程云霞，刘迁杰，贾 凯，时振宇，吴 慧

(新疆农业大学林学与园艺学院/新疆特色园艺作物种质资源与高效生产实验室，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】辣椒(CapsicumannuumL.)属茄科辣椒属一年生或多年生能结浆果的草本植物。[1-2]。辣椒喜温、喜水、喜肥。水资源匮乏的严峻问题对我国农业生产可持续及生态安全发展构成威胁[3-4]。研究不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒光合特性日变化规律的影响。研究复合沙培辣椒节水抗旱具有重要的意义。【前人研究进展】保水剂是利用强吸水树脂或淀粉等材料制成的高分子聚合物[5-6]，在保水剂增加土壤保水[7]、保肥[8]功能，改善土壤结构[9]方面做了的研究，但在保水剂施用后与基质栽培的蔬菜叶片光合特性关系有待研究。【本研究切入点】目前将保水剂运用于大田土壤试验，如青稞[10]、烟草[11]、小麦[12]、马铃薯[13]等文献较多，而袋式复合沙培辣椒中应用保水剂的研究较少。研究不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片光合特性日变化规律的影响。【拟解决的关键问题】袋式复合沙培模式，将淀粉保水剂施入基质中，采用运用LI-6400光合仪测定盛果期辣椒叶片的光合指标，研究不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒光合特性的影响，为研究袋式复合沙培辣椒栽培应用保水剂提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2019年5～9月在新疆农业大学林学与园艺学院试验基地进行。供试辣椒品种为瑞霸五号(乌鲁木齐市瑞祥农业科技有限公司)；保水剂为淀粉型保水剂(河南化工产品有限公司)；有机颗粒肥(一种生物有机肥，有效活菌数≥0.20×108/g(细黄链霉菌)；有机质含量≥40%；容重=0.86 kg/L；山川秀丽生物有限公司和乌鲁木齐市辛化绿农农资有限公司联合生产)

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用随机区组设计，设置6个保水剂处理水平，分别为B0：0 g/穴(CK)、B1：0.6 g/穴、B2：1.2 g/穴、B3：1.8 g/穴、B4：2.4 g/穴、B5：3.0 g/穴，每个处理3次重复，每个重复1个小区，每个小区15个栽培袋，每个栽培袋定植2株，栽培袋株行距35 cm×70 cm。

2019年3月11日辣椒种子经过55℃温汤浸种，28℃恒温催芽，80%“露白”后播种于72穴穴盘中；定植前将沙、椰糠、腐熟的羊粪按2∶1∶1体积比混合均匀装入栽培袋中，基质高25 cm，直径为20 cm，然后每袋按设计要求穴施不同剂量保水剂，5月11日将幼苗定植于穴施不同剂量保水剂的栽培袋中；定植时浇透定植水；幼苗定植30 d后，各处理定时定量统一灌水并适时喷施钙肥和磷酸二氢钾，追施一定量有机颗粒肥；及时抹除门椒以下的叶腋并预防病虫害的发生。

1.2.2 测定指标

辣椒盛果期时即2019年8月20日晴朗无云天气条件下，每个重复随机选取5株，每株选择辣椒植株中部3片功能叶，用LI-6400型便携式光合仪测定净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)，从08:00开始每隔2 h测定一次，分别为08:00、10:00、12:00、14:00、16:00、18:00、20:00。利用净光合速率和蒸腾速率计算水分利用效率(WUE)：WUE =Pn/Tr[14]。

1.3 数据处理

采用Excel对试验数据进行处理，用SPSS 19.0数据处理软件进行显著性分析、相关性分析及主成分分析，用Duncon多重比较进行显著性分析，用GraphPad Prism 8、TBtool v0.66831制图。采用隶属函数法对测定指标进行标准化处理[15-16]。

正隶属函数Ui=Xi-Xmin/Xmax-Xmin.

(1)

反隶属函数U’i= 1-(Xi-Xmin/Xmax-Xmin).

(2)

Ui和U’i为每个处理的第i个指标原始值转化后的隶属函数值，Xi为每个处理第i个指标的原始测定值，Xmin和Xmax分别为第i个指标的最小值和最大值。

主成分分析法：对标准化后的数据进行主成分分析，提取出对袋式复合沙培辣椒叶片光合参数有显著影响的主成分，得出各主成分的分值，计算综合得分进行排名。

2 结果与分析

2.1 不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片光合特性日变化的影响

2.1.1 不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片净光合速率(Pn)日变化的影响

研究表明，不同剂量保水剂的袋式复合沙培辣椒的净光合速率的日变化均由高到低为B5>B4>B3>B2>B1>B0，且均呈双峰型曲线，从早晨08:00至12:00左右净光合速率呈逐步增加的趋势，12:00时达到第1个高峰，但随着中午气温的升高以及光照强度的增强，净光合速率急剧减小，然后再次随着时间的延长，净光合速率又出现增长的趋势，16:00时又出现了第2个高峰，随后又迅速下降。在12:00时辣椒叶片的净光合速率随着保水剂用量的增加呈现上升的趋势，其中B5的净光合速率最高为12.91 μmol/(m2·s)，其次是B4，为11.83 μmol/(m2·s)；在16:00时，各处理间差异不显著。辣椒栽培过程中施加保水剂有助于提高辣椒叶片的净光合效率。图1

图1 不同剂量保水剂下袋式复合沙培辣椒叶片净光合速率变化

2.1.2 不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片气孔导度(Gs)日变化的影响

研究表明，随着一天温度及光照强度的变化，不同处理的辣椒均在12:00和16:00点时，出现高峰，不同剂量保水剂的袋式复合沙培辣椒叶片气孔导度的日变化均由高到低为B5>B4>B3>B2>B1>B0，其中B5的气孔导度最高为0.22 μmol/(m2·s)，其次B4的气孔导度为0.21 μmol/(m2·s)。图2

图2 不同剂量保水剂下袋式复合沙培辣椒叶片气孔导度变化

2.1.3 不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片胞间CO2浓度(Ci)日变化的影响

研究表明，随着一天温度及光照强度的变化，不同处理的辣椒均在14:00时，出现低谷，不同剂量保水剂的袋式复合沙培辣椒叶片的胞间CO2浓度的日变化均由高到低为B0>B1>B2>B3>B4>B5，其中B5的气孔导度最低为163.82 μmol/mol，其次是B4的气孔导度为170.36 μmol/mol。图3

图3 不同剂量保水剂下袋式复合沙培辣椒叶片胞间CO2浓度变化

2.1.4 不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片蒸腾速率(Tr)日变化的影响

研究表明，随着1 d温度及光照强度的变化，不同处理的辣椒叶片蒸腾速率均在14:00点时，出现高峰，不同剂量保水剂的袋式复合沙培辣椒的蒸腾速率的日变化均由高到低为B5>B4>B3>B2>B1>B0，其中B5的蒸腾速率最高为5.37 mmol/(m2·s)，其次是B4的蒸腾速率为5.18 mmol/mol。图4

图4 不同剂量保水剂下袋式复合沙培辣椒蒸腾速率变化

2.1.5 不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片水分利用效率(WUE)日变化的影响

研究表明，随着1 d温度及光照强度的变化，不同剂量保水剂的袋式复合沙培辣椒叶片的水分利用效率的日变化均由高到低为B5>B4>B3>B2>B1>B0，且均呈“N”型曲线。在08:00到10:00快速增加，随着气温和光照的增加到14:00时降到最低，最后又随着温度的降低光线的减弱，水分利用效率又开始缓慢的增加。图5

图5 不同剂量保水剂下袋式复合沙培辣椒水分利用效率变化

2.2 不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片光合特性影响的相关性与主成分

2.2.1 相关性

研究表明，Pn与Tr日均值之间呈极显著相关(P<0.01)，与WUE日均值呈负相关，与Ci日均值呈极显著负相关(P<0.01)；Tr与Ci日均值呈极显著负相关(P<0.01)，与WUE日均值呈负相关；WUE与Gs日均值之间呈显著相关(P<0.05)。不同剂量的保水剂对袋式复合沙培辣椒各光合参数之间存在极为紧密的相关性。图6

图6 不同剂量保水剂下袋式复合沙培辣椒叶片各光合参数间的相关性

2.2.2 数据的标准化处理

为了避免光合特性指标单位不一样，在进行主成分分析之前，先利用0～1的隶属函数法对待测数据进行标准化处理。表1

表1 不同剂量保水剂下袋式复合沙培辣椒叶片各光合参数测定值

主成分分析法是在不损失或极少损失原始信息的前提下，把多个互相关联的指标转化为新的相互独立且数量较少的综合指标。对辣椒的5个光合参数进行相关分析，并应用主成分分析的方法构建袋式复合沙培辣椒光合参数评价方程[17]。由于特征值>1，所以提取2个主成分，累积贡献率为95.77%，可采用这2个主成分来代替光合参数进行分析。表2

表2 主成分的特征值、贡献率和累计贡献率

2.2.3 不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒叶片光合参数主成分的综合评分

用各主成分载荷值除以各主成分特征值的平方根计算出特征向量值，再将特征向量与标准化值相乘得到各主成分的表达式。表3

表3 各主成分载荷矩阵

F1= 0.56X1-0.05X2+ 0.56X3+ 0.57X4-0.21X5.

(3)

F2= 0.18X1+ 0.72X2+ 0.09X3+ 0.03X4+ 0.67X5.

(4)

其中，X1表示净光合速率(Pn)、X2表示气孔导度(Gs)、X3表示胞间CO2浓(Ci)度、X4表示蒸腾速率(Tr)、X5表示水分利用效率(WUE)、F1表示主成分1光合效率的得分、F2表示主成分2光合效率的得分。用各主成分的特征值合特征根之和得到特征根所占权重(A)，构建光合特性指标综合评价的数学模型。

F=A1F1+A2F2.

(5)

其中，F为光合效率的综合得分，A1、A2分别为第1和第2主成分的权重。

研究表明，不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒各光合效率的综合得分F由高到低依次为B5>B4>B3>B2>B1>B0。在栽培基质中加入保水剂的辣椒叶片光和效率的综合得分均高于不施加保水剂的处理，在栽培基质中施加保水剂有助于提高袋式复合沙培辣椒叶片的光合效率。表4

表4 不同剂量保水剂下袋式复合沙培辣椒叶片各光合效率的主成分评价

3 讨 论

3.1 不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒光合特性日变化的影响

植物光合日变化曲线主要呈现为“单峰”和“双峰”，且第一峰比第二峰略高一点，11:00～15:00随着气温和叶温的逐渐升高，叶片蒸腾速率迅速上升，水势急剧下降，进而引起气孔关闭，气孔导度下降，净光合速率下降，从而出现“午休”现象[18-21]。试验中各处理的净光合曲线均为“双峰”，且在下午14:00叶片出现“午休”现象，这与齐晓晨[14]、牛雯[22]等测定的净光合日变化曲线一致。试验中辣椒叶片的光合速率、气孔导度、蒸腾速率随着复合沙培基质中保水剂的用量增加而增加，胞间CO2浓度随着基质中保水剂用量的增加而下降，这与包开花[23]、赵进恒等[24]研究结果一致，说明在栽培基质或者土壤中加入适量的保水剂有助于提高作物叶片的光合效率。

3.2 不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒光合特性影响的主成分

不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒光合特性有不同的影响，只利用其中单个指标对不同处理的辣椒叶片光合特性进行评价不具有代表性，由于各个指标之间具有一定相关性，对不同处理辣椒中叶片光合特性进行评价，需要利用隶属函数对各光合参数进行标准化处理，并进行相关性分析和主成分分析，从而增加试验数据的准确性和全面性。试验采用相关性分析和主成分分析法进行分析，从5项光合参数指标中计算综合指标、贡献率，提取出特征根 > 1的2个主成分因子，第1主成分中光合特性指标特征向量绝对值按光合参数由高到底依次为Tr、Ci、Pn、Gs、WUE，其载荷值为1.00、0.98、0.97、-0.08和-0.36；第2主成分中光合参数按照特征向量绝对值排序由高到低依次为Gs、WUE、Pn、Ci、Tr，其载荷值为0.95、0.88、0.24、0.12和0.04。6种保水剂剂量的光合效率的综合得分由高到低为B5>B4>B3>B2>B1>B0，栽培过程中施加一定量的保水剂有助于提高辣椒叶片的光合效率该结果与张力[25]、马洪义[26]等研究结果一致。

4 结 论

在栽培基质中加入不同剂量保水剂有助于提高袋式复合沙培辣椒叶片的光合特性。其中，B5处理(3.0 g/穴)，光合速率为12.91 μmol/(m2·s)，气孔导度为0.22 μmol/(m2·s)，胞间CO2为163.82 μmol/mol，蒸腾速率为5.37 mmol/(m2·s)，水分利用效率为3.28 μmol/(m2·s)。在复合沙培中施加3.0 g/穴保水剂，有助于提高辣椒叶片的光合效率。