Effects of Mulching Materials on Nitrogen Metabolism, Yield and Quality of Watermelon

ZHANG Xiaohong, PENG Qiong, YAN Zheng

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Journal of Agriculture ›› 2022, Vol. 12 ›› Issue (10) : 25-29. DOI: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2021-0154

Effects of Mulching Materials on Nitrogen Metabolism, Yield and Quality of Watermelon

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Abstract

In order to select suitable mulching materials for watermelon cultivation, four different materials (white film, mushroom residue, liquid film and black grass control non-woven fabric) were selected for mulching cultivation, and their effects on nitrogen metabolism, yield and quality of watermelon were comprehensively compared. The results showed that: (1) among all the treatments, the mulching effect of black grass control non-woven fabric was the best, the fruit yield, and the content of soluble solid and Vc were significantly higher than those of other treatments; the contents of total nitrogen and soluble protein in leaves were significantly or extremely significantly higher than those of other treatments, so were the activities of nitrate reductase (NR), glutamine synthetase (GS) and glutamate dehydrogenase (GDH); (2) the correlation analysis showed that the yield of watermelon under different mulching treatments was significantly and positively correlated with total nitrogen content and extremely significantly and positively correlated with NR activity; there was a significantly positive correlation between total nitrogen content and NR activity, and an extremely significantly positive correlation between total nitrogen content and GS and GDH activities. The results showed that the black grass control non-woven fabric could be used as a suitable mulching material for watermelon cultivation.

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watermelon / mulching materials / nitrogen metabolism / yield / quality

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ZHANG Xiaohong , PENG Qiong , YAN Zheng. Effects of Mulching Materials on Nitrogen Metabolism, Yield and Quality of Watermelon. Journal of Agriculture. 2022, 12(10): 25-29 https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2021-0154

0 引言

中国从20世纪80年代开始发展西瓜地膜覆盖栽培技术，最初使用的是透明聚乙烯地膜，随后发展出黑色膜[1-2]、银灰色膜[3-4]、除草膜[5]、降解膜[6⇓-8]等多种类型地膜，目前生产上应用最广泛的仍是透明聚乙烯地膜。由于透明聚乙烯地膜的高分子难分解属性，生产上大量废弃的地膜残余在土壤中数百年都难以降解，造成严重的“白色污染”，亟需寻找一种既环保又增产、可替代聚乙烯地膜的覆盖材料。已有研究大多集中在覆盖材料对西瓜生长发育、产量和品质的影响[2,9-10]，以及土壤酶活性[11-12]、水肥热动态变化[13-14]、经济效益对比[15-16]等方面。关于覆盖材料对西瓜植株氮代谢的影响迄今鲜见报道。植物的氮代谢，即氮素的吸收和同化，与植物体内重要的生理进程（如光合作用、光呼吸等）、作物产量和品质等密不可分。笔者选取黑色防草无纺布（可降解）、菇渣、液态膜等具有无污染、可降解特点的覆盖材料应用在西瓜栽培上，以透明聚乙烯地膜为对照，综合比较4种覆盖材料对西瓜生长时期的氮代谢、产量和品质的影响，以期筛选出一种兼具环保与增产功能的覆盖材料，为西瓜绿色高效产业发展提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

供试‘惠兰’西瓜由农友种苗（中国）有限公司选育。
透明聚乙烯地膜（腾飞农资线上工厂店），以下简称白膜，厚 0.008 mm（0.8丝），宽 2 m，成本约2070元/hm2。液态膜（连云港市金河液态地膜厂），成本约2250元/hm2，3个月可完全降解。黑色防草无纺布（伊布尔新材料有限公司），材料为pp丙纶，规格为70 g/m2，宽2 m，成本约6000元/hm2，6个月可完全降解。菇渣为海鲜菇收获后的废弃菇渣，由福州市农业科学研究所食用菌研究室提供。

1.2 试验处理

试验于2021年3—6月在福州市农业科学研究所试验地进行。试验设置4个不同覆盖处理，覆盖材料为液态膜、黑色防草无纺布（简称黑布）、菇渣（覆盖厚度2 cm），对照(CK)覆盖材料为白膜。4个处理3次重复，1个小区为1个处理，面积为42 m2，随机区组排列。3月31日采用穴盘播种，试验地整畦施肥后，畦面覆盖上述4种不同覆盖材料，4月27日定植，株距 80 cm，双蔓整枝，每株留2个瓜，其余田间管理方法同常规，6月22日采收果实。

1.3 样品采集

分别于西瓜生长的伸蔓期（5月13日）、始花期（5月27日）和膨瓜期（6月10日）采集各处理的植株顶端生长点向下第5片功能叶采用液氮冷冻处理后，储存于-40℃低温冰柜中待测。

1.4 测定方法

可溶性蛋白和全氮含量，以及谷氨酰胺合成酶(GS)、硝酸还原酶(NR)和谷氨酸脱氢酶(GDH)的活性测定参考文献[17-18]的方法进行。
在果实收获期，统计各处理小区收获的坐果数和小区产量，计算平均单果质量，通过小区产量折算出公顷产量。采用数显测糖仪测定各处理同一天开雌花的成熟西瓜中心和边际可溶性固形物含量，重复3次。Vc含量的测定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[19]。

1.5 数据统计分析

数据统计分析采用Excel 2013和DPS 18.0等软件，采用SPSS 19.0进行动态相关性分析。

2 结果与分析

2.1 覆盖材料对西瓜叶片总氮含量的影响

由表1可知，各处理的西瓜叶片总氮含量在3个生长时期均呈现不断下降的趋势，伸蔓期的值为最高。黑布覆盖处理的西瓜叶片总氮含量为所有处理中最高值，其次为CK、菇渣处理，液态膜处理为最低值。其中，黑布处理值极显著高于其他处理，伸蔓期比CK高4.25%，始花期比CK高4.57%，膨瓜期比CK高7.23%；菇渣处理值在始花期和膨瓜期显著或极显著低于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%；液态膜处理值极显著低于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 覆盖材料对西瓜叶片总氮含量的影响 g/kg
处理 伸蔓期 始花期 膨瓜期
CK 54.79ABab 47.93Ab 42.88ABb
黑布 57.12Aa 50.12Aa 45.98Aa
液态膜 50.01Cc 41.73Bd 37.82Cc
菇渣 52.33BCbc 44.02Bc 39.66BCc
注：采用LSD检验，同列数据后标不同大、小写字母分别表示差异达P<0.01极显著水平、P<0.05显著水平，下同。

2.2 覆盖材料对西瓜叶片可溶性蛋白含量的影响

由表2可知，各处理的西瓜叶片可溶性蛋白含量在3个生长时期均呈现先升后降的趋势，始花期的值为最高。黑布覆盖处理的西瓜叶片可溶性蛋白含量为所有处理中最高值，其次为CK、菇渣处理，液态膜处理为最低值。其中，黑布处理值显著或极显著高于其他处理，伸蔓期比CK高6.52%，始花期比CK高5.36%，膨瓜期比CK高6.98%；菇渣处理值，伸蔓期和膨瓜期与CK无显著差异，始花期极显著低于CK、比CK低8.93%；液态膜处理值极显著低于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 覆盖材料对西瓜叶片可溶性蛋白含量的影响 mg/cm2
处理 伸蔓期 始花期 膨瓜期
CK 0.46ABb 0.56Ab 0.43ABb
黑布 0.49Aa 0.59Aa 0.46Aa
液态膜 0.41Cc 0.48Bd 0.39Cc
菇渣 0.44BCb 0.51Bc 0.41BCbc

2.3 覆盖材料对西瓜叶片NR活性的影响

由表3可知，各处理的西瓜叶片NR活性在3个生长时期均呈现先升后降的趋势，始花期的值为最高。黑布覆盖处理的西瓜叶片NR活性为所有处理中最高值，其次为CK、菇渣处理，液态膜处理为最低值。其中，黑布处理值显著或极显著高于其他处理，伸蔓期比CK高17.23%，始花期比CK高13.23%，膨瓜期比CK高19.58%；菇渣处理值极显著低于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%；液态膜处理值极显著低于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 覆盖材料对西瓜叶片NR活性的影响 μgNO2-N/(cm2·h)
处理 伸蔓期 始花期 膨瓜期
CK 17.76Ab 23.28Ab 7.71Bb
黑布 20.82Aa 25.36Aa 9.22Aa
液态膜 11.69Bc 18.65Cc 4.63Dd
菇渣 13.93Bc 20.61BCc 5.56Cc

2.4 覆盖材料对西瓜叶片GS活性的影响

由表4可知，各处理的西瓜叶片GS活性在3个生长时期均呈现先升后降的趋势，始花期的值为最高。黑布覆盖处理的西瓜叶片GS活性为所有处理中最高值，其次为CK、菇渣处理，液态膜处理为最低值。其中，黑布处理值在伸蔓期与CK无显著差异，比CK高3.47%；始花期极显著高于CK，比CK高9.23%；膨瓜期显著高于CK，比CK高7.94%。菇渣处理值显著或极显著低于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%。液态膜处理值极显著低于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 覆盖材料对西瓜叶片GS活性的影响 μmol/(cm2·h)
处理 伸蔓期 始花期 膨瓜期
CK 38.93ABa 40.08Bb 34.63Ab
黑布 40.28Aa 43.78Aa 37.38Aa
液态膜 34.23Cc 35.53Cc 25.66Bd
菇渣 36.86BCb 37.33BCc 28.87Bc

2.5 覆盖材料对西瓜叶片GDH活性的影响

由表5可知，各处理的西瓜叶片GDH活性在3个生长时期均呈现不断下降的趋势，伸蔓期的值为最高。黑布覆盖处理的西瓜叶片GDH活性为所有处理中最高值，其次为CK、菇渣处理，液态膜处理为最低值。其中，黑布处理值在伸蔓期与CK无显著差异，比CK高9.45%；始花期显著高于CK，比CK高18.47%；膨瓜期极显著高于CK，比CK高16.54%。菇渣处理值在伸蔓期与CK无显著差异，比CK低9.72%；始花期与CK无显著差异，比CK低15.27%；膨瓜期极显著低于CK，比CK低26.21%。液态膜处理值显著或极显著低于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 覆盖材料对西瓜叶片GDH活性的影响 μmol/(min·mg)
处理 伸蔓期 始花期 膨瓜期
CK 227.16ABab 158.82ABb 96.33Bb
黑布 248.62Aa 188.16Aa 112.26Aa
液态膜 197.49Bc 112.89Cc 60.55Cd
菇渣 205.08Bbc 134.57BCbc 71.08Cc

2.6 覆盖材料对西瓜产量与品质的影响

由表6可知，在各处理中，产量最高的是黑布覆盖处理，为26815.2 kg/hm2，极显著高于其他处理，比CK增加了23.99%；液态膜和菇渣处理的产量均极显著低于CK；产量最低的是液态膜处理，比CK降低了36.19%。中心和边际可溶性固形物含量最高的是黑布处理，分别为14.9%、10.5%，极显著高于其他处理，中心可溶性固形物含量比CK增加了2.05%，边际可溶性固形物含量比CK增加了3.96%；液态膜和菇渣处理均极显著低于CK；最低的是液态膜处理，中心可溶性固形物含量比CK降低了38.36%，边际可溶性固形物含量比CK降低了49.50%。Vc含量最高的是黑布处理，与CK无显著差异，极显著高于液态膜和菇渣处理；Vc含量最低的是液态膜处理，比CK降低了25.75%。菇渣处理的果肉空心，其余处理的果肉肉质紧密。
表6 覆盖材料对西瓜产量和品质的影响
处理 单果质量/kg 小区产量/kg 折合每公顷产量/(kg/hm2) 中心可溶性固形物/% 边际可溶性固形物/% Vc含量/(mg/kg) 果肉外观
CK 2.74Bb 111.73Bb 26815.2Bb 14.6Bb 10.1Bb 50.1Aa 黄肉、肉紧
黑布 3.38Aa 138.53Aa 33247.2Aa 14.9Aa 10.5Aa 51.3Aa 黄肉、肉紧
液态膜 1.98Dd 71.30Dd 17112.0Dd 9.0Dd 5.1Dd 37.2Cc 黄肉、肉紧
菇渣 2.62Cc 102.03Cc 24487.2Cc 9.8Cc 5.5Cc 43.6Bb 黄肉、空心

2.7 不同覆盖处理西瓜产量与氮代谢相关指标的相关性分析

由表7可知，不同覆盖处理的西瓜产量与总氮含量呈显著正相关，与NR活性呈极显著正相关；总氮含量与NR活性呈显著正相关，与GS、GDH活性呈极显著正相关；可溶性蛋白含量与NR、GS活性呈极显著正相关；NR活性与GS活性呈极显著正相关，与GDH活性呈显著正相关；GS活性与GDH活性呈极显著正相关。
表7 不同覆盖处理西瓜产量与氮代谢相关指标的相关性分析
总氮 可溶性蛋白 NR GS GDH
产量 0.53* 0.39 0.83** 0.21 0.42
总氮 0.35 0.57* 0.74** 0.98**
可溶性蛋白 0.90** 0.84** 0.37
NR 0.86** 0.64*
GS 0.72**
注：“*”表示相关性达显著(P<0.05)，“**”表示相关性达极显著(P<0.01)，样本量为30。

3 结论与讨论

春季低温导致生长前期发育迟缓是福建地区西瓜栽培上经常遇到的问题，生产上利用地膜覆盖可以起到降低田间蒸发、保温保墒、促进生长发育的作用[20⇓-22]。目前已报道的西瓜栽培覆盖材料有黑膜、白膜、有色地膜、可降解地膜，还有稻草[23]、砂砾石覆盖[24]等，不同覆盖材料在保温保湿性、透光率等方面都有差异。
本试验结果表明，黑色防草无纺布的覆盖效果优于白膜、液态膜和菇渣，果实产量、可溶性固形物和Vc含量均极显著高于其他处理，这可能是由于黑色防草无纺布特有的材质特点，可以更好地吸收太阳热量保温，保持土壤疏松状态和微生物菌群的正常活动，更有利于根系和地上部的协调生长。相对于白膜来说，黑色防草无纺布还可起到更好的防止杂草生长的作用，而且此类无纺布环保可降解，不会造成环境污染，这与李婷等[9]研究结论一致。液态膜覆盖的植株生育期间生长缓慢，果实品质和产量也较差，可能是由于液态膜保水性和保温性较差，这与杨军等[16]的研究结论不同。菇渣覆盖的透气性好，但保温保湿效果不及白膜，而且可能由于果实发育期间积温不足，导致果实普遍出现空心问题。
氮是植物生长必需的矿质元素，氮素代谢直接影响光合作用、呼吸作用、碳氮代谢的进程，进而影响作物的产量和品质[25-26]。鄢铮等[27-28]在甘薯和马铃薯上的研究表明，覆盖栽培可显著提高植株叶片全氮、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，秸秆覆盖显著提高了氮代谢关键酶的活性。王帅等[30]在小麦上的研究表明，休闲期覆盖可促进植株氮素的运转、吸收和积累。本研究结果表明，黑色防草无纺布的覆盖效果最佳，可显著或极显著提高叶片总氮、可溶性蛋白含量，以及NR、GS、GDH的活性，这与上述几个学者的研究结论具有一致性。NR是催化植物将吸收的硝态氮转化为亚硝态氮的关键酶[31]，GS和GDH是植物氮代谢中心的多功能酶，参与调节多种氮化物的代谢[32-33]。相关性分析表明，不同覆盖处理的西瓜产量与总氮含量呈显著正相关，与NR活性呈极显著正相关；总氮含量与NR活性呈显著正相关，与GS、GDH活性均呈极显著正相关。因此推测覆盖黑色防草无纺布可通过提高这3个关键酶的活性提高西瓜体内NH4+和NO3-的同化能力，促进氮代谢进程的推进，提升植株对氮素营养的吸收和利用水平，从而提高西瓜的产量和品质。这可从生理角度揭示覆盖栽培西瓜增产的机理，在玉米[34]、甘薯[35]、马铃薯[36]、小麦[37]、花生[38]等多种作物上也都有覆盖栽培增产的报道。
综上所述，黑色防草无纺布处理的西瓜植株生长势和氮代谢能力强，产量高、品质好，虽然价格比白膜贵，但从环保省工、生态效益等角度考虑，建议在西瓜生产上推广使用黑色防草无纺布作为覆盖栽培材料。笔者仅探讨了不同覆盖材料对西瓜氮代谢、产量和品质的影响，关于其对根际土壤微生物菌群和水解酶等的影响有待下一步继续开展相关试验工作。

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https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2021.07.1668
本文引用 [1] 摘要
为探究宽窄行种植模式下稻秸非均匀性覆盖还田对土壤理化特性和小麦产量的影响,在大田条件下,本研究通过前期不同行间距配置试验筛选出30 cm+15 cm的优势宽窄行组合,并在此基础上设置5个不同梯度的宽窄行稻秸分布比例处理(T<sub>1</sub>:0、T<sub>2</sub>:25%、T<sub>3</sub>:50%、T<sub>4</sub>:75%、T<sub>5</sub>:100%),分析窄行(苗带)土壤理化性质和小麦产量变化情况。结果表明,0~10 cm为土壤温度和含水率变化敏感层。随着窄行稻秸覆盖量的升高,小麦生育前期土壤增温幅度增大,中后期降温效果更明显,土壤保墒性能增强,拔节期各处理间土壤含水率差异增大(增加1.2%~3.4%)。窄行稻秸覆盖量增加可在一定程度上降低土壤容重,提高土壤孔隙度,这种增减效应与覆盖量呈一定正比关系,但与生育时期无关;开花期和成熟期,土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量均随窄行稻秸覆盖量增加呈先升后降趋势,总体上表现出适量稻秸覆盖(T<sub>3</sub>:窄行秸秆覆盖量为均匀覆盖时窄行秸秆量的1/2)更有利于增加土壤养分含量。小麦产量及其构成因素均随窄行稻秸覆盖比例的不断增加呈降低趋势,其中有效穗数和产量(降幅为4.0%~31.7%)均显著降低(P&#x0003C;0.05)。可见,在稻秸全(大)量非均匀还田和晚播情形下,只有合理配比宽窄行秸秆覆盖量,并适当增加小麦播种量,保证足够基本苗,才能达到稳产肥地的协同效应。
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本文引用 [1]
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