减肥加镁对冬瓜产量及果实品质的影响

焦加斌，李金隆，郑朝元，谢大森，张白鸽

（1.福建农林大学资源与环境学院国际镁营养研究所，福建 福州 350002；2.广东省农业科学院蔬菜研究所/广东省蔬菜新技术研究重点实验室，广东 广州 510640）

【研究意义】冬瓜（Benincasa hispida）是葫芦科冬瓜属一年生蔓生草本植物，又名白瓜、寒瓜、枕瓜、水芝等，起源于中国和印度，主要分布在中国、印度、泰国、马来西亚等国家［1-3］。我国是世界上冬瓜栽植面积最大的国家，年播种面积20 万hm2以上，主要分布在广东、广西、湖南、福建等省份［4-5］。广东是冬瓜主产区之一，种植面积3.3 万hm2，主要分布在广州、佛山、清远、惠州、英德等地，主要品种是黑皮冬瓜［3,6］。冬瓜是瓜类蔬菜中唯一不含脂肪的食品［7］，是一种价廉物美、药食兼用的佳品，富含蛋白质、碳水化合物、维生素以及矿质元素［4］，深受消费者欢迎。【前人研究进展】在冬瓜种植过程中，农户多凭经验和习惯进行施肥管理，大量高浓度氮磷钾复合肥施用到土壤中，养分施用量超出作物的养分需求量，养分流失严重，对环境造成一定污染［8］。华南地区由于降雨量大、土壤母质风化彻底，菜田含有H+、K+等与Mg2+拮抗的阳离子数量较多［9-11］，导致土壤镁素含量和生物有效性严重不足［12］，依据镁肥农学效应判断，珠三角区域80%以上菜田缺镁［13］。而镁被认为是除氮、磷、钾外植物的第四大必需营养元素，在植物中的含量为0.1%～0.5%。镁是叶绿体的重要组成部分，如果镁供应不足，植物叶片的光合作用就会受到影响，最终作物的收货量就会减少［14］。施加镁肥对提高水稻、玉米、蔬菜等作物的产量和品质有明显作用［15-20］。【本研究切入点】2021 年中央一号文件明确提出，要推进农业绿色发展，支持国家农业绿色发展先行区的建设。随着人们生活水平的提高及环保意识的增强，人们对无污染、无公害、绿色农产品的需求日趋增长［21］。如何提质增效又减少污染是农业绿色发展的关键［22］，尽管围绕蔬菜的减肥研究较多，但未见针对减肥处理后施加不同梯度的镁肥对黑皮冬瓜产量和品质的研究。【拟解决的关键问题】本研究在农户习惯施肥的基础上，通过减施氮磷钾肥用量并增施不同梯度的镁肥，研究减肥加镁对黑皮冬瓜的产量及其构成因素、可溶性固形物、硬度、光泽度、色泽度等品质指标的影响，为华南地区黑皮冬瓜提质增效的施肥策略提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021 年3—7 月在广东省农业科学院蔬菜研究所大丰基地（113.37°E、23.16°W）进行。供试冬瓜品种为铁柱二号，供试肥料是尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O512%）、硫酸钾（K2O 52%），硫酸镁（MgO 16.66%）。

1.2 试验方法

设置6 个施肥处理，包括1 个农户习惯施肥对照（CK）和5 个减肥补镁梯度处理。根据前期调研结果，CK 化肥用量为N 490 kg/hm2、P2O5360 kg/hm2、K2O 420 kg/hm2、MgO 0 kg/hm2；Mg0、Mg1、Mg2、Mg3、Mg4 的氮磷钾施肥量均为N 350 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 375 kg/hm2，其施镁量分别为0、30、60、90、120 kg/hm2MgO。

本试验采用田间原位研究法，按照随机区组方式排列，每个处理4 次重复，每个小区面积为50 m2。种植土壤为黄壤黏土，试验前土壤（0～20 cm）养分平均含量为碱解氮115.79 mg/kg、有效磷31.48 mg/kg、速效钾188.62 mg/kg、有效钙940.80 mg/kg、有效镁为98.32 mg/kg、有机质23.38 g/kg，pH 为6.10。

冬瓜田间管理：冬瓜种植密度为6 750 株/hm2，于2021 年3 月25 日将长势一致的冬瓜苗定植于田间。整个生长期施肥5 次，分别为基肥、苗肥、促果肥、壮果肥和采果肥。基肥在冬瓜定植前施用，于3 月中旬进行；苗肥在定植后1 个月施用，于4 月中下旬进行；促果肥在果实长至1～3 kg 时施用，于5 月中下旬进行；壮果肥在果实长到7～8 kg 时施用，于6 月中上旬进行；采果肥在果实长至13～15 kg 时施用，于6 月中旬进行。灌水、农艺管理等按照当地常规管理方式，授粉为人工授粉。

1.3 测定指标及方法

在冬瓜果实成熟期（7 月4 日）进行采收，分别测定冬瓜产量构成因素（单果质量、果长、果围）和品质指标（可溶性固形物含量、硬度、光泽度、色泽度、类黄酮指数、花青素等）。

冬瓜产量构成要素测定：每个处理随机选择长势均匀的8 个冬瓜，用纸巾将表面擦拭干净，单果质量采用1/100 电子秤进行称量：用卷尺测量不同处理果实的果长、果围。

品质指标测定：各指标测定位点如图1 所示，可溶性固形物含量采用手持折光仪ATAGO 测定，硬度采用果实硬度计（FHM-5）测定，光泽度采用CS-380 光泽度计（60°）测定，色泽度采用色泽度计（CM-600d）测定；采用Lab 色彩通道对冬瓜果皮进行模拟，进而定量化不同处理冬瓜的色泽度；类黄酮指数（FLAV）、花青素指数（ANTH）和叶绿素指数（CHL）采用便携式紫外-可见光荧光仪Multiplexresearch 测定，计算公式［23］为：

试验数据采用Excel 2019 整理并绘制图表，采用IBM SPSS 22 进行方差分析、Duncan法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 减肥加镁处理对冬瓜产量及其构成因素的影响

由表1 可知，与CK 相比，减肥加镁处理（Mg3、Mg4）可显著提高冬瓜的单果质量和产量。对冬瓜果实的横径和纵径进行比较发现，Mg2、Mg3、Mg4 处理显著提高了果实中部横径，Mg1、Mg3 处理明显增加了冬瓜下部的横径。由此可见，各施肥处理未对冬瓜果实的纵径和上部横径生长造成明显影响；减肥加镁主要是增加冬瓜果实中部和下部的横径生长从而提高果实的单果质量，Mg3 处理产量、单果质量、果实中部横径和下部横径分别比CK 提高24.57%、24.60%、11.60%和18.15%。

表1 不同施肥处理对冬瓜产量及其构成因素的影响Table1 Effects of different fertilization treatments on the yield of wax gourd and its components

2.2 减肥加镁处理对冬瓜果实品质指标的影响

2.2.1 可溶性固形物含量 冬瓜果实体积较大，但其果实不同部位可溶性固形物含量是否存在差异还未见报道。由表2 可知，果实纵向切面上、中、下部位可溶性固形物含量未见明显差异，但在横向上可溶性固形物含量均存在外层＞中层＞内层的分布规律。与CK 相比，纵向上，减肥处理Mg0 可提高上、中、下部位可溶性固形物含量5.32%、6.47%、4.59%，但差异不显著；横向上，减肥处理Mg0 可提高外层和中层的可溶性固形物2.82%、7.62%，但差异不显著。随着施镁量的增加，Mg0～Mg4 等5 个浓度处理冬瓜果实的横向和纵向可溶性固形物依次呈先下降、再上升、最后下降的趋势，可溶性固形物含量高低表现为Mg0＞Mg3 ＞Mg4 ＞Mg1 ＞Mg2。

表2 不同施肥处理对冬瓜果实不同部位可溶性固形物含量（%）的影响Table 2 Effects of different fertilization treatments on soluble solid content（%）in different parts of wax gourd fruit

2.2.2 硬度 由表3 可知，冬瓜果实硬度在纵向和横向分布上均存在一定空间差异，施肥对各部位的影响程度不同。纵向上，与CK 相比，不同施肥处理冬瓜上部的硬度没有显著差异。Mg2 处理冬瓜中部硬度得到显著提高，其他处理间没有显著差异。Mg4 处理冬瓜下部硬度显著低于CK、Mg1、Mg3 处理，其他处理间果实下部硬度没有显著差异。横向上，整体上呈现外层>中层>内层规律，Mg2、Mg3 处理果实外层硬度显著高于Mg0 处理，其他处理间差异不显著；Mg1、Mg2 处理果实中层硬度显著高于Mg4 处理，其他处理间差异不显著。在果实内层，Mg0、Mg1、Mg2、Mg3 处理显著高于Mg4 处理，CK 与减肥加镁处理硬度没有显著差异。与Mg1 处理相比，Mg4 处理果实中层和内层硬度分别下降17.84%和29.63%。

表3 不同施肥处理对冬瓜果实不同部位硬度（kg/cm2）的影响Table3 Effects of different fertilization treatments on hardness (kg/cm2) of different parts of wax gourd fruit

2.2.3 光泽度 由表4 可知，不同施肥处理果实光泽度差异显著，表现为Mg4 ＞Mg3 ＞Mg2=Mg1=Mg0 ＞CK，Mg0、Mg1、Mg2、Mg3、Mg4 处理果实光泽度分别比CK 提升6.75%、6.15%、17.54%、9.00%、24.44%。Mg4 处理冬瓜果实色泽度L值最大、为32.75，比Mg0、Mg2、Mg3 处理分别显著增加4.60%、5.10%和6.90%。

表4 不同施肥处理对冬瓜果实光泽度、色泽度及各指数的影响Table 4 Effects of different fertilization treatments on gloss iness,color,and various index of wax gourd fruit

2.2.4 色泽度 Mg3 处理冬瓜果实色泽度a值最大、为-1.71，显著高于CK、Mg0、Mg1、Mg2、Mg3 处理，分别增加53.78%、37.59%、34.49%、21.569%，表现为Mg3 ＞Mg2 ＞Mg1 ＞Mg0 ＞CK。CK 冬瓜果实b值最大为5.99，显著高于Mg0、Mg1、Mg2、Mg3、Mg4处理，分别增加43.65%、38.98%、55.99%、91.37%、93.22%，表现为CK ＞Mg0=Mg1=Mg2 ＞Mg3=Mg4。

2.2.5 类黄酮花青素、叶绿素指数 不同施肥处理冬瓜果实类黄酮指数无显著差异，Mg2、Mg3、Mg4 处理花青素指数显著高于CK，平均增加2.78%。CK 的叶绿素指数最大为6.48，显著高于Mg3、Mg4 处理，与Mg0、Mg1、Mg2 处理没有显著差异。

2.3 减肥加镁处理对冬瓜生产经济效益的影响

从表5 可以看出，减肥加镁处理对冬瓜生产的经济效益表现为Mg3 ＞Mg4 ＞Mg2 ＞Mg1 ＞Mg0 ＞CK。Mg3 处理经济效益显著高于CK、Mg0、Mg1、Mg2、Mg4 处理，分别提高36.07%、17.34%、13.98%、8.06%、3.56%。Mg3 处 理经济效益显著提高的主要原因是同时提高了产量和减少了肥料成本，Mg3 处理产量比CK、Mg0、Mg1、Mg2、Mg4 处理分别提高24.57%、18.70%、14.34%、7.99%、1.86%，而Mg3 处理肥料成本比CK 减少14.84%。

表5 不同施肥处理对冬瓜生产经济效益的影响Table5 Effects of different fertilization treatments on economic benefit of wax gourd

3 讨论

我国化肥施用现象普遍存在，化肥减肥潜力大，科学推进化肥减量增效任务是控制面源污染、推进乡村振兴、促进农业可持续发展的关键［24］。除栽培措施外，影响蔬菜增收的关键性因素是土壤肥料问题，蔬菜在生产中的土壤肥料问题主要包括土壤肥力不足、土壤养分失衡、水肥浪费严重和土壤次生盐害［25］，主要原因是部分菜农为获取较高蔬菜产量滥用化学肥料，导致蔬菜品质降低。平衡施肥可以有效促进蔬菜发育，提高蔬菜产量和品质，增加菜农收入［26-27］。

本试验是在课题组充分掌握铁柱二号黑皮冬瓜养分吸收规律并结合土壤养分基本情况、保证减肥后的养分完全可以满足冬瓜果实的正常生长发育前提下进行。本研究中，减肥加镁处理可以有效增加冬瓜果实质量、促进横径生长、使果形美观，这与李灿等［28］研究结果相似。周婷等［29］在温室番茄的减肥试验中发现，减肥处理显著提高了果实可溶性固形物含量，本研究中Mg0 与CK 相比，果实内部可溶性固形物含量没有显著差异，可能是由于本试验种植冬瓜的本底土壤肥力比较充足。而管安琴等［30］研究发现，不同品种番茄果实可溶性固形物含量差别较大，施肥因素对其有一定影响、但改变不明显。Hao 等［31］研究了在岩棉上生长的番茄不同钙、镁供给对果实品质的影响，指出施镁对番茄可溶性固形物含量无显著影响，与本试验结果一致。前人在对甜瓜空间糖含量的研究中发现，甜瓜果实糖含量既存在纵向上的差异，也存在横向上的不同。纵向上，张明方等［32］、郑贺云等［33］发现，甜瓜不同部位的蔗糖含量梯度表现为脐部＞中部＞脐部；横向上，心部蔗糖含量显著高于边部。目前关于冬瓜果实可溶性固形物的空间含量未见报道，减肥加镁对冬瓜果实空间可溶性固形物含量的影响也未见报道。尤其是对于铁柱二号大型冬瓜，很难对其可溶性固形物进行全果测定。本研究发现，不同处理下冬瓜果实空间可溶性固形物含量没有显著差异，但是同一处理在横向上可溶性固形物含量均呈现外层＞中层＞内层的规律，纵向上没有显著差异。王兰菊等［34］在探究甜瓜果实糖梯度分布及其形成原因时推测，甜瓜发育中转运糖经果柄维管束运输卸载出后可能先到果实中心胎座，然后再运向外层果肉及脐部，而内层组织的氧气亏缺使发酵途径加强，TCA 氧化途径被抑制，ATP/ADP 比率减小，导致蔗糖从果实中心细胞向外侧细胞的跨膜转运效率降低，使甜瓜果实蔗糖梯度分布形成。在横向和纵向上甜瓜和冬瓜的果实糖梯度有很大不同，这可能和光合产物在冬瓜果实内部的卸载后运输分配有关系，应加强光合产物在冬瓜等葫芦科植物果实内部卸载的探究。

镁是叶绿素的重要组成部分，在植物营养和生理功能中发挥重要作用［35］，植物体内25%的镁元素用来参与构成叶绿素［36］。光反应中，镁离子通过增加FV 和FV/FM 可变荧光，提高光系统Ⅱ的活性；暗反应中，镁离子和RuBP 羧化酶结合从而增加对底物的亲和力，从而加快光合反应速率［37］。光合速率增加可以促进碳水化合物的合成［38］。镁在植物光合作用、糖化、三羧酸循环和氮素同化过程中会激活几十种酶的活性，还是300 多种酶的辅因子和变构调节因子，此外还参与生物体的重要代谢途径［39］。而糖、蛋白质等物质在植物生理代谢中都会影响果实品质。同时，缺镁会抑制光合产物从源到库的长距离运输，使光合产物在叶片中的叶肉细胞积累，主要原因是由于缺镁可破坏韧皮部的结构和削弱韧皮部的装载能力［40-43］。在本试验中，减肥加镁处理下，Mg2 和Mg3 处理的冬瓜综合品质较好，与上述内容相符。Mg4 处理冬瓜果实的硬度降低的原因可能是由于施加过量的镁肥，在土壤中由于钙镁拮抗作用，抑制了植株对钙元素的吸收，而钙离子在稳定细胞壁有重要作用，镁离子能从结合位点取代钙离子从而降低了果实硬度，这和Marcelle［44］对苹果的研究一致。花青素是具有抗氧化活性的植物多酚成分［45］，通常在液泡中积累，对果实色泽起重要作用，Shaked-Sachray 等［46］发现镁可以降低花青素降解，这可能是Mg2、Mg3、Mg4 处理花青素指数高于CK 的原因。类黄酮是一种广泛存在植物界的重要多酚类次生代谢产物［46］，能够保护植物免受紫外线、植物病原菌等生物和非生物的危害［47］，并且对心脑血管病、老化病、糖尿病、白血病等都有治疗作用［48-49］，本试验中施肥处理下的冬瓜类黄酮指数没有显著差异，可能是由于成熟果实中光合产物流向花青素合成途径，减缓了其他酚类合成，从而使果皮中的类黄酮和总酚含量较稳定［50］。果实越成熟其叶绿素含量越低［51］，Mg3 和Mg4 处理冬瓜果实叶绿素指数显著低于其他处理，果实成熟度最高，这可能和镁促进光合产物在叶片合成以及从源向库的运输有关［37,39］。

4 结论

本试验分析了减肥加镁对冬瓜果实品质的影响，结果表明，减肥加镁可以显著增加单果重、果实中部横径和果实下部横径，对果实纵径以及上部横径没有显著影响，对冬瓜不同部位的可溶性固形物含量没有显著影响。从纵向来看，减肥加镁处理下的冬瓜中部的果实硬度呈现一个先升高再降低的趋势，Mg2 处理是冬瓜中部的硬度达到最大值2.41，但是随着镁肥的施用量增加冬瓜中部的果实硬度在Mg4 处理达到最小值1.90。从横向来看，CK 与减肥加镁处理在外层、中层、和内层果实硬度上没有显著差异，但随着施镁量递增，冬瓜果实硬度反而降低，为保持冬瓜的口感和增加冬瓜的储藏时间，应在减肥前提下适量补充镁肥。与CK 相比，减肥加镁可以有效增加冬瓜果实的光泽度；综合来看减肥加镁处理下的冬瓜果实色泽度优于CK；各施肥处理下的冬瓜类黄酮指数没有显著差异，减肥加镁可以显著提高冬瓜果实的花青素指数，降低叶绿素指数；通过对各施肥处理下的经济效益分析，Mg3 处理经济效益最大为53 250 元/hm2，Mg3 经济效益最高的原因是由于肥料成本得到了降低和加镁后冬瓜的产量得到提高。综上所述，减肥处理下的Mg2和Mg3 对冬瓜果实的产量、品质以及经济效益的提升效果较佳。