不同灌溉模式對日光溫室西瓜產量和品質的影響

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（1中國農業大學農學與生物技術學院，設施蔬菜生長發育調控北京重點實驗室，北京100193；2北京市農林科學院農業信息技術研究中心，北京 100097）

不同灌溉模式對日光溫室西瓜產量和品質的影響

李 陽1李友麗2田永強1張振賢1高麗紅1*

（1中國農業大學農學與生物技術學院，設施蔬菜生長發育調控北京重點實驗室，北京100193；2北京市農林科學院農業信息技術研究中心，北京 100097）

為探究適宜中國西北地區日光溫室西瓜穩產優質栽培的灌溉模式，以武威市當地傳統灌溉模式為對照，設置了兩個處理：T1，控制各個生育期不同的土壤相對含水率下限、上限；T2，僅控制土壤相對含水率上限，研究西瓜產量和品質對不同灌溉模式的響應。結果表明：在3個茬口的栽培中，在伸蔓期和成熟期控制土壤相對含水率下限（70%、65%）可在不顯著降低西瓜產量的同時顯著提高水分利用效率，與對照相比，控制土壤相對含水率下限和上限的T1處理全年水分利用效率提高了21.85%；同時，控制土壤相對含水率能夠明顯提高西瓜主要風味物質可溶性糖的含量。

日光溫室；西瓜；灌溉水利用效率；果實品質

武威市位于甘肅石羊河流域河西走廊東部，該地區豐富的光熱資源和較大的晝夜溫差為生產品質高、風味佳的西瓜創造了得天獨厚的條件。近年來，隨著武威地區日光溫室栽培面積不斷擴大及栽培技術和栽培模式的創新，當地農戶實現了日光溫室西瓜一年多茬的高效栽培。這不僅提高了農民收入，同時也實現了西瓜的周年生產，保證了市場供應（張麗萍，2011）。但是，西瓜栽培需水量相對較大，而石羊河流域年均降雨量小（約150 mm）且蒸發量大（可達2 600 mm），是我國西北水資源最為緊缺的地區之一，因此研究該地區一年多茬栽培模式下的西瓜耗水規律和水分高效管理模式，提高水分生產效率，是實現石羊河流域農業節水提質增效的戰略目標。根據已有的研究，85%～90%的土壤相對含水率為作物適宜的灌溉上限指標（王寶英和張學，1996），而作物適宜的土壤相對含水率下限指標對不同作物和同一作物的不同生育期有較大區別。目前，關于作物需水規律的研究多集中于番茄、辣椒和甜瓜等作物，而有關西瓜的適宜土壤相對含水率上限和下限研究報道較少。為此，本試驗在他人研究基礎上，探究了適宜西北地區氣候的日光溫室西瓜周年栽培的非充分灌溉模式。

1 材料與方法

1.1 試驗區基本情況

中國農業大學石羊河流域農業與生態節水試驗站地處東經102°51′，北緯37°52′，海拔1 581 m，屬大陸性溫帶干旱氣候，年降水量為50～600 mm，年蒸發量為700～2 600 mm，晝夜溫差大。試驗溫室長72 m，跨度6.5 m，為堆土鋼架結構溫室。試驗前測定供試溫室土壤0～60 cm基礎理化數據：有機質含量16.51%，全氮2.74 g·kg-1，速效氮35.7 mg·kg-1，速效磷10.72 mg·kg-1，速效鉀103.46 mg·kg-1，容重1.49 g·cm-3，田間持水量33.16%。

1.2 試驗材料與農藝管理

所有栽培茬口西瓜全部采用嫁接栽培，供試西瓜品種為郁金香美麗，砧木為白籽南瓜（青研砧木）。種植方式為高壟地膜覆蓋，壟側栽培，壟寬70 cm，溝寬45 cm，溝深20 cm。定植前每667 m2施發酵有機肥7 000 kg、磷酸氫二銨（有效成分64%）80 kg、硫酸鉀復合肥（有效成分45%）23 kg、尿素（含氮量46%）20 kg。株距50 cm，行距70 cm，每667 m2種植密度為2 552株。灌溉方式為膜下溝灌。定植后15 d綁蔓，待第2、第3朵雌花開放時進行人工授粉，西瓜坐果后在坐果節位上保留12片葉片后摘心。試驗于2011年9月23日開始，至2012年9月13日結束，共進行了3茬栽培，分別為：秋冬茬，2011年9月23日至2012年1月15日（C1）；春茬，2012年2月26日至5月10日（C2）；秋延后茬，2012年7月6日至9月13日（C3）。除按試驗設計各處理小區進行不同的水分管理外，其他管理措施均相同。

1.3 試驗設計

試驗共設置2個處理（表1）。對照為當地傳統經驗灌水量，處理T1同時控制土壤相對含水率（實測土壤含水率與田間最大持水量的比值，體積含水率）上、下限，當土壤相對含水率降到設計的下限時開始灌水，土壤相對含水率達到設計的上限時停止灌水。處理T2僅控制土壤相對含水率的上限，灌水時間同對照，每次灌水前測定土壤相對含水率，灌溉上限同處理T1。每處理3次重復，共9個小區，每個小區面積為33 m2，采用隨機區組排列，作物計劃灌溉濕潤層深度為60 cm。

所有處理和對照的定植水和緩苗水灌水量相同，以農戶經驗灌水量進行管理，每667 m2灌水量一般為20～30 m3。

表1 灌水試驗設計

土壤相對含水率使用烘干法測定。T1和T2處理灌水量依據公式M灌水量= r×p×h×θf ×（q1-q2）/η計算得出。式中：r為土壤容重，測得為1.49 g·cm-3；p為土壤濕潤比，取66.7%；h為灌水計劃濕潤層，取0.6 m；θf為田間持水量，測得為33.16%；q1，q2分別為土壤相對含水率上、下限。η為水分利用系數，膜下溝灌η取1。

1.4 溫室環境條件

在西瓜3茬栽培生育期內，使用設置于溫室中央的ESPEC溫濕度測量儀和光合有效輻射傳感器AV-19Q對溫室內部氣溫、空氣濕度以及光量子量進行監測。各氣象因子的變化過程如表2所示。

表2 不同栽培季節日光溫室內的環境條件

1.5 試驗觀測項目與方法

采用土鉆取土的方法進行土壤相對含水率測定，每個小區隨機取5個點數據，每個點測量60 cm深土樣，每10 cm測量1次土壤相對含水率數據，整個全生育期每6 d測量1次，每次灌水前后加測1次，灌水量采用精度為0.01 m3的水表控制。

根據水量平衡方程計算作物耗水量，公式如下：

ET=P+I+W-D-△S

式中：ET為作物耗水量（mm），P為降雨量（mm），I為灌溉水量（mm），W為地下水補給量（mm），D為深層滲漏量（mm），△S為土壤體積含水量的變化量（mm），可用下式計算：

△S=1 000×Zn〔θz（t2）-θz（t1）〕

式中：Zn為根區深度（m），θz（t1）和θz（t2）分別為t1和t2時刻根區計劃濕潤層深度的土壤平均含水率（cm3·cm-3）。

由于試驗在溫室內進行，故降雨量為零；而試驗區地下水深超過40 m，故地下水補給可以忽略不計；試驗過程中無滲漏產生，因此深層滲漏量為零。則水量平衡方程可以簡化為：

ET=I-△S

葉面積指數（LAI）的測定：隨機選取3株植株的全部葉片，測定葉長，然后使用EPSON掃描儀將葉片掃描后使用WinRHIZO軟件計算每個葉片的實際葉面積，然后將葉片葉長與實測葉面積進行回歸分析，如圖1，計算得到葉長（x）與葉面積（y）的直線回歸方程：y=0.187x-0.015，R2 = 0.942，經F檢驗，F=41.80＞F0.01（1.32）=4.46。從檢驗結果來看，西瓜的葉面積與葉長關系密切，達到極顯著水平，因此可以通過葉長來求葉面積，在試驗中每個生育期每個重復選取3株，測量每株所有葉片的葉長，計算其葉面積指數。

圖1 葉面積與葉長的相關性分析

LAI=（S×N×2552）/M

式中：S為每片葉的葉面積，N為每株的葉片數，M為667 m2。

西瓜果實品質的測定：果實采摘后，分別選取不同處理具有代表性的商品西瓜果實，每個重復取5個西瓜進行品質分析，指標測定時分為果實中心、邊緣。VC含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測定，可溶性糖含量采用蒽酮法（李合生，2000）測定，可溶性固形物含量采用手持式折光儀測定，果實含水率采用烘干法測定，果皮厚度使用電子游標卡尺測定。

地上部干物質的測定：拉秧后每個重復取有代表性的植株5株，用烘干法測定地上部整株干物質量。

西瓜根系指標的測定：果實成熟后，每個重復選取1株，用直徑8 cm、高20 cm的根鉆取樣，以主根為中心取面積為0.09 m2范圍內根系，深度為60 cm，每層20 cm，共3層，取出后用0.5 mm的篩子沖洗，去除雜物后得到根樣，105 ℃烘干稱質量。

產量與灌溉水水分利用效率的測定：統計每個小區商品瓜總產量，根據總產量與總灌水量來計算灌溉水水分利用效率。

灌溉水水分利用效率（kg·m-3）=總產量/總灌水量

1.6 數據分析

掃描得到葉片圖像使用WinRHIZO 2007分析軟件分析。各指標數據用IBM SPSS Statistics 19軟件采用鄧肯氏新復極差法進行顯著性分析，顯著性水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉模式下西瓜的灌水量與耗水量

根據水量平衡方程計算出日光溫室西瓜不同灌溉模式下各生育階段及全生育期的灌水量和耗水量，如表3所示。

由于各茬口之間有一段空閑期，土壤水分相對較低，因此每茬定植前統一對整個溫室進行1次灌水造墑，灌水量為40 mm。由表3可知，西瓜栽培不同生育期灌水量與耗水量差別較大，3個茬口都表現為坐果至果實膨大期的耗水量最大。從不同生育期灌水量和耗水量趨勢來看，西瓜在二葉一心到三葉一心時進行移栽，至團棵期，此時期為苗期，葉片少，葉面積小，需水量較小，定植水足夠供給水分需要，根據各個茬口天氣情況不同，耗水量為18.99～26.09 mm。伸蔓期是西瓜的營養生長期，這期間西瓜植株快速生長，葉面積指數高，因此耗水量較大，一般在22.56～64.64 mm。坐果至果實膨大期西瓜果實迅速膨大，果實水分含量高，果實生長構成中水分起決定性作用，因此這個時期耗水量最大。成熟期西瓜已經基本停止膨大，進入果實內部營養成分轉換和儲藏階段，此時西瓜耗水量最小。

表3 日光溫室不同茬口不同灌溉模式下的西瓜灌水量與耗水量mm

從周年栽培情況來看，3個茬口栽培經歷了當地一年中不同的氣候，因此試驗得出的灌水量與耗水量也不盡相同，總體耗水量情況表現為C3＞C2＞C1，這與各茬口生長期的溫度和太陽輻射有一定的關系（表2）。

從3個茬口的灌水量數據分析，C1、C2、C33個栽培茬口，T1、T2處理較CK都有顯著的節水效果。C1（秋冬茬）T1、T2處理較CK分別節水14.96%和13.18%；C2（春茬）T1、T2處理較CK分別節水30.25%和37.01%；C3（秋延后）T1、T2處理較CK分別節水42.31%和37.04%。以全年灌水量來看，T1灌水量為471 mm，T2灌水量為472 mm，CK灌水量為606 mm。從各茬栽培情況分析，每一茬節約的灌水全部出現在伸蔓期和成熟期，CK為當地種植者傳統灌溉經驗，他們認為西瓜伸蔓期植株需要大量水分才能正常生長，而過于旺盛的營養生長實際上并沒有太大的意義。成熟期西瓜已停止膨大，因此過多的灌水對產量的提高沒有意義，并且在一定程度上降低了西瓜的品質。

以上的數據分析表明，根據不同生育期對水分的需求，通過控制土壤相對含水率上、下限對于西瓜栽培中節約水資源有良好的效果。

2.2 不同灌溉模式對西瓜葉面積指數（LAI）的影響

圖2是3個茬口不同水分管理在不同生育期的LAI的變化情況。相同生育期，不同栽培茬口LAI的數值存在明顯差異，這主要受栽培茬口的溫光環境影響。C2（春茬）由于2月定植，氣溫較低，伸蔓期的LAI較另外兩個茬口明顯減小，但隨著氣溫的上升，葉片快速生長，開花坐果期和果實膨大期的LAI與另外兩個栽培茬口的差異減小。LAI最大的栽培季節出現在C3（秋延后）的果實膨大期。

圖2 不同栽培茬口不同灌溉模式下的葉面積指數

在伸蔓期，3個茬口栽培都表現出灌水量較大的CK的LAI明顯大于T1、T2，其中C2（春茬）、C3（秋延后）的T1、T2處理的LAI都顯著低于CK，而隨著果實膨大期灌水量恢復，得到一定的補償效應，LAI迅速增大，最終在果實膨大期基本達到CK的水平。但C1（秋冬茬）中，T1、T2處理的LAI始終低于CK，這可能是因為后期雖然灌水量恢復，但此時溫室內氣溫較低，植株營養生長依舊緩慢。

2.3 不同灌溉模式對西瓜地上部和地下部干物質積累的影響

從表4中可以看出，除C3（秋延后）外，C1（秋冬茬）和C2（春茬）都表現出灌水量較大的CK的地上部和地下部干物質積累較多，CK顯著大于T1。而C3中，T1、T2地上部干物質同樣小于CK，但T1地下部干物質卻高于CK，主要可能是因為根據當時實時監測土壤含水量，T1處理在伸蔓期沒有灌水，此時溫室內氣溫非常高，地上部生長受到一定程度的抑制，同時由于耕層水分含量低促進了根系下扎，綜合作用促進了根系生長。在3茬栽培的地上部干物質積累方面，由于在伸蔓期，即植物營養生長的旺盛時期，T1、T2處理的灌水量相對較低，抑制了西瓜植株的營養生長，使地上部生物量積累降低。

表4 不同栽培茬口不同灌溉模式地上部和地下部干質量與根冠比

從圖3可以看出，各茬口不同灌水處理在土壤垂直方向分布表現出不同的差異，CK地下部干物質在0～20 cm、20～40 cm范圍內都大于T1、T2處理，而在40～60 cm都小于T1、T2處理。郭安紅等（1999）對春小麥進行中等干旱處理，研究結果表明，根系在下層分布明顯增多，充分供水處理的根生物量主要集中在上層。本試驗T1、T2兩個處理都是在伸蔓期控制灌水量，灌水量基本為CK的一半，造成此時T1、T2處理的土層較淺的地方含水量低，促進根系向土壤深處下扎以獲得更多的水分，因此在土壤深層有較多的根系分布。

圖3 不同栽培茬口不同灌溉模式不同土層中地下部干物質的比較

2.4 不同灌溉模式對西瓜產量和水分利用效率的影響

從圖4可以看出，C2（春茬）、 C3（秋延后）兩茬栽培中，T1、T2兩個處理的產量與CK無顯著差異。C1（秋冬茬）栽培中T1、T2處理的產量較CK分別降低了13.64%和12.57%，差異顯著，這是因為秋冬茬溫室內的溫度相對較低，果實膨大期復水后植株營養生長不能恢復正常水平，這從上文2.2中LAI的數據分析中也可以得到驗證。

圖4 不同栽培茬口不同灌溉模式對產量的影響

灌溉水水分利用效率T1、T2處理較CK均有提高，且在C2、C3兩茬栽培中，T1、T2處理的灌溉水水分利用效率均顯著高于CK，說明這兩種灌溉方式能夠明顯提高水分的利用效率，T1處理比CK提高了21.85%（圖5）。

圖5 不同栽培茬口不同灌溉模式對水分利用效率的影響

2.5 不同灌溉模式對西瓜品質的影響

從西瓜品質數據（表5）可以得出，不同栽培茬口，T1、T2處理的西瓜果實的VC和可溶性糖含量基本都高于CK，其中秋冬茬栽培中T1、T2處理的中心可溶性糖含量較CK分別提高了18.27%和7.10%，而可溶性糖是西瓜的主要風味物質，因此T1、T2兩種灌溉模式能夠明顯提高西瓜的品質。果實含水量和果皮厚度各處理之間沒有顯著差異。相同處理下，不同栽培季節西瓜品質表現出很大的差異，綜合各栽培茬口的氣象數據可以看出，天氣寒冷的C1（秋冬茬）VC含量較高，而晝夜溫差較大的C3（秋延后）可溶性糖含量較高，果實膨大期氣溫較高的C3（秋延后）果皮厚度明顯變小。

表5 不同灌溉模式對日光溫室不同茬口西瓜品質的影響

3 結論與討論

春茬和秋延后西瓜栽培中，與傳統灌溉相比，在伸蔓期控制土壤水分下限對產量無顯著影響，但顯著提高了水分利用效率，這與龐秀明（2005）、王峰等（2007，2010）和康紹忠等（2007）的研究結果相一致。徐小利等（2010）研究提出，西瓜產量與葉面積指數呈正相關關系，本試驗中，春茬和秋延后栽培后期T1、T2處理的灌水量恢復后葉片迅速生長，在產量數據上T1、T2處理與對照沒有顯著差異，而秋冬茬西瓜在果實膨大期灌水量恢復后，T1、T2處理的葉面積指數仍顯著低于對照，這也解釋了為什么秋冬茬T1、T2處理的最終產量顯著低于對照。因此，在一年不同茬口栽培中，一種灌溉方式并不能完全滿足西瓜的需水規律，應該根據植株所處的環境條件進行調整，繼續探究在不同氣候環境下植株對水分的需求規律。

兩種節水灌溉方式都不同程度地提高了西瓜果實的品質，其中可溶性糖作為西瓜主要的風味物質，明顯高于對照； Erdem和Yuksel（2003）、Gonzalez等（2009）的研究認為，西瓜進行虧缺灌溉能夠一定程度提高果實中可溶性固形物含量，其中以可溶性糖含量為主，這與本試驗結果相一致。不同季節栽培中，西瓜品質差異較大，表現為寒冷季節VC含量較高，果皮厚度也較大；而晝夜溫差較大的季節，果實中可溶性糖含量較高（Perkins-Veazie & Collins，2004），因此在不同氣候環境下果實品質對水分的響應關系有待進一步研究解決，需要提出一個水分氣候的綜合參考體系。

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Effect of Different Irrigation Pattern on Yield and Quality of Watermelon Grown in Greenhouse

LI Yang1，LI You-li2，TIAN Yong-qiang1， ZHANG Zhen-xian1，GAO Li-hong1*

（1Collllege of Agronomy & Biotechnology，China Agricultural University，Beijing Key Laboratory of Growth and Development Regulation for Protected Vegetable Crops，Beijing 100193，China；2Research Center for Information Technology in Agriculture，Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences，Beijing 100097，China）

In order to explore the suitable cultivation and irrigation pattern for producing watermelon 〔Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum. et Nakai〕 with stable yield and superior quality in Northwest China greenhouse，this study took the local traditional irrigation experience as the contrast， and set up the following 2 treatments： T1controlling the various growth stages for the lower limit and the upper limit of soil relative moisture contents；T2controlling the upper limit of soil relative moisture content. These 2 treatments were used to study the responses of watermelon yield and quality to different irrigation patterns. The results showed that during stretch tendril and maturing periods， controlling the lower limit（70%， 65%） of soil relative moisture content could significantly improve water use efficiency whithout distinquishly reducing watermelon yield. By controlling the lower limit and the upper limit of soil relative moisture contents， the water use efficiency increased 21.85% than the contrast. At the same time， controlling soil relative moisture content could significantly improve the content of soluble sugar content， which was the major substance affecting watermelon flavor.

Greenhouse；Watermelon；Water use efficiency；Fruit quality

李陽，男，碩士研究生，專業方向：設施環境與無土栽培，E-mail：lyrip@cau.edu.cn

*通訊作者（Corresponding author）：高麗紅，女，教授，博士生導師，專業方向：溫室土壤修復與水肥高效利用，E-mail：gaolh@cau.edu.cn

2014-01-16；接受日期：2014-05-30

水利部公益性行業科技項目（201001061），現代農業產業技術體系和北京果類蔬菜建設專項（CARS-25-C12），2012星火計劃項目（GA600002）