钾肥不同基追比例对西瓜叶片抗氧化酶、产量和品质的影响

2019-10-30吴绍军孟佳丽王夏雯姜若勇

江西农业学报 2019年10期

吴绍军,孟佳丽,王夏雯,沈虹,姜若勇,余翔

(江苏省农业科学院宿迁农科所，江苏宿迁 223800)

钾是植物体内多种酶的催化剂，是一种品质元素，钾素具有促进植物体内酶促反应、增强光合作用、改善能量代谢和增强物质合成与转运的功能。土壤钾素含量不足，会影响作物对营养的吸收，从而限制作物的产量，同时也会使得农产品品质下降，施用钾肥可以增强抗性，促进生长，提高产量和品质[1-2]。西瓜在园艺生产中十分重要，我国已连续多年保持世界第一西瓜生产大国的位置，西瓜产业在全国种植业发展中占有极其重要的地位[3]。西瓜是喜钾作物，施用钾肥可促进西瓜的营养生长，显著提高单瓜重量，提高产量，改善品质[4-6]。西瓜生产需肥量大，对钾肥等营养要求高，生产上由于钾肥施用普遍不足、撒施、大水漫灌等不良栽培习惯[7]，引起钾肥利用率不高，最终引起西瓜品质下降[8-9]。因此，合理施用钾肥，成为西瓜优质栽培的一个关键因素。关于钾肥施用的研究，已在蔬菜、果树、农作物等大量开展。研究表明追施钾肥后，果实单果重增加，产量和品质提高[10-12]。许多研究认为，施用钾肥可提高蔬菜可溶性糖、可溶性蛋白和VC含量，降低硝酸盐含量，改善蔬菜品质。施用钾肥过量或不足时将会降低果实品质和产量[13-15]。合理施用钾肥可以促进西瓜根系的生长发育[16]，有利于提高果实产量和品质[17]。董亚等[18]采用田间试验方法，研究钾肥不同施用水平对西瓜产量与品质的影响，发现当钾肥施用量为300 kg/hm2时，西瓜干物质积累量最大，钾素总吸收量最高，西瓜产量最高，且可溶性糖含量最高。孙兴祥等[19]以早佳西瓜为材料研究发现，施用钾肥可以促进西瓜生长、提高含糖量、增加产量。可见钾肥施用对西瓜产量和品质影响至关重要。

随着生活水平的提高，消费者对西瓜品质的要求日益提高，不仅关注其外观品质，且日益重视其内在营养品质和西瓜风味口感。合理施用钾肥不仅是西瓜获得优质高产的关键，还是提高钾肥利用，降低成本，减少环境污染的有效途径[20]。目前关于西瓜施用钾肥的研究大多集中在施肥种类[19]、施肥量[21]、施肥时期[22]等方面，关于钾肥施用基追比例对西瓜叶片抗氧化酶活性、果实特性、产量和品质的影响很少有研究。因此，本试验以江苏省农业科学院宿迁农科所自主选育的西瓜品种迁丽1号为试验材料，通过钾肥不同基追比例施用，寻求它对钾肥的需求规律，旨在为合理施用钾肥提供依据，以便更好地指导生产者平衡施肥，从而降低肥料成本，西瓜提质增产增收。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年1～7月在江苏省农业科学院宿迁农科所试验基地大棚内进行，供试西瓜品种为迁丽1号，供试土壤为壤土，基本理化性质为：全氮3.08 g/kg、碱解氮558 mg/kg、有效磷64.1 g/kg、有效钾362 mg/kg、有机质97.9 g/kg、pH为7.16。供试肥料为：氮肥为尿素(含N 46%)、磷肥为过磷酸钙(P2O512%)、钾肥为硫酸钾(K2O 50%)。试验地前茬种植辣椒，2018年2月18日西瓜采用穴盘基质育苗，3月25日按株行距2.5 m×0.3 m定植，每667 m2栽培密度约889株，每小区面积20 m2，小区间设置3株作为保护行，每小区移栽西瓜15株。

1.2 试验设计

按钾肥的基肥及追肥比例的不同设6个处理(表1)： T0(CK，以不施钾肥区作为对照)、T1(100%基施)、T2(75%基施+25%追施)、T3(50%基施+50%追施)、T4(25%基施+75%追施)、T5(100%追施)。每处理3次重复，随机区组排列。各施肥处理氮、磷、钾用量相等，即纯N 200 kg/hm2，P2O580 kg/hm2，K2O 260 kg/hm2。钾肥以水溶性硫酸钾(含50% K2O)为肥源，氮肥以尿素(含N 46%)为肥源，磷肥以过磷酸钙(含P2O512%)为肥源；各处理钾肥分基、追两次施入，磷肥一次性基施，氮肥30%基施，30%伸蔓期施用，30%膨果期施用，其他所有田间管理措施均保持一致。

表1 试验设计

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生长指标定植30 d后，用皮尺测定植株的蔓长(茎基部到生长点距离)，观察叶片数(茎基部向上开始算)。

1.3.2 生理指标叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法测定[23]，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定[23]，用紫外分光光度法测定过氧化氢酶(CAT)活性[23]，叶片丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸加热显色法测定[23]。

1.3.3 产量和果实性状西瓜接近成熟时，每小区随机选取具有代表性的10个瓜计算单瓜质量，计算出小区产量，折合成单位面积产量。

1.3.4 品质成熟期在各处理区内，采集同一天授粉坐果的西瓜3个，果实硝酸盐含量采用比色法测定[24]，可溶性固形物含量利用日本ATAGO公司的数字折射计ACT-1E直接测量，Vc含量采用2，6-二氯靛酚滴定法[24]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮兰G-250染色法测定[24]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[24]，可滴定酸含量采用氢氧化钠滴定法测定[24]。

1.4 数据处理和分析

本试验所有数据均用Excel 2003进行平均数和标准差计算，并利用SAS 9.0统计软件进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 钾肥不同基追比例对西瓜生长的影响

钾肥不同基追比对西瓜生长的影响如表2所示：随着钾肥追施比例的增加，西瓜植株的蔓长和叶片数逐渐增加，当达到T3基追比例各50%时，蔓长和叶片数均达到最大，与对照相比差异显著。此后，随着钾肥追施比例的继续增加，蔓长和叶片数却逐渐变少，与对照相比差异不显著。在蔓长方面，以T3最大，达到1.18 m，与T1、T2差异不显著，与T4、T5、对照相比差异显著。在叶片数方面，以T3处理最多，达到15.07片，各处理间差异不显著，与对照相比差异显著。

表2 钾肥不同基追比例对西瓜蔓长和叶片数的影响

注：差异显著性分析用SAS软件系统Duncan’s法进行，同列数值不同字母表示差异显著水平达0.05。下同。

2.2 钾肥不同基追比例对西瓜叶片中抗氧化酶活性和MDA含量的影响

从表3可以看出，各处理的SOD活性均高于对照，T1～T5的SOD活性比对照分别增加38.7、66.8、135.6、113.7、76.9 U/g，增旗率分别为6.9%、12.1%、24.5%、20.5%、13.9%。总的来说SOD活性先增加后降低，T3处理的SOD活性最高。不同处理相比，除了T2和T5外，各处理间差异显著。随着钾肥追施比例的增加，各处理的POD活性先增强，在T3时达到最大值60.1 U/(g·min)，是对照的1.47倍；随着钾肥追施比例的继续增加，POD活性又降低。但总的来说各处理的POD活性均高于对照，且差异显著。在过氧化氢酶方面，各处理的CAT活性均高于对照，T3处理活性最高，达到473 U/(g·min)，可能是钾肥施用后，开启了相关酶的活性因子，改善了植株细胞关键酶的活性，进而改善了植株叶片抗氧化酶的活性。

钾肥追施后，与对照相比，丙二醛含量降低，且差异显著。随着钾肥追施比例的增加，MDA含量逐渐减少，T3时达到最低；追施比例继续增加后，丙二醛含量并没有继续减少，含量反而增加。可能是钾过量，抑制了其他离子的吸收，抑制了酶活性，或者过量的钾产生离子伤害，加速了植株叶片的老化。

表3 钾肥不同基追比例对西瓜叶片抗氧化酶活性和丙二醛含量的影响

2.3 钾肥不同基追比例对西瓜果实性状和产量的影响

钾肥基追比对西瓜果实性状的影响如表4所示：随着钾肥基追比例的增加，中心糖含量、边糖含量、果实纵径、果实横径逐渐增加，当基追比为50%时达到最大，然后逐渐降低。在中心糖方面，T3处理的含糖量最大，达到12.22%，与对照相比差异显著，且与对照相比增加16.27%；在其余各处理间差异不显著，但T3、T4、T5与对照相比差异显著。在边糖方面，T3处理最高，与对照差异显著；在其他处理间差异不显著；各处理与对照相比差异显著。在果实纵径和横径、果皮厚度方面，T3处理的果实纵径、横径最大，果皮最薄，与对照相比差异显著。

表4 钾肥不同基追比例对西瓜果实性状的影响

钾肥基追比对西瓜单瓜重和产量的影响如表5所示：随着钾肥追施比例的增加，西瓜的单瓜重逐渐增加，T3时单瓜重最大；钾肥追施比例达到T3以后，单瓜重反而降低。T3处理的单位面积产量最大，达到3038.01 kg/667 m2，比对照增产7.83%。说明钾肥不是施用量越多越好，可能与品种、土壤质地有关。

表5 钾肥不同基追比例对西瓜单瓜重和产量的影响

2.4 钾肥不同基追比例对西瓜品质的影响

钾肥基追比对西瓜果实品质的影响如表6所示：总的来说，随着钾肥的施用，除了果实可滴定酸、硝态氮含量降低外，其余指标均比对照增加，且差异显著。随着钾肥追施比例的增加，西瓜果实可溶性糖含量逐渐增加，T3时达到最大，与对照相比差异显著；T4、T5处理的可溶性糖含量反而较T3有所降低。可溶性蛋白和VC的变化趋势与可溶性糖类似，随着钾肥追施比例的增加，其含量先增加后减少，当基追比各一半时，可溶性蛋白和Vc含量最大。随着钾肥基追比增加，可滴定酸含量降低，与对照相比差异显著。

表6 钾肥不同基追比例对西瓜品质的影响

3 讨论

3.1 钾肥不同基追肥比例对西瓜叶片抗氧化酶和膜氧化产物的影响

酶促保护系统包括SOD、POD、CAT等酶，它们在植物体内相互协调、共同作用，才能在一定程度上清除细胞内活性氧，使之保持较低水平，减少其对膜结构的伤害。SOD可以直接有效地催化超氧阴离子的歧化反应，使其生成O2和H2O2，然后在POD和CAT的共同作用下，H2O2可以进一步被转化为水从而彻底地清除活性氧。3种酶共同作用减少植物细胞内自由基的含量，保护细胞不受伤害，因此抗氧化酶活性的高低在一定程度上反映了抗逆性的强弱[25-28]。丙二醛(MDA)是植物逆境下膜脂过氧化的主要产物，其含量的多少直接反映膜脂过氧化的程度。MDA含量的积累还可以加剧膜脂过氧化程度。在一定的含量范围内，MDA是膜脂伤害程度的重要指标。MDA积累过多，会破坏膜结构，损伤大分子生命物质，引起一系列生理生化紊乱，导致植物死亡[29]。

李允等[30]研究不同浓度钾离子对杜梨幼苗的影响发现，随着钾浓度的提高，叶片中SOD活性、CAT活性以及丙二醛含量呈现先降低后增加再降低的趋势，而POD活性先降低后升高，说明在高钾浓度和低钾浓度条件下，杜梨均会受到胁迫。宝牡丹等[31]采用盆栽试验研究氮钾肥对天然盐碱胁迫下虉草叶片发现：在盐碱胁迫下施氮钾肥能显著降低虉草叶片MDA含量，对叶片中的SOD和POD活性影响不显著。张静等[32]通过探讨外源钾对重金属镉胁迫下延胡索幼苗的缓解发现，随着镉浓度增加，其幼苗MDA含量一直升高，SOD活性一直降低，POD和CAT活性先升高后降低。本研究发现，不同比例的钾肥基追比均可以不同程度提高西瓜叶片SOD、POD和CAT的活性，降低叶片MDA含量。其中T3处理(钾肥基追比各一半)，叶片中各氧化酶活性最高，丙二醛含量最低。该研究结果与前人研究[33]基本一致。可能是随着钾肥追施比例的增加，植株叶片细胞内酶活性增强，达到一定的追施量时，钾过量导致酶活性降低，膜氧化产物MDA增加，植株细胞膜系统受到伤害[26]。这一点在刘政波[34]的研究中得到验证。

3.2 钾肥不同基追肥比例对西瓜生长、产量和品质的影响

在植物所需的营养元素中，钾是重要的肥力因子。钾是品质元素，调控植株的生长，改善植株的代谢，进而影响产量和品质。西瓜品质是由许多性状共同构成的一个综合性状，并且各个性状之间相互联系，构成一个统一的有机体[35]。糖、糖分梯度、酸、维生素C、硝酸盐等是评判西瓜品质的重要技术参数和主要构成因素，共同决定西瓜的果实风味和营养品质[36-37]。诸海焘等[5]以西瓜为试材，通过不同氮钾用量试验研究发现：施钾后西瓜植株生长速度加快，植株干鲜样质量也相应增加，果实糖酸比增加，钾对提升西瓜品质有较大作用，说明适当增施钾肥对提高西瓜口感有一定作用[9]。王西和等[20]通过对西瓜施用不同量的钾肥发现，随着钾肥施用量的增加，西瓜主蔓直径、株高增加，施钾可增加单果重和产量，产量增幅12.1%～21.5 %，西瓜的可滴定酸、总糖度、可溶性固形物和VC增加，其中显著提高果实VC含量46.6%～76.4%。孙兴祥等[38]选择早佳三号，在西瓜授粉后每间隔 5 d 施用膨大肥，研究不同时期施用膨大肥对产量和品质的影响。结果表明：西瓜适宜时期施用膨大肥，可促进西瓜生长，显著提高产量，并增加单果重、中心可溶性固形物含量，改善品质。本试验结果表明：随着钾肥追施比例的增加，西瓜植株蔓长和叶片数增加，单瓜重和产量增加，果实中可溶性糖、可溶性蛋白、VC含量增加，硝酸盐、可滴定酸含量减少。其中T3处理植株的生长指标、产量指标、可溶性糖、可溶性蛋白和VC含量达到最大，硝酸盐、可滴定酸含量最低。这一点与前人[22,39]的研究结果一致。孙兴祥等[8]以早佳三号为试材，在西瓜最佳施肥量的基础上，通过不同钾肥基追比例试验发现，不同时期施用钾肥对开花期叶片数、节位、蔓长有显著促进作用，这一点与本研究结果一致。但对西瓜产量、品质影响差异不显著，与本研究结果相反。张玉凤等[21]为探索西瓜的适宜施肥量和养分配比, 通过田间试验发现增钾处理的西瓜产量、Vc 含量、还原糖含量均最高,硝酸盐含量最低。杜少平等[40]研究氮磷钾不同施肥量和配施比例对砂田西瓜产量和品质的影响发现，随着钾肥用量的增加，西瓜产量增加，果实中含糖量、VC含量增加，硝酸盐含量降低。究其原因可能是适宜的钾浓度有利于西瓜幼苗的生长和叶绿素含量，进而提高幼苗的生长质量，促进根系的生长发育，而不施钾和高钾处理会抑制幼苗的生长，但高钾对根系生长的抑制作用不明显[16,27]。或者是钾在光合作用过程中通过调节气孔和促进叶肉阻抗力而提高叶片的光合速率，协调光合同化物的合成、运输与转化，最终获得改善果实品质和增加产量的效果[41]。具体机理有待进一步验证。