氮肥水平對木薯渣復合基質栽培黃瓜生長及光合作用的影響

徐 剛, 彭天沁, 高文瑞, 李德翠, 孫艷軍, 韓 冰, 史瓏燕

(江蘇省農業科學院蔬菜研究所,江蘇南京 210014）

氮肥水平對木薯渣復合基質栽培黃瓜生長及光合作用的影響

徐 剛, 彭天沁, 高文瑞, 李德翠, 孫艷軍, 韓 冰, 史瓏燕

(江蘇省農業科學院蔬菜研究所,江蘇南京 210014）

以露豐黃瓜為試驗材料,使用木薯渣復合基質進行桶栽試驗,研究了氮肥施用水平(每桶0 g尿素、1 g尿素、5 g尿素、15 g尿素、25 g尿素）對黃瓜植株營養生長和光合作用的影響。結果顯示：在營養生長期間,植株的株高、莖粗和葉面積均隨著氮肥水平的提高出現先增長后降低的趨勢；氮肥水平的提高增加了植株葉片中的葉綠素含量和凈光合速率Pn,每桶內施用15 g尿素處理的植株葉綠素含量為所有處理中最高,與施氮水平每桶0 g尿素、1 g尿素、5 g尿素的植株相比,葉綠素總含量顯著升高,氮肥水平為每桶25 g尿素的植株的凈光合速率(Pn）最高,與氮肥水平每桶15 g尿素處理差異不顯著,但與氮肥水平每桶0 g尿素、1 g尿素和5 g尿素處理的植株差異達到顯著水平。

黃瓜；氮肥水平；光合作用；營養生長；產量

黃瓜(Cucumis sativusL.）是重要的無土栽培蔬菜品種,對肥料需求嚴格,喜肥但不耐肥[1-5]。已有大量的研究人員探討了不同的施氮量對黃瓜果實產量、品質和風味特性等方面的影響[6-8],一般認為,適宜的氮肥水平有利于黃瓜光能利用率的提高,促進植株的光合作用,從而保證植株健壯生長和優質高產[9]。但目前,尚缺乏針對生產上使用新型無土栽培基質——木薯渣復合基質栽培黃瓜時的適宜氮肥施用水平的研究。

保水劑(Superabsorbent Polymers,SAP）是近年來發展較快的一種化學調控節水節肥物質,其交聯的網狀結構上具有許多親水基團,使它能夠迅速并且反復地吸收比自身重數十倍甚至近百倍的含鹽水分[10],并緩慢釋放出水分和養分以持續供給植株吸收利用。張保軍等[11]發現保水劑對化肥氯化銨和尿素等都具有一定的吸持作用。俞滿源等[12]對馬鈴薯進行了保水劑配施氮肥的田間應用試驗,發現該技術提高了不同階段馬鈴薯葉片的光合速率,花期生物積累量增加了46.7%～98.8%,馬鈴薯莖葉生育期延長14～15 d,馬鈴薯塊莖產量增加75.0%～108.3%。徐剛等[13]使用保水劑吸收尿素溶液后與土壤拌勻進行辣椒的栽培試驗,發現能夠顯著地提高植株的生長量。研究結果表明,在無土栽培基質中也可以添加保水劑,并且當基質內養分較充足時,保水劑可以吸收多余的養分,并按照植株的生長需求將其吸收的養分通過交換作用供給植物[14-16]。

本試驗擬探討在木薯渣復合基質中添加保水劑和相同磷鉀肥的基礎上,不同的氮肥施用水平對黃瓜的營養生長、光合作用、產量和果實品質的影響,以期得出適用于木薯渣的最佳氮肥施用水平,為木薯渣在黃瓜無土栽培上的高效應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試黃瓜品種為露豐。無土栽培基質為木薯渣∶蛭石∶草炭=2∶1∶1(體積比）的復合基質。栽培基質養分含量為：全氮為5.73 g/kg,全磷為4.88 g/kg,全鉀為14.31 g/kg,速效氮為1.06 g/kg,速效磷為0.56 g/kg,速效鉀為0.74 g/kg,有機質含量為15.18%。

1.2 試驗方案

栽培試驗在江蘇省農業科學院六合基地大棚內進行,栽培形式為桶栽,每1桶內裝滿6 kg復合基質。氮肥種類為尿素,設置5個施用水平,即：N0=每桶0 g尿素、N1=每桶1 g尿素、N2=每桶5 g尿素、N3=每桶15 g尿素、N4=每桶25 g尿素。定植前將尿素與5.0 g保水劑、7.5 g過氧化磷和20.0 g氯化鉀在基質中混勻。黃瓜幼苗長至三葉一心時定植,每1桶內定植1株,每1個小區15桶,3次重復,隨機排列。定植后只澆灌清水。

1.3 測定指標及方法

定植20 d后計算各處理的成活率,采收果實并計算產量。定植20 d后測量黃瓜的株高、莖粗、葉片數、最大功能葉的葉長和葉寬,并根據葉長和葉寬與葉面積的經驗函數計算葉面積,葉面積=14.61-5L+0.94L2+0.47W+0.63W2-0.62LW(L為最大葉長,W為最大葉寬）[17]。每隔10 d測1次,共測量3次。

定植45 d后,使用便攜式光合測定儀(LI-6400,美國）于晴天上午9∶00～11∶00測定光合參數。測定時選擇植株生長點下數第5片葉,每個處理測量3株。取生長點下第5片展開真葉,采用丙酮∶乙醇∶水=4.5∶4.5∶1.0(體積比）混合液浸提法[18]測定葉綠素含量。

使用日本京都電子KEM數顯手持便攜式糖度計(RA-250HE）測定可溶性固形物含量；蒽酮比色法測定可溶性糖含量[19]；紅菲羅啉法測定AsA含量[20]；紫外分光光度法測定硝酸鹽含量[21]；NaOH滴定法測定有機酸含量[22]。

數據采用SPSS軟件進行顯著性檢驗, Duncan's法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥施用水平對黃瓜成活率和產量的影響

由表1可以看出,氮肥施用水平過高影響了定植后黃瓜植株的成活率。處理N0、N1、N2和N3的植株總成活率均為100%；而處理N4中植株總成活率為80%,存活下來的植株生長良好。單瓜長和單瓜質量是產量的重要構成因素,從試驗結果看,處理N2、N3和N4在單瓜長和單瓜質量上無顯著差異,并且均顯著高于處理N0和N1。N0產量最低,處理N3產量最高,顯著高于其他4個處理,N1、N2、N4的產量均顯著高于N0。表明,使用木薯渣復合基質栽培黃瓜時,施肥能夠顯著地增加黃瓜產量,在一定范圍內,隨著氮肥施用水平的提高,產量也隨之增加。

表1 不同氮肥施用水平對黃瓜成活率和產量的影響Table 1 The effects of different amounts of nitrogen applications on ratio of living plants and fruiting stages of cucumber

2.2 不同氮肥施用水平對黃瓜營養生長的影響

表2顯示,在定植20 d時,處理N0、N1和N2的株高、莖粗和葉面積都顯著高于處理N3和N4,其中,處理N2的生長勢表現最佳,而處理N4的株高、莖粗和葉面積均為所有處理中最低；在定植第30 d時,處理N4的株高、莖粗、葉片數和葉面積仍顯著低于其他處理,而處理N2的生長勢表現仍為最佳,株高、莖粗和葉面積均顯著高于其他處理；定植第40 d時,處理N2和N3的株高、莖粗、葉片數和葉面積均顯著高于其他處理,但這兩個處理之間差異不顯著。

表2 不同氮肥施用水平對黃瓜生長指標的影響Table 2 Effects of different amounts of nitrogen applications on growth index of cucumber

2.3 不同氮肥施用水平對黃瓜葉片葉綠素含量和光合特性的影響

隨著氮肥施用水平的提高,黃瓜葉片內的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量呈先增加后減少的趨勢。處理N3中的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量為所有處理中最高,與處理N0、N1和N2相比,葉綠素a含量分別增加222.73%、200.00%和29.09%,葉綠素b含量分別增加303.33%、116.07%和57.14%,葉綠素總含量分別增加236.46%、154.33%和33.47%,差異均達到顯著水平,但與處理N4差異不顯著(表3）。

表4顯示,黃瓜的凈光合速率(Pn）隨著氮肥施用水平的提高而提高,處理N4的Pn在所有處理中最高,顯著高于N0、N1和N2。而黃瓜的胞間CO2濃度(Ci）隨著氮肥施用水平的提高而降低,處理N0的Ci值最高,顯著高于處理N1、N2、N3和N4。

表3 不同氮肥施用水平對黃瓜葉片葉綠素含量的影響Table 3 The effects of different amounts of nitrogen applications on Chl a content,Chl b content and total Chl content of cucumber leaves

水分利用效率(WUE）是指植物消耗單位水量生產出的同化量,能夠反映植物生長中的能量轉化效率[23-24]。在葉片水平上,WUE值以凈光合速率(Pn）與蒸騰速率(Tr）之比(Pn/Tr）來表示[25]。結果(表4）表明,施氮水平顯著影響著黃瓜葉片的Tr和WUE。處理N0和N1的Tr和WUE值均顯著低于其他處理,但這兩個處理間無顯著差異。處理N4的WUE最高,較處理N0、N1、N2和N3分別提高了30.19%、26.72%、11.41%和11.04%,差異均達到顯著水平。

表4 不同氮肥施用量對黃瓜葉片光合特性的影響Table 4 Effects of different amounts of nitrogen applications on the photosynthetic characteristics of cucumber leaves

2.4 不同氮肥施用量對黃瓜果實品質的影響

從表5中可以看出,隨著氮肥水平的提高,黃瓜果實內的可溶性固形物和可溶性糖含量呈先增加后減少的趨勢,處理N2和N3果實中的可溶性固形物和可溶性糖含量為所有處理中最高,顯著高于處理N0、N1和N4,但處理N2和N3之間差異不顯著,處理N0果實內的可溶性固形物和可溶性糖含量最低。果實內的抗壞血酸含量隨著氮肥施用水平的提高而降低,處理N0內的抗壞血酸含量為所有處理中最高,顯著高于處理N3和N4,與處理N1和N2的差異不顯著。果實內硝酸鹽含量隨著氮肥施用水平的提高而增加,處理N4果實內的硝酸鹽含量為所有處理中最高,顯著高于其他4個處理。有機酸的含量隨著氮肥水平的提高呈先降低后增長的趨勢,處理N4果實內的有機酸含量顯著高于處理N0、N1、N2和N3,說明適當的提高氮肥水平能夠降低果實的酸度,但過高的氮肥水平反而顯著地增加了果實酸度,這與前人研究結果一致。

表5 不同氮肥施用水平對黃瓜品質的影響Table 6 The effects of different amounts of nitrogen applications on nutritive quality of cucumber in middle fruiting stage

3 討論

試驗結果表明,使用木薯渣復合基質栽培黃瓜時,氮肥施用水平影響了果實的產量、單瓜長和單瓜質量。總體上說,黃瓜的產量隨著每桶基質內的氮肥施用水平的提高而呈先增加而后減少的趨勢。獲得較高產量的適宜施氮水平是每桶15 g尿素,相對不施氮肥對照有顯著的增產效應。

蔬菜作物通過光合作用合成碳水化合物積累干物質,植株的株高、葉片數及葉面積等生長指標直接反映了積累的多少。在一定范圍內,提高氮肥施用水平有利于黃瓜植株的健壯生長,但氮肥施用水平過高,碳水化合物被大量用于合成蛋白質、葉綠素和其他含氮化合物[24],而促使蔗糖分解的酸性蔗糖轉化酶也會增加[25],致使植物體內糖積累顯著減少,造成植株的營養生長受阻。

氮是葉綠素的結構組成元素,所以葉綠素含量在一定程度上反映了葉片內的含氮水平,而葉片含氮水平又直接影響著黃瓜葉片光合速率的高低[26]。本試驗結果表明,黃瓜葉片中的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量均隨著施氮水平的提高呈先增加后降低的趨勢,而光合速率則隨著施氮水平的提高而提高。

前人在有關氮肥施用水平與WUE的相關性研究上結果不盡一致。劉曉宏等[27]研究認為WUE隨施氮量的增加而顯著提高；而趙義濤等[28]研究認為,WUE隨施氮量的增加而增加,但施氮達到一定水平后,WUE隨施氮量的增加而降低。就本試驗結果來看,黃瓜葉片的WUE值與施氮水平呈正相關。李生秀等[29]認為施用氮肥提高水分利用效率的機理在于氮肥促進了植物根系發育,提高了根系的吸水功能,并且改善了葉片的光合作用。

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(責任編輯：陳海霞）

Effects of nitrogen fertilizer rates on growth and photosynthesis of cucumber in cassava compound substrate

XU Gang, PENG Tian-qin, GAO Wen-rui, LI De-cui, HAN Bing, SUN Yan-jun, SHI Long-yan

(Institute of Vegetable Crops,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,China）

Experiments were conducted to study the effects of different amounts of nitrogen fertilizer rates(0 g、1 g、4 g、15 g、25 and 50 g per bucket）on vegetative growth and photosynthesis on cucumber Lufeng cultivated in mixed substrate of cassava residue.The results showed：In the stage of vegetative growth,with the nitrogen fertilizer rates increase, the plant height,stem diameter and leaf area all tend to increase first and the decrease later；in the later stage of vegetative growth,the plants planted with the nitrogen fertilizer rates of 5 g and 15g per bucket perform best；The Chl contents and net photosynthetic rate of cucumber leaves is increased as the nitrogen fertilizer rates increase.The total Chl contents is the highest with the nitrogen fertilizer rate of 15 g per bucket.The total net photosynthetic rate is the highest with the nitrogen fertilizer rate of 25 g per bucket.

cucumber；nitrogen fertilizer rate；photosynthesis；vegetative growth；yield

S642.201

A

1000-4440(2015）01-0068-05

徐 剛,彭天沁,高文瑞,等.氮肥水平對木薯渣復合基質栽培黃瓜生長及光合作用的影響[J].江蘇農業學報,2015,31 (1）：68-72.

10.3969/j.issn.1000-4440.2015.01.010

2014-06-01

江蘇省農業科技自主創新基金項目[CX(12）3002]

徐 剛(1963-）,男,江蘇東臺人,博士,研究員,主要從事蔬菜設施栽培技術及相關栽培生理等研究。(E-mail）xugang90@163.com