陳修斌，蔣夢婷，尹 鑫，關博文，楊 彬

(河西學院 農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學院，甘肅 張掖 734000)

0 引 言

近年來，隨著農(nóng)業(yè)種植結構的調(diào)整，河西走廊設施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速[1]，成為典型的綠洲農(nóng)業(yè)和大型灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)[2]。黃瓜是本區(qū)主要的溫室種植蔬菜種類之一，多年來，生產(chǎn)上采用粗放水肥管理模式，不僅造成水分與氮素流失嚴重[3]，土壤鹽漬化和硝態(tài)氮淋失，而且導致黃瓜產(chǎn)量和品質下降，因此如何進一步提高水氮利用率已經(jīng)成為當前的研究熱點。研究表明：土壤水分含量影響氮素的吸收與利用[4]，而氮素參與植株體的生理生化反應[5]，影響作物品質。

1 材料與方法

1.1 供試地狀況

試驗于甘肅省甘州區(qū)黨寨鎮(zhèn)日光溫室蔬菜基地內(nèi)進行，土壤耕層0～20 cm有機質含量10.0 g·kg-1，堿解氮52.1 mg·kg-1，速效磷8.8 mg·kg-1，速效鉀132 mg·kg-1，pH為6.78，土質為灌漠土。供試黃瓜品種選擇當?shù)刂髟缘摹白吭?9F1”，本區(qū)以日光溫室為主體的設施面積達7 666 hm2，該品種栽培面積達設施栽培面積的25%以上。

1.2 試驗設計

設灌水量與施氮量兩個因素[16]，灌水量參考李靜等[17]設置3 個水平，處理W1：田間持水量的80%～95%；處理W2：田間持水量的65%～80%和處理W3：田間持水量的50%～65%；施氮量為3個梯度，分別為低氮(N1：尿素(含N 46.4%) 117 kg·hm-2)、中氮(N2：尿素(含N 46.4%)234 kg·hm-2)和高氮(N3：尿素(含N 46.4%) 351 kg·hm-2)，其中N2為黃瓜目標產(chǎn)量180 t·a-1下的理論施肥量，N1和N3為N2基礎上分別下浮50%和上浮50%[18]。不同水肥耦合模式見表1。

表1 不同水氮耦合模式Table 1 Irrigation and nitrogen coupling modes

采用隨機區(qū)組設計，設9個處理，各處理種植1畦，畦長寬分別為6 m×1.2 m，每畦重復3次，2019年3月10號進行黃瓜育苗，4月20號定植，保苗數(shù)4.17×104株·hm-2。各小區(qū)間挖深度為40 cm溝進行隔離；試驗采用膜下滴灌技術，利用水分測定儀控制土壤水分，測量土壤深度為20 cm；

灌水用量計算公式：

M=r×p×h×θf×(q1-q2)/η[19]

其中：M—灌水量(g·cm-2)；r-土壤體積質量(0～40 cm)，1.13 g·cm-3；p-土壤濕潤比，取100%；h與θf代表灌水計劃濕潤層和最大田間持水率，取值為0.2 m和22%；q1與q2分別表示土壤水分上限和實際含水率；η-水分利用系數(shù)，滴灌取0.9，不同處理在達到田間持水率的下限時進行灌溉。試驗中氮肥與磷肥，分別由尿素和重過磷酸鈣提供，其含N、P2O5為46.4%和44%；鉀肥由氯化鉀(含K2O 60%)提供，試驗中磷肥與鉀肥的用量同生產(chǎn)相同，分別為分別600 kg·hm-2、375 kg·hm-2；磷肥在作畦時一次性施入，一半的鉀肥與磷肥混施，另一半分二次與N肥作追肥，分別在黃瓜結瓜中期與末期施入。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株氮代謝酶活的測定。在黃瓜開花結瓜的初期(5月30日)、中期(6月30日)、末期(7月30日)，于上午10: 00時，用打孔器采集各小區(qū)葉片的混合樣作為測定樣品。硝酸還原酶活性參考張治安[20]測定，谷氨酰胺合成酶用王月福等[21]的方法測定，谷氨酸草酰乙酸轉氨酶和谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性參照吳良歡[22]方法測定。

1.3.2 品質指標測定。于黃瓜結瓜中期，隨機選取不同處理的3個果實，按高俊風[23]確定的方法測定果實可溶性糖、可溶蛋白質、果實Vc、可滴定酸與可溶性固形物。重復3次，取其平均值。

1.3.3 產(chǎn)量統(tǒng)計。在黃瓜結瓜后期(7月18日)，各處理隨機選取3株測定株高、莖粗、葉片數(shù)與開展度；統(tǒng)計各處理單株產(chǎn)量、小區(qū)產(chǎn)量與經(jīng)濟產(chǎn)量，經(jīng)濟產(chǎn)量是指小區(qū)產(chǎn)量中有經(jīng)濟價值的產(chǎn)量經(jīng)過折合成每公頃的產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用DPS 9.50 進行數(shù)據(jù)分析，用Microsoft Excel 2003軟件進行繪圖，采用Duncan′s法進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對黃瓜硝酸還原酶與谷氨酰胺合成酶活性變化的影響

從圖1可以看出，同一處理，黃瓜在結瓜中期的硝酸還原酶活性(NR)均高于前期與末期的活性。不同處理間，以采用處理田間持水量的65%～80%、施氮量為234 kg·hm-2(W2N2)的硝酸還原酶活性顯著高于其他處理，硝酸還原酶活性在前期、中期、末期，分別為106 μg·h-1·g-1FW、195 μg·h-1·g-1FW與136 μg·h-1·g-1FW，顯著高于其他處理(P<0.05)；由低氮(117 kg·hm-2)組成的水肥處理組合(W1N1、W2N2、W3N1)和由高氮(351 kg·hm-2)組成的水肥處理組合(W1N3、W2N3、W3N3)，其黃瓜葉片中硝酸還原酶活性低于由中氮(234 kg·hm-2)組成的水肥處理組合(W1N2、W2N2、W3N2)。

注：不同小寫字母代表同一時期不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Note:Different small letters indicate significant differences between treatments in one stage at P<0.05.The same is as below.圖1 不同處理對黃瓜硝酸還原酶活性影響Fig.1 Effect of different treatments on the nitrate reductase activity of cucumber

從圖2顯示，不同處理間，以采用處理W2N2(的谷氨酰胺合成酶活性(GS)明顯高于其他處理，谷氨酰胺合成酶活性在結瓜前期、中期、末期，分別為1.54 A·h-1·g-1FW、1.98 A·h-1·g-1FW與1.26 A·h-1·g-1FW，明顯高于其他處理；同一處理，在黃瓜生長的前期、中期、末期，其葉片中谷氨酰胺合成酶活性，均以中期為最高，各期谷氨酰胺合成酶含量均呈現(xiàn)結瓜中期>前期>末期的變化規(guī)律。各處理間谷氨酰胺合成酶活性由大到小的順序為：W2N2> W1N2> W3N2> W1N3> W2N3> W1N1> W2N1> W3N3> W3N1。說明采用田間持水量50%～65%、施氮量為117 kg·hm-2的處理W3N1，其谷氨酰胺合成酶活性最低，這可能是由于較低土壤含量與較低施氮量組成的水肥耦合環(huán)境，對黃瓜生長產(chǎn)生了脅迫，從而導致葉片中谷氨酰胺合成酶活性的降低。

圖2 不同處理對黃瓜谷氨酰胺合成酶活性影響Fig.2 Effect of different treatments on the glutamine synthetase activity of cucumber

從水分對硝酸還原酶在結瓜前期、中期與末期活性的影響呈現(xiàn)顯著水平(表2)，氮肥及水氮交互作用對其活性影響均呈極顯著水平；水分對谷氨酰胺合成酶活性在前期、中期影響呈顯著水平，氮肥對谷氨酰胺合成酶活性在結瓜前期、中期、末期變化均呈現(xiàn)顯著水平，而水分與氮肥交互作用對黃瓜在結瓜的中期與末期的谷氨酰胺合成酶活性呈極顯著水平。

表2 水、氮及互作效應對黃瓜不同時期硝酸還原酶與谷氨酰胺合成酶活性影響的的方差分析(F值)Table 2 Analysis of variance for the effect of irrigation and nitrogen coupling on nitrate reductase and glutamine synthetase activities at different cucumber fruiting stages(F value)

2.2 不同處理對黃瓜谷氨酸草酰乙酸轉氨酶和谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性變化的影響

不同處理對黃瓜葉片谷氨酸草酰乙酸轉氨酶(GOT)活性的影響見圖3。不同處理間，以處理W2N2的谷氨酸草酰乙酸轉氨酶活性最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，處理W2N2在結瓜前期、中期、末期的數(shù)值分別為55.2 μmol·g-1·h-1、73.0 μmol·g-1·h-1、37.9 μmol·g-1·h-1；同一處理中，黃瓜葉片谷氨酸草酰乙酸轉氨酶活性在結瓜前期、中期、末期的變化趨勢為結瓜中期>前期>末期，說明隨著植株的生長，其生長勢不斷增加，到結瓜旺期達到最大值，而后植株生長進入衰弱期，隨著植株代謝能力的下降，其葉片中谷氨酸草酰乙酸轉氨酶活性也隨之降低。

圖3 不同處理對黃瓜谷氨酸草酰乙酸轉氨酶活性影響Fig.3 Effect of different treatments on the glutamate oxaloacetate transaminase activity of cucumber

黃瓜葉片中谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性的變化與谷氨酸草酰乙酸轉氨酶(GPT)活性變化相似(圖4)。不同處理中，以處理W2N2的谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性最高，在前期、中期、末期的數(shù)值分別為37.5 μmol·g-1·h-1、56.9 μmol·g-1·h-1、31.3 μmol·g-1·h-1，顯著高于其他處理(P<0.05)；在黃瓜生長中期葉片谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性的大小順序為：W2N2>W1N2>W3N2>W2N3>W1N1>W1N3>W3N3>W2N1>W3N1；同一處理，谷氨酸丙酮酸轉氨酶 活性的變化也呈現(xiàn)結瓜中期>前期>末期的變化規(guī)律；說明黃瓜葉片中谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性的變化與谷氨酸草酰乙酸轉氨酶活性的變化呈現(xiàn)正比例的關系。

圖4 不同處理對黃瓜谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性影響Fig.4 Effects of different treatments on the glutamate pyruvate transaminase activity of cucumber

從水分、氮肥及互作效應對黃瓜不同時期谷氨酸草酰乙酸轉氨酶與谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性活性影響看(表3)，水分對谷氨酸草酰乙酸轉氨酶與谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性活性在黃瓜結瓜中期呈顯著水平，氮肥對其在前期、中期與末期均呈顯著影響；而水分與氮肥交互作用對黃瓜谷氨酸草酰乙酸轉氨酶與谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性活性在結瓜的前期、中期與末期的影響均呈極顯著水平。

表3 水、氮及互作效應對黃瓜不同時期谷氨酸草酰乙酸轉氨酶與谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性活性影響的的方差分析(F值)Table 3 Analysis of variance for the effect of irrigation and nitrogen coupling on glutamate oxaloacetate transaminase and glutamate pyruvate transaminase activities at different cucumber fruiting stages(F value)

2.3 不同處理對黃瓜農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

表4顯示，采用W2N1、W1N2處理的黃瓜株高顯著高于其他處理；處理W3N1與W2N2的黃瓜莖粗差異不大，但顯著高于其他水肥處理；處理W3N3的黃瓜葉片數(shù)最多，達到48片。采用田間持水量為65%～80%、施氮量為234 kg·hm-2的處理W2N2，其黃瓜植株在開展度、單株產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量等形態(tài)指標表現(xiàn)上最優(yōu)，分別為71.4 cm、4.17 kg和174 t·hm-2，各處理的黃瓜產(chǎn)量順序為：W2N2> W1N2> W3N2> W1N3> W2N3> W1N1> W2N1> W3N3> W3N1，這一變化與黃瓜葉片中NR、GS、GOT和GPT活性含量的變化相一致，說明葉片活性的高低直接影響到黃瓜產(chǎn)量的形成，葉片酶活性的增加，提高了黃瓜對水氮的吸收，促進了植株營養(yǎng)物質的積累和轉化，植株保持較強的生長勢與結瓜力[24]，因此造成了產(chǎn)量形成的差異。

從水氮互作的交互作用來看(表4)，水分對黃瓜株高的影響呈現(xiàn)極顯著變化水平，而氮肥對莖粗的影響較大；氮肥對葉片數(shù)、開展度、單株產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量的影響均表現(xiàn)為顯著水平；水氮交互作用對葉片數(shù)、開展度、單株產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著影響。

表4 水氮耦合對黃瓜成產(chǎn)因素的影響Table 4 Effects of irrigation and nitrogen coupling on cucumber yield components

2.4 不同處理對黃瓜品質的影響

從表5可以看出，采用田間持水量為65%～80%、施氮量為234 kg·hm-2的處理W2N2，其黃瓜果實中可溶性糖含量、可溶蛋白質與果實Vc含量最高，分別為4.06 mg·g-1、2.08 mg·g-1與24.8 mg·100 g-1，顯著高于其他處理；處理W2N3可滴定酸的含量最高達到1.95%，處理W1N3可溶性固形物含量顯著高于其他處理，其值達3.9%。說明以采用田間持水量為65%～80%、施氮量為234 kg·hm-2的W2N2處理黃瓜品質優(yōu)于其他處理，這主要是由于處理W2N3條件下的土壤環(huán)境利于植株對養(yǎng)分的吸收，促進了同化物質在果實內(nèi)的積累，從而提高了果實中可溶性糖含量、可溶蛋白質與果實Vc含量；其他水肥配比組合，由于營養(yǎng)失調(diào)導致品質指標含量高低不同[25]。

表5 水氮耦合對黃瓜品質的影響Table 5 Effects of irrigation and nitrogen coupling on cucumber quality

從水氮互作的交互作用分析看，水分與氮肥的交互作用對黃瓜果實可溶性糖含量影響最為顯著，氮肥對果實中可溶蛋白質、Vc含量的影響呈現(xiàn)極顯著變化水平；水分、水氮互作分別對果實中可滴定酸含量與可溶性固形物含量呈現(xiàn)極顯著影響。

3 討 論

硝酸還原酶是植物氮代謝硝酸鹽同化過程中的限速酶[26]，是衡量氮代謝強度大小的重要指標，本試驗中氮肥及水氮交互作用對硝酸還原酶活性影響達極顯著水平，由較低土壤含水量組成的水肥處理(W3N1、W3N2、W3N3)與較高土壤含水量組成的水肥組合(W1N1、W1N2、W1N3)，其黃瓜葉片硝酸還原酶活性均低于中等含水量組成的處理(W2N1、W2N2、W2N3)，說明土壤含水量過高或過低時，水氮配比營養(yǎng)失調(diào)，影響了黃瓜對氮素吸收與利用，表現(xiàn)為硝酸還原酶活性的降低，這與孫永健等[27]在水稻上的研究結果相一致。

谷氨酰胺合成酶是高等植物氨同化的主要酶[28]，其活性高低會影響到植株體內(nèi)氨基酸和蛋白質的代謝。本研究結果顯示，水分、氮肥對谷氨酰胺合成酶活性在前期、中期影響呈現(xiàn)顯著水平，水分與氮肥交互作用對谷氨酰胺合成酶活性中期與末期影響呈極顯著水平。采用W2N2處理的黃瓜葉片中谷氨酰胺合成酶最高，說明適宜的水肥配比，可以提高氮素在植株體中的代謝。隨著黃瓜植株個體的生長，前期生長量較小，對氮素吸收速度較弱，到中期達到最大值，后期由于生長勢的降低，對氮素吸收變?nèi)?，因此表現(xiàn)為谷氨酰胺合成酶含量在不同生長時期呈現(xiàn)中期>前期>末期的變化規(guī)律，這與張麗瑩等[29]研究結果一致。

谷氨酸草酰乙酸轉氨酶和谷氨酸丙酮酸轉氨酶在無機氮轉化為有機氮的過程中起關健作用[30]，本研究中水分、氮肥對谷氨酸草酰乙酸轉氨酶和谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性在黃瓜中期均呈顯著影響，而水氮交互作用對谷氨酸草酰乙酸轉氨酶和谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性在黃瓜不同生育時期均呈極顯著水平。由W1與50%～60%含水量條件下，其組成的水肥處理組合處理，黃瓜葉片中谷氨酸草酰乙酸轉氨酶和谷氨酸丙酮酸轉氨酶的活性均低于在65%～80%含水量下的水氮配比組合，說明在土壤含水量過高或過低時，其水氮組成的土壤溶液條件對黃瓜植株代謝產(chǎn)生了脅迫，植株吸收營養(yǎng)與水分的功能降低，從而導致養(yǎng)分在體內(nèi)運轉與合成受到了障礙，導致植株代謝處于較低水平，這與前人在小麥的研究相同[31]。

水氮互作與黃瓜的產(chǎn)量和品質關系密切，本試驗中水氮交互作用對葉片數(shù)、開展度、單株產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著影響，采用W2N2的水氮處理，其黃瓜植株在開展度、單株產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量等性狀表現(xiàn)上優(yōu)于其他處理，究其原因是本處理下的水氮配比，促進植株氮代謝酶活性的提高，從而促進了植株對水分與氮素吸收，植株保持較強生活力，因此其產(chǎn)量上顯著高于其他處理。同時，本處理下，施入土壤中的硝態(tài)氮由于硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸草酰乙酸轉氨酶與谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性的增強，促進了向銨態(tài)氮的轉化，因此表現(xiàn)出果實中可溶性糖含量、可溶蛋白質與果實Vc含量增高。水分、水氮互作分別對果實中可滴定酸含量與可溶性固形物含量呈現(xiàn)極顯著影響，而氮肥對果實中可溶蛋白質、Vc含量呈極顯著影響，這一研究結果與趙宏偉等[32]研究結果相同。

植物體內(nèi)可溶蛋白質含量高低一方面標志著源端對同化物的供應能力，一方面也反映出庫端對同化物的利用轉化能力[33]。本試驗在采用由中等田間持水量(W2：65%～80%)和中等施氮量(N2：234 kg·hm-2)組成的W2N2處理，正是由于植株體內(nèi)硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸草酰乙酸轉氨酶和谷氨酸丙酮酸轉氨酶等活性的提高，因此促進了黃瓜可溶蛋白質含量顯著高于其他處理，這主要是當NO-3進入植物體內(nèi)后，在較強硝酸還原酶的還原下合成氨基酸的速度增加[34]，同時谷氨酰胺合成酶、谷氨酸草酰乙酸轉氨酶和谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性的提高，帶動了氮代謝的增強，促進黃瓜果實內(nèi)氨基酸的合成和轉化[35]，這與孫永健等[36]人的研究結果相一致。

4 結 論

采用土壤含水量為田間持水量65%～80%、施氮量為234 kg·hm-2的W2N2處理，黃瓜葉片中硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸草酰乙酸轉氨酶與谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性明顯高于在土壤含水量為W3組成的水肥處理(W3N1、W3N2、W3N3)與含水量為W1組成的水肥組合(W1N1、W1N2、W1N3)；同時，本處理下的黃瓜經(jīng)濟產(chǎn)量最高，可達174 t·hm-2；果實中可溶性糖含量、可溶蛋白質與Vc含量也顯著高于其他處理，本研究結論，可為沙漠綠洲地區(qū)溫室黃瓜實現(xiàn)水肥高效利用與高產(chǎn)優(yōu)質化生產(chǎn)提供理論指導。