水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片抗氧化酶及水氮利用的影響

馬新超，軒正英，閔昊哲，齊志文，成宏宇，譚占明，王旭峰

（1.塔里木大學(xué)園藝與林學(xué)學(xué)院 新疆 阿拉爾 843300；2.塔里木大學(xué)南疆特色果樹(shù)高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室 新疆 阿拉爾 843300；3.塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 新疆 阿拉爾 843300）

0 引 言

新疆南疆地區(qū)由于其獨(dú)特的地理氣候環(huán)境及豐富的光熱資源，已成為非耕地設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要地區(qū)，大力推廣設(shè)施園藝基質(zhì)栽培技術(shù)，推廣應(yīng)用簡(jiǎn)便、適用、可操作性強(qiáng)的基質(zhì)產(chǎn)品是推動(dòng)新疆非耕地設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[1]。而沙培由于其基質(zhì)易得、生產(chǎn)成本低、消毒徹底等優(yōu)勢(shì)[2]在新疆發(fā)展迅速并形成了一定規(guī)模，但沙培的水肥管控技術(shù)并不完善，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者為了達(dá)到高產(chǎn)的目標(biāo)盲目采用大水大肥的管理模式，因此，明確作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的水氮耦合效應(yīng)是當(dāng)前沙培技術(shù)發(fā)展中亟需解決的問(wèn)題。

水分和氮素是黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育必不可少的因素，同時(shí)也是可以人為調(diào)控的，已有的對(duì)黃瓜水氮耦合效應(yīng)的研究主要集中在植株生長(zhǎng)狀況、光合生理、水氮利用、產(chǎn)量及品質(zhì)等方面[3-10]，對(duì)生理酶類指標(biāo)影響的研究較少[11]。葉片酶類在作物同化物代謝、逆境應(yīng)激響應(yīng)、養(yǎng)分代謝等方面具有重要的調(diào)節(jié)功能，可作為生理代謝能力的指示劑[12]，水分和氮素的合理配施能夠充分發(fā)揮葉片酶功能的耦合效應(yīng)，促進(jìn)黃瓜各器官協(xié)調(diào)生長(zhǎng)，是提高產(chǎn)量和水肥利用效率的關(guān)鍵[13]。已有研究[14]表明，植物遭受逆境脅迫或在衰老過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除的平衡會(huì)遭到破壞，積累起來(lái)的活性氧就會(huì)對(duì)細(xì)胞造成傷害。當(dāng)脅迫程度較輕時(shí)，SOD(超氧化物歧化酶)、POD(過(guò)氧化物酶)和CAT(過(guò)氧化氫酶)可通過(guò)酶活力升高來(lái)清除體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧，使其不至對(duì)植物造成傷害。但隨著干旱程度的增加，這種平衡體系被破壞，使膜結(jié)構(gòu)損傷，活性氧清除系統(tǒng)中的SOD、POD 和CAT 活性下降，膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA(丙二醛)含量升高，并導(dǎo)致葉片內(nèi)可溶蛋白和葉綠素含量下降[15]。劉樹(shù)堂等[16]研究表明水分是影響玉米SOD、CAT、Pro（脯氨酸）、MDA 的最重要因素，肥料次之。張迪等[17]研究指出水氮對(duì)MDA含量及保護(hù)性酶活性具有較強(qiáng)的耦合調(diào)控效應(yīng)，在干旱條件下，適當(dāng)增施氮肥，或在氮素虧缺條件下，保證灌溉，可有效降低葉片MDA含量、提高葉片保護(hù)性酶的活性，促進(jìn)葉片細(xì)胞的生理活性。韋澤秀等[18]研究表明產(chǎn)量隨肥料和土壤含水率增加而增加，中水高肥處理在得到較高黃瓜產(chǎn)量的同時(shí)節(jié)約了水肥資源。但有關(guān)水氮耦合對(duì)沙培黃瓜抗氧化酶活性及水氮利用的系統(tǒng)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本試驗(yàn)設(shè)置施氮量和灌水水平兩因素并采用二次飽和D-最優(yōu)設(shè)計(jì)進(jìn)行田間試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)測(cè)定了沙培黃瓜葉片SOD、POD 和CAT 活性，MDA和Pro含量，并統(tǒng)計(jì)了黃瓜產(chǎn)量計(jì)算得出水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力，探討沙培黃瓜葉片抗氧化酶及水氮利用對(duì)水氮耦合的響應(yīng)特征，尋求較優(yōu)的水氮運(yùn)籌方案，為溫室沙培黃瓜水氮優(yōu)化管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概括

試驗(yàn)在塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站（81°17’E，40°32’N）7號(hào)節(jié)能型日光溫室內(nèi)進(jìn)行，水氮處理期間溫室內(nèi)溫濕度由RR-9100 自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如圖1所示，日平均溫度在20～30 ℃之間，濕度在50%～70%之間；供試黃瓜品種為“優(yōu)勝美”水果黃瓜；于2021年3月初育苗，黃瓜苗長(zhǎng)至3 葉1 心時(shí)定植，待緩苗5 d 后進(jìn)行水肥處理，7月下旬拉秧；栽培基質(zhì)為粗沙，其理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)6.53 g/kg、全氮1.29 g/kg、全磷0.24 g/kg、全鉀0.46 g/kg、堿解氮6.61 mg/kg、速效磷8.01 mg/kg、速效鉀38.34 mg/kg、硝態(tài)氮含量0.12 mg/kg、銨態(tài)氮含量3.32 mg/kg、pH 值7.49、EC值3.16 uS/cm。試驗(yàn)采用槽式栽培，栽培槽底部鋪有塑料薄膜以防止水肥滲漏，每個(gè)小區(qū)面積0.5 m×2.6 m=1.3 m2，深0.4 m，南北走向，設(shè)定株距為0.25 m，大行距為0.6 m，小行距0.3 m，進(jìn)行雙行栽培，每小區(qū)定植20株黃瓜，每公頃保苗5 萬(wàn)株；設(shè)7個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)21個(gè)小區(qū)和420株黃瓜，溫室東西兩側(cè)各設(shè)一行保護(hù)栽培槽。

圖1 溫室內(nèi)日平均溫濕度變化Fig.1 The daily average temperature and humidity change inthe greenhouse

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置灌水水平和施氮量二因素，采用二次飽和D-最優(yōu)設(shè)計(jì)（p=2 的6 點(diǎn)設(shè)計(jì)），并加設(shè)了一個(gè)處理T7 最高碼值處理，該處理只作參照，不參加回歸分析，以保持原方案的優(yōu)良性，為便于描述各處理，將灌水水平的-1 和1 碼值定義為低水和高水、其他靠近0的碼值定義為中水，施氮量的定義同理。試驗(yàn)設(shè)計(jì)具體方案見(jiàn)表1。

表1 黃瓜水氮耦合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Tab.1 Design scheme of water-nitrogen coupling experiment for cucumber

灌水上限最大值設(shè)為田間持水量的100%，最小值設(shè)為田間持水量的65%；土壤水分下限為每天早上8∶00時(shí)測(cè)得的各處理的實(shí)際基質(zhì)含水率，基質(zhì)含水率用DM-300土壤水分速測(cè)儀實(shí)時(shí)測(cè)定，并每隔20 d 采土用烘干法校準(zhǔn)，當(dāng)土壤含水率接近或降低至灌水下限60%時(shí)進(jìn)行灌溉，灌水量依公式（1）計(jì)算。試驗(yàn)所用大量元素肥料分別為尿素（含N 46%）、磷酸二氫鉀（含P2O551%）和硫酸鉀（含K2O 50%），依據(jù)基質(zhì)中的養(yǎng)分含量及養(yǎng)分平衡原則[19]設(shè)定磷鉀肥用量分別為290 kg/hm2和800 kg/hm2，氮磷鉀肥料均做追肥隨水施入，每隔5 d施肥一次，共計(jì)追施20 次，各處理氮肥每次等量施入，前7 次每次施入磷肥的7%，鉀肥的3%，剩余磷鉀肥每次等量施入，并視植株生長(zhǎng)情況適時(shí)適量噴施微量元素。

式中：r為土壤容重，為1.61 g/cm3；p為土壤濕潤(rùn)比，取100%；h為灌水計(jì)劃濕潤(rùn)層，取0.35 m；θf(wàn)為田間持水量，為14.02%；q1、q2為分別為土壤水分上限、土壤水分下限（以相對(duì)田間持水量的百分比表示）；η為水分利用系數(shù)，滴灌取0.9。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

（1）葉片生理指標(biāo)：分別于黃瓜苗期、花期、初瓜期、盛瓜期、末瓜期即將結(jié)束時(shí)進(jìn)行采樣，每處理選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株9株，摘取自上而下第四片完全展開(kāi)的葉片，將葉片帶回試驗(yàn)室擦拭干凈后剪碎，用錫箔紙包裹好后，迅速過(guò)液氮放入超低溫冰箱內(nèi)保存，待5個(gè)時(shí)期葉片樣品采集完成后進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。SOD、POD和CAT活性均使用ELISA酶聯(lián)免疫檢測(cè)試劑盒（江蘇科特）進(jìn)行測(cè)定，MDA 含量采用硫代巴比妥酸法[20]測(cè)定，Pro含量用酸性水合茚三酮法[20]測(cè)定。

（2）產(chǎn)量和水氮利用：從黃瓜根瓜坐住至拉秧，對(duì)采收的黃瓜果實(shí)使用百分之一天平直接稱重，統(tǒng)計(jì)每小區(qū)的產(chǎn)量，并折算每公頃產(chǎn)量；水氮處理后記錄各處理每次灌水量并折算每公頃灌水量；水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別由下式計(jì)算。

式中：PFPN為氮肥偏生產(chǎn)力，kg/kg；Y為產(chǎn)量，t/hm2；N為施氮量，kg/hm2。

式中：WUE為水分利用效率，kg/m3；ET為作物耗水量，m3/hm2；因本試驗(yàn)無(wú)外界的水分供給，作物耗水量即灌水量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用DPS 7.05 軟件對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行方差分析和回歸分析，選取LSD多重比較進(jìn)行方差分析（P＜0.05）；用Origin 2021制圖；用Excel 2019制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片抗氧化酶活性的影響

2.1.1 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片SOD活性的影響

不同生育期各處理葉片SOD活性如圖2所示，各處理葉片SOD 活性在整個(gè)生育期內(nèi)呈單峰曲線變化，從苗期開(kāi)始增加至盛瓜期時(shí)達(dá)到峰值而后下降。各生育期葉片SOD 活性最高的均為處理T4，最低的均為低水低氮的處理T1，同時(shí)高水低氮的處理T2在各生育期內(nèi)葉片SOD 活性僅高于處理T1而低于其他各處理，可見(jiàn)低施氮量對(duì)沙培黃瓜葉片SOD 活性的增加產(chǎn)生了抑制。在同一灌水水平下，除末瓜期外各生育期葉片SOD 活性均為T3＞T1，T6＞T7＞T2，表明增施氮肥能夠提升葉片SOD 活性，但過(guò)量施氮反而會(huì)使SOD 活性有所下降，末瓜期時(shí)葉片SOD 活性表現(xiàn)為T3＞T1，T7＞T6＞T2，高水高氮的處理T7 排名發(fā)生了變化，這可能是由于黃瓜末瓜期對(duì)養(yǎng)分需求較大所導(dǎo)致的。在同一施氮量下，花期、盛瓜期和末瓜期黃瓜葉片活性均為T2＞T1，T5＞T7＞T3，表明葉片SOD 活性隨灌水水平提高的變化趨勢(shì)同施氮量的一致，增加灌水水平能夠提升葉片SOD 活性，但過(guò)高的灌水水平會(huì)使SOD 活性有所下降，花期和初瓜期時(shí)黃瓜葉片活性表現(xiàn)為T2＞T1，T5＞T3＞T7，低水高氮的處理T3排名發(fā)生了變化，并且處理T3的葉片SOD 活性在各生育期內(nèi)均高于低氮處理的T1 和T2，表明在本試驗(yàn)中施氮量是影響葉片SOD 活性的主要因素，在黃瓜生育前期，低灌水水平下增施氮肥能夠滿足植株的正常生理代謝活動(dòng)。灌水水平和施氮量均處于中等水平的處理T4 在全生育期內(nèi)獲得最高的葉片SOD 活性，表明灌水水平和施氮量或高或低都不利于葉片SOD 活性的提升，適宜的水氮耦合方案才能獲得較高的葉片SOD活性。

圖2 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片SOD活性的影響Fig.2 Effects of water-nitrogen coupling on SOD activity in leaves of sand-cultivated cucumber

2.1.2 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片POD活性的影響

不同生育期各處理葉片POD活性如圖3所示，各處理葉片POD 活性在整個(gè)生育期內(nèi)整體上呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，在幼苗期時(shí)最低，為1 832.70～2 076.59 U/(g·h)，到盛瓜期和末瓜期時(shí)升高到最大值2 619.59～3 407.16 U/(g·h)。苗期、初瓜期和末瓜期時(shí)葉片POD 活性最高的是處理T5，花期和盛瓜期時(shí)葉片POD活性最高的是處理T4，低施氮量下的處理T1和T2在各生育期內(nèi)葉片POD 活性均低于其他處理，可見(jiàn)低施氮量會(huì)抑制沙培黃瓜葉片的POD 活性。在同一灌水水平下，除末瓜期外各生育期葉片POD 活性均為T3＞T1，T6＞T7＞T2，表明增施氮肥能夠提升葉片POD 活性，但過(guò)量施氮反而會(huì)使POD 活性有所下降，末瓜期時(shí)葉片POD 活性表現(xiàn)為T3＞T1，T7＞T6＞T2，高水高氮的處理T7 排名發(fā)生了變化，這可能是由于黃瓜末瓜期對(duì)養(yǎng)分需求較大所導(dǎo)致的。在同一低施氮量下，處理T1 和T2 的各生育期葉片POD 活性無(wú)顯著差異，可見(jiàn)低施氮量下無(wú)論灌水水平的高低都已經(jīng)對(duì)葉片POD 活性產(chǎn)生了抑制；在同一高施氮量下，除盛瓜期外，處理T5 的葉片POD 活性均高于處理T3 和T7，表明適宜的提高灌水水平可以提高葉片POD 活性，而在盛瓜期時(shí)葉片POD 活性為T3＞T5＞T7，但處理T3和T5 之間無(wú)顯著差異，可見(jiàn)盛瓜期時(shí)在高施氮量下提高灌水水平對(duì)葉片POD 活性無(wú)促進(jìn)作用，但灌水水平過(guò)高會(huì)使葉片POD 活性下降。從全生育期來(lái)看，處理T4和T5獲得了較高的葉片POD 活性，表明在適宜的灌水水平下保證充足的氮肥供應(yīng)能夠得到較高的葉片POD活性。

圖3 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片POD活性的影響Fig.3 Effects of water-nitrogen coupling on POD activity in leaves ofsand-cultivated cucumber

2.1.3 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片CAT活性的影響

不同生育期各處理葉片CAT活性如圖4所示，各處理葉片CAT 活性在整個(gè)生育期內(nèi)呈單峰曲線變化，苗期葉片CAT 活性最低，為738.17～875.97 U/(g·h)，升高至初瓜期各處理葉片CAT 活性達(dá)到最大值738.17～875.97 U/(g·h)而后下降。苗期和末瓜期時(shí)處理T5 的葉片CAT 活性最高，其他各生育期內(nèi)處理T4的葉片CAT活性最高，低施氮量下的處理T1和T2在各生育期內(nèi)葉片CAT 活性均低于其他處理，可見(jiàn)養(yǎng)分供應(yīng)不足會(huì)嚴(yán)重抑制沙培黃瓜葉片的CAT 活性。在同一灌水水平下，全生育期內(nèi)葉片CAT 活性均為T3＞T1，T6＞T7＞T2，表明增施氮肥能夠提升葉片CAT 活性，但過(guò)量施氮反而會(huì)使CAT 活性有所下降。在同一施氮量下，全生育期內(nèi)葉片CAT 活性均為T2＞T1，T5＞T3＞T7，可見(jiàn)在適宜范圍內(nèi)提高灌水水平可以提高葉片CAT 活性。從全生育期來(lái)看，處理T4和T5獲得了較高的葉片CAT 活性，且全生育期內(nèi)兩處理間無(wú)顯著差異，表明在適宜的水分供給下保證充分的氮肥供應(yīng)是獲得較高葉片CAT活性的關(guān)鍵。

圖4 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片CAT活性的影響Fig.4 Effects of water-nitrogen coupling on CAT activity in leaves of sand-cultivated cucumber

2.2 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片MDA 和Pro 含量的影響

不同生育期各處理葉片MDA 和Pro含量如表2所示。葉片MDA 含量在苗期最低，為9.16～9.86 umol/g，之后持續(xù)增長(zhǎng)，到末瓜期為15.05～31.14 umol/g，苗期時(shí)各處理間無(wú)顯著差異，其他生育期內(nèi)各處理間差異顯著。低施氮量下的處理T1 和T2的葉片MDA 含量在各生育期內(nèi)均獲得較高值，可見(jiàn)低施氮量會(huì)使葉片中的MDA 含量顯著增加。在同一灌水水平下，除苗期外處理T1 的葉片MDA 含量均低于處理T3 且兩處理葉片MDA 含量均處于較高水平，T6 的葉片MDA 含量均低于處理T2 和T7，表明過(guò)高過(guò)低的施氮量均會(huì)提高葉片MDA 含量。在同一施氮量下，除苗期外葉片CAT 活性均為T1＞T2，T3＞T7＞T5，且處理T1、T2 和T7 的葉片MDA 含量均獲得了較高值，表明灌水水平過(guò)高過(guò)低同樣會(huì)提高葉片MDA 含量。除苗期外處理T3 的葉片MDA 含量均最高，處理T4 的葉片MDA 含量均最低，可見(jiàn)低水高氮處理會(huì)顯著提高葉片MDA 含量，而灌水水平和施氮量均處于中等適宜水平的處理能夠抑制葉片MDA含量的積累。

表2 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片MDA和Pro含量的影響Tab.2 Effects of water and nitrogen coupling on MDA and Pro contents in Cucumber leaves

各處理葉片Pro 含量在整個(gè)生育期內(nèi)呈單峰曲線變化，苗期葉片Pro 含量最低，為712.04～34.71 μg/g，升高至初瓜期和盛瓜期時(shí)各處理葉片Pro 含量達(dá)到最大值28.79～49.73 μg/g 而后下降。低施氮量下的處理T1 和T2 的葉片Pro 含量在各生育期內(nèi)均低于其他處理，可見(jiàn)低施氮量處理會(huì)顯著降低葉片Pro 含量。在同一灌水水平下，全生育期內(nèi)葉片Pro含量均為T3＞T1，T7＞T6＞T2，表明增施氮肥會(huì)使葉片Pro 含量顯著上升。在同一施氮量下，處理T1 和T2 之間在全生育期內(nèi)無(wú)顯著差異，除末瓜期外葉片Pro 含量均為T3＞T5＞T7，表明在高施氮量下增加灌水水平會(huì)使葉片Pro 含量下降，末瓜期時(shí)葉片Pro 含量均為T3＞T7＞T5，可見(jiàn)此時(shí)89.40%的灌水水平已將葉片Pro 含量降低至閾值，過(guò)高的灌水水平反而會(huì)使葉片Pro 含量有小幅度的增加。全生育期內(nèi)葉片Pro 含量最高的均是處理T3,低施氮量下的處理T1 和T2 在各生育期內(nèi)獲得了較低值，而處理T4的葉片Pro 含量在各生育期內(nèi)均處于中等水平，表明增施氮肥會(huì)使葉片大量積累Pro，尤其是在低水高氮處理下現(xiàn)象更為明顯。

2.3 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜產(chǎn)量和水氮利用的影響

由表3可以看出，各處理間的灌水量、產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力均存在顯著差異，灌水量最多的是處理T6，為5 370.55 m3/hm2,較最少的T1多出3 204.04 m3/hm2；產(chǎn)量最高的是處理T5，為107.43 t/hm2是產(chǎn)量最低處理T2的4.08倍；水分利用效率最高的處理T3，為38.67 kg/m3，較最低的T2 高出33.67 kg/m3；氮肥偏生產(chǎn)力最高的是處理T1，為206.22 kg/kg，最低的是處理T7，為72.52 kg/kg，兩者相差了133.70 kg/kg。

表3 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜產(chǎn)量和水氮利用的影響Tab.3 Effects of water and nitrogen coupling on yield and water and nitrogen utilization of cucumber in sand culture

為更準(zhǔn)確地描述灌水水平、施氮量與瓜產(chǎn)量和水氮利用之間的關(guān)系，在此針對(duì)二次飽和D-最優(yōu)設(shè)計(jì)的矩陣特點(diǎn)，使用二次多項(xiàng)式回歸分析建立了以灌水水平編碼值（X1）和施氮量編碼值（X2）為因變量，產(chǎn)量和水氮利用的各項(xiàng)指標(biāo)為因變量的回歸方程，結(jié)果如表4所示，可知灌水水平與灌水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，灌水量隨著施氮量的增加呈開(kāi)口向下的拋物線趨勢(shì)，但并未達(dá)到顯著水平；產(chǎn)量隨著灌水水平和施氮量的增加均呈現(xiàn)出開(kāi)口向下的變化趨勢(shì)，產(chǎn)量受施氮量的極顯著影響，當(dāng)X1為-0.025 5，X2為0.553 6時(shí)，產(chǎn)量可以達(dá)到理論最高值115.93 t/hm2；施氮量與水分利用效率呈顯著正相關(guān)關(guān)系，灌水水平與水分利用效率呈負(fù)相關(guān)，但未達(dá)到顯著水平，當(dāng)X1為-1.000，X2為1.000 時(shí)，水分利用效率可以達(dá)到理論最高值38.67 kg/m3；施氮量與氮肥偏生產(chǎn)力呈極顯著負(fù)相關(guān)，氮肥偏生產(chǎn)力隨著灌水水平的增加呈開(kāi)口向下的拋物線趨勢(shì)，但并未達(dá)到顯著水平，當(dāng)X1為-0.434，X2為-1.000時(shí)，氮肥偏生產(chǎn)力可以達(dá)到理論最高值211.19 kg/kg。

表4 沙培黃瓜產(chǎn)量和水氮利用的二次多項(xiàng)式回歸分析Tab.4 Quadratic polynomial regression analysis of cucumber yield and water and nitrogen utilization in sand culture

3 討 論

3.1 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片抗氧化酶活性的影響

抗氧化酶類對(duì)清除植物體內(nèi)的活性氧，維持其代謝平衡起著重要的作用[21]。本研究中葉片SOD 和CAT 活性在全生育期內(nèi)呈單峰曲線變化，POD 活性在整個(gè)生育期內(nèi)整體上呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，這與已有研究結(jié)果[22,23]一致，但閆勇等[24]研究指出POD 活性變化是呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，而非單一上升，其防御作用有一定局限性，可能存在一個(gè)閾值，本研究結(jié)果與其相悖，這可能是由于本試驗(yàn)中的灌水水平和施氮量設(shè)置達(dá)不到POD 閾值的臨界值。SOD 在活性氧的清除系統(tǒng)中發(fā)揮著特別重要的作用，是植物體內(nèi)清除活性氧系統(tǒng)的第一道防線[25]。張麗瑩等[23]研究表明肥量充足的情況下中水處理最利于黃瓜葉片SOD 活性的提高，施肥量對(duì)整個(gè)生育期葉片中活性的影響均極顯著，全生育期內(nèi)中肥和高肥處理較低肥處理的SOD 活性顯著提高。韋澤秀等[26]研究表明在水分相同條件下，增加施肥量能夠提升黃瓜葉片SOD 活性，70%～80%土壤相對(duì)含水量處理黃瓜葉片SOD 活性較高，過(guò)高和過(guò)低土壤相對(duì)含水量都將影響葉片保護(hù)酶活性。本試驗(yàn)表明增加灌水水平和施氮量的能夠提升葉片SOD 活性，灌水水平和施氮量或高或低都不利于葉片SOD 活性的提升，適宜的水氮耦合方案才能獲得較高的葉片SOD 活性，這與以上研究者的研究結(jié)果一致。劉明學(xué)等[27]研究指出在施氮條件下，隨著水分脅迫的加劇葉片SOD 活性增加，這與本研究結(jié)果相反，這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)設(shè)置的最低65%灌水水平并未對(duì)植株正常生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生脅迫。

POD 和CAT 對(duì)H2O2具有類似的作用，是需氧生物清除H2O2過(guò)程中的關(guān)鍵性酶[28]。已有研究[17,23]表明中高水氮較好地發(fā)揮了葉片生理機(jī)能的水氮耦合效應(yīng)，葉片CAT 和POD 活性都有顯著提高的趨勢(shì)，本研究中處理T4和T5在全生育期內(nèi)獲得了較高的葉片POD 和CAT 活性，表明在適宜的灌水水平下保證充足的氮肥供應(yīng)能夠得到較高的葉片POD 活性和CAT 活性，這與前人研究結(jié)果相似。本研究中低氮處理的T1和T2無(wú)論灌水水平的高低在各生育期內(nèi)其葉片SOD、POD 和CAT 活性均低于其他處理，可見(jiàn)氮肥供應(yīng)不足導(dǎo)致清除氧自由基能力降低，抗氧化酶活性下降，這與已有研究結(jié)果一致[12,29]，并且總體上看，施氮量是影響抗氧化酶活性的關(guān)鍵，這與張迪等[17]的結(jié)論相悖，這可能是由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同，同時(shí)營(yíng)養(yǎng)匱乏的沙子作為栽培基質(zhì)時(shí)植株對(duì)養(yǎng)分供應(yīng)量較大所導(dǎo)致的。張麗瑩等[23]研究指出最佳施肥量處理在水果黃瓜生育前期為中肥，生育后期為高肥，本研究中末瓜期時(shí)葉片SOD 和POD 活性表現(xiàn)為T3＞T1 和T7＞T6＞T2，高水高氮的處理T7 排名發(fā)生了變化，較T6 有所提升，這是由于黃瓜末瓜期對(duì)養(yǎng)分需求較大所導(dǎo)致的，這與前者的研究結(jié)果相似。

3.2 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜葉片MDA 和Pro 含量的影響

MDA 是膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一，它的濃度可以表明細(xì)胞膜損傷程度大小[18]。本研究中MDA 含量在全生育期內(nèi)呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢(shì)，隨著植株的衰老而逐漸增加，這與已有研究結(jié)果[16,22]相符。已有研究[30,31]表明過(guò)高過(guò)低水分和氮肥耦合時(shí)呈現(xiàn)拮抗作用，葉片細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度高造成MDA 含量大量積累，本研究中灌水水平和施氮量的過(guò)高過(guò)低均會(huì)提升葉片MDA 含量與其一致。本試驗(yàn)同時(shí)表明灌水水平和施氮量均處于中等適宜水平的處理能夠抑制葉片MDA含量的積累，與張迪等[17]指出MDA 含量在中氮及中水處理下最少的這一結(jié)果一致。但陳修斌等[29]研究指出以充分灌溉和優(yōu)化施氮量組成的水氮組合，其娃娃菜葉片MDA 含量最低，與本試驗(yàn)結(jié)果有一定出入，這可能是由于試驗(yàn)設(shè)置的灌水水平和使用的栽培基質(zhì)不同所造成的。Pro 是植物體內(nèi)重要的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，葉片中較高的Pro 含量可調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)、提高抗逆性，延緩葉片衰老[28]。本試驗(yàn)中各處理葉片Pro 含量在整個(gè)生育期內(nèi)呈單峰曲線變化，這與郭嚴(yán)冬等[32]的研究結(jié)果一致，但有研究[18]提出葉片在進(jìn)入結(jié)瓜初期時(shí)已表現(xiàn)出生理干旱，Pro 含量隨結(jié)果期推進(jìn)而降低，這可能是由于供試品種和試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同所導(dǎo)致的。郭嚴(yán)冬等[32]研究表明在相同水分條件下，隨著施肥量增加葉片中Pro 含量逐漸升高；施肥量相同條件下，隨土壤供水量增加葉片中Pro 含量表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)，本研究中也得出了與其一致的結(jié)果。

3.3 水氮耦合對(duì)沙培黃瓜產(chǎn)量和水氮利用的影響

本研究中灌水水平與灌水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，灌水量隨著施氮量的增加呈開(kāi)口向下的拋物線趨勢(shì)，但未達(dá)到顯著水平，可見(jiàn)灌水水平?jīng)Q定了灌水量的多少，增施氮肥的植株長(zhǎng)勢(shì)旺盛，對(duì)水分的需求變大同樣會(huì)增加灌水量，而施氮量過(guò)高時(shí)可能會(huì)抑制植株吸收水肥的能力使灌水量所下降。產(chǎn)量隨著灌水水平和施氮量的增加均呈現(xiàn)出開(kāi)口向下的變化趨勢(shì)，符合報(bào)酬遞減規(guī)律，且產(chǎn)量受施氮量的極顯著影響，在適宜的灌水水平下增施氮肥是達(dá)到高產(chǎn)的關(guān)鍵，這與李銀坤等[9]的研究結(jié)果相似，戴明等[3]研究表明隨著灌水量和施氮量的增加，黃瓜的產(chǎn)量也呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，在大水高肥處理下黃瓜產(chǎn)量最高，這與本試驗(yàn)結(jié)果有一定出入，這是因?yàn)槠湓囼?yàn)中黃瓜是直接在溫室內(nèi)土壤上起壟種植的，可能存在水肥滲漏流失的現(xiàn)象，而本試驗(yàn)采用槽式栽培，栽培槽底部鋪有塑料薄膜以防止水肥滲漏。本研究中施氮量與水分利用效率呈顯著正相關(guān)關(guān)系，灌水水平與水分利用效率呈負(fù)相關(guān)，與前人[18,33]研究結(jié)果一致。Bai S等研究[34]表明在同一滴灌量水平下，氮肥偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加呈下降趨勢(shì)，本研究中施氮量與氮肥偏生產(chǎn)力呈極顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果與其一致，本研究同時(shí)表明氮肥偏生產(chǎn)力隨著灌水水平的增加呈開(kāi)口向下的拋物線趨勢(shì)，這是因?yàn)樵谶m宜的灌水水平下黃瓜能夠得到較高的產(chǎn)量從而提高氮肥偏生產(chǎn)力。本研究通過(guò)二次多項(xiàng)式回歸分析表明沙培黃瓜產(chǎn)量和水氮利用情況難以在某一水氮耦合方案下同時(shí)達(dá)到最大值，在適宜的灌水水平下增施氮肥是達(dá)到高產(chǎn)的關(guān)鍵，但灌水水平過(guò)高會(huì)直接降低水分利用效率，施氮量過(guò)高會(huì)直接降低氮肥偏生產(chǎn)力，在滿足高產(chǎn)條件的同時(shí)最大程度地減少水氮投入是制定科學(xué)合理水氮運(yùn)籌方案的關(guān)鍵，因此灌水水平和施氮量均處于中等碼值水平的處理T4為產(chǎn)量和水氮利用情況綜合表現(xiàn)最優(yōu)的處理。

4 結(jié) 論

（1）沙培黃瓜葉片SOD、CAT 活性和Pro 含量在整個(gè)生育期內(nèi)呈單峰曲線變化，POD 活性和MDA 含量在整個(gè)生育期內(nèi)呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。施氮量是影響抗氧化酶活性的關(guān)鍵，灌水水平和施氮量或高或低均會(huì)造成MDA 含量大量積累，降低SOD 活性，在適宜的灌水水平下保證充足的氮肥供應(yīng)能夠得到較高的葉片POD 活性和CAT 活性，低水高氮的處理T3 在各時(shí)期內(nèi)能獲得最高的葉片Pro 含量，處理T4 和T5 在全生育期內(nèi)均能獲得較高的抗氧化酶活性。

（2）灌水水平?jīng)Q定了灌水量的多少，黃瓜產(chǎn)量隨著灌水水平和施氮量的增加均呈現(xiàn)出開(kāi)口向下的變化趨勢(shì)，符合報(bào)酬遞減規(guī)律，低水高氮的處理T3可獲得最高的水分利用效率，在150 kg/hm2的施氮量下，可獲得最高的氮肥偏生產(chǎn)力。

（3）綜合以上各項(xiàng)指標(biāo)，處理T4 為本試驗(yàn)條件下的最優(yōu)處理（即灌水水平為80.20%，施氮量為623 kg/hm2），并考慮到當(dāng)灌水水平編碼值為-0.025 5，施氮量編碼值為0.553 6 時(shí)，產(chǎn)量可以達(dá)到理論最高值115.93 t/hm2，而且SOD 和POD 活性在末瓜期時(shí)需要增施氮肥才能保持在較高水平，因此在T4 處理作為最優(yōu)水氮運(yùn)籌方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)入末瓜期后適當(dāng)增施氮肥，能夠提升葉片生理代謝能力，達(dá)到高產(chǎn)的目標(biāo)同時(shí)提升水氮利用能力。