(论文)不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜生长及光合作用的影响
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江苏农业学报(Jiangsu J.of Agr.Sci.),2014,30(5):1109~1114h ttp://www.js n y x
徐 刚,彭天沁,高文瑞,等.不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜生长及光合作用的影响[J].江苏农业学报,2014,30(5):1109⁃1114.
doi:10.3969/j.issn.1000⁃4440.2014.05.028
不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜生长及光合作用的影响
徐 刚1, 彭天沁1,2, 高文瑞1, 李德翠1
(1.江苏省农业科学院蔬菜研究所,江苏南京210014;2.南京农业大学园艺学院,江苏南京210095)
收稿日期:2014⁃03⁃27
基金项目:江苏省农业科技自主创新基金项目[CX(12)3002]作者简介:徐 刚(1963⁃),男,江苏东台人,博士,研究员,主要从事
蔬菜设施栽培技术及相关栽培生理等研究㊂(E⁃mail)xu⁃gang90@
摘要: 以露丰黄瓜品种为试验材料,研究了基质不同含水量处理及基质含水量相同下施用不同用量钾肥对黄瓜植株的生长势㊁叶绿素含量㊁光合特性及产量的影响㊂结果显示:随着基质含水量从95%降低到35%,黄瓜叶片中的叶绿素含量增加,但植株的光合效率显著降低,从而抑制了植株的生长势和产量,其中95%基质含水量处理的产量显著高于其他处理;随着钾肥施用量从每桶3g 增加到75g,黄瓜的生长势㊁叶绿素含量㊁光合作用及产量均出现先增长后降低的趋势;当钾肥施用量为每桶20g 时,黄瓜的总产量最高,分别比每桶施钾3g㊁45g 和75g 处理的植株产量增加13.98%㊁15.28%和35.61%㊂本试验条件下当基质含水量为95%时,钾肥施用量每桶20g 时,最有利于黄瓜生长和产量增加㊂
关键词: 黄瓜;基质含水量;钾肥;生长势;光合作用;产量
中图分类号: S642.2 文献标识码: A 文章编号: 1000⁃4440(2014)05⁃1109⁃06
Growth and photosynthesis of cucumber in response to substrate moisture and potassium application levels
XU Gang 1, PENG Tian⁃qin 1,2, GAO Wen⁃rui 1, LI De⁃cui 1
(1.Institute of Vegetables ,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences ,Nanjing 210014,China ;2.College of Horticulture ,Nanjing Agriculture University ,
Nanjing 210095,China )
Abstract : Effects of substrate moisture and the application level of potassium fertilizer on the growth and chlorophyll content of leaves,as well as the photosynthesis and the yield were investigated with cucumber variety Lufeng.As the sub⁃strate moisture content decreased from 95%to 35%,the chlorophyll contents of leaves were increased,however,the pho⁃tosynthesis,the growth and the yield were significantly inhibited.As potassium fertilizer application increased from 3g to 75g per bucket,the growth,the leaf chlorophyll contents,the photosynthesis as well as the yield were improved first but then declined.The cucumber reached the highest production at the potassium level of 20g per bucket which were 13.98%㊁15.28%and 35.61%higher than those at the levels of 3g,45g,and 75g per bucket.In conclusion,the substrate of 95%and the potassium application level at 20g per bucket was the most suitable for cucumber growth and yield improve⁃
ment.
Key words : cucumber;substrate moisture;potassium fertilizer;growth;photosynthesis;yield
黄瓜(Cucumis sativus L.)是设施栽培的主要蔬菜品种,是一种喜温和喜日照的植物[1⁃5]㊂黄瓜地上部枝叶茂盛,叶面蒸腾量大,连续开花结果[6],且果实含水量在95%以上[7],是需水量非常大的蔬菜㊂水
9
011
是植物的生命物质,首先,水分是植物体内重要的溶
剂,植株与土壤之间㊁植株体内各部分之间,所有无机
物和有机物的运转分配都需要水的参与㊂其次,水是
植物体内合成代谢作用中的重要反应物质,参与光合
作用㊁呼吸作用㊁有机物质的合成与分解等生理过程㊂
植株任何阶段的生命活动都离不开水[8]㊂水影响着植株各个阶段的生长发育过程,从种子萌发㊁营养生
长,直至开花结果[9]㊂水分条件适宜,则作物根系发达,生长健壮,干物质含量高,植株的株高㊁茎粗㊁叶片数和叶面积随着土壤含水量的增加而增加㊂但当含水量高于适宜值时,容易造成植株徒长;当含水量低于适宜值,则会抑制植株的生长,甚至影响产量[10⁃14]㊂栽培基质的含水量对黄瓜的生长发育㊁生理特性和营养品质有着重要的影响㊂目前已有大量关于土壤含水量或基质含水量对黄瓜生长影响的研究㊂张宪法等[13]发现,嫁接黄瓜的叶片数和叶面积均随土壤含水量的降低而减少,当含水量为90%时最高,50%时最低㊂张晓萍等[15]研究发现秋黄瓜在苗期时,较低的土壤含水量(50%~60%)也能获得较高的产量,而土壤含水量过高(75%~85%)反而造成秧苗徒长,导致减产甚至绝产㊂杨向红等[16]使用炉渣∶菇渣∶玉米秸=4∶3∶3(体积比)作为栽培基质,通过回归方程模拟优化,发现黄瓜生长的适宜基质含水量(绝对含水量)区间为61%⁃74%,其中,在黄瓜生长的前期㊁中期基质含水量为68%时,黄瓜产量最高;黄瓜生长的后期基质含水量为69%时,黄瓜产量最高㊂钾是蔬菜的必需营养元素之一,在生产中是影响蔬菜生长㊁果实产量及品质的一个重要限制因子㊂有大量研究结果表明,钾能促进植株的叶绿素合成和光合作用,促进对氮素的吸收和利用,提高二氧化碳同化效率,增加硝酸还原酶活性,并且延缓叶片衰老[17⁃21]㊂黄瓜是喜钾作物,在营养生长期间,黄瓜对钾的吸收向茎叶分配为主,而结瓜后则向果实分配为主[22]㊂增施钾肥能提高黄瓜产量并增加叶绿素含量,降低果实畸形率,明显改善黄瓜的商品品质和营养品质[23]㊂杨阳等[24]发现,施用钾肥在0~720 kg/hm2时,叶片净光合速率(P n)显著增加,但当钾肥施用量达到960kg/hm2时,光合速率反而降低㊂郭熙盛等[17]研究发现,增施钾肥能够使黄瓜的产量提高,增产幅度为8%~20%,同时果实中的抗坏血酸和糖分含量也相应提高㊂唐小付等[25]认为,低钾水平(低于250mg/L)抑制了黄瓜的生长发育,同时降低了产量;适宜的钾水平(300~400mg/L)促进黄瓜的生长发育和开花结果,同时提高了产量;而过高的钾水平
(高于400mg/L)则在一定程度上抑制了黄瓜的生长,产量低于正常供钾水平㊂
本研究使用木薯渣复配基质作为栽培基质,在添加相同氮磷肥的基础上,设置了不同钾肥施用量和不同基质含水量㊂通过测定处理后黄瓜植株的生长和光合作用指标,以及植株的最终产量,筛选出最适宜的基质含水量和最适的钾肥施用量,以期为生产实践提供参考㊂
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试黄瓜品种为露丰㊂用于无土栽培的基质为木薯渣∶蛭石∶草炭=2∶1∶1(体积比)㊂栽培基质内含全氮为5.73g/kg,全磷为4.88g/kg,全钾为14.31 g/kg,速效氮为1.06g/kg,速效磷为0.555g/kg,速效钾为0.740g/kg,有机质含量为15.18%㊂桶高26.5 cm,底部直径31.0cm,每桶内装满基质6.0kg和保水剂5g㊂定植前将保水剂㊁肥料与基质混匀㊂
1.2 试验方案
桶栽试验于2013年8月至11月在江苏省农业科学院六合基地的同一大棚内进行㊂采用60孔穴盘基质育苗㊂于2013年8月23日播种,黄瓜三叶一心时于2013年9月3日定植㊂定植后只浇灌清水㊂
试验设计方案见表1㊂其中,在缓苗后开始使用称重法控制基质含水量处理的材料㊂每桶内定植1株,每个处理15桶,3次重复,随机排列㊂
表1 试验设计方案
Table1 Experimental design scheme
处理
基质含水量
(%)每桶氯化钾
(g)每桶尿素
(g)每桶过磷酸钙
(g)
W1K235±5201523
W2K255±5201523
W3K275±5201523
W4K295±5201523
W4K195±531523
W4K295±5201523
W4K395±5451523
W4K495±5751523
0111江苏农业学报 2014年第30卷第5期
1.3 测定指标及方法
1.3.1 黄瓜生长势的测定 于定植后的20d㊁30
d㊁40d 对植株进行生长势各项指标的测定,每个处理随机选取3株植株,使用游标卡尺于黄瓜子叶节下1cm 处测量茎粗㊂使用卷尺从子叶节至最高生长点量取株高㊂使用直尺测量植株上最大叶片的叶长(L )和叶宽(W ),并计算叶面积,叶面积=14.61-5.00L +0.94L 2+0.47W +0.63W 2-0.62LW
[26]
㊂
1.3.2 黄瓜光合参数和叶绿素含量的测定 定植45d 后,使用LI⁃6400型便携式光合测定仪(美国Li⁃Cor 公司生产)于晴天上午9∶00~11∶00测定光合参数㊂测定时选择植株生长点下第5张叶,每个处理测量3株㊂
取生长点下第5张展开真叶,采用丙酮∶乙醇∶水=4.5∶4.5∶1.0(体积比)混合液浸提24h [27],测定叶绿素含量㊂
1.3.3 黄瓜产量的测定 分批次采收黄瓜,测量不同处理间的单瓜长与单瓜质量,并计算小区的总产量㊂1.4 数据处理
数据采用SPSS17.0进行单因素方差分析,Dun⁃
can’s 法进行多重比较㊂采用Excel 2010绘图㊂
2 结果与分析
2.1 不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜生长势的影响
株高,茎粗和叶面积能够最直接地反映植
株生长状态㊂由表2可知,当钾肥施用量均为每桶20g 时,不同基质含水量对黄瓜的生长势有显著影响:处理W 1K 2和W 2K 2在定植20d㊁
30d㊁40d 的株高分别比W 3K 2降低了34.14%㊁36.06%㊁34.81%
和
22.22%㊁
28.51%㊁26.38%,说明当基质含水量低于75%时,基质含水量越低,越不利于植株的生长㊂而该趋势在后期有所降低,这可能是由于黄瓜植株已进入生殖生长阶段,营养生长速率放缓导致差异降低㊂定植20d㊁30d 时W 4K 2的株高显著高于W 3K 2,而其茎粗却显著低于W 3K 2,定植40d 时处理W 4K 2与W 3K 2在株高和茎粗上无显著差异,定植20d㊁30d㊁40d 时W 4K 2与W 3K 2叶面积差异均不显著,说明保持基质含水量在75%左右最有利于黄瓜前期的营养生长㊂当基质含水量为95%时,钾肥施用量的多少对黄瓜的营养生长有着显著影响;定植
20d㊁30d K 2W 4的株高均显著高于其它的处理㊂整个试验阶段W 4K 1㊁W 4K 2的及W 4K 3处理的茎粗及叶面积的差异不显著,处理W 4K 4的株高和茎粗及叶面积在生长过程中显著低于其他钾肥施用量的处理㊂说明适量的施用钾肥能够促进植株的生长,而当施用的钾肥达到每桶75g 时,不利于植株的生长㊂
表2 不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜生长势的影响
Table 2 Effects of substrate moisture and application level of potassium fertilizer on the growth of cucumber 指标 处理时间(d)处理
W 1K 2W 2K 2
W 3K 2
W 4K 2
W 4K 1
W 4K 2
W 4K 3
W 4K 4株高(cm)
2075.30±4.70a
88.93±1.85b 114.33±4.15d 122.60±3.89e 114.30±0.87d 121.80±3.15e 113.87±2.14d
104.40±3.92c 30100.60±4.21a 112.47±4.29b 157.33±1.66d 163.73±2.05e 154.33±3.50d 164.27±3.92e 157.33±2.32d 142.70±3.78c 40
116.87±4.44a 132.00±6.86b 179.30±2.46d 180.37±4.91d 174.2±3.11cd 181.7±2.33d 175.7±4.47cd 169.73±1.66c 茎粗(mm)
20 6.29±0.20a 6.69±0.04b 8.37±0.09e 7.88±0.10d 7.92±0.05d 7.90±0.08d 7.89±0.02d 7.55±0.10c 30
6.49±0.06a
7.01±0.05b
8.71±0.08e
8.54±0.08d 8.51±0.04d 8.53±0.04d 8.50±0.07d 7.86±0.06c 40 6.74±0.29a
7.37±0.18b
9.10±0.05d
9.13±0.12d
9.04±0.23d
9.13±0.13d
9.12±0.06d
8.38±0.07c
叶面积(cm 2)
20183.23±3.36a 188.01±12.86b 259.49±8.86c 249.51±8.31c 243.82±17.28c 246.43±4.48c 243.01±2.52c
215.64±8.42c 30193.17±23.32a 200.32±7.85a 260.01±3.66b 257.81±8.95b 252.14±38.95b 257.22±13.16b250.93±18.11b 224.38±5.25ab 40
221.41±8.31a 240.41±4.43b 322.70±10.72d 333.45±9.58d 328.34±7.92d 332.33±1.71d 332.73±6.55d
301.22±11.55c
处理W 1K 2㊁W 2K 2㊁W 3K 2㊁W 4K 2㊁W 4K 1㊁W 4K 2㊁W 4K 3㊁W 4K 4见表1㊂同行数据不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)㊂
1
111徐 刚等:不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜生长及光合作用的影响
2.2 不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜叶绿素含量的影响
图1中可知,当钾肥的施用量相同时,植株的叶绿素a含量㊁叶绿素b含量和叶绿素总含量随着基质含水量的降低而增加:W1K2的叶绿素a含量㊁叶绿素b含量和叶绿素总含量均显著高于其他处理; W2K2㊁W3K2与W4K2在叶绿素a含量㊁叶绿素b含量和叶绿素总含量上无显著性差异㊂当基质含水量相同时,植株的叶绿素a含量㊁叶绿素b含量和叶绿素总含量当钾肥施用量达到每桶20g后呈降低趋势;其中,W4K4的叶绿素a含量㊁叶绿素b含量和叶绿素总含量均显著低于其他钾肥施用量的处理;W4 K3的叶绿素a含量㊁叶绿素b含量和叶绿素总含量
较W4K2分别低了42.06%㊁47.17%和43.33%,差异显著;而W4K2和W4K1处理间的叶绿素a含量㊁叶绿素b含量和叶绿素总含量无显著性差异
㊂
处理W1K2㊁W2K2㊁W3K2㊁W4K2㊁W4K1㊁W4K2㊁W4K3㊁W4K4见表1㊂不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)㊂
图1 不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜叶片中叶绿素a和叶绿素b含量及叶绿素总含量的影响
Fig.1 Effects of substrate moisture and application level of potassium fertilizer on the chl a,chl b and total chlorophyll contents in cucum⁃ber leaves
2.3 不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜光合气
体交换参数的影响
当植株的根系环境内水分供应不足时,会引发
植株叶片的水势下降,从而造成气孔导度下降,不利
于CO2进入叶片,导致植物因光合底物供应不足而
引起光合效率下降㊂由表3可知:W1K2和W2K2的
P n㊁G s㊁C i㊁T r均显著低于其他处理,L s和WUE均显
著高于其他处理;同时,处理W2K2的P n㊁G s㊁C i㊁T r值
较W1K2增加了27.87%,说明当施肥量相同时,在
一定范围内增加基质含水量能够促进净光合效率的
增加;W4K2㊁W4K3和W4K1的P n值无显著差异,而
W4K4的P n㊁G s㊁T r显著低于W4K1㊁W4K2和W4K3㊂
说明当钾肥的施用量大于每桶75g时,抑制了植株
的光合作用,降低了光合效率㊂
2.4 不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜产量的
影响
由表4看出,当钾肥施用量相同时,黄瓜总产量
随着基质含水量的增加显著增加;处理W4K2的小
区总产量较W1K2㊁W2K2和W3K2分别增加了
677.63%㊁140.46%和21.44%㊂但基质含水量相
同时,黄瓜的产量随着钾肥施用量的增加呈现先增
长后减少的趋势;其中处理W4K2的小区总产量较
W4K1㊁W4K3和W4K4分别增加了13.98%㊁15.28和
35.61%㊂
2111江苏农业学报 2014年第30卷第5期
表3 不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜光合气体交换参数的影响
Table3 Effects of substrate moisture and application level of potassium fertilizer on the photosynthetic gas exchange of cucumber leaves
处理
净光合速率
[μmol/(m2㊃s),CO2]气孔导度
[mol/(m2㊃s),H2O]胞间CO2浓度
(μmol/mol)蒸腾速率
[mol/(m2㊃s),H2O]气孔限制值水分利用效率
(μmol/mmol,CO2/H2O)
W1K29.20±3.86a0.08±0.04a174.02±37.59a 1.17±0.58a0.55±0.10b8.28±1.46b W2K212.74±1.69b0.12±0.03a190.19±23.06a 1.58±0.37a0.50±0.06b8.20±1.01b W3K220.13±0.26d0.80±0.09cd314.74±6.54b 5.15±0.19c0.15±0.02a 3.91±0.14a W4K219.82±0.90d0.64±0.18bc301.26±11.19b 4.97±0.60c0.18±0.03a 4.01±0.29a W4K119.07±1.25d0.95±0.03de323.65±2.21b 5.31±0.27c0.12±0.01a 3.59±0.06a W4K219.47±1.10d0.77±0.13cd316.42±4.98b 5.31±0.66c0.15±0.02a 3.70±0.35a W4K319.57±0.95d 1.07±0.16e327.29±6.04b 5.59±0.20c0.12±0.02a 3.51±0.30a W4K415.75±0.17c0.47±0.08b304.15±9.38b 4.01±0.52b0.18±0.03a 3.97±0.49a 处理W1K2㊁W2K2㊁W3K2㊁W4K2㊁W4K1㊁W4K2㊁W4K3㊁W4K4见表1㊂同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)㊂
表4 不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜产量的影响
Table4 Effect of substrate moisture and application level of potas⁃
sium fertilizer on the yield of cucumber
处理单果长
(cm)单果质量
(g)小区总产量
(kg)
W1K224.83±0.15a131.93±12.96a 2.95±0.14a W2K232.67±1.01b226.71±19.59b9.54±0.33b W3K238.93±0.85d332.63±6.16e18.89±0.49d W4K239.17±0.75d329.79±8.80e22.94±0.90f W4K135.10±1.37c251.14±5.98c20.25±0.28e W4K239.83±0.59d330.21±2.65e23.08±0.85f W4K336.27±0.55c274.14±9.15d20.02±0.38e W4K434.77±2.08c272.25±7.12d17.02±0.29c 处理W1K2㊁W2K2㊁W3K2㊁W4K2㊁W4K1㊁W4K2㊁W4K3㊁W4K4见表1㊂同列数据不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)㊂
3 讨论
株高,茎粗和叶面积是反应植株生长势的重要指标㊂在本研究中,当基质含水量下降时,黄瓜的株高㊁茎粗和叶面积也随之下降,这与樊怀福等[28]的研究结果一致㊂当基质含水量相同时,随着钾肥施用量的增加,黄瓜的株高㊁茎粗和叶面积出现先增加后下降的趋势,这与唐小付等[25]的研究结果一致㊂同时,黄瓜的叶绿素a含量,叶绿素b含量和叶绿素总含量会随基质含水量的下降而上升,说明在基质含水量低的情况下,黄瓜会通过提高叶绿素含量来提高抵抗逆境胁迫的能力,这与蒋芳玲在不结球白菜上的研究结果一致[29]㊂Farquhar等[30]认为,当P n降低伴随着C i减少时,P n降低的主要原因是气孔因素;当P n降低伴随C i的升高时,P n降低的主要原因则是非气孔因素㊂本研究中,35%(W1)和55%(W2)基质含水量处理的植株的P n㊁G s㊁C i㊁T r均显著低于75%(W3)和95%(W4)基质含水量处理的植株,由此可以推测出本研究中限制黄瓜光合作用的主要因素是气孔因子㊂本研究中基质含水量为35%(W1)和55%(W2)的处理,属于中度水分胁迫,眭晓蕾等[31]认为,对于正常光照或弱光环境下的辣椒植株,在轻度和中度水分胁迫时,气孔因素是引起叶片光合速率降低的主要因素,而重度的水分胁迫使光合速率降低则是受非气孔因素的限制,本研究结果与之相符㊂基质含水量的降低,限制了植株的生长和光合效率的提高,产量也随之降低㊂当基质含水量相同,钾肥的施用量超过一定范围后,黄瓜的叶绿素a含量,叶绿素b含量和叶绿素总含量降低㊂这可能是由于钾对镁元素吸收的影响,在低浓度条件下为协同作用,在高浓度条件下为拮抗作用[25],而镁元素是叶绿素的重要组成元素㊂本研究中施钾肥量为每桶75g处理的植株, P n㊁G s㊁T r均低于每桶45g㊁3g和20g处理的植株,且随着施肥量达到每桶75g时,C i降低,由此推测,当施钾肥量过高(每桶75g)时,限制黄瓜光合效率的主要原因为气孔因素㊂而Marschner指出,钾还能从多个方面影响植物的光合作用,如光能和化学能ATP之间的转化,光合作用中酶活性剂的有效性(如RuBP羧化酶),气孔的开放,叶片对CO2的吸收,叶绿体中光合磷酸化所需的电荷平衡,光诱导产
3111
徐 刚等:不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜生长及光合作用的影响
生的质子流跨膜运输等[32]㊂
综上所述,当基质含水量为95%时,每桶施用20g的钾肥,有利于提高黄瓜植株叶片中的叶绿素含量和净光合速率,促进光合作用的顺利进行,从而提高黄瓜的生长量和产量㊂
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(责任编辑:陈海霞)
4111江苏农业学报 2014年第30卷第5期。