控释氮肥对荒漠化区域温室黄瓜叶片生理活性与产量品质影响

， ，，，

(河西学院 农业与生物技术学院，甘肃 张掖 734000)

0 引 言

河西走廊位于甘肃省西部，该区域土壤贫瘠、沙化现象严重；但光照充足，昼夜温差较大，发展设施农业有着得天独厚的条件[1]。黄瓜(CucumissativusL.)是该区日光温室生产中的主栽作物，日光温室栽培黄瓜已经成为农业增效、农民增收的重要途径。但由于受传统种植习惯的影响，常认为蔬菜对肥料的需求量较大，只有多施氮肥才能使其产量提高[2]。然而。长期过量施氮肥导致了作物产量陷入增长瓶颈，氮素利用率偏低[3]。为保障本区设施黄瓜产业实现高产优质化发展，就必须要对黄瓜精准施肥作科学合理评价。

控释氮肥具有缓释作用，能使肥料释放时间、强度与作物养分吸收规律基本吻合[4]，可减轻环境污染，已成为新型肥料的研究热点[5-6]。国内学者李艳梅等[7]研究了减量灌溉下番茄施控释肥的水氮耦合效应，得出控释氮肥的处理能够促进番茄生长和产量提高，还可改善番茄品质；张敬昇等[8]研究控释掺混氮肥对稻麦作物生长和产量的影响，得出了适宜稻麦作物良好生长的最佳控释氮肥的用量；马晓霞等[9]研究了减量施用控释氮肥对玉米产量的影响，得到了玉米生长良好与经济效益最高时的控释氮肥用量；有研究还表明，施用缓释肥还可以降低叶菜类中小白菜[10]和茎菜类中芦笋[11]等产品中硝酸盐含量，并能使果菜类中的辣椒产量提高[12]。本研究以黄瓜为试材，探讨外源控释氮肥对其叶片叶绿素荧光参数与产量品质影响，旨在为本区日光温室黄瓜生产中确定合理施用量，实现为黄瓜高产优质化生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究于2017年3-9月在甘肃省张掖市甘州区党寨镇日光温室蔬菜生产基地(100°52′E，38°89′N)内实施。土壤类型为灌漠土，供试土壤养分含量为N 56.8 mg·kg-1，P2O56.38 mg·kg-1，K2O 163.7 mg·kg-1，pH为6.86，全盐0.92 g·kg-1，质地为砂壤土。

1.2 供试材料

试验的黄瓜为津优31号，控释氮肥为90 d的硫包衣尿素，含N 34%，由汉枫缓释肥料(江苏)有限责任公司生产。试验中氮肥为尿素(含N 46%)，磷肥为过磷酸钙(含P2O514.5%)，钾肥为硫酸钾(含K2O 33%)。

1.3 试验设计

采用随机区组设计，共6个处理。处理CK：空白对照，不施氮肥；处理A1：生产上常用的施尿素量600 kg·hm-2，通过调查本区温室黄瓜生产基地肥料用量得出；处理A2：施用与处理A1等氮量的控释氮肥(375 kg·hm-2)；处理A3：施用90%处理A1等氮量的控释氮肥(337.5 kg·hm-2)；处理A4：施用80%处理A1等氮量的控释氮肥(300 kg·hm-2)；处理A5：施用70%处理A1等氮量的控释氮肥(225 kg·hm-2)，处理A2-A5的用量水平参考刘全凤[13]等人的方法设置；各处理种植一畦，每处理重复3次，每畦的规格为畦长8.5m、宽1.2 m；于3月6日采用50孔穴盘进行育苗，4月26日定植，株距45 cm，保苗数3.63×104株·hm-2。试验中磷肥和钾肥作基肥一次性施入；处理A1的40%氮肥作基肥施入，剩余60%的氮肥在结瓜初期与盛期分两次等量随灌水冲施；处理A2-A5的50%控释氮肥作基肥施入，剩余50%的控释氮肥在黄瓜开花座果的初期与盛期，分两次等量施入；其他管理同日光温室常规管理相同。

1.4 测定指标

1.4.1 黄瓜叶片Fv/Fm和Fv/Fo测定。分别于6月10日、7月10日和8月10日，在黄瓜开花结瓜的初期、中期和末期，选择生长点以下第6片叶，用Handy PEA植物效率分析仪，测定黄瓜叶片在暗适应20 min后PSⅡ的最大量子产额(Fv/Fm)、叶片PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)等指标，并计算：

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

式中：Fo′为光照下最小荧光；Fm是最大荧光；Fs表示稳态荧光；Fm′是光照条件下最大荧光；qP为化学猝灭系数；qN非光化学猝灭系数。各处理随机测定6株，取其平均值。

1.4.2 黄瓜形态指标与产量统计。在黄瓜结瓜初期(6月12日)，各处理随机标定8株，于结瓜中期(7月16日)测定株高和茎粗，并统计叶片数；每次收获时统计植株的结果数和单株重量，记录各处理产量，最后折合成kg·hm-2。

1.4.3 黄瓜品质指标测定。随机选取不同处理的18个果实，测定其可溶性糖、可滴定酸、Vc、可溶性蛋白质、游离氨基酸和硝酸盐含量；Vc、可溶性蛋白质、游离氨基酸、可溶性糖、可滴定酸和硝酸盐含量均采用高俊凤确定的方法进行[15]，重复3次,取其平均值。

1.5 数据处理

采用DPS v6.55数据处理软件和Excel 2010对数据进行整理、作图与分析。用Duncan′s法进行差异显著性分析，取P=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理对黄瓜叶片最大量子产额(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)的影响

不同处理对黄瓜叶片最大量子产额(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)的影响见图1、图2。在黄瓜结瓜中期各处理Fv/Fm的值，均高于结瓜初期和末期的值，同一时期施用氮肥与控释氮肥的各处理Fv/Fm值与CK相比，也呈增加趋势(图1)。随着氮肥与控释氮肥用量的不断减少，Fv/Fm呈现先增大而后降低的规律；当控释氮肥用量为337.5 kg·hm-2时(A3处理)，黄瓜结瓜初期、中期和末期的Fv/Fm值均最高，且Fv/Fm值大小变化规律为中期>末期>初期，分别为0.84、0.75和0.72。Fv/Fo的变化趋势与Fv/Fm相似，不同处理在黄瓜结瓜初期、中期和末期，均以A3处理的Fv/Fo值最高，且Fv/Fo值大小顺序也呈现中期>末期>初期的变化规律，A3处理的值分别为4.21、3.36和2.67(图2)，这可能由于A3处理的营养配比均衡，黄瓜植株保持较强的生长活力，在黄瓜生长的中期，植株生长旺盛，从而植株叶片最大量子产额(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)也保持在较高的数值，这与前人在甘蓝上的研究结果相一致[16]。

注：不同小写字母代表同一时期不同处理在0.05水平上差异显著。下同。

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

图1不同处理Fv/Fm值图2不同处理Fv/Fo值
Fig.1Fv/Fmof different treatments Fig.2Fv/Foof different treatments

2.2 不同处理对黄瓜叶片化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(qN)影响

不同处理对黄瓜叶片化学猝灭系数(qP)，均以黄瓜在结瓜中期为最高，施用氮肥和控释氮肥的各处理qP值均高于CK处理，不同生长时期qP值的变化趋势为中期>末期>初期；随着控释氮肥施用量的减少，不同时期qP值均呈现增加而后降低的规律，以采用控释氮肥A3处理的qP值最高，在黄瓜结瓜初期、中期和末期，其qP值分别为0.39、0.49和0.45(图3)。不同处理对黄瓜叶片非光化学猝灭系数(qN)的影响与qP值的变化刚好相反，黄瓜在不同生长时期，施用氮肥和控释氮肥的各处理的qN值均低于CK值，而且各处理qN值呈现初期>末期>中期(图4)。以A3处理的qN值最低，其在黄瓜结瓜的初期、末期和中期的值分别1.98、1.95和1.82，这说明在黄瓜叶片qP最高时，而qN却最低，该结果与刘缓等[17]人的研究结果相一致。

图3 不同处理qP值Fig.3 qP values of different treatments

图4 不同处理qN值Fig.4 qN values of different treatments

2.3 不同处理对黄瓜产量性状的影响

施用氮肥与控释氮肥的各处理与CK相比，在株高、茎粗、叶片数、单株结瓜数、单株产量和产量等性状表现上，其数值均高于不施氮肥的CK处理，而且随着控释氮肥用量的降低，黄瓜产量性状有下降趋势(表1)。以施用90%等氮量的控释氮肥(337.5 kg·hm-2)的A3处理最高，各产量性状分别较CK高12 cm、0.06 cm、4.1片、2.21个、0.50 kg和17.9 t·hm-2，究其原因可能是由于A3处理的N、P、K配比适宜，促进了黄瓜植株生长，尤其是反映在株高、茎粗和叶片数上；随着植株生长势的提高与叶片数量的增加，黄瓜光合能力增大，进而增强了其结瓜能力，植株产量也随之增大。

表1 不同处理对黄瓜产量性状的影响Table 1 Effects of different treatments on yield traits of cucumber

注：以上为8株的平均值；同列不同小写字母表示在0.05水平上差异显著,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 不同处理对黄瓜品质的影响

不同处理对黄瓜品质影响见表2，黄瓜果实中Vc、可溶性糖、游离氨基酸和可溶性蛋白的含量以A3处理最高，与CK相比分别高出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处理最高，较CK高0.04%；果实中硝酸盐的含量以不施氮肥的CK为最低，以生产上常用施化肥量A1最高，较CK高35.2 μg·g-1FW；随着控释氮肥用量的减少，果实中Vc、可溶性糖、游离氨基酸、可溶性蛋白与硝酸盐含量有下降趋势，不同处理间品质指标呈现一定差异；这说明以施用90%等氮量的控释氮肥(337.5 kg·hm-2)的A3处理，其品质最优，这主要是由于处理A3营养配比适合于黄瓜果实内营养成份的转化，促进了Vc、可溶性糖、游离氨基酸、可溶性蛋白的合成，而硝酸盐含量的高低与施入土壤中氮素水平有关，随着氮肥施用量的降低，表现在果实内硝酸盐含量上也存在下降的趋势，这与汪峰等人的研究结果相一致[18]。

表2 不同处理对黄瓜品质影响Table 2 Effects of different treatments on cucumber quality

3 结论与讨论

植物光合作用各过程产生的影响都可以通过体内叶绿素荧光动力学反应变化反映出来[19]。Fv/Fm为PSⅡ的光化学效率，它反应暗适应下光系统Ⅱ最大光化学效率，Fv/Fo反映PSⅡ潜在活性[20]。本试验条件下，当采用控释氮肥用量为337.5 kg·hm-2的A3处理时，在黄瓜结瓜初期、中期和末期，其Fv/Fm值显著高于其他处理，说明本处理有利于黄瓜叶片叶绿素含量的提高，从而使叶片保持较高的最大量子产额，黄瓜叶片光合效率的提高，促进了叶片PSⅡ潜在活性的增强，因此本处理黄瓜叶片Fv/Fo的数值与其他处理表现出显著差异水平，其他配比由于营养失衡，导致光合电子传递速率变慢，反映在Fv/Fm和Fv/Fo值也表现出较低。qP的大小反映了光系统稳定原初电子受体质体醌(QA)的还氧状态，其值大小反映QA重新氧化能力的强弱[21]，本试验以采用控释氮肥A3处理的qP值最高，并随着控释氮肥施用量的减少，不同时期qP值均呈现增加而后降低的规律，说明采用A3处理的控释氮肥与外源的P、K肥配比，提高了黄瓜叶片电子流动的能力，其他处理的配比由于营养失衡，使土壤溶液产生了过高或过低的胁迫环境，影响了根系细胞生长，导致根系对其他离子的吸收受阻，进而影响了电子传递系统的通道，致使qP值变小；qN的大小表示的是光系统Ⅱ中光合机构受伤害程度的高低[22]。本试验中，不同处理对黄瓜叶片非光化学猝灭系数(qN)的影响与qP值的变化刚好相反，这说明施入土壤中的N素与P、K在配比不当时，土壤溶液产生了逆境条件，从而使黄瓜叶片产生更强的非光化学淬灭机制，以减少对植株的危害程度[23]，因此表现在qP值呈现变小的时候，qN却表现增大趋势，这一研究结果与前人在娃娃菜、彩椒上的研究结果相同[24-25]。