趙相宇田軍倉(cāng)馬波

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，寧夏 銀川750021；3.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用工程研究中心，寧夏 銀川 750021)

中衛(wèi)市環(huán)香山地區(qū)長(zhǎng)年干旱少雨，氣候干燥適宜瓜類作物生長(zhǎng)，因此人們針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?，因地制宜選擇種植壓砂地西瓜、甜瓜[1]。壓砂地亦稱砂田，是將卵石、礫、粗砂和細(xì)砂的混合體或單體鋪設(shè)田塊表面，厚度約為5～16cm，并種植西瓜、甜瓜等經(jīng)濟(jì)作物[2]。壓砂地是中國(guó)西北干旱、半干旱地區(qū)獨(dú)特的抗旱保墑耕作形式，是人們長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐的智慧結(jié)晶。其是土壤覆蓋和減少土壤水分損失的技術(shù)之一，在水資源短缺和土壤鹽漬化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重背景下，適應(yīng)干旱少雨及鹽堿地創(chuàng)造的旱農(nóng)耕作方法[3]。我國(guó)砂田主要分布在降雨偏少的甘肅省中部，以蘭州市為中心的干旱、半干旱地區(qū)以及青海、新疆和寧夏的部分地區(qū)[4]。在世界上其它地區(qū)降水稀少并且干旱少雨的地方也有砂田，如法國(guó)南部的Montpellier，美國(guó)的Texas、Montana and Colorado,瑞士的Chamoson，以及南非等[5-7]。

寧夏中部干旱帶不同育苗模式下種植品種單一，目前壓砂地西瓜種植品種80%為“金城5號(hào)”[1,8-11]。針對(duì)多年來(lái)引進(jìn)品種產(chǎn)量和品質(zhì)難等問(wèn)題，通過(guò)前期文獻(xiàn)查閱和專家咨詢，計(jì)劃選取生長(zhǎng)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、耗水量低、不易畸形、品質(zhì)高的4個(gè)品種西瓜(品種代號(hào)“NK-TM”、“R-18”、“N-08”、“DD-87”)作為新引進(jìn)品種進(jìn)行研究，通過(guò)一個(gè)全生育期，觀測(cè)需水、需肥規(guī)律，在相同灌水定額和施肥條件下，研究這4個(gè)品種西瓜嫁接苗和自根苗產(chǎn)量、品質(zhì)的差異性。以期為寧夏中部干旱帶壓砂地持續(xù)利用、西瓜優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)及技術(shù)支撐，為旱區(qū)水資源高效利用學(xué)術(shù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)香鄉(xiāng)鎮(zhèn)紅圈村尹東自然隊(duì)，N36°59′54″，E105°13′26″，海拔1710m。地處寧夏中部干旱帶環(huán)香山地區(qū)，溫帶大陸性氣候，年平均降雨量183～200mm，多集中于7—9月，全年無(wú)霜期155d。年蒸發(fā)量2100～2400mm，是降雨10倍多。全年平均日照時(shí)數(shù)為2600～2700h，日照充足，水資源緊缺。試驗(yàn)小區(qū)以行為單位，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)5.6m，寬1.6m，栽植7株西瓜，每個(gè)小區(qū)面積為8.96m2，將西瓜苗移植在土中，鋪設(shè)流量為2L·h-1的滴灌帶，灌水器間距為30cm。以西瓜種植位置連線為中軸線覆蓋寬度為80cm的透明地膜。

所選試驗(yàn)田為表層覆12cm的砂礫石，耕層土壤類型為沙壤土，耕層土壤>100cm，0～40cm土壤容重1.36g·cm-3，田間持水率為22.1%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，最大凍土層深1.0m。pH值為8.89，全鹽0.32g·kg-1，有機(jī)質(zhì)8.14g·kg-1，有效磷7.39g·kg-1，堿解氮27.89mg·kg-1，有效鉀213.86g·kg-1。于播種前1d(4月30日)施底肥，底肥配方為有機(jī)肥1200kg·hm-2、復(fù)合肥20kg·hm-2、磷酸二銨10kg·hm-2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究采用2因素對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)，2個(gè)因素分別為品種和育苗技術(shù)。新引進(jìn)4個(gè)品種分別為“NK-TM”、“R-18”、“N-08”和“DD-87”，每個(gè)品種選取2種育苗方式，即自根苗和嫁接苗。自根苗是將西瓜籽在育苗盤基質(zhì)中直接播種，待其發(fā)芽生長(zhǎng)至10cm高、4葉1心時(shí)進(jìn)行移植。嫁接苗為在育苗盤播種南瓜(葫蘆科)種子，待其發(fā)芽生長(zhǎng)至5cm高、2葉1心時(shí)采用插接技術(shù)進(jìn)行嫁接。試驗(yàn)共8個(gè)處理、每個(gè)處理3次重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)。T1～T4處理為4個(gè)品種的自根苗，T5～T8處理為4個(gè)品種的嫁接苗。

試驗(yàn)灌溉水為距試驗(yàn)區(qū)200m處的地下水，水井深100m，原水礦化度為4067mg·L-1，灌溉用膜處理后的凈化水，礦化度為223.15mg·L-1。灌水定額，5月5日為120m3·hm-2，5月17日為120m3·hm-2，6月4日為240m3·hm-2，6月19日為240m3·hm-2，6月30日為240m3·hm-2，7月8日為240m3·hm-2，7月14日為240m3·hm-2，7月22日為90m3·hm-2。

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目及方法

1.3.1 環(huán)境因子

在試驗(yàn)點(diǎn)安裝HOBO便攜式氣象(美國(guó)Onset公司)，傳感器包括地表溫度、降雨量、溫度、濕度、日照、輻射等，可獲得地表溫度、降水量、日最高及最低氣溫、日平均氣溫、日照時(shí)數(shù)、每日平均相對(duì)濕度等。

1.3.2 形態(tài)指標(biāo)

蔓長(zhǎng)和莖粗，方法為掛牌分別使用卷尺和游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，蔓長(zhǎng)的測(cè)量部位是從主莖基部處起至生長(zhǎng)點(diǎn)，莖粗測(cè)量位置是主莖基部第1節(jié)位，每個(gè)處理選定3株進(jìn)行測(cè)量。

1.3.3 光合作用指標(biāo)的測(cè)定

葉綠素(SPAD)含量：采用便攜式SPAD-502葉綠素儀測(cè)定各個(gè)處理西瓜主蔓上第5～7片的葉綠素含量，每一處理至少取3株，每株測(cè)5片葉子求其平均值。

采用LI-6800新一代光合-熒光測(cè)定系統(tǒng)分別于6月22日(西瓜開(kāi)花坐果期)和7月5日(西瓜膨大期)選擇位于坐果節(jié)位附近生長(zhǎng)狀況良好的葉片固定測(cè)量。選擇晴朗無(wú)云的天氣，從8∶00—20∶00每間隔2h測(cè)定1次，測(cè)定不同處理的葉片胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)等指標(biāo)。每個(gè)小區(qū)固定葉重復(fù)3次，取平均值作為結(jié)果，選擇9∶00—11∶00的數(shù)據(jù)，并計(jì)算葉片水分利用效率。計(jì)算公式:

WUE=Pn/Tr

(1)

式中，WUE為葉片水分利用效率，μmol·mol-1；Pn為凈光合速率，μmol·m-2·s-1；Tr為蒸騰速率，mmol·m-2·s-1。

1.3.4 果實(shí)產(chǎn)量指標(biāo)

至西瓜果實(shí)成熟期采收，將西瓜果實(shí)按不同處理小區(qū)統(tǒng)一采摘，將每個(gè)處理的西瓜用天平稱量其重量，然后依據(jù)每公頃的種植密度折算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS 26，顯著性檢驗(yàn)和方差分析用Tukey法和LSD法(α=0.05)，并將分析結(jié)果用Microsoft Excel 2018和Origin 2018繪制成圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 新引進(jìn)品種壓砂地栽培對(duì)西瓜植株生長(zhǎng)的影響

如圖1所示，苗期，西瓜主蔓和莖粗以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主，通過(guò)西瓜葉片光合作用合成碳水化合物，積累作物生長(zhǎng)所需干物質(zhì)，積累量的多少直接反映在蔓長(zhǎng)和莖粗的變化上[12,13]。伴隨著生育期的進(jìn)行，各個(gè)處理西瓜蔓長(zhǎng)和莖粗逐漸增大，但是不同的處理表現(xiàn)不同。5月17日—6月15日(苗期至伸蔓期)，T5和T6處理增長(zhǎng)速度最快，分別增漲了236%和231%，T1和T3處理增長(zhǎng)速度最慢，分別為125%和184%。蔓粗的增長(zhǎng)表現(xiàn)相同，T5、T6、T7和T8的蔓粗增長(zhǎng)比較快，其它處理蔓粗增長(zhǎng)較慢，從整個(gè)生育期來(lái)看，這個(gè)階段蔓長(zhǎng)和莖粗生長(zhǎng)速度最快。6月15—25日(伸蔓期至開(kāi)花結(jié)果期)，各個(gè)處理灌水量增加及滴灌頻率改變，各處理蔓長(zhǎng)和莖粗顯著增加，產(chǎn)生了補(bǔ)償效應(yīng)。在此階段內(nèi)與前一階段呈現(xiàn)不同形式，其中T1、T2、T3和T4處理蔓長(zhǎng)增長(zhǎng)速度范圍在70%～82%，明顯高于T5、T6、T7和T8處理蔓長(zhǎng)增長(zhǎng)速度范圍在33%～57%，莖粗的表現(xiàn)與此相同。6月25日—7月1日(開(kāi)花結(jié)果期至膨大期)，該階段是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵階段，各個(gè)處理的蔓長(zhǎng)和莖粗開(kāi)始逐漸放緩，其中T1、T2、T3和T4處理放緩的速度明顯高于T5、T6、T7和T8處理，這可能受育苗方式的影響，接嫁方式能滿足作物一部分營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和大部分生殖生長(zhǎng)所需的能量需求，而自根方式在這方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。7月1—29日(膨大期至成熟期)，蔓長(zhǎng)和莖粗的增長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)一步放緩，表明此時(shí)西瓜果實(shí)生長(zhǎng)抑制了作物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，至西瓜成熟期，T5、T6、T7和T8處理蔓長(zhǎng)和莖粗生長(zhǎng)趨勢(shì)優(yōu)于T1、T2、T3和T4處理。從西瓜伸蔓期到果實(shí)膨大期，T5、T6、T7和T8處理較T1、T2、T3和T4處理，在西瓜根系發(fā)達(dá)狀況、生長(zhǎng)速度和代謝效率方面表現(xiàn)優(yōu)異，所以蔓長(zhǎng)和莖粗增長(zhǎng)較快，各處理間的差異逐漸顯著。

2.2 新引進(jìn)品種壓砂地栽培對(duì)西瓜光合作用的影響

2.2.1 新引進(jìn)品種壓砂地栽培對(duì)西瓜光合參數(shù)的影響

適宜的西瓜品種可以提高植株光合能力和葉片水分利用效率，西瓜品種差異在不同育苗技術(shù)下也會(huì)對(duì)光合作用和葉片水分利用效率產(chǎn)生影響[14,15]。從表1可知，開(kāi)花結(jié)果期各處理之間，T5、T6、T7和T8處理植株凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率相近，且顯著高于其它處理植株；開(kāi)花結(jié)果期各處理之間，T1、T2、T3和T4處理植株凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率相近，且顯著高于其它處理植株；在葉片水分利用效率方面，T1和T4處理具有較低的葉片水分利用效率，而T6處理則較高，其它各處理之間無(wú)顯著差異。西瓜開(kāi)花坐果期是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵階段，與開(kāi)花結(jié)果期相比整體的凈光合速率和葉綠素含量明顯上升。西瓜果實(shí)膨大期主要以果實(shí)增長(zhǎng)為主，需水量較大，果實(shí)膨大期光合作用旺盛，加快有機(jī)物合成。該時(shí)期西瓜植株與開(kāi)花坐果期相比也有所提高，而胞間CO2濃度與前一個(gè)時(shí)期相比呈明顯的降低趨勢(shì)。不同處理西瓜植株凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率明顯不同,T5、T6、T7和T8處理西瓜植株蒸騰速率較高，而T1、T2、T3和T4處理西瓜植株蒸騰速率較低。葉片水分利用效率與蒸騰速率呈現(xiàn)一樣，T5、T6、T7和T8處理植株具有較高的水分利用效率，且T6和T7葉片水分利用效率較高，分別為5.25和5.15。從表3可知，西瓜2個(gè)生育期，品種及育苗方式對(duì)西瓜光合參數(shù)的影響存在顯著性差異(P<0.05)，表現(xiàn)為嫁接處理明顯高于自根處理。

2.2.2 新引進(jìn)品種壓砂地栽培對(duì)西瓜葉綠素(SPAD)含量的影響

由表2可知，不同品種在不同育苗方式下對(duì)不同生育期西瓜葉片SPAD值的影響不同。隨生育進(jìn)程呈先增加后降低趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在開(kāi)花坐果期，至成熟期后逐漸降低。苗期和開(kāi)花坐果期T7處理西瓜葉片SPAD值顯著高于其它處理，膨瓜期和成熟期T8處理西瓜葉片的SPAD值顯著高于其它處理，伸蔓期T6處理西瓜葉片SPAD值最高。

苗期至伸蔓期T5處理葉片的SPAD增長(zhǎng)速率最快，達(dá)到15.8%，而伸蔓期至開(kāi)花坐果期T5處理葉片的SPAD值增長(zhǎng)速率最快，達(dá)到16.8%。在開(kāi)花坐果期至膨瓜期各個(gè)處理的SPAD值都有明顯下降，平均下降了6%。伴隨著西瓜的逐漸成熟，不同品種在自根育苗下，T1、T2、T3、T4處理葉片的SPAD分別下降了13.5%、13.5%、14.6%、11.3%,其中T4處理葉片的SPAD值降低幅度明顯低于其它3個(gè)處理；不同品種在嫁接育苗下，T5、T6、T7、T8處理葉片的SPAD分別下降了8.0%、9.5%、9.5%、10.5%,其中,T8處理葉片的SPAD值降低幅度最大，T6、T7處理降低幅度次之，降低幅度最低為處理T5。從開(kāi)花坐果期到成熟期，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8處理葉片的SPAD值分別下降了17.8%、18.0%、18.5%、17.2%、14.4%、15.5%、15.8%、15.7%，嫁接苗4個(gè)品種維持較高的SPAD值，可延長(zhǎng)光合作用時(shí)期，為西瓜的膨大提供較充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而自根苗下SPAD值下降幅度比嫁接苗下的4個(gè)品種下降幅度大，不利于西瓜的生長(zhǎng)，有可能降低西瓜的水分利用效率、品質(zhì)和產(chǎn)量[16,17]。

表1 不同處理對(duì)新引進(jìn)品種西瓜光合參數(shù)的影響

表2 不同處理對(duì)新引進(jìn)品種西瓜生育期葉片葉綠素含量的影響

2.3 新引進(jìn)品種壓砂地栽培對(duì)西瓜產(chǎn)量和水分利用效率的影響

新引入品種西瓜壓砂地種植，如果沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)的產(chǎn)量則直接影響農(nóng)民的收入，同時(shí)控制水分的利用效率也起重要作用[18]。對(duì)于4個(gè)品種西瓜，嫁接苗相比自根苗產(chǎn)量差異明顯(P<0.05)，其中西瓜品種為“R-18”嫁接比自根方式下產(chǎn)量高，差異最大，產(chǎn)值為34702.29kg·hm-2。在相同灌水量下，T2處理和T3處理西瓜產(chǎn)量差異不明顯(P<0.05)，T6和T7處理的西瓜產(chǎn)量較高。綜上所述，從不同的育苗技術(shù)對(duì)西瓜干物質(zhì)積累量的顯著性影響來(lái)看，育苗技術(shù)對(duì)西瓜干物質(zhì)積累量有顯著性影響(p<0.05)。從不同的西瓜品質(zhì)對(duì)西瓜物質(zhì)積累量的顯著性影響來(lái)看，西瓜品種對(duì)西瓜干物質(zhì)積累量沒(méi)有顯著性影響(p>0.05)。T6、T7產(chǎn)量為43766.61kg·hm-2、41745.13kg·hm-2,且比最低產(chǎn)量的T2處理分別高出67.0%和59.0%?？傮w而言，在水肥一致條件下，嫁接苗比自根苗對(duì)相同和不同品種西瓜產(chǎn)量顯著提高。

從實(shí)際需水量來(lái)看，T5、T6、T7和T8實(shí)際需水量比T1、T2、T3和T4平均高出10.12%，其中，實(shí)際需水量最高的是T6，為3854.70m3·hm-2，實(shí)際需水量最低的是T4，為3347.25m3·hm-2，但是在灌溉水分利用效率和水分生產(chǎn)效率2個(gè)方面，T5、T6、T7和T8比T1、T2、T3和T4平均高出10.13%和31.2%，灌溉水分利用效率和水分生產(chǎn)效率最好為T6和T7，灌溉水分利用效率分別為28.61kg·hm-2和27.28kg·hm-2，水分生產(chǎn)效率分別為11.39kg·hm-2和11.06kg·hm-2。而作物系數(shù)方面，T5、T6、T7和T8的作物系數(shù)(0.76～0.78)明顯高于T1、T2、T3和T4作物系數(shù)值(0.68～0.73)。

表3 新引進(jìn)品種西瓜壓砂地育苗不同處理西瓜產(chǎn)量、灌溉水分利用率和水分利用率

3 討論與結(jié)論

傳統(tǒng)壓砂瓜種植法是將西瓜種子在發(fā)芽后直接種植到大田土壤中，直播種植西瓜苗抗病率低，而嫁接育苗方式已被用于預(yù)防枯萎病，耐極端溫度，對(duì)鹽漬土壤的抵抗力以及增加作物對(duì)水肥的吸收[19-21]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)育苗方式對(duì)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育起著關(guān)鍵作用，與劉曉雨[22]的發(fā)現(xiàn)相似，對(duì)于4個(gè)日本品種西瓜，隨著生育階段進(jìn)行自根苗出現(xiàn)整個(gè)植株的患病死亡，而嫁接苗出現(xiàn)整個(gè)植株的患病死亡比較少見(jiàn)。莖粗和蔓長(zhǎng)是衡量植株生長(zhǎng)狀況的直接表現(xiàn)，反映了植株運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及水分的能力[23,24]。4個(gè)日本品種西瓜在嫁接苗下，莖粗和蔓長(zhǎng)隨著生育期進(jìn)行增長(zhǎng)速度比自根苗快，這與張笑[25]和曹備[26]發(fā)現(xiàn)在水肥一樣的情況下，不同或者相同品種西瓜在嫁接苗比自根苗在莖粗和蔓長(zhǎng)上表現(xiàn)優(yōu)異。

本研究西瓜凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、葉片水分利用效率均在嫁接水平上表現(xiàn)最佳，嫁接處理蒸騰速率較高，胞間CO2濃度最低。諸多研究得到了相似的結(jié)論，如華斌[27]等發(fā)現(xiàn)，嫁接苗有利于促進(jìn)西瓜植株生長(zhǎng)，光合能力最強(qiáng)，最有利于同化產(chǎn)物的積累；葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)，葉綠素量的高低在一定程度上也可間接反映作物光合作用的強(qiáng)弱[28]。光合能力強(qiáng)，株高、莖粗等生長(zhǎng)指標(biāo)生長(zhǎng)勢(shì)良好，葉綠素量與植物生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)，光合作用與葉綠素量呈正相關(guān)[29]。4個(gè)日本品種西瓜在嫁接方式下葉片SPAD值顯著高于自根模式，這與吳禎[30]等發(fā)現(xiàn)相似，SPAD值較高有利于干物質(zhì)的產(chǎn)生，進(jìn)而影響干物質(zhì)的形成與積累，從而增加西瓜重量，具有更大經(jīng)濟(jì)效益。

小型西瓜產(chǎn)量和水分利用效率是影響農(nóng)民是否種植的關(guān)鍵性因素，是評(píng)價(jià)小型西瓜種植方式是否科學(xué)高效的重要依據(jù)。4個(gè)日本品種西瓜在嫁接方式下提高西瓜的用水效率，這與Ngwepe[31]在嫁接西瓜的遺傳改良研究進(jìn)展回顧得到相同結(jié)果。

因此，對(duì)于4個(gè)日本品種西瓜壓砂地育苗方式不同情況下，綜合植株生長(zhǎng)指標(biāo)、生理指標(biāo)和灌溉水分利用效率，在該區(qū)域可推薦種植“N-08”西瓜品種嫁接苗方式。研究只進(jìn)行了1a的試驗(yàn)，結(jié)果可靠性有待長(zhǎng)期的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。除此之外，試驗(yàn)僅對(duì)地上部分的作物生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行了觀測(cè)，而地下部分土壤和作物根部沒(méi)有深入涉及，并且本次試驗(yàn)沒(méi)有進(jìn)行灌溉梯度區(qū)分的研究，因此有待于下一步進(jìn)行研究。