不同灌溉定額及施氮量對西瓜產量及水分利用效率的影響

王 力，孫兆軍,2,3，焦炳忠，韓 磊,3，李駿奇，任秋實

(1.寧夏大學土木與水利工程學院，銀川 750021；2.寧夏大學資源與環境學院，銀川 750021；3.寧夏大學環境工程研究院，銀川 750021)

0 引 言

我國水資源豐富但分布不均，農業用水量約占全國總用水量的70%,因此，發展節水農業迫在眉睫。為緩解農業用水不足的問題，應該積極從傳統的灌溉農業向節水農業轉變[1]。節水農業不僅是經濟和社會可持續發展的要求，也是我國水資源短缺、水土資源配置失衡等嚴峻形勢所決定的。農業可持續發展中最主要的問題是灌水和施肥的問題。大量研究表明，肥料和水分的使用是影響農作物品質的主要因素，肥料和水分為作物生長提供必要的營養物質和水分，它們之間存在復雜的相互作用和相互依存的關系。陳光等[2]研究表明：滴灌、微噴灌在保證產量的同時比溝灌更加節水、節肥，節水率和節肥率分別達38.7% 和28.9%。趙衛星、徐小麗[3]等人對不同肥水耦合方式在西瓜上的應用效果進行了研究，主要研究不同灌水頻率對西瓜的影響，結果表明：每次灌水量為225 m3/hm2配施112.5 kg/hm2復合肥的耦合方式，能顯著提高西瓜的光合速率和產量。Basel G A等[4]和Phene C J等[5]對番茄水肥優化進行了研究，結果表明：適量的水肥能夠提高番茄產量。西瓜生長過程中對水肥需求量較大。氮肥是形成西瓜植株和果實中的蛋白質、核酸、葉綠素、多種酶和多種維生素的主要成分，氮素營養水平直接影響西瓜的產量和品質[6]。合理的氮肥施用量能使作物獲得優質高產，也能提高氮肥的利用效率，獲得較高的經濟效益[7]。合理的水肥有利于作物高產，水肥管理不當會對作物生長發育產生不利影響，造成資源浪費和環境污染等問題[8]。滴灌灌水和施肥是一項比較精準的農業技術，利用滴灌系統能夠將肥料及水分輸送到作物根部土壤[9]，為作物精準的提供養分和水分，提高水肥利用效率。寧夏地處干旱地區，提高西瓜的水肥利用率是該地區西瓜生產面臨的主要問題。因此，研究干旱區西瓜膜下滴灌灌水施肥有實際的指導意義。

綜上所述，國內外學者主要對不同植物的水肥優化管理進行了研究，但針對干旱區膜下滴灌對西瓜生長和產量方面的影響研究較少。因此，本文采用膜下滴灌的方式在寧夏干旱地區種植西瓜，研究不同的灌溉定額和施氮量對西瓜的生長、產量及水分利用效率的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2015年4-9月在寧夏南部山區同心縣王團鎮寧夏旱作節水科技園區進行。該地區屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，多年平均氣溫8.6 ℃，干旱少雨，年平均降水量272.6 mm，年蒸發量大于2 000 mm，無霜期120～218 d，年平均日照3 024 h。試驗區土壤的機械組成為：砂粒占53.6%，粉粒占30.2%，黏粒占16.2%，根據土壤質地劃分標準可知試驗區土壤為砂壤土，田間持水率 24.11 %，土壤容重1.36 g/cm3，全鹽 0.27 g/kg，全氮0.38 g/kg，全磷0.87 g/kg，速效磷15.30 mg/kg，速效鉀440.93 mg/kg，有機質7.91 g/kg，土壤pH值為7.90。

1.2 試驗設計及過程

本試驗采用二因素三水平的試驗方法。試驗設計：因素A分為600 m3/hm2(A1)、900 m3/hm2(A2)、1 200 m3/hm2(A3)3個灌溉定額水平，因素B分為150 kg/hm2(B1)、225 kg/hm2(B2)、300 kg/hm2(B3)3個施氮量水平，共9個處理，每個處理重復3次。

每個試驗小區的長15 m，寬4 m，面積均為60 m2。試驗小區采用溝壟覆膜種植模式，壟寬1.0 m，高0.2 m，壟頂做成平頂，每小區兩壟，株行距1.0 m×1.0 m，每小區定株60株。小區間保護行為1.0 m寬，外圍保護行寬為2.5 m。9個小區隨機組合排列，每個小區種植4行西瓜，鋪設4條外徑為16 mm，滴頭間距為1 m，滴頭流量為2 L/h的貼片式滴灌帶，灌水量由水表讀取。種植西瓜苗前每個小區表層人工均勻撒施相同質量的過磷酸鈣(150 kg/hm2)、磷酸鉀復合肥(225 kg/hm2)和羊糞作為底肥，追肥采用滴灌施肥，在不同的生育期內各處理的施氮量不同，其余肥料施用量都相同。供試作物品種為金誠五號，于2015年5月1日育苗，5月17日種植，8月5日收獲，整個生育期為95 d。

表1 試驗設計Tab.1 Experimental design

1.3 測定項目與方法

西瓜整個生育期分為4個階段：幼苗期(5月1日-5月25日)、伸蔓期(5月26日-6月15日)、開花坐果期(6月16日-7月1日)和膨瓜期(7月2日-8月5日)。每個小區標記5株西瓜，分別在西瓜幼苗期、伸蔓期、膨大期、成熟期測量其生長、生理指標，每個生育期測定2次，取平均值。西瓜的測量指標有莖粗、株高、單瓜重、產量、植株的鮮、干重和水分利用效率。莖粗的測量部位為主莖根部，使用游標卡尺進行測量。株高使用卷尺進行測量，從主莖靠近地面起至生長點。西瓜成熟后分小區采摘，各處理單株產量總和計為該處理產量，并折算為kg/hm2，計為西瓜產量。根據水量平衡方程計算西瓜的耗水量ET：

ET=P+I+K-R-D-(Wt-W0)

(1)

式中：P為保存在土壤計劃濕潤層內的有效降雨量，mm；I為灌水量，mm；K為時間段t內的地下水補給量，mm；R為徑流量，mm；D為深層滲漏量，mm；Wt，W0為時段初和任一時間t時的土壤計劃濕潤層內的儲水量，mm。

試驗區地下水位在50 m以下，并且采用滴灌灌水，每次灌水量較少，故K、R、D忽略不計。上式簡化為：

ET=P+I-(Wt-W0)

(2)

水分利用效率(WUE)按照下列公式計算：

WUE=Y/ET

(3)

式中：Y為西瓜的經濟產量，kg/hm2。

在西瓜生育階段末期用電子天平測量西瓜植株的鮮、干重。鮮重在取樣后立即測定，干重采用烘干法，在105 ℃下殺青30 min，然后將溫度調至75 ℃進行烘干至恒重，待冷卻后用電子天平進行稱重并記錄。

1.4 試驗數據處理

采用Microsoft Excel、DPS軟件對試驗數據進行整理、分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 不同水肥處理對西瓜形態指標的影響

2.1.1 不同水肥處理對西瓜莖粗的影響

莖粗是衡量植株是否健壯的重要指標，一定程度上反映了植株運輸養分和水分的能力[10]。方差分析表明，不同水肥處理對西瓜莖粗的影響顯著(P<0.05)。不同處理對西瓜莖粗的影響如圖1所示。

圖1 不同水肥處理對西瓜莖粗的影響Fig.1 Effects of stem diameter of watermelon in different fertigation treatments at different stages

由圖1可以看出，隨著西瓜生育期的延長莖粗不斷增大。在西瓜的幼苗期，處理T9的莖粗最大，達4.03 mm，高于其他處理。從西瓜的伸蔓期開始，西瓜的莖粗始終表現最好的是處理T5，其次是處理T9。因此，在西瓜幼苗期提高灌水量和施肥量對增加西瓜莖粗有著顯著的作用，但是從伸蔓期以后，處理 T5長勢最好，說明該處理的灌溉和施肥水平能夠為植株生長輸送充足的水分和養分。其他各處理西瓜的莖粗增長比較緩慢。

2.1.2 不同水肥處理對西瓜株高的影響

圖2 不同水肥處理對西瓜株高的影響Fig.2 Effects of plant height of watermelon in different fertigation treatments at different stages

不同處理對西瓜株高的影響如圖2所示。由圖2可以看出，隨著西瓜生育期的延長，西瓜的株高從幼苗期到膨瓜期持續上升。不同水肥處理對西瓜幼苗時期的株高影響不大，這個生育期西瓜株高基本在14.8～15.6 cm范圍內。方差分析表明，不同水肥處理對西瓜株高的影響顯著(P<0.05)。由表2可以看出，在A1、A2灌溉定額水平下，提高施氮量有利于西瓜株高的增長，在A3灌溉定額水平下，適當的提高施氮量有利于西瓜株高的增長，過量的施氮則會抑制西瓜株高的增長。在同一施氮水平下，西瓜株高表現為處理A3>處理A2>處理A1，說明提高灌溉定額有利于西瓜株高的增長。處理T5、處理T6和處理T8對西瓜株高影響的顯著性高于其他處理，其中T6處理下的株高最大，最大值為254.7 cm，為最優處理。

表2 不同水肥處理下西瓜株高的生長量Tab.2 Effects of plant height growth of watermelon in different fertigation treatments

注：同列不同小寫字母表示同一生長時期不同處理之間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.2 不同水肥處理對西瓜產量、植株的鮮重、干重和水分利用效率的影響

不同水肥處理對西瓜產量、植株的鮮重、干重和水分利用效率的影響如表3所示。

表3 不同水肥處理對西瓜產量、植株的鮮重、干重及水分利用效率的影響Tab.3 Effect of different fertigation treatments on yield,plant fresh weight, plant dry weight and water use efficiency of watermelon

由表3可以看出，不同處理條件下西瓜的產量有所不同，在相同灌溉定額水平下，西瓜的產量表現為處理B2>處理B3>處理B1，說明在一定范圍內增加西瓜的施氮量有利于西瓜產量的增加，當超過這個范圍時，西瓜產量反而會下降。在相同的施氮量水平下，隨著灌溉定額的增加西瓜產量先增大后減小，表現為處理A2>處理A3>處理A1。處理T5西瓜的產量最高為43.80t/hm2，與T6處理無顯著差異，比處理T8、T9、T4、T7、T2、T3及T1產量分別提高了7.08%、9.82%、11.42%、16.43%、18.72%、26.48%、30.14%，差異顯著。

處理T1、T2、T3的西瓜植株鮮重和干重均較低，導致這一現象的原因可能是灌水量較少，植株水分虧缺，生長較慢，西瓜產量也較低。處理T4、T5、T6的西瓜植株鮮重和干重表現為中等水平，隨著施氮量的增加植株鮮重和干重均不斷增加，并且西瓜產量最大，該灌溉定額水平比較適中，能為植株的營養生長和生殖生長提供足夠的養分和水分。處理T7、T8、T9的西瓜鮮重和干重都比較高，但是西瓜產量并沒有達到最高，導致這一現象的原因可能是由于灌水量過多，導致植株的營養生長過剩，影響了西瓜產量。西瓜植株鮮重和干重均表現為處理T8>處理T9>處理T7，說明在灌水量充足的條件下，適量的提高施氮量水平可以促進植株的生長，過高的施氮量則會抑制植株的生長。因此，適量的提高施氮水平和灌溉定額有利于西瓜植株鮮重和干重的增加。

不同水肥處理條件下西瓜的水分利用效率高低有所不同。處理T2的水分利用效率最高為28.30 kg/m3。水分利用效率隨著灌溉定額的增加而降低，隨著施氮量的增加先增加后降低。在A1灌溉定額水平下，水分利用效率較高，但產量較低，未取得良好的經濟效益。處理T5、T6綜合產量和水分利用率兩個因素其差異并不顯著，均可用于西瓜生產中，考慮到成本收益等經濟效益因素，故最優處理為處理T5。

3 討 論

水和肥對作物的生長和發育起著至關重要的作用。它們是影響莖粗、株高、葉面積、葉片數的重要因素[11]。吳桂林等[12]研究表明在不同的水肥處理條件下，西瓜的生長呈周期性變化，適當的水肥使西瓜的營養生長呈正相關，水肥過多或過少會抑制西瓜的營養生長。本試驗連續記錄了西瓜各個生育期的莖粗、株高，分析了不同灌溉定額和施氮量對西瓜生長的影響。研究結果表明，西瓜幼苗期對灌水量和施肥量比較敏感，提高灌溉定額和施肥量有利于增加西瓜的莖粗。西瓜伸蔓期以后，處理T5莖粗最大，說明該處理的莖粗能夠滿足植株營養生長所需的水分和養分。在西瓜伸蔓期、開花坐果期和膨瓜期，提高灌溉定額和施氮量水平對西瓜的株高有明顯的影響。處理T6最有利于西瓜株高的增長，說明該灌水施肥水平下，水分充足，營養豐富，作物吸收好株高增長幅度大，過多的水肥使得株高增長幅度小，不利于植株的生長。由于T5、T6和T8處理間無顯著差異，綜合考慮西瓜的莖粗、產量、水分利用效率及經濟效益等因素， T5為最優處理。

大量研究表明，灌水和施肥適度的處理比灌水施肥較多的處理表現出更高的產量優勢[13-15]，在本試驗的部分處理間這些結論得到了印證。在一定范圍內，西瓜的灌水定額越大產量越高。處理T2的水分利用效率最高，為28.30 kg/m3；T7最低，為16.27 kg/m3。適量的提高施氮水平和灌溉定額有利于植株鮮重和干重的增加，但是過高的施氮量會抑制西瓜的生長。西瓜灌溉水分利用率在一定范圍內與施氮量呈正比例，隨著施氮量的增加而增加。但是，過量的施氮會使西瓜灌溉水分利用效率降低；西瓜灌溉水分利用率隨著灌溉定額的增加逐漸減小。

4 結 語

膜下滴灌條件下，對西瓜進行灌水施肥，達到了節水、節肥、高產和減少化肥對土壤污染的目的，實現了精準灌溉和施肥。綜合考慮西瓜的各項指標，處理T5為最優處理。在寧夏干旱區種植大田西瓜，滴灌施肥的灌溉定額控制在900 m3/hm2，施氮量控制在225 kg/hm2左右時西瓜產量最高達43.80 t/hm2，水分利用效率相對較高達24.01 kg/m3。

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