鉀肥對(duì)薄皮甜瓜光合作用和產(chǎn)量的影響

鉀肥對(duì)薄皮甜瓜光合作用和產(chǎn)量的影響

cucumismelol屬于cuurbatacea。這是一種蔓性草本植物。它富含豐富的養(yǎng)分、甜味、甜味和獨(dú)特的味道。它是世界上最美味的食品之一。自20世紀(jì)90年代以來(lái),世界甜瓜栽培面積迅速增加。我國(guó)甜瓜栽培的發(fā)展更是迅速,目前,其栽培面積和產(chǎn)量均居世界首位(王霞霞,2004)。近年來(lái),隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的深入,冀西北壩上地區(qū)甜瓜的生產(chǎn)發(fā)展及商品銷量不斷增加,播種面積常年穩(wěn)定在510hm2左右,2007年的統(tǒng)計(jì)資料顯示,甜瓜的播種面積超過(guò)600hm2,為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效開辟了一條途徑。但是,生產(chǎn)中普遍存在只注重施用氮、磷肥,而忽視鉀肥,或者氮肥過(guò)量施用、鉀肥施用不足等問(wèn)題,一方面影響了甜瓜產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善,另一方面,浪費(fèi)了氮、磷肥,降低了肥料利用率,污染了環(huán)境。鉀素是高等植物必需的唯一的一價(jià)陽(yáng)離子,是公認(rèn)的品質(zhì)元素,也是園藝作物大量吸收的礦質(zhì)元素之一。鉀素通過(guò)調(diào)節(jié)植物體內(nèi)多種代謝途徑對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量產(chǎn)生重要影響。光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ),也是產(chǎn)量和品質(zhì)形成的決定因素。研究表明,鉀素可以活化植物體內(nèi)的一些酶類活性,調(diào)節(jié)氣孔的開閉和葉肉阻抗力的形成,提高葉片的光合速率、光合化學(xué)活性,協(xié)調(diào)光合同化物的合成、運(yùn)輸與轉(zhuǎn)化,最終改善果實(shí)品質(zhì)。鉀素水平過(guò)低或過(guò)高均不利于作物的光合作用,并導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)變劣。目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于鉀對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量影響的研究多見(jiàn)于小麥、棉花、玉米等大田作物上,在蔬菜上,如大白菜、番茄等也有報(bào)道,但是大都側(cè)重于氮磷鉀互作效應(yīng),或是營(yíng)養(yǎng)液與栽培基質(zhì)中鉀素的研究。但在冀西北壩上地區(qū)的砂質(zhì)栗鈣土上,還未見(jiàn)到有關(guān)甜瓜施用鉀肥效應(yīng)的報(bào)道。因此,選用種植面積日益擴(kuò)大的甜瓜進(jìn)行施用鉀肥的試驗(yàn),旨在研究和探討施用鉀肥對(duì)甜瓜光合作用和產(chǎn)量的影響,為合理施用鉀肥提供依據(jù),以便更好地指導(dǎo)農(nóng)民平衡施肥。1材料和方法1.1蒸發(fā)量和干旱度試驗(yàn)于2007年5~9月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)張北試驗(yàn)站坡梁地內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)站海拔高度1400~1500m,年平均氣溫3.6℃,多年平均降水393.3mm,蒸發(fā)量1693.3mm,干燥度2.0~2.3,無(wú)霜期90~110d,屬于高寒半干旱地區(qū)。土壤類型為砂壤質(zhì)栗鈣土,0~20cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量1.16%,全氮0.7g/kg,全磷0.2g/kg,速效磷(P2O5)4.5mg·kg-1,速效鉀(K2O)50mg·kg-1,容重1.54g·cm-3,pH值7.4。1.2試驗(yàn)材料試驗(yàn)選用薄皮甜瓜“紅城5號(hào)”,由河北農(nóng)業(yè)大學(xué)張北試驗(yàn)站提供。1.3苗木栽植,整地栽植試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理,各處理氮、磷肥用量一致,設(shè)鉀肥(K2O)0kg·hm-2(T0,對(duì)照)、40.5kg·hm-2(T1)、81kg·hm-2(T2)、121.5kg·hm-2(T3)、162kg·hm-2(T4)和202.5kg·hm-2(T5)6個(gè)水平。在播種前一次性施入同樣的底肥磷酸二銨(P2O546%,N18%)225kg·hm-2,鉀肥用硫酸鉀(K2O50%),全部作底肥一次性施入。小區(qū)面積為20m×1.5m=30m2,重復(fù)3次,隨機(jī)區(qū)組排列;株行距為0.45m×1.5m。5月15日于塑料拱棚內(nèi)播種育苗,苗齡30d(兩葉一心),6月13日定植露地。定植前施好底肥后,使肥土混合均勻,栽培畦做成瓦壟溝狀,溝寬60cm,深15~20cm,在溝內(nèi)按預(yù)定的株距挖穴,擺苗,每穴澆相同量的水(1000g),苗子周圍覆好土后,覆蓋地膜,再將幼苗破膜放出,并用土封嚴(yán),使地膜緊貼在溝內(nèi)地面上。采用爬蔓栽培,雙蔓整枝,每條子蔓各留一瓜,甜瓜開花后采用防落素噴花處理,其它田間管理同常規(guī)生產(chǎn),9月1日拉秧。甜瓜除定植時(shí)澆一次水外,其它生長(zhǎng)時(shí)期不再澆水,而是利用地膜溝作聚水積肥的防旱措施,把當(dāng)?shù)氐淖匀唤涤昙性诙ㄖ矞蟽?nèi),把無(wú)效雨變成有效降雨,即以雨養(yǎng)旱作的栽培方式為甜瓜生育期間提供水分。1.4調(diào)查和測(cè)量中心折光糖度分別在苗期、抽蔓開花期和結(jié)果期,從每小區(qū)選取5株,測(cè)定甜瓜的葉比重。于結(jié)果初期選擇晴天,取樣測(cè)定各處理功能葉片葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和凈光合速率,重復(fù)3次,取平均值分析。果實(shí)成熟后調(diào)查每一小區(qū)的產(chǎn)量,折合成公頃產(chǎn)量,并調(diào)查平均單瓜重。每處理中選擇具有代表性的成熟果實(shí)10個(gè),測(cè)量果實(shí)的中心折光糖度。葉比重計(jì)算公式為:葉比重=葉干重(mg)/葉面積(cm2)。葉綠素a熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)使用PocketPEA植物效率儀測(cè)定,光合速率采用美國(guó)CID公司生產(chǎn)的CI301-PS光合測(cè)定儀測(cè)定,葉綠素含量參照張憲政的無(wú)水乙醇—丙酮混合液提取法測(cè)定,果實(shí)的折光糖度采用WY060手持糖量?jī)x測(cè)定。2結(jié)果與分析2.1不同處理對(duì)葉比重的影響表1結(jié)果表明,不同供鉀水平都能不同程度地提高甜瓜的葉比重,而且與對(duì)照差異顯著。不同時(shí)期的葉比重不同,各處理表現(xiàn)為抽蔓期>苗期>結(jié)果期,而且苗期以T3的葉比重最大,顯著高于其它處理,比對(duì)照提高了54.3%,T1的葉比重顯著低于T2、T4、T5,但明顯高于對(duì)照,且后三者之間無(wú)明顯差異。進(jìn)入抽蔓期,各處理的葉比重都有所增加,仍以T3最大,與其它處理差異顯著,T4的葉比重顯著高于T1、T2、T5,且后三者之間無(wú)明顯差異。而在結(jié)果期,各處理的葉比重都明顯下降,處理之間變化趨勢(shì)與苗期一致。葉比重的這種變化趨勢(shì)表明,增施鉀肥可以有效地促進(jìn)單位葉面積內(nèi)干物質(zhì)的積累,使葉片變得肥厚,為甜瓜生育提供更多養(yǎng)料。苗期葉片所積累的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)只用于甜瓜的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng),營(yíng)養(yǎng)消耗相對(duì)來(lái)說(shuō)較少,其相應(yīng)的葉比重會(huì)較大,而到了抽蔓期,植株莖葉生長(zhǎng)速度加快,大量的葉片發(fā)生,營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛,此時(shí)積累大于消耗,葉比重則相應(yīng)增加。而在結(jié)果期,隨著果實(shí)的迅速膨大,需要的養(yǎng)料增加,葉片制造的光合產(chǎn)物會(huì)輸送到果實(shí)中,因而,此時(shí)的葉比重會(huì)下降。從試驗(yàn)結(jié)果看,T3在每個(gè)時(shí)期的葉比重均最大,而且與其它處理差異顯著,表明121.5kg·hm-2供鉀水平是適合甜瓜生育的施鉀水平。2.2施鉀處理對(duì)施鉀葉綠素含量的影響一般認(rèn)為,較高的葉綠素b(chlb)含量及較多的葉綠素a/b(chla/b)蛋白復(fù)合體有利于植物對(duì)于光能的吸收和利用。從表2結(jié)果看出,施鉀處理的葉綠素含量都顯著高于對(duì)照,以T3的葉綠素含量最高,其中T3的chlb含量與T4無(wú)差異,但與其它處理差異顯著,chla/b含量則與T2相差不明顯,而與其它處理差異明顯。表明增施鉀肥有利于甜瓜葉片chlb含量的增加,使其chla/b比值也增加。說(shuō)明甜瓜在施鉀處理后,通過(guò)chlb含量的大幅度增加,提高捕光色素蛋白復(fù)合體的穩(wěn)定性,有利于捕獲并利用更多的光能。2.3不同鉀素水平對(duì)甜瓜葉片葉綠素?zé)晒饣钚缘挠绊慒o表示PSⅡ反應(yīng)中心全部開放即原初電子受體(QA)全部氧化時(shí)的熒光水平,PSⅡ天線色素的熱耗散常導(dǎo)致Fo降低,而PSⅡ反應(yīng)中心的破壞或可逆失活則引起Fo的增加,因此,可根據(jù)Fo的變化推測(cè)反應(yīng)中心的狀況和可能的光保護(hù)機(jī)制。Fv反映QA的還原情況。Fm為最大熒光產(chǎn)量,是PSⅡ反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量,可反映通過(guò)PSⅡ的電子傳遞情況。熒光參數(shù)Fv/Fm能反映PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率,非環(huán)境脅迫條件下該參數(shù)極少變化,不受物種和生長(zhǎng)條件的影響,但光抑制下葉片熒光參數(shù)會(huì)發(fā)生明顯變化,是反映光抑制程度的良好指標(biāo)和探針,Fv/Fo表示光反應(yīng)中心PSⅡ的潛在活性。通過(guò)不同鉀素水平下甜瓜葉片葉綠素?zé)晒獾闹饕獏?shù)研究發(fā)現(xiàn)(表3),T0具有較低的Fo值,該值與葉片葉綠素含量吻合,而與光化學(xué)反應(yīng)無(wú)關(guān)。而T3的Fm、Fv、Fv/Fm和Fv/Fo顯著高于其它處理,比對(duì)照分別高出15.5%、19.8%、3.6%和4.5%。其它鉀肥處理之間差異不顯著。表明T3具有較高的電子傳遞活性、原初光能轉(zhuǎn)化效率和潛在活性;也表明缺鉀、低鉀和高鉀水平抑制植株的光合激發(fā)能轉(zhuǎn)化效率,只有適量供鉀才能改善甜瓜葉片的光合功能,提高反應(yīng)中心開放部分的比例,使電子傳遞速率和總的光化學(xué)量子產(chǎn)量提高,使葉片所吸收的光能較充分地用于光合作用。2.4對(duì)產(chǎn)量和糖含量的影響由不同鉀肥用量的甜瓜葉片光合速率(表4)可知,隨著施鉀量的增加,甜瓜葉片的光合速率、產(chǎn)量和含糖量都有不同程度的提高,并顯著高于對(duì)照,其中以T3處理的效應(yīng)最好,比對(duì)照分別高出36.6%、13.7%、29.5%;其它鉀肥處理之間的光合速率較為接近,差異不明顯,但其產(chǎn)量和含糖量趨勢(shì)一致,T4和T5接近,T1和T2接近,但前二者顯著高于后二者。3不同施鉀量對(duì)甜瓜葉綠素含量和產(chǎn)量的影響鉀是加速植物光合機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的重要驅(qū)動(dòng)力,植物葉片鉀含量的多少對(duì)光合作用中光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能有重要影響,適宜的鉀素水平能提高葉片的凈光合速率。本試驗(yàn)結(jié)果表明,鉀素水平過(guò)低或過(guò)高可導(dǎo)致甜瓜葉片光合效率降低,這與黃建中等在水稻上的研究結(jié)果一致。適宜的鉀素水平可促進(jìn)植物葉片葉綠體的合成和穩(wěn)定,在正常的供鉀水平下,葉片的葉綠素合成、運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)保持動(dòng)態(tài)平衡,而植株對(duì)高鉀將會(huì)產(chǎn)生負(fù)載作用。而關(guān)于葉綠素含量與凈光合速率的關(guān)系,前人研究結(jié)果不盡相同。有研究認(rèn)為,同一作物品種、同一生育期內(nèi)西葫蘆等作物的葉綠素含量與光合速率呈顯著正相關(guān),本試驗(yàn)結(jié)果也支持了這種觀點(diǎn)。與葉綠素含量相對(duì)應(yīng),T3葉片熒光參數(shù)均較高,這表明適量供鉀改善了甜瓜葉片的光合功能,提高植株的電子傳遞活性、PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率和PSⅡ潛在活性,使葉片所吸收的光能較充分地用于光合作用。而其它施鉀處理的熒光參數(shù)都低于T3,這也許與過(guò)高或過(guò)低的供鉀水平將嚴(yán)重導(dǎo)致植株的電子傳遞活性、原初光能轉(zhuǎn)化效率和潛在活性下降有關(guān)。另外,高鉀(T4和T5)可使熒光參數(shù)降低,這是否與鉀與原初電子受體的關(guān)系有關(guān),還有待進(jìn)一步研究。通過(guò)各處理熒光參數(shù)來(lái)看,缺鉀、低鉀和高鉀會(huì)使葉片吸收的過(guò)剩光能通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)途徑和非輻射能量途徑耗散的能力降低。這與孫騫等的研究結(jié)果也是一致的。本試驗(yàn)表明,在0~121.5kg/hm2的范圍增施K2O,可以明顯促進(jìn)甜瓜單位葉面積內(nèi)干物質(zhì)的