減肥加鎂對冬瓜產量及果實品質的影響

焦加斌，李金隆，鄭朝元，謝大森，張白鴿

（1.福建農林大學資源與環境學院國際鎂營養研究所，福建 福州 350002；2.廣東省農業科學院蔬菜研究所/廣東省蔬菜新技術研究重點實驗室，廣東 廣州 510640）

【研究意義】冬瓜（Benincasa hispida）是葫蘆科冬瓜屬一年生蔓生草本植物，又名白瓜、寒瓜、枕瓜、水芝等，起源于中國和印度，主要分布在中國、印度、泰國、馬來西亞等國家［1-3］。我國是世界上冬瓜栽植面積最大的國家，年播種面積20 萬hm2以上，主要分布在廣東、廣西、湖南、福建等省份［4-5］。廣東是冬瓜主產區之一，種植面積3.3 萬hm2，主要分布在廣州、佛山、清遠、惠州、英德等地，主要品種是黑皮冬瓜［3,6］。冬瓜是瓜類蔬菜中唯一不含脂肪的食品［7］，是一種價廉物美、藥食兼用的佳品，富含蛋白質、碳水化合物、維生素以及礦質元素［4］，深受消費者歡迎。【前人研究進展】在冬瓜種植過程中，農戶多憑經驗和習慣進行施肥管理，大量高濃度氮磷鉀復合肥施用到土壤中，養分施用量超出作物的養分需求量，養分流失嚴重，對環境造成一定污染［8］。華南地區由于降雨量大、土壤母質風化徹底，菜田含有H+、K+等與Mg2+拮抗的陽離子數量較多［9-11］，導致土壤鎂素含量和生物有效性嚴重不足［12］，依據鎂肥農學效應判斷，珠三角區域80%以上菜田缺鎂［13］。而鎂被認為是除氮、磷、鉀外植物的第四大必需營養元素，在植物中的含量為0.1%～0.5%。鎂是葉綠體的重要組成部分，如果鎂供應不足，植物葉片的光合作用就會受到影響，最終作物的收貨量就會減少［14］。施加鎂肥對提高水稻、玉米、蔬菜等作物的產量和品質有明顯作用［15-20］。【本研究切入點】2021 年中央一號文件明確提出，要推進農業綠色發展，支持國家農業綠色發展先行區的建設。隨著人們生活水平的提高及環保意識的增強，人們對無污染、無公害、綠色農產品的需求日趨增長［21］。如何提質增效又減少污染是農業綠色發展的關鍵［22］，盡管圍繞蔬菜的減肥研究較多，但未見針對減肥處理后施加不同梯度的鎂肥對黑皮冬瓜產量和品質的研究。【擬解決的關鍵問題】本研究在農戶習慣施肥的基礎上，通過減施氮磷鉀肥用量并增施不同梯度的鎂肥，研究減肥加鎂對黑皮冬瓜的產量及其構成因素、可溶性固形物、硬度、光澤度、色澤度等品質指標的影響，為華南地區黑皮冬瓜提質增效的施肥策略提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021 年3—7 月在廣東省農業科學院蔬菜研究所大豐基地（113.37°E、23.16°W）進行。供試冬瓜品種為鐵柱二號，供試肥料是尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、硫酸鉀（K2O 52%），硫酸鎂（MgO 16.66%）。

1.2 試驗方法

設置6 個施肥處理，包括1 個農戶習慣施肥對照（CK）和5 個減肥補鎂梯度處理。根據前期調研結果，CK 化肥用量為N 490 kg/hm2、P2O5360 kg/hm2、K2O 420 kg/hm2、MgO 0 kg/hm2；Mg0、Mg1、Mg2、Mg3、Mg4 的氮磷鉀施肥量均為N 350 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 375 kg/hm2，其施鎂量分別為0、30、60、90、120 kg/hm2MgO。

本試驗采用田間原位研究法，按照隨機區組方式排列，每個處理4 次重復，每個小區面積為50 m2。種植土壤為黃壤黏土，試驗前土壤（0～20 cm）養分平均含量為堿解氮115.79 mg/kg、有效磷31.48 mg/kg、速效鉀188.62 mg/kg、有效鈣940.80 mg/kg、有效鎂為98.32 mg/kg、有機質23.38 g/kg，pH 為6.10。

冬瓜田間管理：冬瓜種植密度為6 750 株/hm2，于2021 年3 月25 日將長勢一致的冬瓜苗定植于田間。整個生長期施肥5 次，分別為基肥、苗肥、促果肥、壯果肥和采果肥。基肥在冬瓜定植前施用，于3 月中旬進行；苗肥在定植后1 個月施用，于4 月中下旬進行；促果肥在果實長至1～3 kg 時施用，于5 月中下旬進行；壯果肥在果實長到7～8 kg 時施用，于6 月中上旬進行；采果肥在果實長至13～15 kg 時施用，于6 月中旬進行。灌水、農藝管理等按照當地常規管理方式，授粉為人工授粉。

1.3 測定指標及方法

在冬瓜果實成熟期（7 月4 日）進行采收，分別測定冬瓜產量構成因素（單果質量、果長、果圍）和品質指標（可溶性固形物含量、硬度、光澤度、色澤度、類黃酮指數、花青素等）。

冬瓜產量構成要素測定：每個處理隨機選擇長勢均勻的8 個冬瓜，用紙巾將表面擦拭干凈，單果質量采用1/100 電子秤進行稱量：用卷尺測量不同處理果實的果長、果圍。

品質指標測定：各指標測定位點如圖1 所示，可溶性固形物含量采用手持折光儀ATAGO 測定，硬度采用果實硬度計（FHM-5）測定，光澤度采用CS-380 光澤度計（60°）測定，色澤度采用色澤度計（CM-600d）測定；采用Lab 色彩通道對冬瓜果皮進行模擬，進而定量化不同處理冬瓜的色澤度；類黃酮指數（FLAV）、花青素指數（ANTH）和葉綠素指數（CHL）采用便攜式紫外-可見光熒光儀Multiplexresearch 測定，計算公式［23］為：

試驗數據采用Excel 2019 整理并繪制圖表，采用IBM SPSS 22 進行方差分析、Duncan法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 減肥加鎂處理對冬瓜產量及其構成因素的影響

由表1 可知，與CK 相比，減肥加鎂處理（Mg3、Mg4）可顯著提高冬瓜的單果質量和產量。對冬瓜果實的橫徑和縱徑進行比較發現，Mg2、Mg3、Mg4 處理顯著提高了果實中部橫徑，Mg1、Mg3 處理明顯增加了冬瓜下部的橫徑。由此可見，各施肥處理未對冬瓜果實的縱徑和上部橫徑生長造成明顯影響；減肥加鎂主要是增加冬瓜果實中部和下部的橫徑生長從而提高果實的單果質量，Mg3 處理產量、單果質量、果實中部橫徑和下部橫徑分別比CK 提高24.57%、24.60%、11.60%和18.15%。

表1 不同施肥處理對冬瓜產量及其構成因素的影響Table1 Effects of different fertilization treatments on the yield of wax gourd and its components

2.2 減肥加鎂處理對冬瓜果實品質指標的影響

2.2.1 可溶性固形物含量 冬瓜果實體積較大，但其果實不同部位可溶性固形物含量是否存在差異還未見報道。由表2 可知，果實縱向切面上、中、下部位可溶性固形物含量未見明顯差異，但在橫向上可溶性固形物含量均存在外層＞中層＞內層的分布規律。與CK 相比，縱向上，減肥處理Mg0 可提高上、中、下部位可溶性固形物含量5.32%、6.47%、4.59%，但差異不顯著；橫向上，減肥處理Mg0 可提高外層和中層的可溶性固形物2.82%、7.62%，但差異不顯著。隨著施鎂量的增加，Mg0～Mg4 等5 個濃度處理冬瓜果實的橫向和縱向可溶性固形物依次呈先下降、再上升、最后下降的趨勢，可溶性固形物含量高低表現為Mg0＞Mg3 ＞Mg4 ＞Mg1 ＞Mg2。

表2 不同施肥處理對冬瓜果實不同部位可溶性固形物含量（%）的影響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，冬瓜果實硬度在縱向和橫向分布上均存在一定空間差異，施肥對各部位的影響程度不同。縱向上，與CK 相比，不同施肥處理冬瓜上部的硬度沒有顯著差異。Mg2 處理冬瓜中部硬度得到顯著提高，其他處理間沒有顯著差異。Mg4 處理冬瓜下部硬度顯著低于CK、Mg1、Mg3 處理，其他處理間果實下部硬度沒有顯著差異。橫向上，整體上呈現外層>中層>內層規律，Mg2、Mg3 處理果實外層硬度顯著高于Mg0 處理，其他處理間差異不顯著；Mg1、Mg2 處理果實中層硬度顯著高于Mg4 處理，其他處理間差異不顯著。在果實內層，Mg0、Mg1、Mg2、Mg3 處理顯著高于Mg4 處理，CK 與減肥加鎂處理硬度沒有顯著差異。與Mg1 處理相比，Mg4 處理果實中層和內層硬度分別下降17.84%和29.63%。

表3 不同施肥處理對冬瓜果實不同部位硬度（kg/cm2）的影響Table3 Effects of different fertilization treatments on hardness (kg/cm2) of different parts of wax gourd fruit

2.2.3 光澤度 由表4 可知，不同施肥處理果實光澤度差異顯著，表現為Mg4 ＞Mg3 ＞Mg2=Mg1=Mg0 ＞CK，Mg0、Mg1、Mg2、Mg3、Mg4 處理果實光澤度分別比CK 提升6.75%、6.15%、17.54%、9.00%、24.44%。Mg4 處理冬瓜果實色澤度L值最大、為32.75，比Mg0、Mg2、Mg3 處理分別顯著增加4.60%、5.10%和6.90%。

表4 不同施肥處理對冬瓜果實光澤度、色澤度及各指數的影響Table 4 Effects of different fertilization treatments on gloss iness,color,and various index of wax gourd fruit

2.2.4 色澤度 Mg3 處理冬瓜果實色澤度a值最大、為-1.71，顯著高于CK、Mg0、Mg1、Mg2、Mg3 處理，分別增加53.78%、37.59%、34.49%、21.569%，表現為Mg3 ＞Mg2 ＞Mg1 ＞Mg0 ＞CK。CK 冬瓜果實b值最大為5.99，顯著高于Mg0、Mg1、Mg2、Mg3、Mg4處理，分別增加43.65%、38.98%、55.99%、91.37%、93.22%，表現為CK ＞Mg0=Mg1=Mg2 ＞Mg3=Mg4。

2.2.5 類黃酮花青素、葉綠素指數 不同施肥處理冬瓜果實類黃酮指數無顯著差異，Mg2、Mg3、Mg4 處理花青素指數顯著高于CK，平均增加2.78%。CK 的葉綠素指數最大為6.48，顯著高于Mg3、Mg4 處理，與Mg0、Mg1、Mg2 處理沒有顯著差異。

2.3 減肥加鎂處理對冬瓜生產經濟效益的影響

從表5 可以看出，減肥加鎂處理對冬瓜生產的經濟效益表現為Mg3 ＞Mg4 ＞Mg2 ＞Mg1 ＞Mg0 ＞CK。Mg3 處理經濟效益顯著高于CK、Mg0、Mg1、Mg2、Mg4 處理，分別提高36.07%、17.34%、13.98%、8.06%、3.56%。Mg3 處 理經濟效益顯著提高的主要原因是同時提高了產量和減少了肥料成本，Mg3 處理產量比CK、Mg0、Mg1、Mg2、Mg4 處理分別提高24.57%、18.70%、14.34%、7.99%、1.86%，而Mg3 處理肥料成本比CK 減少14.84%。

表5 不同施肥處理對冬瓜生產經濟效益的影響Table5 Effects of different fertilization treatments on economic benefit of wax gourd

3 討論

我國化肥施用現象普遍存在，化肥減肥潛力大，科學推進化肥減量增效任務是控制面源污染、推進鄉村振興、促進農業可持續發展的關鍵［24］。除栽培措施外，影響蔬菜增收的關鍵性因素是土壤肥料問題，蔬菜在生產中的土壤肥料問題主要包括土壤肥力不足、土壤養分失衡、水肥浪費嚴重和土壤次生鹽害［25］，主要原因是部分菜農為獲取較高蔬菜產量濫用化學肥料，導致蔬菜品質降低。平衡施肥可以有效促進蔬菜發育，提高蔬菜產量和品質，增加菜農收入［26-27］。

本試驗是在課題組充分掌握鐵柱二號黑皮冬瓜養分吸收規律并結合土壤養分基本情況、保證減肥后的養分完全可以滿足冬瓜果實的正常生長發育前提下進行。本研究中，減肥加鎂處理可以有效增加冬瓜果實質量、促進橫徑生長、使果形美觀，這與李燦等［28］研究結果相似。周婷等［29］在溫室番茄的減肥試驗中發現，減肥處理顯著提高了果實可溶性固形物含量，本研究中Mg0 與CK 相比，果實內部可溶性固形物含量沒有顯著差異，可能是由于本試驗種植冬瓜的本底土壤肥力比較充足。而管安琴等［30］研究發現，不同品種番茄果實可溶性固形物含量差別較大，施肥因素對其有一定影響、但改變不明顯。Hao 等［31］研究了在巖棉上生長的番茄不同鈣、鎂供給對果實品質的影響，指出施鎂對番茄可溶性固形物含量無顯著影響，與本試驗結果一致。前人在對甜瓜空間糖含量的研究中發現，甜瓜果實糖含量既存在縱向上的差異，也存在橫向上的不同。縱向上，張明方等［32］、鄭賀云等［33］發現，甜瓜不同部位的蔗糖含量梯度表現為臍部＞中部＞臍部；橫向上，心部蔗糖含量顯著高于邊部。目前關于冬瓜果實可溶性固形物的空間含量未見報道，減肥加鎂對冬瓜果實空間可溶性固形物含量的影響也未見報道。尤其是對于鐵柱二號大型冬瓜，很難對其可溶性固形物進行全果測定。本研究發現，不同處理下冬瓜果實空間可溶性固形物含量沒有顯著差異，但是同一處理在橫向上可溶性固形物含量均呈現外層＞中層＞內層的規律，縱向上沒有顯著差異。王蘭菊等［34］在探究甜瓜果實糖梯度分布及其形成原因時推測，甜瓜發育中轉運糖經果柄維管束運輸卸載出后可能先到果實中心胎座，然后再運向外層果肉及臍部，而內層組織的氧氣虧缺使發酵途徑加強，TCA 氧化途徑被抑制，ATP/ADP 比率減小，導致蔗糖從果實中心細胞向外側細胞的跨膜轉運效率降低，使甜瓜果實蔗糖梯度分布形成。在橫向和縱向上甜瓜和冬瓜的果實糖梯度有很大不同，這可能和光合產物在冬瓜果實內部的卸載后運輸分配有關系，應加強光合產物在冬瓜等葫蘆科植物果實內部卸載的探究。

鎂是葉綠素的重要組成部分，在植物營養和生理功能中發揮重要作用［35］，植物體內25%的鎂元素用來參與構成葉綠素［36］。光反應中，鎂離子通過增加FV 和FV/FM 可變熒光，提高光系統Ⅱ的活性；暗反應中，鎂離子和RuBP 羧化酶結合從而增加對底物的親和力，從而加快光合反應速率［37］。光合速率增加可以促進碳水化合物的合成［38］。鎂在植物光合作用、糖化、三羧酸循環和氮素同化過程中會激活幾十種酶的活性，還是300 多種酶的輔因子和變構調節因子，此外還參與生物體的重要代謝途徑［39］。而糖、蛋白質等物質在植物生理代謝中都會影響果實品質。同時，缺鎂會抑制光合產物從源到庫的長距離運輸，使光合產物在葉片中的葉肉細胞積累，主要原因是由于缺鎂可破壞韌皮部的結構和削弱韌皮部的裝載能力［40-43］。在本試驗中，減肥加鎂處理下，Mg2 和Mg3 處理的冬瓜綜合品質較好，與上述內容相符。Mg4 處理冬瓜果實的硬度降低的原因可能是由于施加過量的鎂肥，在土壤中由于鈣鎂拮抗作用，抑制了植株對鈣元素的吸收，而鈣離子在穩定細胞壁有重要作用，鎂離子能從結合位點取代鈣離子從而降低了果實硬度，這和Marcelle［44］對蘋果的研究一致。花青素是具有抗氧化活性的植物多酚成分［45］，通常在液泡中積累，對果實色澤起重要作用，Shaked-Sachray 等［46］發現鎂可以降低花青素降解，這可能是Mg2、Mg3、Mg4 處理花青素指數高于CK 的原因。類黃酮是一種廣泛存在植物界的重要多酚類次生代謝產物［46］，能夠保護植物免受紫外線、植物病原菌等生物和非生物的危害［47］，并且對心腦血管病、老化病、糖尿病、白血病等都有治療作用［48-49］，本試驗中施肥處理下的冬瓜類黃酮指數沒有顯著差異，可能是由于成熟果實中光合產物流向花青素合成途徑，減緩了其他酚類合成，從而使果皮中的類黃酮和總酚含量較穩定［50］。果實越成熟其葉綠素含量越低［51］，Mg3 和Mg4 處理冬瓜果實葉綠素指數顯著低于其他處理，果實成熟度最高，這可能和鎂促進光合產物在葉片合成以及從源向庫的運輸有關［37,39］。

4 結論

本試驗分析了減肥加鎂對冬瓜果實品質的影響，結果表明，減肥加鎂可以顯著增加單果重、果實中部橫徑和果實下部橫徑，對果實縱徑以及上部橫徑沒有顯著影響，對冬瓜不同部位的可溶性固形物含量沒有顯著影響。從縱向來看，減肥加鎂處理下的冬瓜中部的果實硬度呈現一個先升高再降低的趨勢，Mg2 處理是冬瓜中部的硬度達到最大值2.41，但是隨著鎂肥的施用量增加冬瓜中部的果實硬度在Mg4 處理達到最小值1.90。從橫向來看，CK 與減肥加鎂處理在外層、中層、和內層果實硬度上沒有顯著差異，但隨著施鎂量遞增，冬瓜果實硬度反而降低，為保持冬瓜的口感和增加冬瓜的儲藏時間，應在減肥前提下適量補充鎂肥。與CK 相比，減肥加鎂可以有效增加冬瓜果實的光澤度；綜合來看減肥加鎂處理下的冬瓜果實色澤度優于CK；各施肥處理下的冬瓜類黃酮指數沒有顯著差異，減肥加鎂可以顯著提高冬瓜果實的花青素指數，降低葉綠素指數；通過對各施肥處理下的經濟效益分析，Mg3 處理經濟效益最大為53 250 元/hm2，Mg3 經濟效益最高的原因是由于肥料成本得到了降低和加鎂后冬瓜的產量得到提高。綜上所述，減肥處理下的Mg2和Mg3 對冬瓜果實的產量、品質以及經濟效益的提升效果較佳。