CO2加富對溫室薄皮甜瓜果實品質的影響

張志鵬 李甜 孫勝 邢國明

摘 要： 以薄皮甜瓜‘清雅白玉為研究對象，通過測定3種不同濃度CO2對薄皮甜瓜從開始結果到最后成熟整個生長過程果實品質的影響來確定冬春季溫室薄皮甜瓜栽培最適的CO2濃度，為我國北方冬春季設施內薄皮甜瓜精準施肥提供理論依據。對薄皮甜瓜分別施用4種CO2濃度，CK：（400±12） μmol·mol-1、T1：（800±24） μmol·mol-1、T2：（1 200±36） μmol·mol-1、T3：（1 600±48） μmol·mol-1，測定果實結瓜初期、結瓜中期、結瓜后期、黃熟期、后熟期的品質。結果表明，在商品瓜采收期（結瓜后期）：T2、T3影響較大，但T1最經濟實用;相對于CK，T1處理使硬度增加了71.3%，可溶性固形物含量增加了6.7%，維生素C含量增加了33.1%，蔗糖含量增加了12.7%，果糖含量增加了6.0%，有機酸含量降低了12.6%，可溶性蛋白質和游離氨基酸含量沒有明顯差異。在果實成熟最后時期（后熟期）：T1、T2影響最大，T1最經濟實用;T1處理使可溶性固形物含量增加10.1%，游離氨基酸含量增加了25.6%，蔗糖含量增加了11.1%，果糖含量增加了16.4%，維生素C含量降低了4.5%，可溶性蛋白質含量下降11.8%，有機酸含量降低了13.4%。由此可知，CO2施肥均能夠顯著改善薄皮甜瓜的品質，在800 μmol·mol-1時最經濟實用。

關鍵詞： 薄皮甜瓜; CO2施肥; 果實品質; 精準施肥

Effect of CO2 enrichment on melon fruit quality in greenhouse

ZHANG Zhipeng1， LI Tian1， SUN Sheng 1.2.3， XING Guoming1.2.3

（1. College of Horticulture， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China; 2. Shanxi Provincial Facility Vegetable Quality Improvement and Efficiency Synergistic Innovation Center， Taigu 030801， Shanxi， China; 3. Shanxi Provincial Facility Horticulture Engineering Technology Center， Taigu 030801， Shanxi， China）

Abstract： In this study， the effect of CO2 enrichment on the quality of ‘Qingyabaiyu oriental melon with three different concentrations of CO2 during the whole growth process from fruiting to final ripening In order to provide theoretical basis for precise fertilization of oriental melon in winter and spring facilities in northern China， ‘Qingyabaiyu oriental melon was used as material in this research， four different concentrations of CO2 （CK： （400±12） μmol·mol-1、T1： （800±24） μmol·mol-1、T2： （1 200±36） μmol·mol-1、T3： （1 600±48） μmol·mol-1） were carried out during the whole fruit growth process， and the quality of fruits at early fruiting stage， rapid expanding stage， white ripening stage， yellow ripening stage and late ripening stage were analyzed. The results showed that the fruit quality of T2 and T3 were greatly effected at harvest stage （white ripening stage）， T1 was the most economical and practical treatment. Compared with CK， the fruit quality was increased when treated by T1， of which the hardness increased by 71.3%， soluble solids increased by 6.7%， vitamin C increased by 33.1%， sucrose increased by 12.7%， fructose increased by 6.0%， and organic acid increased by 12.6%， while the soluble protein and free amino acid contents were less affected. At the late ripening stage， the fruit quality was significantly effected by T1 and T2 treatments， and T1 was still the most economical and practical treatment， of which， the soluble solid content， free amino acid content， sucrose content， fructose content， vitamin C content， soluble protein content and soluble protein content were increased by 10.1%， 25.6%， 11.1%， 16.4%， 4%， 4.5% and 11.8%， respectively， however， the organic acid content was reduced by 13.4%. The quality of oriental melon could be improved by CO2 fertilization， and 800 μmol·mol-1 was the most economical and practical concentration.

Key words： Melon; CO2 fertilization; Fruit quality; Precision fertilization

CO2和H2O是光合作用的2種原料，H2O作為日常管理的主要關注點之一變化不大，但大氣中的CO2濃度卻隨工業化的發展變化而迅速提升[1-2]，早在1804年De Saussure就對豌豆作物做了增施CO2處理，預計到21世紀后半段，大氣中CO2濃度將達到700 μmol·mol-1，這會對植物的生長發育造成很大影響[3-4]。Reddy[5]等的研究表明：CO2濃度升高，植物生產力將大幅度提高;但是現階段空氣中的CO2濃度和大部分植物光合作用的CO2飽和點差距很遠，設施栽培中有必要進行CO2施肥[6-7]。

國內外已經有很多對CO2施肥的研究，主要針對種植面積較大的番茄和黃瓜等，對甜瓜研究較少，主要是對甜瓜苗期增施CO2的研究。陳雙臣等[8]研究表明，CO2施肥可以顯著改善番茄的果實品質。王全智等[9]研究表明，甜瓜苗期CO2加富之后，植株干質量、果實中心含糖量、糖酸比、產量都顯著提高。趙冠艷等[10]研究表明，甜瓜苗期CO2加富之后顯著增大最大凈光合速率、降低光補償點、提高光飽和點。孫玉文等[11]研究表明，CO2加富可以促進厚皮甜瓜生長發育，提高單果質量、抗性、產量、品質。

筆者用4個等比例濃度梯度的CO2對薄皮甜瓜的整個生長周期進行施肥處理，來研究不同CO2濃度施肥對薄皮甜瓜果實發育成熟的影響，進而揭示不同CO2濃度對甜瓜果實品質的影響，以便對甜瓜采收和CO2的精準施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

選用齊齊哈爾市澤甜種業有限公司選育的適應山西設施栽培的‘清雅白玉薄皮甜瓜。

1.2 試驗設計

試驗周期為：2017年11月至2018年5月。地點在山西省太谷縣山西農業大學園藝站溫室。由于試驗地位于山西北方，每年11月開始需要棉被保溫。每日8：30左右卷起棉被，17：30左右放下棉被，晴天光照時間為8 h左右。試驗通過把溫室分成4個處理（每個處理用透明塑料膜分隔成獨立空間），每個處理面積為48 m2（6 m×8 m）。設置CO2處理濃度依次為（400±12） μmol·mol-1（CK）、（800±24）μmol·mol-1（T1）、（1 200±36）μmol·mol-1（T2）、（1 600±48） μmol·mol-1（T3）。各處理氣源為高壓CO2鋼瓶，CO2智能自動控制釋放系統是由邯鄲冀南新區盛炎電子科技有限公司生產，傳感器采用芬蘭VAISALA公司生產的GMM220傳感器，CO2氣體由高壓CO2氣瓶釋放之后通過控制器經管道從各個隔間中上部均勻施入。由各個處理內部安裝的傳感器實時測定各個處理CO2濃度，當濃度達到設定值就關閉控制器停止釋放，當小于規定值再打開控制器釋放，從而使各個處理CO2濃度保持設定值。

于2017年12月17日2葉1心定植，定植株距25 cm，行距35 cm，單蔓整枝。定植后緩苗1周開始施肥，每天卷起棉被后開始施肥，溫度達到35 ℃時放風并停止施肥，下午關閉風口后開始到放棉被結束，施肥時間共4 h左右，陰雨天不施肥。隨機選取長勢良好，開花位置相同的花標記。取樣期為開花后10 d（結瓜初期），20 d（結瓜中期），35 d左右瓜色變白（結瓜后期），43 d左右瓜色變黃（黃熟期）和51 d左右（后熟期）共5個時期。每個時期選取7個瓜，采摘后放入超低溫冰箱保存。

1.3 方法

硬度采用GY-3型指針式水果硬度計（浙江托普儀器有限公司）測定，可溶性固形物含量采用手持式折光儀測定，維生素C含量采用鉬藍比色法測定，可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，有機酸含量采用酸堿滴定法測定[12]，游離氨基酸含量采用茚三酮溶液顯色法測定[13]，蔗糖果糖含量采用間苯二酚法測定[14]。

1.4 統計分析

數據處理和作圖采用Excel 2013，用SPSS 24軟件分別進行方差分析。

2 結果與分析

圖1為果實結果期的2018年4月1日正常天氣情況下各個處理CO2濃度的日變化，在施肥之前先放風，將濃度下降到合適時關風口開始施肥。

2.1 不同濃度CO2施肥對甜瓜硬度的影響

從圖2可知，從結瓜初期到后熟期果實硬度先上升后下降最后趨于穩定。從結瓜初期到結瓜中期果實硬度都迅速升高;從果實結瓜中期到結瓜后期只有CK迅速下降38.9%;從結瓜后期到黃熟期除了CK各個處理都迅速下降， T1降低52.9%，T2降低57.8%，T3降低54.1%。在整個成熟過程中，CK、T1在果實結瓜中期達到最大，T2、T3在結瓜后期達到最大，在結瓜初期和后熟期各個處理差異不大。

在結瓜后期相對于CK，T1增加了71.3%，T2增加了73.6%，T3增加了101.4%。

通過分析可知，在果實最后時期的貨架期（后熟期），各個處理對硬度沒有顯著影響;在果實采收期（結瓜后期）CO2施肥可顯著提高果實硬度，雖然T3提高最大，但是T1的處理濃度是CK的2倍，T3的處理濃度是CK的4倍，所以就硬度而言T1處理最經濟實用。

2.2 不同濃度CO2施肥對可溶性固形物含量的影響

從圖3可知，從結瓜初期到后熟期，可溶性固形物含量整體上升。從結瓜初期到結瓜中期可溶性固形物含量變化不顯著;從結瓜中期到結瓜后期都迅速增大;從結瓜后期到黃熟期，CK變化不顯著，T1、T2和T3分別增加18.1%、30.0%和23.2%;從黃熟期到后熟期，CK增加21.7%，T1增加9.2%，T2、T3變化不顯著。

在結瓜初期相對于CK，T1增加16.1%，T2增加12.1%，T3增加28.3%;在結瓜中期相對于CK，T1增加9.8%，T2增加9.6%，T3增加26.3%;在結瓜后期相對于CK，T1增加6.7%，T2增加4.3%，T3變化不顯著;在黃熟期相對于CK，各處理都顯著增加;在后熟期相對于CK，T1增加10.1%，T2增加9.4%，T3變化不顯著。

分析可知，在果實最后時期的貨架期（后熟期）T1、T2可以顯著增加果實的可溶性固形物含量，但是T1、T2之間沒有顯著差異，T1處理仍然是最優處理;在果實采收期（結瓜后期）T1是最優選擇。

2.3 不同濃度CO2施肥對甜瓜蔗糖、果糖含量的影響

從圖4、5可知，從結瓜初期到后熟期，蔗糖果糖含量整體都呈上升趨勢。在結瓜初期和結瓜中期各個處理的同種糖含量沒有顯著差異，但果糖含量卻遠遠高出同時期同處理的蔗糖含量。結瓜后期蔗糖果糖含量開始大幅提升，其中蔗糖相對于結瓜中期，CK增加23.1倍，T1增加16.6倍，T2增加13.6倍，T3增加3.7倍。相對于結瓜后期的果糖含量，黃熟期各個處理都有顯著增加;對于蔗糖含量CK沒有顯著差異，T1增加20.0%，T2增加60.3%，T3增加72.8%。相對于黃熟期，后熟期各個處理蔗糖果糖含量都顯著增加。

結瓜后期的蔗糖含量相對于CK，T1增加12.7%，T2增加15.2%，T3降低37.9%;果糖含量相對于CK，T1增加6.0%，T2增加35.2%，T3增加21.0%。黃熟期相對于CK，各個處理的同種糖都顯著增加。后熟期的蔗糖含量相對于CK，T1增加11.1%，T2增加8.4%，T3降低9.5%;果糖含量相對于CK，T1增加16.4%，T2增加22.8%，T3降低9.9%。

分析可知，在果實最后時期的貨架期（后熟期）各處理對果實蔗糖果糖含量都有顯著影響，對于蔗糖含量T1提高最多，是最優且最經濟實用的選擇;對于果糖含量，雖然T2提高最多，但T1、T2的CO2濃度比CK提高1倍、2倍，因此T1最經濟實用。在果實商品瓜采收期（結瓜后期），不同處理蔗糖含量表現不同，雖然T2提高最多，但T1、T2的CO2濃度比CK提高1倍、2倍，因此T1最經濟實用;對于果糖含量，T2提高最多是最優且最經濟實用的選擇。

2.4 不同CO2施肥對甜瓜有機酸含量的影響

從圖6可知，從結瓜初期到后熟期有機酸含量整體呈上升趨勢。結瓜后期有機酸含量大幅提升（平均提高64.7%），從結瓜后期開始相對于CK各個處理有機酸含量都降低。在結瓜后期相對于CK，各處理有機酸含量都顯著降低;黃熟期相對于CK，T1、T2、T3分別降低12.4%、2.5%、5.1%;后熟期，相對于CK，T1、T2、T3分別降低了13.4%、7.3%、6.9%。

分析可知，在果實最后時期的貨架期（后熟期）各處理對果實有機酸含量都有顯著影響。在果實采收期（結瓜后期），不同處理都可以顯著降低果實中有機酸含量。相對于CK，T1降低12.6%，T2降低7.9%，T3降低29.1%，但T1、T2、T3的CO2濃度比CK提高1倍、2倍、3倍，因此T1是最優選擇。

2.5 不同濃度CO2施肥對甜瓜維生素C含量的影響

從圖7可知，從結瓜初期到后熟期維生素C含量整體呈上升趨勢。從結瓜初期到結瓜中期，T3處理上升24.5%，其他處理變化不顯著;從果實結瓜中期到結瓜后期維生素C含量都大幅提升;從結瓜后期到黃熟期CK增加18.5%，T1增加5.9%，T2、T3變化不顯著;從黃熟期到后熟期CK增加35.1%，T1增加8.4%，T2、T3變化不顯著，在后熟期CK高于T1、T3接近T2。總體而言，T2上升最早速度最快且最后含量最高。

在結瓜后期相對于CK，T1增加33.1%，T2增加73.8%，T3增加66.6%;在黃熟期相對于CK，各處理都顯著增加。在后熟期相對CK，T2增加5.9%、T1降低4.5%、T3降低3.0%。

分析可知，在果實最后時期的貨架期（后熟期），增施CO2不實用。在果實采收期（結瓜后期）不同處理都可以顯著提高維生素C含量，T2提高最大，但T1、T2、T3的CO2濃度比CK提高1倍、2倍、3倍，所以T2處理經濟實用。

2.6 不同濃度CO2施肥對甜瓜游離氨基酸總量、可溶性蛋白質含量的影響

從圖8、9可知，從結瓜初期到后熟期游離氨基酸含量整體呈上升趨勢，但4個處理變化過程不同：CK在結瓜初期和結瓜中期變化不顯著，從果實結瓜中期到結瓜后期增長29.8%，黃熟期和后熟期變化不顯著;T1在結瓜初期和結瓜中期變化不顯著，結瓜后期增長25.9%，黃熟期增長32.6%，后熟期變化不顯著;T2和T3處理在結瓜初期和果實結瓜中期變化不顯著，結瓜后期、黃熟期、后熟期都有顯著增長。對于可溶性蛋白質，從結瓜初期到結瓜中期各處理都迅速增加，從結瓜中期到黃熟期各個處理變化都不顯著，從黃熟期到后熟期CK、T1繼續增加，T2、T3降低。

在結瓜初期的游離氨基酸含量相對于CK，各處理沒有顯著性差異;可溶性蛋白質含量T1差異不顯著，T2降低25.0%，T3降低29.0%。結瓜中期的游離氨基酸含量相對于CK，各處理沒有顯著性差異;可溶性蛋白質含量，T1和T2差異不顯著，T3降低12.9%。結瓜后期的游離氨基酸含量相對于CK，T1處理沒有顯著差異，T2降低10%，T3降低11%;對于可溶性蛋白質沒有顯著差異。黃熟期的游離氨基酸含量相對于CK，T2沒有顯著性差異，T1增加30.6%，T3增加10.3%;對于可溶性蛋白質各處理沒有顯著性差異。后熟期的游離氨基酸含量相對于CK，T1增加25.6%，T2增加39.2%，T3增加35.5%;對于可溶性蛋白質，各個處理可溶性蛋白含量都降低，T1降低11.8%，T2降低27.7%，T3降低45.7%。

分析可知，在果實最后時期的貨架期（后熟期）各處理對果實游離氨基酸含量、可溶性蛋白質含量都有顯著影響，對于游離氨基酸含量雖然T2提高最多，但T1、T2的CO2濃度比CK提高1倍、2倍，因此T1最實用;對于可溶性蛋白質雖然T3影響最大，但T1、T3的CO2濃度比CK提高1倍、3倍，因此T3最實用。在果實采收期（結瓜后期）：對于游離氨基酸含量T1沒有顯著差異、T2降低10.0%、T3降低11%，因此T2最實用。對于可溶性蛋白質各處理影響不顯著。

3 討論與結論

對于CO2施肥的研究有很多，CO2可以顯著提高多種作物的光合、品質和產量。針對增施CO2對甜瓜的影響，之前主要研究的是苗期CO2加富對生長、光合、農藝的影響，以及根際CO2加富對甜瓜光合、產量、品質、根系代謝、根系生長、果實糖代謝的影響。通過本試驗揭示甜瓜成熟過程中各種品質指標的變化，為采摘商品瓜的合理時期提供依據;而且通過不同CO2施肥對品質的影響，為合理經濟施用CO2提供理論依據。

在本試驗中，在果實成熟最后時期的貨架期（后熟期），各個處理對各個指標影響最大的是： T1增加可溶性固形物含量10.1%，T2提高維生素C含量5.9%，T3降低可溶性蛋白含量45.7%，T1降低有機酸含量13.4%，T2增加游離氨基酸含量39.2%，T1增加蔗糖含量11.1%，T2增加果糖含量22.8%，各個處理對硬度沒有顯著影響，總體而言T1、T2影響較大。在經濟實用方面：就可溶性固形物、有機酸、游離氨基酸、蔗糖、果糖含量幾個指標而言，T1最經濟實用;就維生素C而言，T2可以適當提高5.9%;硬度指標上沒有顯著差異，增施CO2不實用;就可溶性蛋白而言，各個處理都降低，T3最實用。因此得出在果實最后時期的貨架期（后熟期）T1即CO2濃度為800 μmol·mol-1最經濟實用。

在采收期（結瓜后期）：各個處理對各個指標影響最大的是：T3提高硬度73.6%，T1增加可溶性固形物含量6.7%，T2增加維生素C含量73.8%，T1增加可溶性蛋白質含量4.6%，T2降低可溶性固形物含量5.0%，T3降低有機酸含量29.1%，T3降低游離氨基酸含量11%，T2增加蔗糖含量15.2%，T3降低蔗糖含量37.9%，T2增加果糖含量35.2%，總體而言T2、T3影響較大。在經濟實用方面：就硬度、可溶性固形物、有機酸、蔗糖指標上T1最經濟實用;就維生素C、游離氨基酸、果糖指標上T2最經濟實用;可溶性蛋白沒有顯著差異。因此得出在果實采收期（結瓜后期），T1即CO2濃度為800 μmol·mol-1最經濟實用。

通過本試驗得出在采收期（結瓜后期），CO2加富可以顯著提高果實品質，這個結果和陳雙臣等[8]、李靖等[15]的研究結論CO2施肥可以顯著改善番茄的果實品質一致。T1處理（800 μmol·mol-1）最經濟實用，這個結論和李靖等[15]對番茄品質的研究結論一致;和孫玉文等[11]對厚皮甜瓜在農藝方面適宜濃度為1 200 μmol·mol-1的結論不一致，可能是甜瓜類型以及評價方向不同造成的差異;和王全智等[9]對苗期甜瓜加富在生長發育方面最適濃度為1 100 μmol·mol-1的結論不一致，可能是由于甜瓜品種、施肥周期以及評價方向不同引起的。繼續增加CO2濃度雖然有些指標仍然能夠提升，但是不經濟實用。而且大多數指標上都是在轉色期有較大改變，這個結果和王彥華等[16]以及李靖等[15]的在轉色期各個指標都有顯著改善的結論一致。但是在果實最后時期的貨架期（后熟期），CO2加富處理的效果只有在可溶性蛋白質、游離氨基酸、果糖3個指標上比商品瓜時期更加顯著，蔗糖含量在這2個時期沒有顯著性差異，在硬度、有機酸含量、可溶性固形物含量、維生素C含量等4個指標上差異顯著性上減弱很多。這其中的內在機理需要進一步研究。

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