不同颜色地膜覆盖对土壤水热状况及大蒜氮代谢的影响

陆信娟,刘灿玉,樊继德,赵永强,张碧薇,杨峰

不同颜色地膜覆盖对土壤水热状况及大蒜氮代谢的影响

陆信娟,刘灿玉,樊继德,赵永强,张碧薇,杨峰*

江苏徐淮地区徐州农业科学研究所, 江苏 徐州 221121

本文以‘徐蒜917’为材料，研究不同颜色地膜（红、绿、银黑、白黑、黑、银、透明）覆盖后对土壤温度、土壤含水量及大蒜氮代谢的影响。结果显示，与透明膜覆盖相比，银膜覆盖处理具有提高大蒜生育前期土壤温度，降低生育后期土壤温度的作用，且保墒效果优于红膜与透明膜；银膜覆盖处理提高了返青期大蒜叶片NR活性，保持大蒜快速生长期GS、GOGAT、GDH较高的酶活性，并显著提高了抽薹期叶片可溶性蛋白含量。综上，银膜覆盖栽培有利于改善土壤的水热状况，提高氮素同化水平，适用于大蒜生产。

大蒜; 地膜; 土壤温度; 氮代谢

地膜覆盖是农业生产中常用的一种栽培管理方法，通常覆盖地膜可起到调节地温、保墒、缩短作物生育期的作用；某些特殊地膜还具有降温、防草、趋避蚜虫、反射光照的作用[1-4]。在大蒜生产上，一般采用普通透明膜覆盖栽培，其主要作用为保温、保墒。除了常规的透明膜，前人还研究了黑膜与生物降解膜覆盖对大蒜生长发育及产量的影响[5,6]，但对于其它颜色地膜在大蒜栽培上运用的研究相对较少。本研究以‘徐蒜917’为材料，采用七种不同颜色地膜覆盖，研究其对土壤水热状况及大蒜氮代谢的影响，以期为大蒜生产选择合适的地膜提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

试验于2016-2017年在江苏徐淮地区徐州农业科学研究所试验示范基地进行。供试大蒜材料为‘徐蒜917’，2016年10月8日播种，播种后覆盖地膜。根据地膜颜色不同，试验设6个处理：红（RF）、绿（GF）、银黑膜（SBF）、白黑（WBF）、黑（BF）、银（SF）、以透明膜为对照（CK），每小区面积为30 m2，3次重复，随机区组排列。其它管理均按常规方法进行。

1.2 测定项目与方法

于大蒜苗期、越冬期、返青期、抽薹期、鳞茎膨大期进行平均地温、土壤含水量观测，同时取样调查大蒜氮代谢酶活性、可溶性蛋白含量。平均地温观测选择晴朗天气，采用曲管地温计（置于两行大蒜正中位置）测定不同处理土壤表层10 cm深度处的土壤温度，观测时间为7:00～17:00，观察频次为1次/h，取平均值，重复3次。土壤含水量采用环刀法进行测定。氮代谢酶活性的测定：硝酸还原酶（NR）活性测定采用活体法[7]；参照Wang L[8]等的方法测定谷氨酰胺合成酶（GS）活性和谷氨酸脱氢酶（GDH）活性；参照Groat RG等[9]的方法测定谷氨酸合酶（GOGAT）活性；用考马斯亮蓝法[10]测定可溶性蛋白含量。

1.3 数据处理

分别采用Microsoft Excel 2007软件和DPS 7.5软件进行试验数据处理和处理间差异显著性检验（Duncan新复极差法）。

2 结果与分析

2.1 不同颜色地膜覆盖对地温与土壤含水量的影响

通过调查不同时期10 cm处土壤平均温度（7:00～17:00）显示，大蒜生育前期（苗期至返青期），各处理土壤温度与对照无显著差异，但SF保温蓄热效果略高于CK，且显著高于GF（图1）。随着温度的进一步升高，抽薹期各处理平均地温无显著差异，膨大期CK平均地温升至最高水平，且与其它处理呈显著差异（<0.05）。结果表明，与CK相比，覆盖有色地膜可以显著降低大蒜生育后期土壤温度。

图1 不同颜色地膜覆盖对土壤温度的影响

注：柱上不同小写字母表示差异达5%显著水平。下同

Note：Different small letters in a column mean significant ant the 5% level. The same as below.

图2 不同颜色地膜覆盖对土壤含水量的影响

不同颜色地膜覆盖对土壤含水量的影响主要表现在大蒜返青后（图2）。苗期与越冬期不同处理对土壤含水量无显著影响。返青期后，处理间开始出现差异。返青期CK土壤含水量显著低于WBF与BF；抽薹期CK土壤含水量仍最低，显著低于WBF；膨大期RF土壤水分显著低于SBF。其余颜色地膜覆盖后，在大蒜不同生长阶段土壤含水量无显著差异。说明RF与CK的保墒能力不及其它几种颜色的地膜。

2.2 不同颜色地膜覆盖对大蒜氮代谢的影响

2.2.1 不同颜色地膜覆盖对大蒜叶片NR、GS、GOGAT、GDH活性的影响不同颜色覆膜处理后，大蒜叶片NR活性表现为先升高后降低的变化趋势，峰值出现在大蒜返青期（表1）。苗期CK与其他覆膜处理NR活性无明显差异，越冬期CK的NR活性最高，且显著高于除BF外的所有处理。返青期SF的NR活性最高，与GF覆盖处理NR活性无显著差异，但显著高于其余颜色处理（＜0.05）。说明SF有利于提高大蒜返青期叶片NR活性。

不同处理对GS活性影响略有不同（表1）。GF的GS活性表现为苗期至抽薹期都保持在较高水平，但膨大期GS活性显著低于对照（＜0.05）；SF的GS活性于返青期至鳞茎膨大期均保持在较高的水平。返青期至膨大期为大蒜快速生长与物质转化积累的时期，此时期大蒜生长状况直接影响大蒜的最终产量。SF可以在此阶段保持较高的GS活性水平，说明SF有利于促进大蒜快速生长期植株的氮代谢。

表1 不同颜色地膜覆盖对大蒜叶片氮代谢酶活性的影响

相较于CK，RF显著提高了抽薹期GOGAT活性（＜0.05）；GF主要提高了返青期与抽薹期GOGAT活性（＜0.05）；SBF显著提高了苗期、返青期与抽薹期GOGAT活性（＜0.05）；SF则提高了抽薹期与膨大期GOGAT活性（＜0.05）。大蒜抽薹期与膨大期是物质转化与积累最旺盛的时期，也是大蒜产量形成的关键时期；此时期SF大蒜叶片GS与GOGAT酶活协同升高，进一步说明SF对大蒜植株氮代谢的促进作用。WBF整个生育期叶片GOGAT与CK无显著差异；BF越冬期GOGAT活性显著低于CK。

SF对大蒜叶片GDH活性影响持续时间最长，与CK相比，显著提高了大蒜越冬期至膨大期叶片GDH活性（＜0.05）；其余颜色处理对提高大蒜叶片GDH活性的持续时间不及SF，甚至在特定阶段有降低GDH活性的作用。如RF、SBF显著降低了苗期GDH活性；GF显著降低了越冬期GDH活性。

表2 不同颜色地膜覆盖对大蒜叶片可溶性蛋白含量的影响

2.2.2 不同颜色地膜覆盖对大蒜叶片可溶性蛋白含量的影响可溶性蛋白是植株体内氮代谢产物，其含量在一定程度上体现了植株体内氮代谢的水平。抽薹期叶片可溶性蛋白含量仅SF表现为较高水平，且显著高于其他处理（＜0.05）（表2），结合氮代谢酶活性分析表明，此时期叶片可溶性蛋白含量升高的原因可能归结于SF提高了大蒜体内氮素同化水平。鳞茎膨大期，氮代谢所产生的可溶性蛋白由叶片转移至鳞茎储存，因此各处理间叶片可溶性蛋白含量差异不显著。

3 讨论

氮代谢是植物对氮素吸收、同化与利用的过程，对作物的生长、产量及品质都具有关键性作用。在植物氮代谢过程中，NR、GS、GOGAT与GDH是参与植物氮代谢的关键酶，其活性在一定程度上反映了植物的营养状况和氮素同化水平[11]。植物体内的氮代谢受多种因素的影响，如肥料的形态与种类[12]、施肥的水平[13,14]、土壤pH值[15]、光质[16]以及栽培条件[17]等。氮代谢酶活性的升高或降低，都是植物对外界环境的一种应激反应，一定程度上体现了植物对外界环境适应情况。本试验中，采用7种不同颜色的地膜覆盖大蒜，覆盖后的土壤水热状况各不相同。与对照透明膜相比较，银膜覆盖处理保持了大蒜生育前期稍高的土壤温度，并于生育后期具备一定的降温作用。采用银膜覆盖栽培，既可以保证大蒜安全越冬，并在一定程度上减轻大蒜生育后期由普通透明膜覆盖所造成的高温损伤，此结果与王玉光等[18]研究相一致；同时，银膜覆盖后的土壤墒情较好。良好的土壤水热条件为大蒜生长创造了相对较适宜的环境条件，反映到植株氮代谢水平，则表现为银膜覆盖处理提高了大蒜叶片氮代谢酶活性与可溶性蛋白含量。

土壤温度与水分是影响作物生长的两大重要因素，适宜的土壤温度与水分有利于创造作物生长最适的根际环境，促进根系的生长及对土壤养分的吸收。土壤中无机态氮，其中部分来源于微生物对土壤有机含氮化合物的分解作用，而土壤温度是影响此过程的重要环境因子[19,20]。研究发现，在 5～25 ℃温度范围内，净氨化速率、净硝化速率和氮净矿化速率随温度的升高而增加[21]。大蒜苗期生长适温为12～16 ℃[22]。本研究发现，苗期至返青期的不同覆膜处理土壤平均温度为4.3～10.7 ℃，而银膜覆盖对土壤的增温效果优于其它颜色地膜；因此，采用银膜覆盖栽培不仅有利于防止冻害的发生，促进大蒜根系的生长，同时也促进了土壤中养分的转化与吸收，提高植株氮代谢水平。大蒜鳞茎形成期的最适温度是15～20 ℃[22]，温度过高可加速土壤水分的散失与植株的蒸腾作用，抑制根系的生长发育[23]。本研究中，大蒜鳞茎膨大期银膜覆盖后土壤平均温度为21.8 ℃，虽高于鳞茎形成的最适温度范围，但显著低于普通透明膜覆盖处理（23.9 ℃，＜0.05），在一定程度上减少了高温对大蒜根系的损伤，促进根系对养分的吸收及利用，继而提高了大蒜氮素同化水平。

土壤水分与作物的生长紧密相关，有研究表明，水分是影响土壤氮矿化的重要因子，一定范围内水分含量与土壤氮矿化速率呈正相关[21]；同时，水分胁迫也会降低土壤水势，影响养分向根际层移动[24]，影响铵盐和硝酸盐的吸收；在适宜范围内适当提高土壤水分含量可提高氮代谢酶活性[25]。本研究中，银膜覆盖对土壤水分的保持效果优于普通透明膜与红膜，说明银膜覆盖可以为大蒜生长营造相对适宜的水分条件，从而提高土壤养分有效性、促进大蒜的生长，提高氮代谢水平。

温度与水分通常协同作用，影响作物的生长。综合来看，大蒜植株氮代谢水平的提高与银膜覆盖所创造的土壤水热环境条件密切相关，而氮素同化水平的高低直接影响作物产量。本课题组已验证，银膜覆盖大蒜的产量高于其他处理[26]，本研究从土壤水热状况及氮代谢水平进一步解释了银膜覆盖获得高产的原因，说明银膜覆盖栽培适宜徐淮地区大蒜种植推广。

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Effects Mulching Different Color Plastic Films on Soil Moisture Temperature and Nitrogen Metabolism in Garlic

LU Xin-juan, LIU Can-yu, FAN Ji-de, ZHAO Yong-qiang, ZHANG Bi-wei, YANG Feng*

221121,

The effects of different color plastic film ( red, green, silver black, white black, black, silver and transparent ) mulching on soil moisture - temperature and nitrogen metabolism of garlic were studied with a garlic (L.) cultivar ‘Xusuan 917’. The results showed that compared with the transparent mulching treatment, under the silver mulching treatment, soil temperature was increased at early growth stage and then reduced at late growth stage of garlic. The effect of silver mulching on soil moisture conservation was also better than red and transparent mulching treatments. The activity of nitrate reductase (NR) in garlic leaves was increased at green up stage and the activities of glutamine synthetase (GS), glutamate synthetase (GOGAT) and glutamate dehydrogenase (GDH) kept high in the fast growing period of garlic under the silver mulching treatment. The content of soluble protein in leaves was also remarkably improved under the silver mulching treatment at bolting stage. The results indicated that the treatment of silver mulching not only can improve the conditions of soil moisture-temperature, but also can enhance the nitrogen metabolism of garlic. It is suitable for garlic production.

Garlic; soil film; soil temperature; nitrogen metabolism

S633.4

A

1000-2324(2021)05-0789-05

2020-02-17

2020-06-06

江苏现代农业产业技术体系建设专项资金资助(JATS(2021)048);国家特色蔬菜产业技术体系(CARS-24-A-07)

陆信娟(1982-),女,硕士,副研究员,主要从事蔬菜栽培生理与育种. E-mail:luxinjuan1982@163.com

通讯作者:Author for correspondence. E-mail:xz-yangfeng@163.com