灌水量与氮素形态对西兰花生产和氮代谢的影响

张 辉，车旭升，吕 剑，缑兆辉，秦启杰，罗 建，张国斌

(甘肃农业大学 园艺学院，甘肃 兰州 730030)

西兰花(BrassicaoleraceaL.var.botrytisL.)又名青花菜、花椰菜，为十字花科芸薹属一年生植物，富含维生素C、维生素E、类胡萝卜素、类黄酮和多酚等抗氧化物质，在清除自由基、抗衰老、抗氧化和抗肿瘤方面具有显著作用[1]，深受消费者的青睐。

水是作物产量的主要限制因素，特别是在我国西北地区，灌溉是维持生产的有效途径。N作为植物三大营养元素之一，参与植物新陈代谢，影响作物的生长代谢和生长发育[2-3]。目前，国内外学者就不同水、氮水平对作物干物质积累和氮代谢的影响做了许多研究。杨慧等[4]研究表明，低水处理降低了番茄叶片的光合速率；张殿忠等[5]认为，在水分亏缺的情况下，植物的氮素吸收能力会降低，同时体内氮素代谢途径发生紊乱，蛋白质分解加快而合成减少，游离氨基酸积累并转移；邢瑶等[6]认为，植物对不同形态氮素的吸收存在一定的差异。硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)作为氮素同化的关键酶，对蛋白质合成具有重要影响[7-8]。Lea等[9]指出，高等植物氨同化的主要途径为谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶(GOGAT)耦联形成的循环途径，该途径在无机氮转化为有机氮的过程中起关键作用。作物氮素利用效率取决于其氮代谢，以及抗性相关酶对氮素的响应机制[10]。近年来，研究人员在不同施氮水平、水肥耦合等方面取得了一定进展，但关于不同氮素形态配比和节水的研究相对较少。为此，本研究以兰州市榆中县种植的西兰花品种碧绿为试验对象，研究滴灌条件下不同灌水量和氮素形态对西兰花产量、干物质积累(干重)、氮代谢相关酶活性，以及氮素吸收的影响，以期筛选出最优的水肥组合，为西兰花灌溉施肥的科学管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年6月在甘肃省兰州市榆中县清水驿乡稠泥河村(35°87′N、104°23′E)进行，该地区平均海拔1 790 m，年平均气温6.6 ℃，年降水量300～400 mm，年蒸发量1 343.1 mm，年无霜期150 d左右。供试土壤为壤土，肥力均匀。供试作物为西兰花品种碧绿。供试肥料包括：氮肥，中国石油化工股份有限公司巴陵分公司生产的硫酸铵(N≥21%)和河北先正农业科技有限公司生产的硝酸钾镁(N≥13%，K2O≥42%)；钾肥，四川什邡德美实业有限公司生产的硫酸钾(K2O≥52%)；磷肥，山东华诺联邦农化有限公司生产的磷酸二氢钾(P2O5≥52%，K2O≥34%)。耕层(0～20 cm)土壤的基本理化性质如下：全氮0.17 g·kg-1，碱解氮59.5 mg·kg-1，全磷0.39 g·kg-1，全钾12.25 g·kg-1，容重1.43 g·cm-3，最大田间持水量33.08%，电导率(EC)289 μS·cm-1，pH值8.11。

1.2 试验设计

每处理内进行2次分割而形成3次重复，每个重复的面积为16.67 m2。各处理统一施用P2O5190 kg·hm-2、K2O 180 kg·hm-2作为基肥，氮和部分钾肥于苗期、莲座期(2次)、结球期、花球膨大期分5次进行追施，每次等量追肥。N1处理中硝酸钾镁施用量为346 kg·hm-2；N2处理中硝酸钾镁施用量为242.2 kg·hm-2，硫酸铵施用量为64.5 kg·hm-2，硫酸钾施用量为83.8 kg·hm-2；N3处理中硝酸钾镁施用量为173 kg·hm-2，硫酸铵施用量为107 kg·hm-2，硫酸钾施用量为139.7 kg·hm-2。试验中选择大小一致、无病虫害、生长健壮的幼苗进行定植。定植后浇一次缓苗水，10 d后进行不同的水氮处理。

1.3 指标测定

1.3.1 干重测定

每小区选取3株植株，用上海一恒科技仪器有限公司生产的DGG-9140B型恒温鼓风干燥机105 ℃杀青15 min后，80 ℃烘至恒重，用福州华态科学仪器有限公司生产的PTY-B620型万分之一电子天平分别称量根(地下部)、茎和叶(地上部)的干重。

1.3.2 硝酸还原酶(NR)活性测定

采用离体法测定硝酸还原酶活性[11]。GS、GOGAT活性测定均用购自苏州科铭的谷氨酰胺合成酶试剂盒和谷氨酸合成酶试剂盒，具体方法详见试剂盒说明书。GS活性以每1 g组织中每1 mL反应体系中每1 h产生1 μmol γ-谷氨酰基异羟肟酸为一个酶活力单位；GOGAT活性以每1 g组织每1 min消耗1 nmol NADH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)为一个酶活力单位。

1.3.3 可溶性蛋白质含量测定

采用考马斯亮蓝G-250染色法[11]测定可溶性蛋白质含量。

1.3.4 西兰花产量测定

避开边际效应，在各小区中间位置随机选取20株西兰花，计算每小区产量。

1.4 数据处理分析

水分利用效率(WUE，kg·m-3)=经济产量(kg)/耗水量(m3)；

氮肥偏生产率(PFP，kg·kg-1)=单位面积经济产量(kg)/单位面积氮肥使用总量(kg)。

用Microsoft Excel 2010软件处理数据和做图，用SPSS 19.0软件进行方差分析，对有显著(P<0.05)差异的，采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对西兰花不同时期地上部和地下部干重的影响

方差分析结果显示：灌水量对不同时期西兰花的地上部和地上部干重均有显著(P<0.05)影响；除采收期的地下部干重外，氮素形态对各时期西兰花的地上部和地上部干重亦有显著(P<0.05)影响；灌水量和氮素形态的交互作用仅对莲座期和采收期的西兰花地上部干重有显著(P<0.05)影响。这说明，合理的灌水量与适宜的氨硝比(氨态氮与硝态氮含量的比例)有助于西兰花地上部与地下部干物质的积累，从而最终实现增产，而过高的灌水量或不适宜的氨硝比则会限制西兰花地上部和地下部干物质的积累。综合分析，W2N3处理最有利于西兰花地上部的干物质积累。

2.2 不同处理对西兰花产量、WUE和PFP的影响

由表2可知，在相同灌水量下，不同氮素形态下的单个花球质量、经济产量、WUE和PFP均无显著差异。在相同氮素形态下，单个花球质量、经济产量、PFP随着灌水量的减少呈现先升高后降低的趋势，以W2最高，WUE则随着灌水量从W1减少到W2而增加，但W2与W3的WUE并无显著差异。总的来看，W2N3处理的花球质量、经济产量、FPF和WUE最高。

表1 不同处理对西兰花不同时期地上部和地下部干重的影响Table 1 Effect of different treatments on dry weight of broccoli at different growth stages g

表2 不同处理对西兰花产量、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生产力(PFP)的影响Table 2 Effects of different treatments on yield，water use efficiency (WUE) and partial factor productivity from applied nitrogen (PFP) of broccoli

2.3 不同处理对叶片NR活性的影响

2.4 不同处理对叶片GS、GOGAT活性的影响

2.5 不同处理对叶片可溶性蛋白含量的影响

3 结论与讨论

水分利用效率反映了农业生产中作物的能量转化效率，同时能有效地反映植物对水分吸收利用的效率。李录山等[17]研究表明，在同一施肥条件下适宜的水分可以提高西兰花的水分利用效率，这与本试验结果一致。原因可能是，西兰花的水分利用效率受光合作用的影响，在缺水条件下植物对水和二氧化碳的传导度降低，进而影响光合效率。蔡晓等[18]的研究也得出了同样的结论，即合理的水肥灌溉指标会促进玉米的生长，增强植株的光合作用，提高水分利用率和产量。