控釋氮肥對荒漠化區域溫室黃瓜葉片生理活性與產量品質影響

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(河西學院 農業與生物技術學院，甘肅 張掖 734000)

0 引 言

河西走廊位于甘肅省西部，該區域土壤貧瘠、沙化現象嚴重；但光照充足，晝夜溫差較大，發展設施農業有著得天獨厚的條件[1]。黃瓜(CucumissativusL.)是該區日光溫室生產中的主栽作物，日光溫室栽培黃瓜已經成為農業增效、農民增收的重要途徑。但由于受傳統種植習慣的影響，常認為蔬菜對肥料的需求量較大，只有多施氮肥才能使其產量提高[2]。然而。長期過量施氮肥導致了作物產量陷入增長瓶頸，氮素利用率偏低[3]。為保障本區設施黃瓜產業實現高產優質化發展，就必須要對黃瓜精準施肥作科學合理評價。

控釋氮肥具有緩釋作用，能使肥料釋放時間、強度與作物養分吸收規律基本吻合[4]，可減輕環境污染，已成為新型肥料的研究熱點[5-6]。國內學者李艷梅等[7]研究了減量灌溉下番茄施控釋肥的水氮耦合效應，得出控釋氮肥的處理能夠促進番茄生長和產量提高，還可改善番茄品質；張敬昇等[8]研究控釋摻混氮肥對稻麥作物生長和產量的影響，得出了適宜稻麥作物良好生長的最佳控釋氮肥的用量；馬曉霞等[9]研究了減量施用控釋氮肥對玉米產量的影響，得到了玉米生長良好與經濟效益最高時的控釋氮肥用量；有研究還表明，施用緩釋肥還可以降低葉菜類中小白菜[10]和莖菜類中蘆筍[11]等產品中硝酸鹽含量，并能使果菜類中的辣椒產量提高[12]。本研究以黃瓜為試材，探討外源控釋氮肥對其葉片葉綠素熒光參數與產量品質影響，旨在為本區日光溫室黃瓜生產中確定合理施用量，實現為黃瓜高產優質化生產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究于2017年3-9月在甘肅省張掖市甘州區黨寨鎮日光溫室蔬菜生產基地(100°52′E，38°89′N)內實施。土壤類型為灌漠土，供試土壤養分含量為N 56.8 mg·kg-1，P2O56.38 mg·kg-1，K2O 163.7 mg·kg-1，pH為6.86，全鹽0.92 g·kg-1，質地為砂壤土。

1.2 供試材料

試驗的黃瓜為津優31號，控釋氮肥為90 d的硫包衣尿素，含N 34%，由漢楓緩釋肥料(江蘇)有限責任公司生產。試驗中氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O514.5%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O 33%)。

1.3 試驗設計

采用隨機區組設計，共6個處理。處理CK：空白對照，不施氮肥；處理A1：生產上常用的施尿素量600 kg·hm-2，通過調查本區溫室黃瓜生產基地肥料用量得出；處理A2：施用與處理A1等氮量的控釋氮肥(375 kg·hm-2)；處理A3：施用90%處理A1等氮量的控釋氮肥(337.5 kg·hm-2)；處理A4：施用80%處理A1等氮量的控釋氮肥(300 kg·hm-2)；處理A5：施用70%處理A1等氮量的控釋氮肥(225 kg·hm-2)，處理A2-A5的用量水平參考劉全鳳[13]等人的方法設置；各處理種植一畦，每處理重復3次，每畦的規格為畦長8.5m、寬1.2 m；于3月6日采用50孔穴盤進行育苗，4月26日定植，株距45 cm，保苗數3.63×104株·hm-2。試驗中磷肥和鉀肥作基肥一次性施入；處理A1的40%氮肥作基肥施入，剩余60%的氮肥在結瓜初期與盛期分兩次等量隨灌水沖施；處理A2-A5的50%控釋氮肥作基肥施入，剩余50%的控釋氮肥在黃瓜開花座果的初期與盛期，分兩次等量施入；其他管理同日光溫室常規管理相同。

1.4 測定指標

1.4.1 黃瓜葉片Fv/Fm和Fv/Fo測定。分別于6月10日、7月10日和8月10日，在黃瓜開花結瓜的初期、中期和末期，選擇生長點以下第6片葉，用Handy PEA植物效率分析儀，測定黃瓜葉片在暗適應20 min后PSⅡ的最大量子產額(Fv/Fm)、葉片PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)等指標，并計算：

qP=(Fm′-Fs)/ (Fm′-Fo′)，qN=(Fm-Fm′)/Fm′[14]

式中：Fo′為光照下最小熒光；Fm是最大熒光；Fs表示穩態熒光；Fm′是光照條件下最大熒光；qP為化學猝滅系數；qN非光化學猝滅系數。各處理隨機測定6株，取其平均值。

1.4.2 黃瓜形態指標與產量統計。在黃瓜結瓜初期(6月12日)，各處理隨機標定8株，于結瓜中期(7月16日)測定株高和莖粗，并統計葉片數；每次收獲時統計植株的結果數和單株重量，記錄各處理產量，最后折合成kg·hm-2。

1.4.3 黃瓜品質指標測定。隨機選取不同處理的18個果實，測定其可溶性糖、可滴定酸、Vc、可溶性蛋白質、游離氨基酸和硝酸鹽含量；Vc、可溶性蛋白質、游離氨基酸、可溶性糖、可滴定酸和硝酸鹽含量均采用高俊鳳確定的方法進行[15]，重復3次,取其平均值。

1.5 數據處理

采用DPS v6.55數據處理軟件和Excel 2010對數據進行整理、作圖與分析。用Duncan′s法進行差異顯著性分析，取P=0.05。

2 結果與分析

2.1 不同處理對黃瓜葉片最大量子產額(Fv/Fm)和PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)的影響

不同處理對黃瓜葉片最大量子產額(Fv/Fm)和PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)的影響見圖1、圖2。在黃瓜結瓜中期各處理Fv/Fm的值，均高于結瓜初期和末期的值，同一時期施用氮肥與控釋氮肥的各處理Fv/Fm值與CK相比，也呈增加趨勢(圖1)。隨著氮肥與控釋氮肥用量的不斷減少，Fv/Fm呈現先增大而后降低的規律；當控釋氮肥用量為337.5 kg·hm-2時(A3處理)，黃瓜結瓜初期、中期和末期的Fv/Fm值均最高，且Fv/Fm值大小變化規律為中期>末期>初期，分別為0.84、0.75和0.72。Fv/Fo的變化趨勢與Fv/Fm相似，不同處理在黃瓜結瓜初期、中期和末期，均以A3處理的Fv/Fo值最高，且Fv/Fo值大小順序也呈現中期>末期>初期的變化規律，A3處理的值分別為4.21、3.36和2.67(圖2)，這可能由于A3處理的營養配比均衡，黃瓜植株保持較強的生長活力，在黃瓜生長的中期，植株生長旺盛，從而植株葉片最大量子產額(Fv/Fm)和PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)也保持在較高的數值，這與前人在甘藍上的研究結果相一致[16]。

注：不同小寫字母代表同一時期不同處理在0.05水平上差異顯著。下同。

Note:Different small letters mean significant differences among treatments at the same day at 0.05 level.The same is as below.

圖1不同處理Fv/Fm值圖2不同處理Fv/Fo值
Fig.1Fv/Fmof different treatments Fig.2Fv/Foof different treatments

2.2 不同處理對黃瓜葉片化學猝滅系數(qP)和非光化學猝滅系數(qN)影響

不同處理對黃瓜葉片化學猝滅系數(qP)，均以黃瓜在結瓜中期為最高，施用氮肥和控釋氮肥的各處理qP值均高于CK處理，不同生長時期qP值的變化趨勢為中期>末期>初期；隨著控釋氮肥施用量的減少，不同時期qP值均呈現增加而后降低的規律，以采用控釋氮肥A3處理的qP值最高，在黃瓜結瓜初期、中期和末期，其qP值分別為0.39、0.49和0.45(圖3)。不同處理對黃瓜葉片非光化學猝滅系數(qN)的影響與qP值的變化剛好相反，黃瓜在不同生長時期，施用氮肥和控釋氮肥的各處理的qN值均低于CK值，而且各處理qN值呈現初期>末期>中期(圖4)。以A3處理的qN值最低，其在黃瓜結瓜的初期、末期和中期的值分別1.98、1.95和1.82，這說明在黃瓜葉片qP最高時，而qN卻最低，該結果與劉緩等[17]人的研究結果相一致。

圖3 不同處理qP值Fig.3 qP values of different treatments

圖4 不同處理qN值Fig.4 qN values of different treatments

2.3 不同處理對黃瓜產量性狀的影響

施用氮肥與控釋氮肥的各處理與CK相比，在株高、莖粗、葉片數、單株結瓜數、單株產量和產量等性狀表現上，其數值均高于不施氮肥的CK處理，而且隨著控釋氮肥用量的降低，黃瓜產量性狀有下降趨勢(表1)。以施用90%等氮量的控釋氮肥(337.5 kg·hm-2)的A3處理最高，各產量性狀分別較CK高12 cm、0.06 cm、4.1片、2.21個、0.50 kg和17.9 t·hm-2，究其原因可能是由于A3處理的N、P、K配比適宜，促進了黃瓜植株生長，尤其是反映在株高、莖粗和葉片數上；隨著植株生長勢的提高與葉片數量的增加，黃瓜光合能力增大，進而增強了其結瓜能力，植株產量也隨之增大。

表1 不同處理對黃瓜產量性狀的影響Table 1 Effects of different treatments on yield traits of cucumber

注：以上為8株的平均值；同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著,下同。

Note:The average values of 8 plants are listed in the table; different lowercase letters in the same column indicate significant differences at 0.05 level.The same is as below.

2.4 不同處理對黃瓜品質的影響

不同處理對黃瓜品質影響見表2，黃瓜果實中Vc、可溶性糖、游離氨基酸和可溶性蛋白的含量以A3處理最高，與CK相比分別高出19.0 mg·g-1FW、3.10 mg·g-1、48.0 mg·g-1FW和1.68 mg·g-1FW，而可滴定酸含量以A1處理最高，較CK高0.04%；果實中硝酸鹽的含量以不施氮肥的CK為最低，以生產上常用施化肥量A1最高，較CK高35.2 μg·g-1FW；隨著控釋氮肥用量的減少，果實中Vc、可溶性糖、游離氨基酸、可溶性蛋白與硝酸鹽含量有下降趨勢，不同處理間品質指標呈現一定差異；這說明以施用90%等氮量的控釋氮肥(337.5 kg·hm-2)的A3處理，其品質最優，這主要是由于處理A3營養配比適合于黃瓜果實內營養成份的轉化，促進了Vc、可溶性糖、游離氨基酸、可溶性蛋白的合成，而硝酸鹽含量的高低與施入土壤中氮素水平有關，隨著氮肥施用量的降低，表現在果實內硝酸鹽含量上也存在下降的趨勢，這與汪峰等人的研究結果相一致[18]。

表2 不同處理對黃瓜品質影響Table 2 Effects of different treatments on cucumber quality

3 結論與討論

植物光合作用各過程產生的影響都可以通過體內葉綠素熒光動力學反應變化反映出來[19]。Fv/Fm為PSⅡ的光化學效率，它反應暗適應下光系統Ⅱ最大光化學效率，Fv/Fo反映PSⅡ潛在活性[20]。本試驗條件下，當采用控釋氮肥用量為337.5 kg·hm-2的A3處理時，在黃瓜結瓜初期、中期和末期，其Fv/Fm值顯著高于其他處理，說明本處理有利于黃瓜葉片葉綠素含量的提高，從而使葉片保持較高的最大量子產額，黃瓜葉片光合效率的提高，促進了葉片PSⅡ潛在活性的增強，因此本處理黃瓜葉片Fv/Fo的數值與其他處理表現出顯著差異水平，其他配比由于營養失衡，導致光合電子傳遞速率變慢，反映在Fv/Fm和Fv/Fo值也表現出較低。qP的大小反映了光系統穩定原初電子受體質體醌(QA)的還氧狀態，其值大小反映QA重新氧化能力的強弱[21]，本試驗以采用控釋氮肥A3處理的qP值最高，并隨著控釋氮肥施用量的減少，不同時期qP值均呈現增加而后降低的規律，說明采用A3處理的控釋氮肥與外源的P、K肥配比，提高了黃瓜葉片電子流動的能力，其他處理的配比由于營養失衡，使土壤溶液產生了過高或過低的脅迫環境，影響了根系細胞生長，導致根系對其他離子的吸收受阻，進而影響了電子傳遞系統的通道，致使qP值變小；qN的大小表示的是光系統Ⅱ中光合機構受傷害程度的高低[22]。本試驗中，不同處理對黃瓜葉片非光化學猝滅系數(qN)的影響與qP值的變化剛好相反，這說明施入土壤中的N素與P、K在配比不當時，土壤溶液產生了逆境條件，從而使黃瓜葉片產生更強的非光化學淬滅機制，以減少對植株的危害程度[23]，因此表現在qP值呈現變小的時候，qN卻表現增大趨勢，這一研究結果與前人在娃娃菜、彩椒上的研究結果相同[24-25]。