西瓜基質栽培研究進展

席凱鵬 席吉龍 張建誠

（山西農業大學棉花研究所 山西運城 044000)

西瓜是我國重要的經濟作物， 其種植面積和產量均居國際首位[1]。 隨著西瓜種植技術水平的提高，專業化、產業化發展速度加快，西瓜生產逐步走向規模化、區域化的格局，形成了眾多的地理標志品牌，建立了質量控制技術規范， 提升了西瓜產業經濟效益，推動了西瓜種植面積再增加。 但由于西瓜栽培中存在連作障礙，持續連年種植面積的擴大，導致植瓜土地資源更加緊缺， 連作問題也越來越突出， 枯萎病、土傳病害等發生嚴重，產量和品質明顯下降。 西瓜基質栽培是解決植瓜用地矛盾、緩解連作障礙、資源高效利用和可持續發展的重要途徑[2-3]。 目前，已有100 多個國家在廣泛應用基質栽培，發達國家和地區采用計算機自動控制，為植物提供最佳的生長條件，實現了高產與周年生產供應產品，經濟效益顯著[4-5]。近年來， 我國基質栽培在小規模試驗研究的基礎上發展迅速，形成了許多符合國情的基質栽培技術[6-7]，其中西瓜基質栽培呈現技術不斷提升、 規模逐漸擴大、生產逐步標準化、產品質量不斷提高的特征[2，8-9]。本文作者總結了近年來西瓜基質栽培中基質配比、栽培模式、水肥新技術、基質重復利用及國內基質栽培中存在的問題， 旨在為西瓜基質栽培的研究及產業升級提供參考。

1 基質種類和配比對西瓜生長和產量的影響

在西瓜基質栽培生產實際中，由于受基質資源、栽培條件及經濟效益的影響，常采用混合基質，混合基質可彌補單一基質的不足， 有效調節基質的理化性狀，增加營養物質含量，調節基質C、N 比，改善保水性和通氣性，降低成本，提高效益。 用于西瓜生產的基質主要有珍珠巖、蛭石、草炭、椰糠、蘑菇渣、牛糞、羊糞、蚯蚓糞、灰渣、碎木屑、松針粉、秸稈粉及稻殼等。 西瓜栽培基質可選擇的原料種類較多，因此混配原料組分和配比是制作優良混合基質的核心技術[10]。

1.1 以草炭為主要成分的基質配比

草炭又稱泥碳，含有大量水分、植物殘體、腐植質及部分礦物質， 是重要的有機基質材料和綠色肥料。 用草炭和珍珠巖以體積7∶3 混配栽培西瓜，其長勢、產量、品質均好于純椰糠基質栽培，其中產量顯著提高18.2%[11]。 以草炭∶珍珠巖∶蛭石為7∶3∶4 復配，并加入發酵雞糞30 m3/hm2， 在日光溫室栽培早熟小型西瓜， 產量達到62 689.5 kg/hm2， 較常規生產增加29.7%[12]。

1.2 以椰糠為主要成分的基質配比

椰糠是椰子外殼纖維粉末， 在海南有獨特的資源優勢，經加工處理后非常適合用作栽培基質。 以椰糠作為基礎材料添加微生物有機肥進行配方篩選，篩選出椰糠:微生物有機肥為7∶1 的效果最佳，添加微生物有機肥強增了西瓜長勢， 增加了西瓜可溶性固形物含量，提高了產量，為海南椰糠基質栽培西瓜周年生產提供了技術支撐[13-14]。

1.3 以菇渣、發酵糞肥等為主要成分的基質配比

采用香菇渣∶豬糞∶珍珠巖為6∶2∶2 的混合基質，布槽式基質栽培黃金三號西瓜， 單果質量在2 kg 左右，產量60 000 kg/hm[15]。 陳亮[10]以發酵腐熟的中藥渣、牛糞、菇渣為組分篩選基質配方,篩選的最佳基質配方中藥渣∶牛糞∶菇渣為3∶4∶3，促進了西瓜生長和干物質積累,產量達62 253.3 kg/hm2，果實可溶形固性物含量顯著提高了12.08%。 基質中加入蚯蚓糞能夠改善基質的物理結構，增加養分含量，提高微生物數量、生物多樣性及活性，用蚯蚓糞替代基質中草炭的25%～50%，更有利于植物的生長[16]。 施用蚯蚓糞能提高蔬菜中的還原糖和維生素C 含量[17]。

1.4 基質組配工作中的注意事項

有關專家對西瓜基質配方的研究做了大量工作，基質的配比必須要有科學性，依據西瓜的生長發育特性和基質材料的理化性質進行配比， 在滿足西瓜栽培需求的基質環境基礎上， 充分利用當地的可用資源、降低基質成本是關鍵，促進西瓜基質栽培技術的推廣，實現農業的綠色可持續發展。

2 西瓜基質栽培模式

種植模式是西瓜充分利用光熱資源， 合理利用土地，高效利用水分和養分，改善生態環境，增加西瓜產量，實現規模化生產的有效栽培措施[18]。 西瓜出現的連作障礙給土地資源高效利用和可持續生產帶來了一定的困難。 基質栽培已成為西瓜消減連作障礙，提高產量和品質的關鍵技術。 西瓜基質栽培多為限根栽培。 其栽培模式有溝式、壟式、袋式。

2.1 溝式

溝式是指在地表以下挖溝，溝底和兩側鋪上膜或地布，或者安裝基質槽。 在地面挖深30 cm、寬40 cm的長條形溝，溝內填混合基質，以溝底和兩側壁鋪膜作限根處理， 將底部膜間隔一定距離打孔為半限根處理，溝內不鋪膜為半基質栽培。 結果表明限根栽培和半限根栽培的單果質量均明顯低于對照， 果實可溶性固形物含量均明顯高于對照， 半限根與限根栽培相比產量明顯提高[19]。在基質栽培溝兩壁和底部鋪無紡布，顯著提高了地表下5～25 cm 處的根域溫度，促進了西瓜植株莖、葉及根系的生長，增加果實的可溶性固形物含量，改善了果實的品質，對西瓜單果質量影響不顯著[20]。

2.2 壟式

壟式是指在地上起兩條平行的壟，在兩壟之間壟溝里鋪上膜或地布，或者安裝基質槽。 土壟栽培處理能夠提高夜間根區平均溫度0.5℃左右，壟嵌基質栽培抗低溫能力要優于溝嵌基質栽培，但根區溫度穩定性較弱，壟嵌覆膜與溝嵌覆膜基質栽培能夠提高根區溫熱效應和產量，尤以壟嵌覆膜基質栽培效果更優[21-22]。

2.3 袋式

袋式栽培是將調配好的基質放入袋中用來種植西瓜，袋與袋之間相互獨立，移動方便。

總之，我國西瓜基質栽培大多采用人工、半人工管理的方式，種植模式的選擇要依據生產條件、機械化程度、管理水平綜合確定。 針對模式優缺點，適度調整密度、水肥供應及管理措施，將會實現預期的產量和質量目標。

3 西瓜基質栽培水肥應用

水肥管理是基質栽培西瓜成功與否的關鍵。 實現水肥量化控制管理是實現西瓜基質栽培精準化的基礎。 基質中可供西瓜利用的速效養分有限，西瓜主要靠輸送營養液供其生長發育。

3.1 營養液配方及要求

營養液是由植物生長發育所必需的各種營養元素的可溶性化合物科學配制而成的溶液。 科學的營養液配方、濃度，以及合理的營養液管理是提高園藝植物產量和品質的保障[23]。 馬超等[24]在西瓜專用基質配方草炭、珍珠巖、蛭石質量比為7∶3∶4 的基礎上，研究形成了西瓜基質栽培專用肥配方A： 硝酸鉀∶四水硝酸鈣為7∶4；配方B：磷酸二氫銨∶七水硫酸鎂為1∶1，并在北京地區大棚生產小型西瓜中大面積應用。 馬超等[24]研究制定了基質栽培西瓜不同生育時期營養液灌溉方案，確定了全生育期營養液EC 值均控制在1.5～2.5 mS/cm 之間， 其中苗期營養液EC 值控制在1.5～1.8 mS/cm 之間， 伸蔓期營養液EC 值控制在1.8～2.0 mS/cm 之間， 坐果期營養液EC 值控制在2.0～2.5 mS/cm 之間； 確定了整個生育期營養液pH適宜范圍在5.5～6.0 之間， 其中苗期營養液pH 在5.5～5.8 之間， 伸蔓期營養液pH 在5.8～6.0 之間，坐果期營養液pH 在5.8～6.0 之間。 王雪威[25]研究以豬糞、牛糞、羊糞的浸提液混合制作有機營養液配方，以豬糞為主的營養液能夠促進西瓜生長發育， 提高果實品質，更好地協調各個生長時期的養分分配。 但也有研究認為有機肥源是土壤栽培的優質肥源，但并不是基質栽培的理想肥源， 因其含有無益的礦物質和部分過量的重金屬元素， 使西瓜根部形成高鹽分脅迫環境，影響有益元素的吸收，其復雜的養分成分會影響基質栽培精準的養分管理， 不利于基質栽培的優質與安全。

3.2 營養液精準供應

針對設施西瓜研究與應用自動化的水肥管理技術十分必要。 西瓜不同生育階段對水肥的需求不同， 利用不同水肥組合， 采用滴灌水肥一體化分階段精準供應， 有效地提高了西瓜水肥利用率及產量和品質[22，26-27]。 灌溉用時序控制實現了自動定時定量灌溉[28]。 物聯網的水肥精準管控系統，可實現環境參數的實時監測、肥料間的配比調節、水肥量控制等功能，實現農業生產的網絡化、智能化、精準化管理[29]。

4 基質的重復利用

連作會危害西瓜生長發育， 使西瓜植株病蟲害增加、產量和品質降低。 西瓜基質栽培生產中無論采用何種基質，連作仍會造成一定的連作障礙，輕則影響西瓜生長發育特性及產量，重則導致絕收。 宋修超等[30]的研究表明西瓜栽培舊基質理化特性發生了顯著變化，氮素養分顯著下降，尖孢鐮刀菌的數量顯著增加，枯萎病發病率可達35%。 為降低基質成本而更換基質成分，或者對基質消毒而后進行重復利用，或者基質中添加生物菌劑， 有利于切斷病蟲害的傳播渠道，可有效地消減西瓜連作障礙。

4.1 基質消毒

棉隆是一種廣譜土壤熏蒸劑， 在土壤或基質中擴散對病菌、線蟲、雜草及地下害蟲均有殺滅作用，尤其殺線蟲的作用全面而持久。 舊基質經棉隆熏蒸消毒處理后，尖孢鐮刀菌數量均顯著減少，西瓜產量和單果質量與新基質相比均無顯著差異[31]，有些栽培模式利用棉隆進行基質原位熏蒸消毒， 不需要將基質集中，可節省人工成本。 舊基質利用導熱油外加熱的消毒設備滅菌能滿足西瓜生產需求[31]。 徐云煥等[32]對舊基質先淋洗后集中堆放，添加殺菌藥劑，用棚膜覆蓋封嚴，利用太陽熱高溫消毒30 d 以上，使基質的主要理化指標重回合理范圍， 可達到新基質的栽培效果。 除蒸汽消毒、化學消毒和太陽能消毒等消毒方法外，賈海遙等[33]設計了有機基質臭氧消毒設備，利用臭氧的消毒特性實現了對有機基質的消毒。

4.2 舊基質中添加微生物菌劑

陳子彪等[34]在栽培舊基質中添加枯草芽孢桿菌·粉紅粘帚霉菌劑，提高了基質中脲酶、堿性磷酸酶和硝酸還原酶活性，促進了西瓜幼苗的生長。 添加內生菌復合菌劑可以提高西瓜的枯萎病抗性[35]。采用混配菌劑的復合基質， 有效地改善了西瓜根際環境,顯著地提高了西瓜產量[36]。多黏類芽孢桿菌制成的微生物菌肥，有效降低了土壤中尖孢鐮刀菌數量，促進了西瓜根系生長[37]。 馬鳳捷等[38]發現婁徹式鏈霉菌能有效提高果實品質和土壤酶活性。

5 存在的問題

5.1 缺乏成本低又符合綠色標準的基質

現有的西瓜基質栽培生產成本高于土壤栽培，缺乏成本低又符合綠色標準的基質， 缺乏混配基質的規模化和標準化生產。

5.2 關鍵技術成熟度不夠

西瓜基質栽培與土壤栽培的生產管理模式存在著很大的差別。 現有的西瓜基質栽培新技術研究，多有局限性且停留在試驗階段，技術成熟度不夠，缺乏有深度的系統的應用性研究， 缺少集成創新各環節關鍵技術的綜合技術或規程。

5.3 缺乏專用西瓜品種

西瓜的生長發育和產量表現受遺傳和環境因素的共同影響，在基質栽培條件下，西瓜限根栽培技術與節水灌溉技術綜合運用， 不同西瓜品種的適應性和產量表現有很大差異。

5.4 肥害嚴重

在西瓜基質栽培中，常常重視營養液的配制，忽視基質營養液的電導率變化，造成根部鹽分脅迫，從而導致西瓜植株生理性失水萎焉。 盲目增加營養液中的某個營養元素的濃度，或跟外追肥，造成嚴重的“高濃度肥害”，出現水肥代謝障礙，嚴重時還會枯萎死亡。

6 前景展望與今后的研究方向

我國基質栽培的生產及開發在農業、林業、園藝等方面進入一個新的發展階段。 隨著人民生活水平的提高，對綠色優質產品的需求越來越多，對基質栽培生產綠色優質產品提出了更高的要求。 隨著基質栽培研究的不斷深入， 西瓜基質栽培的基質標準化生產、溫濕度的調控、營養液的配制和管理、病蟲害防治、 基質重復利用等多個技術將會取得突破性進展， 必將建立起有區域特色的節水節肥綠色高效的基質栽培技術，同時解決西瓜連作障礙問題，因此，國內西瓜基質栽培前景廣闊。

我國西瓜基質栽培今后的研究方向重點在以下幾個方面：①研究開發適合西瓜栽培的標準化、商品化、低成本、無污染的基質；②研究水肥耦合與水肥一體化應用技術， 建立不同生態區域的基質栽培水肥高效利用技術體系；③研究基質重復利用技術，解決連作障礙，提高資源高效利用和經濟效益；④研究基質栽培與西瓜生長、發育、產量、品質的關系，創新成套栽培技術； ⑤選育適合基質栽培的西瓜專用品種； ⑥研究基于物聯網的的設施基質栽培生產中精細化、網絡化、智能化管理；⑦研究綠色防控，優先采取生態控制、 農業防治和生物防治等友好型技術措施，確保生產綠色產品。