微咸水補(bǔ)灌條件下壓砂西瓜葉片氯含量對(duì)氮的響應(yīng)

田里　魏照清　王西娜　馬雅倩　張佳群　譚軍利

摘? ?要：為了明確施氮緩解因微咸水補(bǔ)灌引起的西瓜氯離子毒害機(jī)制，通過2年田間定位試驗(yàn)，設(shè)置5個(gè)氮水平，探討氯在西瓜葉片中的含量、分布及其與氮素的關(guān)系。結(jié)果表明，在西瓜生長期，適量施氮會(huì)增加葉片氯含量，而收獲期則表現(xiàn)為抑制作用。與對(duì)照（CK）相比，施氮180 kg·hm-2（T4）葉片氯含量在膨瓜期提高10.6%，在收獲期則降低21.3%。葉片氯累積量隨施氮量增加而增加，在膨瓜期最為明顯，T4處理比CK提高107%。氯主要集中在基部葉片和中部葉片，且與施氮量呈正相關(guān)，與葉片全氮含量呈負(fù)相關(guān)，中部葉氯含量與產(chǎn)量呈正相關(guān)?？梢?，在微咸水補(bǔ)灌條件下，適量施用氮肥可提高西瓜葉片氯含量與累積量，基部葉片氯含量與全氮含量互為消長關(guān)系。

關(guān)鍵詞：壓砂西瓜;葉片;氯;氮;微咸水灌溉

中圖分類號(hào)：S651 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2021）10-060-07

The response of chlorine content in leaves of watermelon to nitrogen in gravel-mulched field on the condition of brackish water irrigation

TIAN Li1， WEI Zhaoqing1， WANG Xina1， MA Yaqian1， ZHANG Jiaqun1， TAN Junli2

（1. School of Agriculture， Ningxia University， Yinchuan 750021， Ningxia， China; 2. School of Civil and Hydraulic Engineering， Ningxia University， Yinchuan 750021， Ningxia， China）

Abstract： In order to clarify the mechanism of nitrogen application in alleviating chloride toxicity of watermelon caused by supplementary irrigation with brackish water， two-year field positioning experiment with 5 nitrogen rates was conducted in this study. The results showed that the chlorine ion content and accumulation in leaves were changed with the growth period and the nitrogen application rate. With the development of the plant （from 65 days to 85 days after transplanting）， the chlorine concentration in watermelon leaves was increased by appropriate nitrogen application， but it was inhibited in the harvest stage. Compared with the control （CK）， the chlorine content in leaves of 180 kg·hm-2 （T4） nitrogen rate was increased by 10.6% in the expansion stage and it was decreased by 21.3% in the harvest stage. Meanwhile， the chlorine accumulation in leaves was increased with the increasing of nitrogen rate， especially in the expansion stage， when the cumulative amount of chlorine in leaves was increased by 107% compared with CK. Chlorine was mainly concentrated in basal and middle leaves， and it was increased by proper nitrogen rate. The contents of chlorine in different parts of leaves were positively correlated with nitrogen application rate， and negatively correlated with the total nitrogen content of leaves. Moreover， there was a positive correlation between chlorine content in middle leaves and watermelon fruit yield. In a conclusion， on the condition of brackish water irrigation， the content and accumulation of chlorine ions in watermelon could be significantly increased by a moderate amount of nitrogen fertilization， while it showed a mutual inhibition relationship with the total nitrogen content in basal leaves.

Key words： Watermelon in gravel-mulched field; Leaf; Chlorine; Nitrogen; Brackish water irrigation

氯是作物生長必需的微量元素之一，也是植株體內(nèi)含量最多的無機(jī)陰離子[1]。植株氯含量（w，后同）為0.03%～1.50%[2]，一般植株體內(nèi)的氯含量達(dá)到0.10%即可滿足作物生長所需，而有些植物（如煙草）體內(nèi)氯含量可高達(dá)10.00%以上[3-4]。氯元素廣泛存在于自然界中，土壤中平均氯含量為100 mg·kg-1，變幅為37～370 mg·kg-1[5-6]，可以滿足大部分植物生長發(fā)育的需要，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物很少會(huì)出現(xiàn)缺氯癥狀。但是，氯過多也會(huì)抑制植物生長，引發(fā)氯毒害作用，使植株體內(nèi)代謝受阻，激素分解、細(xì)胞停止生長，嚴(yán)重時(shí)則導(dǎo)致植株葉片尖端呈灼燒狀，葉緣僵枯，葉片發(fā)黃并提前脫落，作物減產(chǎn)甚至絕收[7-8]。

壓砂西瓜是寧夏中部干旱帶環(huán)香山地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，由于當(dāng)?shù)馗珊等彼?，農(nóng)民普遍采用地下微咸水進(jìn)行補(bǔ)灌[9-10]。微咸水補(bǔ)灌雖然可以有效緩解干旱，為作物提供生長所需的水分，但亦會(huì)使鹽分在土壤中不斷累積，導(dǎo)致土壤鹽漬化，并引起作物減產(chǎn)[11-12]。當(dāng)?shù)氐叵挛⑾趟械年庪x子以氯離子為主，濃度高達(dá)30.52 mmol·L-1。西瓜作為忌氯作物，對(duì)氯比較敏感，當(dāng)土壤中氯離子累積量或植株對(duì)氯離子吸收量達(dá)到一定程度時(shí)，生長必然受到抑制，從而引起產(chǎn)量和品質(zhì)下降。因此，長期采用微咸水補(bǔ)灌會(huì)嚴(yán)重威脅壓砂西瓜的可持續(xù)生產(chǎn)。

氮與氯之間存在相互作用。一方面，氯可以抑制土壤硝化作用，使銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化速度減慢[13];另一方面，當(dāng)土壤中的氯含量較高時(shí)，會(huì)抑制作物對(duì)NO3--N的吸收，使葉片中的NO3--N含量降低[14]。NO3--N是植株氮素營養(yǎng)的重要來源，氯和NO3--N具有相似的分子大小和相同電荷，陰離子通道對(duì)NO3--N的選擇性比氯強(qiáng)，兩者呈拮抗關(guān)系。在氯脅迫情況下，適量施用氮肥可抑制植物對(duì)氯的吸收[3]，因?yàn)檩^高的NO3--N濃度可以保證植物獲得足夠的氮素吸收和同化，促進(jìn)植株生長[15-18]。在用含氯離子的微咸水灌溉條件下，氮素能否緩解壓砂西瓜對(duì)氯離子的過量吸收，從而降低氯離子的危害還未見報(bào)道。

筆者在本研究中通過田間試驗(yàn)，分析含氯微咸水補(bǔ)灌條件下不同施氮量對(duì)西瓜葉片氯含量及分布的影響，闡明壓砂西瓜葉片對(duì)氯的吸收累積規(guī)律及其對(duì)氮水平的響應(yīng)，為葉片氯營養(yǎng)診斷、地下微咸水安全利用和氮肥合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)南部香山鄉(xiāng)紅圈子村，地理位置為東經(jīng)105 °08 ′，北緯37 °02 ′，地處內(nèi)蒙古高原和黃土高原的過渡地帶和寧夏中部干旱帶核心區(qū)，海拔1740 m，屬大陸性季風(fēng)氣候，干旱少雨，氣候干燥，年平均降水量約180 mm，年蒸發(fā)量為2100～2400 mm。日照充足，全年平均日照長達(dá)2700 h，光熱資源豐富，生長季節(jié)日照時(shí)數(shù)1080 h，日照百分率在60%以上，無霜期153 d，有效積溫2 529.3 ℃，晝夜溫差大。試驗(yàn)地0～20 cm土層的基本理化性狀分別為pH值8.73，有機(jī)質(zhì)含量（w，下同）8.69 g·kg-1，全氮含量0.18 g·kg-1，全磷含量0.40 g·kg-1，氯離子含量150.7 mg·kg-1，礦質(zhì)態(tài)氮含量（包括硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）6.10 mg·kg-1，速效磷含量4.84 mg·kg-1，速效鉀含量110.68 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試西瓜品種為金城5號(hào)，將西瓜苗嫁接在南瓜砧木上培育嫁接苗，由中衛(wèi)市金城種業(yè)有限責(zé)任公司提供。穴盤規(guī)格為54 cm×28 cm，營養(yǎng)缽上口徑為48 mm，下口徑為15 mm，深度為40 mm。分別于2017年4月14日至7月29日和2018年4月17日至7月21日開展田間試驗(yàn)。設(shè)置5個(gè)氮水平，分別用CK、T1、T2、T3、T4表示，3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。根據(jù)2017年西瓜產(chǎn)量對(duì)氮素的響應(yīng)，對(duì)2018年的施氮量進(jìn)行了調(diào)整，各處理對(duì)應(yīng)施肥量見表1。小區(qū)面積為12 m×8 m=96 m2，株距1.2 m，行距1.8 m，每小區(qū)總株數(shù)為40株。供試氮肥為尿素（含N≥46%），全部做追肥，分別以50%、35%、10%、5%在苗期、開花期、坐瓜期、膨瓜期結(jié)合滴灌追施?；手蠵2O5和K2O用量分別為75、45 kg·hm-2，供試肥料為重過磷酸鈣（含P2O5≥46%）和硫酸鉀（含K2O≥52%），追肥P2O5和K2O用量分別為9.6、6.3 kg·hm-2，在苗期、伸蔓期、坐瓜期分別施入磷酸二氫鉀（含P2O5≥52%，K2O≥34%）9.26、4.63、4.63 kg·hm-2。另外，在開花期和坐瓜期葉面噴施FeSO4、CuSO4、ZnSO4、H3BO3微量元素肥料各4.63 kg·hm-2。全生育期灌溉定額為2025 m3·hm-2。

1.3 樣品采集

2017年分別于移栽后55 d（伸蔓期）、65 d（開花期）、75 d（坐瓜期）、85 d（膨瓜期）、95 d（收獲期）采集植株樣品，每個(gè)小區(qū)選擇3株完整植株，分別稱量葉片、莖、根總鮮質(zhì)量，然后各取適量烘干，測(cè)定水分和干物質(zhì)含量，粉碎備用。

2018年分別于移栽后55 d（伸蔓期）、65 d（開花期）、75 d（坐瓜期）、85 d（膨瓜期）、95 d（收獲期）采集基部葉、中部葉和頂部葉（以瓜蔓基部至頂部的1/3、2/3、3/3進(jìn)行劃分）。西瓜生育期間，每個(gè)小區(qū)選擇3株西瓜，每株西瓜選擇其中一條蔓采集基部、中部、頂部葉片，裝入提前標(biāo)記好的塑封袋中，及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室烘干、粉碎。收獲期每個(gè)小區(qū)采集3株完整植株，分別稱量葉片（基部、中部、頂部）、莖、根總鮮質(zhì)量，然后各取適量烘干，測(cè)定水分和干物質(zhì)含量，粉碎備用。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

植株氯含量采用滴定法[19]測(cè)定;全氮含量用凱氏蒸餾定氮法[20]測(cè)定，凱氏定氮儀型號(hào)為KDY-9820;土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量采用KCL溶液浸提[21]，浸提液中的銨態(tài)氮用靛酚藍(lán)比色測(cè)定，硝態(tài)氮含量用紫外分光光度法測(cè)定，分光光度計(jì)為上海美譜達(dá)UV-1800PC。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Excel 2010軟件處理作圖，用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)西瓜葉片氯含量和累積量的影響

2.1.1 葉片氯含量 在西瓜生長期，葉片中氯含量均呈“S”型變化，在膨瓜期達(dá)到最高（圖1）。施氮會(huì)影響西瓜葉片中氯含量。在瓜苗移栽后55 d時(shí)，不同氮水平間葉片氯含量無顯著差異，平均值為17.58 g·kg-1。在65 d（開花期）時(shí)，葉片中氯含量隨施氮量增加呈增加趨勢(shì)，與CK相比，T1、T2、T3、T4葉片的氯含量分別提高17%、15.9%、20.9%、25.3%。在75 d（坐瓜期）時(shí)，T2處理葉片氯含量顯著高于其他處理，達(dá)23.26 g·kg-1，比CK顯著提高11%。在移栽后第85 d（膨瓜期）時(shí)，T4處理葉片中的氯含量最高，分別比CK、T1、T2、T3顯著提高10.6%、23.9%、8.4%、18.9%。在95 d（成熟期）時(shí)，葉片中氯含量隨施氮量增加呈遞減趨勢(shì)，T4處理比CK處理顯著降低21.0%。說明，施用氮肥會(huì)提高生長期內(nèi)西瓜葉片中氯含量，并促進(jìn)了收獲期氯向其他器官的轉(zhuǎn)移。

2.1.2 葉片氯累積量 西瓜葉片中氯累積量隨生育期和施氮量的不同而不同（圖2）。不施氮時(shí)葉片氯離子累積量隨西瓜生長呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，在收獲期達(dá)到最大，為13.41 kg·hm-2。施氮時(shí)，葉片氯離子累積量在膨瓜期（85 d）達(dá)到峰值，分別為13.00、15.31、16.39、19.50 kg·hm-2。高量施氮趨向于增加西瓜葉片中氯離子累積量，各生育時(shí)期均以T4處理最高。在開花期（65 d），T4處理葉片中氯累積量比對(duì)照顯著提高了127%。坐瓜期（75 d）葉片氯累積量隨施氮量增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但各處理間差異未達(dá)顯著水平。在膨瓜期（85 d），葉片中氯累積量隨施氮量增加而遞增，T4處理分別比CK、T1、T2、T3提高107%、50%、27%、19%。在成熟期（95 d），T4處理葉片氯累積量高于其他處理，達(dá)16.1 kg·hm-2?？梢?，施氮會(huì)促進(jìn)氯在葉片中的累積。

2.2 施氮量對(duì)植株不同層位葉片氯含量的影響

圖3-A為頂部葉片氯含量，在瓜苗移栽后55 d，頂部葉片氯含量以T4處理最高，為13.12 g·kg-1，且與T3處理之間存在顯著差異;在65 d和75 d時(shí)，頂部葉片氯含量分別以T2和T3處理的最高，比CK顯著提高51.7%和 44.5%;在85 d時(shí)，以T4處理最高，T1處理最低，兩者相差84.0%;在95 d時(shí)，T4與T2間存在顯著差異，兩者相差43.2%。說明在西瓜生育前期（伸蔓期和坐瓜期）中量施氮（90～135 kg·hm-2）有利于氯在頂部葉片的累積，西瓜生育后期（膨瓜期和成熟期），高量施氮處理（180 kg·hm-2）促進(jìn)了氯在頂部葉片的累積。

中部葉片中的氯含量受氮水平的影響較大（圖3-B）。在瓜苗移栽后的55 d時(shí)，T3處理的氯含量顯著高于CK、T2、T4;在65 d至95 d時(shí)，中部葉片氯含量均以T2處理最高，分別為25.92、26.74、27.99、26.74 g·kg-1?？梢姡械裙┑酱龠M(jìn)了氯在中部葉片的累積。

基部葉片中的氯含量隨生育期變化的幅度較小，各施氮處理間因生育期不同而異（圖3-C）。在瓜苗移栽后55 d，基部葉氯含量隨施氮量增加而增加，T4處理比T1處理提高49.1%。在瓜苗移栽后75 d時(shí)，T3處理氯含量最高，比CK處理顯著提高26.7%。在瓜苗移栽后95 d時(shí)，T2處理氯含量顯著高于其他處理，分別比CK、T1、T3、T4顯著提高29.6%、23.7%、31.6%、24.5%?？梢?，適量施用氮肥亦可促進(jìn)氯在基部葉片中的累積。

綜合來看，在瓜苗移栽后55 d時(shí)，氯離子平均含量表現(xiàn)為基部葉>中部葉>頂部葉，分別為15.47、13.01、12.07 g·kg-1;65～85 d，表現(xiàn)為中部葉>基部葉>頂部葉;95 d（成熟期），表現(xiàn)為基部葉>中部葉>頂部葉，分別為24.04、23.04、20.22 g·kg-1?？梢?，氯主要累積在西瓜基部葉和中部葉，適量施用氮肥提高了不同部位葉片的氯含量。

2.3 葉片氯含量與供氮、吸氮和西瓜產(chǎn)量的關(guān)系

施氮量與不同部位葉片中氯含量總體呈正相關(guān)（表2）。在瓜苗移栽后55 d時(shí)，施氮量與基部葉片含氯量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.849 3;在瓜苗移栽65、75 d，施氮量與中部葉片氯含量之間的相關(guān)系數(shù)較大，并在75 d時(shí)達(dá)顯著水平;到85、95 d時(shí)，施氮量與頂部葉片氯含量之間的相關(guān)性較高。說明西瓜生育前期施氮量主要影響基部葉片氯含量，中期對(duì)中部葉片氯含量影響較大，而后期則與頂部葉片氯含量關(guān)系密切。

土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量與基部和中部葉片氯含量的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平，與頂部葉片在瓜苗移栽后85 d（膨瓜期）呈顯著正相關(guān)，即土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量的增加會(huì)促進(jìn)氯向頂部葉轉(zhuǎn)移;在瓜苗移栽后95 d（成熟期），兩者之間則呈顯著負(fù)相關(guān)，即收獲期土壤礦質(zhì)態(tài)氮抑制了氯向頂部葉的轉(zhuǎn)移。

基部葉片全氮含量與氯含量之間的關(guān)系較為密切，從伸蔓至膨瓜期均呈負(fù)相關(guān)，并在伸蔓期達(dá)顯著水平。中部葉片和頂部葉片與氯含量之間在收獲期呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)顯著水平?？梢姡~片全氮與氯含量總體上互為消長關(guān)系，以基部葉片較為顯著。

對(duì)西瓜產(chǎn)量而言，中部葉片氯含量與西瓜果實(shí)產(chǎn)量之間呈正相關(guān)，且相關(guān)性較強(qiáng)，并在成熟期達(dá)到顯著水平。這表明中部葉片氯離子含量與西瓜產(chǎn)量之間的關(guān)系較為密切。

3 討 論

3.1 氮肥對(duì)西瓜葉片氯含量和分布的影響

葉片的主要功能是進(jìn)行光合作用，而氯通過影響葉片氣孔開閉而影響光合作用。因此，葉片可作為氯營養(yǎng)診斷的指示器官。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在苗期至膨瓜期，適量施氮會(huì)增加西瓜葉片氯含量，這與王興梅等[22]對(duì)蘋果的研究結(jié)果一致。收獲期施用氮肥降低了葉片氯含量，可能原因是成熟期葉片中的氯離子向生殖器官轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致葉片中氯含量逐漸降低[23]，而轉(zhuǎn)移速率可能受到施氮量的影響，這有待進(jìn)一步研究。西瓜葉片中氯累積量隨施氮量增加而增加，主要是因?yàn)槭┯玫蚀龠M(jìn)了西瓜生長和干物質(zhì)的累積[24]。

植株對(duì)氯的吸收是作物根系生長的主動(dòng)吸收和氯被動(dòng)遷移共同作用的結(jié)果[25]。氯在植物體內(nèi)容易移動(dòng)，會(huì)優(yōu)先滿足生長中心的需求[4]。因此，不同層位葉片的氯含量會(huì)因氯離子供應(yīng)狀況和生育期而有所差異。本研究結(jié)果表明，西瓜生長前期，氯主要積累在基部葉片，中期轉(zhuǎn)移到中部葉片，至成熟期又移至基部葉片，原因是生長前期和成熟期，西瓜植株生長較慢，對(duì)氯離子的需求量較少，而土壤供應(yīng)量較多，過多的氯離子會(huì)累積在基部葉片，生長中期植株對(duì)氯離子需求量較大，而此時(shí)中部葉片是光合作用的主要部位，因此氯離子主要累積在中部葉片。這與彭成林等[26]對(duì)烤煙的研究結(jié)果一致，但與唐年鑫等[1]在水稻和棉花等作物上的研究結(jié)果不同，可能與作物的收獲器官不同有關(guān)，這有待進(jìn)一步研究。

3.2 植物葉片氯含量與供氮、吸氮和產(chǎn)量關(guān)系

植物體需氯量相對(duì)較少，與其他離子之間存在拮抗或促進(jìn)的作用[27]。離子間的拮抗和促進(jìn)作用也會(huì)影響植株對(duì)氯的吸收。氯與NO3-、H2PO4-之間存在拮抗作用[28-30]，NH4+則促進(jìn)氯的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)[31]。氯可以降低作物體內(nèi)硝酸鹽含量，提高氮素利用效率，還可抑制土壤中氮的硝化[32]。盧紅霞[33]在馬鈴薯、廖易[34]在大白菜、王德清等[35]在春小麥上的研究均發(fā)現(xiàn)氯明顯抑制作物對(duì)氮素的吸收和利用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同層位葉片氯含量與施氮量呈正相關(guān)，這進(jìn)一步證明了適量施用氮肥可以促進(jìn)植株對(duì)氯離子的吸收。不同層位葉片氯含量與土壤的礦質(zhì)態(tài)氮含量的關(guān)系因生育期和葉位而變化，膨瓜期土壤礦質(zhì)態(tài)氮顯著促進(jìn)了氯向頂部葉片轉(zhuǎn)移;成熟期則抑制氯向頂部葉片轉(zhuǎn)移。同時(shí)，不同層位葉片氯含量與全氮含量之間總體上呈負(fù)相關(guān)，表明兩者互為消長關(guān)系，即葉片中高含量的氮素會(huì)抑制作物對(duì)氯的吸收?？梢?，適量施用氮肥會(huì)緩解氯在植物體的累積，這與Geilfus[3]的觀點(diǎn)一致。

適量氯肥有利于提高作物產(chǎn)量。王芳等[36]研究表明，適量施用氯化鉀可提高西瓜產(chǎn)量。王興梅等[22]發(fā)現(xiàn)，中短期施氯不會(huì)對(duì)蘋果產(chǎn)量產(chǎn)生影響。施用一定范圍（170～1481 kg·hm-2）含氯肥料亦能增加獼猴桃產(chǎn)量[37]。本研究進(jìn)一步證明，適量施氯有利于西瓜產(chǎn)量的提高，因?yàn)橹胁咳~片氯含量與西瓜果實(shí)產(chǎn)量之間在整個(gè)生育期內(nèi)均呈正相關(guān)，且在成熟期達(dá)顯著水平。同時(shí)，與基部葉片和頂部葉片相比，中部葉片與西瓜產(chǎn)量的關(guān)系更為密切，因此，中部葉片也許可作為判斷氯離子豐缺的指示器官，這需要進(jìn)一步的試驗(yàn)證明。

4 結(jié) 論

在微咸水灌溉條件下，適量施用氮肥可提高葉片中氯含量和累積量，氯離子主要累積在基部葉片和中部葉片中。葉片中氯含量與施氮量呈正相關(guān)，與葉片中全氮含量互為消長關(guān)系;中部葉的氯含量與產(chǎn)量關(guān)系較為密切，呈正相關(guān)。

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