水氮耦合對(duì)河西地區(qū)西瓜成熟期生長的影響

蔡子文 趙朔陽 劉彬漢 田靖

收稿日期：2024 - 02 - 11

基金項(xiàng)目：甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（2022GAAS-CGZG03）；甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院條件建設(shè)項(xiàng)目（2022GAAS-TJJS04）。

作者簡介：蔡子文（1978 — ），男，甘肅永昌人，副研究員，主要從事經(jīng)濟(jì)作物育種與栽培研究及技術(shù)示范推廣工作。Email： 550812086@qq.com。

摘要：研究不同水氮對(duì)甘肅省河西地區(qū)西瓜生育后期生長狀況的影響，為西瓜合理栽培提供技術(shù)支撐。以西研8號(hào)為指示品種，采用田間裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主處理為3個(gè)灌水量：分別為田間最大持水量80%、65%、50%，副處理為4個(gè)施氮量，分別為施N 0、100、200、300 kg/hm2，對(duì)西瓜生育后期傷流液量、可溶性蛋白（SP）、谷氨酰胺合成酶（GS）、硝酸還原酶（NR）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、根系脫氫酶活性含量及西瓜生長狀況進(jìn)行了檢測。結(jié)果表明，灌水量為田間最大持水量的80%時(shí)施N 200 kg/hm2處理傷流液量最高，為32.04 mg/h；西瓜SP含量最高，為4.62 mg/g；水氮均顯著影響西瓜根系脫氫酶活性，田間最大持水量65%處理最大，平均達(dá)84.06 μg/（g·h）。GS、NR及根系活力在施N 100、200 kg/hm2處理中隨灌水量增加呈先升后降的趨勢，且田間最大持水量65%處理最高。綜合評(píng)價(jià)可知，田間最大持水量65%下施N 200 kg/hm2處理西瓜成熟期生長綜合評(píng)價(jià)得分最高，為0.72，西瓜生育后期生長狀況最佳，適宜河西地區(qū)西瓜品種西研8號(hào)的水肥管理。

關(guān)鍵詞：西瓜；氮代謝酶；根系活力；抗逆指標(biāo)；綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：S651? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2097-2172（2024）04-0364-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.04.012

Effects of Water and Nitrogen Coupling on the Growth of Watermelon

during Maturity in Hexi Region

CAI Ziwen， ZHAO Shuoyang， LIU Binhan， TIAN Jing

（Zhangye Water-saving Agriculture Experimental Station， Gansu Academy of Agricultural Sciences，

Zhangye Gansu 734000， China）

Abstract： In order to explore the effects of water and nitrogen coupling on the late stage of growth of watermelon in Hexi region of Gansu Province， Xiyan 8 was used as test material， a field split-plot experiment was conducted with 3 main treatments of 80%， 65% and 50% field capacities， and 4 secondary treatments of N 0 kg/ha， N 100 kg/ha， N 200 kg/ha and N 300 kg/ha nitrogen application rates， and a total of 12 treatments were set up. The amount of wound fluid， soluble protein content（SP）， glutamine synthetase（GS）， nitrate reductase（NR）， catalase （CAT）， peroxidase （POD）， root dehydrogenase activity and growth status were detected. The results showed that 80% field capacity+N 200 kg/ha had the highest fluid volume （32.04 mg/h） and SP content （4.62 mg/g）. Water and nitrogen significantly affected the root dehydrogenase activity of watermelon， and 65% field capacity treatment was the highest with an average of 84.06 μg/（g·h）. GS， NR and root activity increased firstly and then decreased with the increase of irrigation amount in N 100 kg/ha and N 200 kg/ha treatments and were both peaked at 65% field capacity. The overall evaluation showed that 65% field capacity+N 200 kg/ha treatments had highest scores of comprehensive evaluation of watermelon growth at maturity stage（0.72）， the growth of watermelon in this treatment group was the best at the late stage， which was suitable for Xiyan 8 watermelon cultivation in Hexi region.

Key words： Watermelon; Nitrogen metabolizing enzyme; Root vigor; Stress resistance index; Comprehensive evaluation

西北地區(qū)水資源短缺，甘肅省水資源更是“瀕臨失調(diào)”。隨著工業(yè)迅猛發(fā)展和環(huán)境污染等問題的加重，用于灌溉的水資源將愈加匱乏［1 ］。人們?cè)谧非筠r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化時(shí)，往往會(huì)投入大量化肥，再加上常年連作等，導(dǎo)致土壤質(zhì)量及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的下降［2 ］。

西瓜是河西地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)農(nóng)業(yè)增收、農(nóng)民增效發(fā)揮著重要作用，但面對(duì)河西地區(qū)干旱缺水的情況，如何在提質(zhì)增產(chǎn)的基礎(chǔ)上高效利用水氮資源是當(dāng)下亟待解決的問題［3 ］。近年來，國內(nèi)外對(duì)定植后西瓜生長階段生理特性等方面進(jìn)行了諸多研究，如過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等在西瓜抗病生理機(jī)制中的作用［4 ］；氮代謝酶對(duì)植物氮素吸收和同化的影響［2， 5 - 7 ］；以及根系活力與傷流液量的關(guān)系及對(duì)植物生長的影響［8 - 10 ］。水肥一體化技術(shù)條件下灌水定額和施肥量對(duì)西瓜株高、莖粗和產(chǎn)量等指標(biāo)產(chǎn)生直接的影響。分析比較現(xiàn)有文獻(xiàn)，大多研究主要針對(duì)各處理在西瓜不同生育期的影響，而有關(guān)水氮對(duì)西瓜成熟期后生長狀況評(píng)價(jià)的研究尚不多見。本研究分析了不同施氮量與灌水量的耦合效應(yīng)對(duì)成熟期西瓜抗逆性、氮代謝、傷流強(qiáng)度及根系活力的影響，旨在為西瓜合理栽培提供技術(shù)支撐。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2023年4 — 8月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張掖節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站（38° 56′ N、100° 26′ E，海拔1 570 m）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)地處河西走廊中段，黑河中上游。該區(qū)域干旱少雨，年降水量約130 mm，年均氣溫7.38 ℃。試驗(yàn)地播前耕層土壤基本理化性狀為有機(jī)碳7.90 g/kg，全氮0.77 g/kg，全磷0.14 g/kg，全鉀13.90 g/kg，全鹽1.74 g/kg，pH 8.22。

1.2? ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)于2023年3月1日進(jìn)行溫室育苗，3月24日開始煉苗，4月5日選取生長基本一致的兩葉一心幼苗定植。定植后即澆灌定根水，緩苗25 d后進(jìn)行水分處理，其余田間操作與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植方式一致。

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為3個(gè)灌水量，分別設(shè)田間最大持水量（W）下限80%（I 80%）、65%（I 65%）和50%（I 50%），灌水上限統(tǒng)一設(shè)定為田間最大持水量上限95%。水分控制采用墑情自動(dòng)監(jiān)測與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)管理。副處理為4個(gè)施氮量，施N量為0 kg/hm2（N 0）、100 kg/hm2（N 100）、200 kg/hm2（N 200）和300 kg/hm2（N 300）。氮肥選用尿素（N 46%），40%做基肥，其余追肥（伸蔓期15%、結(jié)果期10%、膨果前期20%、膨大中期15%）。磷肥選用普通過磷酸鈣（P2O5 18%），施P2O5 量180 kg/hm2，做基肥施入；鉀肥采用硫酸鉀（K2O 50%），施K2O量75 kg/hm2，做基肥施入，肥料均隨水滴灌。試驗(yàn)共設(shè)12個(gè)處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積150 m2。

1.3? ?測定項(xiàng)目與方法

在西瓜成熟中后期（7月15日）每小區(qū)選取長勢均勻的3株西瓜，取枝上第5～6片葉測定相關(guān)酶活性及可溶性蛋白含量等指標(biāo)。西瓜葉谷氨酰胺合成酶（GS）活性、硝酸還原酶（NR）活性、可溶性蛋白（SP）含量、過氧化物酶（POD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性及根系活力的測定參照《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》［11 ］。

傷流液的收集參考梁建生等［12 ］的方法稍作改動(dòng)：當(dāng)日17：00時(shí)，在距離地面20 cm處用剪刀剪去西瓜子蔓上部莖，然后用裝有不同重量（0.1、1.0、2.0、3.0 g）脫脂棉的自封袋將下部莖套上，保證莖與脫脂棉完全接觸，次日取回稱重。另在當(dāng)日9：00～17：00時(shí)采用同樣方法收集傷流液量。脫脂棉吸收傷流液后增重即為傷流液量。

西瓜成熟后期生長狀況評(píng)價(jià)應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)值法［13 - 14 ］。綜合評(píng)價(jià)前，將所有測定指標(biāo)（傷流液量指標(biāo)選擇代表性強(qiáng)的一組：9：00～17：00時(shí)，脫脂棉2.0 g收集到的傷流液量）參考周璐瑤［15 ］的方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為隸屬函數(shù)值，計(jì)算公式為：

R（Xi）=（Xi-XMIN）/（XMAX-XMIN）

各指標(biāo)下對(duì)應(yīng)隸屬值乘以該指標(biāo)的權(quán)重后，求和得到西瓜成熟期生長綜合評(píng)價(jià)得分。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019和SPSS 26軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用雙因素（two-wayANOVA）和LSD法進(jìn)行方差分析和多重比較。西瓜成熟期生長綜合評(píng)價(jià)采用單因素方差分析，用Pearson法對(duì)西瓜測定指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。利用Origin 2021軟件作圖。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同水氮處理對(duì)西瓜莖蔓傷流液量的影響

由圖1可知，白天（當(dāng)日9：00～17：00時(shí)）不同重量脫脂棉收集的傷流液量均高于晚上（當(dāng)日17：00至次日8：00時(shí)）。白天2.0 g脫脂棉收集傷流液量高于其他重量脫脂棉在不同時(shí)間段收集到的傷流液量，且每株傷流液量為10.00～32.00 mg/h，跨度較大、收集量大、代表性高，能更好地反映不同水氮對(duì)根系活力的影響。

由圖2可知，在I 50%處理下，不同施氮量處理傷流液量差異顯著（P ＜ 0.05），N 300>N 200>N 0>N 100，N 300處理傷流液量最高，為22.83 mg/h；I 65%處理下，N 200處理傷流液量顯著高于其他各處理（P ＜ 0.05），為24.33 mg/h，N 0、N 300顯著低于其他處理（P ＜ 0.05）；I 80%處理趨勢與I 65%相同，N 200顯著高于其他各處理（P? ＜ 0.05），為32.04 mg/h，N 0、N 300顯著低于其他施氮處理? （P ＜ 0.05）。

2.2? ?不同水氮處理對(duì)西瓜根系脫氫酶活性的影響

由圖3可知，水氮均顯著影響西瓜根系脫氫酶活性。I 65%處理根系脫氫酶活性最大，平均達(dá)84.06 μg/（g·h）；I 50%處理下，N 100處理根系脫氫酶活性顯著低于其他組（P? ＜ 0.05）；I 65%處理下，N 0根系脫氫酶活性顯著低于各施氮處理（P ＜ 0.05），為60.76 μg/（g·h）；I 80%處理下，N 300根系脫氫酶活性顯著高于N 100和N 200處理，達(dá)89.26 μg/（g·h），高于其他施氮處理40%左右。

2.3? ?不同水氮處理對(duì)西瓜可溶性蛋白及氮代謝酶的影響

由圖4可知，與N 0相比，施氮提高了西瓜SP含量。其中I 50%時(shí)N 100處理顯著高于其他施氮處理（P ＜ 0.05），為3.79 mg/g；I 65%處理下，各施氮處理均顯著高于N 0處理（P ＜ 0.05），施氮平均提高可溶性蛋白22%；I 80%時(shí)N 200處理顯著高于其他施氮處理（P ＜ 0.05），為4.62 mg/g。

由圖5可知，水氮共同影響了西瓜葉GS的含量。I 65%處理西瓜葉GS含量最高，平均達(dá)7.58 A540/g·h。I 50%處理下GS隨施氮量的增加而增加，I 50%時(shí)N 300處理的GS達(dá)10.35 A540/g·h；I 65%處理下，各施氮組均顯著高于N 0（P ＜ 0.05），提高約6倍；I 80%處理下，N 100和N 300處理均顯著高于N 0、N 200處理（P ＜ 0.05）。

NR受水氮共同作用。由圖6可知，隨灌水量的增加，N 100和N 200處理的NR呈先增后降的趨勢。I 50%處理下，增加施氮量可顯著提高NR（P ＜ 0.05），N 300處理最高，為5.86 μg/（g·h）。I 65%處理下，N 200、N 300顯著高于N 0和N 100處理組（P ＜ 0.05）。I 80%處理下，N 300處理達(dá)峰值5.45 μg/（g·h），且顯著高于N 0和N 100處理（P ＜ 0.05）。

2.4? ?不同水氮處理對(duì)西瓜抗逆指標(biāo)的影響

CAT和POD是植物抗性評(píng)價(jià)的正向指標(biāo)，在一定范圍內(nèi)與植物所受脅迫呈正相關(guān)。由圖7可知，西瓜成熟期的CAT維持在7～8 mg/（g·min），I 80%處理下，N 0和N 100處理CAT顯著高于N 200處理，其余處理均無顯著差異（P ＜ 0.05）。由圖8可知，POD在西瓜成熟期維持在400～600 μg/（g·min），在各水氮條件下無顯著差異（P ＜ 0.05）。

2.5? ?不同水氮處理下西瓜成熟期生長狀況綜合評(píng)價(jià)

從表1可以看出，NR、SP受施氮量的影響（P ＜ 0.05），GS、根系活力受灌水量、施氮量及其交互作用的影響（P ＜ 0.05），POD受定額灌水量影響（P ＜ 0.05），傷流液量受施氮、灌水量與施氮量交互的影響（P ＜ 0.01）。額定灌水量和施氮量均對(duì)CAT無顯著影響（P? >? 0.05）。

由圖9可以看出，GS與NR、根系活力呈極顯著正相關(guān)（P ＜ 0.01），傷流液量與SP呈顯著正相關(guān)（P? ＜ 0.05）。

不同處理組西瓜成熟期生長狀況綜合評(píng)價(jià)結(jié)果（表2）表明，高氮、高水均利于西瓜成熟期生長。I 65%時(shí)N 200處理得分最高，為0.72；I 50%時(shí)? ? ?N 300處理、I 65%時(shí)N 100處理、I 65%時(shí)N 300處理、I 80%時(shí)N 200處理、I 80%時(shí) N 300處理得分較高，分別為0.57、0.51、0.45、0.57、0.49；I 50%時(shí)N 0處理、I 50%時(shí)N 100處理、I 65%時(shí)? ?N 0處理、I 80%時(shí)N 0處理、I 80%時(shí)N 100處理得分較低。

3? ?討論與結(jié)論

一般認(rèn)為，生育后期根系活力受地上碳水化合物分配的制約，而光合產(chǎn)物等集中向果實(shí)迅速轉(zhuǎn)運(yùn)，向根部提供的底物缺乏；加之結(jié)果后期根葉生理功能的衰退，攝取外界水分和養(yǎng)分的能力減弱，往往會(huì)降低植物的抗逆性并引起過早衰退等。因此，保持根系和葉片生育期后期的功能，維持根葉活力對(duì)發(fā)揮西瓜的產(chǎn)量質(zhì)量潛力和經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。

施肥提供的氮源對(duì)作物各項(xiàng)生理指標(biāo)和代謝活動(dòng)起關(guān)鍵作用，植株氮代謝酶在吸收和同化氮源中起關(guān)鍵作用，了解氮代謝酶活性對(duì)作物生長極為重要［16 ］。趙鵬等［17 ］研究發(fā)現(xiàn)，隨著田間持水量的增加，葉片硝酸還原酶等氮代謝酶活性增加，田間持水量達(dá)到60%時(shí)不再增長，這與本研究65%田間持水量西瓜葉氮代謝酶活性達(dá)峰值的結(jié)果相同，說明植株氮素的代謝同化在一定水限條件下受其影響，當(dāng)達(dá)到一定土壤水分便不再限制，也間接說明氮代謝酶活性可以判斷作物水分豐缺。

根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，根系活力反映了植物吸收養(yǎng)分和水分的強(qiáng)弱，通常根系活力的表征有根系脫氫酶活性、植物莖傷流液量大小等［18 - 19 ］。植物蒸騰作用和光合作用等代謝活動(dòng)主要是在日間進(jìn)行，傷流液量可反映不同水氮水平下植株整體的代謝適應(yīng)性［20 ］。本研究發(fā)現(xiàn)，白天收集的傷流液量明顯高于晚上，且不同水氮條件下存在一定差異性，可反映根系活動(dòng)狀況，這與郭士偉等［8 ］研究基本一致。陸大克等［21 ］認(rèn)為，由于作物吸收的水分和養(yǎng)分在土壤中的來源主要集中于根際土壤等小區(qū)域面積當(dāng)中，因此，適宜的水肥配比能促進(jìn)生育后期根系活力，而過低、過高的灌溉額度與養(yǎng)分不利于根系的生長發(fā)育。本研究中，田間最大持水量下限65%條件下施N 100～300 kg/hm2處理下根系脫氫酶活性較高，增加灌溉額度會(huì)影響根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，在定額灌水下不同施肥比例對(duì)西瓜各項(xiàng)指標(biāo)的影響及作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

逆境脅迫會(huì)嚴(yán)重影響植物的光合作用、膜穩(wěn)定性等正常生理活動(dòng)，其中最為明顯的表現(xiàn)為體內(nèi)過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等保護(hù)酶系統(tǒng)失去平衡，造成活性氧累積的氧化傷害，進(jìn)而影響植物生長［22 ］。本試驗(yàn)水氮設(shè)限范圍內(nèi)不存在明顯的逆境環(huán)境，西瓜成熟期葉POD和CAT的分析表明無早衰現(xiàn)象。由于植物體內(nèi)不同保護(hù)酶對(duì)不同時(shí)期和不同類型的脅迫反應(yīng)不盡相同，前人對(duì)脅迫的報(bào)道也各有異同［23 - 27 ］?？梢?，植物體內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)對(duì)逆境的響應(yīng)較為復(fù)雜，有關(guān)脅迫對(duì)西瓜成熟后期保護(hù)性酶活性等的影響與不同生育期的關(guān)系還需進(jìn)一步研究。

本研究中田間最大持水量為50%時(shí)施氮量為300 kg/hm2或田間最大持水量為65%施氮量在100～300 kg/hm2時(shí)，西瓜水肥耦合效應(yīng)顯著，能有效促進(jìn)西瓜對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)化，推薦為河西地區(qū)西瓜栽培適宜的水氮水平。

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