水氮耦合对西瓜生长和产量的影响

高玉侠，李洪军

（1.淮安市淮安区农业技术推广中心，江苏淮安 223200；2.淮安区苏嘴镇农村工作局，江苏淮安 223235）

西瓜（Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.et Nakai）是葫芦科西瓜属植物。西瓜清爽解渴，味道甘味多汁，堪称“盛夏之王”，西瓜含有丰富的维生素C、蛋白氨基酸、果糖、葡萄糖、苹果酸等物质，极具营养价值。我国是西瓜生产与消费的第一大国[1]。近年来，随着人们生活水平的提高，对西瓜的数量和质量需求不断增加。因此，提高西瓜产量和质量成为重要的研究任务。提高西瓜产量和质量不仅依赖于优良品质的选育，还有赖于栽培管理技术，其中水肥管理是西瓜种植过程中最为重要的环节[2]。

水是植物进行物质转化、养分运输的重要条件，在植物光合、形态建成和生长发育中发挥重要的作用[3]。氮作为作物生长发育所必需的营养元素其中之一，是作物生长的首要限制因素[4]。植物蛋白质、核酸、酶和叶绿素合成需要氮素，氮素也是内源激素及其前体的主要成分[5]。植物水和氮的吸收是两个相对独立的过程，但是存在相互的作用和联系，水氮的协调利用是植物物质积累的重要因素[6]，水分通过改善土壤物理化学特征以及土壤生物的活动来增加土壤养分的有效性，土壤养分伴随水分进入植物体内。因此，协调的水氮关系能够促进植物养分运输、光合作用[7]。苗为伟等[8]研究表明，施氮肥能够提高缺水环境下植物体内无机离子和有机物质含量，从而改善植株水分状况，提高对环境的适应能力。马慧敏等[9]研究表明，氮代谢和光合作用对水分和氮素的响应存在差异，充足灌水有利于植物光合作用。董伟欣等[10]研究表明，随着水氮量的增加，小麦株高、旗叶面积和地上部干重增加，中氮/高水是最理想的水氮互作方式。前人有关水分和氮肥的研究取得较大的进展，然而有关水氮耦合互作对西瓜生长和产量的影响研究较少，因此，本试验设置3个氮肥水平和2个灌水水平，研究西瓜生长、氮代谢、光合参数以及产量的变化特征，为西瓜的高效栽培提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年江苏省淮安市淮安区石塘镇大棚内进行，属于亚热带湿润季风气候，平均气温为14.5℃，年平均在957mm，无霜期216d左右，全年日照时数2136-2411h，整体表现为雨热同季，雨量集中，冬冷夏热，光能充足，热量丰富。供试西瓜品种为苏梦6号，试验大棚土壤类型为沙壤土，含有机质11.46g/kg，全氮0.53g/kg，速效氮46.15mg/kg，速效磷48.77mg/kg，速效钾86.49mg/kg。早熟小果型西瓜，植株生长势中等，全生育期102d左右，果实发育期30d左右，果实圆形，果皮绿色，皮厚0.44cm左右，果皮覆墨绿色齿状条带，果肉红色，中心折光糖含量13%左右，口感酥脆。氮、磷、钾分别为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O512%）和硫酸钾（K2O 50%）。

1.2 试验设计

试验采用裂区试验设计，以灌水量为主区，设置2个灌水水平，600m3/hm2（W1）和900m3/hm2（W2），以氮肥为副区，设置3个氮肥水平，分别为200kg/hm2（N1），300kg/hm2（N2），400kg/hm2（N3），西瓜种植行距2.6m，株距0.45m。每个处理基肥施商品有机肥4.5 t/hm2，磷肥（P2O5）120kg/hm2，钾肥（K2O）100kg/hm2和1/2氮肥，其余氮肥分别在伸蔓期和膨果期进行追施。全生育期共滴灌3次，定植期灌水5%，伸蔓期灌水45%，果实膨大期灌水50%。试验于2021年2月16日播种育苗，在3月28日定植，6月5日成熟收获。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 西瓜生长指标的测定

分别在西瓜伸蔓期和开花坐果期，每个处理选择3株长势一致的植株，使用直尺测定西瓜的主蔓长，使用游标卡尺测定西瓜的茎粗。

1.3.2 植株氮代谢关键酶活性的测定

在西瓜开花期，选择晴天上午，每个处理选择3株西瓜植株，选择同一位置的叶片，取下后放入加冰袋的泡沫盒中，带回实验室，擦干净叶片表面的尘土，分别测定硝酸还原酶（NR），以μg NO2-（生成）·g-1FW·h-1表示，测定谷氨酰胺合成酶（GS）活性，以μmol·g-1·min-1表示，测定谷氨酸合酶（GOGAT）活性，以U·g-1·min-1表示。

1.3.3 光合参数的测定

在西瓜开花期，选择晴天上午，测定同一部位西瓜叶片的气体交换参数，净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci），每个处理重复3次。

1.3.4 干物质积累量的测定

分别在西瓜伸蔓期、开花期和成熟期，每个小区随机选择长势一致的西瓜整株，将茎、叶和果实分开，放入烘箱中，在105℃下杀青30min，在80℃下烘干至恒重。

1.3.5 西瓜产量的测定

在西瓜成熟期，每个小区进行实收测产，统计每个小区瓜数，每个处理随机选择10个西瓜称量单瓜重。

1.4 数据与分析

试验数据采用Excel 2013数据处理软件进行初步分析和图表制作，采用SPSS 19.0统计软件进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 水氮耦合对西瓜植株形态特征的影响

从表1可以看出，水氮耦合显著影响西瓜植株的形态特征。在伸蔓期，主蔓长在W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐增加的趋势，处理间差异均显著。在W2处理下，随着氮肥用量的增加呈先升高后降低的趋势，表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，处理间差异均显著；茎粗在同一灌水水平下不同施氮量处理间没有显著差异。

表1 水氮耦合下西瓜植株形态特征

在开花坐果期，主蔓长在W1处理下和伸蔓期相似，在W2处理下，W2N2和W2N3间没有显著差异，显著高于W2N1。茎粗在W1处理下W1N1和W1N2没有显著差异。在W2处理下，W2N2和W2N3间没有显著差异，显著高于W2N1。在同一施氮量下，W2灌水水平的主蔓长和茎粗均高于W1水平。

2.2 水氮耦合对西瓜氮代谢关键酶活性的影响

氮代谢关键酶在植物体内氮素转化中起着重要的作用。由表2可知，不同水氮条件下西瓜氮代谢关键酶活性存在显著差异。NR活性在W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐升高的趋势，处理间差异均显著。在W2处理下，随着氮肥用量的增加呈先升高后降低的趋势，表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，W2N2和W2N3处理间没有显著差异；GS活性在W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐升高的趋势，表现为W1N3＞W1N2＞W1N1处理间差异均显著。在W2处理下表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，处理间差异均显著。GOGAT活性变化特征和GS相似，在同一灌水水平下不同施氮量间差异均显著。在同一施氮量下，W2灌水水平的NR、GS和GOGAT均高于W1水平。

表2 水氮耦合下西瓜氮代谢关键酶活性

2.3 水氮耦合对西瓜光合参数的影响

光合作用是植物进行物质积累和生长发育最为重要的过程。从表3可知，净光合速率在W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐升高的趋势，处理间差异均显著。在W2处理下，随着氮肥用量的增加呈先升高后降低的趋势，表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，W2N2和W2N3处理间没有显著差异。气孔导度在W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐升高的趋势，表现为W1N3＞W1N2＞W1N1，W2N2和W2N3处理间没有显著差异。在W2处理下表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，处理间差异均显著。胞间二氧化碳浓度在W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐降低的趋势，在W2处理下呈先降低后升高的趋势。蒸腾速率在W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐升高的趋势，处理间差异均显著。在W2处理下，随着氮肥用量的增加呈先升高后降低的趋势，表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，处理间差异均显著。在同一施氮量下，W2灌水水平的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均高于W1灌水水平。

表3 水氮耦合下西瓜光合参数

2.4 水氮耦合对西瓜干物质积累量的影响

干物质积累和产量形成有着密切的关系。从表4可以看出，在伸蔓期各处理间干物质积累量没有显著差异。在开花坐果期W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐升高的趋势，处理间差异均显著。在W2处理下，随着氮肥用量的增加呈先升高后降低的趋势，表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，处理间差异均显著。在成熟期W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐升高的趋势，处理间差异均显著。在W2处理下，随着氮肥用量的增加呈先升高后降低的趋势，表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，W2N2和W2N3处理间没有显著差异。在同一施氮量下，开花坐果期和成熟期，W2灌水水平的干物质积累量均高于W1灌水水平。

表4 水氮耦合下西瓜干物质积累量（g）

2.5 水氮耦合对西瓜产量和产量性状的影响

水氮条件对西瓜产量及果实性状有显著的影响。从表5可知，单瓜质量在W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐升高的趋势，处理间差异均显著。在W2处理下，随着氮肥用量的增加呈先升高后降低的趋势，表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，W2N2和W2N3处理间没有显著差异。果实纵径在W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐升高的趋势，处理间差异均显著。在W2处理下，随着氮肥用量的增加呈先升高后降低的趋势，表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，W2N2和W2N3处理间没有显著差异。果实横径在同一灌水水平下不同施氮量处理间没有显著差异。西瓜产量在W1处理下随着氮肥用量的增加呈逐渐升高的趋势，处理间差异均显著。在W2处理下，随着氮肥用量的增加呈先升高后降低的趋势，表现为W2N2＞W2N3＞W2N1，处理间差异均显著。在同一施氮量下，西瓜单瓜质量、果实纵径、横径和产量均高于W1灌水水平。

表5 水氮耦合下西瓜产量和产量性状

3 讨论

水氮耦合互作一直是农业生产的研究重点，水氮协调配合能够促进植物生长，增加作物产量[11]。本研究结果表明，西瓜主蔓长、茎粗干物质积累量和产量在W1灌水量下，随着施氮量的增加呈逐渐增加的趋势，在W2灌水量下呈先升高后降低的趋势，这说明在低灌水量下增施氮肥能够促进西瓜生长，增加西瓜产量。在低灌水量下，增加施氮量能够增加土壤氮素，增加根系对养分的吸收，从而提高物质积累，增加产量。在高灌水量下，水分充足，对氮素的转运效率较高，当施氮肥过多，植物对氮肥的吸收达到饱和，从而对物质积累和产量提高的效益不明显[12]。氮代谢是植物生命活动，氮代谢能力直接影响植物的生长发育[13]，水分和氮素则是影响氮代谢关键酶活性的重要因素[14]。本研究结果表明，NR、GS、GOGAT、光合速率、干物质积累量和产量在W1灌水量下，随着施氮量的增加呈逐渐增加的趋势，在W2灌水量下呈先升高后降低的趋势，这说明灌水量影响氮代谢酶活性，适量氮肥可促进氮代谢关键酶活性的增加，而氮肥用量过多则会产生抑制作用[15]。

光合作用是植物生长发育最重要的反应，决定了植物的物质积累和转运，叶绿素是光合作用的重要场所[16]。研究表明，氮素在植物光合过程中发挥重要作用，既是叶绿素合成的重要成分，也是参与反应酶的构成部分，直接影响植物叶片的光合作用[17]。水分作为光合作用的主要原料，通过影响酶活性、叶绿体合成和原生质间接影响光合作用。水氮互作对作物光合的影响比较复杂，只有合理运用水氮才能够达到最佳的效果[18]。研究表明，合理的水氮运筹能够协调光合养分和水分在植物体内的分配，从而使光合作用达到最优状态，当水氮供应发生变化时，植物的光合以及其他生理生化反应发生相应的变化。本研究结果表明，西瓜叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率在W1灌水量下，西瓜生长指标、氮代谢关键酶。光合参数、干物质和产量随着施氮量的增加呈逐渐增加的趋势，在W2灌水量下呈先升高后降低的趋势，表明水氮耦合对西瓜光合特性具有调控作用，在低水平灌溉下适当增加氮肥用量能够提高光合作用，在高水平灌溉下，氮素含量超出一定阈值影响光合作用，可能是由于在高水平灌溉下的肥料利用更加充分，当用量过高则产生渗透胁迫。

4 结论

综上所述，在W1灌水量下，西瓜生长指标、氮代谢关键酶、光合参数、干物质和产量随着施氮量的增加呈逐渐增加的趋势，而在W2灌水量下相关指标随着施氮量呈先升高后降低的趋势。因此，在灌水量为600m3/hm2时，施氮量可在400kg/hm2为宜，在灌水量为900m3/hm2时，施氮量可在300kg/hm2较好。生产中可根据灌水量进行施氮，低灌水量下可适当增施氮肥，在高灌水量下可适当减施氮肥，以达到水肥协调，高效施氮的目的。