馬忠明，杜少平，薛　亮

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，蘭州 730070）

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滴灌施肥條件下砂田設(shè)施甜瓜的水肥耦合效應(yīng)

馬忠明，杜少平，薛亮

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，蘭州 730070）

摘要：【目的】傳統(tǒng)水肥管理是限制砂田設(shè)施甜瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素。研究滴灌施肥條件下砂田設(shè)施甜瓜的水肥耦合效應(yīng)，為該產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐?！痉椒ā吭诘喂嗍┓蕳l件下，采用“311-B”D飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)，建立甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)與水肥的回歸模型，分析各因素的單因素效應(yīng)、交互效應(yīng)和邊際效應(yīng)，確定砂田設(shè)施甜瓜滴灌高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的適宜施用量?！窘Y(jié)果】建立了甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)與灌水、氮肥、鉀肥的回歸模型；因素效應(yīng)分析結(jié)果表明，影響甜瓜產(chǎn)量的主要因素是氮肥用量，其次是灌水量和鉀肥用量；影響甜瓜品質(zhì)的主要因素是鉀肥用量，再其次是灌水量和氮肥用量；甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)均隨著水、肥用量的增加而先增加后降低。水、氮、鉀相對(duì)于甜瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的交互效應(yīng)也存在差異，在產(chǎn)量影響方面，對(duì)水而言，氮的交互效應(yīng)大于鉀；對(duì)氮而言，水的交互效應(yīng)大于鉀；對(duì)鉀而言，氮的交互效應(yīng)大于水。而在品質(zhì)方面，對(duì)水而言，鉀的交互效應(yīng)大于氮，對(duì)氮而言，鉀的交互效應(yīng)大于水，對(duì)鉀而言，氮的交互效應(yīng)大于水。某一單一因子投入量偏高或偏低均不利于甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的形成，而由于水肥間的交互作用，兩者配施則對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的提高具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用?！窘Y(jié)論】綜合考慮水、氮、鉀對(duì)甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，滴灌條件下，砂田設(shè)施甜瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水肥方案為：灌溉定額為786—796 m3·hm-2、施肥量N為170—227kg·hm-2、K2O為227—246 kg·hm-2，可作為砂田設(shè)施滴灌條件下的灌溉施肥優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：甜瓜；滴灌施肥；砂田；水肥耦合

聯(lián)系方式：馬忠明，E-mail：mazhming@163.com

0 引言

【研究意義】“三膜一砂”是指“大棚+小拱棚+地膜+砂田”的栽培模式，是近年來將傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合，在傳統(tǒng)砂田基礎(chǔ)上探索出的甜瓜栽培新模式。該項(xiàng)栽培技術(shù)較傳統(tǒng)砂田地膜種植甜瓜可提前成熟20—30 d，經(jīng)濟(jì)效益增加4.5×104—7.5× 104元/hm2［1-2］。這一國內(nèi)首創(chuàng)的農(nóng)業(yè)新技術(shù)，加快了甜瓜產(chǎn)業(yè)在甘肅的發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)?shù)刂еa(chǎn)業(yè)和農(nóng)民主要經(jīng)濟(jì)來源。但受傳統(tǒng)水肥管理模式的影響，“三膜一砂”甜瓜栽培仍沿用大水漫灌加肥料撒施，傳統(tǒng)的水肥管理模式和盲目的施用量不僅導(dǎo)致水肥利用率低，還造成膨果期“爛瓜”和“砂土混合”的危害，不利于果實(shí)的膨大和糖分的積累，同時(shí)造成地下水硝酸鹽污染等一系列嚴(yán)重的環(huán)境污染問題［3-4］。因此，水肥管理是限制“三膜一砂”甜瓜栽培模式發(fā)展的主要障礙因素之一。使用滴灌可實(shí)現(xiàn)水肥一體化管理，可使水分和養(yǎng)分集中在作物根區(qū)精準(zhǔn)滿足作物需求［5-7］，有利于作物的生長，具有節(jié)水、省肥、增產(chǎn)和改善作物品質(zhì)的效果［8-9］。因此，進(jìn)行砂田設(shè)施甜瓜滴灌條件下的水肥精量施用技術(shù)研究，對(duì)“三膜一砂”甜瓜栽培技術(shù)的完善和甜瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】水分和養(yǎng)分是作物生長發(fā)育的重要影響因素［10］。灌水量顯著影響甜瓜的生理生長、產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)［11］，甜瓜葉片細(xì)胞液濃度隨灌溉水量的增加而降低，而株高、莖粗、葉面積及葉綠素含量則隨灌水量的增加表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)［12］；甜瓜單瓜重及產(chǎn)量隨灌水量的增加而提高，較低或較高灌水量均會(huì)降低甜瓜品質(zhì)及水分利用效率［13-14］。水肥一體化是發(fā)達(dá)國家瓜田施肥灌水的主要方式，CALLEGARI等［15］研究表明，在水肥一體化條件下施N 79.5 kg·hm-2和施K2O 88.5 kg·hm-2時(shí)甜瓜產(chǎn)量最高；另外，SHARMA［16］和MILLER等［17］研究表明，分別在西甜瓜種植中采用膜下滴灌水肥一體化措施，鉀肥的供應(yīng)量可以降低40％，總體上可以節(jié)肥29％。滴灌水肥一體化技術(shù)已普遍應(yīng)用于中國西甜瓜生產(chǎn)中，葉林等［18］對(duì)日光溫室厚皮甜瓜研究發(fā)現(xiàn)，氮、磷、鉀三因子對(duì)甜瓜產(chǎn)量影響的大小順序?yàn)榱祝镜锯?，?dāng)?shù)?、磷、鉀施用比例?∶1 ∶1時(shí)，甜瓜產(chǎn)量最高；而陳波浪［19］、胡國智［20］等在新疆地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，甜瓜全生育期內(nèi)對(duì)氮、磷、鉀的需求量不同，吸收比例N∶P2O5∶K2O為1∶0.30 ∶2.53；薛亮等［21］在甘肅河西綠洲灌區(qū)的研究表明，施肥對(duì)甜瓜產(chǎn)量、可溶性固形物和經(jīng)濟(jì)效益的影響順序?yàn)榈锯洠玖?，甜瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效益的氮、磷、鉀施肥比例為1∶0.51∶0.34。合理的灌水量和施氮量有利于促進(jìn)甜瓜根系生長，進(jìn)而提高產(chǎn)量、品質(zhì)以及水氮利用效率［22-23］?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以往對(duì)甜瓜生長的水肥研究是在土田條件下進(jìn)行，且大多是關(guān)于灌溉定額和施肥量等單因素方面的研究，缺少水肥一體化對(duì)甜瓜生長的研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)通過“三膜一砂”滴灌栽培模式下水肥對(duì)甜瓜產(chǎn)量及品質(zhì)主效因子的效應(yīng)分析，評(píng)價(jià)其增產(chǎn)提質(zhì)效果，確定科學(xué)合理的灌水量和施肥量，為“三膜一砂”甜瓜滴灌高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供可借鑒的水肥管理技術(shù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2014年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院皋蘭試驗(yàn)站進(jìn)行。

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

甘肅省蘭州市皋蘭縣什川鎮(zhèn)是甘肅省優(yōu)質(zhì)果品的重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)，屬溫帶半干旱氣候區(qū)。海拔1 500 m，年平均降水量266 mm，年平均日照時(shí)數(shù)為2 768.7 h，年平均氣溫8.4℃，年平均日溫差9.3—11.2℃，年平均最高氣溫36℃，年平均最低氣溫-15.4℃，年平均無霜期210 d。試驗(yàn)地為6年的砂田，砂層厚8—10 cm，砂層下0 —20 cm土壤養(yǎng)分狀況為全鹽0.17 ms·cm-1，pH 8.16，有機(jī)質(zhì)含量為16.73 g·kg-1，堿解氮為102.67 mg·kg-1，速效磷為77.62 mg·kg-1，速效鉀為225.80 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試甜瓜品種為‘臺(tái)龍二號(hào)’，屬早熟厚皮甜瓜品種，是甘肅及同類生態(tài)區(qū)早春設(shè)施甜瓜種植區(qū)的主栽品種。供試肥料氮肥為尿素（N 46％）、磷肥為過磷酸鈣（P2O512％）、鉀肥為硫酸鉀（K2O 50％）。

滴灌施肥采用壓差式注肥裝置，設(shè)備主要由水源、水泵、旋翼式水表、壓差式施肥罐、輸配水管道系統(tǒng)等組成。滴灌管為內(nèi)鑲式圓柱滴頭滴灌管，直徑 9.6 mm，壁厚1.0 mm，額定流量3 L·h-1，滴頭間距30 cm，額定工作壓力100 kPa。整套滴灌施肥系統(tǒng)由甘肅大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在當(dāng)?shù)厣疤锼芰洗笈飪?nèi)進(jìn)行，采用水（W）、氮（N）、鉀（K）3因子5水平“311-B”D飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)［24］。試驗(yàn)設(shè)11個(gè)處理，增加了1個(gè)最低碼值處理作為對(duì)照。為保持原方案的優(yōu)良性，新增處理不參加回歸分析。試驗(yàn)3次重復(fù)，隨機(jī)排列，小區(qū)面積為14.5 m2，每小區(qū)種植35株，種植密度均為24 600 株/hm2，其中株距45 cm，行距90 cm。在小區(qū)之間埋設(shè)120 cm深的地膜作為隔離層防止水肥相互滲透。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的碼值方案見表1。

表1　 “311-B”最優(yōu)混合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Table 1 Experimental design scheme of “311-B”

1.4 種植管理

試驗(yàn)于2014年2月初育苗，3月15日進(jìn)行大棚定植，6月11日收獲。采用“三膜一砂”種植方式，即塑料大棚+小拱棚+地膜+砂田，滴灌處理均采用膜下滴灌，即甜瓜定植前先在種植行鋪設(shè)滴灌帶，再覆地膜，定植后再扣小拱棚。所有處理均采用12蔓整枝方式，即當(dāng)主蔓長到8片葉時(shí)摘心，選留4條健壯的子蔓，子蔓長到4—5片葉時(shí)摘心，每條子蔓留3條孫蔓，每株只留1個(gè)瓜，其他管理措施按當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣。

在每小區(qū)各安裝一個(gè)閥門和水表以精確控制每次灌水量和生育期灌水量。苗期灌水量占總灌溉量的5％，滴灌1次；伸蔓期至坐果期占45％，每間隔10 d滴灌1次；坐果后至成熟期占50％，每間隔7 d滴灌1次。各處理氮肥30％、磷肥100％、鉀肥40％做底肥，苗期氮肥10％、伸蔓期至坐果期氮肥30％，鉀肥20％、坐果后至成熟期氮肥30％、鉀肥40％隨滴灌輸送到甜瓜根部。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在成熟期，每小區(qū)隨機(jī)選取10個(gè)瓜計(jì)算單瓜重，統(tǒng)計(jì)小區(qū)總瓜數(shù)，計(jì)算甜瓜產(chǎn)量。使用手持式折光儀測(cè)定可溶性固形物含量。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

甜瓜品質(zhì)綜合評(píng)分參考趙鍇等［25］對(duì)洋蔥品質(zhì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，將某一處理品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定值占最佳處理同一指標(biāo)測(cè)定值的百分?jǐn)?shù)作為該處理品質(zhì)指標(biāo)的實(shí)際得分，各處理所有品質(zhì)指標(biāo)得分權(quán)重值之和，即為該處理品質(zhì)的綜合得分。其中最佳中糖值為18％，邊糖值為14％，本試驗(yàn)擬定中糖、邊糖權(quán)重分別為0.5。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用Excel 2003和SPSS19.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果

2.1 產(chǎn)量和品質(zhì)回歸模型的建立

表2為不同處理甜瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的測(cè)定結(jié)果。以水、氮、鉀編碼值（表1）為自變量和產(chǎn)量（表2）為因變量進(jìn)行三元二次回歸分析，得出甜瓜產(chǎn)量與灌水量、施氮量和施鉀量之間的三元二次回歸模型：

式中：Y為產(chǎn)量，W為灌溉定額，N為施氮量，K為施鉀量。

經(jīng) F檢驗(yàn)（F=494.18，sig.=0.0349），該模型回歸關(guān)系顯著，能夠反映灌水、施氮、施鉀與產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系，可對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

同理，可求得甜瓜品質(zhì)與灌水量、施氮量和施鉀量之間的三元二次回歸模型：

式中：Q為品質(zhì)，W為灌溉定額，N為施氮量，K為施鉀量。

經(jīng) F檢驗(yàn)（F=3024.9，sig.=0.0068），該模型回歸關(guān)系顯著，能夠反映灌水、施氮、施鉀與品質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系，可對(duì)品質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

表2　不同水肥處理甜瓜產(chǎn)量與品質(zhì)Table 2 The yield and quality of melon under different water and fertilizer treatments

2.2 產(chǎn)量和品質(zhì)模型的因子效應(yīng)分析

2.2.1 主因子效應(yīng)分析 分析模型（1）和模型（2）中的一次項(xiàng)偏回歸系數(shù)看出，各因素對(duì)產(chǎn)量的影響次序表現(xiàn)為 N＞W(wǎng)＞K，說明在此栽培模式下氮肥對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，其次為灌水，再次為鉀肥。各因素對(duì)產(chǎn)量的交互效應(yīng)大小次序?yàn)镹W＞NK＞KW，說明水氮互作對(duì)甜瓜生長起主導(dǎo)作用。各因素對(duì)品質(zhì)的影響次序?yàn)?K＞N＞W(wǎng)，說明在此栽培模式下鉀肥決定品質(zhì)的優(yōu)劣，其次是氮肥，灌水多少對(duì)品質(zhì)的影響較小。

2.2.2 單因子效應(yīng)分析 對(duì)回歸模型（1）進(jìn)行降維，分別得到水、氮、鉀與產(chǎn)量的單因子效應(yīng)方程（3）、（4）和（5）及產(chǎn)量效應(yīng)變化（圖1）：

圖1　甜瓜產(chǎn)量的水、氮、鉀單因素效應(yīng)Fig. 1 Single effect of irrigation， nitrogen and potassium on melon yield

從圖1看出，各因素的產(chǎn)量單因素效應(yīng)均為拋物線，產(chǎn)量均隨著施用量的增加而增加，到達(dá)最適投入量時(shí)，產(chǎn)量最高。但投入量繼續(xù)加大，產(chǎn)量則隨之減小。分析得出，在該種植模式下，達(dá)到最大產(chǎn)量時(shí)，最優(yōu)灌溉定額為961.57 m3·hm-2，此時(shí)產(chǎn)量可達(dá)43 435.2 kg·hm-2；氮的最佳投入量為218.51 kg·hm-2，此時(shí)產(chǎn)量可達(dá)43 411.16 kg·hm-2；鉀的最佳投入量為249.14 kg·hm-2，此時(shí)產(chǎn)量可達(dá)43 098.62 kg·hm-2。

對(duì)回歸模型（2）進(jìn)行降維，分別得到水、氮、鉀與品質(zhì)的單因子效應(yīng)方程（6）、（7）和（8）及品質(zhì)效應(yīng)變化（圖2）：

圖2　甜瓜品質(zhì)的水、氮、鉀單因素效應(yīng)Fig. 2 Single effect of water， nitrogen and potassium on melon quality

從圖2看出，各因素的品質(zhì)效應(yīng)也呈拋物線變化，與產(chǎn)量的單因素效應(yīng)表現(xiàn)相似的變化規(guī)律，表明適宜的施用量可提高甜瓜的品質(zhì)。但投入量超過適宜值，品質(zhì)則隨之變差。分析得出，在該種植模式下，達(dá)到最佳品質(zhì)時(shí)最優(yōu)灌溉定額為752.53 m3·hm-2，此時(shí)品質(zhì)可達(dá)91.78分；氮的最佳投入量為256.37 kg·hm-2，此時(shí)品質(zhì)可達(dá)92.27分；鉀的最佳投入量380.16 kg·hm-2，此時(shí)品質(zhì)可達(dá)94.28分。

2.2.3 邊際效應(yīng)分析 對(duì)單因素效應(yīng)方程（3）、（4）和（5）求一階偏導(dǎo)，分別得到水、氮和鉀的邊際效應(yīng)方程（9）、（10）和（11），將不同編碼值代入，并令 dy/dx=0，求得各因素的邊際產(chǎn)量效應(yīng)隨著投入量的增加的變化情況（圖3）。從圖3看出，各因素邊際效益隨投入量的增加均呈遞減趨勢(shì)，以施氮量的邊際效益遞減率最大，灌水量次之，鉀肥的邊際效益遞減率最小。隨著投入量的增加，邊際效益遞減，甚至出現(xiàn)負(fù)效益。

圖3　甜瓜產(chǎn)量的單因素邊際效益Fig. 3 Marginal benefit of each factor on melon yield

2.2.4 耦合效應(yīng)分析 產(chǎn)量回歸模型中水氮、水鉀和氮鉀的耦合項(xiàng)偏回歸系數(shù)均達(dá)顯著水平，說明各因素間對(duì)產(chǎn)量存在顯著的耦合效應(yīng)。分別將產(chǎn)量回歸模型中的水、氮和鉀固定在0碼值，可以分別得到其耦合效應(yīng)方程（12）、（13）和（14）：

依據(jù)方程（12）、（13）和（14），得到任意兩因素對(duì)產(chǎn)量的耦合效應(yīng)圖（圖4）。從圖4看出，在試驗(yàn)編碼值內(nèi)，水氮、氮鉀和水鉀對(duì)產(chǎn)量的耦合效應(yīng)均呈拋物線曲面，產(chǎn)量先升高后降低，符合報(bào)酬遞減定律。對(duì)水而言，氮的交互效應(yīng)大于鉀；對(duì)氮而言，水的交互效應(yīng)大于鉀；對(duì)鉀而言，氮的交互效應(yīng)大于水。任何單因素的偏高或偏低均不利于產(chǎn)量的形成，而優(yōu)化各因素的投入量，可提升產(chǎn)量。由圖4分析得出，本試驗(yàn)條件下，甜瓜產(chǎn)量在40 000 kg·hm-2以上的水氮互作區(qū)間為灌水量771.58—1 198.93 m3·hm-2，施氮量145.78—291.08 kg·hm-2；水鉀互作區(qū)間為灌水量771.58—1 198.93 m3·hm-2，施K2O量102.04—395.91 kg·hm-2；氮鉀互作區(qū)間為施氮量 145.78—291.08 kg·hm-2，施K2O量151.02—395.91 kg·hm-2。

對(duì)品質(zhì)回歸模型（2）進(jìn)行降維，得到兩因素耦合對(duì)品質(zhì)影響的效應(yīng)圖（圖5）。從圖5可以看出，對(duì)水而言，鉀的交互效應(yīng)大于氮，在相同灌水量條件下，鉀的提質(zhì)作用大于氮，但均隨灌水量的增加表現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)，甜瓜最優(yōu)品質(zhì)分別出現(xiàn)在中水中氮和中水高鉀的區(qū)域；對(duì)氮而言，鉀的交互效應(yīng)大于水，在相同氮水平下，甜瓜品質(zhì)隨灌水量的增加先提高后降低，而隨施鉀量的增加而增加，且均隨施氮量的增加表現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)，甜瓜最優(yōu)品質(zhì)分別出現(xiàn)在中水中氮和中氮高鉀的區(qū)域；對(duì)鉀而言，氮的交互效應(yīng)大于水，在相同鉀水平下，氮的提質(zhì)作用較水明顯，甜瓜品質(zhì)均隨著施鉀量的增加而提高，最優(yōu)品質(zhì)分別出現(xiàn)在中水高鉀和中氮高鉀的區(qū)域。

圖4　甜瓜產(chǎn)量的因子交互效應(yīng)Fig. 4 The interaction mutual effects of melon yield

圖5　甜瓜品質(zhì)的因子交互效應(yīng)Fig. 5 The interaction mutual effects of melon quality

2.3 灌溉施肥方案的選優(yōu)

在分析各單項(xiàng)因素效應(yīng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過水肥耦合優(yōu)化方案模擬尋優(yōu)，得出了產(chǎn)量超過35 t·hm-2的灌溉施肥方案（表3）和品質(zhì)綜合評(píng)分在85分以上的灌溉施肥方案（表4）。從表3看出，當(dāng)灌溉定額為786.04 —932.03 m3·hm-2、施氮量169.66—227.00 kg·hm-2、施K2O量163.01—246.09 kg·hm-2時(shí)可取得35 t以上的產(chǎn)量。當(dāng)灌溉定額為 696.44—795.92 m3·hm-2、施氮量166.59—227.17 kg·hm-2、施 K2O量 227.26—289.58 kg·hm-2時(shí)品質(zhì)綜合評(píng)分可達(dá)到85分以上。通過分析對(duì)比，綜合考慮產(chǎn)量和品質(zhì)，得出“三膜一砂”甜瓜滴灌水肥一體化高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的適宜灌溉定額為 786—796 m3·hm-2、施肥量氮為170—227 kg·hm-2、K2O為227—246 kg·hm-2。

3 討論

近年來，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)在中國的迅猛發(fā)展，西北干旱半干旱區(qū)的傳統(tǒng)砂田也逐漸步入設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展之路。與大田耕作環(huán)境相比，設(shè)施內(nèi)環(huán)境發(fā)生了明顯變化，因而環(huán)境調(diào)控和水肥管理必將發(fā)生根本性變化。砂田設(shè)施農(nóng)業(yè)是一項(xiàng)新的旱作農(nóng)業(yè)栽培模式，從目前看，其配套的栽培技術(shù)仍很落后，農(nóng)民往往將露地栽培水肥管理的習(xí)慣直接移植于砂田設(shè)施栽培中，導(dǎo)致砂田設(shè)施栽培產(chǎn)值低、土壤環(huán)境變劣、連作障礙加重和砂田使用年限縮短等一系列經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和環(huán)境問題。為此，本試驗(yàn)率先開展了設(shè)施砂田甜瓜滴灌水肥一體化技術(shù)研究，對(duì)“三膜一砂”設(shè)施甜瓜栽培水肥管理技術(shù)的完善和該產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要的意義。

表3　 甜瓜產(chǎn)量超過35 000 kg·hm-2的因素取值頻率分布Table 3 Frequency distribution of the factors for yield over 35 000 kg·hm-2

表4　甜瓜品質(zhì)綜合評(píng)分超過85分的因素取值頻率分布Table 4 Frequency distribution of the factors for quality over 85

關(guān)于甜瓜栽培過程中的適宜灌水量和施肥量前人已進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，而以往的研究多集中在從灌溉方式、灌溉時(shí)間及灌溉量［11-14］或者不同的氮、磷、鉀水平等［15-19］單方面的因素來尋找最佳處理，較少綜合考慮水肥協(xié)同效應(yīng)，且不同區(qū)域內(nèi)的甜瓜品種、土壤類型及栽培模式下的適宜灌水量和優(yōu)化施肥量間差異也較大。本試驗(yàn)在“三膜一砂”甜瓜滴灌種植模式下，采用“311-B”D飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)，分別建立了水（W）、氮（N）、鉀（K）3因子與甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的回歸數(shù)學(xué)模型。單因子效應(yīng)分析表明，各因素對(duì)甜瓜產(chǎn)量影響的順序?yàn)榈∟）＞水（W）＞鉀（K），對(duì)品質(zhì)影響的順序?yàn)殁洠↘）＞氮（N）＞水（W）；而姚靜等［26］研究表明，在日光溫室滴灌條件下，水、氮、磷、鉀各因素影響甜瓜產(chǎn)量的順序?yàn)镵＞P＞水＞N；沈暉等［27］通過對(duì)寧夏中部露地壓砂地甜瓜膜下滴灌水肥耦合效應(yīng)研究表明，各因素對(duì)產(chǎn)量的影響順序?yàn)楣嗨浚臼┝琢浚臼┑?，這可能與甜瓜品種、土壤肥力及栽培模式等因素有關(guān)。由此可見，在“三膜一砂”甜瓜栽培模式下，氮肥和鉀肥仍是影響甜瓜取得高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的主要因素。李毅杰等［28］研究表明，適宜的田間持水量有利于甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的同步提高，田間持水量過低或過高均不利于甜瓜可溶性固形物、可溶性糖、維生素C及可溶性蛋白質(zhì)等品質(zhì)指標(biāo)的形成；王堅(jiān)［29］、OSAKI［30-31］和 MOLLIER［32］等的研究一致認(rèn)為，甜瓜對(duì)氮素最為敏感，氮過量不僅抑制可溶性糖含量的增加和甜瓜對(duì)磷、鉀素的吸收，進(jìn)而影響產(chǎn)量。鉀素關(guān)乎同化物的吸收和甜瓜單糖、雙糖的合成，甜瓜特征香氣含量隨鉀肥施用量的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，以適量鉀肥處理為最佳，果實(shí)品質(zhì)最好［33］。

本試驗(yàn)中各因素交互作用都表現(xiàn)出對(duì)甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)的促進(jìn)作用。對(duì)甜瓜產(chǎn)量而言，水與氮呈正交互作用，且其交互效應(yīng)最大，這與FLOCKER［34］和姚靜［26］等的研究結(jié)果基本一致，表明水氮仍是多數(shù)地區(qū)作物產(chǎn)量提高的主要因素，因此，多數(shù)學(xué)者更注重研究水氮耦合對(duì)作物生長的影響。對(duì)甜瓜品質(zhì)而言，水、氮、鉀之間均為負(fù)交互作用，且水、鉀的負(fù)效應(yīng)最小，水、氮的負(fù)效應(yīng)最大，這也是實(shí)際生產(chǎn)中多數(shù)農(nóng)民一味追求高產(chǎn)而加大水、氮投入，為降低生產(chǎn)成本而減少鉀肥投入，最終導(dǎo)致甜瓜高產(chǎn)劣質(zhì)的主要原因。同時(shí)可以看出，水對(duì)甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用。適宜的灌水可提高肥料利用率，合理的施肥也可提高水分利用率［5，35-36］。因此，在水肥管理中應(yīng)強(qiáng)調(diào)“以水定產(chǎn)，以肥調(diào)水，以水促肥”理論的重要性，綜合考慮作物產(chǎn)量和品質(zhì)需求，科學(xué)合理確定灌溉施肥制度。

4 結(jié)論

4.1 單因素對(duì)甜瓜產(chǎn)量影響的大小次序?yàn)榈舅锯?，?duì)甜瓜品質(zhì)影響大小次序?yàn)殁洠镜舅?，氮是影響甜瓜產(chǎn)量的主要因素，鉀是影響甜瓜品質(zhì)的主要因素。甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)均隨著水、肥投入量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，合理的水肥管理是甜瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)。

4.2 各因素對(duì)甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)具有明顯的交互效應(yīng)，其中水、氮交互對(duì)甜瓜產(chǎn)量表現(xiàn)為最大正效應(yīng)，而對(duì)甜瓜品質(zhì)表現(xiàn)為最大負(fù)效應(yīng)。水、氮對(duì)甜瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的變化起到主導(dǎo)作用，應(yīng)從甜瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)角度出發(fā)，制定科學(xué)合理的水肥管理制度。

4.3 本試驗(yàn)條件下，甜瓜產(chǎn)量超過35 t·hm-2的灌水量為 786.04—932.03 m3·hm-2、施肥量為 N 169.66—227.00 kg·hm-2、K2O 163.01—246.09 kg·hm-2；甜瓜品質(zhì)綜合評(píng)分在 85分以上的灌水量為 696.44—795.92 m3·hm-2、施肥量為 N 166.59—227.17 kg·hm-2、K2O 227.26—289.58 kg·hm-2。通過分析對(duì)比，得出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)“三膜一砂”甜瓜水肥一體化條件下的適宜灌水量為786—796 m3·hm-2、施肥量為N 170—227 kg·hm-2、K2O 227—246 kg·hm-2。

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（責(zé)任編輯 趙伶俐）

Coupling Effects of Water and Fertilizer on Melon in Plastic Greenhouse of Gravel-Mulched Field Under Drip Fertigation

MA Zhong-ming， DU Shao-ping， XUE Liang
（Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070）

Abstract：【Objective】The traditional management patterns of water and fertilizer is a limiting factor for the development of melons in a plastic greenhouse of a gravel-mulched field. So the study of the coupling effect of water and fertilizer on melons under drip fertigation has attached great importance to the sustainable development of the greenhouse melon industry in gravel-mulched fields. 【Method】The water and fertilizer effective equations about yield and quality were set up by adopting a “311-B” D optimized saturation design method under the condition of drip fertigation， and the optimal schemes of water and fertilizer were established by means of an analytical model. 【Result】According to the data obtained， mathematical regression models were set up based on the yield and quality respectively by quadratic regression analysis， in which water， N， and K were independent variables and the melon yield and quality parameters were dependent variables. The model analysis shows that water， N， and K significantly influence the melon yield and quality parameters， the influenced order of different factors on the melon yield as N＞water＞K and on the quality as K＞N＞water， the yield and quality increased and then decreased as water， N， and K rates increased. The interaction effects among these factors were positive on the melon yield and quality， with the influenced order as water and N＞N and K＞water and K. Theinteraction effects of water and N was the biggest positive influence on the melon yield but negative on quality. The single factor is high or low and is not conducive to the formation of melon production， and due to the interaction effect， the combined application of water， N， and K has a stronger role in promotion of the yield and quality. 【Conclusion】According to the optimal effect function model recommendation， the optimum combinations of water， N， and K2O rates ranged from 786 to796 m3·hm-2，170 to 227 kg·hm-2，and 227 to 246 kg·hm-2， in which melon yield was over 35 000 k·hm-2and the quality grade was larger than 85 under the conditions of this experiment.

Key words：drip fertigation； gravel-mulched field； melon； water and fertilizer

收稿日期：2015-11-10；接受日期：2016-03-28

基金項(xiàng)目：國家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系土壤肥料崗位項(xiàng)目（CARS-26-20）、農(nóng)業(yè)部西北地區(qū)蔬菜科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站項(xiàng)目（2015-A2621-620321-G1203-066）