钾肥对薄皮甜瓜光合作用和产量的影响

钾肥对薄皮甜瓜光合作用和产量的影响

cucumismelol属于cuurbatacea。这是一种蔓性草本植物。它富含丰富的养分、甜味、甜味和独特的味道。它是世界上最美味的食品之一。自20世纪90年代以来,世界甜瓜栽培面积迅速增加。我国甜瓜栽培的发展更是迅速,目前,其栽培面积和产量均居世界首位(王霞霞,2004)。近年来,随着农业种植结构调整的深入,冀西北坝上地区甜瓜的生产发展及商品销量不断增加,播种面积常年稳定在510hm2左右,2007年的统计资料显示,甜瓜的播种面积超过600hm2,为当地农民增收、农业增效开辟了一条途径。但是,生产中普遍存在只注重施用氮、磷肥,而忽视钾肥,或者氮肥过量施用、钾肥施用不足等问题,一方面影响了甜瓜产量的提高和品质的改善,另一方面,浪费了氮、磷肥,降低了肥料利用率,污染了环境。钾素是高等植物必需的唯一的一价阳离子,是公认的品质元素,也是园艺作物大量吸收的矿质元素之一。钾素通过调节植物体内多种代谢途径对产品的品质和产量产生重要影响。光合作用是植物生长发育的基础,也是产量和品质形成的决定因素。研究表明,钾素可以活化植物体内的一些酶类活性,调节气孔的开闭和叶肉阻抗力的形成,提高叶片的光合速率、光合化学活性,协调光合同化物的合成、运输与转化,最终改善果实品质。钾素水平过低或过高均不利于作物的光合作用,并导致果实品质变劣。目前,国内外关于钾对农作物生长发育、营养品质和产量影响的研究多见于小麦、棉花、玉米等大田作物上,在蔬菜上,如大白菜、番茄等也有报道,但是大都侧重于氮磷钾互作效应,或是营养液与栽培基质中钾素的研究。但在冀西北坝上地区的砂质栗钙土上,还未见到有关甜瓜施用钾肥效应的报道。因此,选用种植面积日益扩大的甜瓜进行施用钾肥的试验,旨在研究和探讨施用钾肥对甜瓜光合作用和产量的影响,为合理施用钾肥提供依据,以便更好地指导农民平衡施肥。1材料和方法1.1蒸发量和干旱度试验于2007年5~9月在河北农业大学张北试验站坡梁地内进行。试验站海拔高度1400~1500m,年平均气温3.6℃,多年平均降水393.3mm,蒸发量1693.3mm,干燥度2.0~2.3,无霜期90~110d,属于高寒半干旱地区。土壤类型为砂壤质栗钙土,0~20cm土层土壤有机质含量1.16%,全氮0.7g/kg,全磷0.2g/kg,速效磷(P2O5)4.5mg·kg-1,速效钾(K2O)50mg·kg-1,容重1.54g·cm-3,pH值7.4。1.2试验材料试验选用薄皮甜瓜“红城5号”,由河北农业大学张北试验站提供。1.3苗木栽植,整地栽植试验设6个处理,各处理氮、磷肥用量一致,设钾肥(K2O)0kg·hm-2(T0,对照)、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个水平。在播种前一次性施入同样的底肥磷酸二铵(P2O546%,N18%)225kg·hm-2,钾肥用硫酸钾(K2O50%),全部作底肥一次性施入。小区面积为20m×1.5m=30m2,重复3次,随机区组排列;株行距为0.45m×1.5m。5月15日于塑料拱棚内播种育苗,苗龄30d(两叶一心),6月13日定植露地。定植前施好底肥后,使肥土混合均匀,栽培畦做成瓦垄沟状,沟宽60cm,深15~20cm,在沟内按预定的株距挖穴,摆苗,每穴浇相同量的水(1000g),苗子周围覆好土后,覆盖地膜,再将幼苗破膜放出,并用土封严,使地膜紧贴在沟内地面上。采用爬蔓栽培,双蔓整枝,每条子蔓各留一瓜,甜瓜开花后采用防落素喷花处理,其它田间管理同常规生产,9月1日拉秧。甜瓜除定植时浇一次水外,其它生长时期不再浇水,而是利用地膜沟作聚水积肥的防旱措施,把当地的自然降雨集中在定植沟内,把无效雨变成有效降雨,即以雨养旱作的栽培方式为甜瓜生育期间提供水分。1.4调查和测量中心折光糖度分别在苗期、抽蔓开花期和结果期,从每小区选取5株,测定甜瓜的叶比重。于结果初期选择晴天,取样测定各处理功能叶片叶绿素含量、叶绿素荧光参数和净光合速率,重复3次,取平均值分析。果实成熟后调查每一小区的产量,折合成公顷产量,并调查平均单瓜重。每处理中选择具有代表性的成熟果实10个,测量果实的中心折光糖度。叶比重计算公式为:叶比重=叶干重(mg)/叶面积(cm2)。叶绿素a荧光诱导动力学参数使用PocketPEA植物效率仪测定,光合速率采用美国CID公司生产的CI301-PS光合测定仪测定,叶绿素含量参照张宪政的无水乙醇—丙酮混合液提取法测定,果实的折光糖度采用WY060手持糖量仪测定。2结果与分析2.1不同处理对叶比重的影响表1结果表明,不同供钾水平都能不同程度地提高甜瓜的叶比重,而且与对照差异显著。不同时期的叶比重不同,各处理表现为抽蔓期>苗期>结果期,而且苗期以T3的叶比重最大,显著高于其它处理,比对照提高了54.3%,T1的叶比重显著低于T2、T4、T5,但明显高于对照,且后三者之间无明显差异。进入抽蔓期,各处理的叶比重都有所增加,仍以T3最大,与其它处理差异显著,T4的叶比重显著高于T1、T2、T5,且后三者之间无明显差异。而在结果期,各处理的叶比重都明显下降,处理之间变化趋势与苗期一致。叶比重的这种变化趋势表明,增施钾肥可以有效地促进单位叶面积内干物质的积累,使叶片变得肥厚,为甜瓜生育提供更多养料。苗期叶片所积累的营养物质只用于甜瓜的营养生长,营养消耗相对来说较少,其相应的叶比重会较大,而到了抽蔓期,植株茎叶生长速度加快,大量的叶片发生,营养生长旺盛,此时积累大于消耗,叶比重则相应增加。而在结果期,随着果实的迅速膨大,需要的养料增加,叶片制造的光合产物会输送到果实中,因而,此时的叶比重会下降。从试验结果看,T3在每个时期的叶比重均最大,而且与其它处理差异显著,表明121.5kg·hm-2供钾水平是适合甜瓜生育的施钾水平。2.2施钾处理对施钾叶绿素含量的影响一般认为,较高的叶绿素b(chlb)含量及较多的叶绿素a/b(chla/b)蛋白复合体有利于植物对于光能的吸收和利用。从表2结果看出,施钾处理的叶绿素含量都显著高于对照,以T3的叶绿素含量最高,其中T3的chlb含量与T4无差异,但与其它处理差异显著,chla/b含量则与T2相差不明显,而与其它处理差异明显。表明增施钾肥有利于甜瓜叶片chlb含量的增加,使其chla/b比值也增加。说明甜瓜在施钾处理后,通过chlb含量的大幅度增加,提高捕光色素蛋白复合体的稳定性,有利于捕获并利用更多的光能。2.3不同钾素水平对甜瓜叶片叶绿素荧光活性的影响Fo表示PSⅡ反应中心全部开放即原初电子受体(QA)全部氧化时的荧光水平,PSⅡ天线色素的热耗散常导致Fo降低,而PSⅡ反应中心的破坏或可逆失活则引起Fo的增加,因此,可根据Fo的变化推测反应中心的状况和可能的光保护机制。Fv反映QA的还原情况。Fm为最大荧光产量,是PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量,可反映通过PSⅡ的电子传递情况。荧光参数Fv/Fm能反映PSⅡ原初光能转化效率,非环境胁迫条件下该参数极少变化,不受物种和生长条件的影响,但光抑制下叶片荧光参数会发生明显变化,是反映光抑制程度的良好指标和探针,Fv/Fo表示光反应中心PSⅡ的潜在活性。通过不同钾素水平下甜瓜叶片叶绿素荧光的主要参数研究发现(表3),T0具有较低的Fo值,该值与叶片叶绿素含量吻合,而与光化学反应无关。而T3的Fm、Fv、Fv/Fm和Fv/Fo显著高于其它处理,比对照分别高出15.5%、19.8%、3.6%和4.5%。其它钾肥处理之间差异不显著。表明T3具有较高的电子传递活性、原初光能转化效率和潜在活性;也表明缺钾、低钾和高钾水平抑制植株的光合激发能转化效率,只有适量供钾才能改善甜瓜叶片的光合功能,提高反应中心开放部分的比例,使电子传递速率和总的光化学量子产量提高,使叶片所吸收的光能较充分地用于光合作用。2.4对产量和糖含量的影响由不同钾肥用量的甜瓜叶片光合速率(表4)可知,随着施钾量的增加,甜瓜叶片的光合速率、产量和含糖量都有不同程度的提高,并显著高于对照,其中以T3处理的效应最好,比对照分别高出36.6%、13.7%、29.5%;其它钾肥处理之间的光合速率较为接近,差异不明显,但其产量和含糖量趋势一致,T4和T5接近,T1和T2接近,但前二者显著高于后二者。3不同施钾量对甜瓜叶绿素含量和产量的影响钾是加速植物光合机构运转的重要驱动力,植物叶片钾含量的多少对光合作用中光能转化为化学能有重要影响,适宜的钾素水平能提高叶片的净光合速率。本试验结果表明,钾素水平过低或过高可导致甜瓜叶片光合效率降低,这与黄建中等在水稻上的研究结果一致。适宜的钾素水平可促进植物叶片叶绿体的合成和稳定,在正常的供钾水平下,叶片的叶绿素合成、运转会保持动态平衡,而植株对高钾将会产生负载作用。而关于叶绿素含量与净光合速率的关系,前人研究结果不尽相同。有研究认为,同一作物品种、同一生育期内西葫芦等作物的叶绿素含量与光合速率呈显著正相关,本试验结果也支持了这种观点。与叶绿素含量相对应,T3叶片荧光参数均较高,这表明适量供钾改善了甜瓜叶片的光合功能,提高植株的电子传递活性、PSⅡ原初光能转化效率和PSⅡ潜在活性,使叶片所吸收的光能较充分地用于光合作用。而其它施钾处理的荧光参数都低于T3,这也许与过高或过低的供钾水平将严重导致植株的电子传递活性、原初光能转化效率和潜在活性下降有关。另外,高钾(T4和T5)可使荧光参数降低,这是否与钾与原初电子受体的关系有关,还有待进一步研究。通过各处理荧光参数来看,缺钾、低钾和高钾会使叶片吸收的过剩光能通过光化学反应途径和非辐射能量途径耗散的能力降低。这与孙骞等的研究结果也是一致的。本试验表明,在0~121.5kg/hm2的范围增施K2O,可以明显促进甜瓜单位叶面积内干物质的