覆蓋材料對(duì)西瓜氮代謝、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

張小紅，彭瓊，鄢 錚

（福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福州 350018）

0 引言

中國(guó)從20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始發(fā)展西瓜地膜覆蓋栽培技術(shù)，最初使用的是透明聚乙烯地膜，隨后發(fā)展出黑色膜[1-2]、銀灰色膜[3-4]、除草膜[5]、降解膜[6-8]等多種類(lèi)型地膜，目前生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的仍是透明聚乙烯地膜。由于透明聚乙烯地膜的高分子難分解屬性，生產(chǎn)上大量廢棄的地膜殘余在土壤中數(shù)百年都難以降解，造成嚴(yán)重的“白色污染”，亟需尋找一種既環(huán)保又增產(chǎn)、可替代聚乙烯地膜的覆蓋材料。已有研究大多集中在覆蓋材料對(duì)西瓜生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[2,9-10]，以及土壤酶活性[11-12]、水肥熱動(dòng)態(tài)變化[13-14]、經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比[15-16]等方面。關(guān)于覆蓋材料對(duì)西瓜植株氮代謝的影響迄今鮮見(jiàn)報(bào)道。植物的氮代謝，即氮素的吸收和同化，與植物體內(nèi)重要的生理進(jìn)程（如光合作用、光呼吸等）、作物產(chǎn)量和品質(zhì)等密不可分。筆者選取黑色防草無(wú)紡布（可降解）、菇渣、液態(tài)膜等具有無(wú)污染、可降解特點(diǎn)的覆蓋材料應(yīng)用在西瓜栽培上，以透明聚乙烯地膜為對(duì)照，綜合比較4 種覆蓋材料對(duì)西瓜生長(zhǎng)時(shí)期的氮代謝、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期篩選出一種兼具環(huán)保與增產(chǎn)功能的覆蓋材料，為西瓜綠色高效產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

供試‘惠蘭’西瓜由農(nóng)友種苗（中國(guó)）有限公司選育。

透明聚乙烯地膜（騰飛農(nóng)資線(xiàn)上工廠(chǎng)店），以下簡(jiǎn)稱(chēng)白膜，厚0.008 mm（0.8絲），寬2 m，成本約2070元/hm2。液態(tài)膜（連云港市金河液態(tài)地膜廠(chǎng)），成本約2250元/hm2，3個(gè)月可完全降解。黑色防草無(wú)紡布（伊布爾新材料有限公司），材料為pp丙綸，規(guī)格為70 g/m2，寬2 m，成本約6000 元/hm2，6 個(gè)月可完全降解。菇渣為海鮮菇收獲后的廢棄菇渣，由福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所食用菌研究室提供。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2021 年3—6 月在福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)地進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置4 個(gè)不同覆蓋處理，覆蓋材料為液態(tài)膜、黑色防草無(wú)紡布（簡(jiǎn)稱(chēng)黑布）、菇渣（覆蓋厚度2 cm），對(duì)照(CK)覆蓋材料為白膜。4個(gè)處理3次重復(fù)，1 個(gè)小區(qū)為1 個(gè)處理，面積為42 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。3月31日采用穴盤(pán)播種，試驗(yàn)地整畦施肥后，畦面覆蓋上述4 種不同覆蓋材料，4 月27 日定植，株距80 cm，雙蔓整枝，每株留2個(gè)瓜，其余田間管理方法同常規(guī)，6月22日采收果實(shí)。

1.3 樣品采集

分別于西瓜生長(zhǎng)的伸蔓期（5 月13 日）、始花期（5月27日）和膨瓜期（6月10日）采集各處理的植株頂端生長(zhǎng)點(diǎn)向下第5 片功能葉采用液氮冷凍處理后，儲(chǔ)存于-40℃低溫冰柜中待測(cè)。

1.4 測(cè)定方法

可溶性蛋白和全氮含量，以及谷氨酰胺合成酶(GS)、硝酸還原酶(NR)和谷氨酸脫氫酶(GDH)的活性測(cè)定參考文獻(xiàn)[17-18]的方法進(jìn)行。

在果實(shí)收獲期，統(tǒng)計(jì)各處理小區(qū)收獲的坐果數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量，計(jì)算平均單果質(zhì)量，通過(guò)小區(qū)產(chǎn)量折算出公頃產(chǎn)量。采用數(shù)顯測(cè)糖儀測(cè)定各處理同一天開(kāi)雌花的成熟西瓜中心和邊際可溶性固形物含量，重復(fù)3 次。Vc含量的測(cè)定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[19]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2013 和DPS 18.0 等軟件，采用SPSS 19.0進(jìn)行動(dòng)態(tài)相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片總氮含量的影響

由表1可知，各處理的西瓜葉片總氮含量在3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期均呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，伸蔓期的值為最高。黑布覆蓋處理的西瓜葉片總氮含量為所有處理中最高值，其次為CK、菇渣處理，液態(tài)膜處理為最低值。其中，黑布處理值極顯著高于其他處理，伸蔓期比CK高4.25%，始花期比CK高4.57%，膨瓜期比CK高7.23%；菇渣處理值在始花期和膨瓜期顯著或極顯著低于CK，伸蔓期比CK低4.49%，始花期比CK低8.16%，膨瓜期比CK低7.51%；液態(tài)膜處理值極顯著低于CK，伸蔓期比CK 低8.72%，始花期比CK 低12.94%，膨瓜期比CK低11.80%。

表1 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片總氮含量的影響 g/kg

2.2 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片可溶性蛋白含量的影響

由表2 可知，各處理的西瓜葉片可溶性蛋白含量在3 個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，始花期的值為最高。黑布覆蓋處理的西瓜葉片可溶性蛋白含量為所有處理中最高值，其次為CK、菇渣處理，液態(tài)膜處理為最低值。其中，黑布處理值顯著或極顯著高于其他處理，伸蔓期比CK 高6.52%，始花期比CK 高5.36%，膨瓜期比CK 高6.98%；菇渣處理值，伸蔓期和膨瓜期與CK 無(wú)顯著差異，始花期極顯著低于CK、比CK低8.93%；液態(tài)膜處理值極顯著低于CK，伸蔓期比CK 低10.87%，始花期比CK 低14.29%，膨瓜期比CK低9.30%。

表2 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片可溶性蛋白含量的影響 mg/cm2

2.3 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片NR活性的影響

由表3可知，各處理的西瓜葉片NR活性在3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，始花期的值為最高。黑布覆蓋處理的西瓜葉片NR活性為所有處理中最高值，其次為CK、菇渣處理，液態(tài)膜處理為最低值。其中，黑布處理值顯著或極顯著高于其他處理，伸蔓期比CK 高17.23%，始花期比CK 高13.23%，膨瓜期比CK高19.58%；菇渣處理值極顯著低于CK，伸蔓期比CK低21.57%，始花期比CK 低11.47%，膨瓜期比CK 低27.89%；液態(tài)膜處理值極顯著低于CK，伸蔓期比CK低34.18%，始花期比CK 低19.89%，膨瓜期比CK 低39.95%。

表3 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片NR活性的影響 μgNO2-N/(cm2·h)

2.4 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片GS活性的影響

由表4可知，各處理的西瓜葉片GS活性在3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，始花期的值為最高。黑布覆蓋處理的西瓜葉片GS活性為所有處理中最高值，其次為CK、菇渣處理，液態(tài)膜處理為最低值。其中，黑布處理值在伸蔓期與CK 無(wú)顯著差異，比CK 高3.47%；始花期極顯著高于CK，比CK高9.23%；膨瓜期顯著高于CK，比CK 高7.94%。菇渣處理值顯著或極顯著低于CK，伸蔓期比CK 低5.32%，始花期比CK 低6.86%，膨瓜期比CK低16.63%。液態(tài)膜處理值極顯著低于CK，伸蔓期比CK 低12.07%，始花期比CK 低11.35%，膨瓜期比CK低25.90%。

表4 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片GS活性的影響 μmol/(cm2·h)

2.5 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片GDH活性的影響

由表5 可知，各處理的西瓜葉片GDH 活性在3 個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期均呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，伸蔓期的值為最高。黑布覆蓋處理的西瓜葉片GDH 活性為所有處理中最高值，其次為CK、菇渣處理，液態(tài)膜處理為最低值。其中，黑布處理值在伸蔓期與CK無(wú)顯著差異，比CK 高9.45%；始花期顯著高于CK，比CK 高18.47%；膨瓜期極顯著高于CK，比CK高16.54%。菇渣處理值在伸蔓期與CK無(wú)顯著差異，比CK低9.72%；始花期與CK 無(wú)顯著差異，比CK 低15.27%；膨瓜期極顯著低于CK，比CK低26.21%。液態(tài)膜處理值顯著或極顯著低于CK，伸蔓期比CK 低13.06%，始花期比CK 低28.92%，膨瓜期比CK低37.14%。

表5 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片GDH活性的影響 μmol/(min·mg)

2.6 覆蓋材料對(duì)西瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

由表6可知，在各處理中，產(chǎn)量最高的是黑布覆蓋處理，為26815.2 kg/hm2，極顯著高于其他處理，比CK增加了23.99%；液態(tài)膜和菇渣處理的產(chǎn)量均極顯著低于CK；產(chǎn)量最低的是液態(tài)膜處理，比CK 降低了36.19%。中心和邊際可溶性固形物含量最高的是黑布處理，分別為14.9%、10.5%，極顯著高于其他處理，中心可溶性固形物含量比CK增加了2.05%，邊際可溶性固形物含量比CK增加了3.96%；液態(tài)膜和菇渣處理均極顯著低于CK；最低的是液態(tài)膜處理，中心可溶性固形物含量比CK降低了38.36%，邊際可溶性固形物含量比CK降低了49.50%。Vc含量最高的是黑布處理，與CK無(wú)顯著差異，極顯著高于液態(tài)膜和菇渣處理；Vc含量最低的是液態(tài)膜處理，比CK降低了25.75%。菇渣處理的果肉空心，其余處理的果肉肉質(zhì)緊密。

表6 覆蓋材料對(duì)西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.7 不同覆蓋處理西瓜產(chǎn)量與氮代謝相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表7 可知，不同覆蓋處理的西瓜產(chǎn)量與總氮含量呈顯著正相關(guān)，與NR活性呈極顯著正相關(guān)；總氮含量與NR活性呈顯著正相關(guān)，與GS、GDH活性呈極顯著正相關(guān)；可溶性蛋白含量與NR、GS活性呈極顯著正相關(guān)；NR 活性與GS 活性呈極顯著正相關(guān)，與GDH 活性呈顯著正相關(guān)；GS活性與GDH活性呈極顯著正相關(guān)。

表7 不同覆蓋處理西瓜產(chǎn)量與氮代謝相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

春季低溫導(dǎo)致生長(zhǎng)前期發(fā)育遲緩是福建地區(qū)西瓜栽培上經(jīng)常遇到的問(wèn)題，生產(chǎn)上利用地膜覆蓋可以起到降低田間蒸發(fā)、保溫保墑、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育的作用[20-22]。目前已報(bào)道的西瓜栽培覆蓋材料有黑膜、白膜、有色地膜、可降解地膜，還有稻草[23]、砂礫石覆蓋[24]等，不同覆蓋材料在保溫保濕性、透光率等方面都有差異。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，黑色防草無(wú)紡布的覆蓋效果優(yōu)于白膜、液態(tài)膜和菇渣，果實(shí)產(chǎn)量、可溶性固形物和Vc含量均極顯著高于其他處理，這可能是由于黑色防草無(wú)紡布特有的材質(zhì)特點(diǎn)，可以更好地吸收太陽(yáng)熱量保溫，保持土壤疏松狀態(tài)和微生物菌群的正常活動(dòng)，更有利于根系和地上部的協(xié)調(diào)生長(zhǎng)。相對(duì)于白膜來(lái)說(shuō)，黑色防草無(wú)紡布還可起到更好的防止雜草生長(zhǎng)的作用，而且此類(lèi)無(wú)紡布環(huán)?？山到?，不會(huì)造成環(huán)境污染，這與李婷等[9]研究結(jié)論一致。液態(tài)膜覆蓋的植株生育期間生長(zhǎng)緩慢，果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量也較差，可能是由于液態(tài)膜保水性和保溫性較差，這與楊軍等[16]的研究結(jié)論不同。菇渣覆蓋的透氣性好，但保溫保濕效果不及白膜，而且可能由于果實(shí)發(fā)育期間積溫不足，導(dǎo)致果實(shí)普遍出現(xiàn)空心問(wèn)題。

氮是植物生長(zhǎng)必需的礦質(zhì)元素，氮素代謝直接影響光合作用、呼吸作用、碳氮代謝的進(jìn)程，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[25-26]。鄢錚等[27-28]在甘薯和馬鈴薯上的研究表明，覆蓋栽培可顯著提高植株葉片全氮、可溶性蛋白含量和NR、GS、GDH的活性。代婧秋等[29]在附子上的研究表明，秸稈覆蓋顯著提高了氮代謝關(guān)鍵酶的活性。王帥等[30]在小麥上的研究表明，休閑期覆蓋可促進(jìn)植株氮素的運(yùn)轉(zhuǎn)、吸收和積累。本研究結(jié)果表明，黑色防草無(wú)紡布的覆蓋效果最佳，可顯著或極顯著提高葉片總氮、可溶性蛋白含量，以及NR、GS、GDH 的活性，這與上述幾個(gè)學(xué)者的研究結(jié)論具有一致性。NR是催化植物將吸收的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮的關(guān)鍵酶[31]，GS和GDH是植物氮代謝中心的多功能酶，參與調(diào)節(jié)多種氮化物的代謝[32-33]。相關(guān)性分析表明，不同覆蓋處理的西瓜產(chǎn)量與總氮含量呈顯著正相關(guān)，與NR活性呈極顯著正相關(guān)；總氮含量與NR 活性呈顯著正相關(guān)，與GS、GDH活性均呈極顯著正相關(guān)。因此推測(cè)覆蓋黑色防草無(wú)紡布可通過(guò)提高這3個(gè)關(guān)鍵酶的活性提高西瓜體內(nèi)NH4+和NO3-的同化能力，促進(jìn)氮代謝進(jìn)程的推進(jìn)，提升植株對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的吸收和利用水平，從而提高西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。這可從生理角度揭示覆蓋栽培西瓜增產(chǎn)的機(jī)理，在玉米[34]、甘薯[35]、馬鈴薯[36]、小麥[37]、花生[38]等多種作物上也都有覆蓋栽培增產(chǎn)的報(bào)道。

綜上所述，黑色防草無(wú)紡布處理的西瓜植株生長(zhǎng)勢(shì)和氮代謝能力強(qiáng)，產(chǎn)量高、品質(zhì)好，雖然價(jià)格比白膜貴，但從環(huán)保省工、生態(tài)效益等角度考慮，建議在西瓜生產(chǎn)上推廣使用黑色防草無(wú)紡布作為覆蓋栽培材料。筆者僅探討了不同覆蓋材料對(duì)西瓜氮代謝、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，關(guān)于其對(duì)根際土壤微生物菌群和水解酶等的影響有待下一步繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)工作。