水氮耦合對西瓜生長和產(chǎn)量的影響

高玉俠　李洪軍

摘 要：【目的】為明確西瓜對水氮耦合的響應(yīng)機制，確定最佳灌水和施肥方法?！痉椒ā坎捎昧褏^(qū)試驗設(shè)計，以灌水量為主區(qū)，設(shè)置2個灌水水平，600m3/hm2（W1）和900m3/hm2（W2），以氮肥為副區(qū)，設(shè)置3個氮肥水平，分別為200kg/hm2（N1），300kg/hm2（N2），400kg/hm2（N3），研究了西瓜生長指標、氮代謝、光合參數(shù)以及產(chǎn)量的變化特征?！窘Y(jié)果】西瓜主蔓長、莖粗、NR、GS、GOGAT、光合速率、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量在W1灌水量下，隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢，在W2灌水量下呈先升高后降低的趨勢，說明在低灌水量下增施氮肥能夠促進西瓜生長，增加西瓜產(chǎn)量。在高灌水量下施氮量過大對西瓜生長產(chǎn)生抑制作用，不利于產(chǎn)量的形成?！窘Y(jié)論】在灌水量為600m3/hm2時，施氮量可在400kg/hm2為宜，在灌水量為900m3/hm2時，施氮量可在300kg/hm2較好。

關(guān)鍵詞：西瓜；水氮；生長；產(chǎn)量

西瓜（Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.etNakai）是葫蘆科西瓜屬植物。西瓜清爽解渴，味道甘味多汁，堪稱“盛夏之王”，西瓜含有豐富的維生素C、蛋白氨基酸、果糖、葡萄糖、蘋果酸等物質(zhì)，極具營養(yǎng)價值。我國是西瓜生產(chǎn)與消費的第一大國[1]。近年來，隨著人們生活水平的提高，對西瓜的數(shù)量和質(zhì)量需求不斷增加。因此，提高西瓜產(chǎn)量和質(zhì)量成為重要的研究任務(wù)。提高西瓜產(chǎn)量和質(zhì)量不僅依賴于優(yōu)良品質(zhì)的選育，還有賴于栽培管理技術(shù)，其中水肥管理是西瓜種植過程中最為重要的環(huán)節(jié)[2]。

水是植物進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分運輸?shù)闹匾獥l件，在植物光合、形態(tài)建成和生長發(fā)育中發(fā)揮重要的作用[3]。氮作為作物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素其中之一，是作物生長的首要限制因素[4]。植物蛋白質(zhì)、核酸、酶和葉綠素合成需要氮素，氮素也是內(nèi)源激素及其前體的主要成分[5]。植物水和氮的吸收是兩個相對獨立的過程，但是存在相互的作用和聯(lián)系，水氮的協(xié)調(diào)利用是植物物質(zhì)積累的重要因素[6]，水分通過改善土壤物理化學(xué)特征以及土壤生物的活動來增加土壤養(yǎng)分的有效性，土壤養(yǎng)分伴隨水分進入植物體內(nèi)。因此，協(xié)調(diào)的水氮關(guān)系能夠促進植物養(yǎng)分運輸、光合作用[7]。苗為偉等[8]研究表明，施氮肥能夠提高缺水環(huán)境下植物體內(nèi)無機離子和有機物質(zhì)含量，從而改善植株水分狀況，提高對環(huán)境的適應(yīng)能力。馬慧敏等[9]研究表明，氮代謝和光合作用對水分和氮素的響應(yīng)存在差異，充足灌水有利于植物光合作用。董偉欣等[10]研究表明，隨著水氮量的增加，小麥株高、旗葉面積和地上部干重增加，中氮/高水是最理想的水氮互作方式。前人有關(guān)水分和氮肥的研究取得較大的進展，然而有關(guān)水氮耦合互作對西瓜生長和產(chǎn)量的影響研究較少，因此，本試驗設(shè)置3個氮肥水平和2個灌水水平，研究西瓜生長、氮代謝、光合參數(shù)以及產(chǎn)量的變化特征，為西瓜的高效栽培提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021年江蘇省淮安市淮安區(qū)石塘鎮(zhèn)大棚內(nèi)進行，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，平均氣溫為14.5℃，年平均在957mm，無霜期216d左右，全年日照時數(shù)2136-2411h，整體表現(xiàn)為雨熱同季，雨量集中，冬冷夏熱，光能充足，熱量豐富。供試西瓜品種為蘇夢6號，試驗大棚土壤類型為沙壤土，含有機質(zhì)11.46g/kg，全氮0.53g/kg，速效氮46.15mg/kg，速效磷48.77mg/kg，速效鉀86.49mg/kg。早熟小果型西瓜，植株生長勢中等，全生育期102d左右，果實發(fā)育期30d左右，果實圓形，果皮綠色，皮厚0.44cm左右，果皮覆墨綠色齒狀條帶，果肉紅色，中心折光糖含量13%左右，口感酥脆。氮、磷、鉀分別為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O5 12%）和硫酸鉀（K2O50%）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)試驗設(shè)計，以灌水量為主區(qū)，設(shè)置2個灌水水平，600m3/hm2（W1）和900m3/hm2（W2），以氮肥為副區(qū)，設(shè)置3個氮肥水平，分別為200kg/hm2（N1），300kg/hm2（N2），400kg/hm2（N3），西瓜種植行距2.6m，株距0.45m。每個處理基肥施商品有機肥4.5 t/hm2，磷肥（P2O5）120kg/hm2，鉀肥（K2O）100kg/hm2和1/2氮肥，其余氮肥分別在伸蔓期和膨果期進行追施。全生育期共滴灌3次，定植期灌水5%，伸蔓期灌水45%，果實膨大期灌水50%。試驗于2021年2月16日播種育苗，在3月28日定植，6月5日成熟收獲。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 西瓜生長指標的測定

分別在西瓜伸蔓期和開花坐果期，每個處理選擇3株長勢一致的植株，使用直尺測定西瓜的主蔓長，使用游標卡尺測定西瓜的莖粗。

1.3.2 植株氮代謝關(guān)鍵酶活性的測定

在西瓜開花期，選擇晴天上午，每個處理選擇3株西瓜植株，選擇同一位置的葉片，取下后放入加冰袋的泡沫盒中，帶回實驗室，擦干凈葉片表面的塵土，分別測定硝酸還原酶（NR），以μg NO2-（生成）·g-1FW·h-1表示，測定谷氨酰胺合成酶（GS）活性，以μmol·g-1·min-1表示，測定谷氨酸合酶（GOGAT）活性，以U·g-1·min-1表示。

1.3.3 光合參數(shù)的測定

在西瓜開花期，選擇晴天上午，測定同一部位西瓜葉片的氣體交換參數(shù)，凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci），每個處理重復(fù)3次。

1.3.4 干物質(zhì)積累量的測定

分別在西瓜伸蔓期、開花期和成熟期，每個小區(qū)隨機選擇長勢一致的西瓜整株，將莖、葉和果實分開，放入烘箱中，在105℃下殺青30min，在80℃下烘干至恒重。

1.3.5 西瓜產(chǎn)量的測定

在西瓜成熟期，每個小區(qū)進行實收測產(chǎn)，統(tǒng)計每個小區(qū)瓜數(shù)，每個處理隨機選擇10個西瓜稱量單瓜重。

1.4 數(shù)據(jù)與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013數(shù)據(jù)處理軟件進行初步分析和圖表制作，采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮耦合對西瓜植株形態(tài)特征的影響

從表1可以看出，水氮耦合顯著影響西瓜植株的形態(tài)特征。在伸蔓期，主蔓長在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸增加的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，處理間差異均顯著；莖粗在同一灌水水平下不同施氮量處理間沒有顯著差異。

在開花坐果期，主蔓長在W1處理下和伸蔓期相似，在W2處理下，W2N2和W2N3間沒有顯著差異，顯著高于W2N1。莖粗在W1處理下W1N1和W1N2沒有顯著差異。在W2處理下，W2N2和W2N3間沒有顯著差異，顯著高于W2N1。在同一施氮量下，W2灌水水平的主蔓長和莖粗均高于W1水平。

2.2 水氮耦合對西瓜氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響

氮代謝關(guān)鍵酶在植物體內(nèi)氮素轉(zhuǎn)化中起著重要的作用。由表2可知，不同水氮條件下西瓜氮代謝關(guān)鍵酶活性存在顯著差異。NR活性在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異；GS活性在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，表現(xiàn)為W1N3＞W(wǎng)1N2＞W(wǎng)1N1處理間差異均顯著。在W2處理下表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，處理間差異均顯著。GOGAT活性變化特征和GS相似，在同一灌水水平下不同施氮量間差異均顯著。在同一施氮量下，W2灌水水平的NR、GS和GOGAT均高于W1水平。

2.3 水氮耦合對西瓜光合參數(shù)的影響

光合作用是植物進行物質(zhì)積累和生長發(fā)育最為重要的過程。從表3可知，凈光合速率在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異。氣孔導(dǎo)度在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，表現(xiàn)為W1N3＞W(wǎng)1N2＞W(wǎng)1N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異。在W2處理下表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，處理間差異均顯著。胞間二氧化碳濃度在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸降低的趨勢，在W2處理下呈先降低后升高的趨勢。蒸騰速率在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，處理間差異均顯著。在同一施氮量下，W2灌水水平的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均高于W1灌水水平。

2.4 水氮耦合對西瓜干物質(zhì)積累量的影響

干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成有著密切的關(guān)系。從表4可以看出，在伸蔓期各處理間干物質(zhì)積累量沒有顯著差異。在開花坐果期W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，處理間差異均顯著。在成熟期W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異。在同一施氮量下，開花坐果期和成熟期，W2灌水水平的干物質(zhì)積累量均高于W1灌水水平。

2.5 水氮耦合對西瓜產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀的影響

水氮條件對西瓜產(chǎn)量及果實性狀有顯著的影響。從表5可知，單瓜質(zhì)量在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異。果實縱徑在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異。果實橫徑在同一灌水水平下不同施氮量處理間沒有顯著差異。西瓜產(chǎn)量在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N1，處理間差異均顯著。在同一施氮量下，西瓜單瓜質(zhì)量、果實縱徑、橫徑和產(chǎn)量均高于W1灌水水平。

3 討論

水氮耦合互作一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的研究重點，水氮協(xié)調(diào)配合能夠促進植物生長，增加作物產(chǎn)量[11]。本研究結(jié)果表明，西瓜主蔓長、莖粗干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量在W1灌水量下，隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢，在W2灌水量下呈先升高后降低的趨勢，這說明在低灌水量下增施氮肥能夠促進西瓜生長，增加西瓜產(chǎn)量。在低灌水量下，增加施氮量能夠增加土壤氮素，增加根系對養(yǎng)分的吸收，從而提高物質(zhì)積累，增加產(chǎn)量。在高灌水量下，水分充足，對氮素的轉(zhuǎn)運效率較高，當(dāng)施氮肥過多，植物對氮肥的吸收達到飽和，從而對物質(zhì)積累和產(chǎn)量提高的效益不明顯[12]。氮代謝是植物生命活動，氮代謝能力直接影響植物的生長發(fā)育[13]，水分和氮素則是影響氮代謝關(guān)鍵酶活性的重要因素[14]。本研究結(jié)果表明，NR、GS、GOGAT、光合速率、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量在W1灌水量下，隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢，在W2灌水量下呈先升高后降低的趨勢，這說明灌水量影響氮代謝酶活性，適量氮肥可促進氮代謝關(guān)鍵酶活性的增加，而氮肥用量過多則會產(chǎn)生抑制作用[15]。

光合作用是植物生長發(fā)育最重要的反應(yīng)，決定了植物的物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運，葉綠素是光合作用的重要場所[16]。研究表明，氮素在植物光合過程中發(fā)揮重要作用，既是葉綠素合成的重要成分，也是參與反應(yīng)酶的構(gòu)成部分，直接影響植物葉片的光合作用[17]。水分作為光合作用的主要原料，通過影響酶活性、葉綠體合成和原生質(zhì)間接影響光合作用。水氮互作對作物光合的影響比較復(fù)雜，只有合理運用水氮才能夠達到最佳的效果[18]。研究表明，合理的水氮運籌能夠協(xié)調(diào)光合養(yǎng)分和水分在植物體內(nèi)的分配，從而使光合作用達到最優(yōu)狀態(tài)，當(dāng)水氮供應(yīng)發(fā)生變化時，植物的光合以及其他生理生化反應(yīng)發(fā)生相應(yīng)的變化。本研究結(jié)果表明，西瓜葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率在W1灌水量下，西瓜生長指標、氮代謝關(guān)鍵酶。光合參數(shù)、干物質(zhì)和產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢，在W2灌水量下呈先升高后降低的趨勢，表明水氮耦合對西瓜光合特性具有調(diào)控作用，在低水平灌溉下適當(dāng)增加氮肥用量能夠提高光合作用，在高水平灌溉下，氮素含量超出一定閾值影響光合作用，可能是由于在高水平灌溉下的肥料利用更加充分，當(dāng)用量過高則產(chǎn)生滲透脅迫。

4 結(jié)論

綜上所述，在W1灌水量下，西瓜生長指標、氮代謝關(guān)鍵酶、光合參數(shù)、干物質(zhì)和產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢，而在W2灌水量下相關(guān)指標隨著施氮量呈先升高后降低的趨勢。因此，在灌水量為600m3/hm2時，施氮量可在400kg/hm2為宜，在灌水量為900m3/hm2時，施氮量可在300kg/hm2較好。生產(chǎn)中可根據(jù)灌水量進行施氮，低灌水量下可適當(dāng)增施氮肥，在高灌水量下可適當(dāng)減施氮肥，以達到水肥協(xié)調(diào)，高效施氮的目的。

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習(xí)近平《 論“三農(nóng)”工作》

書寫好中華民族偉大復(fù)興的“三農(nóng)”新篇章③

（二○一七年十二月二十八日）

一是農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革取得新進展，糧食生產(chǎn)能力跨上新臺階，新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體發(fā)展壯大，農(nóng)村新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)蓬勃發(fā)展，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化穩(wěn)步推進。二是農(nóng)村改革取得新突破，農(nóng)村承包地“三權(quán)分置”取得重大進展，農(nóng)村集體產(chǎn)權(quán)制度改革穩(wěn)步推進，玉米、大豆、棉花等重要農(nóng)產(chǎn)品收儲制度改革取得實質(zhì)性成效。三是城鄉(xiāng)發(fā)展一體化邁出新步伐，農(nóng)民收入增速連年快于城鎮(zhèn)居民，城鄉(xiāng)居民基本醫(yī)療和養(yǎng)老制度開始并軌，八千多萬農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口成為城鎮(zhèn)居民。

——節(jié)選自習(xí)近平同志在中央農(nóng)村工作會議上的講話，《論“三農(nóng)”工作》，中央文獻出版社，2022年6月第1版