溫室無土栽培廢液對西瓜生長及品質的影響

丁小濤,張帥磊,褚英琪,何立中,王 虹,周 強,余紀柱

(上海市農業科學院,上海市設施園藝技術重點實驗室,上海都市綠色工程有限公司,上海201403)

西瓜為葫蘆科西瓜屬一年生草本植物,廣泛分布于熱帶和亞熱帶地區,其果肉甘甜多汁,清爽解渴,具有祛暑利尿的作用,是人們非常喜歡的水果之一[1]。 據統計,我國西瓜栽培面積已超過200 萬hm2,產量占世界西瓜總產量的60%以上,是世界上西瓜生產規模最大的國家[2]。 現代溫室茄果類蔬菜無土栽培方式為水肥一體化灌溉,需要進行營養液的超量灌溉,溫室每天的排液量一般占總灌溉量的20%—30%[3],這些排出的營養液即廢營養液,俗稱為廢液或排液。 目前,我國現代溫室蔬菜無土栽培的面積較小,但隨著我國經濟的發展和人們消費水平的提高,現代智能溫室栽培面積將逐年增加,溫室無土栽培廢液的循環利用也成為亟待解決的問題[4]。 據此,本試驗以西瓜為材料,開展溫室無土栽培廢液循環利用的研究,以期為溫室營養液的充分利用及減少環境污染和資源浪費探索新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在上海市崇明區港沿鎮國家設施農業工程技術研究中心崇明基地進行,所用西瓜品種‘圣女紅’‘黃晶’和‘黑津’均由上海市農業科學院設施園藝研究所提供。 2019 年2 月12 日,將不同品種西瓜種子浸種8 h 后,用毛巾包好放入30 ℃培養箱中進行發芽,待芽長0.5 cm 時播種至32 孔穴盤中,以椰糠作為育苗基質。

試驗在塑料大棚中進行,大棚東西走向,長、寬、高分別為32 m、8 m、3.3 m。 整地施用“獅馬牌”復合肥10 kg(N-P-K=15-15-15,上海市農業生產資料有限公司提供),坐果后再次追施此復合肥10 kg。2019 年4 月2 日,西瓜幼苗三葉一心時定植,株距0.25 m,行距4 m。 定植后即搭建小拱棚(寬1 m,高0.6 m),前期用薄膜進行多層覆蓋。

1.2 試驗設計與方法

將栽培大棚分成18 個小區,小區面積約14 m2,每個小區隨機選擇5 株進行標記。 試驗設置6 個處理,每個處理3 個小區,隨機排列,分別為:(1)‘圣女紅’清水灌溉(對照,CK-圣),(2)‘圣女紅’溫室無土栽培廢液灌溉(FY-圣),(3)‘黃晶’清水灌溉(對照,CK-黃),(4)‘黃晶’溫室無土栽培廢液灌溉(FY-黃),(5)‘黑津’清水灌溉(對照,CK-黑),(6)‘黑津’溫室無土栽培廢液灌溉(FY-黑)。 廢液為玻璃溫室巖棉無土栽培番茄的灌溉排液,EC 值3.4 dS∕m、pH 6.1,4 月18 日進行第一次灌溉,5 月2 日、5 月19 日分別進行第二次、第三次灌溉;每次每株灌溉無土栽培廢液1 L,對照灌溉清水1 L。 植株均采用雙蔓整枝,主蔓選第2—4 雌花留一坐瓜,側蔓坐瓜后摘心,于4 月28 日—5 月3 日進行人工授粉并作標記,掛牌后標記授粉日期,其他田間管理按常規方法進行。 5 月底至6 月初全部采收,測定果實品質和產量。

1.2.1 不同處理西瓜主蔓長、粗的測定

分別于第一次灌溉后1 d、7 d、13 d、19 d、25 d 測量不同處理的西瓜主蔓長、粗,每次每個小區測量3 株。

1.2.2 不同處理西瓜葉片氣體交換參數的測定

使用LI-6400 型光合儀(Li-Cor Inc.,Lincoln,NE,美國)在西瓜采收前測定西瓜葉片的氣體交換參數,選擇新展開的最大功能葉進行測定,氣體交換參數包括凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr),測定時的光量子通量密度設置為600 μmol∕(m2·s),溫度、濕度、CO2濃度為溫室的自然條件。 所有處理重復測定5 次。

1.2.3 不同處理西瓜品質相關參數的測定

縱切取不同部位西瓜瓤混合后用于品質指標測定,果實可溶性固形物含量使用PAL-1 便攜式數顯折射計(日本ATAGO 公司)分別測定中心糖和邊糖含量;可溶性糖、可溶性蛋白、總酚和類黃酮含量參考曹建康等[5]方法測定。

1.2.4 不同處理西瓜果實大小、質量和產量的測定

西瓜收獲后,每處理隨機選取6 個正常西瓜,用游標卡尺測量單瓜橫、縱徑,電子秤稱取單瓜質量,計算小區產量。

1.2.5 統計分析

使用SAS 9.3 軟件對數據進行統計分析,結果以平均值± 標準差表示;使用Origin 7.5 軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 無土栽培廢液對西瓜主蔓長和粗的影響

如圖1 所示,無土栽培廢液灌溉西瓜后,不同生長時間3 個品種西瓜的主蔓長、粗均有所增加。 西瓜主蔓長不斷增加,但所有處理之間差異不明顯;主蔓粗在廢液澆灌后7 d 和13 d 時略有降低,澆灌后19 d和25 d 時又逐步增加。 無土栽培廢液對不同品種西瓜主蔓長的增加效果較好。

圖1 無土栽培廢液灌溉后不同品種西瓜主蔓長、粗的變化Fig.1 Changes of plant main vine length and thickness of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

2.2 無土栽培廢液對西瓜葉片氣體交換參數的影響

從圖2 可以看出,無土栽培廢液灌溉西瓜后,不同品種西瓜葉片的凈光合速率有所增加,但與對照差異不顯著;同樣,處理后不同品種西瓜葉片的氣孔導度、胞間二氧化碳濃度與對照差異不顯著;‘黑津’葉片的蒸騰速率最高,‘圣女紅’最低,3 個品種間差異顯著,但同一品種不同處理西瓜葉片的蒸騰速率差異不顯著。

圖2 無土栽培廢液灌溉后不同品種西瓜葉片氣體交換參數的變化Fig.2 Changes of gas exchange parameters in leaves of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

2.3 無土栽培廢液對西瓜果實品質的影響

無土栽培廢液灌溉可明顯提高不同品種西瓜果實的品質(圖3)。 與對照相比,‘圣女紅’和‘黑津’果實的中心可溶性固形物(中心糖)和邊際可溶性固形物(邊糖)含量在處理后顯著增加,‘黑津’果實的可溶性糖含量顯著增加。 廢液灌溉增加了3 個品種西瓜果實的可溶性蛋白含量,但與對照差異均不顯著;同時,廢液灌溉顯著提高了‘圣女紅’和‘黃晶’果實的總酚和類黃酮含量。

2.4 無土栽培廢液對西瓜果實大小和產量的影響

從圖4 可以看出,無土栽培廢液灌溉西瓜后,不同品種西瓜果實的縱徑、橫徑均有所增加,但與對照差異不顯著,‘黑津’果實的縱徑、橫徑最小。 廢液灌溉使‘圣女紅’和‘黃晶’的單果質量和產量顯著增加,其產量較對照分別增加了8.6%和6.1%。

圖3 無土栽培廢液灌溉后不同品種西瓜果實品質相關參數的變化Fig.3 Changes of fruit quality related parameters of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

圖4 無土栽培廢液灌溉后不同品種西瓜果實縱橫徑、單瓜質量和產量的變化Fig.4 Changes of fruit vertical and horizontal diameter,single fruit weight and yield of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

3 結論與討論

試驗發現,無土栽培廢液灌溉后,不同生長時間西瓜的主蔓長和粗雖然有些增加,但差異不明顯,說明無土栽培廢液對促進西瓜植株營養生長的效果有限。 光合作用是植物最基本的生理活動,為植物生長發育提供必要的同化物質,保持正常的光合作用是植物生長發育的必要條件[6]。 本研究中,不同處理西瓜葉片凈光合速率差異不顯著,均非常大,說明各處理西瓜葉片生長均很好,無土栽培廢液灌溉沒有使西瓜葉片的光合作用受到明顯的影響。

西瓜果實的糖、可溶性蛋白、總酚、類黃酮含量是評價西瓜品質的重要指標[7-9]。 無土栽培廢液灌溉處理后,不同品種西瓜果實的邊糖和中心糖含量均有所提高,其中‘圣女紅’和‘黑津’為顯著提高。 不同處理西瓜果實的可溶性糖、可溶性蛋白含量也有所增加,其中‘黑津’果實的可溶性糖含量為顯著增加,表明無土栽培廢液灌溉對提高西瓜果實中的糖含量有一定作用。 杜少平等[10]研究發現,適當調整施肥措施,有利于西瓜果實品質提升。 果蔬組織中存在著大量的酚類物質和類黃酮等植物次生代謝產物,它們與果蔬的色澤、品質和風味、抗逆性等關系密切,黃酮類化合物具有抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、降血脂的功效,對減少自由基的產生和清除自由基有一定的作用,即抗氧化作用;酚類物質具有良好的抗氧化、降血脂等作用;酚類物質、類黃酮含量高低是果蔬營養價值和醫療保健作用的重要體現[11-12]。 本試驗中無土栽培廢液灌溉后,不同品種西瓜果實的總酚含量和類黃酮含量均有所增加,其中‘圣女紅’和‘黃晶’為顯著增加,說明溫室無土栽培廢液對西瓜果實品質的改善有明顯作用。

西瓜栽培生產中,種植者會通過各種方式增加西瓜產量[13-15]。 本試驗中無土栽培廢液使‘圣女紅’和‘黃晶’的單瓜質量和產量均顯著增加,‘黑津’產量增加不顯著,這可能與品種有關。 總體來看,灌溉無土栽培廢液可提高西瓜產量。

溫室無土栽培廢液的有效利用一直是困擾設施生產的重要問題,廢液利用關系到肥料配方的改進、廢液的添加比例、營養液的消毒等問題。 本研究表明,將無土栽培廢液直接灌溉大棚土壤栽培的西瓜,可以促進不同品種西瓜的生長,西瓜果實的品質有所改善,產量也有一定提高。 本研究對促進西瓜生產和經濟效益的提升,尤其是在較為貧瘠的土壤地區,有重要意義。 “現代溫室番茄-土壤西瓜”營養液串級利用的模式,可為探索無土栽培營養液的充分利用提供新的途徑。