控釋氮肥對荒漠化區(qū)域溫室黃瓜葉片生理活性與產(chǎn)量品質(zhì)影響

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(河西學(xué)院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅 張掖 734000)

0 引 言

河西走廊位于甘肅省西部，該區(qū)域土壤貧瘠、沙化現(xiàn)象嚴重；但光照充足，晝夜溫差較大，發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)有著得天獨厚的條件[1]。黃瓜(CucumissativusL.)是該區(qū)日光溫室生產(chǎn)中的主栽作物，日光溫室栽培黃瓜已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的重要途徑。但由于受傳統(tǒng)種植習(xí)慣的影響，常認為蔬菜對肥料的需求量較大，只有多施氮肥才能使其產(chǎn)量提高[2]。然而。長期過量施氮肥導(dǎo)致了作物產(chǎn)量陷入增長瓶頸，氮素利用率偏低[3]。為保障本區(qū)設(shè)施黃瓜產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化發(fā)展，就必須要對黃瓜精準施肥作科學(xué)合理評價。

控釋氮肥具有緩釋作用，能使肥料釋放時間、強度與作物養(yǎng)分吸收規(guī)律基本吻合[4]，可減輕環(huán)境污染，已成為新型肥料的研究熱點[5-6]。國內(nèi)學(xué)者李艷梅等[7]研究了減量灌溉下番茄施控釋肥的水氮耦合效應(yīng)，得出控釋氮肥的處理能夠促進番茄生長和產(chǎn)量提高，還可改善番茄品質(zhì)；張敬昇等[8]研究控釋摻混氮肥對稻麥作物生長和產(chǎn)量的影響，得出了適宜稻麥作物良好生長的最佳控釋氮肥的用量；馬曉霞等[9]研究了減量施用控釋氮肥對玉米產(chǎn)量的影響，得到了玉米生長良好與經(jīng)濟效益最高時的控釋氮肥用量；有研究還表明，施用緩釋肥還可以降低葉菜類中小白菜[10]和莖菜類中蘆筍[11]等產(chǎn)品中硝酸鹽含量，并能使果菜類中的辣椒產(chǎn)量提高[12]。本研究以黃瓜為試材，探討外源控釋氮肥對其葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)與產(chǎn)量品質(zhì)影響，旨在為本區(qū)日光溫室黃瓜生產(chǎn)中確定合理施用量，實現(xiàn)為黃瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究于2017年3-9月在甘肅省張掖市甘州區(qū)黨寨鎮(zhèn)日光溫室蔬菜生產(chǎn)基地(100°52′E，38°89′N)內(nèi)實施。土壤類型為灌漠土，供試土壤養(yǎng)分含量為N 56.8 mg·kg-1，P2O56.38 mg·kg-1，K2O 163.7 mg·kg-1，pH為6.86，全鹽0.92 g·kg-1，質(zhì)地為砂壤土。

1.2 供試材料

試驗的黃瓜為津優(yōu)31號，控釋氮肥為90 d的硫包衣尿素，含N 34%，由漢楓緩釋肥料(江蘇)有限責(zé)任公司生產(chǎn)。試驗中氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O514.5%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O 33%)。

1.3 試驗設(shè)計

采用隨機區(qū)組設(shè)計，共6個處理。處理CK：空白對照，不施氮肥；處理A1：生產(chǎn)上常用的施尿素量600 kg·hm-2，通過調(diào)查本區(qū)溫室黃瓜生產(chǎn)基地肥料用量得出；處理A2：施用與處理A1等氮量的控釋氮肥(375 kg·hm-2)；處理A3：施用90%處理A1等氮量的控釋氮肥(337.5 kg·hm-2)；處理A4：施用80%處理A1等氮量的控釋氮肥(300 kg·hm-2)；處理A5：施用70%處理A1等氮量的控釋氮肥(225 kg·hm-2)，處理A2-A5的用量水平參考劉全鳳[13]等人的方法設(shè)置；各處理種植一畦，每處理重復(fù)3次，每畦的規(guī)格為畦長8.5m、寬1.2 m；于3月6日采用50孔穴盤進行育苗，4月26日定植，株距45 cm，保苗數(shù)3.63×104株·hm-2。試驗中磷肥和鉀肥作基肥一次性施入；處理A1的40%氮肥作基肥施入，剩余60%的氮肥在結(jié)瓜初期與盛期分兩次等量隨灌水沖施；處理A2-A5的50%控釋氮肥作基肥施入，剩余50%的控釋氮肥在黃瓜開花座果的初期與盛期，分兩次等量施入；其他管理同日光溫室常規(guī)管理相同。

1.4 測定指標(biāo)

1.4.1 黃瓜葉片F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo測定。分別于6月10日、7月10日和8月10日，在黃瓜開花結(jié)瓜的初期、中期和末期，選擇生長點以下第6片葉，用Handy PEA植物效率分析儀，測定黃瓜葉片在暗適應(yīng)20 min后PSⅡ的最大量子產(chǎn)額(Fv/Fm)、葉片PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)等指標(biāo)，并計算：

qP=(Fm′-Fs)/ (Fm′-Fo′)，qN=(Fm-Fm′)/Fm′[14]

式中：Fo′為光照下最小熒光；Fm是最大熒光；Fs表示穩(wěn)態(tài)熒光；Fm′是光照條件下最大熒光；qP為化學(xué)猝滅系數(shù)；qN非光化學(xué)猝滅系數(shù)。各處理隨機測定6株，取其平均值。

1.4.2 黃瓜形態(tài)指標(biāo)與產(chǎn)量統(tǒng)計。在黃瓜結(jié)瓜初期(6月12日)，各處理隨機標(biāo)定8株，于結(jié)瓜中期(7月16日)測定株高和莖粗，并統(tǒng)計葉片數(shù)；每次收獲時統(tǒng)計植株的結(jié)果數(shù)和單株重量，記錄各處理產(chǎn)量，最后折合成kg·hm-2。

1.4.3 黃瓜品質(zhì)指標(biāo)測定。隨機選取不同處理的18個果實，測定其可溶性糖、可滴定酸、Vc、可溶性蛋白質(zhì)、游離氨基酸和硝酸鹽含量；Vc、可溶性蛋白質(zhì)、游離氨基酸、可溶性糖、可滴定酸和硝酸鹽含量均采用高俊鳳確定的方法進行[15]，重復(fù)3次,取其平均值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用DPS v6.55數(shù)據(jù)處理軟件和Excel 2010對數(shù)據(jù)進行整理、作圖與分析。用Duncan′s法進行差異顯著性分析，取P=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對黃瓜葉片最大量子產(chǎn)額(Fv/Fm)和PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)的影響

不同處理對黃瓜葉片最大量子產(chǎn)額(Fv/Fm)和PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)的影響見圖1、圖2。在黃瓜結(jié)瓜中期各處理Fv/Fm的值，均高于結(jié)瓜初期和末期的值，同一時期施用氮肥與控釋氮肥的各處理Fv/Fm值與CK相比，也呈增加趨勢(圖1)。隨著氮肥與控釋氮肥用量的不斷減少，F(xiàn)v/Fm呈現(xiàn)先增大而后降低的規(guī)律；當(dāng)控釋氮肥用量為337.5 kg·hm-2時(A3處理)，黃瓜結(jié)瓜初期、中期和末期的Fv/Fm值均最高，且Fv/Fm值大小變化規(guī)律為中期>末期>初期，分別為0.84、0.75和0.72。Fv/Fo的變化趨勢與Fv/Fm相似，不同處理在黃瓜結(jié)瓜初期、中期和末期，均以A3處理的Fv/Fo值最高，且Fv/Fo值大小順序也呈現(xiàn)中期>末期>初期的變化規(guī)律，A3處理的值分別為4.21、3.36和2.67(圖2)，這可能由于A3處理的營養(yǎng)配比均衡，黃瓜植株保持較強的生長活力，在黃瓜生長的中期，植株生長旺盛，從而植株葉片最大量子產(chǎn)額(Fv/Fm)和PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)也保持在較高的數(shù)值，這與前人在甘藍上的研究結(jié)果相一致[16]。

注：不同小寫字母代表同一時期不同處理在0.05水平上差異顯著。下同。

Note:Different small letters mean significant differences among treatments at the same day at 0.05 level.The same is as below.

圖1不同處理Fv/Fm值圖2不同處理Fv/Fo值
Fig.1Fv/Fmof different treatments Fig.2Fv/Foof different treatments

2.2 不同處理對黃瓜葉片化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)和非光化學(xué)猝滅系數(shù)(qN)影響

不同處理對黃瓜葉片化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)，均以黃瓜在結(jié)瓜中期為最高，施用氮肥和控釋氮肥的各處理qP值均高于CK處理，不同生長時期qP值的變化趨勢為中期>末期>初期；隨著控釋氮肥施用量的減少，不同時期qP值均呈現(xiàn)增加而后降低的規(guī)律，以采用控釋氮肥A3處理的qP值最高，在黃瓜結(jié)瓜初期、中期和末期，其qP值分別為0.39、0.49和0.45(圖3)。不同處理對黃瓜葉片非光化學(xué)猝滅系數(shù)(qN)的影響與qP值的變化剛好相反，黃瓜在不同生長時期，施用氮肥和控釋氮肥的各處理的qN值均低于CK值，而且各處理qN值呈現(xiàn)初期>末期>中期(圖4)。以A3處理的qN值最低，其在黃瓜結(jié)瓜的初期、末期和中期的值分別1.98、1.95和1.82，這說明在黃瓜葉片qP最高時，而qN卻最低，該結(jié)果與劉緩等[17]人的研究結(jié)果相一致。

圖3 不同處理qP值Fig.3 qP values of different treatments

圖4 不同處理qN值Fig.4 qN values of different treatments

2.3 不同處理對黃瓜產(chǎn)量性狀的影響

施用氮肥與控釋氮肥的各處理與CK相比，在株高、莖粗、葉片數(shù)、單株結(jié)瓜數(shù)、單株產(chǎn)量和產(chǎn)量等性狀表現(xiàn)上，其數(shù)值均高于不施氮肥的CK處理，而且隨著控釋氮肥用量的降低，黃瓜產(chǎn)量性狀有下降趨勢(表1)。以施用90%等氮量的控釋氮肥(337.5 kg·hm-2)的A3處理最高，各產(chǎn)量性狀分別較CK高12 cm、0.06 cm、4.1片、2.21個、0.50 kg和17.9 t·hm-2，究其原因可能是由于A3處理的N、P、K配比適宜，促進了黃瓜植株生長，尤其是反映在株高、莖粗和葉片數(shù)上；隨著植株生長勢的提高與葉片數(shù)量的增加，黃瓜光合能力增大，進而增強了其結(jié)瓜能力，植株產(chǎn)量也隨之增大。

表1 不同處理對黃瓜產(chǎn)量性狀的影響Table 1 Effects of different treatments on yield traits of cucumber

注：以上為8株的平均值；同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著,下同。

Note:The average values of 8 plants are listed in the table; different lowercase letters in the same column indicate significant differences at 0.05 level.The same is as below.

2.4 不同處理對黃瓜品質(zhì)的影響

不同處理對黃瓜品質(zhì)影響見表2，黃瓜果實中Vc、可溶性糖、游離氨基酸和可溶性蛋白的含量以A3處理最高，與CK相比分別高出19.0 mg·g-1FW、3.10 mg·g-1、48.0 mg·g-1FW和1.68 mg·g-1FW，而可滴定酸含量以A1處理最高，較CK高0.04%；果實中硝酸鹽的含量以不施氮肥的CK為最低，以生產(chǎn)上常用施化肥量A1最高，較CK高35.2 μg·g-1FW；隨著控釋氮肥用量的減少，果實中Vc、可溶性糖、游離氨基酸、可溶性蛋白與硝酸鹽含量有下降趨勢，不同處理間品質(zhì)指標(biāo)呈現(xiàn)一定差異；這說明以施用90%等氮量的控釋氮肥(337.5 kg·hm-2)的A3處理，其品質(zhì)最優(yōu)，這主要是由于處理A3營養(yǎng)配比適合于黃瓜果實內(nèi)營養(yǎng)成份的轉(zhuǎn)化，促進了Vc、可溶性糖、游離氨基酸、可溶性蛋白的合成，而硝酸鹽含量的高低與施入土壤中氮素水平有關(guān)，隨著氮肥施用量的降低，表現(xiàn)在果實內(nèi)硝酸鹽含量上也存在下降的趨勢，這與汪峰等人的研究結(jié)果相一致[18]。

表2 不同處理對黃瓜品質(zhì)影響Table 2 Effects of different treatments on cucumber quality

3 結(jié)論與討論

植物光合作用各過程產(chǎn)生的影響都可以通過體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)反應(yīng)變化反映出來[19]。Fv/Fm為PSⅡ的光化學(xué)效率，它反應(yīng)暗適應(yīng)下光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)效率，F(xiàn)v/Fo反映PSⅡ潛在活性[20]。本試驗條件下，當(dāng)采用控釋氮肥用量為337.5 kg·hm-2的A3處理時，在黃瓜結(jié)瓜初期、中期和末期，其Fv/Fm值顯著高于其他處理，說明本處理有利于黃瓜葉片葉綠素含量的提高，從而使葉片保持較高的最大量子產(chǎn)額，黃瓜葉片光合效率的提高，促進了葉片PSⅡ潛在活性的增強，因此本處理黃瓜葉片F(xiàn)v/Fo的數(shù)值與其他處理表現(xiàn)出顯著差異水平，其他配比由于營養(yǎng)失衡，導(dǎo)致光合電子傳遞速率變慢，反映在Fv/Fm和Fv/Fo值也表現(xiàn)出較低。qP的大小反映了光系統(tǒng)穩(wěn)定原初電子受體質(zhì)體醌(QA)的還氧狀態(tài)，其值大小反映QA重新氧化能力的強弱[21]，本試驗以采用控釋氮肥A3處理的qP值最高，并隨著控釋氮肥施用量的減少，不同時期qP值均呈現(xiàn)增加而后降低的規(guī)律，說明采用A3處理的控釋氮肥與外源的P、K肥配比，提高了黃瓜葉片電子流動的能力，其他處理的配比由于營養(yǎng)失衡，使土壤溶液產(chǎn)生了過高或過低的脅迫環(huán)境，影響了根系細胞生長，導(dǎo)致根系對其他離子的吸收受阻，進而影響了電子傳遞系統(tǒng)的通道，致使qP值變小；qN的大小表示的是光系統(tǒng)Ⅱ中光合機構(gòu)受傷害程度的高低[22]。本試驗中，不同處理對黃瓜葉片非光化學(xué)猝滅系數(shù)(qN)的影響與qP值的變化剛好相反，這說明施入土壤中的N素與P、K在配比不當(dāng)時，土壤溶液產(chǎn)生了逆境條件，從而使黃瓜葉片產(chǎn)生更強的非光化學(xué)淬滅機制，以減少對植株的危害程度[23]，因此表現(xiàn)在qP值呈現(xiàn)變小的時候，qN卻表現(xiàn)增大趨勢，這一研究結(jié)果與前人在娃娃菜、彩椒上的研究結(jié)果相同[24-25]。