陽臺栽培對蔬菜光合日變化的影響

彭家柱 喬燕春 譚耀文 許東林 陳純秀

(廣州市農業科學研究院廣東廣州510335)

隨著城鎮化水平的提高，都市農業空間的開發利用越來越受重視，具有觀賞性及實用性的陽臺農業應運而生，并逐漸發展成為家庭菜園的蔬菜生產平臺。目前陽臺蔬菜的相關研究也越來越多，主要集中在栽培技術、栽培設備、栽培控制系統等方面［1-3］；目前陽臺栽培的常見蔬菜主要包括兩大類，一是葉菜類，如生菜、甘藍、空心菜、茼蒿、莧菜等，另一個是瓜果類，如番茄、辣椒、茄子、小型南瓜、水果型黃瓜等。光合作用是植物積累有機物與生理代謝的基礎，與作物產量和品質密切相關，作物光合速率的研究對栽培及育種都有重要的意義。前人對于光合作用有相當多的研究，內在影響因素包括有葉綠素含量、光合相關酶活性、植物生長時期等，外界影響因素有光照強度、溫度、濕度、CO2濃度等。同時光合作用是一個動態的反應進程，因此光合參數的日變化能較好反應出植物光合作用的強弱。水稻［4］、玉米［5］、小麥［6-7］等大宗糧食作物以及番茄、辣椒、茄子等蔬菜作物［8-9］的光合日變化規律多表現為雙峰曲線，但主要是在大田栽培下進行測定，而陽臺栽培的光合日變化的相關研究較少。本試驗以羊角椒、牛角椒、菜心、櫻桃番茄和馬蹄番茄為材料，利用Li-6400光合測定儀測定其在陽臺栽培下光合參數的日變化，為陽臺蔬菜栽培的適應性及蔬菜種類選擇提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料羊角椒、牛角椒、菜心、櫻桃番茄及馬蹄番茄均由廣州市農業科學研究院蔬菜研究所提供。于2019年10月在廣州市農業科學研究院南沙基地都市陽臺菜園（西南朝向）進行，陽臺栽培采用隨機區組設計，每個材料重復3次，采取泥炭土基質種植及肥水滴灌。

1.2 方法

1.2.1 光合參數測定

試驗在晴天進行，當天氣溫24～34℃，在辣椒與番茄的初花期和菜心的抽薹期，分別選擇長勢一致、健壯的單株，用Li-6400便攜式光合作用測定儀測定單株受光方向一致的成熟功能葉片，每個材料測定3株，每株測定3次，以透明葉室夾取葉片的中間部位進行測定。從上午9點開始測定，18：00結束。2 h重復測定一次。測定分析的指標包括凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、胞間CO2濃度、水分利用率。

1.2.2 數據處理

利用Excel 2013整理數據，用graphpad 8.0軟件進行作圖分析。

2 結果與分析

2.1 環境的日變化分析

在陽臺栽培條件下，作物的光合作用受外界環境因子的影響較大，起主要作用的是光照強度與溫度。從圖1可以看出，光照強度與溫度均呈現先增后減的趨勢，其中光照強度從早晨開始上升，在12點時達到一天的最大值，在陽臺栽培中15點以后缺少陽光直射并且在17點以后可見光有較大減弱，因此在15點和17點急劇下降。溫度與光照強度的日變化規律相似，但變化的幅度較小。

圖1 陽臺環境因子的日變化

2.2 不同蔬菜光合參數的變化規律

2.2.1 不同蔬菜凈光合速率的日變化比較

凈光合速率是指植物在單位時間內積累有機物的量，直接反映該植物利用光能的效率，是植物生長發育的一個重要參考指標。從圖2可以看出，陽臺蔬菜的凈光合效率在早上9：00—10：00最高，隨后出現午休現象，13：00—14：00出現午休點，尤其是菜心與馬蹄番茄，凈光合速率出現大幅度的下降；而羊角椒、牛角椒與櫻桃番茄光合效率在午后出現較大幅度的下降，其中一個主要原因是下午15點以后缺少直射光，另一方面，菜心利用弱光的能力比較強，在15：00—16：00有第二峰值。5種蔬菜的凈光合速率在上午的平均值均顯著高于下午，羊角椒、牛角椒和櫻桃番茄較高，并且凈光合速率變化幅度較小，而馬蹄番茄明顯較低。

圖2 不同陽臺蔬菜凈光合速率的日變化

2.2.2 不同蔬菜氣孔導度和蒸騰速率的變化比較

植物葉片氣孔導度和蒸騰速率均受環境溫度與濕度的影響。從圖3可以看出，氣孔導度和凈光合速率的變化相似，菜心的氣孔導度表現為雙峰曲線，其他種類的蔬菜呈單峰曲線，其中菜心、牛角椒、櫻桃番茄和馬蹄番茄氣孔導度最大值在9：00—10：00，而羊角椒的氣孔導度最高點在11：00—12：00。前半段氣孔導度下降的主要原因是中午氣溫較高，植物關閉部分氣孔，所以出現較為明顯的下降；而后半段下降是由于陽臺下午15點以后缺少直射光引起的。

圖3 不同陽臺蔬菜氣孔導度的日變化

從圖4可以看出，蒸騰速率的變化呈先升后降的趨勢，菜心、櫻桃番茄和馬蹄番茄的最高點在11：00—12：00，羊角椒和牛角椒最高點13：00—14：00；其中羊角椒在上午的蒸騰速率變化較小，整體的蒸騰速率比其他蔬菜較小。

圖4 不同陽臺蔬菜蒸騰速率的日變化

2.2.3 不同蔬菜胞間CO2濃度與水分利用效率的變化比較

胞間CO2為植物光合作用的直接碳源，是作物光合速率影響的直接因素。從圖5可以看出，菜心的胞間CO2濃度呈雙峰曲線，原因是盡管在午休階段菜心大部分氣孔關閉，但光合速率消耗的CO2比外界交換的CO2還要小，所以在中午出現峰值。羊角椒、牛角椒、櫻桃番茄和馬蹄番茄呈先降后升的趨勢，其光合速率消耗的CO2多于外界交換的CO2，羊角椒胞間CO2最低值在11：00—12：00，牛角椒、櫻桃番茄胞間CO2和馬蹄番茄的最低值在13：00—14：00。在光照充足的條件下，羊角椒與牛角椒的胞間CO2濃度低于其他蔬菜，表明羊角椒與牛角椒對碳源的利用效率更高。

圖5 不同陽臺蔬菜胞間CO2濃度的日變化

從圖6中可以看出，一天中不同蔬菜的水分利用率整體上都處于下降趨勢。牛角椒、菜心、櫻桃番茄和馬蹄番茄的水分利用率在中午出現較大的下降，在缺少直射光以后再次出現大幅度下降，而羊角椒在中午的水分利用率明顯高于其他蔬菜，表明羊角椒更適應中午高溫的環境。

圖6 不同陽臺蔬菜水分利用率的日變化

2.3 光合參數與環境因子的相關性分析

通過光合參數與環境因子的相關性分析（圖7），在陽臺栽培條件下光合速率與氣孔導度、蒸騰速率、水分利用率呈較強的正相關關系，相關系數分別為0.88、0.73、0.92；與光照強度、溫度具有較弱的正相關關系，相關系數分別為0.38、0.51；另一方面光合速率與胞間CO2濃度有較強的負相關關系，相關系數為-0.85。各指標對陽臺蔬菜的凈光合速率影響程度為：水分利用率＞氣孔導度＞胞間CO2濃度＞蒸騰速率，這表明蔬菜作物在陽臺栽培中的光合作用的能力很大程度受自身水分利用的影響。

圖7 光合參數與環境因子的相關性分析

3 討論

在陽臺農業的研究中，對陽臺環境因子及陽臺蔬菜光合日變化的研究鮮有報道。本試驗測定的環境因子顯示，在12點前光照強度與溫度均呈上升趨勢，與大田栽培不同的是在14點以后出現較大的下降，主要原因是陽臺栽培下缺少直射光。在大田栽培下，辣椒茄子等蔬菜作物的晴天光合速率表現為雙峰曲線，在上午11：00—12：00達到最高值，在12：00—13：00有明顯的午休現象，并在14：00以后出現第二峰值；茄果類的光合作用強于葉菜類［9-12］。在陽臺栽培條件下辣椒與番茄的凈光合速率與氣孔導度的日變化與大田栽培不同，呈單峰曲線，在上午9：00—10：00有最大值，中午出現午休現象，但在下午缺少直射光的環境下沒有出現第二峰值，進一步下降。陽臺蔬菜栽培的午休點比大田栽培提前2 h，可能是由于折射光下陽臺氣溫上升更快，可以看出蔬菜耐熱性也是陽臺栽培適應性的一部分。菜心的的凈光合速率與氣孔導度的日變化與大田栽培相似，表現為雙峰曲線，第二峰值出現在15：00—16：00，此時的光合速率高于其他蔬菜，可以得出菜心耐弱光的能力較強。從陽臺栽培下不同蔬菜的平均凈光合速率比較，牛角椒＞羊角椒＞櫻桃番茄＞菜心＞馬蹄番茄，辣椒在陽臺栽種的適應性較好。