不同钾水平下厚皮甜瓜生育后期氮磷钾吸收及利用特征

2019-07-23王小娟陈健晓伍壮生李雪峤张文吴月燕廖道龙高芳华

热带作物学报 2019年6期

王小娟陈健晓伍壮生李雪峤张文吴月燕廖道龙高芳华

摘要以‘翠甜厚皮甜瓜為试材，采用盆栽砂培试验，设6个钾水平，即K1～K6（0、3、6、9、12、15 mmol/L），研究其对厚皮甜瓜生育后期氮、磷、钾养分吸收与利用的影响。结果表明：施钾能够降低厚皮甜瓜各器官氮含量及成熟期根、茎叶氮累积量，显著增加果实氮累积量;增加根、果实磷含量及各器官磷累积量，显著增加果实、单株磷累积量;增加各器官钾含量及钾累积量，显著增加茎叶、果实以及单株钾累积量;显著增加氮生理利用效率和磷收获指数，增加氮收获指数，显著降低钾收获指数和磷、钾生理利用效率;单果鲜重以K2、K3和K4处理较高，且处理间差异不显著。钾处理与其厚皮甜瓜各器官氮、磷、钾含量存在的显著相关关系与器官部位及生育期有关，但与氮含量均呈显著负相关，与钾含量均呈显著正相关;各器官氮磷钾含量与氮收获指数没有显著相关性，但茎叶氮累积量与氮收获指数呈显著负相关;茎叶氮累积量与磷收获指数呈极显著负相关，果实磷、钾含量及累积量均与磷收获指数呈显著或极显著正相关;根、果实氮含量与钾收获指数呈极显著正相关，根磷含量与钾收获指数呈显著负相关，茎叶及果实钾含量和累积量均与钾收获指数呈极显著负相关。通过比较拟合优度（决定系数R2），发现钾水平与成熟期茎叶磷含量采用二次多项式拟合最佳，钾水平与成熟期根钾含量采用线性拟合最佳，钾水平与其他各器官养分含量采用三参数指数或者五参数双指数拟合最佳。比较三者养分吸收及利用情况可知，钾水平为9 mmol/L（K4）时，氮磷钾生理利用效率较好，较有利于氮磷钾养分吸收利用，实现经济效益最大化。

关键词厚皮甜瓜;钾;氮;磷;吸收与利用

中图分类号 S652 文献标识码 A

Abstract In this study we aim to determine the effects of potassium on nitrogen （N）， phosphorus （P） and potassium （K） uptake and utilization at the late growth stages of muskmelon with 6 K levels， namely K1–K6 （0， 3， 6， 9， 12， 15 mmol/L）. The results showed that K application could decrease N concentration in the organs of muskmelon， decrease N concentration in the root and stem and leaves at the ripening stage， significantly increase N accumulation in fruit; K application could improve P concentration in the root and fruit and P accumulation in the all organs of muskmelon， significantly increase P accumulation in the fruit and plant; K application could increase K concentration and NPK accumulation in the organs of muskmelon， significantly promote K accumulation in the stem and leaves， fruit and single plant; K application could significantly improve N physiological use efficiency and P harvest index， increase N harvest index， decrease significantly K harvest index and P， K physiological use efficiency. Treatments of K2， K3 and K4 had the higher single fruit weight， but the difference was not significant. The significantly correlation between K levels and N， P， K concentration in the muskmelon were correlated with different organs and stage. K levels were significantly negatively correlated with N concentration and positively correlated K concentration. N harvest index were no significantly correlated with N， P， K concentration in the organs， but significantly negatively correlated with N accumulation of stem and leaves; P harvest index were significantly negatively correlated with N accumulation of stem and leaves， but significantly positively correlated with P， K concentration and accumulation in fruit; K harvest index were extremely significantly positively correlated with N concentration in the root and fruit， significantly negatively correlated with P concentration in the root， extremely significantly negatively correlated with K concentration and accumulation in the stem and leaves and fruit. After comparing the goodness of fit （the determination coefficient R2）， its better to use a quadratic polynomial for the fitting K levels and P concentration of stem and leaves at the ripening stage， a linear for the fitting K levels and K concentration of root at the ripening stage， a three-parameter exponential or a five-parameter two-exponential for the fitting K levels and K concentration of root at the ripening stage. Comparing nutrient absorption and utilization in the three treatments， the K levels for 9 mmol/L （K4） had good N， P， K physiological utilization efficiency， K4 was conducive to K nutrient uptake and maximized economic benefit.

Keywords muskmelon; potassium; nitrogen; phosphorus; uptake and utilization

DOI 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.002

近十几年来海南省厚皮甜瓜种植面积逐渐增加，据相关数据报道，2016年已经扩大到了6700 hm2[1]，该产业逐步形成了集设施栽培、穴盘育苗、水肥一体化、覆膜滴灌及绿色综合防控技术为一体的“北瓜南种”栽培模式，为广大的种植户带来了可观的经济效益。由于缺乏科学合理的水肥配方，近些年来土壤养分失衡导致厚皮甜瓜裂瓜、糖度低、网纹不均等一系列品质问题不断出现，给种植户造成了很大的经济损失，因此提出科学合理的水肥配方迫在眉睫。

有研究表明，甜瓜是喜钾作物，氮磷钾三要素需肥量以钾最高，氮次之，磷最少[2-5]，钾能促进光合作用产物向贮藏器官运输[6]，钾肥过量或者不足，不但影响着甜瓜的产量和品质[7-9]，也影响着其他矿质元素的吸收。研究表明，从桔梗整个生育期来看，施钾不利于氮素的吸收，但有利于对磷、钾的吸收[10]。而在一定范围内增加钾肥的用量可以促进植株对氮、磷养分的吸收，过量施用钾肥会降低钾肥的利用效率[11]。金珂旭[12]研究也表明，增施钾肥有利于莴笋对氮素和磷素的吸收，且氮磷钾含量及吸收量均以适量钾肥处理（150 kg/hm2）最高，可见确定适宜的钾肥用量十分重要。我国北方地区在厚皮甜瓜钾肥施用上经验丰富，有适宜的施钾量作为参考，但由于养分的吸收及利用受光照、温度等气候条件的影响[13-15]，且海南地区多以温室水肥一体化方式管理，相关研究结果在海南地区却不一定适用。

因此，为了探明我国热带地区钾对生育后期厚皮甜瓜养分的吸收及利用情况，并进一步提出水肥配方中钾适宜浓度，本研究采用目前应用较为广泛的旱作营养液改良Hoagland营养液配方为基础配方[16]，通过设定不同梯度钾水平（在配方钾水平上递减递增），测定春季气候条件下不同钾水平厚皮甜瓜生育后期各器官氮磷钾含量及积累量，并计算氮磷钾生理利用效率及其收获指数，分析钾对厚皮甜瓜氮磷钾养分吸收及利用的影响，同时找出适宜钾水平，为厚皮甜瓜产业的施肥管理提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试厚皮甜瓜（Cucumis melo var. reliculatus）品种为‘翠甜，台湾农友种苗（中国）有限公司生产。

1.2 方法

1.2.1 试验设计砂培盆栽试验于海南省澄迈县永发镇海南省农业科学院科研基地日光温室里进行，将珍珠岩和细沙分别用水浸泡除去黏土和有机质后，用3% HCl溶液浸泡1周后再用水冲洗，冲洗干净后晾干，再将珍珠岩∶沙以3∶2比例混合作为盆栽基质，其盆钵为塑料盆钵，高40 cm×盆底直径25 cm×盆口直径30 cm，盆底有6个孔，配以底托，以改良Hoagland完全营养液配方为基础，其大量元素配方为硝酸钙（Ca（NO3）2·4H2O）945 mg/L、硝酸钾（KNO3）506 mg/L、硝酸铵（NH4NO3）80 mg/L、磷酸二氢钾（KH2PO3）136 mg/L、七水硫酸镁（MgSO4·7H2O）493 mg/L。

在其他营养元含量不变的前提下，添加硫酸钾增加钾水平梯度，设置6个钾水平处理（具体见表1），分别为K1（0 mmol/L）、K2（3 mmol/L）、K3（6 mmol/L）、K4（9 mmol/L）、K5（12 mmol/L）、K6（15 mmol/L），用浓硫酸维持SO42浓度一致，再用0.1% NaOH溶液调节溶液pH至6.5左右，所有处理完全随机区组排列，3次重復，每个处理15株（每盆1株），盆间株距80 cm、行距100 cm。

2017年3月1日开始种子催芽，3月3日播种于育苗盘中，3月18日移栽，待甜瓜植株生长至2 m以后，摘顶心，随着生长发育及时摘除13节位以下、16节位以上的侧芽，自13节位开始授粉，有效授粉3个果实后，待长至鸡蛋大小每株留1果。5月31日全部收获完毕。

水肥管理：移栽后4 d开始浇灌营养液，苗期（10 d）每天浇灌约400 mL/盆，伸蔓至座果选果前（14 d）每天浇灌约1000 mL/盆，选果后至成熟期（44 d）每天浇灌约1.5 L/盆，营养液现用现配;除阴雨天外，每天18：00进行水分浇灌（各处理用量一致），一方面补充白天蒸腾作用损失的水分;另一方面稀释残留养分防止盐害;另外，盆底部有孔，营养液过量会溢出，整个生育期未见盐害现象。

1.2.2 测定项目与方法分别在膨大期以及成熟期采取植株样品（每重复随机选取5株），将根、茎叶及果实分开，105 ℃杀青1 h后，烘干称重并粉碎制成植株样品供养分测定分析。

植株氮含量：浓硫酸-双氧水消煮，凯氏定氮法测定[17]。

植株磷含量：浓硫酸-双氧水消煮，钼锑抗比色法测定[17]。

植株钾含量：浓硫酸-双氧水消煮，火焰光度计测定[17]。

氮、磷、钾总积累量=单株各器官氮、磷、钾含量×各器官干物质重。

氮、磷、钾生理利用效率=果实干重/全株氮、磷、钾总积累量。

氮、磷、钾收获指数=果实氮、磷、钾积累量/全株氮、磷、钾积累量×100%。

1.3 数据处理

采用SPSS17.0软件和JMP软件对数据进行统计分析，Duncans法进行差异显著性检验，显著水平设定为0.05水平，极显著水平设定为0.01水平。

2 结果与分析

2.1 不同钾水平下厚皮甜瓜各器官氮磷钾养分含量情況及回归关系

由表2可知，随着钾水平的增加，膨大期根中氮含量降低，成熟期根中氮含量也有降低趋势，膨大期K4、K5和K6处理显著低于K1（以下简称CK）、K2和K3处理，K3显著低于CK，其他处理间差异均不显著，成熟期各施钾处理根中氮含量均显著低于CK，K3、K4、K5和K6处理显著低于K2，其他处理间差异均不显著;膨大期各施钾处理茎叶氮含量均显著低于CK，且各施钾处理间差异均不显著，成熟期K2、K3和K4处理显著低于CK，但处理间差异不显著，各施钾处理间茎叶氮含量差异均不显著;膨大期各施钾处理果实氮含量显著低于CK，且各施钾处理间差异均不显著，成熟期各施钾处理间差异均不显著，K4处理显著低于CK。随着生育期递进，各施钾处理根、茎叶氮含量下降，果实氮含量增加。

钾处理与两生育期的根氮含量均呈极显著负相关，与膨大期茎叶、果实氮含量呈显著负相关;钾处理与两生育期根氮含量、膨大期茎叶氮含量均符合三参数指数回归方程，钾处理与膨大期果实氮含量、成熟期茎叶及果实氮含量均符合五参数双指数回归方程。

由表3可知，两生育期各施钾处理根磷含量均高于CK，膨大期K2、K3和K5处理显著高于CK，各施钾处理间差异不显著，成熟期K2、K4、K5和K6处理显著高于CK，K4、K5和K6处理显著高于K3处理，K5显著高于K2、K3和K6处理;膨大期K3、K4、K5和K6处理茎叶磷含量显著低于CK，且处理间差异不显著，K2显著高于K5处理，成熟期K2、K3和K5处理显著高于CK、K4和K6处理，其他处理间差异不显著;两生育期各施钾处理果实磷含量基本随着钾水平的增加而呈降低趋势，但均显著高于CK，且各施钾处理间差异不显著。随着生育期的递进，各处理（除K4处理外）根磷含量均有所下降，茎叶磷含量均有所增加，而各处理果实磷含量均有所下降。

钾处理与膨大期茎叶磷含量呈极显著负相关，与成熟期根磷含量呈极显著正相关;钾处理与膨大期茎叶磷含量符合三参数指数回归方程，与成熟期茎叶磷含量符合二次多项式回归方程，与两生育期根、果实磷含量均符合五参数双指数回归方程。

由表4可知，膨大期各施钾处理根钾含量显著高于CK，K3处理显著高于其他施钾处理，K5显著高于K2处理，其他施钾处理间差异不显著，成熟期K4、K5和K6处理根钾含量显著高于CK、K2和K3处理，K5、K6显著高于K4处理，其他处理间差异不显著;两生育期各施钾处理茎叶钾含量均显著高于CK，K5和K6处理均显著高于其他施钾处理，膨大期K2、K3和K4处理间差异不显著，成熟期K4显著高于K2和K3处理，两生育期其他处理间差异不显著;两生育期各施钾处理果实钾含量均显著高于CK，膨大期K6处理果实钾含量显著高于K2、K3和K4处理，K5显著高于K2和K4处理，其他施钾处理间差异不显著，成熟期K6处理果实钾含量显著高于K4处理，其他施钾处理间差异不显著。随着生育期的递进，各处理根钾含量下降，各施钾处理果实钾含量增加，茎叶钾含量低于6 mmol/L时下降，高于9 mmol/L时则开始增加。

钾水平与膨大期根钾含量呈显著正相关，且与两生育期其他各器官钾含量均呈极显著正相关;钾水平与膨大期根钾含量符合三参数指数回归方程，与成熟期根钾含量符合线性回归方程，与两生育期茎叶、果实钾含量均符合五参数双指数回归方程。

2.2 不同钾水平下厚皮甜瓜各器官及全株氮磷钾养分积累情况

由表5可知，在膨大期，K2、K3和K4处理根氮积累量显著高于CK，成熟期K3处理显著低于CK;膨大期茎叶氮积累量各处理间差异不显著，成熟期K2处理显著低于CK;与CK相比，施钾能显著增加膨大期果实氮积累量，且K2处理显著高于K4处理;膨大期K2和K3处理全株氮积累量显著高于CK，其他处理间差异不显著，成熟期果实及全株氮积累量各处理间差异均不显著。

与CK相比，施钾能够显著增加膨大期根磷积累量，但施钾处理间差异不显著，施钾能够增加成熟期根磷积累量，且K4、K5和K6 处理显著高于CK、K2和K3处理;膨大期各处理间茎叶磷积累量差异不显著，成熟期各K2、K3、K4和K5处理茎叶磷积累量显著高于CK，且K2、K3和K5处理显著高于K6，K3处理显著高于K4处理;与CK相比，施钾显著增加两生育期果实磷积累量，膨大期K2处理显著高于其他施钾处理，成熟期K2处理果实磷积累量显著高于K6处理;膨大期K2和K3处理显著高于CK，K2处理显著高于其他施钾处理;与CK相比，施钾能够显著增加成熟期全株磷积累量，且K2、K3、K4和K5处理显著高于K6，K3处理显著高于K4。

与CK相比，施钾显著增加膨大期根钾积累量，膨大期K3处理根钾积累量显著高于K2、K4、K5和K6处理，K4、K5和K6处理显著高于K2处理，成熟期K5和K6处理根钾积累量显著高于CK、K2 、K3和K4处理，K5和K6处理显著高于K4处理;施钾显著增加两生育期茎叶钾积累量，膨大期K6处理显著高于K2和K3处理，成熟期K4、K5和K6处理茎叶钾积累量显著高于K2和K3处理;施钾显著增加两生育期果实钾积累量，但两生育期各施钾处理间果实钾积累量差异不显著;施钾显著增加两生育期全株钾积累量，膨大期各施钾处理间全株钾积累量差异不显著，成熟期K4、K5和K6处理显著高于K2和K3处理。

2.3 不同钾水平下厚皮甜瓜氮磷钾养分利用情况

由表6可知，与CK相比，施钾能够显著增加氮生理利用效率，显著降低磷、钾生理利用效率。随着钾水平的增加，钾生理利用效率逐渐下降。K4处理的氮生理利用效率显著高于K3和K6处理，其他施钾处理间氮生理利用效率差异不显著;K4处理的磷生理利用效率显著高于K3处理，K6处理显著高于K3处理，其他施钾处理间差异不显著;各施钾处理间钾生理利用效率差异不显著。

K2处理氮收获指数显著高于CK，其他处理间氮收获指数差异不显著;与CK相比，施钾能够显著增加磷收获指數，显著降低钾收获指数，各施钾处理间磷收获指数差异不显著，K2处理的钾收获指数显著高于K4、K5和K6处理，K3处理显著高于K4处理。与CK相比，施钾处理单果鲜重显著增加，K2、K3和K4处理显著高于K5和K6处理，其他施钾处理间差异不显著。

2.4 不同钾水平下厚皮甜瓜各器官氮磷钾养分含量、积累量与氮磷钾收获指数相关性分析

由表7和表8可知，根氮、磷含量与钾收获指数分别呈极显著正相关、显著负相关;茎叶氮累积量与氮收获指数、磷收获指数分别呈显著负相关、极显著负相关，茎叶钾含量及钾累积量与钾收获指数呈极显著负相关;果实磷累积量与磷收获指数呈极显著正相关，果实钾含量及钾累积量与磷收获指数、钾收获指数分别呈极显著正相关、极显著负相关;各器官氮磷钾含量与氮收获指数均不显著相关。

3 讨论

不同生育期厚皮甜瓜各器官氮、磷含量随钾水平的增加表现不一致，而厚皮甜瓜各器官钾含量基本随钾水平的增加而增加。这与唐小付等[18]在甜瓜开花结果初期，钾水平在50～500 mg/L时，叶片钾含量随钾水平增加而增加的试验结果相类似，但与唐小付等[18]对甜瓜叶片氮、磷含量随钾水平增加而增加的研究结果规律不同。根据回归方程可知厚皮甜瓜茎叶氮含量随钾水平的增加而呈降低趋势，膨大期茎叶磷含量随钾水平的增加而降低，成熟期则先增加后降低。分析可能有如下两点原因：一是本研究中并未将茎叶分开测定分析养分，因此不能直接与其进行结果比较;二是养分测定时期不同，唐小付等[18]选取的是甜瓜开花结果初期，本研究选取的是生育后期，即膨大期及成熟期。

陆雪锦[19]研究表明，施钾可以提高甜瓜对养分的吸收速率，且能增加各器官中不同时期对氮磷钾的养分吸收，尤其是在生殖器官中提高显著，这与本研究中的各器官两生育期氮累积量规律不一致，本研究中施钾增加了两生育期厚皮甜瓜各器官磷、钾累积量，果实磷、钾累积量显著增加，但氮累积量各器官并未全部增加，这主要表现在成熟期各施钾处理根、茎叶氮累积量有所降低。曹永康[20]研究表明，钾吸收量在一定范围内随施钾量的增加呈显著性增加，N、P吸收量在一定范围内随施钾量的增加而升高，过量施钾会引起辣椒氮、磷吸收量下降，本研究中全株磷、钾累积量与曹永康在辣椒上的磷、钾吸收规律一致。王凤婷等[21]研究表明，适量增施钾肥可以显著促进黄瓜对钾的吸收，对氮、磷的吸收没有显著影响，与本研究在厚皮甜瓜成熟期全株氮、钾的吸收规律一致，但与膨大期全株氮、磷吸收规律不一致。由此可见，施钾对钾的吸收影响结论基本一致，但施钾对氮、磷的吸收受生育期、器官部位以及作物种类等因素的影响较大。从整个生育期来看，随生育期的递进，各施钾处理根中氮磷钾含量、积累量均降低;茎叶中氮含量及累积量均降低，但磷钾含量及累积量变化不同;果实中氮含量及氮磷钾积累量增加，但磷钾含量随生育期变化不一致;各施钾处理全株氮磷钾积累量增加。现有文献对厚皮甜瓜各器官氮磷钾含量、累积量随钾水平、不同生育期的变化研究比较少见。

施钾显著增加厚皮甜瓜氮素生理利用效率和氮收获指数，显著降低钾素生理利用效率和钾收获指数。魏云霞等[22]研究发现，木薯钾肥效率、钾素生理效率、钾素利用效率、钾素收获指数均随施钾量增加而显著降低，与本文在厚皮甜瓜上的研究结果一致。以单果鲜重为前提（K2、K3和K4处于较高水平）考虑养分利用情况，首先，三者的单果鲜重没有显著差异，说明3个钾处理均有利于获得高产;其次，三者钾生理利用效率差异不显著，K4处理氮、磷生理利用效率相对较高，且单果鲜重也最高，因此K4处理综合养分利用效率最高;其三，如果以养分收获指数衡量的话，5个施钾处理的氮、磷收获指数没有显著差异，但钾收获指数差异较大，K2处理有明显优势。因此，K4（351 mg/L）处理较有利于提高单果鲜重、养分吸收利用及经济效益最大化，在单果重相差不大的情况下，K2（117 mg/L）处理更有利于获得较高的氮磷钾收获指数。因此在3～9 mmol/L（117～351 mg/L）范围内种植厚皮甜瓜均适宜。林多等[23]研究表明，钾水平为120～360 mg/L时，单果重没有显著差异，钾水平为240 mg/L（与本文K3处理水平相当）有利于矿质元素的吸收，且对N，P，K，Ca，Mg的吸收比例为28∶5∶40∶21∶6。可见，在单果重上结论一致，但在确定有利于矿质元素吸收的适宜钾水平上结论不一致，主要是因为本研究一方面只考虑氮磷钾养分吸收情况，未考虑其他大量元素吸收情况;另一方面本研究还同时考虑了养分利用情况，因此结论上有所不同。

根据钾处理与其厚皮甜瓜各器官氮磷钾含量相关性及回归方程可知，钾处理与膨大期厚皮甜瓜各器官氮含量呈显著负相关，与膨大期茎叶磷含量呈显著负相关，与成熟期根磷含量呈显著正相关，与两生育期其他器官氮、磷含量无显著相关，与两生育期各器官钾含量均呈显著正相关;钾处理与成熟期根钾含量符合直线回归方程，与成熟期茎叶磷含量符合二项式回归方程，与其他各器官氮磷钾含量基本符合三参数指数或者五参数指数回归方程。各器官氮磷钾含量与氮收获指数没有显著相关性，但茎叶氮累积量与氮收获指数呈显著负相关;茎叶氮累积量与磷收获指数呈极显著负相关，果实磷累积量、果实钾含量及果实钾累积量均与磷收获指数呈极显著正相关;根氮、磷含量与钾收获指数呈显著负相关，茎叶及果实钾含量及累积量均与钾收获指数呈极显著负相关。

本研究通过盆栽试验得出的结论与实际生产仍存在差异，需要进一步设施栽培验证。另外，再补充试验进一步研究整个生育期的大量元素养分吸收与利用情况将更有利于总结需肥规律，以分阶段提出适宜施钾水平。

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