史津玮，王业迪，关之昊，姚 澜，路迎奇，张玥琦，杨丽娟

（沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁 沈阳 110866）

随着我国农业产业结构的调整，设施蔬菜产业发展迅猛［1］，农民为了追求高产，大量施用化肥，不仅导致了设施土壤污染，而且影响设施蔬菜产量的提高。因此，急需寻找一种合适的有机肥来替代化肥，在不影响农业可持续发展的条件下保证设施蔬菜的产量。蚓粪是一种天然的生态有机肥，含有较高的速效养分，在作物生长过程中能够持续供应养分［2］，由于蚓粪结构微小、孔隙度高、表面积大、通风良好、微生物活性高，具有优良的营养状态和缓冲能力，因此蚓粪具有增强植物可利用养分的能力［3］，对提高土壤肥力和促进植物生长发育具有很好的效果［4］。前人研究表明蚓粪施入可以在一定程度上提高如菠萝、油麦菜、番茄等作物的产量［5-7］，且对作物产量的提高效果优于猪粪、生物黑炭、秸秆等有机物料［8］，与马粪堆肥、鸡粪和化肥相比，在60%～70%的田间持水量下，蚓粪可使番茄增产16.30%、9.63%和51.99%［9］。

光合作用是作物产量形成过程中最基本的生理活动，光合作用的强弱和产量的高低密切相关，光合作用受多种因素的影响［10-11］。前人研究表明，温度和湿度均对叶片净光合速率有一定的调节作用，高温高湿的交互作用对叶片净光合速率的影响极显著，可以通过调节温度和湿度来影响叶片气孔特性，进而影响叶片蒸腾和光合作用［12］。在日光温室增施不同浓度的CO2，可显著提高叶片净光合速率、胞间CO2浓度和水分利用率［13］。提高灌水量和施肥量，同时提高植株的净光合速率［14］。目前，关于通过调节温度、光照、CO2浓度以及水肥耦合作用等来调节植株光合作用的报道较多，但是关于蚓粪施入对植株光合特性影响的报道较少。本文通过盆栽试验，探讨了在番茄不同连作年限的土壤中施用蚓粪对番茄生长状况、光合作用以及番茄产量的调节，旨在为通过施入蚓粪来调节番茄光合作用，从而促进番茄生长发育，提高产量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于沈阳农业大学温室基地（123°57′E，41°83′N）内进行。供试土壤分别为采自辽宁省沈阳市某基地的0 年（与连作大棚相邻的休耕土壤）、5 年和20 年的番茄连作土壤。供试土壤养分含量见表1。供试番茄品种为“金冠九号”。

表1 供试土壤的基本性状

试验采用聚乙烯盆钵，规格为：30 cm×28 cm，每盆装15 kg 土壤，试验土壤均风干后过1 cm筛。本试验共设5 个处理，分别为：VM（蚓粪）、CM（鸡粪）、FS（稻草）和CF（化肥），CK（不施肥对照），每个处理重复5 次。所有施肥处理以N、P、K 等养分施入，N、P2O5、K2O 用量分别为 0.40、0.25、0.40 g·kg-1（即N、P2O5、K2O 分别为900、560、900 kg·hm-2），蚓粪用量为13.10 g·kg-1（参考当地有机肥施用量30 t·hm-2），FS（稻草）、CM（鸡粪）用量分别为40.82 g·kg-1、8.30 g·kg-1，养分不足的处理用尿素、过磷酸钙、硫酸钾补足，供试肥料的基本性状见表2。所有肥料均作为基肥一次性施入，番茄生育期内不进行追肥。

表2 供试肥料的基本性状

试验所用稻草收集自沈阳农业大学水稻研究所试验基地，风干后粉碎至2 ～3 cm 备用；鸡粪堆肥由公司提供；新鲜蚓粪由本课题组提供。

1.2 田间管理

2016 年3 月12 日选取生长健壮并且长势相对一致的幼苗（3 ～4 片真叶）移栽到盆钵中，生育期内灌水量保持到田间持水量的70%～80%，整个生育期为108 d。留3 穗果，每穗果留4 个果实。

1.3 样品采集及测定

光合指标（蒸腾速率Tr、气孔导度Gs、净光合速率Pn、胞间CO2浓度Ci）于花期采用GFS-3000便携式光和系统分析仪，在流速为750 μmol·s-1，CO2浓度为400 μmol·mol-1，叶室面积为8 cm2，叶室温度为25℃，光强为800 μmol·m-2·s-1的条件下测定（WALZ，德国）。

番茄收获后分离植株地上部和地下部，及时清洗根系并测定根系活力，其余部分经90℃杀酶30 min，然后60℃烘干至恒重，用于生物量测定，根冠比为根干重与地上部干重的比值。

根系活力采用TTC（氯化三苯基四氮唑）还原法测定。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2003 和SPSS 17.0 统计软件进行统计及显著性分析。

2 结果与分析

2.1 蚓粪对植株光合参数的影响

如表3 所示，同一连作年限条件下，施肥提高了番茄叶片蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、净光合速率（Pn）和胞间CO2浓度（Ci）。在连作0年的土壤中，VM 处理的Tr 最高；CM 处理的Gs 和Pn 最高，但与VM 处理之间差异不显著；FS、CM、VM 处理的Ci 差异不显著，但均显著高于CF 处理。在连作5 年的土壤中，各个处理之间的Tr、Gs、Pn、Ci 差异不显著；在连作20 年的土壤中，VM处理的Tr、Gs、Pn、Ci 均为最高，分别为4.73、238.70、19.97 mmol·m-2·s-1、251.88 μmol·mol-1，与CM 处理之间差异不显著，较FS 处理分别增加了56.11%、33.20%、19.80%、16.50%，较CF 处理分别增加了84.05%、51.68%、42.74%、20.89%。

由表3 显著性检验可知，施肥处理对Tr、Gs、Pn 以及Ci 的影响呈极显著水平。连作年限对Tr、Ci 有显著影响，对Gs、Pn 无显著影响。施肥处理与连作年限的交互作用对Tr、Gs、Pn 以及Ci 均有极显著影响。

表3 蚓粪对番茄叶片光合特性的影响

由表3 可知，同一施肥处理不同连作年限对番茄光合参数影响不同。CF 处理的连作5 年的土壤中栽培的番茄叶片Gs、Pn 均显著高于连作20 年的番茄。FS 处理的各个连作年限的番茄叶片的Tr、Gs、Pn 和Ci 之间差异并不显著。CM 处理下的番茄，除Tr 外各个连作年限均差异不显著。VM 处理在连作20 年土壤中栽培的番茄叶片的Tr、Gs、Pn 和Ci 均显著高于连作5 年的番茄，分别提高了23.68%、25.12%、15.52%和11.391%；较连作0 年分别提高了23.26%、20.15%、7.06%和15.97%。

2.2 蚓粪对植株生物量的影响

试验结果表明，同一连作年限条件下，蚓粪的输入可以在一定程度上增加植物的地上部以及根干重，从而影响植株的根冠比。如图1 所示，在连作0 年的土壤中，VM 和CM 处理的植株地上部干重、根干重之间差异不显著，但是均显著大于CF 处理；FS、CM、VM 处理的根冠比之间差异不显著。在连作5 年的土壤中，VM 处理的地上部干重显著高于CM 和FS 处理，分别提高了24.27%和29.71%；FS、CM、VM 处理下的根冠比之间差异不显著。连作20 年的土壤中，地上部干重、根干重均为VM 处理最高；各处理之间根冠比差异不显著。

如 图1 所 示，CF、FS 处 理 的 连 作5 年 和 连作20 年的土壤中栽培的番茄的地上部干重与连作0 年的土壤中的番茄相比均有所降低，且差异显著。FS 处理的连作20 年的土壤中栽培的番茄的根干重显著低于连作0 年和连作5 年的土壤中栽培的番茄。而VM 处理的连作5 年和连作20 年的土壤中栽培的番茄的地上部干重和根干重以及根冠比与连作0 年的番茄之间差异并不显著。

图1 蚓粪对番茄植株生物量的影响

2.3 蚓粪对植株根系活力的影响

由图2 可知，在连作0 年和连作5 年的土壤中栽培番茄，CM 和VM 处理的植株根系活力均显著高于其他处理，CM 和VM 处理之间差异不显著；其中连作0 年的土壤中VM 处理的根系活力最高，较CM、FS、CF 处理分别提高了9.72%、29.30%和48.67%。 在 连 作20 年 的 土 壤 中CF、FS、CM、VM 4 种处理的植株根系活力之间差异不显著。

如图2 所示，CF 处理下的连作5 年的土壤中栽培的番茄的根系活力显著低于连作0 年的番茄。FS、CM 和VM 处理的根系活力趋势基本相同，连作0、5 和20 年的土壤之间差异不显著。

图2 蚓粪对番茄根系活力的影响

2.4 蚓粪对番茄产量的影响

显著性检验结果表明，施肥处理（P＜0.01，F=24.23）和处理与连作年限的交互作用（P＜0.01，F=7.85）对番茄产量影响显著，而连作年限（P＞0.05，F=1.31）对番茄产量无显著影响。由图3 可知，在连作0、5 年的土壤中，均为VM 处理下番茄产量最高，分别为1 641、1 654 g·株-1，与CM 处理的番茄产量差异不显著。在连作0 年的土壤中，VM处理的产量较CF、FS 处理分别提高了29.45%、15.71%。连作20 年的土壤中番茄产量依次为VM＞CM＞CK＞FS＞CF。

由图3 可知，FS 处理与CF 处理情况下，连作5 和20 年的番茄产量均低于连作0 年的番茄产量，其中连作20 年的达到显著水平。CM 处理下连作20 年的番茄产量较连作0 年和连作5 年的番茄产量分别降低了7.63%和4.87%。VM 处理的各个连作年限的番茄产量之间无明显差异。

图3 蚓粪对不同处理的番茄产量的影响

2.5 产量与生物量、光合作用、根系活力等相关性分析

通过对产量与生物量、光合参数、根系活力等相关分析表明（表4），蒸腾速率和气孔导度均与净光合速率、地上部干重以及根干重呈极显著正相关，与产量呈显著正相关；蒸腾速率与气孔导度和根系活力也呈极显著正相关。净光合速率与胞间CO2浓度呈显著正相关；与地上部干重、根干重、产量呈极显著正相关，除此之外，胞间CO2浓度还与植株的根系活力呈极显著正相关。根系活力、根干重、地上部干重均与产量呈极显著正相关。

表4 产量与生物量、光合参数、根系活力的相关性

3 讨论

该试验研究结果表明，施蚓粪可以在一定程度上提高叶片的蒸腾速率、气孔导度、净光合速率和胞间CO2浓度。在连作0 年的土壤中，蚓粪处理的气孔导度和净光合速率显著高于化肥处理；蚓粪、稻草、鸡粪3 种处理下的胞间CO2浓度差异不显著，但均显著高于化肥处理。连作20 年的土壤中，蒸腾速率、气孔导度、净光合速率、胞间CO2浓度均为蚓粪处理下最高。前人研究结果表明，蒸腾速率、净光合速率以及气孔导度的增加与植物水分供应的增加有关［14］，由于蚓粪特殊的物理、化学性质和生物结构，蚓粪具有良好的保水能力，保持了根系充足的水分供应，从而提高了叶片的蒸腾速率、净光合速率、气孔导度［15］，此外蚓粪能够长期供应养分，也对提高叶片的光合参数具有一定的帮助。因此施用蚓粪有助于植株的蒸腾速率、气孔导度、净光合速率、胞间CO2浓度的提高，从而促进植株的光合作用。

植株干物质有90%～95%是来自光合作用［16］。光合作用是促进植物生长发育的关键过程，因此通过光合作用能够促进植物生物量的增加［17］。蚓粪的施入可以在一定程度上增加植物的地上部以及根干重，与前人研究结果一致［18］。可能是由于蚓粪中含有植物所需的生长激素，能够促进根系的生长发育，为地上部提供营养物质，从而提高了根干重和地上部干重［19］。同时蚓粪输入提高了植株的光合作用，也促进了植株干物质的积累。

根系活力是衡量根系功能的主要指标之一，根系的生长和活性对植物的生长和营养状况起着重要的作用。蚓粪的输入可以显著提高番茄植株的根系活力，可能与其营养物质和生物活性物质有关［20］。蚓粪具有特殊的理化性质，且含有丰富的有机质、腐殖质，以及植物生长所需的氮、磷、钾等大量元素，铁、锰、铜、硼等多种微量元素，同时含有许多植物生长调节剂，包括生长素、赤霉素、腐植酸等，对植物根系的生长和营养物质的有效利用具有重要意义［21-23］。

在本试验中，相同的连作年限下，蚓粪的施入会在一定程度上提高番茄的产量，与前人研究结果一致［24］。连作0 年的土壤中，蚓粪处理的番茄产量较化肥处理提高了29.45%，连作5 年的土壤中，蚓粪处理较化肥处理提高了23.45%。连作20 年的土壤中，蚓粪处理较化肥处理提高了25.85%。蚓粪对番茄生长和产量的改善归因为：（1）提高作物产量的根本途径是改善植物的光合性能［17］，蚓粪在一定程度上提高了作物的光合能力，进而促进了番茄产量的提高。（2）蚓粪增加了根系土壤微生物数量和活性，产生了更多的植物生长激素［25］，蚓粪可以通过增加微生物的数量和活性来影响分泌植物生长激素，对产量有显著的促进作用［26］。

同时，本试验相关性分析表明，蒸腾速率与气孔导度均与产量呈正相关。净光合速率、胞间CO2浓度、根系活力、根干重、地上部干重均与产量呈显著正相关，与前人研究结果一致［18，27］，因此可通过调节植物的光合作用、根系活力以及生物量来调节产量。

4 结论

在本试验条件下，与鸡粪、稻草相比，蚓粪的施入可以提高番茄植株的生物量、根系活力，蒸腾速率、气孔导度、净光合速率以及胞间CO2浓度。净光合速率、胞间CO2浓度、根系活力等都对促进番茄产量的提高有极显著的作用，本试验通过蚓粪提高了番茄的生长以及生理指标，显著增加了番茄的产量，3 种连作年限下的平均产量可达1 629 g·株-1，与鸡粪、稻草、化肥处理相比分别提高了4.78%、23.36%、39.26%。综上可以为通过施入蚓粪来调节光合作用，进而提高番茄产量提供理论依据。