水氮耦合對西瓜生長和產量的影響

高玉俠　李洪軍

摘 要：【目的】為明確西瓜對水氮耦合的響應機制，確定最佳灌水和施肥方法?！痉椒ā坎捎昧褏^試驗設計，以灌水量為主區，設置2個灌水水平，600m3/hm2（W1）和900m3/hm2（W2），以氮肥為副區，設置3個氮肥水平，分別為200kg/hm2（N1），300kg/hm2（N2），400kg/hm2（N3），研究了西瓜生長指標、氮代謝、光合參數以及產量的變化特征。【結果】西瓜主蔓長、莖粗、NR、GS、GOGAT、光合速率、干物質積累量和產量在W1灌水量下，隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢，在W2灌水量下呈先升高后降低的趨勢，說明在低灌水量下增施氮肥能夠促進西瓜生長，增加西瓜產量。在高灌水量下施氮量過大對西瓜生長產生抑制作用，不利于產量的形成?！窘Y論】在灌水量為600m3/hm2時，施氮量可在400kg/hm2為宜，在灌水量為900m3/hm2時，施氮量可在300kg/hm2較好。

關鍵詞：西瓜；水氮；生長；產量

西瓜（Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.etNakai）是葫蘆科西瓜屬植物。西瓜清爽解渴，味道甘味多汁，堪稱“盛夏之王”，西瓜含有豐富的維生素C、蛋白氨基酸、果糖、葡萄糖、蘋果酸等物質，極具營養價值。我國是西瓜生產與消費的第一大國[1]。近年來，隨著人們生活水平的提高，對西瓜的數量和質量需求不斷增加。因此，提高西瓜產量和質量成為重要的研究任務。提高西瓜產量和質量不僅依賴于優良品質的選育，還有賴于栽培管理技術，其中水肥管理是西瓜種植過程中最為重要的環節[2]。

水是植物進行物質轉化、養分運輸的重要條件，在植物光合、形態建成和生長發育中發揮重要的作用[3]。氮作為作物生長發育所必需的營養元素其中之一，是作物生長的首要限制因素[4]。植物蛋白質、核酸、酶和葉綠素合成需要氮素，氮素也是內源激素及其前體的主要成分[5]。植物水和氮的吸收是兩個相對獨立的過程，但是存在相互的作用和聯系，水氮的協調利用是植物物質積累的重要因素[6]，水分通過改善土壤物理化學特征以及土壤生物的活動來增加土壤養分的有效性，土壤養分伴隨水分進入植物體內。因此，協調的水氮關系能夠促進植物養分運輸、光合作用[7]。苗為偉等[8]研究表明，施氮肥能夠提高缺水環境下植物體內無機離子和有機物質含量，從而改善植株水分狀況，提高對環境的適應能力。馬慧敏等[9]研究表明，氮代謝和光合作用對水分和氮素的響應存在差異，充足灌水有利于植物光合作用。董偉欣等[10]研究表明，隨著水氮量的增加，小麥株高、旗葉面積和地上部干重增加，中氮/高水是最理想的水氮互作方式。前人有關水分和氮肥的研究取得較大的進展，然而有關水氮耦合互作對西瓜生長和產量的影響研究較少，因此，本試驗設置3個氮肥水平和2個灌水水平，研究西瓜生長、氮代謝、光合參數以及產量的變化特征，為西瓜的高效栽培提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021年江蘇省淮安市淮安區石塘鎮大棚內進行，屬于亞熱帶濕潤季風氣候，平均氣溫為14.5℃，年平均在957mm，無霜期216d左右，全年日照時數2136-2411h，整體表現為雨熱同季，雨量集中，冬冷夏熱，光能充足，熱量豐富。供試西瓜品種為蘇夢6號，試驗大棚土壤類型為沙壤土，含有機質11.46g/kg，全氮0.53g/kg，速效氮46.15mg/kg，速效磷48.77mg/kg，速效鉀86.49mg/kg。早熟小果型西瓜，植株生長勢中等，全生育期102d左右，果實發育期30d左右，果實圓形，果皮綠色，皮厚0.44cm左右，果皮覆墨綠色齒狀條帶，果肉紅色，中心折光糖含量13%左右，口感酥脆。氮、磷、鉀分別為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O5 12%）和硫酸鉀（K2O50%）。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區試驗設計，以灌水量為主區，設置2個灌水水平，600m3/hm2（W1）和900m3/hm2（W2），以氮肥為副區，設置3個氮肥水平，分別為200kg/hm2（N1），300kg/hm2（N2），400kg/hm2（N3），西瓜種植行距2.6m，株距0.45m。每個處理基肥施商品有機肥4.5 t/hm2，磷肥（P2O5）120kg/hm2，鉀肥（K2O）100kg/hm2和1/2氮肥，其余氮肥分別在伸蔓期和膨果期進行追施。全生育期共滴灌3次，定植期灌水5%，伸蔓期灌水45%，果實膨大期灌水50%。試驗于2021年2月16日播種育苗，在3月28日定植，6月5日成熟收獲。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 西瓜生長指標的測定

分別在西瓜伸蔓期和開花坐果期，每個處理選擇3株長勢一致的植株，使用直尺測定西瓜的主蔓長，使用游標卡尺測定西瓜的莖粗。

1.3.2 植株氮代謝關鍵酶活性的測定

在西瓜開花期，選擇晴天上午，每個處理選擇3株西瓜植株，選擇同一位置的葉片，取下后放入加冰袋的泡沫盒中，帶回實驗室，擦干凈葉片表面的塵土，分別測定硝酸還原酶（NR），以μg NO2-（生成）·g-1FW·h-1表示，測定谷氨酰胺合成酶（GS）活性，以μmol·g-1·min-1表示，測定谷氨酸合酶（GOGAT）活性，以U·g-1·min-1表示。

1.3.3 光合參數的測定

在西瓜開花期，選擇晴天上午，測定同一部位西瓜葉片的氣體交換參數，凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci），每個處理重復3次。

1.3.4 干物質積累量的測定

分別在西瓜伸蔓期、開花期和成熟期，每個小區隨機選擇長勢一致的西瓜整株，將莖、葉和果實分開，放入烘箱中，在105℃下殺青30min，在80℃下烘干至恒重。

1.3.5 西瓜產量的測定

在西瓜成熟期，每個小區進行實收測產，統計每個小區瓜數，每個處理隨機選擇10個西瓜稱量單瓜重。

1.4 數據與分析

試驗數據采用Excel 2013數據處理軟件進行初步分析和圖表制作，采用SPSS 19.0統計軟件進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 水氮耦合對西瓜植株形態特征的影響

從表1可以看出，水氮耦合顯著影響西瓜植株的形態特征。在伸蔓期，主蔓長在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸增加的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，處理間差異均顯著；莖粗在同一灌水水平下不同施氮量處理間沒有顯著差異。

在開花坐果期，主蔓長在W1處理下和伸蔓期相似，在W2處理下，W2N2和W2N3間沒有顯著差異，顯著高于W2N1。莖粗在W1處理下W1N1和W1N2沒有顯著差異。在W2處理下，W2N2和W2N3間沒有顯著差異，顯著高于W2N1。在同一施氮量下，W2灌水水平的主蔓長和莖粗均高于W1水平。

2.2 水氮耦合對西瓜氮代謝關鍵酶活性的影響

氮代謝關鍵酶在植物體內氮素轉化中起著重要的作用。由表2可知，不同水氮條件下西瓜氮代謝關鍵酶活性存在顯著差異。NR活性在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異；GS活性在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，表現為W1N3＞W1N2＞W1N1處理間差異均顯著。在W2處理下表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，處理間差異均顯著。GOGAT活性變化特征和GS相似，在同一灌水水平下不同施氮量間差異均顯著。在同一施氮量下，W2灌水水平的NR、GS和GOGAT均高于W1水平。

2.3 水氮耦合對西瓜光合參數的影響

光合作用是植物進行物質積累和生長發育最為重要的過程。從表3可知，凈光合速率在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異。氣孔導度在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，表現為W1N3＞W1N2＞W1N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異。在W2處理下表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，處理間差異均顯著。胞間二氧化碳濃度在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸降低的趨勢，在W2處理下呈先降低后升高的趨勢。蒸騰速率在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，處理間差異均顯著。在同一施氮量下，W2灌水水平的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率均高于W1灌水水平。

2.4 水氮耦合對西瓜干物質積累量的影響

干物質積累和產量形成有著密切的關系。從表4可以看出，在伸蔓期各處理間干物質積累量沒有顯著差異。在開花坐果期W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，處理間差異均顯著。在成熟期W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異。在同一施氮量下，開花坐果期和成熟期，W2灌水水平的干物質積累量均高于W1灌水水平。

2.5 水氮耦合對西瓜產量和產量性狀的影響

水氮條件對西瓜產量及果實性狀有顯著的影響。從表5可知，單瓜質量在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異。果實縱徑在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，W2N2和W2N3處理間沒有顯著差異。果實橫徑在同一灌水水平下不同施氮量處理間沒有顯著差異。西瓜產量在W1處理下隨著氮肥用量的增加呈逐漸升高的趨勢，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，表現為W2N2＞W2N3＞W2N1，處理間差異均顯著。在同一施氮量下，西瓜單瓜質量、果實縱徑、橫徑和產量均高于W1灌水水平。

3 討論

水氮耦合互作一直是農業生產的研究重點，水氮協調配合能夠促進植物生長，增加作物產量[11]。本研究結果表明，西瓜主蔓長、莖粗干物質積累量和產量在W1灌水量下，隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢，在W2灌水量下呈先升高后降低的趨勢，這說明在低灌水量下增施氮肥能夠促進西瓜生長，增加西瓜產量。在低灌水量下，增加施氮量能夠增加土壤氮素，增加根系對養分的吸收，從而提高物質積累，增加產量。在高灌水量下，水分充足，對氮素的轉運效率較高，當施氮肥過多，植物對氮肥的吸收達到飽和，從而對物質積累和產量提高的效益不明顯[12]。氮代謝是植物生命活動，氮代謝能力直接影響植物的生長發育[13]，水分和氮素則是影響氮代謝關鍵酶活性的重要因素[14]。本研究結果表明，NR、GS、GOGAT、光合速率、干物質積累量和產量在W1灌水量下，隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢，在W2灌水量下呈先升高后降低的趨勢，這說明灌水量影響氮代謝酶活性，適量氮肥可促進氮代謝關鍵酶活性的增加，而氮肥用量過多則會產生抑制作用[15]。

光合作用是植物生長發育最重要的反應，決定了植物的物質積累和轉運，葉綠素是光合作用的重要場所[16]。研究表明，氮素在植物光合過程中發揮重要作用，既是葉綠素合成的重要成分，也是參與反應酶的構成部分，直接影響植物葉片的光合作用[17]。水分作為光合作用的主要原料，通過影響酶活性、葉綠體合成和原生質間接影響光合作用。水氮互作對作物光合的影響比較復雜，只有合理運用水氮才能夠達到最佳的效果[18]。研究表明，合理的水氮運籌能夠協調光合養分和水分在植物體內的分配，從而使光合作用達到最優狀態，當水氮供應發生變化時，植物的光合以及其他生理生化反應發生相應的變化。本研究結果表明，西瓜葉片凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率在W1灌水量下，西瓜生長指標、氮代謝關鍵酶。光合參數、干物質和產量隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢，在W2灌水量下呈先升高后降低的趨勢，表明水氮耦合對西瓜光合特性具有調控作用，在低水平灌溉下適當增加氮肥用量能夠提高光合作用，在高水平灌溉下，氮素含量超出一定閾值影響光合作用，可能是由于在高水平灌溉下的肥料利用更加充分，當用量過高則產生滲透脅迫。

4 結論

綜上所述，在W1灌水量下，西瓜生長指標、氮代謝關鍵酶、光合參數、干物質和產量隨著施氮量的增加呈逐漸增加的趨勢，而在W2灌水量下相關指標隨著施氮量呈先升高后降低的趨勢。因此，在灌水量為600m3/hm2時，施氮量可在400kg/hm2為宜，在灌水量為900m3/hm2時，施氮量可在300kg/hm2較好。生產中可根據灌水量進行施氮，低灌水量下可適當增施氮肥，在高灌水量下可適當減施氮肥，以達到水肥協調，高效施氮的目的。

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習近平《 論“三農”工作》

書寫好中華民族偉大復興的“三農”新篇章③

（二○一七年十二月二十八日）

一是農業供給側結構性改革取得新進展，糧食生產能力跨上新臺階，新型農業經營主體發展壯大，農村新產業新業態蓬勃發展，農業現代化穩步推進。二是農村改革取得新突破，農村承包地“三權分置”取得重大進展，農村集體產權制度改革穩步推進，玉米、大豆、棉花等重要農產品收儲制度改革取得實質性成效。三是城鄉發展一體化邁出新步伐，農民收入增速連年快于城鎮居民，城鄉居民基本醫療和養老制度開始并軌，八千多萬農業轉移人口成為城鎮居民。

——節選自習近平同志在中央農村工作會議上的講話，《論“三農”工作》，中央文獻出版社，2022年6月第1版