不同滴灌技術水肥耦合在設施黃瓜上的應用分析

doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.02.016

摘" 要：【目的】研究蘭州市黃壤土條件下不同滴灌方式對設施黃瓜生長發育及產量的影響。

【方法】分別運用滴箭式膜下滴灌、內鑲貼片式膜下滴灌、壟膜溝灌及水肥耦合處理方式對設施黃瓜理化性狀、產量和品質的影響，采用三因素三水平正交試驗，利用方差和回歸分析得出三因素影響的最優組合方案。

【結果】三因素對植株理化性狀的影響不大，但對其果實的理化性狀、產量、品質和水分利用率極顯著，影響順序為滴灌模式＞灌水量＞施肥量。三因素最優組合為滴箭式膜下滴灌：灌水量66.13 m3/hm2，施肥量為25.2 kg/hm2，日光溫室黃瓜的最高產量為256 942.52 kg/hm2。

【結論】滴箭式膜下滴灌和內鑲貼片式膜下滴灌均能在不影響設施黃瓜產量和品質的前提下，節水節肥節本，其中以滴箭式膜下滴灌效果最佳。

關鍵詞：設施黃瓜；內鑲貼片式膜下滴灌；滴箭式膜下滴灌；水肥耦合

中圖分類號：S642.2""" 文獻標志碼：A""" 文章編號：1001-4330（2024）02-0402-11

收稿日期（Received）：

2023-06-22

基金項目：

蘭州市科技計劃項目“生態高效微生物土壤調理技術研發與示范推廣”（2021-1-167）

作者簡介：

蒲明（1985-），女，甘肅清水人，高級農藝師，研究方向為土壤肥料與節水灌溉，（E-mail）547050027@qq.com

通訊作者：

宋學棟（1969-），男，甘肅靖遠人，副研究員，研究方向為土壤改良與節水灌溉，（E-mail）1275412291@qq.com

0" 引 言

【研究意義】黃瓜對水分需求量很大，黃瓜的產量與灌溉模式［1-2］與水分有密不可分的關系。壟膜溝灌技術是設施黃瓜主要應用的技術之一，可以滿足黃瓜生長所需水分，但若澆水量過大，很容易造成溫室內濕度太大，土壤通透性減弱，從而引發病蟲害的發生［3］。滴灌是一種水肥耦合［4-6］的節水灌溉技術，黃瓜是蘭州市高原夏菜主要的設施蔬菜之一。目前在蘭州市近郊溫室大棚內普遍應用的是內鑲貼片式滴灌帶［7］。近年來，多數研究成果主要集中在水肥一體化技術的應用。分析蘭州市黃壤土條件下不同滴灌方式對設施黃瓜生長發育及產量的影響，對篩選出設施黃瓜最佳滴灌模式有實際意義。【前人研究進展】張紅梅等［8］研究表明，水肥一體化技術相較于常規的水肥管理，可以提高黃瓜果實產量和品質。劉德成［9］也研究了不同灌水量和滴灌施肥方式下，黃瓜產量、水分利用率和品質都會受到影響。【本研究切入點】滴箭式膜下滴灌技術能夠根據作物的株距直接將滴箭插到作物根部，整個作物生長期地面始終保持干燥狀態，從而減少了地面水分蒸發的損耗，也降低了日光溫室的相對濕度，在低溫期提高了土壤溫度，增加了作物深層根系。目前對于滴箭式膜下滴灌對黃瓜生長發育、產量品質以及水分利用的研究較少。【擬解決的關鍵問題】在蘭州市黃壤土條件下，分析應用壟膜溝灌、內鑲貼片式滴灌膜下和滴箭式膜下滴灌對日光溫室黃瓜生理性狀、產量和品質的影響，評價不同灌溉方式的應用效果，以確定最優水肥耦合方案。

1" 材料與方法

1.1" 材 料

試驗于2021年1～8月在蘭州市七里河區魏嶺鄉綠化村設施蔬菜水肥一體化示范區內進行（103°48′E，35°55′N），平均海拔1 872 m，日光充足，干旱少雨，年無霜期為180～200 d，年平均氣溫9.6℃，年平均降水量344 mm，多集中在7～9月。選用棚齡2年以上的日光溫室大棚，大棚面積為600 m2。試驗地土壤為黃壤土，試驗前0～20 cm土層土壤有機質含量29.54 g/kg，全氮1.68 mg/kg，堿解氮165 mg/kg，速效磷119 mg/kg，速效鉀596 mg/kg，田間持水量21.8%。

供試黃瓜品種博耐889號，采用育苗移栽方式。供試肥料為大量元素水溶肥料（N-P2O5-K2O=16-6-36，N-P2O5-K2O≥58%，含硝態氮9%，微量元素0.2%～3.0%），沃夫特復合肥有限公司生產。

內鑲貼片式滴灌帶滴灌材料：水泵、PE主管、疊片式過濾器、水表、壓力表、三通、比例施肥泵、閘閥、PE硬管旁通閥、內鑲貼片式滴灌帶、堵頭等。

滴箭式滴灌帶滴灌材料：水泵、PE主管、閘閥（接自來水用）、疊片式過濾器、水表、壓力表、三通、比例施肥泵、旁通閘閥、PE硬毛管、滴箭、堵頭等。

1.2" 方 法

1.2.1" 試驗設計

采用正交試驗方法，設置滴灌模式（Q），施肥量（W）和灌水量（F）3個因素，每個因素3個水平，9個處理，3次重復，共設27個處理。小區長7.5 m、寬4 m（面積30 m2），每個小區定植96株。壟面寬80 cm，壟間距30 cm，壟高15 cm，每壟雙行定植，行距60 cm，株距40 cm，密度45 850 株/hm2。

黃瓜生育期劃分為苗期、開花期、坐果期、盛果期和末果期共5個生育階段。苗期不做水肥處理，統一灌水，共灌水900 m3/hm2；從開花期到末果期每5 d水肥一體化追肥補灌1次。春茬于1月13日定植，3月17日開始采收，6月23日拉秧。試驗期間根據種植季節春茬灌水共26次。表1

壟膜溝灌：常規經驗灌溉方式。起壟覆膜，灌溉水流在重力作用下隨溝不斷滲入土壤，操作簡便。

內鑲貼片式膜下滴灌：起壟覆膜，采用滴灌帶規格為Φ16 ，壁厚0.3 mm，管壁上開有出水孔，孔中心點距離 30 cm的專用滲灌管垂直于主水管（規格為Φ32）沿著壟的方向布設，額定流量為 3.0 L/h。

滴箭式膜下滴灌：起壟覆膜，滴灌帶規格為Φ16、壁厚0.8 mm，在與主管（規格為Φ32）間距60 cm處相接壓壟膜鋪設，在40 cm處與Φ3毛管相接，四式滴箭與毛管相接的單箭流量為1.0 L/h。箭頭于作物根系土層固定，便于水分吸收和養分利用。

1.2.2" 測定指標

1.2.2.1" 土壤理化性狀

在試驗未施基肥時期，每小區取5 個點采集0～20 cm土層的土壤樣品，混合均勻，土樣風干保存，用于測定土壤理化性狀。土壤理化性質采用以下檢測方法［10］：土壤有機質（重鉻酸鉀法）、全氮（凱氏定氮法）、堿解氮（擴散法）、有效磷（碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法）、速效鉀（火焰光度計法）。試驗中記錄黃瓜灌水施肥的時間和次數。

1.2.2.2" 黃瓜的生物指標

黃瓜幼苗定植后，每隔10 d每個小區隨機選取9株測定表觀形態指標（株高、莖粗、葉片數），株高為子葉到生長點的高度（卷尺測量），莖粗為子葉和第一片真葉間莖的直徑（游標卡尺測量）；在盛果期每隔20 d每小區隨機選取9條黃瓜對瓜長、瓜粗（用游標卡尺測定）、VC、可溶性糖含量進行測定。采用直接碘量法測定黃瓜果實中 VC 含量；采用苯酚法測定可溶性糖含量。每次采收的黃瓜稱量質量并記錄，統計小區產量，折算成每公頃產量。

1.2.2.3" 耗水量和水分利用率

黃瓜耗水量（ET）采用農田水分平衡法［11］計算：

ET=W+I+P+U-D .（1）

式中，ET為耗水量（mm）；W為一定時間內土層的儲水量（mm）；I為灌水量（mm）；P為降水量（mm）；U為地下水補給量（mm）；D為深層滲漏量（mm）。試驗設在溫室內進行，故P、U、D均可忽略不計，（1）式可以簡化為：ET=W+I.

WUE=Y/ET.（2）

式中，WUE為水分利用率（kg/m3）；Y為黃瓜產量（kg/hm2）；ET為耗水量（mm）。

1.3" 數據處理

數據經 Excel 整理后，采用SPSS 21和Orgin19進行方差分析、數學建模、回歸方程優化。

2" 結果與分析

2.1" 不同處理對黃瓜生理性狀的影響

研究表明，在三因素條件下，設施黃瓜的理化性狀不顯著（P＞0.05）。但是在Q和W、Q和F、W和F交互效應時，黃瓜的理化性狀表現顯著，在Q1因素下，黃瓜株高、莖粗最顯著的是W2、F2；在Q2因素下，黃瓜株高、莖粗最顯著的是W3、F2；在Q3因素下，黃瓜株高、莖粗最顯著的是W2、F3。W和F交互效應：黃瓜株高、莖粗隨著W和F的增加而增加，但是增加到一定程度就會逐漸降低。滴灌模式對黃瓜的理化性狀的影響不大，只與灌水施肥量有關。圖1

2.2" 不同處理黃瓜果實表觀性狀以及水分利用率WUE的影響

研究表明，滴灌模式、水肥耦合均對設施黃瓜的果實、產量、WUE的影響達到極顯著水平（P＜0.01）。三因素的主次順序是滴灌模式、灌水量、施肥量。Q1W2F2的黃瓜果實的直徑、長度、單株坐果數、單果質量以及WUE均為最大。膜下滴灌比較傳統壟膜溝灌，黃瓜植株吸收水分和養分更充分，水肥利用率更高。

滴箭式膜下滴灌相較壟膜滴灌，水肥減量14%～20%，黃瓜果實表觀性狀以及質量都沒有減少，WUE 還有所增高；WUE在膜下滴灌水肥模式下比壟膜溝灌可以增加4.77%～47.05%。WUE與灌水量成負相關，灌水量越多，WUE越小；WUE與施肥量成正相關，施肥量越多，WUE越大。表2

2.3" 不同處理對黃瓜產量以及品質的影響

2.3.1" 回歸模型的建立

研究表明，建立以X1（Q），X2（W），X3（F）為自變量，產量Y為因變量的三元二次回歸方程：

Y=20 691.227-237 371.971X1+359 794.185X2+42 384.875X3+54 134.926X12-19 171.786X22-16 170.181X32-63 906.707X1X2+49 933.322X1X3-48 845.21X2X3，R2=0.999.（3）

經檢驗F=2 060.72＞F0.01（8，18）=3.71，P＜0.05，方程回歸達到顯著水平，方程（3）擬合成功。

相同的分別建立以X1（Q），X2（W），X3（F）為自變量，Y1（VC含量）為因變量和Y2（可溶性糖含量）為應變量的三元二次回歸方程模型：

Y1=248.475X1+253.526X2-241.737X3-48.997X12-49.858X22-50.118X32-100.197X1X2+98.305X1X3+97.908X2X3-199.909，R12=0.989.（4）

Y2=247.809X1+248.789X2-246.487X3-49.423X12-49.598X22-49.666X32-99.276X1X2+98.926X1X3+98.856X2X3-198.996，R2=0.989. （5）

經檢驗F1=99.405，F2=98.737均＞F0.01（8，9）=5.47，P＜0.05，方程達到顯著水平，方程（4）、（5）擬合成功。

2.3.2" 單因子對黃瓜品質的影響

研究表明，黃瓜的產量隨著W、F的增加而增加，隨著Q的增加而降低，當達到一定值后又會隨著F的增加而降低；黃瓜的品質隨著Q、W的增加而增加，隨著F的增加而降低，當達到一定值后又會隨著Q、W的增加而降低。表3～4，圖2

2.3.3" 邊際效應對黃瓜產量、品質的影響

研究表明，把方程（3）、（4）、（5）回歸模型中的三因素中任意兩兩因素定為零水平，即得到邊際效應方程：dY/dX1=108 269.852X1-237 371.971，dY/dX2=359 794.185-38 343.572X2，dY/dX3=42 384.875-32 340.362X3；dY1/dX1=248.475-97.994X1，dY1/dX2=253.526-99.716X2，dY1/dX3=-241.737-100.236X3；dY2/dX1=247.809-98.846X1，dY2/dX2=248.789-99.196X2，dY2/dX3=-246.487-99.332X3。滴灌模式對黃瓜產量的作用為負效應，灌水量、施肥量對黃瓜的產量為正效應；三因素對黃瓜VC含量、可溶性糖含量的作用為負效應，隨著幅度的增加而減少。圖3，表5

2.3.4" 三因素交互效應對黃瓜產量和品質影響

研究表明，黃瓜產量三元二次方程存在W和F交互項、Q和W交互項、Q和F交互項。且其偏回歸系數均達到顯著水平，W和F、Q和W、Q和F對黃瓜產量的影響均存在交互效應。分別得到方程：

Y（1，2）=9 424.68-86 875.98X1+265 520.08X2+29 712.34X12-44 138.44X22-28 164.9X1X2，R2=0.87.

Y（1，3）=83 749.71-109 877.54X1+237 656.2X3+29 712.33X12-48 123.57X32-16 664.12X1X3，R2=0.55.

Y（2，3）=149 724.65X2+144 862.33X3-44 138.44X22-48 123.57X32+29 732.82X2X3-90 817.74，R2=0.90.

在相同滴灌模式條件下，隨著灌水量和施肥量用量的增加，黃瓜產量均是先升高后降低的趨勢。圖4

同樣的黃瓜品質三元二次方程存在W和F交互項、Q和W交互項、Q和F交互項。且其偏回歸系數均達到顯著水平，W和F、Q和W、Q和F對黃瓜產量的影響均存在交互效應。分別得到方程：

Y1（1，2）=1.669+2.457X1+5.735X2-0.038X12-0.703X22-1.278X1X2，R2=0.74.

Y1（1，3）=2.116+0.587X1+7.005X3-0.038X12-1.343X32-0.343X1X3，R2=0.84.

Y1（2，3）=0.702+2.845X2+5.985X3-0.703X22-1.343X32+0.168X2X3，R2=0.93.

Y2（1，2）=0.418X1+1.082X2+0.007X12-0.133X22-0.228X1X2-0.121，R2=0.71.

Y2（1，3）=0.133X1+1.32X3+0.007X12-0.243X32-0.085X1X3-0.084，R2=0.81.

Y2（2，3）=0.637X2+1.16X3-0.133X22-0.243X32-0.005X2X3-0.438，R2=0.95.

在相同滴灌模式下，隨著灌水量和施肥量的增加，黃瓜品質均是先升高后降低的趨勢。圖5，圖6

2.3.5" 優化方案

研究表明，灌水量為66.13 m3/hm2，施肥量為25.2 kg/hm2，日光溫室黃瓜的最高產量為256 942.52 kg/hm2。X1=1～2，X2=1.87～2.57，X3=1.88～2.57，即灌水量為58.05～73.55 m3/hm2，施肥量為23.814～26.61 kg/hm2，所對應的黃瓜產量超過167 809.96 kg/hm2；X1=1～2，X2=1.52～2.71，X3=1.5～2.65，即灌水量為52.8～70.65m3/hm2，施肥量為22.28～27.13 kg/hm2，所對應的VC超過9.87 mg/g，可溶性糖含量超過1.46%。表6～8

2.4" 不同滴灌模式對黃瓜成產效益

研究表明，Q1相比較Q3節水節肥分別為810 m3/hm2、56.7 kg/hm2，節約45.3%、23.08%，而Q1相比較Q2節水節肥分別為585 m3/hm2、4.05 kg/hm2，節約46.3%、46.15%，Q1的所需設備及安裝共70 882.5元，Q2則需要54 892.5元。與Q1相比，Q2能增加收益149 663.82元/hm2 。表9

3" 討 論

3.1" WUE與施肥量成正相關，施肥越多，WUE越大［12］。

壟膜溝灌由于灌水量過大，導致土壤的通透性降低，而影響作物根系吸收水分和養分。樊毅等［13］研究發現，滴灌對煙草生長、光合、產量和水分利用率各項指標的影響明顯優于溝灌。楊寧等［14］、杜社妮等［15］研究表明，膜下滴灌相比溝灌既可以改善和提高黃瓜的品質和質量，還可以節水節肥、提高水分利用率。膜下滴灌水肥模式比較壟膜溝灌水肥模式，黃瓜果實的直徑、長度、單株坐果數、果實品質及產量都顯著提高，膜下滴灌水肥模式比壟膜溝灌的WUE增加4.77%～47.05%［16-18］。研究表明，與膜下滴灌相比，溝灌有利于黃瓜生長發育以及果實VC的形成，與大部分研究得到的結論基本一致。張倩等［19］研究發現，滴灌相比溝灌可以顯著提高果實脫萼率，果實表觀性狀和產量，但溝灌的果實VC含量最高，與研究的結果不太一致。

3.2

艾則提古力·阿里木等［20］研究還發現，作物的生長勢和生理指標還與滲灌布設的深度有關系，相對較大埋深的灌溉方式有利于提高甜瓜的株高、莖粗、果實品質等。研究探討的滴箭式膜下滴灌相比覆設于土壤表層的內鑲貼片式膜下滴灌更貼近作物根系，研究表明滴箭式膜下滴灌相較內鑲貼片式膜下滴灌節水節肥分別為45.3%、23.08%；相比內鑲貼片式膜下滴灌，膜下滴灌更有利于產量形成和提高經濟效益。王霞玲［21］研究發現滴箭式滴灌有利于黃瓜生長發育整個階段黃瓜株高和葉面積的生長，但其營養生長過強，會產生“化瓜”現象。此類表現在研究中尚未發現。也有研究表明，滴箭式膜下滴灌滴頭易堵塞，水肥耦合時有引起根層土壤鹽分濃度的升高、土壤滋生病菌的風險［22］。

4" 結 論

滴灌模式、灌水量和施肥量三因素，滴灌模式對設施黃瓜植株理化性狀的影響不大，只與灌水量、施肥量有關。但滴灌模式對其果實的理化性狀、產量、品質和WUE的影響顯著，即順序為滴灌模式＞灌水量＞施肥量。最優組合方案為滴箭式膜下滴灌，灌水量為66.13 m3/hm2，施肥量為25.2 kg/hm2，日光溫室黃瓜的產量最高達到256 942.52 kg/hm2。膜下滴灌，灌水量為52.8～70.65 m3/hm2，施肥量為22.28～27.13 kg/hm2，所對應的果實VC含量和可溶性糖含量最為理想。滴箭式摸下滴管效果最佳。

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Application analysis of water and fertilizer coupling of different drip irrigation techniques on facility cucumber

PU Ming1，SONG Xuedong1，ZHANG Peng1，ZHANG Mingmin2， ZHANG Daiyu3，XUE Lian1，YUAN Ning1，WANG Haipeng1，GAO Tiegong1

（1. Lanzhou Agricultural Science and Technology Research and Promotion Center， Lanzhou 730010， China； 2. Xigu District Agricultural Technology Extension Station， Lanzhou 730060， China; 3. Qilihe District Agricultural Technology Extension Station， Lanzhou 730050， China）

Abstract：【Objective】 To explore the effects of different drip irrigation methods on the growth and yield of cucumber under the condition of yellow loam in Lanzhou.

【Methods】" The effects of drip irrigation under mulch， under drip irrigation， under mulch with inner patch， under ridge film furrow irrigation and by water and fertilizer coupling treatment on physiological traits， yield and quality of cucumber were investigated.The orthogonal test of three factors and three levels was used， and the optimal combination scheme of three factors was obtained by variance analysis and regression.

【Results】" The three factors had little effect on the physical and chemical properties of the plant， but significant effects on the physical and chemical properties， yield， quality and WUE of the fruit.The order of influence was drip irrigation mode gt; irrigation amount gt; fertilization amount.The optimal combination of three factors was determined as follows：drip arrow drip irrigation under film， irrigation amount of 66.13 m3/hm2， fertilization amount of 25.2 kg/hm2， and the highest yield of cucumber in solar greenhouse was 256，942.52 kg/hm2.

【Conclusion】 Both drip arrow drip irrigation and inlaid patch drip irrigation saved water and fertilizer and cost as well without affecting the yield and quality of cucumber.Among them， drip-arrow drip irrigation under film had the best effect and was worthy of promotion.

Key words：facility cucumber; inlaid patch type drip irrigation under film; drip irrigation under film; water fertilizer coupling

Fund project： Lanzhou S amp; T Program Project \"Research and Development and Demonstration of Eco-efficient Microbial Soil Conditioning Technology\"（2021-1-167）

Correspondence author：

SONG Xuedong（1969-），male， from Jingyuan Gansu， asociate researcher， researching on soil improvement and water-saving irrigation，（E-mail）1275412291@qq.com