现较好。新疆南疆设施沙培番茄栽培过程中，推荐灌水水平为310 mm/hm2，施氮量为570 kg/hm2，施磷量为438 kg/hm2，施钾量为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 Zhanming2，3， 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 XPCCs financial science and technology plan project （2023AB071）; The First Division of Alar City Science and Technology Plan Project （2024NY04）; The XPCCs 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
基金项目：兵团财政科技计划项目（2023AB071）;第一师阿拉尔市科技计划项目（2024NY04）;兵团指导性科技计划项目;塔里木大学校长基金硕士人才资助项目（TDZKSS202213）；2023年阿克苏地区科技兴阿项目；第三师图木舒克市科技计划项目（KY2022GG05）；新疆蔬菜产业技术体系（XJARS-07）
作者简介：李春雨（1992-），女，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，硕士，研究方向为农业信息化，（E-mail）1871916786@qq.com
通讯作者：程云霞（1996-），女，新疆石河子人，讲师，硕士，研究方向为设施蔬菜高效栽培及抗逆性生理，（E-mail）chengyunxia2018@163.com
