水肥一體化條件下設施甜瓜灌溉施肥制度試驗研究

黃卿宜，孫一迪，周明耀，王 恬，陳喜鋒

（1.揚州大學水利科學與工程學院，江蘇揚州 225009；2.常熟市董浜水利管理服務站，江蘇常熟 215534；3.江蘇綠博生物科技有限公司，江蘇常熟 215534）

0 引 言

甜瓜在我國有著悠遠流長的種植歷史，雖然我國長江中下游地區(qū)的塑料大棚等設施多用于果蔬的種植[1]，但根據國家西甜瓜產業(yè)技術體系統(tǒng)計數據顯示，甜瓜在我國甜瓜總種植面積中只有48%的設施種植面積[2]。水肥一體化是設施農業(yè)一項關鍵技術，設施農業(yè)的發(fā)展也離不開對水肥管理的探索[3]，因此對作物進行一體化水肥灌溉的研究，提高設施農業(yè)栽培管理技術，能夠為設施農業(yè)發(fā)展提供重要助力。牛勇[4]等人通過研究發(fā)現相對較低土壤水分含量對甜瓜可以促進根系發(fā)育，并提高產量和品質。李毅杰[5]等人研究滴灌條件下不同灌水下限和溝灌對甜瓜產量品質的影響，發(fā)現65%θfc是武漢地區(qū)厚皮甜瓜的適宜灌水下限。陳昱辛[6]試驗中發(fā)現滴灌條件下輕度虧水處理對產量沒有負面影響，還能改善柑橘光合特性和促進果實生長。此外，在我國廚余垃圾占城市生活垃圾的比重較大，通過微生物處理技術，將廚余垃圾處理成的生物腐殖酸肥料常用于水果種植[7]。雖然水肥一體化相關研究很多，但將廚余有機肥用于水肥一體化灌溉的研究卻不多，將廚余有機肥用于果蔬種植，不僅可以替代化肥使用量，提高農產品產量和品質，同時對城鄉(xiāng)生活廚余垃圾的無害化、資源化利用具有重要的意義。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗基地位于常熟市董浜鎮(zhèn)里睦村，位于東經120°58′24.19″，北緯31°39′10.28″，屬亞熱帶季風性海洋氣候，溫和濕潤，四季分明，全年雨量適中，季節(jié)分配比較均勻，年平均降雨量1 154 mm。常熟董浜鎮(zhèn)近年來大量投入農業(yè)基礎設施，有著蘇州最大的設施蔬菜生產基地，全鎮(zhèn)已建成高效精準灌溉泵站111座，覆蓋面積超過0.333 萬hm2。

1.2 試驗方法

試驗采用大棚盆栽試驗，以當地百姓常用的撒施澆灌以及基肥使用純復合肥（N、P2O5和K2O 的含量均為15%）設為對照處理CK，設置甜瓜全生育期不同灌水下限（W1:75%θfc、W2:65%θfc、W3:55%θfc）和不同追肥量（F1:1 050 kg/hm2、F2:735 kg/hm2）兩因素，共7 次重復（表1）。不同灌溉方式W1、W2 和W3 的灌水上限均設為90%，全生育期灌水下限分別為田間持水率的75%、65%和55%；除對照處理人工撒施澆灌外，其他處理使用水肥一體機進行灌溉施肥。追施的肥料為尿素（N≥46%）、過磷酸鈣（P2O5≥12%）和硫酸鉀（K2O≥50%）配比而成，在坐果成功之前施肥比例為N∶P2O5∶K2O=4∶3∶3，坐果期之后提高鉀的含量將施肥比例調節(jié)為N∶P2O5∶K2O=4∶1∶5；除對照外，其他處理使用復合肥和廚余有機肥混合作為基肥，檢測施加的廚余有機肥氮磷鉀含量分別為0.48%、0.12%、0.10%，折算后在CK 基肥中補充與45 t/hm2廚余有機肥等量氮磷鉀的復合肥。

試驗品種選取當地育苗中心的博洋61 號和白籽南瓜的嫁接苗，一盆一苗種植，按行距50 cm、株距35 cm 布置。3月15日將三葉一心的幼苗移栽進試驗盆，澆入足量的定苗水，3月26日開始處理，羊角蜜的整枝方式采用單蔓整枝，吊蔓栽培。在植株長至11 節(jié)時候開始人工授粉，隔節(jié)留瓜，一株留兩個瓜，坐果成功后開始打頂，其他栽培管理按照常規(guī)方法進行。5月28日之后按照羊角蜜果實成熟情況依次采收。

1.3 試驗設計

試驗方案見表1。

表1 試驗方案Tab.1 Experimental design

1.4 測定項目及方法

(1)莖粗和株高：待植株度過緩苗期，自2021年3月26日開始不同處理后，每7 d 觀測1 次株高，在點花坐果成功后對植株進行打頂，之后不再測量株高。株高取植株主莖從嫁接點到生長點的垂直高度，用卷尺測量。在每個生育期結束時觀測一次莖粗，采用精確度為0.01 mm 的游標卡尺測量主莖上3～4 節(jié)間處莖干直徑，取相互垂直的兩個方向的均值作為該植株莖粗，每次測量相同位置。

(2)點花數：從4月27日到5月7日，開始人工點花授粉并統(tǒng)計第11 個節(jié)位以上的雌花數，在每株開滿5 朵以上雌花時停止授粉。

(3)果實形態(tài)：收獲后測量各處理果實大小，用精確度為0.01 mm 的數顯游標卡尺測量果實的橫徑和縱徑。收果后沿軸線切開果實，用游標卡尺測量果肉厚度。

(4)產量：甜瓜成熟后，用電子天平稱重，記錄成熟時間和各處理的甜瓜單株產量。

(5)水肥利用率：水分利用效率（WUE）和肥料偏生產力（PFP）計算公式如下，

式中：Y為總產量，kg/hm2；W為總耗水量，m3/hm2；F為種植期間總施肥量，kg/hm2。

(6)果實品質：在成熟期采集新鮮成熟甜瓜，測定各處理下的甜瓜品質指標：維生素C采用分光光度法、還原糖采用蒽酮比色法、可溶性固形物采用折射儀法、可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250法、有機酸采用酸堿滴定法[8]。

1.5 數據處理

羊角蜜果實品質評價采用模糊數學里的隸屬函數值法[9]，計算公式如下，

正相關指標（可溶性固形物、維生素C、可溶性蛋白、還原糖）：

負相關指標（有機酸）：

式中：Zij為i處理j指標的隸屬函數值；Xij為i處理的j指標的測定值；Xjmax和Xjmin為各處理j指標的最大測定值和最小測定值。

通過對羊角蜜測定的五種品質指標計算各自的隸屬函數數值。采用Excel 2018 進行數據處理分析，通過SPSS 25.0 軟件進行方差分析，作圖軟件使用Origin2021。

2 結果和分析

2.1 不同處理對甜瓜植株生長的影響

由圖1可知，隨著定植之后，各處理的株高隨著生長不斷增大，增長速度顯現緩慢到快速再到緩慢的過程，株高在前兩次測量結果中灌水下限、追肥水平的影響均不顯著，第三、四次株高測量中W2 和W1、W3 無顯著差異，但W1 和W3 差異明顯。第五次株高測量中三個灌水下限水平兩兩顯著，在株高測量中均呈現W1＞W2＞W3 的規(guī)律。株高后兩次測量，追肥水平存在顯著差異，且F1＞F2。莖粗則在果實膨脹期達到最大值，成熟期因灌水量的減少又略有萎縮。莖粗在伸蔓期之后呈現W2＞W1＞W3 的生長規(guī)律，這和牛勇[4]等人研究的適當降低的灌水下限會促進根系發(fā)育和營養(yǎng)吸收從而導致莖粗的提高的觀點相一致。追肥量在全生育期對莖粗都有顯著影響，高追肥量對莖粗有促進作用。王志鵬[10]等人在試驗研究中發(fā)現甜瓜莖粗隨著氮肥量的增加呈現先增后減的趨勢，這與本試驗的結果存在一些差異，第一他的試驗中僅控制施氮量，氮肥對株高、莖粗影響最大，第二可能本試驗設定的高追肥量沒有達到抑制株高莖粗生長的水平。CK 由于基肥中沒有廚余有機肥，缺少有機質的作用，株高、莖粗生長速度始終不及滴灌處理，而且CK 大水澆灌沒有出現李毅杰[5]等人試驗里大水漫灌導致的作物徒長現象，也間接說明廚余有機肥對植株生長的促進作用。

圖1 不同處理對甜瓜植株生長的影響Fig.1 Effects of different treatments on melon plant growth

2.2 不同處理對雌花數和收果時間的影響

不同處理對開花時間和數目如圖2所示，不同追肥水平對處理開花時間沒有顯著差異。滴灌處理中W1 的開花時間最早，而W2和W3處理的開花時間相比W1晚了2 d，CK 從生長發(fā)育階段就一直落后，點花開始時間比最早的處理慢了一周。W1、W2 皆在5 d 內每株開滿5 朵雌花，W3 用了6 d。說明高水平的灌水下限可以使羊角蜜更早地進入開花期，并且更快地完成開花座果的過程。而W2已經達到延遲甜瓜開花時間的水分標準，W3 則達到延長開花時長的水分標準。收果時間和市場單價如表2所示，灌水下限帶來的水分脅迫不僅影響著開花時間同時影響著果實成熟時間。W1 從點花開始到成熟采收用時31 d，W2、W3 分別推遲了2 d 和3 d，CK 推遲了5 d。點花和成熟時間的推遲最終影響的是市場價格，最早成熟的W1的市場單價最高，后續(xù)成熟的價格因上市時間和其他產地供貨時間重合明顯影響產品的經濟產出，CK 的市場單價少了1/3。

圖2 不同處理對甜瓜雌花數的影響Fig.2 Effects of different treatments on female flower number of melon

表2 不同處理對果實收果時間和市場單價Tab.2 Different treatments on fruit harvest time and market unit price

2.3 不同水肥處理對果實形態(tài)及產量的影響

由表3和表4所示，灌水下限控制對果實縱徑和果肉厚度有顯著影響，對果實橫徑有極顯著影響，果實縱橫徑W1F1、W2F1 和W3F2 差異顯著，其他相差不大、果實厚度上W3F2與CK 差異不顯著。W3 的果實縱徑、果實橫徑以及果肉厚度均比其他灌水下限要小，這符合千晶晶[11]研究的灌水量過低會影響果實的橫縱徑以及果肉厚度。追肥水平對果實縱徑、果實橫徑存在極顯著影響，對果肉厚度存在顯著影響，在相同灌水下限，各項果實形態(tài)指標F1＞F2，這與張卿亞[12]試驗中增大施肥量可以提高果實形態(tài)大小相符合。CK 果實形態(tài)指標和其他處理差異顯著，CK 的果實縱徑、橫徑、果肉厚度僅有最大處理W1F1的83.5%、82.5%、88.5%。

不同處理對單株產量上影響如表3所示，在W1 和W2 沒有顯著差異，與W3差異顯著，說明只有在灌水下限降低到一定程度之后才能產量有著明顯影響。相同灌水下限，F1 產量大于F2，F1 的追肥水平還沒有達到抑制產量的程度。根據表4顯著性檢驗的結果可以看出灌水下限控制和追肥水平對產量影響都達到極顯著水平，水肥協(xié)同效應達到顯著影響。W1F1的單株產量最高，相比其他處理增產了4.5%～35.5%，W2F1的單株產量其次，二者差異不顯著。同時果實形態(tài)的影響最終反應在產量上，產量最大值W1F1 相比最小值W3F2 縱橫徑和果肉厚度分別提高了30%、29.7%和14.7%，說明縱橫徑對產量的影響更大。CK 與W2F2 的產量不存在顯著差異，僅比滴灌組中水肥攝入量最少的W3F2 產量高5.54%，卻多用水36.2%，多追肥30%，這與楊學忠[13]試驗中水肥一體化相比漫灌可以節(jié)肥40.3%、節(jié)水率60.0%、增產7.2%相差不多。

表3 不同處理對果實形態(tài)的影響Tab.3 Effects of different treatments on fruit morphology

表4 不同處理對果實形態(tài)影響的顯著性檢驗結果（F值）Tab.4 F values of significance test on the effects of different treatments on fruit morphology

2.4 不同處理對甜瓜水肥利用效率的影響

不同處理對甜瓜水分利用效率（WUE）的影響如圖3所示，CK 與其他處理的差異顯著，W3F1 的WUE最大，是最低處理CK 的1.58 倍。在高追肥水平上WUE是W3＞W2＞W1，隨著灌水下限的下降而略有提升，但在低追肥水平上，由于肥料與灌水量雙重減少，W3 的產量顯著降低，導致W2＞W3 的灌溉水利用率，這與牛勇[4]的研究結果W3＞W1＞W2 并不相同。這可能是由于牛勇試驗中沒有涉及追肥水平，也可能是他的是小區(qū)膜下滴灌試驗和本試驗中盆栽滴灌導致的差異。灌水下限對肥料偏生產力（PFP）都存在顯著影響，相同追肥水平，PFP隨著灌水下限的降低而降低。相同控水下限，F2 相比F1的WUE略有提升，而PFP略有下降。PFP的最大處理是W1F1，比最低的CK 提升了28.4%。在前人[14,15]研究中作物生產中灌水量存在閾值，當灌水量超過閾值之后產量不再隨之增大，甚至灌溉水利用率也會隨之降低。在本次試驗中灌溉水利用率雖然隨著灌水量增加而有一定減少，但是產量上并沒有出現降低的現象，考慮W1 和W2 的產量以及PFP相差不大，可能灌水量并未超過灌溉閾值；在鄧箴[16]研究中PFP隨施肥量降低減少，和本試驗結果相似，但本試驗下降的不多，這可能是廚余有機肥對生長階段促進作用帶來的影響。

圖3 不同處理對甜瓜水肥利用效率的影響Fig.3 Effects of different treatments on water and fertilizer use efficiency of melon

2.5 不同處理對果實品質的影響

由表5可知，在相同追肥量下，其中還原糖和可溶性固形物含量隨著灌水下限的降低而提升，W3 糖分含量最高，而維生素C 和可溶性蛋白的含量最大值為W2，W1 和W3 都一定程度上抑制了甜瓜VC 和可溶性蛋白的合成，這也吻合他人研究中適度的控水可以提高果實部分品質的規(guī)律[17]。相同灌水下限條件下，F1 要比F2 的品質含量要低一些，說明適當減少肥料量可以有助提高果實品質的積累，相比牛在壘[18]對不同氮、鉀施加量的研究得到不同營養(yǎng)品質隨不同氮、鉀肥量變化的差異，本試驗仍有可以討論進步的地方。由表6顯著性檢驗可知，灌水下限對還原糖、可溶性蛋白、VC 和可溶性固形物都存在極顯著影響，追肥量只對甜瓜的可溶性固形物影響沒有達到顯著水平，對其他品質有著極顯著影響，而二者協(xié)同效應對有機酸和可溶性蛋白含量有顯著影響。

表6 不同處理對果實品質影響的顯著性檢驗結果（F值）Tab.6 F values of significance test on the effects of different treatments on fruit quality

評價品質僅憑單一品質是很難判斷果實綜合品質的，尤其對不同處理下對果實品質的影響差異不一，部分處理的差異也很小，因此利用隸屬函數對果實品質進行綜合評價。結果如表5所示，相同追肥水平下W2 的品質最好，相同控水水平F2 的品質評價均大于F1，由此可知適當降低追肥量和灌水下限都對果實品質有促進效果。W2F2 綜合評價最高，W2F1次之，W2F2 相比綜合評分最低的CK 處理各品質分別提高了34.6%、10.8%、41.7%、28.1%和8.1%。

表5 不同處理對果實品質的影響Tab.5 Muskmelon quality parameters of different treatments

3 結 論

（1）增加追肥量對株高莖粗有顯著提升，在伸蔓期之后灌水下限65%θfc對莖粗促進作用大于75%θfc、55%θfc。廚余有機肥對植株生長發(fā)育有促進作用。追肥水平對點花和收果時間沒有顯著影響，但高灌水下限能夠讓作物更早進入點花、成熟階段。

（2）灌水量越大、追肥量越大，果實形態(tài)各指標也隨之增大。最高產量是灌水下限75%θfc、追肥量1 050 kg/hm2的處理，與相同追肥量下灌水下限65%θfc的產量不顯著。降低灌水下限，水分利用率略有上升、肥料偏生產力逐漸下降。

（3）降低追肥量有利于甜瓜品質的積累，增大灌水量顯著降低甜瓜的還原糖和可溶性固形物累積量；降低灌水量，VC 和可溶性蛋白累積量呈先增大后降低的趨勢。對測量品質進行綜合評價排序，灌水下限65%θfc、追肥量735 kg/hm2處理的品質最好，灌水下限65%θfc、追肥量1 050 kg/hm2的處理次之。

（4）每公頃使用450 kg復合肥混45 t廚余有機肥作為基肥條件下，由于灌水下限75%θfc市場單價最高，灌水下限75%θfc、追肥量1 050 kg/hm2處理的產量最大，只考慮市場價值時可以采用該方案作為灌溉施肥制度，但灌水下限65%θfc、追肥量1 050 kg/hm2處理產量和其沒有顯著差距，且品質和水肥利用率皆優(yōu)于灌水下限75%θfc、追肥量1 050 kg/hm2處理，綜合考慮產量、品質和水肥利用率采用灌水下限65%θfc、追肥量1 050 kg/hm2更為適宜。