氧肥对渍害胁迫下西瓜生理特性、产量及品质的影响

程琳等

摘要：针对西瓜[Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.et Nakai]渍害胁迫，采用大田试验方法，研究了施用氧肥对西瓜在渍害胁迫下平作和垄作2种不同种植方式的生理特性、果实品质和产量的影响。结果表明，开花坐果期渍害胁迫对2种种植方式的西瓜生长都有抑制作用，但对垄作西瓜的影响较小，且氧肥对垄作渍害的缓解作用也最明显。施用氧肥的处理比单独淹水的平作和垄作处理其西瓜叶片的SOD活性分别提高了7.9%和9.3%，POD活性分别提高了15.0%和20.0%，MDA含量分别降低了25.9%和31.4%，叶绿素含量分别提高了40.3%和25.4%，西瓜果实维生素C、还原糖、瓜氨酸含量分别提高了14.8 %、8.5%、9.1%和15.6%、8.8%、8.8%，产量分别提高了8.5%和10.5%。表明氧肥可以有效提高西瓜对渍害胁迫的耐受性，并能改善品质，提高产量。但不同种植方式施用氧肥的效果存在差异，垄作结合施用氧肥处理对缓解西瓜渍害胁迫的效果更明显一些。

关键词：渍害胁迫；西瓜[Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.et Nakai]；氧肥；垄作；平作

中图分类号：Q945.78；S651；S143.91 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）12-2939-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.033

Effects of Oxygen Fertilizer on the Physiological Characteristics，Yield and Quality of Citrullus lanatus under Waterlogging Stress

CHENG Lin1，CAO Peng2，LIU Zhang-yong1，GONG Shi-fei1，JIN Tao1

（1. College of Agriculture， Yangtze University， Jingzhou 434025， Hubei， China；

2. Agricultural Technology Extension Station of Hubei Provincial Department of Agriculture， Wuhan 430065， China）

Abstract： To solve the problem of waterlogging stress during the watermelon[Citrullus lanatus （Thunb.）Matsum. et Nakai] production， a field experiment was conducted to study the effects of applying oxygen fertilizer on physiological levels，yield and quality of watermelon in both ridge planting and flat planting patterns under waterlogging. Results showed that waterlogging event at flowering fruiting period inhibited the watermelon growth in both planting patterns. And applying oxygen fertilizer could reduce the damage of waterlogging stress on watermelon. Compared with the waterlogging only treatment， the activities of SOD and POD of leaves were increased by 7.9%，15.0%，and 9.3%，20.0%， and the contents of MDA of leaves significantly decreased by 25.9% and 31.4%，and the contents of chlorophyll of leaves significantly increased by 40.3% and 25.4% in the treatments of applying oxygen fertilizer in ridge planting and flat planting patterns， respectively. After applying oxygen fertilizer，the contents of VC，reducing sugar and citrulline in watermelon fruits were increased by 14.8%，8.5%，9.1% and 15.6%，8.8%，8.8%，and the production was significantly increased by 8.5% and 10.5 % in ridge planting and flat planting patterns，respectively， compare with waterlogging only treatment. So applying oxygen fertilizer could improve the patience of watermelon to the waterlogging stress， while improving quality and increase production. And the effect of applying oxygen fertilizer on watermelon in the ridge planting was better than flat planting pattern.

Key words：waterlogging stress；watermelon[Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.et Nakai]；oxygen fertilizer；ridge planting；flat planting

西瓜[Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.et Nakai]是一种经济价值较高的农作物，在中国南方已经成为很大的产业。不过由于西瓜起源于非洲，属于耐旱植物，自身缺乏有效的耐涝机制，对淹水非常敏感；而中国南方由于季节降雨集中且量大，常造成农田积水，导致西瓜渍害时常发生，尤其是在排水不畅和土壤黏滞区域更为突出，严重制约了西瓜的稳定生产。现在国内外已经在氧肥（核心材料为过氧化钙）的制备与应用上做了一系列的研究，发现过氧化钙施入田中做基肥可以提高西瓜、大豆[Glycine max（L.）Merr.]、马铃薯（Solanum tuberosum L.）的甜度[1]，有利于增强农作物对水淹胁迫的耐受性[2]，同时也可为水淹土壤的好氧细菌提供氧气，进而增加土壤的细菌种类[3，4]和土壤脲酶的活性[5]；但在农作物实际生产中的应用性研究还鲜见。为了缓解西瓜涝渍胁迫问题，试验以氧肥为材料，对大田西瓜进行了人工淹水处理，从生理生化和西瓜产量、品质多方面探讨氧肥在西瓜涝渍胁迫中的应用价值，以期为缓解西瓜种植常见的涝渍胁迫提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

试验于2014年4～8月在荆州市长江大学试验基地进行，试验地地势平坦，土壤全氮含量为1.12 g/kg，全磷含量为0.69 g/kg，全钾含量为15.8 g/kg，速效磷含量为28.1 mg/kg，速效钾含量为17.09 mg/kg，有机质含量为16.4 g/kg，pH 7.5。西瓜在4月中旬营养钵育苗，5月初移栽，采用平作和垄作2种种植方式，常规管理。氮肥来源于市售。

试验在西瓜开花坐果期实施淹水作业，对垄作和平作2种种植方式的西瓜均设置3个处理：处理1（CK）：正常水分管理，不淹水，不施氧肥；处理2（T1）：淹水3 d，不施氧肥；处理3（T2）：淹水3 d，淹水前每株施入5 g氧肥。淹水标准为土壤含水量达到饱和水平，表面无明水[6，7]，时间持续3 d，共6个处理，每个处理均重复3次，小区面积30 m2，田间随机排列。

1.2 测定方法

在西瓜叶片生理生化指标测定方面，超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性采用氮蓝四唑法测定；过氧化物酶（Peroxidase，POD）活性采用愈创木酚法测定；丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸氧化法测定；叶绿素含量采用分光光度法测定[8]。在果实品质指标测定方面，还原糖含量采用斐林法测定[9]；维生素C含量采用2，4-二硝基苯肼比色法测定[10]；瓜氨酸含量采用分光光度法测定[11]。

1.3 数据处理

试验数据表述为“平均值±标准差”，采用Microsft Office Excel 2007和SPSS 11.0统计软件完成数据的处理与制图，并进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 渍害处理对西瓜抗氧化酶活性的影响

2.1.1 渍害处理对西瓜叶片SOD活性的影响 试验测定的渍害处理对西瓜叶片SOD活性的影响情况见图1。从图1可见，平作和垄作中的T1、T2处理其西瓜叶片的SOD活性比各自的CK都有增加；在2种种植方式中，SOD活性的高低排序都为T2、T1、CK。其中平作和垄作的T1处理其西瓜叶片SOD活性分别比各自的CK提高了7.3%和8.4%，差异显著（P<0.05）。而平作中T2处理的西瓜叶片SOD活性又比T1处理提高了7.9%，差异显著（P<0.05）；垄作中T2处理的西瓜叶片SOD活性又比T1处理提高了9.3%，差异极显著（P<0.01），说明施加氧肥给西瓜根系提供了氧气，从而可维持体内的SOD活性在较高的水平，进而保护了细胞膜的功能，缓解了渍害胁迫对植物的伤害。

2.1.2 渍害处理对西瓜叶片POD活性的影响 试验测定的渍害处理对西瓜叶片POD活性的影响情况见图2。从图2可见，平作和垄作中的T1、T2处理其西瓜叶片的POD活性较各自的CK都有不同程度的增加，2种种植方式的西瓜叶片POD活性高低排序都为T2、T1、CK。其中平作和垄作的T1处理其西瓜叶片POD活性分别比各自的CK升高了9.3%、12.7%，差异显著（P<0.05）。平作和垄作的T2处理其西瓜叶片中POD活性分别比T1处理升高了15.0%和20.0%，差异极显著（P<0.01），不过垄作处理升高的幅度比平作大，表明氧肥释放的氧气保证了植物根系的正常呼吸，同时土壤中的Ca2+浓度加大后可增强植物的抗逆性，减少了植物体内过氧化物的产生，维持了活性氧代谢的平衡，保护了细胞膜的完整性。

2.2 渍害处理对西瓜叶片MDA含量的影响

试验测定的渍害处理对西瓜叶片MDA含量的影响情况见图3。从图3可见，随着西瓜受渍害胁迫的加重，平作和垄作的西瓜叶片MDA含量在增加，以在T1处理中的MDA含量达最高，如平作和垄作的T1处理其西瓜叶片MDA含量分别比CK提高了92.8%、72.5%，差异极显著（P<0.01），其中垄作处理上升的幅度较平作小，说明植物受渍害胁迫时，体内自由基的大量产生可引发膜脂过氧化与脱脂化加重，造成MDA大量累积，其后果将导致植物代谢失调；在平作和垄作处理中，T2处理的西瓜叶片其MDA含量分别较T1处理降低了25.9%、31.4%，差异极显著（P<0.01）；而与CK相比，平作处理高出了42.8%，差异极显著（P<0.01）；垄作处理高出了18.4%，差异显著（P<0.05），垄作处理比平作更接近CK的水平。说明氧肥在渍害过程中可以给植物根系提供氧气，增加土壤中的Ca2+浓度，从而继续维持活性氧代谢的平衡，减少MDA的累积，并且垄作结合施用氧肥处理效果更明显。

2.3 渍害处理对西瓜叶片叶绿素含量的影响

试验测定的渍害处理对西瓜叶片叶绿素含量的影响情况见图4。从图4可见，随着渍害胁迫程度的加重，西瓜叶片叶绿素含量下降，以T1处理含量最低。平作的T1处理其西瓜叶片叶绿素含量比CK降低了39.6%，差异极显著（P<0.01）；垄作的T1处理其西瓜叶片叶绿素含量比CK降低了27.3%，差异显著（P<0.05），说明渍害胁迫使叶绿素降解加强，生物合成减弱，导致叶绿素含量降低，其中垄作处理的叶绿素降低幅度低于平作。平作和垄作的T2处理其西瓜叶片叶绿素含量较T1处理都有不同程度的升高，其中平作的T2处理比T1处理升高了40.3%，差异极显著（P<0.01）；垄作的T2处理比T1处理升高了25.4%，差异显著（P<0.05），说明在植物受渍害胁迫时施用氧肥可以降低植物叶绿素的降解速率，维持植物的光合能力。

2.4 渍害处理对西瓜品质和产量的影响

2.4.1 渍害处理对西瓜品质的影响 渍害处理对西瓜品质的影响情况见表1。由表1可以看出，平作和垄作T1处理的西瓜果实中维生素C、还原糖、瓜氨酸含量与其CK相比都有降低，平作处理分别下降了7.0%、3.4%、1.1%，垄作处理分别下降了2.2%、2.7%、1.4%，说明渍害胁迫会影响西瓜果实的正常生长发育，使营养物质的合成受到阻碍，导致果实品质在一定程度上出现下降，但与各自的CK之间差异不显著（P>0.05）。与各自的CK相比，平作和垄作的T2处理其西瓜维生素C、还原糖、瓜氨酸含量都有不同程度的升高，平作分别提高了6.8%、4.8%、7.9%，但与其CK之间差异不显著（P>0.05）；垄作分别提高了13.0%、5.9%、7.3%，其中维生素C、还原糖含量与其CK之间差异显著（P<0.05），瓜氨酸含量与其CK之间差异不显著（P>0.05）。与T1处理相比，平作的T2处理其西瓜维生素C、还原糖和瓜氨酸含量分别提高了14.8%、8.5%、9.1%，垄作的T2处理分别提高了15.6%、8.8%、8.8%，其中除瓜氨酸含量T2与T1处理之间差异不显著（P>0.05）之外，其他营养物质含量T2与T1处理之间都差异显著（P<0.05），表明施用氧肥可以降低渍害胁迫对果实生长发育的抑制作用，促进果实的正常生长和营养物质的合成与累积，最终可以起到改善果实品质的作用。

2.4.2 渍害处理对西瓜产量的影响 渍害处理对西瓜产量的影响情况见表2。由表2可知，平作和垄作的T1处理造成西瓜产量降低，与各自的CK相比，平作和垄作的T1处理其西瓜产量分别减少了16.4%、13.1%，差异显著（P<0.05）。平作和垄作的T2处理其西瓜产量也低于各自的CK，分别减少了9.3%、4.0%，差异显著（P<0.05）；但是比各自的T1处理产量明显提高，分别提高了8.5%、10.5%，差异显著（P<0.05），其中垄作处理较平作的西瓜产量提高幅度更大。这说明渍害胁迫导致西瓜大量落花落果和果实腐烂，影响西瓜正常生长，产量下降，施用氧肥可在一定程度上减轻渍害胁迫造成的西瓜减产。

3 小结与讨论

在渍害胁迫环境下，植物体内的活性氧代谢平衡遭到破坏，活性氧增多，引起膜脂过氧化发生，导致MDA积累，植物在适应渍害胁迫的过程中体内保护酶如SOD、POD等活性会调节增加，以清除活性氧自由基，减轻其对细胞膜的伤害。试验结果表明，渍害胁迫导致西瓜体内保护酶SOD、POD活性能不同程度的升高，有毒物质MDA出现积累，其中垄作处理西瓜的抗氧化酶活性的增加幅度大于平作处理，MDA的积累量低于平作，同时叶绿素含量的降低幅度小于平作，说明垄作西瓜受渍害程度小于平作，这与前人[12]得出的研究结论一致。

在施用氧肥的处理中，平作和垄作的西瓜叶片SOD、POD的活性均显著增加，增加幅度相当，MDA积累量降低，叶绿素含量升高，不过垄作的西瓜叶片中MDA下降幅度比平作大。说明抬高耕作层后氧肥在渍害胁迫中可以为西瓜正常呼吸多提供氧气，这在一定程度上可以减缓无氧呼吸的进程，减少有毒物质的产生，能提高西瓜的抗逆性，缓解渍害胁迫对西瓜的伤害，使西瓜在缺氧的环境中正常生长。垄作结合施用氧肥效果更佳，可能原因是垄作较平作更有利于排水，同时垄台的存在有利于防涝[13]，垄作结合施用氧肥处理一方面在渍害胁迫过程中能释放氧气供西瓜根系呼吸需要，另一方面垄台的通风透光能力好，排水能力强，对减轻西瓜渍害胁迫有一定的缓解作用。

维生素C、还原糖和瓜氨酸含量是衡量西瓜品质好坏的重要指标，试验结果表明，渍害胁迫使西瓜大幅减产，果实中的维生素C、还原糖和瓜氨酸含量也在降低，而氧肥可以显著提高西瓜在渍害胁迫条件下果实中的维生素C和还原糖的含量，并且能提高产量，瓜氨酸也有上升，并且垄作的效果较平作更佳。植物在逆境环境下会发生膜脂过氧化，造成细胞膜系统的损伤，干扰植物细胞的光合、呼吸及其他正常代谢过程，降低植物体内有机物质的合成与积累，影响果实的正常发育[14-16]，渍害胁迫导致西瓜自身对病害的抵抗力降低。同时潮湿环境容易引发西瓜的灰霉病、炭疽病、霜霉病等，造成西瓜落花落果和果实腐烂[17]，使西瓜生长受阻，产量降低。氧肥以过氧化钙为核心肥料，可使土壤中Ca2+浓度增加，而Ca2+作为植物必需的矿质营养元素和细胞生理生化反应的第二信使物质[18，19]，对维持细胞的代谢平衡和提高植物的光合作用起着重要的作用，在胁迫环境下Ca2+可以促进果实顺利发育，提高果实的品质和产量[20，21]。

试验结果表明，渍害胁迫引起了西瓜体内抗氧化酶SOD、POD活性升高，有毒物质MDA累积量增加，细胞代谢平衡遭到破坏，果实的维生素C、还原糖、瓜氨酸含量降低，产量和品质下降，其中平作比垄作受害严重。氧肥可以缓解西瓜的渍害胁迫，稳定体内SOD、POD的活性，降低MDA的含量，提高果实品质，减少西瓜损失。但是氧肥的研究目前仍有很多不足之处，如氧肥释氧时间与植物根系缺氧时间是否吻合、氧肥如何改变土壤的微环境、施用后植物呼吸的变化机制等等还需要进一步试验，才能有效解决植物因遭受涝渍灾害造成的缺氧胁迫。

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