陸信娟,劉燦玉,樊繼德,趙永強(qiáng),張碧薇,楊峰

不同顏色地膜覆蓋對土壤水熱狀況及大蒜氮代謝的影響

陸信娟,劉燦玉,樊繼德,趙永強(qiáng),張碧薇,楊峰*

江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所, 江蘇 徐州 221121

本文以‘徐蒜917’為材料，研究不同顏色地膜（紅、綠、銀黑、白黑、黑、銀、透明）覆蓋后對土壤溫度、土壤含水量及大蒜氮代謝的影響。結(jié)果顯示，與透明膜覆蓋相比，銀膜覆蓋處理具有提高大蒜生育前期土壤溫度，降低生育后期土壤溫度的作用，且保墑效果優(yōu)于紅膜與透明膜；銀膜覆蓋處理提高了返青期大蒜葉片NR活性，保持大蒜快速生長期GS、GOGAT、GDH較高的酶活性，并顯著提高了抽薹期葉片可溶性蛋白含量。綜上，銀膜覆蓋栽培有利于改善土壤的水熱狀況，提高氮素同化水平，適用于大蒜生產(chǎn)。

大蒜; 地膜; 土壤溫度; 氮代謝

地膜覆蓋是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的一種栽培管理方法，通常覆蓋地膜可起到調(diào)節(jié)地溫、保墑、縮短作物生育期的作用；某些特殊地膜還具有降溫、防草、趨避蚜蟲、反射光照的作用[1-4]。在大蒜生產(chǎn)上，一般采用普通透明膜覆蓋栽培，其主要作用為保溫、保墑。除了常規(guī)的透明膜，前人還研究了黑膜與生物降解膜覆蓋對大蒜生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響[5,6]，但對于其它顏色地膜在大蒜栽培上運(yùn)用的研究相對較少。本研究以‘徐蒜917’為材料，采用七種不同顏色地膜覆蓋，研究其對土壤水熱狀況及大蒜氮代謝的影響，以期為大蒜生產(chǎn)選擇合適的地膜提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設(shè)計

試驗于2016-2017年在江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗示范基地進(jìn)行。供試大蒜材料為‘徐蒜917’，2016年10月8日播種，播種后覆蓋地膜。根據(jù)地膜顏色不同，試驗設(shè)6個處理：紅（RF）、綠（GF）、銀黑膜（SBF）、白黑（WBF）、黑（BF）、銀（SF）、以透明膜為對照（CK），每小區(qū)面積為30 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。其它管理均按常規(guī)方法進(jìn)行。

1.2 測定項目與方法

于大蒜苗期、越冬期、返青期、抽薹期、鱗莖膨大期進(jìn)行平均地溫、土壤含水量觀測，同時取樣調(diào)查大蒜氮代謝酶活性、可溶性蛋白含量。平均地溫觀測選擇晴朗天氣，采用曲管地溫計（置于兩行大蒜正中位置）測定不同處理土壤表層10 cm深度處的土壤溫度，觀測時間為7:00～17:00，觀察頻次為1次/h，取平均值，重復(fù)3次。土壤含水量采用環(huán)刀法進(jìn)行測定。氮代謝酶活性的測定：硝酸還原酶（NR）活性測定采用活體法[7]；參照Wang L[8]等的方法測定谷氨酰胺合成酶（GS）活性和谷氨酸脫氫酶（GDH）活性；參照Groat RG等[9]的方法測定谷氨酸合酶（GOGAT）活性；用考馬斯亮藍(lán)法[10]測定可溶性蛋白含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

分別采用Microsoft Excel 2007軟件和DPS 7.5軟件進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)處理和處理間差異顯著性檢驗（Duncan新復(fù)極差法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同顏色地膜覆蓋對地溫與土壤含水量的影響

通過調(diào)查不同時期10 cm處土壤平均溫度（7:00～17:00）顯示，大蒜生育前期（苗期至返青期），各處理土壤溫度與對照無顯著差異，但SF保溫蓄熱效果略高于CK，且顯著高于GF（圖1）。隨著溫度的進(jìn)一步升高，抽薹期各處理平均地溫?zé)o顯著差異，膨大期CK平均地溫升至最高水平，且與其它處理呈顯著差異（<0.05）。結(jié)果表明，與CK相比，覆蓋有色地膜可以顯著降低大蒜生育后期土壤溫度。

圖1 不同顏色地膜覆蓋對土壤溫度的影響

注：柱上不同小寫字母表示差異達(dá)5%顯著水平。下同

Note：Different small letters in a column mean significant ant the 5% level. The same as below.

圖2 不同顏色地膜覆蓋對土壤含水量的影響

不同顏色地膜覆蓋對土壤含水量的影響主要表現(xiàn)在大蒜返青后（圖2）。苗期與越冬期不同處理對土壤含水量無顯著影響。返青期后，處理間開始出現(xiàn)差異。返青期CK土壤含水量顯著低于WBF與BF；抽薹期CK土壤含水量仍最低，顯著低于WBF；膨大期RF土壤水分顯著低于SBF。其余顏色地膜覆蓋后，在大蒜不同生長階段土壤含水量無顯著差異。說明RF與CK的保墑能力不及其它幾種顏色的地膜。

2.2 不同顏色地膜覆蓋對大蒜氮代謝的影響

2.2.1 不同顏色地膜覆蓋對大蒜葉片NR、GS、GOGAT、GDH活性的影響不同顏色覆膜處理后，大蒜葉片NR活性表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢，峰值出現(xiàn)在大蒜返青期（表1）。苗期CK與其他覆膜處理NR活性無明顯差異，越冬期CK的NR活性最高，且顯著高于除BF外的所有處理。返青期SF的NR活性最高，與GF覆蓋處理NR活性無顯著差異，但顯著高于其余顏色處理（＜0.05）。說明SF有利于提高大蒜返青期葉片NR活性。

不同處理對GS活性影響略有不同（表1）。GF的GS活性表現(xiàn)為苗期至抽薹期都保持在較高水平，但膨大期GS活性顯著低于對照（＜0.05）；SF的GS活性于返青期至鱗莖膨大期均保持在較高的水平。返青期至膨大期為大蒜快速生長與物質(zhì)轉(zhuǎn)化積累的時期，此時期大蒜生長狀況直接影響大蒜的最終產(chǎn)量。SF可以在此階段保持較高的GS活性水平，說明SF有利于促進(jìn)大蒜快速生長期植株的氮代謝。

表1 不同顏色地膜覆蓋對大蒜葉片氮代謝酶活性的影響

相較于CK，RF顯著提高了抽薹期GOGAT活性（＜0.05）；GF主要提高了返青期與抽薹期GOGAT活性（＜0.05）；SBF顯著提高了苗期、返青期與抽薹期GOGAT活性（＜0.05）；SF則提高了抽薹期與膨大期GOGAT活性（＜0.05）。大蒜抽薹期與膨大期是物質(zhì)轉(zhuǎn)化與積累最旺盛的時期，也是大蒜產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期；此時期SF大蒜葉片GS與GOGAT酶活協(xié)同升高，進(jìn)一步說明SF對大蒜植株氮代謝的促進(jìn)作用。WBF整個生育期葉片GOGAT與CK無顯著差異；BF越冬期GOGAT活性顯著低于CK。

SF對大蒜葉片GDH活性影響持續(xù)時間最長，與CK相比，顯著提高了大蒜越冬期至膨大期葉片GDH活性（＜0.05）；其余顏色處理對提高大蒜葉片GDH活性的持續(xù)時間不及SF，甚至在特定階段有降低GDH活性的作用。如RF、SBF顯著降低了苗期GDH活性；GF顯著降低了越冬期GDH活性。

表2 不同顏色地膜覆蓋對大蒜葉片可溶性蛋白含量的影響

2.2.2 不同顏色地膜覆蓋對大蒜葉片可溶性蛋白含量的影響可溶性蛋白是植株體內(nèi)氮代謝產(chǎn)物，其含量在一定程度上體現(xiàn)了植株體內(nèi)氮代謝的水平。抽薹期葉片可溶性蛋白含量僅SF表現(xiàn)為較高水平，且顯著高于其他處理（＜0.05）（表2），結(jié)合氮代謝酶活性分析表明，此時期葉片可溶性蛋白含量升高的原因可能歸結(jié)于SF提高了大蒜體內(nèi)氮素同化水平。鱗莖膨大期，氮代謝所產(chǎn)生的可溶性蛋白由葉片轉(zhuǎn)移至鱗莖儲存，因此各處理間葉片可溶性蛋白含量差異不顯著。

3 討論

氮代謝是植物對氮素吸收、同化與利用的過程，對作物的生長、產(chǎn)量及品質(zhì)都具有關(guān)鍵性作用。在植物氮代謝過程中，NR、GS、GOGAT與GDH是參與植物氮代謝的關(guān)鍵酶，其活性在一定程度上反映了植物的營養(yǎng)狀況和氮素同化水平[11]。植物體內(nèi)的氮代謝受多種因素的影響，如肥料的形態(tài)與種類[12]、施肥的水平[13,14]、土壤pH值[15]、光質(zhì)[16]以及栽培條件[17]等。氮代謝酶活性的升高或降低，都是植物對外界環(huán)境的一種應(yīng)激反應(yīng)，一定程度上體現(xiàn)了植物對外界環(huán)境適應(yīng)情況。本試驗中，采用7種不同顏色的地膜覆蓋大蒜，覆蓋后的土壤水熱狀況各不相同。與對照透明膜相比較，銀膜覆蓋處理保持了大蒜生育前期稍高的土壤溫度，并于生育后期具備一定的降溫作用。采用銀膜覆蓋栽培，既可以保證大蒜安全越冬，并在一定程度上減輕大蒜生育后期由普通透明膜覆蓋所造成的高溫?fù)p傷，此結(jié)果與王玉光等[18]研究相一致；同時，銀膜覆蓋后的土壤墑情較好。良好的土壤水熱條件為大蒜生長創(chuàng)造了相對較適宜的環(huán)境條件，反映到植株氮代謝水平，則表現(xiàn)為銀膜覆蓋處理提高了大蒜葉片氮代謝酶活性與可溶性蛋白含量。

土壤溫度與水分是影響作物生長的兩大重要因素，適宜的土壤溫度與水分有利于創(chuàng)造作物生長最適的根際環(huán)境，促進(jìn)根系的生長及對土壤養(yǎng)分的吸收。土壤中無機(jī)態(tài)氮，其中部分來源于微生物對土壤有機(jī)含氮化合物的分解作用，而土壤溫度是影響此過程的重要環(huán)境因子[19,20]。研究發(fā)現(xiàn)，在 5～25 ℃溫度范圍內(nèi)，凈氨化速率、凈硝化速率和氮凈礦化速率隨溫度的升高而增加[21]。大蒜苗期生長適溫為12～16 ℃[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，苗期至返青期的不同覆膜處理土壤平均溫度為4.3～10.7 ℃，而銀膜覆蓋對土壤的增溫效果優(yōu)于其它顏色地膜；因此，采用銀膜覆蓋栽培不僅有利于防止凍害的發(fā)生，促進(jìn)大蒜根系的生長，同時也促進(jìn)了土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與吸收，提高植株氮代謝水平。大蒜鱗莖形成期的最適溫度是15～20 ℃[22]，溫度過高可加速土壤水分的散失與植株的蒸騰作用，抑制根系的生長發(fā)育[23]。本研究中，大蒜鱗莖膨大期銀膜覆蓋后土壤平均溫度為21.8 ℃，雖高于鱗莖形成的最適溫度范圍，但顯著低于普通透明膜覆蓋處理（23.9 ℃，＜0.05），在一定程度上減少了高溫對大蒜根系的損傷，促進(jìn)根系對養(yǎng)分的吸收及利用，繼而提高了大蒜氮素同化水平。

土壤水分與作物的生長緊密相關(guān)，有研究表明，水分是影響土壤氮礦化的重要因子，一定范圍內(nèi)水分含量與土壤氮礦化速率呈正相關(guān)[21]；同時，水分脅迫也會降低土壤水勢，影響?zhàn)B分向根際層移動[24]，影響銨鹽和硝酸鹽的吸收；在適宜范圍內(nèi)適當(dāng)提高土壤水分含量可提高氮代謝酶活性[25]。本研究中，銀膜覆蓋對土壤水分的保持效果優(yōu)于普通透明膜與紅膜，說明銀膜覆蓋可以為大蒜生長營造相對適宜的水分條件，從而提高土壤養(yǎng)分有效性、促進(jìn)大蒜的生長，提高氮代謝水平。

溫度與水分通常協(xié)同作用，影響作物的生長。綜合來看，大蒜植株氮代謝水平的提高與銀膜覆蓋所創(chuàng)造的土壤水熱環(huán)境條件密切相關(guān)，而氮素同化水平的高低直接影響作物產(chǎn)量。本課題組已驗證，銀膜覆蓋大蒜的產(chǎn)量高于其他處理[26]，本研究從土壤水熱狀況及氮代謝水平進(jìn)一步解釋了銀膜覆蓋獲得高產(chǎn)的原因，說明銀膜覆蓋栽培適宜徐淮地區(qū)大蒜種植推廣。

[1] 周麗娜,于亞薇,孟振雄,等.不同顏色地膜覆蓋對馬鈴薯生長發(fā)育的影響[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,16(9):18-21

[2] 王紅麗,張緒成,于顯楓,等.黑色地膜覆蓋的土壤水熱效應(yīng)及其對馬鈴薯產(chǎn)量的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2016,36(16):5215-5226

[3] 韓志華.不同種類地膜覆蓋對馬鈴薯Y 病毒病的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2018,46(8):140-141,144

[4] 王浩,王磊,王杰,等.透濕性反光膜覆蓋對柑橘樹體微環(huán)境、新梢生長及果實發(fā)育的影響[J].果樹學(xué)報,2017,34(8):996-1006

[5] 郭文琦,張培通,李春宏,等.覆黑色地膜對大蒜生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2018,59(7):1175-1177,1181

[6] 任艷云,張龍平,劉國偉,等.不同生物降解地膜對大蒜生長發(fā)育及降解效果的研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2018,34(20):75-78

[7] 趙世杰,史國安,董新純.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社,2002

[8] Wang L, Zhou Q, Ding L,. Effect of cadmium toxicity on nitrogen metabolism in leaves ofL. as a newly found cadmium hyperaccumulator [J]. Journal of hazardous materials, 2008,154(1):818-825

[9] Groat RG, Vance CP. Root nodule enzymes of ammonia assimilation in alfalfa (L.) : Developmental patterns and response to applied nitrogen [J]. Plant Physiology, 1981,67(6):1198-1203

[10] 王月福,于振文,李尚霞,等.氮素營養(yǎng)水平對冬小麥氮代謝關(guān)鍵酶活性變化和籽粒蛋白質(zhì)含量的影響[J].作物學(xué)報,2002,28(6):743-748

[11] 王新磊,呂新芳.氮代謝參與植物逆境抵抗的作用機(jī)理研究進(jìn)展[J].廣西植物,2020,40(4):583-591

[12] 胡潤芳,張廣慶,滕振勇,等.不同形態(tài)氮素對大豆硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性及蛋白質(zhì)含量的影響[J].東北 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,43(1):31-35

[13] 李彥旬,王榮榮,羅雪梅,等.減量施氮對滴灌春小麥籽粒灌漿特性和氮代謝酶活性的影響[J].麥類作物學(xué)報,2019,39(7):794-801

[14] 王東,于振文.施氮水平對強(qiáng)筋小麥氮素同化及籽粒蛋白質(zhì)組分積累的影響[J].水土保持學(xué)報,2007,21(5):147-150

[15] 陳常瑜,竇玉青,沈晗,等.土壤pH對烤煙氮代謝酶活性及化學(xué)成分的影響[J].分子植物育種,2020,18(11):3736-3742

[16] 孫娜,魏珉,李巖,等.光質(zhì)對番茄幼苗碳氮代謝及相關(guān)酶活性的影響[J].園藝學(xué)報,2016,43(1):80-88

[17] 鐘秋,張瑞娜,潘飛龍,等.栽培條件對煙葉光合特性、氮代謝及產(chǎn)質(zhì)量的影響[J].昆明學(xué)院學(xué)報,2019,41(3):44-47,60

[18] 王玉光,徐坤,趙鍇,等.有色地膜覆蓋對洋蔥生長及產(chǎn)量的影響[J].中國蔬菜,2009(6):46-51

[19] 李貴才,韓興國,黃建輝,等.森林生態(tài)系統(tǒng)土壤氮礦化影響因素研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報,2001,21(7):1187-1195

[20] 趙晶,田紅燈,閆文德,等.森林生態(tài)系統(tǒng)土壤氮素礦化影響因子分析及及其研究趨勢[J].2012,32(11):110-114

[21] 桂慧穎,李雪江,王景燕,等.溫度和水分對華西雨屏區(qū)毛竹林土壤氮礦化的影響[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2018,36(6):758-764

[22] 劉世琦,許莉,齊連東.大蒜生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)問答[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2007

[23] 王俊,李鳳民,宋秋華,等.地膜覆蓋對土壤水溫和春小麥產(chǎn)量形成的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2003,14(2):205-210

[24] 趙炳梓,徐富安.水肥條件對小麥、玉米N、P、K 吸收的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2000,6(3):260-266

[25] 徐宇航,王守華,張念,等.烤煙成熟期控水對煙葉碳氮代謝關(guān)鍵酶活的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2013,29(13):95-99

[26] 劉燦玉,陸信娟,樊繼德,等.不同地膜覆蓋對大蒜生長特性及產(chǎn)量的影響[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2019,50(1):95-98

Effects Mulching Different Color Plastic Films on Soil Moisture Temperature and Nitrogen Metabolism in Garlic

LU Xin-juan, LIU Can-yu, FAN Ji-de, ZHAO Yong-qiang, ZHANG Bi-wei, YANG Feng*

221121,

The effects of different color plastic film ( red, green, silver black, white black, black, silver and transparent ) mulching on soil moisture - temperature and nitrogen metabolism of garlic were studied with a garlic (L.) cultivar ‘Xusuan 917’. The results showed that compared with the transparent mulching treatment, under the silver mulching treatment, soil temperature was increased at early growth stage and then reduced at late growth stage of garlic. The effect of silver mulching on soil moisture conservation was also better than red and transparent mulching treatments. The activity of nitrate reductase (NR) in garlic leaves was increased at green up stage and the activities of glutamine synthetase (GS), glutamate synthetase (GOGAT) and glutamate dehydrogenase (GDH) kept high in the fast growing period of garlic under the silver mulching treatment. The content of soluble protein in leaves was also remarkably improved under the silver mulching treatment at bolting stage. The results indicated that the treatment of silver mulching not only can improve the conditions of soil moisture-temperature, but also can enhance the nitrogen metabolism of garlic. It is suitable for garlic production.

Garlic; soil film; soil temperature; nitrogen metabolism

S633.4

A

1000-2324(2021)05-0789-05

2020-02-17

2020-06-06

江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助(JATS(2021)048);國家特色蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-24-A-07)

陸信娟(1982-),女,碩士,副研究員,主要從事蔬菜栽培生理與育種. E-mail:luxinjuan1982@163.com

通訊作者:Author for correspondence. E-mail:xz-yangfeng@163.com