氮肥施用方式對高丙醇二酸黃瓜生理特性、產量及品質的影響

廉 華，李潤哲，馬光恕，張 帆，張君鳴

(黑龍江八一農墾大學園藝園林學院，黑龍江 大慶 163319)

黃瓜(CucumissativusL.)屬于葫蘆科(Cucurbitaceae)黃瓜屬(Cucumis)，又名胡瓜、王瓜，為一年生攀緣草本植物，是世界各國普遍種植的重要蔬菜品種，同時也是我國種植范圍最廣、面積最大的蔬菜種類之一[1]。聯合國糧農組織2017年統計數據顯示，我國黃瓜種植面積為123.7萬hm2，產量為0.65億t，占世界總產量的77%[2]。近幾年鮮食類水果黃瓜栽培量逐漸增多，因其口感鮮美、產量喜人，被很多農戶作為特優品種而大規模栽培種植。‘東農808’是一種水果黃瓜，在減脂方面具有獨特功效，又被稱為“美容黃瓜”[3]。丙醇二酸是黃瓜中特有的一種小分子有機酸，可抑制糖類物質轉變為脂肪，但是不妨礙糖類物質提供熱量和能量，是天然的減肥食品。人體自身不能合成丙醇二酸，只有通過飲食才能獲得，因此黃瓜成為植物有機型丙醇二酸的重要來源之一。隨著人們對健康和美好生活的追求，黃瓜在美容、減肥方面的作用越來越被重視，丙醇二酸含量也成為了衡量黃瓜及其加工品保健功能的重要指標，如何提高黃瓜果實中丙醇二酸含量逐漸引起了蔬菜研究工作者的重視。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在黑龍江八一農墾大學農學院試驗基地塑料大棚內進行。大棚內土壤類型為草甸黑鈣土，0～20 cm耕層土壤基本農化狀況為：土壤堿解氮184.7 mg·kg-1，速效磷21.4 mg·kg-1，速效鉀237.7 mg·kg-1，有機質含量3.38%，pH值7.83，總鹽分0.10%。

1.2 試驗材料

供試黃瓜品種為‘東農808’，是一種高含丙醇二酸黃瓜品種。

供試氮磷鉀肥料分別為：尿素[CO(NH2)2]，含N量為46%；磷酸二氫鉀(KH2PO4)，P2O5含量52%，K2O含量35%；硫酸鉀(K2SO4)，K2O含量54%。

1.3 試驗設計

試驗一：共設置5個處理，氮肥用量分別為69、138、276、552、1 104 kg·hm-2，依次采用N1、N2、N3、N4、N5表示。此外，施用有機肥37 500 kg·hm-2、磷肥156 kg·hm-2、鉀肥591 kg·hm-2。黃瓜采用壟作方式種植，小區為8壟區，壟長5 m，壟距65 cm，株距28 cm，每個處理設置3次重復，重復間設置一個空白小區，防止重復間的氮肥互相影響，按照隨機區組設計排列，小區面積26 m2。l/4氮肥作基肥，3/4氮肥緩苗后隨水進行追施，磷肥和鉀肥一次性全部施入。黃瓜于2018年3月27日播種，5月16日定植。定植后，結合澆水追施氮肥，分10次等量施用。黃瓜定植緩苗后及時吊蔓，單蔓整枝，緩苗后每3 d澆灌一次水，隨水澆施氮肥。

試驗二：在試驗一最佳氮肥用量即552 kg·hm-2基礎上，設置3種形態N肥，其中CO(NH2)2，為酰胺態N肥，簡寫為NU；(NH4)2SO4，銨態N肥，簡寫為NA；Ca(NO3)2·4 H2O，硝態N肥，簡寫為NN。對照為CO(NH2)2，用量為1 200 kg·hm-2(CK)。NU∶NA∶NN以純N比例為2∶1∶1(T1)、1∶2∶1(T2)、1∶1∶2(T3)設置3個處理。T1氮肥用量為CO(NH2)2600 kg·hm-2+(NH4)2SO4660 kg·hm-2+ Ca(NO3)2·4H2O 1 155 kg·hm-2；T2氮肥用量為CO(NH2)2300 kg·hm-2+(NH4)2SO41 320 kg·hm-2+ Ca(NO3)2·4 H2O 1 155 kg·hm-2；T3氮肥用量為CO(NH2)2300 kg·hm-2+(NH4)2SO4660 kg·hm-2+ Ca(NO3)2·4H2O 2 310 kg·hm-2。試驗二于2019年4月2日播種，5月18日定植于黑龍江八一農墾大學農學院試驗基地塑料大棚內。試驗實施、取樣時期、取樣方法、測定指標與方法等均與試驗一一致。

1.4 取樣時期和取樣方法

開花后28 d取樣1次，每個處理隨機選擇5株植株，利用葉片混合樣品測定黃瓜葉片生理指標。

在結果盛期(選取第10次采收期)，收獲果實后，每個處理隨機選取5個果實，利用果實混合樣品測定品質指標；同時，每個處理隨機選取10個果實，進行單果重測定。

1.5 測定指標與方法

1.5.1 葉片生理指標的測定 葉綠素含量采用丙酮乙醇法；硝酸還原酶活性采用活體分光光度法；還原糖含量采用3,5-二硝基水揚酸法；可溶性糖含量采用蒽酮比色法；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法。

1.5.2 果實品質指標的測定 可溶性糖含量采用蒽酮比色法；Vc含量采用紫外分光光度法；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法；硝酸鹽含量采用酚二磺酸法；丙醇二酸含量采用高效液相色譜法。

1.5.3 黃瓜平均單果重和產量的測定和計算 每個處理各測定5個黃瓜；在整個采收期內收獲果實累計相加計算出小區產量，并按照小區面積折算出每公頃黃瓜理論產量。

1.6 數據統計分析

利用Microsoft Excel 2007軟件制作圖表，利用DPS 7.05進行數據顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 氮肥不同用量對黃瓜生理特性、產量和品質的影響

2.1.1 氮肥不同用量對黃瓜產量和品質的影響 如表1所示，不同氮肥用量條件下黃瓜果實單瓜重和產量均存在一定差異，N4處理黃瓜單瓜重和產量均最高，為145.93 g和58 820.40 kg·hm-2；N4、N3處理單瓜重之間差異不顯著，但二者均顯著高于N1、N2和N5處理，分別高23.87%、19.15%、12.77%和17.13%、12.67%、6.64%；N4、N3、N5處理產量之間差異均不顯著，但三者均顯著高于N1和N2處理，分別高8.95%、7.68%、7.14%和6.37%、5.13%、4.60%；N4處理黃瓜單瓜重和產量分別比N1處理高出23.87%、8.95%。不同氮肥用量條件下黃瓜果實可溶性糖、Vc、可溶性蛋白、硝酸鹽、丙醇二酸含量均存在一定差異，其中N4處理黃瓜果實可溶性糖、Vc、可溶性蛋白、丙醇二酸含量最高，分別為2.78 mg·g-1、196.51 mg·kg-1、102.21 mg·kg-1、6.67 g·kg-1；N4與N3處理黃瓜果實可溶性糖和可溶性蛋白含量之間差異不顯著，但二者均顯著高于N1、N2、N5 3個處理，N4處理分別高95.77%、43.30%、58.86%和12.34%、10.75%、7.87%，N3處理分別高76.76%、29.38%、43.43%和9.38%、7.82%、5.02%；N4處理黃瓜果實Vc和丙醇二酸含量顯著高于其他4個處理，分別高5.40%、29.14%、11.32%、16.47%和13.24%、12.29%、2.14%、10.43%；N4處理黃瓜果實可溶性糖、Vc、可溶性蛋白、丙醇二酸含量分別比N1處理高出95.77%、53.99%、12.34%、13.24%；N5處理黃瓜果實硝酸鹽含量最高，為209.65 mg·kg-1，顯著高于其他4個處理，分別高78.00%、69.78%、38.33%、23.58%；但N5處理黃瓜果實硝酸鹽含量(209.65 mg·kg-1)也維持在蔬菜果實安全含量范圍內(在我國《農產品安全質量無公害安全要求》[10]即GB18406.1-2001中，硝酸鹽允許含量為瓜果類小于等于600 mg·kg-1)。

表1 氮肥不同用量對黃瓜產量和品質的影響

2.1.2 氮肥不同用量對黃瓜光合色素含量的影響 表2表明，在黃瓜開花后28 d，N4處理總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜等光合色素含量均高于N1、N2、N3、N5處理，其中N4處理總葉綠素含量和葉綠素a含量顯著高于其他處理，分別高34.70%、28.01%、9.39%、22.37%和31.66%、27.80%、6.94%、11.97%；N4處理葉綠素b含量和類胡蘿卜含量與N3處理之間差異不顯著但均顯著高于其他處理，N4處理分別高75.00%、67.61%、40.00%和26.39%、22.97%、9.64%，N3處理分別高39.71%、33.80%、11.76%和23.61%、20.27%、7.23%；N1處理4種光合色素含量均最低，分別為2.68、1.99、0.68、0.72 mg·g-1。N4處理黃瓜葉片總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜含量比N1處理分別高出34.83%、31.81%、73.83%、25.76%，說明適量增施氮肥可提高黃瓜葉片光合色素含量，改善光合能力，而過高的施氮量則不利于提高黃瓜葉片光合色素含量及光合特性。

表2 氮肥不同用量對黃瓜葉片光合色素含量的影響/(mg·g-1)

2.1.3 氮肥不同用量對黃瓜葉片還原糖和可溶性糖含量的影響 如圖1所示，在黃瓜開花后28 d，黃瓜葉片還原糖含量以N4處理最高，為4.794 mg·g-1，N4與N3處理之間差異不顯著，但N4處理顯著高于N1、N2和N5處理，分別高35.39%、20.60%、13.23%，N3處理顯著高于N1、N2處理，分別高27.14%、13.26%、6.33%；同時，黃瓜葉片可溶性糖含量也以N4處理最高，為15.713 mg·g-1，顯著高于其他處理，分別高71.48%、32.76%、15.83%、26.10%；N4處理黃瓜葉片還原糖含量和可溶性糖含量分別比N1處理高35.39%、71.48%，說明適宜用量氮肥可以促進黃瓜葉片還原糖和可溶性糖的積累，改善了黃瓜生理性能。

2.1.4 氮肥不同用量對黃瓜葉片可溶性蛋白質含量和硝酸還原酶活性的影響 如圖2所示，在黃瓜開花之后28 d，N4處理黃瓜葉片可溶性蛋白含量最高，為49.281 mg·kg-1，N4與N3處理之間差異不顯著，但N4處理顯著高于N1、N2和N5處理，分別高69.30%、42.64%、7.73%，N3處理顯著高于N1、N2處理，分別高62.55%、36.96%；同時，N4處理黃瓜葉片硝酸還原酶活性顯著高于其他處理，分別高192.08%、101.02%、15.87%、29.58%；N1處理葉片可溶性蛋白含量和硝酸還原酶活性均最低，為29.109 mg·kg-1、32.214 μg·g-1·h-1，顯著低于其他處理；N4處理黃瓜葉片可溶性蛋白質含量和硝酸還原酶活性分別比N1處理高69.30%、192.08%，說明適宜用量氮肥可以促進黃瓜葉片可溶性蛋白積累和硝酸還原酶活性提升，改善了黃瓜生理性能。

以上結果說明，適宜氮肥施用量不僅能夠提高黃瓜光合色素、還原糖、可溶性糖、可溶性蛋白含量和硝酸還原酶活性，改善了黃瓜生理性能，還能夠有效促進黃瓜產量形成和品質改善，N4處理即氮肥用量為552 kg·hm-2為試驗條件下最佳氮肥用量。

2.2 三種形態氮肥不同配比對黃瓜生理特性、產量和品質的影響

2.2.1 三種形態氮肥不同配比對黃瓜產量和品質指標的影響 如表3所示，三種形態氮肥不同配比對黃瓜果實單瓜重和產量存在一定差異。T3處理黃瓜單瓜重和產量均最高，為 158.56 g和63 490.05 kg·hm-2，與T2處理差異不顯著，但均顯著高于其他處理，T3處理單瓜重分別高8.65%和6.25%，T2處理單瓜重分別高6.36%和4.01%；T3處理產量分別高7.94%和5.64%，T2處理產量分別高6.91%和4.63%。與CK處理相比，T3處理黃瓜單瓜重和產量分別提高8.65%、7.94%。三種形態氮肥不同配比下黃瓜果實可溶性糖、Vc、可溶性蛋白、硝酸鹽、丙醇二酸含量均存在一定差異，其中T3處理黃瓜果實可溶性糖、Vc、可溶性蛋白、丙醇二酸含量均顯著高于T1、T2和CK處理，可溶性糖含量分別高2.85%、8.24%、3.96%，Vc含量分別高7.48%、5.07%、13.71%，可溶性蛋白含量分別高7.43%、6.34%、15.60%，丙醇二酸含量分別高1.05%、0.75%、1.35%；而硝酸鹽含量則最低，為149.37 mg·kg-1，分別比T1、T2和CK處理低6.96%、5.40%、13.58%。T3處理黃瓜果實可溶性糖、Vc、可溶性蛋白、丙醇二酸含量分別比CK處理高3.96%、13.71%、15.60%、1.35%。說明不同形態氮肥配比對黃瓜品質和產量形成的促進作用有差異性，在生產上采用T3處理即NU∶NA∶NN=1∶1∶2氮肥施用方法對黃瓜產量和品質具有促進作用。

表3 三種形態氮肥不同配比對黃瓜產量和品質的影響

2.2.2 三種形態氮肥不同配比對黃瓜光合色素含量的影響 如表4所示，在黃瓜開花后28 d，T3處理總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜等光合色素含量均高于T1和CK處理；T3處理總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b含量與T2處理之間差異均不顯著但二者均顯著高于T1和CK處理，T3處理分別高20.62%、20.22%、25.20%和34.35%、35.88%、33.61%，T2處理分別高20.26%、19.01%、14.17%和28.25%、29.01%、21.85%；T3處理類胡蘿卜含量顯著高于T1、T2和CK處理，分別高38.00%、12.20%和51.65%；CK處理4種光合色素含量均最低，分別為3.61、2.62、1.19 mg·g-1和0.91 mg·g-1。T3處理黃瓜葉片總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜含量比CK處理分別高34.34%、35.97%、33.64%、52.42%，說明T3處理對黃瓜葉片光合色素含量具有促進效果，從而改善植株光合能力，對后期產量形成具有促進作用。

表4 三種形態氮肥不同配比對黃瓜光合色素含量的影響/(mg·g-1)

2.2.3 三種形態氮肥不同配比對黃瓜葉片還原糖和可溶性糖含量的影響 如圖3所示，在黃瓜開花后28 d，T3處理黃瓜葉片還原糖含量、可溶性糖含量最高，分別為5.768、20.163 mg·g-1，與T2處理之間差異不顯著，但顯著高于T1和CK處理，T3處理分別高18.37%、20.32%和23.80%、28.32%，T2處理分別高16.13%、18.04%和18.40%、22.73%；CK處理黃瓜葉片還原糖、可溶性糖含量最低，分別為4.794、15.713 mg·g-1，顯著低于其他處理，分別低1.62%、15.29%、16.89%和3.52%、18.52%、21.03%；T3處理黃瓜葉片還原糖含量和可溶性糖含量分別比CK處理高20.32%、28.32%，說明T3處理可以促進黃瓜葉片還原糖和可溶性糖的積累，改善其生理性能。

2.2.4 三種形態氮肥不同配比對黃瓜葉片可溶性蛋白質含量和硝酸還原酶活性的影響 如圖4所示，在黃瓜開花之后28 d，T3處理黃瓜葉片可溶性蛋白含量、硝酸還原酶活性最高，分別為74.636 mg·kg-1和126.854 μg·g-1·h-1，與T2處理之間差異不顯著，但顯著高于T1和CK處理，T3處理分別高41.21%、28.69%和51.45%、34.82%，T2處理分別高37.43%、20.67%和47.39%、26.41%；CK處理葉片可溶性蛋白含量和硝酸還原酶活性均最低，分別為49.281 mg·kg-1和94.091 μg·g-1·h-1，顯著低于其他處理，分別低6.76%、32.15%、33.97%和4.55%、20.89%、25.83%；T3處理黃瓜葉片可溶性蛋白質含量和硝酸還原酶活性分別比CK處理高51.45%、34.82%，說明T3處理可以促進黃瓜葉片可溶性蛋白積累和硝酸還原酶活性提升，改善其生理性能。

3 討 論

氮肥是植物生長發育所需的大量營養元素之一[11]，也是植物生長發育的主要限制因素。為提高土壤中氮素的含量，大量氮肥被普遍應用于農業生產中，施用氮肥的增加對糧食單產的提高起到了重要的作用。常曉曉[12]研究表明，澆灌所需氮肥量的100%的中氮處理(N2)的黃瓜產量和氮素利用率最高，分別為7 728 kg·667m-2和 27.8%；而澆灌所需氮肥的 130%的高氮處理(N3)的黃瓜產量和氮素利用率均下降，分別為 7 596 kg·667m-2和 21.3%。陳娟等[13]研究氮肥不同施用量與黃瓜產量之間關系，也發現隨著氮肥用量的增加，黃瓜產量呈先增加后降低趨勢，其中N276處理產量最高，為92 t·hm-2，而N414處理則為83 t·hm-2，但處理N138、N276、N414分別比CK即N0增長了17.6%、35.3%和22.1%。說明適量施氮量能夠促進黃瓜產量形成和氮素利用率提高。蔡樹美等[14]研究結果表明，高氮處理(N3，270 kg·hm-2)的過氧化氫酶(CAT)、谷氨酰胺合成酶(GS)活性顯著高于低氮處理(N1，162 kg·hm-2)和中氮處理(N2，216 kg·hm-2)，分別達到149.40 nmol·min-1·g-1和30.29 U·g-1；N2的超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量顯著高于N1和N3，分別達到423.34 U·g-1和47.26 nmol·g-1。說明不同施氮處理對黃瓜葉片逆境脅迫關鍵酶和氮代謝關鍵酶活性會產生一定影響，適量氮肥供應可以改善酶活性，穩定葉綠體的片層結構。蔣靜靜等[15]研究結果表明，黃瓜產量、氮素的吸收量及氮肥利用率均隨供氮量的增加呈開口向下的拋物線狀，中氮處理中氮(N2，0.023 kg·株-1)得到最優值，分別為7 728、17.64 kg·667 m-2和27.8%。與對照(CK，施氮量0 kg·株-1)相比，低氮(N1，施氮量0.016 kg·株-1)、中氮(N2，0.023 kg·株-1)和高氮(N3，0.030 kg·株-1)處理的磷元素吸收量均顯著增加，N2和N3同N1相比有下降趨勢。黃瓜植株對鉀元素的吸收隨施氮量的增加而增加，但N1、N2和N3處理間無顯著差異。表明合理增施氮肥有利于提高黃瓜對氮、磷、鉀元素的吸收，特別是能顯著提高結果盛期黃瓜對氮、磷、鉀元素的累積。李靜等[16]研究結果表明，在盛果期，不同處理條件下的葉綠素a、葉綠素b 及葉綠素總含量之間也存在顯著性差異。其中，葉綠素a、葉綠素b 及葉綠素總含量均在低水(W1，60%)處理及中水(W2，80%)處理條件下，隨施氮量的提高表現為先增加后降低的趨勢，而在高水(W3，100%)處理條件下，葉綠素含量與施氮量呈正相關關系，但葉綠素a 在高氮(N3，540 kg·hm-2)與中氮(N2，360 kg·hm-2)條件下無顯著差異。這表明，在W1與W2條件下，適量施氮對提高葉片葉綠素含量有促進作用，過量施氮則會抑制葉綠素的合成。同時，在W2條件下，N2處理表現出較高的凈光合速率。其中，在10∶00時，N2處理較N0(0 kg·hm-2)、N1(180 kg·hm-2)、N3處理分別提高了33.6%、13.4% 及11.8%。這表明，在中水條件下，作物生長指標之間差異較小，氮肥供應量則成了影響凈光合速率的重要因素，不施氮肥及過量施肥均對凈光合速率產生不利影響，而中肥則是適合作物生長的適宜施氮量。張啟莉[17]研究結果顯示，在一定施氮量范圍內，尿素不同追施量對黃瓜氮素代謝生理指標的影響存在差異。在同一取樣時間點，黃瓜功能葉硝酸還原酶(NR)活性、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、谷氨酸脫氫酶(GDH)活性為處理3(750 kg·hm-2)>處理2(375 kg·hm-2)>處理4(1 125 kg·hm-2)、處理5(1 500 kg·hm-2)>處理1(0 kg·hm-2)；硝酸鹽含量為處理5>處理4>處理3>處理2>處理1；可溶性蛋白質含量、游離氨基酸含量、葉綠素含量為處理3>處理、2、4、5>處理1。說明適量追施氮肥(750 kg·hm-2)既能增加黃瓜功能葉的硝酸還原酶(NR)活性、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、谷氨酸脫氫酶(GDH)活性、可溶性蛋白質含量、游離氨基酸含量和葉綠素含量，又可促進黃瓜植株的氮代謝，改善果實品質，提高產量。這與本研究的適宜氮肥用量即N4處理(552 kg·hm-2)氮肥施用條件可以促進黃瓜葉片總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、還原糖、可溶性糖以及可溶性蛋白含量以及提高硝酸還原酶活性的研究結果存在一致性。

李云云等[18]不同供氮水平的研究表明，與CK(12 mmol·L-1)相比，黃瓜果實中總量抗壞血酸(T-AsA)和AsA含量在T1(0 mmol·L-1)和T2(3 mmol·L-1)低氮處理分別增加了69.5% 和24%，說明適當降低施氮量有利于黃瓜品質形成。王鶴冰等[19]設置了5個氮肥梯度，研究了氮肥不同施用量與黃瓜品質之間的關系，發現隨著氮肥施用量的增加，白絲條黃瓜果實的苦味評分呈先降低后升高的趨勢，而Vc含量則呈先升高后下降的趨勢，其中N2(1 050 kg·hm-2)處理苦味評分最低，且Vc含量最高(0.09 mg·g-1)。張媛[20]研究氮肥用量與黃瓜品質之間關系，結果表明，第四區域(在基肥基礎上平均施加1000 kg·hm-2)黃瓜的維生素C、有機酸、蛋白質以及糖分均明顯提高，達到試驗區域最高值，分別為10.66 mg·100g-1、0.162%、0.858 mg·100g-1和2.567%，比第一區域(不施加任何肥料)分別提高59.58%、72.34%、30.59%和36.11%。這與本研究的適宜氮肥用量即N4(552 kg·hm-2)氮肥施用條件促進黃瓜果實可溶性糖、Vc、可溶性蛋白以及丙醇二酸含量，降低果實中的硝酸鹽含量以及提高黃瓜單瓜重和產量的研究結果存在一致性。

4 結 論

1)適宜的氮肥施用量不僅能夠提高黃瓜光合色素、丙醇二酸、還原糖、可溶性糖、可溶性蛋白含量和硝酸還原酶活性，改善黃瓜生理性能，還能夠有效促進黃瓜產量形成和品質改善，N4處理即氮肥用量為552 kg·hm-2為試驗條件下最佳氮肥用量。

2)三種形態氮肥不同配比對黃瓜生理特性、產量和品質具有促進作用。合適氮肥配比不僅能夠提高黃瓜葉片總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜、丙醇二酸、還原糖、可溶性糖、可溶性蛋白質含量和硝酸還原酶活性，改善黃瓜生理性能，還能夠有效促進黃瓜產量形成和品質改善，T3處理即氮肥用量為NU∶NA∶NN=1∶1∶2為試驗條件下最佳氮肥配比。