生物有機肥配施甘氨酸水溶肥對設施黃瓜光合效率、產量和品質的影響

中圖分類號：S642.206 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）14-0162-08

黃瓜（CucumissativusL.）以其清香獨特的風味并含有豐富的維生素、礦物質、膳食纖維等營養物質而深受消費者喜愛，在世界各地廣泛種植[1-3]黃瓜能適應農業設施的弱光照環境，在設施農業中占有重要地位，栽培面積超過66.7萬 hm² ，約占全國設施蔬菜總栽培面積的 47%^[3-4] 。然而設施黃瓜連續種植及化肥的過度使用，造成土壤次生鹽漬化、土傳病害頻發，導致黃瓜的光合效率、抗逆能力、品質及產量降低等一系列問題[5-6]。提高連作條件下黃瓜的品質，已成為當前設施栽培中急需解決的問題之一。

黃瓜的品質受眾多因素的綜合影響，如環境條件（如溫度、光照、濕度）、基因及施肥、灌溉等農業管理措施[3.5.7-8]。其中，施肥被認為是改善黃瓜營養并可進一步提高果實品質、產量的重要途徑之二[7，9]。近年來，國內外研究者以化肥、有機肥、生物有機肥等不同肥料作為基肥開展了大量研究工作，發現黃瓜營養品質的提升與肥料類型、施肥量、施肥方式密切相關[4.7，10，11-14]。相較于單施化肥，有機肥作基肥可以增加土攘有機質含量，有效改善土壤的理化特性，從而可保證黃瓜的產量和品質。生物有機肥作基肥可優化根際微域環境，提高土壤微生物活性，增加有益菌數量等，從而緩解連作障礙，增強連作黃瓜的光合作用和抗逆能力，促進果實生長發育，同時可以增加果實中的維生素C、可溶性糖、蛋白質含量，減少硝酸鹽含量，提升黃瓜的產量和品質[4.9，15]。綜上可知，生物有機肥作為基肥，對連作土壤環境的改善及黃瓜產量、品質的提升效果較好。

在設施黃瓜種植過程中，普遍采用水肥一體化種植模式，其中多使用水溶肥作追肥。目前大量研究發現，追施氨基酸水溶肥替代部分氮肥，不但可以提高作物的光合效率、促進次級代謝產物積累、提升果實產量和品質，同時，氨基酸也是土壤中主要的有機氮化合物，能夠改善土壤理化性狀，起到保護、改良土壤的作用[16-18]。寧俊周發現，氨基酸肥料可以顯著增加黃瓜的葉綠素含量和葉面積[16]武隆楷等研究證實，施加甘氨酸可以提高黃瓜葉片的光合速率、抗氧化能力，提高產量和品質[18]Shooshtari等研究發現，施加 500mg/ 株的甘氨酸，能提高黃瓜葉片的礦質元素含量，促進光合作用，改善黃瓜葉片的生理特征，提高其產量和維生素C、可溶性蛋白含量[19]。當前，關于生物有機肥、氨基酸水溶肥對連作黃瓜土壤微環境、生長發育、產量、品質影響的研究多側重單一模式，而關于兩者配施對連作黃瓜土壤肥力及其光合作用、產量、品質等影響的研究報道并不多見[20]

本研究通過田間小區試驗，探究2種有機肥配施水溶肥模式下連作黃瓜葉片的光合特性、碳氮代謝關鍵酶活性、土壤速效養分含量和黃瓜產量、品質的動態變化，分析黃瓜產量、品質變化與葉片生理特性、土壤速效養分間的關系，篩選出適宜的施肥模式，旨在有效緩解黃瓜的連作障礙，提高黃瓜的產量和品質。

1材料與方法

1. 1 試驗區概況

試驗樣地位于北京市大興區裕農優質農產品種植有限公司（ 116.58580^°N，39.67525^°E） ，該地區屬于溫帶半濕潤大陸性氣候，年平均氣溫 11.9^qC ，年平均降水量 680mm 。供試溫室大棚面積為 600m² 0～20cm 土壤基本理化性質如下：有機質含量為1.94g/kg ，全氮含量為 1.99g/kg ，有效磷含量為498.33mg/kg ，速效鉀含量為 377.82mg/kg 。

1.2 試驗材料

商品有機肥的 N+P₂O₅+K₂O 含量 ?6.0% ，有機質含量 9% （購自北京一特農業技術推廣服務有限公司）；生物有機肥為復合菌腐熟發酵大豆，有效活菌數含量為 2×10⁸ 個 含量 ?6.0% ，有機質含量 ?50% （購自北京中農綠康生物技術有限公司）；低氮型水溶肥（常規和甘氨酸水溶肥2類）的 N，N₂0₅，N₂0 含量分別為 5% 、15% （20 .30% ，高氮型水溶肥（常規和甘氨酸水溶肥2類）的 N，P₂O₅，K₂O 含量分別為 30%.5%.15% （均購自河北萌幫水溶肥料股份有限公司）。

1.3 試驗方法

試驗設置如表1所示，共設5個處理，分別為不施肥（CK）、常規施肥處理（CF，商品有機肥 + 常規水溶肥）、優化施肥1處理（OF1，商品有機肥 + 甘氨酸水溶肥）優化施肥2處理（OF2，生物有機肥 + 普通水溶肥）優化施肥3處理（OF3，生物有機肥 + 甘氨酸水溶肥）。試驗均為等氮處理，每個處理設置4個重復，每個小區面積為 12m² 。黃瓜品種為油亮密刺，試驗時間為2023年3月10日至7月10日。在黃瓜移栽 40d 后，每 15d 追施水溶肥1次，一共追施4次，CK用水替代施肥，其余處理的管理方式一致。

表1不同處理的施肥量及施肥方式

注：OM1表示商品有機肥，OM2表示生物有機肥，F1表示高氮型常規水溶肥（氮素類型為硝態氮、酰胺態氮），F2表示低氮型常規水溶肥（氮素類型為硝態氮、酰胺態氮），F3表示高氮型甘氨酸水溶肥（氮素類型為甘氨酸、硝態氮），F4表示低氮型甘氨酸水溶肥（氮素類型為甘氨酸、硝態氮）。

1.4 項目的測定

1.4.1黃瓜樣品的采集與測定葉片生理指標及光合作用指標的測定。于黃瓜苗期、初花期、初果期、盛果期、末果期，在每個小區隨機選擇3株黃瓜，各取完全展開的新葉片2張，用液氮冷凍保存，測定黃瓜葉片的生理指標。采用丙酮乙醇法測定葉綠素含量（以鮮重計）；使用酶聯免疫吸附試驗法（ELISA）測定葉片1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）羧化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶、硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶的活性（均以鮮重計，使用南京建成生物公司生產的試劑盒）。同時，使用Li-6800光合熒光測定系統（美國Li-Cor公司產品）于晴朗天氣的9：00—11：00，選擇完全展開的新葉片，測定黃瓜葉片的凈光合速率、氣孔導度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率[21] C

黃瓜產量與品質指標的測定。在初果期、盛果期、末果期，每個小區隨機取10根黃瓜，進行單果重的測定，并按照小區面積折算出黃瓜理論產量，并且按照果形標準計算商品產量。隨機取5根黃瓜，用果實混合樣品測定品質指標，用水合節三酮法測定果實氨基酸含量，用蒽酮比色法測定果實可溶性糖含量，用間苯二酚光度法測量果實果糖、蔗糖含量，用紫外分光光度法測定果實維生素C含量，用考馬斯亮藍G-250染色法分析果實可溶性蛋白含量，用酚二磺酸法分析果實硝酸鹽含量[22]

1.4.2土壤樣品的采集與檢測在取黃瓜葉片的同時，每個小區隨機取 0～20cm 土壤5鉆，混合后作為1個樣品，用于分析土壤速效養分。土壤可溶性有機碳含量采用總有機碳分析儀（TOC-LCPH，日本海島津公司）測定;土壤 NH₄⁺-N，NO₃^--N 含量采用連續流動注射分析儀（AA3，德國布朗盧比公司）測定；土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定[23]

1.5 數據統計與分析

用SPSS24.0軟件對數據進行單因素方差分析，顯著性檢驗采用最小顯著性差異法（LSD）檢驗（ α=0.05 ）。文中數據均為平均值 ± 標準誤，用Origin2024作圖。用Pearson法分析土壤速效養分、葉片生理特征與黃瓜產量、品質之間的相關關系；用隸屬函數分析法對不同處理下黃瓜產量、品質進行綜合評價。

2 結果與分析

2.1黃瓜葉片生理特征的變化

由圖1可知，在5個黃瓜生育期，與CK相比，施肥處理顯著增加了黃瓜葉片的葉綠素含量及RuBP羧化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶、硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶活性。在黃瓜盛果期、末果期，與CF處理相比，OF3處理的黃瓜葉綠素含量和RuBP羧化酶活性分別顯著增加了12. 47% ！18.48% 和 14.20% ） 26.04% （圖1-A、圖1-B）。在末果期，與CF處理相比，OF2、OF3處理下黃瓜葉片蔗糖磷酸合成酶活性分別顯著增加了 24.06% ！24.69% （圖1-D）。在末果期，與CF處理相比，OF1、OF3處理黃瓜葉片硝酸還原酶（圖1-E）和谷氨酰胺合成酶活性（圖1-F）分別顯著增加了20.43% （204 .22.13% 和 23.94% .30.81% （ Plt;0.05） 0由此可見，OF1、OF3處理提升了黃瓜生長后期葉片氮代謝關鍵酶活性，同時OF3處理也對提升黃瓜生長后期葉綠素含量、蔗糖磷酸合成酶活性、RuBP羧化酶活性起到積極作用。

由圖2可知，與CK相比，施肥處理顯著增加了5個生育期黃瓜葉片的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率，并顯著降低了胞間二氧化碳濃度。在盛果期、末果期，與CF處理相比，OF3處理黃瓜葉片的凈光合速率分別顯著增加了 22.91% ，26.26% （ Plt; 0.05）（圖2-A）。在不同施肥處理間，黃瓜葉片的氣孔導度（圖2-B）蒸騰速率（圖2-C）、胞間二氧化碳濃度（圖2-D）差異均不顯著。由此可以看出，OF3處理對提升黃瓜中后生育期葉片的光合作用起到積極作用。

2.2黃瓜產量和品質的變化

由圖3可知，與CK相比，施肥處理顯著增加了黃瓜總產量、商品產量、硝酸鹽含量、可溶性蛋白含量。與CF處理相比，OF3處理黃瓜的總產量增加了 7.45% （圖3-A），商品產量顯著增加了 19.37% （ Plt;0.05） （圖3-B）。在末果期，與CF處理相比，OF2、OF3處理黃瓜的維生素C含量顯著增加20.19% （20 25.31% （圖3-C），可溶性糖含量顯著增加 22.19% （204號 ，27.37% （圖3-G），蔗糖含量顯著增加15.86% .18.41% （圖3-I）;OF1、OF3處理黃瓜的硝酸鹽含量分別顯著降低了 16.23% 、 14.96% ，氨基酸含量分別顯著增加了 19.60%.21.47% 。不同施肥處理間的黃瓜可溶性蛋白質含量（圖3-F、果糖含量差異不顯著（圖3-H）。由此可見，追施甘氨酸水溶肥（OF1、OF3處理）對提升黃瓜氨基酸含量和降低硝酸鹽含量的效果明顯，施加生物有機肥（OF2、OF3處理）對提升黃瓜可溶性糖、蔗糖、維生素C含量的效果顯著。總體而言，OF3處理對黃瓜增產和綜合品質提升的效果最優。

2.3黃瓜根際土壤速效養分的變化

由圖4可知，與CK相比，施肥處理明顯增加了黃瓜土壤可溶性有機碳、 NH₄⁺-N，NO₃^--N 、有效磷、速效鉀含量。在末果期，與CF處理相比，OF3處理土壤可溶性有機碳含量增加了 19.67% （圖4-A）;OF1、OF3處理的土壤 NH₄⁺-N 含量分別比CF處理增加了 29.56%.33.90% （圖4-B）。不同施肥處理間的 NO₃^--N 、有效磷、速效鉀含量變化不明顯（圖4-C圖4-D、圖4-E）。由此可見，OF3處理對提升黃瓜生長中后期土壤 NH₄⁺-N 、可溶性有機碳含量的提升起到積極作用。

2.4影響黃瓜產量和品質的因素分析

由圖5可知，黃瓜的維生素C含量與SPS呈極顯著正相關（ Plt;0.001 ）；Nit含量與 NH₄⁺-N 含量、NO₃^--N 含量 Ω，NR，GS 在0.01或0.001水平呈顯著正相關，與DOC呈顯著負相關（ Plt;0.05 ）；Aa與AN，P_n 分別在0.01、0.05水平呈顯著正相關;Sp與 在0.01或0.001水平呈顯著正相關，與SPS呈顯著負相關（ Plt;0.05）;Ss與DOC、SPS分別在 0.05，0.01 水平呈顯著正相關; Fru 與 P_n，SS 呈顯著正相關（ Plt;0.05） ，與 NO₃^-N 含量呈極顯著負相關（ Plt;0.01 ）;Suc與P_nRuBP 、SPS在0.01或0.05水平呈顯著正相關，與NR呈顯著負相關（ Plt;0.05， ；黃瓜總產量（ Y_i ）與DOC、 NH₄⁺ -N、AP、 Chl 、SS、SPS、RuBP、NR、 ）G_s 在0.05或0.01或0.001水平呈顯著正相關；商品產量（ |Cp? 與除SPS外的指標，在0.05或0.01或0.001水平呈顯著正相關，與 C_i 呈極顯著負相關1 Plt;0.01） 。由此可見，生物有機肥配施甘氨酸水溶肥可能主要通過改善葉片光合生理特性、提高碳氮代謝酶活性及土壤速效養分含量，而實現黃瓜的增產和品質提升。

2.5用模糊隸屬函數法綜合評價黃瓜的產量、品質指標

為了綜合評價不同處理對黃瓜產量和品質的影響，采用模糊隸屬函數法計算各指標的得分情況，計算均值并進行綜合比較。由表2可知，各處理隸屬函數值的均值排序為 0F3（0.84）gt;0F2（0.77）gt;0F1 （0.72）gt;CF（0.46）gt;CK（0.14） ，即OF3處理的指標綜合得分最高，黃瓜的綜合產量、品質最好。

圖5土壤速效養分、黃瓜生理特征因子與黃瓜產量、品質間的關系

表2黃瓜產量、品質的隸屬函數綜合評價結果

注：硝酸鹽屬于安全品質指標，將硝酸鹽含量作為反向指標，其隸屬函數值計算公式為 X_i=1-（X-X_min）/（X_max-X_min） ，其余指標為正向指標。

3討論

葉片是光合作用的主要場所，葉綠素含量的高低能夠直接影響作物的光合作用能力[20-21]。光合作用是作物積累碳水化合物的重要途徑，其效率高低是決定作物生產力的關鍵因素之一[24]。本研究發現，黃瓜生長中后期，與CK相比，CF、OF1、OF2、OF3處理可以提高黃瓜葉片葉綠素含量和光合效率，這與王超等的研究結果一致，即施用生物有機肥或氨基酸水溶肥能夠顯著提高果菜的葉綠素含量和光合速率[25]。本研究還發現，黃瓜生長中后期，OF3處理下葉綠素含量和 P_n 高于其他處理，與CF相比，分別顯著增加了 12.47%～18.48% 和22.91%～26.26% ，證實復合菌腐熟發酵大豆作為基肥與甘氨酸水溶肥作為追肥對提升設施連作黃瓜光合作用效果更明顯。這可能是由于與常規施肥模式相比，兩者配施兼具生物有機肥和氨基酸肥的優勢，不但養分豐富、肥效長久，還含有豐富的有益微生物，改善了根際微環境，尤其增加了中后期根際速效氮含量，不但為葉綠素合成提供了充足的原料，提高了葉面積和葉綠素含量，而且能延緩葉片衰老，最終提升其光合速率[14，26-28] 。

黃瓜屬于多茬采收作物，充足持續的養分供應才能保證其生物量的積累和產量提升[14-15，18，29] 。本研究中，與CF相比，OF3處理黃瓜總產量、商品產量分別增加了 7.45% 、 19.37% 。這可能是因為復合菌腐熟發酵大豆肥與甘氨酸水溶肥施入土壤后，提供了豐富的大量養分和微量元素，能滿足黃瓜生長發育和持續采摘對于養分的大量需求，同時施加外源有益微生物和甘氨酸肥，也增強了土壤養分的轉化和釋放，保證了土壤速效養分的持續供給，為葉綠素合成、光合作用和產物積累提供養分，并且促使光合產物向黃瓜各器官運輸，從而提高黃瓜的產量[10，14，17-18]。因此，復合菌腐熟發酵大豆肥配施甘氨酸水溶肥，對促進設施連作黃瓜的高產穩產起到積極作用。

維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、果糖、蔗糖、氨基酸、可溶性蛋白質含量是表征黃瓜營養品質的主要指標，硝酸鹽含量是反映黃瓜食用安全性的重要指標[2，13]。前人的研究證實，作物品質形成與其葉片碳氮代謝關鍵酶活性的動態變化密切相關[24，30-31]。碳代謝關鍵酶 SS、SPS 主要參與調控葉片中蔗糖和淀粉的合成、運輸和積累，影響果實中蔗糖、可溶性糖的含量；氮代謝相關的NR、GS作為氮同化與循環的關鍵酶，主要參與調節植物體內蛋白質、氨基酸的合成和轉移[4.1132-33]。本研究顯示，與CK相比，施肥通過顯著增加RuBP羧化酶、SS、SPS、NR、GS活性，而提高黃瓜維生素C、可溶性糖、果糖、氨基酸含量，這與施肥能提高葉片碳氮代謝酶活性進而提高作物品質的結論[6，24，31]一致。本研究結果表明，在4個施肥處理中，OF1、OF3處理通過提高黃瓜葉片的NR、GS活性而降低黃瓜中后期硝酸鹽含量，并增加中后期可溶性氨基酸含量。這可能是因為，與常規水溶肥中速效氮相比，追施作為有機氮的甘氨酸的水溶肥，可增加土壤中外源有機氮，被土壤中微生物礦化，為黃瓜生長發育持續供給氮素；氨基酸被作物直接吸收后，也能提高作物體內NR、GS等氮代謝酶的活性，促進作物對氮素的吸收和利用，還可以通過轉氨基和脫氨基反應將自身轉變為作物所需蛋白質，可使黃瓜體內的氨基酸、蛋白質含量增加，硝酸鹽含量減少[16.26，29，34]。本研究顯示，與CF相比，OF2、OF3處理通過提高黃瓜后期SPS活性，而提高黃瓜果實中可溶性糖、蔗糖含量；OF3處理通過提高黃瓜中后期葉片RuBP羧化酶、SPS、NR、GS活性而使得黃瓜果實中維生素C、可溶性糖、果糖、氨基酸含量最高。這可能是由于，與商品有機肥作為基肥相比，本研究中使用的復合菌腐熟發酵大豆肥含有更多的微量元素和大豆經微生物分解產生的小分子有機代謝物，這些物質含量與黃瓜品質的形成密切相關；其中的復合菌劑可改善根際微生態環境，提高土壤微生物及酶的活性，以此緩解黃瓜連作障礙，促進植物根系生長進而增強作物對礦質元素的吸收，提高RuBP羧化酶、SPS、NR、GS活性，而提升作物體內光合產物積累，進而增加黃瓜果實中可溶性糖、氨基酸等營養物質的含量[14-15，21，25.34-35]。由于OF3 處理顯著增加催化蔗糖合成的關鍵酶SPS活性，從而促進黃瓜中蔗糖的生成，為維生素C合成提供充足的底物，因此，OF3處理的黃瓜維生素C含量亦顯著增加。通過隸屬函數法進行綜合評價，也證實OF3處理對連作黃瓜產量、品質提升效果最好。因此，以復合菌腐熟發酵大豆作為基肥與甘氨酸水溶肥作為追肥，可作為設施黃瓜增產提質的有效施肥模式。

4結論

與傳統的商品有機肥配施常規水溶肥（CF）相比，復合菌腐熟發酵大豆肥配施甘氨酸水溶肥（OF3）的種植模式可以顯著提高黃瓜中后期土壤速效養分含量、葉片葉綠素含量和凈光合速率，增強碳氮代謝酶活性，進而促進連作黃瓜生長和產量積累，提高果實品質。

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