全 文 ：核 农 学 报 2010，24(3):650 ～ 655
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
文章编号:1000-8551(2010)03-0650-06
水肥耦合对保护地辣椒叶片光合速率的影响
梁运江1 谢修鸿2 许广波1 依艳丽3 李艳茹1
(1. 延边大学农学院，吉林 龙井 133400;2. 长春大学生物科学技术学院，吉林 长春 130022;
3. 沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁 沈阳 110161)
摘 要:为了探讨辣椒的水肥耦合效应，采用二次回归正交旋转组合设计，建立了灌水定额、氮肥和磷肥
对保护地辣椒叶片光合作用速率的数学模型。研究表明，灌水或施肥过多过少都引起辣椒叶片光合作
用速率降低。灌水、施氮和施磷 3 因素中，某一因素均以其他 2 因素代码值为零水平时辣椒叶片光合作
用速率较高。3 因素对辣椒叶绿素含量影响的大小顺序为施磷 >施氮 >灌水。施磷效应较大，施氮和
灌水效应较小且大小相近。用频率分析方法得出辣椒叶片光合作用速率≥0. 29mg·m － 2·S － 1的综合水
肥管理措施为:灌水 167. 7 ～ 179m3·hm － 2·次 － 1，施纯氮 231 ～ 261. 2kg·hm － 2，施纯磷 204. 9 ～ 220. 5 kg·
hm － 2。灌水、施氮和施磷对辣椒产量和叶片光合作用速率影响的效应趋势基本相同，二者有显著的正
相关，辣椒良好的光合生理特性为辣椒产量的形成奠定了良好基础。
关键词:辣椒;保护地;光合作用速率;水肥耦合
COUPING EFFECTS OF IRRAGATION AND FERTILIZERS ON PHOTOSYNTHETIC RATE OF CAPSICUM
LEAVES UNDER CONDITION OF CAPSICUM CULTIVATION IN PROTECTIVE FARMLAND
LIANG Yun-jiang1 XIE Xiu-hong2 XU Guang-bo1 YI Yan-li3 LI Yan-ru1
(1. Agricultural College of Yanbian University，Longjing，Jilin 133400;2. College of Biological Sciences and Technology，Changchun University，
Changchun，Jilin 13002;3. College of Land and Environment，Shenyang Agricultural University，Shengyang，Liaoning 110161)
Abstract:In order to explore couping effects between irrigation and fertilizers of capsicum， the model of nitrogen
fertilizer and phosphate fertilizer on photosynthetic rate of capsicum leaves under protective farmland was established by
means of the quadratic orthogonal rotatory combination design，regression model of irrigation. The results showed that
extremely more or less irrigation and fertilization all decreased photosynthetic rate of capsicum leaves. Among the 3
factors of irrigation，nitrogen fertilizer and phosphate fertilizer，one factor sends higher photosynthetic rate at 0 level of
other two factors code. Effect on photosynthetic rate of capsicum leaves followed the order of phosphate fertilizer >
nitrogen fertilizer > irrigation. The effect of phosphate fertilizer was greater than those of nitrogen fertilizer and irrigation.
By method of frequency analysis，management system of photosynthetic rate of capsicum leaves higher than 0. 29mg·m － 2
·S － 1 was put forward，such as irrigating quota 167. 7 ～ 179m3·hm － 2·times － 1，application of N 231 ～ 261. 2kg·hm － 2
and application P2O5 204. 9 ～ 220. 5kg·hm
－ 2 . Effects of irrigation，nitrogen fertilizer and phosphate fertilizer on
capsicum yield and photosynthetic rate of capsicum leaves show the similar trend，and both present a significant positive
correlation. Well photosynthesis is a good foundation of yield.
Key words:capsicum;protective farmland;photosynthetic rate;couping effect between irrigation and fertilizer
收稿日期:2009-06-01 接受日期:2009-07-17
作者简介:梁运江(1972-)，男，吉林前郭人，副教授，博士，主要从事土壤与植物营养研究。E-mail:lyjluo@ ybu. edu. cn
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3 期 水肥耦合对保护地辣椒叶片光合速率的影响
水肥耦合效应是指在农业生态系统中，土壤矿物
元素与水这 2 个体系融为一体，通过各种相互作用而
彼此影响的现象［1］。有关这方面研究对旱田报道较
多［2 ～ 4］，而对保护地报道较少［5，6］，且多关注于作物产
量效应，而忽视作物生长发育期间的水肥互作效应。
在植物的物质代谢过程中，能将无机养料转变为有机
养料的基本过程是光合作用，而光合作用速率是植物
生理性状的一个重要指标，也是估测植株光合生产能
力的主要依据之一，其变化除决定于植株本身的生物
学特性外，还受外界环境因素的影响。本文在寒温带
暗棕壤上以当地大面积栽培的辣椒为试材，研究灌水、
施氮量、施磷量对辣椒叶片光合作用速率的影响，旨在
为辣椒高产、高效栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1. 1 供试土壤
试验于 2002 年 4 ～ 8 月在吉林省龙井市龙丰村塑
料大棚内进行。土壤为暗棕壤，其理化性质见表 1。
表 1 供试土壤的基本性质
Table 1 Basic characters of tested soil
土层
soil layer
(cm)
pH
田间持水量
field capacity
(g·kg － 1)
容重
bulk density
(g·cm － 3)
硝态氮
NO －3 -N
(mg·kg － 1)
铵态氮
NH +4 -N
(mg·kg － 1)
碱解氮
avail. N
(mg·kg － 1)
速效磷
olsen-P
(mg·kg － 1)
速效钾
avail. K
(mg·kg － 1)
有机 C
O. C.
(g·kg － 1)
全氮
tot. N
(g·kg － 1)
全 P
tot. P
(g·kg － 1)
全钾
tot. K
(g·kg － 1)
0 ～ 20 5. 58 344. 9 1. 23 7. 96 6. 42 129. 38 130. 52 143. 54 12. 44 1. 85 1. 79 22. 57
20 ～ 40 6. 44 270. 7 1. 43 15. 03 4. 09 106. 79 110. 56 205. 14 11. 40 1. 20 1. 70 22. 16
40 ～ 60 6. 61 275. 5 1. 45 28. 06 8. 03 90. 58 86. 69 250. 68 6. 14 0. 76 1. 24 22. 56
1. 2 供试材料
供试辣椒(Capsicum annuum L.)品种为湘研一
号。2002 年 1 月 28 日播种，4 月 20 日定植，每穴双
株。
1. 3 试验设计和实施
试验采用 3 因素 5 水平二次回归正交旋转组合设
计。在钾充足的条件下，选取灌水定额 X1(W)、施氮
量 X2(N)和施磷量 X3(P2O5)为试验因素，设计水平见
表 2。辣椒生育期内共灌水 13 次。试验共设 23 个小
区，随机排列，小区面积为 2. 7m2，试验设计方案见表
3。辣椒栽植的株距 30cm，行距 50cm(133334 株·
hm － 2)。为防止水分互渗，在各小区之间埋设 60cm 深
的塑料薄膜相隔。肥底为 K2O 300kg·hm
－ 2。氮肥(尿
素)分 3 次施用，定植前作基肥放入 1 次，占 40%，采
收前期和中后期各施入 1 次，各占 30%。磷肥(磷酸
二铵)和钾肥(硫酸钾)作基肥 1 次性施入。试验所用
尿素含纯 N 为 46. 0%;磷酸二铵含 P2O5 为 46%，含 N
为 18%;硫酸钾含 K2O 为 50%。
1. 4 样品采集和测定
种植前按划定的 23 个小区分 0 ～ 20cm、20 ～
40cm、40 ～ 60cm 三个层次采集土样，每个小区首先分
层按“S”形进行多点采集混合，再分 3 个层次将土壤
进行充分混合按四分法制成混合土样。土壤硝态氮含
量分析采用锌还原紫外分光光度法［7］，铵态氮采用靛
酚蓝比色法［8］，土壤 pH、容重、田间持水量、碱解氮、速
效磷、速效钾、有机碳、全氮、全磷和全钾采用常规方法
测定［9］。在辣椒营养生长旺期、第 1 次采摘前，采用改
良半叶法测定叶片光合作用速率［10］。每次果实成熟
后按处理测产，最后计算总产量。
1. 5 统计分析方法
采用 GW-BASIC 3. 22 和 Microsoft Excel 2000 进
行模型拟合和数据处理。曲线图采用 Microsoft Excel
2000 进行绘制，曲面图采用 SYSTAT 5. 05 for Windows
进行绘制。
表 2 试验因素水平与编码值
Table 2 Experimental factor levels and coding values
编码值
code
灌水 water
灌水定额
irrigating quota
W(X1)
(m3·hm － 2·次 － 1)
灌水量
irrigation
quantity
(m3·hm － 2)
施氮量
N(X2)
(kg·hm － 2)
施磷量
P2 O5(X3)
(kg·hm － 2)
－ 1. 682 066. 67 866. 71 117. 39 00. 00
－ 1 093. 70 1218. 04 215. 23 48. 66
0 133. 33 1733. 36 358. 70 120. 00
+ 1 172. 97 2248. 67 502. 16 191. 34
+ 1. 682 200. 00 2600. 00 600. 00 240. 00
2 结果与分析
2. 1 辣椒叶片光合作用速率与水肥措施间模型的建
立与检验
2002 年 5 月 28 日测定的各处理辣椒叶片光合作
用速率和辣椒总产量，结果列于表 3。
据表 3 数据，运用二次回归正交旋转组合设计计算
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核 农 学 报 24 卷
程序，求出辣椒叶片光合作用速率(Y)对灌水定额 X1
(W)、施氮量 X2(N)和施磷量 X3(P2O5)的回归模型:
Y = 0. 263 + 0. 004X1 － 0. 005X2 + 0. 057X3 －
0. 039X1X2 + 0. 037X1X3 － 0. 044X2X3 －
0. 040X21 － 0. 067X
2
2 － 0. 046X
3
2 (1)
表 3 试验设计方案和大田试验结果
Table 3 Design and results of the field experiment
处理
treatment
X1
(W)
X2
(N)
X3
(P2 O5)
光合作用速率
photosynthetic
rate
(mg·m － 2·S － 1)
总产量
yield
(kg·hm － 2)
1 1 1 1 0. 110 56230. 2
2 1 1 － 1 0. 024 50427. 6
3 1 － 1 1 0. 300 70631. 5
4 1 － 1 － 1 0. 018 53204. 9
5 － 1 1 1 0. 119 48020. 2
6 － 1 1 － 1 0. 161 55893. 0
7 － 1 － 1 1 0. 136 54916. 6
8 － 1 － 1 － 1 0. 019 57165. 4
9 1. 682 0 0 0. 157 60957. 9
10 － 1. 682 0 0 0. 134 52339. 1
11 0 1. 682 0 0. 065 52966. 8
12 0 － 1. 682 0 0. 074 62783. 1
13 0 0 1. 682 0. 232 58052. 5
14 0 0 － 1. 682 0. 029 51700. 4
15 0 0 0 0. 316 67687. 2
16 0 0 0 0. 244 65819. 7
17 0 0 0 0. 224 65478. 2
18 0 0 0 0. 252 65064. 9
19 0 0 0 0. 275 69452. 8
20 0 0 0 0. 213 67695. 1
21 0 0 0 0. 263 68124. 7
22 0 0 0 0. 334 69640. 9
23 0 0 0 0. 259 65752. 0
通过方差分析求出光合作用速率拟合的模型
F失拟 = 0. 27 < F0. 05(5，8)= 6. 63，表明未知因素对试验
结果影响很小，可以忽略，F拟合 = 21. 2 > F0. 01(9，13)
= 4. 19，达到极显著水平，说明模型的预测值和实际值
吻合较好，故以此模型进行预报具有较高的可行性。
2. 2 水肥处理对辣椒叶片光合作用速率影响的因子
主效应分析
对于多元二次非线性模型，分析因素的重要性必
须将一个因素的一次项和二次项综合考虑，不能只从
线性化方程的某一项孤立评价各因素的相对重要性。
在这方面，贡献率分析是较为适用的一个方法，它可以
将各试验因素按贡献率大小排序，从而帮助确定限制
因素。具体方法如下［11］:
首先，求出回归模型的各项回归系数方差比 Fj，
Fjj，Fij， 并 按 下 式 计 算 因 素 贡 献 δ =
0 (F ≤ 1 时)
1 － 1
F
(F > 1 时{ )，然后求第 j个因素的贡献率 Δ j:
Δ j = δ j + δ jj +
1
2 Σ
p
i = 1
i≠ j
δ ij
通过模型解析计算出灌水、施氮、施磷的贡献率分
别为:Δ1 = 1. 86，Δ2 = 1. 90，Δ3 = 2. 85。可以看出，3 个
因素对辣椒叶片光合作用速率的影响大小顺序为施磷
>施氮 >灌水。施磷效应最大，施氮和灌水效应大小
相近，二者都较小。
2. 3 水肥处理对辣椒叶片光合作用速率影响的单因
子效应分析
为找出灌水定额、施氮、施磷(Xj)对辣椒光合作
用速率的影响趋势，采用降维分析，将模型(1)中 3 个
因素中的 2 个因素固定在 － 1、0、1 三个不同的水平，
得到方程(1)关于 X1、X2、X3 的 3 组 9 个一元二次方
程，按方程做出图(图 1)。
图 1 水肥在不同水平下对辣椒叶片光合作用速率的影响
Fig. 1 Effects of water and fertilizers at different levels on photosynthetic rate
a:不同施肥水平下灌水定额对光合作用速率的影响;b:不同灌水定额和施磷水平下施氮对光合作用速率的影响;
c:不同灌水定额和施氮水平下施磷对光合作用速率的影响
a:Effects of irrigating quota at different levels of fertilizers on photosynthetic rate b:Effects of nitrogen fertilizer at different levels of irrigating
quota and phosphate fertilizer on photosynthetic rate c:Effects of phosphate fertilizer at different levels of irrigating quota and
nitrogen fertilizer on photosynthetic rate
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3 期 水肥耦合对保护地辣椒叶片光合速率的影响
由图 1 可看出，灌水、施氮、施磷对叶片光合作用
速率的效应均呈开口向下的抛物线。灌水或施肥过多
过少都引起叶片光合作用速率降低。灌水、施氮和施
磷 3 因素中，某一因素均以其他 2 因素代码值为零水
平时叶片光合作用速率较高，说明此时水肥供应平衡，
辣椒生长旺盛。从水效(图 1 － a)可看出，施氮施磷量
为低水平(代码值为 － 1 水平)时，叶片光合作用速率
最低，这主要是因为施肥少养分不足，影响辣椒的生
长;从氮效(图 1 － b)可看出，当灌水定额和施磷量为
高水平(代码值为 1 水平)时，随着施氮量增加辣椒叶
片光合作用速率很快上升到最高值，然后迅速降低，但
当灌水定额和施磷量为低水平(代码值为 － 1 水平)
时，随着施氮量增加辣椒叶片光合作用速率迅速上升，
达到最高值后趋于平缓;从磷效(图 1 － c)可看出，当
灌水定额和施氮量为低水平和高水平时，辣椒叶片光
合作用速率都较小。
2. 4 水肥耦合效应对辣椒叶片光合作用速率的影响
辣椒叶片光合作用速率是多因素共同作用的结
果。采用降维分析，即将一个因素固定为零水平，可得
到关于 3 个因素的 3 个交互作用回归子模型:
Y = 0. 263 + 0. 0042X1 － 0. 0053X2 － 0. 0387X1X2
－ 0. 0403X21 － 0. 0673X
2
2 (2)
Y = 0. 263 + 0. 0042X1 + 0. 0574X3 + 0. 0366X1X3 －
0. 0403X21 － 0. 0456X
3
2 (3)
Y = 0. 263 － 0. 0053X2 + 0. 0574X3 － 0. 0444X2X3 －
0. 0673X22 － 0. 0456X
2
3 (4)
每 2 个因素对辣椒叶片光合作用速率的效应曲面
三维图和曲线图见图 2。
图 2 因素间交互效应曲面和曲线图
Fig. 2 Interaction surface among factors and curve chart
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从图 2 可看出，在低水和中水下水氮交互作用为
正，当灌水量超过 0. 082 水平时，水氮交互作用转变为
负值;在低水和中水下水磷的交互作用亦为正，当灌水
量超过 0. 413 水平时，水磷交互作用也转变为负值;氮
磷的交互作用，在低磷配中低氮时交互作用为正，当氮
超过 0 水平时氮磷交互作用转变为负值。
2. 5 模型的最优解和频率分析
2. 5. 1 模型的最优解 在数学模型(1)中，二次项系
数均为负号，因此，模型必有极值点，按数学偏导法求
解，可得模型(1)因素组合和最高辣椒叶片光合作用
速率，即 X1 = 1. 162，X2 = － 0. 874，X3 = 1. 520，也就是
当灌水定额为 179. 41m3·hm － 2·次 － 1，施 N 233. 28kg·
hm － 2，施 P2O5 228. 41kg·hm
－ 2，辣椒叶片光合作用速
率可以达到 0. 31mg·m － 2·S － 1的最高值。
2. 5. 2 模型的模拟寻优 将编码值 X1、X2、X3 在试验
设计范围内等分 11 个水平，构成 113 = 1311 个生产因
素组合，辣椒叶片光合作用速率 Y≥0. 29mg·m － 2·S － 1
的组合有 36 个，占组合方案总数的 2. 70%，频率分析
见表 4。
表 4 辣椒叶片光合作用速率频率分析
Table 4 Photosynthetic rate frequency analysis
因素水平
level
W(m3·hm － 2·次 － 1) N(kg·hm － 2) P2 O5(kg·hm
－ 2)
代码
code
次数
times
频率
frequency
代码
code
次数
times
频率
frequency
代码
code
次数
times
频率
frequency
1 － 1. 682 0 0. 0 － 1. 682 0 0. 0 － 1. 682 0 0. 0
2 － 1. 346 0 0. 0 － 1. 346 4 11. 1 － 1. 346 0 0. 0
3 － 1. 009 0 0. 0 － 1. 009 11 30. 6 － 1. 009 0 0. 0
4 － 0. 673 0 0. 0 － 0. 673 14 38. 9 － 0. 673 0 0. 0
5 － 0. 336 0 0. 0 － 0. 336 7 19. 4 － 0. 336 0 0. 0
6 0 0 0. 0 0 0 0. 0 0 0 0. 0
7 0. 336 4 11. 1 0. 336 0 0. 0 0. 336 0 0. 0
8 0. 673 10 27. 8 0. 673 0 0. 0 0. 673 3 8. 3
9 1. 009 9 25. 0 1. 009 0 0. 0 1. 009 10 27. 8
10 1. 346 8 22. 2 1. 346 0 0. 0 1. 346 12 33. 3
11 1. 682 5 13. 9 1. 682 0 0. 0 1. 682 11 30. 6
平均编码
average coding
1. 0093 － 0. 7849 1. 2990
标准误
standard error
0. 0697 0. 0625 0. 0539
95%置信区间
95% confidence interval
0. 8678 ～ 1. 1507 － 0. 8903 ～ － 0. 6795 1. 1896 ～ 1. 4083
实际投入量
actual input
167. 7 ～ 179 231 ～ 261. 2 204. 9 ～ 220. 5
通过计算得出辣椒叶片光合作用速率 Y≥0. 29
mg·m － 2·S － 1的综合水肥管理措施为:灌水 167. 7 ～
179m3·hm － 2·次 － 1，施纯氮 231 ～ 261. 2kg·hm － 2，施纯
磷 204. 9 ～ 220. 5kg·hm － 2。
2. 6 水肥处理对辣椒产量的影响
据表 3 数据，运用二次回归正交旋转组合设计计
算程序，求出辣椒总产量(Y)对灌水定额 X1(W)、施
氮量 X2(N)和施磷量 X3(P2O5)的回归模型:
Y = 67097. 94 + 2123. 0391X1 － 3064. 8627X2 +
1742. 0202X3 － 1126. 225X1X2 + 4168. 85X1X3 －
2156X2X3 － 3675. 6986X
2
1 － 3239. 1056X
2
2 －
4306. 5149X23 (5)
经分析 F拟合 = 39. 6 > F0. 01(9，13)= 4. 19，达到极
显著水平。3 个因素的贡献率分别为:Δ1 = 2. 77，Δ2 =
2. 77，Δ3 = 2. 86。
根据模型对比灌水、施氮和施磷对产量和辣椒叶
片光合作用速率的影响，发现二者有很好的一致性，其
主效应都为施磷效应较大，灌水和施氮效应大小相近。
灌水、施氮和施磷的单因子效应和因子互作效应趋势
基本相同。相关分析也表明，辣椒叶片光合作用速率
与辣椒总产量有显著的正相关(R = 0. 835)。因此，辣
椒良好的光合生理特性为辣椒产量的形成奠定了良好
基础。
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3 结论
(1)灌水、施氮和施磷对辣椒叶片光合作用速率
的效应均呈开口向下的抛物线。灌水或施肥过多过少
都引起辣椒叶片光合作用速率降低。灌水、施氮和施
磷 3 因素中，某一因素均以其他 2 因素代码值为零水
平时叶绿素含量较高。
(2)灌水、施氮和施磷对辣椒叶片光合作用速率
的影响大小顺序为施磷 > 施氮 > 灌水。施磷效应较
大，施氮和灌水效应较小且大小相近。辣椒叶片光合
作用速率≥0. 29mg·m － 2·S － 1的综合水肥管理措施为:
灌水 167. 7 ～ 179m3·hm － 2·次 － 1，施纯氮 231 ～ 261. 2kg
·hm － 2，施纯磷 204. 9 ～ 220. 5kg·hm － 2。
(3)灌水、施氮和施磷对辣椒产量和叶片光合作
用速率影响的效应趋势基本相同，二者有显著的正相
关，辣椒良好的光合生理特性为辣椒产量的形成奠定
了良好基础。
参考文献:
［1 ］ 穆兴民 .水肥耦合效应与协同管理［M］.北京:中国林业出版社，
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