鉀肥不同基追比例對西瓜葉片抗氧化酶、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

吳紹軍,孟佳麗,王夏雯,沈 虹,姜若勇,余 翔

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 宿遷農(nóng)科所，江蘇 宿遷 223800)

鉀是植物體內(nèi)多種酶的催化劑，是一種品質(zhì)元素，鉀素具有促進(jìn)植物體內(nèi)酶促反應(yīng)、增強(qiáng)光合作用、改善能量代謝和增強(qiáng)物質(zhì)合成與轉(zhuǎn)運(yùn)的功能。土壤鉀素含量不足，會影響作物對營養(yǎng)的吸收，從而限制作物的產(chǎn)量，同時也會使得農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降，施用鉀肥可以增強(qiáng)抗性，促進(jìn)生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)[1-2]。西瓜在園藝生產(chǎn)中十分重要，我國已連續(xù)多年保持世界第一西瓜生產(chǎn)大國的位置，西瓜產(chǎn)業(yè)在全國種植業(yè)發(fā)展中占有極其重要的地位[3]。西瓜是喜鉀作物，施用鉀肥可促進(jìn)西瓜的營養(yǎng)生長，顯著提高單瓜重量，提高產(chǎn)量，改善品質(zhì)[4-6]。西瓜生產(chǎn)需肥量大，對鉀肥等營養(yǎng)要求高，生產(chǎn)上由于鉀肥施用普遍不足、撒施、大水漫灌等不良栽培習(xí)慣[7]，引起鉀肥利用率不高，最終引起西瓜品質(zhì)下降[8-9]。因此，合理施用鉀肥，成為西瓜優(yōu)質(zhì)栽培的一個關(guān)鍵因素。關(guān)于鉀肥施用的研究，已在蔬菜、果樹、農(nóng)作物等大量開展。研究表明追施鉀肥后，果實(shí)單果重增加，產(chǎn)量和品質(zhì)提高[10-12]。許多研究認(rèn)為，施用鉀肥可提高蔬菜可溶性糖、可溶性蛋白和VC含量，降低硝酸鹽含量，改善蔬菜品質(zhì)。施用鉀肥過量或不足時將會降低果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量[13-15]。合理施用鉀肥可以促進(jìn)西瓜根系的生長發(fā)育[16]，有利于提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)[17]。董亞等[18]采用田間試驗(yàn)方法，研究鉀肥不同施用水平對西瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉀肥施用量為300 kg/hm2時，西瓜干物質(zhì)積累量最大，鉀素總吸收量最高，西瓜產(chǎn)量最高，且可溶性糖含量最高。孫興祥等[19]以早佳西瓜為材料研究發(fā)現(xiàn)，施用鉀肥可以促進(jìn)西瓜生長、提高含糖量、增加產(chǎn)量?？梢娾浄适┯脤ξ鞴袭a(chǎn)量和品質(zhì)影響至關(guān)重要。

隨著生活水平的提高，消費(fèi)者對西瓜品質(zhì)的要求日益提高，不僅關(guān)注其外觀品質(zhì)，且日益重視其內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)和西瓜風(fēng)味口感。合理施用鉀肥不僅是西瓜獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵，還是提高鉀肥利用，降低成本，減少環(huán)境污染的有效途徑[20]。目前關(guān)于西瓜施用鉀肥的研究大多集中在施肥種類[19]、施肥量[21]、施肥時期[22]等方面，關(guān)于鉀肥施用基追比例對西瓜葉片抗氧化酶活性、果實(shí)特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響很少有研究。因此，本試驗(yàn)以江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院宿遷農(nóng)科所自主選育的西瓜品種遷麗1號為試驗(yàn)材料，通過鉀肥不同基追比例施用，尋求它對鉀肥的需求規(guī)律，旨在為合理施用鉀肥提供依據(jù)，以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)者平衡施肥，從而降低肥料成本，西瓜提質(zhì)增產(chǎn)增收。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年1～7月在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院宿遷農(nóng)科所試驗(yàn)基地大棚內(nèi)進(jìn)行，供試西瓜品種為遷麗1號，供試土壤為壤土，基本理化性質(zhì)為：全氮3.08 g/kg、堿解氮558 mg/kg、有效磷64.1 g/kg、有效鉀362 mg/kg、有機(jī)質(zhì)97.9 g/kg、pH為7.16。供試肥料為：氮肥為尿素(含N 46%)、磷肥為過磷酸鈣(P2O512%)、鉀肥為硫酸鉀(K2O 50%)。試驗(yàn)地前茬種植辣椒，2018年2月18日西瓜采用穴盤基質(zhì)育苗，3月25日按株行距2.5 m×0.3 m定植，每667 m2栽培密度約889株，每小區(qū)面積20 m2，小區(qū)間設(shè)置3株作為保護(hù)行，每小區(qū)移栽西瓜15株。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按鉀肥的基肥及追肥比例的不同設(shè)6個處理(表1)： T0(CK，以不施鉀肥區(qū)作為對照)、T1(100%基施)、T2(75%基施+25%追施)、T3(50%基施+50%追施)、T4(25%基施+75%追施)、T5(100%追施)。每處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。各施肥處理氮、磷、鉀用量相等，即純N 200 kg/hm2，P2O580 kg/hm2，K2O 260 kg/hm2。鉀肥以水溶性硫酸鉀(含50% K2O)為肥源，氮肥以尿素(含N 46%)為肥源，磷肥以過磷酸鈣(含P2O512%)為肥源；各處理鉀肥分基、追兩次施入，磷肥一次性基施，氮肥30%基施，30%伸蔓期施用，30%膨果期施用，其他所有田間管理措施均保持一致。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生長指標(biāo) 定植30 d后，用皮尺測定植株的蔓長(莖基部到生長點(diǎn)距離)，觀察葉片數(shù)(莖基部向上開始算)。

1.3.2 生理指標(biāo) 葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑法測定[23]，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[23]，用紫外分光光度法測定過氧化氫酶(CAT)活性[23]，葉片丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸加熱顯色法測定[23]。

1.3.3 產(chǎn)量和果實(shí)性狀 西瓜接近成熟時，每小區(qū)隨機(jī)選取具有代表性的10個瓜計(jì)算單瓜質(zhì)量，計(jì)算出小區(qū)產(chǎn)量，折合成單位面積產(chǎn)量。

1.3.4 品質(zhì) 成熟期在各處理區(qū)內(nèi)，采集同一天授粉坐果的西瓜3個，果實(shí)硝酸鹽含量采用比色法測定[24]，可溶性固形物含量利用日本ATAGO公司的數(shù)字折射計(jì)ACT-1E直接測量，Vc含量采用2，6-二氯靛酚滴定法[24]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮蘭G-250染色法測定[24]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[24]，可滴定酸含量采用氫氧化鈉滴定法測定[24]。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

本試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均用Excel 2003進(jìn)行平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，并利用SAS 9.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉀肥不同基追比例對西瓜生長的影響

鉀肥不同基追比對西瓜生長的影響如表2所示：隨著鉀肥追施比例的增加，西瓜植株的蔓長和葉片數(shù)逐漸增加，當(dāng)達(dá)到T3基追比例各50%時，蔓長和葉片數(shù)均達(dá)到最大，與對照相比差異顯著。此后，隨著鉀肥追施比例的繼續(xù)增加，蔓長和葉片數(shù)卻逐漸變少，與對照相比差異不顯著。在蔓長方面，以T3最大，達(dá)到1.18 m，與T1、T2差異不顯著，與T4、T5、對照相比差異顯著。在葉片數(shù)方面，以T3處理最多，達(dá)到15.07片，各處理間差異不顯著，與對照相比差異顯著。

表2 鉀肥不同基追比例對西瓜蔓長和葉片數(shù)的影響

注：差異顯著性分析用SAS軟件系統(tǒng)Duncan’s法進(jìn)行，同列數(shù)值不同字母表示差異顯著水平達(dá)0.05。下同。

2.2 鉀肥不同基追比例對西瓜葉片中抗氧化酶活性和MDA含量的影響

從表3可以看出，各處理的SOD活性均高于對照，T1～T5的SOD活性比對照分別增加38.7、66.8、135.6、113.7、76.9 U/g，增旗率分別為6.9%、12.1%、24.5%、20.5%、13.9%?？偟膩碚fSOD活性先增加后降低，T3處理的SOD活性最高。不同處理相比，除了T2和T5外，各處理間差異顯著。隨著鉀肥追施比例的增加，各處理的POD活性先增強(qiáng)，在T3時達(dá)到最大值60.1 U/(g·min)，是對照的1.47倍；隨著鉀肥追施比例的繼續(xù)增加，POD活性又降低。但總的來說各處理的POD活性均高于對照，且差異顯著。在過氧化氫酶方面，各處理的CAT活性均高于對照，T3處理活性最高，達(dá)到473 U/(g·min)，可能是鉀肥施用后，開啟了相關(guān)酶的活性因子，改善了植株細(xì)胞關(guān)鍵酶的活性，進(jìn)而改善了植株葉片抗氧化酶的活性。

鉀肥追施后，與對照相比，丙二醛含量降低，且差異顯著。隨著鉀肥追施比例的增加，MDA含量逐漸減少，T3時達(dá)到最低；追施比例繼續(xù)增加后，丙二醛含量并沒有繼續(xù)減少，含量反而增加。可能是鉀過量，抑制了其他離子的吸收，抑制了酶活性，或者過量的鉀產(chǎn)生離子傷害，加速了植株葉片的老化。

表3 鉀肥不同基追比例對西瓜葉片抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響

2.3 鉀肥不同基追比例對西瓜果實(shí)性狀和產(chǎn)量的影響

鉀肥基追比對西瓜果實(shí)性狀的影響如表4所示：隨著鉀肥基追比例的增加，中心糖含量、邊糖含量、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑逐漸增加，當(dāng)基追比為50%時達(dá)到最大，然后逐漸降低。在中心糖方面，T3處理的含糖量最大，達(dá)到12.22%，與對照相比差異顯著，且與對照相比增加16.27%；在其余各處理間差異不顯著，但T3、T4、T5與對照相比差異顯著。在邊糖方面，T3處理最高，與對照差異顯著；在其他處理間差異不顯著；各處理與對照相比差異顯著。在果實(shí)縱徑和橫徑、果皮厚度方面，T3處理的果實(shí)縱徑、橫徑最大，果皮最薄，與對照相比差異顯著。

表4 鉀肥不同基追比例對西瓜果實(shí)性狀的影響

鉀肥基追比對西瓜單瓜重和產(chǎn)量的影響如表5所示：隨著鉀肥追施比例的增加，西瓜的單瓜重逐漸增加，T3時單瓜重最大；鉀肥追施比例達(dá)到T3以后，單瓜重反而降低。T3處理的單位面積產(chǎn)量最大，達(dá)到3038.01 kg/667 m2，比對照增產(chǎn)7.83%。說明鉀肥不是施用量越多越好，可能與品種、土壤質(zhì)地有關(guān)。

表5 鉀肥不同基追比例對西瓜單瓜重和產(chǎn)量的影響

2.4 鉀肥不同基追比例對西瓜品質(zhì)的影響

鉀肥基追比對西瓜果實(shí)品質(zhì)的影響如表6所示：總的來說，隨著鉀肥的施用，除了果實(shí)可滴定酸、硝態(tài)氮含量降低外，其余指標(biāo)均比對照增加，且差異顯著。隨著鉀肥追施比例的增加，西瓜果實(shí)可溶性糖含量逐漸增加，T3時達(dá)到最大，與對照相比差異顯著；T4、T5處理的可溶性糖含量反而較T3有所降低?？扇苄缘鞍缀蚔C的變化趨勢與可溶性糖類似，隨著鉀肥追施比例的增加，其含量先增加后減少，當(dāng)基追比各一半時，可溶性蛋白和Vc含量最大。隨著鉀肥基追比增加，可滴定酸含量降低，與對照相比差異顯著。

表6 鉀肥不同基追比例對西瓜品質(zhì)的影響

3 討論

3.1 鉀肥不同基追肥比例對西瓜葉片抗氧化酶和膜氧化產(chǎn)物的影響

酶促保護(hù)系統(tǒng)包括SOD、POD、CAT等酶，它們在植物體內(nèi)相互協(xié)調(diào)、共同作用，才能在一定程度上清除細(xì)胞內(nèi)活性氧，使之保持較低水平，減少其對膜結(jié)構(gòu)的傷害。SOD可以直接有效地催化超氧陰離子的歧化反應(yīng)，使其生成O2和H2O2，然后在POD和CAT的共同作用下，H2O2可以進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化為水從而徹底地清除活性氧。3種酶共同作用減少植物細(xì)胞內(nèi)自由基的含量，保護(hù)細(xì)胞不受傷害，因此抗氧化酶活性的高低在一定程度上反映了抗逆性的強(qiáng)弱[25-28]。丙二醛(MDA)是植物逆境下膜脂過氧化的主要產(chǎn)物，其含量的多少直接反映膜脂過氧化的程度。MDA含量的積累還可以加劇膜脂過氧化程度。在一定的含量范圍內(nèi)，MDA是膜脂傷害程度的重要指標(biāo)。MDA積累過多，會破壞膜結(jié)構(gòu)，損傷大分子生命物質(zhì)，引起一系列生理生化紊亂，導(dǎo)致植物死亡[29]。

李允等[30]研究不同濃度鉀離子對杜梨幼苗的影響發(fā)現(xiàn)，隨著鉀濃度的提高，葉片中SOD活性、CAT活性以及丙二醛含量呈現(xiàn)先降低后增加再降低的趨勢，而POD活性先降低后升高，說明在高鉀濃度和低鉀濃度條件下，杜梨均會受到脅迫。寶牡丹等[31]采用盆栽試驗(yàn)研究氮鉀肥對天然鹽堿脅迫下虉草葉片發(fā)現(xiàn)：在鹽堿脅迫下施氮鉀肥能顯著降低虉草葉片MDA含量，對葉片中的SOD和POD活性影響不顯著。張靜等[32]通過探討外源鉀對重金屬鎘脅迫下延胡索幼苗的緩解發(fā)現(xiàn)，隨著鎘濃度增加，其幼苗MDA含量一直升高，SOD活性一直降低，POD和CAT活性先升高后降低。本研究發(fā)現(xiàn)，不同比例的鉀肥基追比均可以不同程度提高西瓜葉片SOD、POD和CAT的活性，降低葉片MDA含量。其中T3處理(鉀肥基追比各一半)，葉片中各氧化酶活性最高，丙二醛含量最低。該研究結(jié)果與前人研究[33]基本一致。可能是隨著鉀肥追施比例的增加，植株葉片細(xì)胞內(nèi)酶活性增強(qiáng)，達(dá)到一定的追施量時，鉀過量導(dǎo)致酶活性降低，膜氧化產(chǎn)物MDA增加，植株細(xì)胞膜系統(tǒng)受到傷害[26]。這一點(diǎn)在劉政波[34]的研究中得到驗(yàn)證。

3.2 鉀肥不同基追肥比例對西瓜生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

在植物所需的營養(yǎng)元素中，鉀是重要的肥力因子。鉀是品質(zhì)元素，調(diào)控植株的生長，改善植株的代謝，進(jìn)而影響產(chǎn)量和品質(zhì)。西瓜品質(zhì)是由許多性狀共同構(gòu)成的一個綜合性狀，并且各個性狀之間相互聯(lián)系，構(gòu)成一個統(tǒng)一的有機(jī)體[35]。糖、糖分梯度、酸、維生素C、硝酸鹽等是評判西瓜品質(zhì)的重要技術(shù)參數(shù)和主要構(gòu)成因素，共同決定西瓜的果實(shí)風(fēng)味和營養(yǎng)品質(zhì)[36-37]。諸海燾等[5]以西瓜為試材，通過不同氮鉀用量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：施鉀后西瓜植株生長速度加快，植株干鮮樣質(zhì)量也相應(yīng)增加，果實(shí)糖酸比增加，鉀對提升西瓜品質(zhì)有較大作用，說明適當(dāng)增施鉀肥對提高西瓜口感有一定作用[9]。王西和等[20]通過對西瓜施用不同量的鉀肥發(fā)現(xiàn)，隨著鉀肥施用量的增加，西瓜主蔓直徑、株高增加，施鉀可增加單果重和產(chǎn)量，產(chǎn)量增幅12.1%～21.5 %，西瓜的可滴定酸、總糖度、可溶性固形物和VC增加，其中顯著提高果實(shí)VC含量46.6%～76.4%。孫興祥等[38]選擇早佳三號，在西瓜授粉后每間隔 5 d 施用膨大肥，研究不同時期施用膨大肥對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：西瓜適宜時期施用膨大肥，可促進(jìn)西瓜生長，顯著提高產(chǎn)量，并增加單果重、中心可溶性固形物含量，改善品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著鉀肥追施比例的增加，西瓜植株蔓長和葉片數(shù)增加，單瓜重和產(chǎn)量增加，果實(shí)中可溶性糖、可溶性蛋白、VC含量增加，硝酸鹽、可滴定酸含量減少。其中T3處理植株的生長指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo)、可溶性糖、可溶性蛋白和VC含量達(dá)到最大，硝酸鹽、可滴定酸含量最低。這一點(diǎn)與前人[22,39]的研究結(jié)果一致。孫興祥等[8]以早佳三號為試材，在西瓜最佳施肥量的基礎(chǔ)上，通過不同鉀肥基追比例試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同時期施用鉀肥對開花期葉片數(shù)、節(jié)位、蔓長有顯著促進(jìn)作用，這一點(diǎn)與本研究結(jié)果一致。但對西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)影響差異不顯著，與本研究結(jié)果相反。張玉鳳等[21]為探索西瓜的適宜施肥量和養(yǎng)分配比, 通過田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)增鉀處理的西瓜產(chǎn)量、Vc 含量、還原糖含量均最高,硝酸鹽含量最低。杜少平等[40]研究氮磷鉀不同施肥量和配施比例對砂田西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，隨著鉀肥用量的增加，西瓜產(chǎn)量增加，果實(shí)中含糖量、VC含量增加，硝酸鹽含量降低。究其原因可能是適宜的鉀濃度有利于西瓜幼苗的生長和葉綠素含量，進(jìn)而提高幼苗的生長質(zhì)量，促進(jìn)根系的生長發(fā)育，而不施鉀和高鉀處理會抑制幼苗的生長，但高鉀對根系生長的抑制作用不明顯[16,27]?；蛘呤氢浽诠夂献饔眠^程中通過調(diào)節(jié)氣孔和促進(jìn)葉肉阻抗力而提高葉片的光合速率，協(xié)調(diào)光合同化物的合成、運(yùn)輸與轉(zhuǎn)化，最終獲得改善果實(shí)品質(zhì)和增加產(chǎn)量的效果[41]。具體機(jī)理有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)鉀肥基追比各一半時，植株的葉片抗氧化酶活性最高，膜氧化產(chǎn)物含量最低；果形指數(shù)最優(yōu)，西瓜產(chǎn)量最高、品質(zhì)最優(yōu)。建議西瓜鉀肥基追比各50%最好。