張小紅，彭瓊，鄢 錚

（福州市農(nóng)業(yè)科學研究所，福州 350018）

0 引言

中國從20 世紀80 年代開始發(fā)展西瓜地膜覆蓋栽培技術，最初使用的是透明聚乙烯地膜，隨后發(fā)展出黑色膜[1-2]、銀灰色膜[3-4]、除草膜[5]、降解膜[6-8]等多種類型地膜，目前生產(chǎn)上應用最廣泛的仍是透明聚乙烯地膜。由于透明聚乙烯地膜的高分子難分解屬性，生產(chǎn)上大量廢棄的地膜殘余在土壤中數(shù)百年都難以降解，造成嚴重的“白色污染”，亟需尋找一種既環(huán)保又增產(chǎn)、可替代聚乙烯地膜的覆蓋材料。已有研究大多集中在覆蓋材料對西瓜生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[2,9-10]，以及土壤酶活性[11-12]、水肥熱動態(tài)變化[13-14]、經(jīng)濟效益對比[15-16]等方面。關于覆蓋材料對西瓜植株氮代謝的影響迄今鮮見報道。植物的氮代謝，即氮素的吸收和同化，與植物體內(nèi)重要的生理進程（如光合作用、光呼吸等）、作物產(chǎn)量和品質(zhì)等密不可分。筆者選取黑色防草無紡布（可降解）、菇渣、液態(tài)膜等具有無污染、可降解特點的覆蓋材料應用在西瓜栽培上，以透明聚乙烯地膜為對照，綜合比較4 種覆蓋材料對西瓜生長時期的氮代謝、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期篩選出一種兼具環(huán)保與增產(chǎn)功能的覆蓋材料，為西瓜綠色高效產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

供試‘惠蘭’西瓜由農(nóng)友種苗（中國）有限公司選育。

透明聚乙烯地膜（騰飛農(nóng)資線上工廠店），以下簡稱白膜，厚0.008 mm（0.8絲），寬2 m，成本約2070元/hm2。液態(tài)膜（連云港市金河液態(tài)地膜廠），成本約2250元/hm2，3個月可完全降解。黑色防草無紡布（伊布爾新材料有限公司），材料為pp丙綸，規(guī)格為70 g/m2，寬2 m，成本約6000 元/hm2，6 個月可完全降解。菇渣為海鮮菇收獲后的廢棄菇渣，由福州市農(nóng)業(yè)科學研究所食用菌研究室提供。

1.2 試驗處理

試驗于2021 年3—6 月在福州市農(nóng)業(yè)科學研究所試驗地進行。試驗設置4 個不同覆蓋處理，覆蓋材料為液態(tài)膜、黑色防草無紡布（簡稱黑布）、菇渣（覆蓋厚度2 cm），對照(CK)覆蓋材料為白膜。4個處理3次重復，1 個小區(qū)為1 個處理，面積為42 m2，隨機區(qū)組排列。3月31日采用穴盤播種，試驗地整畦施肥后，畦面覆蓋上述4 種不同覆蓋材料，4 月27 日定植，株距80 cm，雙蔓整枝，每株留2個瓜，其余田間管理方法同常規(guī)，6月22日采收果實。

1.3 樣品采集

分別于西瓜生長的伸蔓期（5 月13 日）、始花期（5月27日）和膨瓜期（6月10日）采集各處理的植株頂端生長點向下第5 片功能葉采用液氮冷凍處理后，儲存于-40℃低溫冰柜中待測。

1.4 測定方法

可溶性蛋白和全氮含量，以及谷氨酰胺合成酶(GS)、硝酸還原酶(NR)和谷氨酸脫氫酶(GDH)的活性測定參考文獻[17-18]的方法進行。

在果實收獲期，統(tǒng)計各處理小區(qū)收獲的坐果數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量，計算平均單果質(zhì)量，通過小區(qū)產(chǎn)量折算出公頃產(chǎn)量。采用數(shù)顯測糖儀測定各處理同一天開雌花的成熟西瓜中心和邊際可溶性固形物含量，重復3 次。Vc含量的測定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[19]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Excel 2013 和DPS 18.0 等軟件，采用SPSS 19.0進行動態(tài)相關性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋材料對西瓜葉片總氮含量的影響

由表1可知，各處理的西瓜葉片總氮含量在3個生長時期均呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，伸蔓期的值為最高。黑布覆蓋處理的西瓜葉片總氮含量為所有處理中最高值，其次為CK、菇渣處理，液態(tài)膜處理為最低值。其中，黑布處理值極顯著高于其他處理，伸蔓期比CK高4.25%，始花期比CK高4.57%，膨瓜期比CK高7.23%；菇渣處理值在始花期和膨瓜期顯著或極顯著低于CK，伸蔓期比CK低4.49%，始花期比CK低8.16%，膨瓜期比CK低7.51%；液態(tài)膜處理值極顯著低于CK，伸蔓期比CK 低8.72%，始花期比CK 低12.94%，膨瓜期比CK低11.80%。

表1 覆蓋材料對西瓜葉片總氮含量的影響 g/kg

2.2 覆蓋材料對西瓜葉片可溶性蛋白含量的影響

由表2 可知，各處理的西瓜葉片可溶性蛋白含量在3 個生長時期均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，始花期的值為最高。黑布覆蓋處理的西瓜葉片可溶性蛋白含量為所有處理中最高值，其次為CK、菇渣處理，液態(tài)膜處理為最低值。其中，黑布處理值顯著或極顯著高于其他處理，伸蔓期比CK 高6.52%，始花期比CK 高5.36%，膨瓜期比CK 高6.98%；菇渣處理值，伸蔓期和膨瓜期與CK 無顯著差異，始花期極顯著低于CK、比CK低8.93%；液態(tài)膜處理值極顯著低于CK，伸蔓期比CK 低10.87%，始花期比CK 低14.29%，膨瓜期比CK低9.30%。

表2 覆蓋材料對西瓜葉片可溶性蛋白含量的影響 mg/cm2

2.3 覆蓋材料對西瓜葉片NR活性的影響

由表3可知，各處理的西瓜葉片NR活性在3個生長時期均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，始花期的值為最高。黑布覆蓋處理的西瓜葉片NR活性為所有處理中最高值，其次為CK、菇渣處理，液態(tài)膜處理為最低值。其中，黑布處理值顯著或極顯著高于其他處理，伸蔓期比CK 高17.23%，始花期比CK 高13.23%，膨瓜期比CK高19.58%；菇渣處理值極顯著低于CK，伸蔓期比CK低21.57%，始花期比CK 低11.47%，膨瓜期比CK 低27.89%；液態(tài)膜處理值極顯著低于CK，伸蔓期比CK低34.18%，始花期比CK 低19.89%，膨瓜期比CK 低39.95%。

表3 覆蓋材料對西瓜葉片NR活性的影響 μgNO2-N/(cm2·h)

2.4 覆蓋材料對西瓜葉片GS活性的影響

由表4可知，各處理的西瓜葉片GS活性在3個生長時期均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，始花期的值為最高。黑布覆蓋處理的西瓜葉片GS活性為所有處理中最高值，其次為CK、菇渣處理，液態(tài)膜處理為最低值。其中，黑布處理值在伸蔓期與CK 無顯著差異，比CK 高3.47%；始花期極顯著高于CK，比CK高9.23%；膨瓜期顯著高于CK，比CK 高7.94%。菇渣處理值顯著或極顯著低于CK，伸蔓期比CK 低5.32%，始花期比CK 低6.86%，膨瓜期比CK低16.63%。液態(tài)膜處理值極顯著低于CK，伸蔓期比CK 低12.07%，始花期比CK 低11.35%，膨瓜期比CK低25.90%。

表4 覆蓋材料對西瓜葉片GS活性的影響 μmol/(cm2·h)

2.5 覆蓋材料對西瓜葉片GDH活性的影響

由表5 可知，各處理的西瓜葉片GDH 活性在3 個生長時期均呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，伸蔓期的值為最高。黑布覆蓋處理的西瓜葉片GDH 活性為所有處理中最高值，其次為CK、菇渣處理，液態(tài)膜處理為最低值。其中，黑布處理值在伸蔓期與CK無顯著差異，比CK 高9.45%；始花期顯著高于CK，比CK 高18.47%；膨瓜期極顯著高于CK，比CK高16.54%。菇渣處理值在伸蔓期與CK無顯著差異，比CK低9.72%；始花期與CK 無顯著差異，比CK 低15.27%；膨瓜期極顯著低于CK，比CK低26.21%。液態(tài)膜處理值顯著或極顯著低于CK，伸蔓期比CK 低13.06%，始花期比CK 低28.92%，膨瓜期比CK低37.14%。

表5 覆蓋材料對西瓜葉片GDH活性的影響 μmol/(min·mg)

2.6 覆蓋材料對西瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

由表6可知，在各處理中，產(chǎn)量最高的是黑布覆蓋處理，為26815.2 kg/hm2，極顯著高于其他處理，比CK增加了23.99%；液態(tài)膜和菇渣處理的產(chǎn)量均極顯著低于CK；產(chǎn)量最低的是液態(tài)膜處理，比CK 降低了36.19%。中心和邊際可溶性固形物含量最高的是黑布處理，分別為14.9%、10.5%，極顯著高于其他處理，中心可溶性固形物含量比CK增加了2.05%，邊際可溶性固形物含量比CK增加了3.96%；液態(tài)膜和菇渣處理均極顯著低于CK；最低的是液態(tài)膜處理，中心可溶性固形物含量比CK降低了38.36%，邊際可溶性固形物含量比CK降低了49.50%。Vc含量最高的是黑布處理，與CK無顯著差異，極顯著高于液態(tài)膜和菇渣處理；Vc含量最低的是液態(tài)膜處理，比CK降低了25.75%。菇渣處理的果肉空心，其余處理的果肉肉質(zhì)緊密。

表6 覆蓋材料對西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.7 不同覆蓋處理西瓜產(chǎn)量與氮代謝相關指標的相關性分析

由表7 可知，不同覆蓋處理的西瓜產(chǎn)量與總氮含量呈顯著正相關，與NR活性呈極顯著正相關；總氮含量與NR活性呈顯著正相關，與GS、GDH活性呈極顯著正相關；可溶性蛋白含量與NR、GS活性呈極顯著正相關；NR 活性與GS 活性呈極顯著正相關，與GDH 活性呈顯著正相關；GS活性與GDH活性呈極顯著正相關。

表7 不同覆蓋處理西瓜產(chǎn)量與氮代謝相關指標的相關性分析

3 結(jié)論與討論

春季低溫導致生長前期發(fā)育遲緩是福建地區(qū)西瓜栽培上經(jīng)常遇到的問題，生產(chǎn)上利用地膜覆蓋可以起到降低田間蒸發(fā)、保溫保墑、促進生長發(fā)育的作用[20-22]。目前已報道的西瓜栽培覆蓋材料有黑膜、白膜、有色地膜、可降解地膜，還有稻草[23]、砂礫石覆蓋[24]等，不同覆蓋材料在保溫保濕性、透光率等方面都有差異。

本試驗結(jié)果表明，黑色防草無紡布的覆蓋效果優(yōu)于白膜、液態(tài)膜和菇渣，果實產(chǎn)量、可溶性固形物和Vc含量均極顯著高于其他處理，這可能是由于黑色防草無紡布特有的材質(zhì)特點，可以更好地吸收太陽熱量保溫，保持土壤疏松狀態(tài)和微生物菌群的正?；顒?，更有利于根系和地上部的協(xié)調(diào)生長。相對于白膜來說，黑色防草無紡布還可起到更好的防止雜草生長的作用，而且此類無紡布環(huán)?？山到?，不會造成環(huán)境污染，這與李婷等[9]研究結(jié)論一致。液態(tài)膜覆蓋的植株生育期間生長緩慢，果實品質(zhì)和產(chǎn)量也較差，可能是由于液態(tài)膜保水性和保溫性較差，這與楊軍等[16]的研究結(jié)論不同。菇渣覆蓋的透氣性好，但保溫保濕效果不及白膜，而且可能由于果實發(fā)育期間積溫不足，導致果實普遍出現(xiàn)空心問題。

氮是植物生長必需的礦質(zhì)元素，氮素代謝直接影響光合作用、呼吸作用、碳氮代謝的進程，進而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[25-26]。鄢錚等[27-28]在甘薯和馬鈴薯上的研究表明，覆蓋栽培可顯著提高植株葉片全氮、可溶性蛋白含量和NR、GS、GDH的活性。代婧秋等[29]在附子上的研究表明，秸稈覆蓋顯著提高了氮代謝關鍵酶的活性。王帥等[30]在小麥上的研究表明，休閑期覆蓋可促進植株氮素的運轉(zhuǎn)、吸收和積累。本研究結(jié)果表明，黑色防草無紡布的覆蓋效果最佳，可顯著或極顯著提高葉片總氮、可溶性蛋白含量，以及NR、GS、GDH 的活性，這與上述幾個學者的研究結(jié)論具有一致性。NR是催化植物將吸收的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮的關鍵酶[31]，GS和GDH是植物氮代謝中心的多功能酶，參與調(diào)節(jié)多種氮化物的代謝[32-33]。相關性分析表明，不同覆蓋處理的西瓜產(chǎn)量與總氮含量呈顯著正相關，與NR活性呈極顯著正相關；總氮含量與NR 活性呈顯著正相關，與GS、GDH活性均呈極顯著正相關。因此推測覆蓋黑色防草無紡布可通過提高這3個關鍵酶的活性提高西瓜體內(nèi)NH4+和NO3-的同化能力，促進氮代謝進程的推進，提升植株對氮素營養(yǎng)的吸收和利用水平，從而提高西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。這可從生理角度揭示覆蓋栽培西瓜增產(chǎn)的機理，在玉米[34]、甘薯[35]、馬鈴薯[36]、小麥[37]、花生[38]等多種作物上也都有覆蓋栽培增產(chǎn)的報道。

綜上所述，黑色防草無紡布處理的西瓜植株生長勢和氮代謝能力強，產(chǎn)量高、品質(zhì)好，雖然價格比白膜貴，但從環(huán)保省工、生態(tài)效益等角度考慮，建議在西瓜生產(chǎn)上推廣使用黑色防草無紡布作為覆蓋栽培材料。筆者僅探討了不同覆蓋材料對西瓜氮代謝、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，關于其對根際土壤微生物菌群和水解酶等的影響有待下一步繼續(xù)開展相關試驗工作。