微咸水补灌条件下压砂西瓜叶片氯含量对氮的响应

2021-11-14田里魏照清王西娜马雅倩张佳群谭军利

中国瓜菜 2021年10期

关键词：叶片

田里　魏照清　王西娜　马雅倩　张佳群　谭军利

摘要：為了明确施氮缓解因微咸水补灌引起的西瓜氯离子毒害机制，通过2年田间定位试验，设置5个氮水平，探讨氯在西瓜叶片中的含量、分布及其与氮素的关系。结果表明，在西瓜生长期，适量施氮会增加叶片氯含量，而收获期则表现为抑制作用。与对照（CK）相比，施氮180 kg·hm-2（T4）叶片氯含量在膨瓜期提高10.6%，在收获期则降低21.3%。叶片氯累积量随施氮量增加而增加，在膨瓜期最为明显，T4处理比CK提高107%。氯主要集中在基部叶片和中部叶片，且与施氮量呈正相关，与叶片全氮含量呈负相关，中部叶氯含量与产量呈正相关。可见，在微咸水补灌条件下，适量施用氮肥可提高西瓜叶片氯含量与累积量，基部叶片氯含量与全氮含量互为消长关系。

关键词：压砂西瓜;叶片;氯;氮;微咸水灌溉

中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）10-060-07

The response of chlorine content in leaves of watermelon to nitrogen in gravel-mulched field on the condition of brackish water irrigation

TIAN Li1， WEI Zhaoqing1， WANG Xina1， MA Yaqian1， ZHANG Jiaqun1， TAN Junli2

（1. School of Agriculture， Ningxia University， Yinchuan 750021， Ningxia， China; 2. School of Civil and Hydraulic Engineering， Ningxia University， Yinchuan 750021， Ningxia， China）

Abstract： In order to clarify the mechanism of nitrogen application in alleviating chloride toxicity of watermelon caused by supplementary irrigation with brackish water， two-year field positioning experiment with 5 nitrogen rates was conducted in this study. The results showed that the chlorine ion content and accumulation in leaves were changed with the growth period and the nitrogen application rate. With the development of the plant （from 65 days to 85 days after transplanting）， the chlorine concentration in watermelon leaves was increased by appropriate nitrogen application， but it was inhibited in the harvest stage. Compared with the control （CK）， the chlorine content in leaves of 180 kg·hm-2 （T4） nitrogen rate was increased by 10.6% in the expansion stage and it was decreased by 21.3% in the harvest stage. Meanwhile， the chlorine accumulation in leaves was increased with the increasing of nitrogen rate， especially in the expansion stage， when the cumulative amount of chlorine in leaves was increased by 107% compared with CK. Chlorine was mainly concentrated in basal and middle leaves， and it was increased by proper nitrogen rate. The contents of chlorine in different parts of leaves were positively correlated with nitrogen application rate， and negatively correlated with the total nitrogen content of leaves. Moreover， there was a positive correlation between chlorine content in middle leaves and watermelon fruit yield. In a conclusion， on the condition of brackish water irrigation， the content and accumulation of chlorine ions in watermelon could be significantly increased by a moderate amount of nitrogen fertilization， while it showed a mutual inhibition relationship with the total nitrogen content in basal leaves.

Key words： Watermelon in gravel-mulched field; Leaf; Chlorine; Nitrogen; Brackish water irrigation

氯是作物生长必需的微量元素之一，也是植株体内含量最多的无机阴离子[1]。植株氯含量（w，后同）为0.03%～1.50%[2]，一般植株体内的氯含量达到0.10%即可满足作物生长所需，而有些植物（如烟草）体内氯含量可高达10.00%以上[3-4]。氯元素广泛存在于自然界中，土壤中平均氯含量为100 mg·kg-1，变幅为37～370 mg·kg-1[5-6]，可以满足大部分植物生长发育的需要，因此在农业生产中作物很少会出现缺氯症状。但是，氯过多也会抑制植物生长，引发氯毒害作用，使植株体内代谢受阻，激素分解、细胞停止生长，严重时则导致植株叶片尖端呈灼烧状，叶缘僵枯，叶片发黄并提前脱落，作物减产甚至绝收[7-8]。

压砂西瓜是宁夏中部干旱带环香山地区的支柱产业，由于当地干旱缺水，农民普遍采用地下微咸水进行补灌[9-10]。微咸水补灌虽然可以有效缓解干旱，为作物提供生长所需的水分，但亦会使盐分在土壤中不断累积，导致土壤盐渍化，并引起作物减产[11-12]。当地地下微咸水中的阴离子以氯离子为主，浓度高达30.52 mmol·L-1。西瓜作为忌氯作物，对氯比较敏感，当土壤中氯离子累积量或植株对氯离子吸收量达到一定程度时，生长必然受到抑制，从而引起产量和品质下降。因此，长期采用微咸水补灌会严重威胁压砂西瓜的可持续生产。

氮与氯之间存在相互作用。一方面，氯可以抑制土壤硝化作用，使铵态氮向硝态氮的转化速度减慢[13];另一方面，当土壤中的氯含量较高时，会抑制作物对NO3--N的吸收，使叶片中的NO3--N含量降低[14]。NO3--N是植株氮素营养的重要来源，氯和NO3--N具有相似的分子大小和相同电荷，阴离子通道对NO3--N的选择性比氯强，两者呈拮抗关系。在氯胁迫情况下，适量施用氮肥可抑制植物对氯的吸收[3]，因为较高的NO3--N浓度可以保证植物获得足够的氮素吸收和同化，促进植株生长[15-18]。在用含氯离子的微咸水灌溉条件下，氮素能否缓解压砂西瓜对氯离子的过量吸收，从而降低氯离子的危害还未见报道。

笔者在本研究中通过田间试验，分析含氯微咸水补灌条件下不同施氮量对西瓜叶片氯含量及分布的影响，阐明压砂西瓜叶片对氯的吸收累积规律及其对氮水平的响应，为叶片氯营养诊断、地下微咸水安全利用和氮肥合理施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于宁夏中卫市沙坡头区南部香山乡红圈子村，地理位置为东经105 °08 ′，北纬37 °02 ′，地处内蒙古高原和黄土高原的过渡地带和宁夏中部干旱带核心区，海拔1740 m，属大陆性季风气候，干旱少雨，气候干燥，年平均降水量约180 mm，年蒸发量为2100～2400 mm。日照充足，全年平均日照长达2700 h，光热资源丰富，生长季节日照时数1080 h，日照百分率在60%以上，无霜期153 d，有效积温2 529.3 ℃，昼夜温差大。试验地0～20 cm土层的基本理化性状分别为pH值8.73，有机质含量（w，下同）8.69 g·kg-1，全氮含量0.18 g·kg-1，全磷含量0.40 g·kg-1，氯离子含量150.7 mg·kg-1，矿质态氮含量（包括硝态氮和铵态氮）6.10 mg·kg-1，速效磷含量4.84 mg·kg-1，速效钾含量110.68 mg·kg-1。

1.2 试验设计

供试西瓜品种为金城5号，将西瓜苗嫁接在南瓜砧木上培育嫁接苗，由中卫市金城种业有限责任公司提供。穴盘规格为54 cm×28 cm，营养钵上口径为48 mm，下口径为15 mm，深度为40 mm。分别于2017年4月14日至7月29日和2018年4月17日至7月21日開展田间试验。设置5个氮水平，分别用CK、T1、T2、T3、T4表示，3次重复，共15个小区，随机区组排列。根据2017年西瓜产量对氮素的响应，对2018年的施氮量进行了调整，各处理对应施肥量见表1。小区面积为12 m×8 m=96 m2，株距1.2 m，行距1.8 m，每小区总株数为40株。供试氮肥为尿素（含N≥46%），全部做追肥，分别以50%、35%、10%、5%在苗期、开花期、坐瓜期、膨瓜期结合滴灌追施。基肥中P2O5和K2O用量分别为75、45 kg·hm-2，供试肥料为重过磷酸钙（含P2O5≥46%）和硫酸钾（含K2O≥52%），追肥P2O5和K2O用量分别为9.6、6.3 kg·hm-2，在苗期、伸蔓期、坐瓜期分别施入磷酸二氢钾（含P2O5≥52%，K2O≥34%）9.26、4.63、4.63 kg·hm-2。另外，在开花期和坐瓜期叶面喷施FeSO4、CuSO4、ZnSO4、H3BO3微量元素肥料各4.63 kg·hm-2。全生育期灌溉定额为2025 m3·hm-2。

1.3 样品采集

2017年分别于移栽后55 d（伸蔓期）、65 d（开花期）、75 d（坐瓜期）、85 d（膨瓜期）、95 d（收获期）采集植株样品，每个小区选择3株完整植株，分别称量叶片、茎、根总鲜质量，然后各取适量烘干，测定水分和干物质含量，粉碎备用。

2018年分别于移栽后55 d（伸蔓期）、65 d（开花期）、75 d（坐瓜期）、85 d（膨瓜期）、95 d（收获期）采集基部叶、中部叶和顶部叶（以瓜蔓基部至顶部的1/3、2/3、3/3进行划分）。西瓜生育期间，每个小区选择3株西瓜，每株西瓜选择其中一条蔓采集基部、中部、顶部叶片，装入提前标记好的塑封袋中，及时带回实验室烘干、粉碎。收获期每个小区采集3株完整植株，分别称量叶片（基部、中部、顶部）、茎、根总鲜质量，然后各取适量烘干，测定水分和干物质含量，粉碎备用。

1.4 测定指标及方法

植株氯含量采用滴定法[19]测定;全氮含量用凯氏蒸馏定氮法[20]测定，凯氏定氮仪型号为KDY-9820;土壤矿质态氮含量采用KCL溶液浸提[21]，浸提液中的铵态氮用靛酚蓝比色测定，硝态氮含量用紫外分光光度法测定，分光光度计为上海美谱达UV-1800PC。

1.5 数据处理

数据用Excel 2010软件处理作图，用DPS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对西瓜叶片氯含量和累积量的影响

2.1.1 叶片氯含量在西瓜生长期，叶片中氯含量均呈“S”型变化，在膨瓜期达到最高（图1）。施氮会影响西瓜叶片中氯含量。在瓜苗移栽后55 d时，不同氮水平间叶片氯含量无显著差异，平均值为17.58 g·kg-1。在65 d（开花期）时，叶片中氯含量随施氮量增加呈增加趋势，与CK相比，T1、T2、T3、T4叶片的氯含量分别提高17%、15.9%、20.9%、25.3%。在75 d（坐瓜期）时，T2处理叶片氯含量显著高于其他处理，达23.26 g·kg-1，比CK显著提高11%。在移栽后第85 d（膨瓜期）时，T4处理叶片中的氯含量最高，分别比CK、T1、T2、T3显著提高10.6%、23.9%、8.4%、18.9%。在95 d（成熟期）时，叶片中氯含量随施氮量增加呈递减趋势，T4处理比CK处理显著降低21.0%。说明，施用氮肥会提高生长期内西瓜叶片中氯含量，并促进了收获期氯向其他器官的转移。

2.1.2 叶片氯累积量西瓜叶片中氯累积量随生育期和施氮量的不同而不同（图2）。不施氮时叶片氯离子累积量随西瓜生长呈现增加趋势，在收获期达到最大，为13.41 kg·hm-2。施氮时，叶片氯离子累积量在膨瓜期（85 d）达到峰值，分别为13.00、15.31、16.39、19.50 kg·hm-2。高量施氮趋向于增加西瓜叶片中氯离子累积量，各生育时期均以T4处理最高。在开花期（65 d），T4处理叶片中氯累积量比对照显著提高了127%。坐瓜期（75 d）叶片氯累积量随施氮量增加呈现增加趋势，但各处理间差异未达显著水平。在膨瓜期（85 d），叶片中氯累积量随施氮量增加而递增，T4处理分别比CK、T1、T2、T3提高107%、50%、27%、19%。在成熟期（95 d），T4处理叶片氯累积量高于其他处理，达16.1 kg·hm-2。可见，施氮会促进氯在叶片中的累积。

2.2 施氮量对植株不同层位叶片氯含量的影响

图3-A为顶部叶片氯含量，在瓜苗移栽后55 d，顶部叶片氯含量以T4处理最高，为13.12 g·kg-1，且与T3处理之间存在显著差异;在65 d和75 d时，顶部叶片氯含量分别以T2和T3处理的最高，比CK显著提高51.7%和 44.5%;在85 d时，以T4处理最高，T1处理最低，两者相差84.0%;在95 d时，T4与T2间存在显著差异，两者相差43.2%。说明在西瓜生育前期（伸蔓期和坐瓜期）中量施氮（90～135 kg·hm-2）有利于氯在顶部叶片的累积，西瓜生育后期（膨瓜期和成熟期），高量施氮处理（180 kg·hm-2）促进了氯在顶部叶片的累积。

中部叶片中的氯含量受氮水平的影响较大（图3-B）。在瓜苗移栽后的55 d时，T3处理的氯含量显著高于CK、T2、T4;在65 d至95 d时，中部叶片氯含量均以T2处理最高，分别为25.92、26.74、27.99、26.74 g·kg-1。可见，中等供氮水平促进了氯在中部叶片的累积。

基部叶片中的氯含量随生育期变化的幅度较小，各施氮处理间因生育期不同而异（图3-C）。在瓜苗移栽后55 d，基部叶氯含量随施氮量增加而增加，T4处理比T1处理提高49.1%。在瓜苗移栽后75 d时，T3处理氯含量最高，比CK处理显著提高26.7%。在瓜苗移栽后95 d时，T2处理氯含量显著高于其他处理，分别比CK、T1、T3、T4显著提高29.6%、23.7%、31.6%、24.5%。可见，适量施用氮肥亦可促进氯在基部叶片中的累积。

综合来看，在瓜苗移栽后55 d时，氯离子平均含量表现为基部叶>中部叶>顶部叶，分别为15.47、13.01、12.07 g·kg-1;65～85 d，表现为中部叶>基部叶>顶部叶;95 d（成熟期），表现为基部叶>中部叶>顶部叶，分别为24.04、23.04、20.22 g·kg-1。可见，氯主要累积在西瓜基部叶和中部叶，适量施用氮肥提高了不同部位叶片的氯含量。

2.3 叶片氯含量与供氮、吸氮和西瓜产量的关系

施氮量与不同部位叶片中氯含量总体呈正相关（表2）。在瓜苗移栽后55 d时，施氮量与基部叶片含氯量呈显著正相关，相关系数为0.849 3;在瓜苗移栽65、75 d，施氮量与中部叶片氯含量之间的相关系数较大，并在75 d时达显著水平;到85、95 d时，施氮量与顶部叶片氯含量之间的相关性较高。说明西瓜生育前期施氮量主要影响基部叶片氯含量，中期對中部叶片氯含量影响较大，而后期则与顶部叶片氯含量关系密切。

土壤矿质态氮含量与基部和中部叶片氯含量的相关性均未达到显著水平，与顶部叶片在瓜苗移栽后85 d（膨瓜期）呈显著正相关，即土壤矿质态氮含量的增加会促进氯向顶部叶转移;在瓜苗移栽后95 d（成熟期），两者之间则呈显著负相关，即收获期土壤矿质态氮抑制了氯向顶部叶的转移。

基部叶片全氮含量与氯含量之间的关系较为密切，从伸蔓至膨瓜期均呈负相关，并在伸蔓期达显著水平。中部叶片和顶部叶片与氯含量之间在收获期呈负相关，但均未达显著水平。可见，叶片全氮与氯含量总体上互为消长关系，以基部叶片较为显著。

对西瓜产量而言，中部叶片氯含量与西瓜果实产量之间呈正相关，且相关性较强，并在成熟期达到显著水平。这表明中部叶片氯离子含量与西瓜产量之间的关系较为密切。

3 讨论

3.1 氮肥对西瓜叶片氯含量和分布的影响

叶片的主要功能是进行光合作用，而氯通过影响叶片气孔开闭而影响光合作用。因此，叶片可作为氯营养诊断的指示器官。本试验结果表明，在苗期至膨瓜期，适量施氮会增加西瓜叶片氯含量，这与王兴梅等[22]对苹果的研究结果一致。收获期施用氮肥降低了叶片氯含量，可能原因是成熟期叶片中的氯离子向生殖器官转移，导致叶片中氯含量逐渐降低[23]，而转移速率可能受到施氮量的影响，这有待进一步研究。西瓜叶片中氯累积量随施氮量增加而增加，主要是因为施用氮肥促进了西瓜生长和干物质的累积[24]。

植株对氯的吸收是作物根系生长的主动吸收和氯被动迁移共同作用的结果[25]。氯在植物体内容易移动，会优先满足生长中心的需求[4]。因此，不同层位叶片的氯含量会因氯离子供应状况和生育期而有所差异。本研究结果表明，西瓜生长前期，氯主要积累在基部叶片，中期转移到中部叶片，至成熟期又移至基部叶片，原因是生长前期和成熟期，西瓜植株生长较慢，对氯离子的需求量较少，而土壤供应量较多，过多的氯离子会累积在基部叶片，生长中期植株对氯离子需求量较大，而此时中部叶片是光合作用的主要部位，因此氯离子主要累积在中部叶片。这与彭成林等[26]对烤烟的研究结果一致，但與唐年鑫等[1]在水稻和棉花等作物上的研究结果不同，可能与作物的收获器官不同有关，这有待进一步研究。

3.2 植物叶片氯含量与供氮、吸氮和产量关系

植物体需氯量相对较少，与其他离子之间存在拮抗或促进的作用[27]。离子间的拮抗和促进作用也会影响植株对氯的吸收。氯与NO3-、H2PO4-之间存在拮抗作用[28-30]，NH4+则促进氯的吸收、转运[31]。氯可以降低作物体内硝酸盐含量，提高氮素利用效率，还可抑制土壤中氮的硝化[32]。卢红霞[33]在马铃薯、廖易[34]在大白菜、王德清等[35]在春小麦上的研究均发现氯明显抑制作物对氮素的吸收和利用。本试验结果表明，不同层位叶片氯含量与施氮量呈正相关，这进一步证明了适量施用氮肥可以促进植株对氯离子的吸收。不同层位叶片氯含量与土壤的矿质态氮含量的关系因生育期和叶位而变化，膨瓜期土壤矿质态氮显著促进了氯向顶部叶片转移;成熟期则抑制氯向顶部叶片转移。同时，不同层位叶片氯含量与全氮含量之间总体上呈负相关，表明两者互为消长关系，即叶片中高含量的氮素会抑制作物对氯的吸收。可见，适量施用氮肥会缓解氯在植物体的累积，这与Geilfus[3]的观点一致。

适量氯肥有利于提高作物产量。王芳等[36]研究表明，适量施用氯化钾可提高西瓜产量。王兴梅等[22]发现，中短期施氯不会对苹果产量产生影响。施用一定范围（170～1481 kg·hm-2）含氯肥料亦能增加猕猴桃产量[37]。本研究进一步证明，适量施氯有利于西瓜产量的提高，因为中部叶片氯含量与西瓜果实产量之间在整个生育期内均呈正相关，且在成熟期达显著水平。同时，与基部叶片和顶部叶片相比，中部叶片与西瓜产量的关系更为密切，因此，中部叶片也许可作为判断氯离子丰缺的指示器官，这需要进一步的试验证明。

4 结论

在微咸水灌溉条件下，适量施用氮肥可提高叶片中氯含量和累积量，氯离子主要累积在基部叶片和中部叶片中。叶片中氯含量与施氮量呈正相关，与叶片中全氮含量互为消长关系;中部叶的氯含量与产量关系较为密切，呈正相关。

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