陳 亮，欒倩倩，藺 毅，楊世梅，嚴(yán)宗山，王翠麗，張自強

（甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院 甘肅武威 733006）

西瓜[Citrullus lanatus（Thunb）Manf.]是葫蘆科西瓜屬一年生蔓性草本植物，原產(chǎn)非洲，喜光耐熱[1]。瓜瓤脆嫩、味甜多汁，含有豐富的礦物鹽和多種維生素，具有解熱、散毒、潤肺及利尿功能，是夏季主要的消暑果品。中國的西瓜栽培面積和產(chǎn)量均居世界第一，據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計[2-3]，2019 年我國西瓜產(chǎn)量為6 324.1 萬t，占全球西瓜總產(chǎn)量的60.61%；西瓜栽培面積達147.158 萬hm2，占全球西瓜總面積的47.71%。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，西瓜設(shè)施栽培已成為我國農(nóng)業(yè)不可或缺的重要組成部分。甘肅河西走廊地區(qū)沙漠總面積約1 217.02 萬hm2，發(fā)展沙漠戈壁瓜果等特色農(nóng)產(chǎn)品，已成為發(fā)展“沙產(chǎn)業(yè)”的新型道路[4]，在可耕地資源日益匱乏的背景下，充分利用河西走廊地區(qū)現(xiàn)有的沙漠資源和豐富的光熱資源，大力發(fā)展沙漠設(shè)施西瓜種植業(yè)對西北農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整至關(guān)重要。

甘肅河西走廊地處西北內(nèi)陸極度干旱區(qū)，雖具有種植優(yōu)質(zhì)西瓜得天獨厚的地理資源優(yōu)勢，但水資源嚴(yán)重匱乏、利用率低等問題突出，同時設(shè)施西瓜種植戶憑借種植經(jīng)驗確定灌水量，水資源浪費嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了河西走廊戈壁沙漠西瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[5]，如何充分利用有限灌水使戈壁沙漠西瓜達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，探尋一套科學(xué)合理的灌溉制度就顯得尤為重要。近年來，對西瓜的研究多集中在土壤栽培條件下的品種選育[6-8]、高產(chǎn)栽培[9-11]、病害防治[12-13]、西瓜種植機械化[14-15]等方面，而對設(shè)施黃沙栽培條件下的西瓜節(jié)水灌溉研究卻鮮見報道。為此，筆者以武威本地設(shè)施大面積主栽的美麗和4K 2 個西瓜品種為試驗材料，采用黃沙作為栽培基質(zhì)，打破傳統(tǒng)的拱棚爬蔓栽培，首次采用吊蔓栽培模式，建立設(shè)施黃沙栽培西瓜水肥一體化技術(shù)體系，在灌溉次數(shù)一致的條件下，通過設(shè)定不同的灌溉定額，以常規(guī)灌溉量為對照，研究設(shè)施黃沙栽培條件下不同灌溉定額對西瓜植株葉片光合特性及果實產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，闡明不同西瓜品種對不同灌溉定額的光合生理響應(yīng)機制，在此基礎(chǔ)上確定最適宜設(shè)施黃沙栽培西瓜的灌溉定額，以期為設(shè)施黃沙栽培西瓜高效用水提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021 年3 月1 日至7 月1 日在甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院試驗基地日光溫室（規(guī)格為長100 m×跨度8 m）內(nèi)進行。試驗地處于甘肅西部、河西走廊東端，地勢平坦，屬于典型的西北綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，主要依靠石羊河地下水灌溉。平均海拔1776 m，年均降水量162.4 mm，主要集中在7—9月，年潛在蒸發(fā)量2114 mm，年均氣溫7.10 ℃，晝夜溫差平均7.9 ℃，≥10 ℃的有效積溫2 955.2 ℃，年均無霜期156 d。試驗種植所采用的黃沙為武威當(dāng)?shù)氐母瓯谏衬S沙，成分以SiO2為主，養(yǎng)分含量極少，容重1.54 g·cm-3，田間持水量9%，pH 值7.87。

1.2 材料

以武威本地設(shè)施大面積主栽的美麗和4K 2 個西瓜品種為試材，均屬早中熟品種，綠皮紅瓤，生長勢中等，果型大、產(chǎn)量表現(xiàn)較佳。嫁接苗（3 至4 葉1 心）購于甘肅省武威市古浪縣綠盈盈蔬菜種苗種植專業(yè)合作社。試驗用波美濃大量元素速效水溶肥購于江蘇綠港現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司，采用肥料養(yǎng)分N、P2O5、K2O 質(zhì)量比為20∶20∶20+TE 和13∶6∶40+TE 的2 種水溶肥。

1.3 方法

1.3.1 試驗設(shè)計 設(shè)置西瓜品種和灌溉定額2 個因素，西瓜品種為設(shè)施主栽的美麗和4K，灌溉定額設(shè)置5 個灌溉梯度處理（灌溉量的具體數(shù)值參照武威市戈壁沙漠區(qū)全生育期平均灌水量設(shè)計[16]），以常規(guī)灌溉（CK1、CK2）為對照，其中常規(guī)灌溉（CK1、CK2）為武威市戈壁沙漠區(qū)最高灌溉量，采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計（圖1），共10 個處理（表1），每處理3 次重復(fù)，共30 個小區(qū)，每小區(qū)面積為6 m2（1 m×6 m）。灌溉方式為膜下滴灌，全生育期采用自主研發(fā)的YX-3 型水肥一體化智能管控設(shè)備精準(zhǔn)控制水肥供給，為減少因水分側(cè)滲而造成的試驗誤差，不同處理小區(qū)之間用垂直埋深60 cm 的薄膜隔開。在進水口加裝精確度為0.001 m3的水表計量并控制各小區(qū)次灌水量。

圖1 試驗單區(qū)組定植示意

表1 試驗灌水方案設(shè)計

1.3.2 西瓜定植及管理 西瓜育苗采用50 穴穴盤，于3 月8 日移栽定植，以黃沙為栽培基質(zhì)，地下槽式吊蔓栽培，栽培槽寬50 cm，走道寬50 cm，株距40 cm，行距100 cm，嫁接苗雙行錯位定植，采用水肥一體化膜下滴灌，膜下滴灌的滴箭插在幼苗根際5 cm 處，先定植后覆膜，另設(shè)置2 行作為保護行。在西瓜移栽前澆足底水，移栽定植后用金根移栽靈200 mL 灌根。試驗前每667 m2基肥施用商品有機肥1000 kg、油渣餅肥400 kg、硫酸鉀型（N、P2O5、K2O 質(zhì)量比為15∶15∶15）三元復(fù)合肥15 kg、硫酸鉀10 kg，撒施于黃沙中，用小鐵鍬進行人工翻耕，充分混勻基肥。生長期追肥和灌水均采用筆者團隊研發(fā)的智能型水肥一體化滴管系統(tǒng)定時定量精準(zhǔn)供給。西瓜整枝方式采用單蔓整枝，留單瓜，病蟲害防治及其他田間農(nóng)事管理均與本地瓜農(nóng)管理習(xí)慣一致。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 植株葉片數(shù)和坐果習(xí)性指標(biāo)測定 分別于西瓜生長的苗期（3 月15 日）、伸蔓期（3 月25 日）、開花坐果期（4 月15 日）、果實膨大期（5 月7 日）和成熟期（6 月12 日）5 個生育期，每處理隨機選取5株，測定西瓜植株葉片數(shù)、第1 雌花坐果節(jié)位、雌花間隔。

1.4.2 葉片光合參數(shù)測定 開花坐果期的晴天9：00—11：30 測定葉片光合參數(shù)，每處理隨機選取5 株，每株選取植株主蔓中部完全展開功能葉測定，每個葉片打3 個點取值。使用SPAD 502 型葉綠素儀測定葉綠素含量（SPAD 值）；使用便攜式光合作用測量系統(tǒng)（LI-6400XT，美國LI-COR 公司）測定凈光合速率（Pn，μmol ·m-2·s-1）、氣孔導(dǎo)度（Gs，mmol·m-2·s-1）、胞間CO2濃度（Ci，μmol·mol-1）和蒸騰速率（Tr，mmol H2O·m-2·s-1），測定光照度為800 μmol·m-2·s-1，葉溫為27 ℃，外界CO2濃度為400μmol·mol-1。

1.4.3 產(chǎn)量及品質(zhì)測定 采收期每處理隨機選取5個成熟果實測定單瓜質(zhì)量；用鋼卷尺測量果實縱橫徑、果皮厚度；使用手持式DBR45 型數(shù)顯糖度儀測定中心可溶性固形物含量和邊部可溶性固形物含量；根據(jù)西瓜成熟度分批采收，各小區(qū)單獨計產(chǎn)量，依據(jù)各小區(qū)面積折算成每667 m2產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)采用SPSS19.0 版本進行方差分析，用Excel 2007 版本制圖，用Duncan 新復(fù)極差法檢驗數(shù)據(jù)差異顯著性，試驗圖表數(shù)據(jù)均為3 次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉定額對西瓜植株葉片數(shù)的影響

由表2 可知，隨生育期推進，各處理下西瓜植株葉片數(shù)呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，在成熟期達到最大值，在同一生育時期，2 個西瓜品種的葉片數(shù)隨灌溉定額的增加均呈現(xiàn)先增加后減少趨勢，分別在中度灌溉定額T3、T7 處理下達到峰值。美麗在苗期各處理間葉片數(shù)無顯著差異，伸蔓期T3 處理葉片數(shù)顯著高于T1 處理和CK1，T2、T3 和T4 處理間葉片數(shù)無顯著差異；在開花坐果期和果實膨大期，T3 處理葉片數(shù)均顯著高于其他處理；在成熟期，T3 處理葉片數(shù)顯著高于T1、T4 和CK1，較CK1 顯著增加19.13%，與T2 處理間差異不顯著。4 K 在苗期、伸蔓期和開花坐果期，T7 處理葉片數(shù)均顯著高于T5處理，除T7 處理外，其他各處理間差異均不顯著；在果實膨大期和成熟期，各個處理間葉片數(shù)差異不顯著。

表2 不同灌溉定額下的西瓜植株葉片數(shù)

2.2 不同灌溉定額對西瓜第1 雌花坐果節(jié)位及雌花間隔的影響

由表3 可知，不同灌溉定額對西瓜植株第1 雌花坐果節(jié)位產(chǎn)生了一定影響，隨灌溉定額增加，第1雌花節(jié)位逐漸升高，在最大灌溉定額CK 下第1 雌花節(jié)位最高，而不同灌溉定額對2 個西瓜品種的雌花間隔均無顯著影響。美麗T1 和T2 處理第1 雌花節(jié)位分別較CK1 顯著降低26.58%、20.25%，T3和T4 處理分別較CK1 顯著降低12.66%、7.59%，T1 和T2 處理間、T3 和T4 處理間第1 雌花節(jié)位差異均不顯著；4K 西瓜品種的T5 和T6 處理第1 雌花節(jié)位分別較CK2 顯著降低23.75%、18.75%，T7處理較CK2 顯著降低11.25%，T5 和T6 處理間、T7和T8 間、T8 和CK2 處理間差異均不顯著。

表3 不同灌溉定額下的西瓜第1 雌花坐果節(jié)位及雌花間隔

2.3 不同灌溉定額對西瓜葉片葉綠素含量的影響

由圖2 可知，不同灌溉定額對2 個西瓜品種葉片葉綠素含量（SPAD 值）產(chǎn)生了一定影響，隨灌溉定額增加，葉片SPAD 值呈現(xiàn)先升后降趨勢，分別在T3 和T7 處理下達到最大值，且均顯著高于同一品種下其他各處理。在相同灌溉量下，美麗西瓜葉片SPAD 平均值均高于4K 品種。美麗西瓜T3 處理葉片SPAD 較CK1 顯著增加37.82%，4K 西瓜T7 處理葉片SPAD 較CK2 顯著增加21.90%，T5、T8 處理葉片SPAD 均與CK2 無顯著差異。美麗和4K 2 個品種各處理的西瓜葉片SPAD 值分別表現(xiàn)為T3＞T2＞T4＞CK1＞T1 和T7＞T6＞T8＞CK2＞T5。

圖2 不同灌溉定額下的西瓜葉片SPAD 值

2.4 不同灌溉定額對西瓜葉片光合參數(shù)的影響

由表4 可知，不同灌溉定額對2 個西瓜品種的葉片凈光合速率Pn、氣孔導(dǎo)度Gs、和蒸騰速率Tr等光合參數(shù)均產(chǎn)生了一定影響，隨灌溉定額增加，2個品種西瓜葉片Pn、Gs、和Tr 均呈現(xiàn)先升后降趨勢，分別在T3 和T7 處理下達到最大值。各灌溉處理下美麗葉片胞間CO2濃度無顯著差異，各處理下4K 葉片Ci均與CK2 無顯著差異。美麗T3 處理葉片Pn、Gs 和Tr 分別較CK1 顯著增加19.06%、106.06%和50.43%，4K T7 處理葉片Pn、Gs 和Tr 分別較CK2 顯著增加22.99%、74.29%和50.97%。

表4 不同灌溉定額下的西瓜葉片光合參數(shù)

2.5 不同灌溉定額對西瓜產(chǎn)量的影響

由表5 可知，不同灌溉定額對2 個西瓜品種產(chǎn)量產(chǎn)生了一定影響，隨灌溉定額增加，西瓜667 m2產(chǎn)量呈現(xiàn)先升后降趨勢，2 個西瓜品種果實縱徑、橫徑及667 m2產(chǎn)量分別在T3 處理和T7 處理達到最大值，較低和較高灌溉定額均不利于西瓜產(chǎn)量的形成，同一灌溉定額下美麗平均果實縱、橫徑和667 m2產(chǎn)量均高于4K。美麗T3 處理果實縱徑、橫徑和667 m2產(chǎn)量分別較CK1 顯著增加10.86%、15.26%和39.78%；4K T7 處理果實縱徑和667 m2產(chǎn)量分別較CK2 顯著增加10.72%和26.10%，果實橫徑各處理間無顯著差異。美麗和4K 2 個品種各處理的西瓜產(chǎn)量高低分別表現(xiàn)為T3＞T2＞T4＞CK1＞T1和T7＞T6＞T8＞CK2＞T5。

表5 不同灌溉定額下的西瓜產(chǎn)量

2.6 不同灌溉定額對西瓜果實品質(zhì)的影響

由表6 可知，不同灌溉定額對2 個西瓜品種的果實中心和邊部可溶性固形物含量產(chǎn)生一定影響，隨灌溉定額增加，果實可溶性固形物含量呈現(xiàn)先升后降趨勢，2 個西瓜品種果實中心和邊部可溶性固形物含量分別在T2 處理和T6 處理下達到最大值，從果實中心和邊部可溶性固形物含量來看，美麗平均中心和邊部可溶性固形物含量均低于4K。美麗T3 處理中心和邊部可溶性固形物含量分別較CK1顯著增加17.02%和13.33%，T2 處理中心可溶性固形物含量較T3 處理和CK1 分別顯著增加13.64%和32.98%，T2 處理邊部可溶性固形物含量較對照CK1 顯著增加了20.00%，而與T1、T3 處理間差異不顯著。4K 各處理間果皮厚度差異不顯著，T6 處理中心可溶性固形物含量較T7 處理和CK2 分別顯著增加6.67%和16.36%，T6 處理邊部可溶性固形物含量較T7 處理和CK2 分別顯著增加5.26%和14.29%。

表6 不同灌溉定額下的西瓜果實品質(zhì)

3 討論與結(jié)論

葉片是衡量植株生長狀況的一個重要指標(biāo)，其多少與最終產(chǎn)量高低密切相關(guān)[17-18]。郭紹杰等[19]研究表明，在相同施肥量條件下灌溉量減少抑制了新梢及葉片的生長，低灌溉量處理的樹體新梢及葉片生長低于對照。李文美等[20]研究表明，蘭州百合的株高、葉綠素含量（SPAD 值）和產(chǎn)量隨灌溉量的增加均增加。筆者的試驗結(jié)果表明，美麗和4K 2 個西瓜品種隨灌溉定額的增加，植株的葉片數(shù)均表現(xiàn)為先上升后下降，均在160 m3·667 m-2處理下達到峰值，說明在黃沙基質(zhì)栽培條件下過量灌溉和虧缺灌溉均對西瓜植株的葉片生長產(chǎn)生了抑制作用。在沙培條件下，過量灌溉（高灌水量）一方面使黃沙基質(zhì)含水量過高，透氣性下降，植株根系呼吸作用減弱，影響了植株根系生長，進而影響了水肥的吸收，植株生長受到抑制；另一方面沙培條件下，長時間的過量灌溉會使得黃沙深層的鹽分上移，造成黃沙表層鹽漬化，抑制西瓜植株生長和葉片數(shù)的增加。適度的虧缺灌溉（低灌水量）雖促進了西瓜植株根系深扎，但不利于植株根系對所需營養(yǎng)元素的吸收，抑制了葉片光合生理和其他生理生化過程，致使西瓜地上部生長受到抑制，這與陳秀香等[21]、劉明池等[22]、馮騰騰等[23]在番茄上的研究結(jié)果相一致。但曹超群等[24]研究認(rèn)為，高的基質(zhì)含水率可以促進辣椒對養(yǎng)分的吸收，更有利于生殖生長，增加辣椒產(chǎn)量，這可能是與筆者試驗中所使用的黃沙基質(zhì)本身的持水特性有關(guān)，與土壤和其他栽培基質(zhì)的持水特性不同，關(guān)于土壤和黃沙基質(zhì)的持水特性還有待進一步研究。

葉片是光合作用的重要器官，灌溉量影響作物的葉片含水率，含水率變化直接影響葉片的光合生理，進而影響光合產(chǎn)物的積累[25-26]。筆者研究中美麗和4K 2 個西瓜品種隨灌溉定額的增加，葉片SPAD 值、凈光合速率Pn、氣孔導(dǎo)度Gs、蒸騰速率Tr 和果實產(chǎn)量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，均在160 m3·667 m-2處理下出現(xiàn)了峰值。這說明當(dāng)西瓜灌水量過低時，對西瓜生長造成脅迫后，一方面，西瓜葉片氣孔關(guān)閉，氣孔導(dǎo)度下降，胞間CO2濃度累積，進入光合循環(huán)的可利用CO2量減少，致使凈光合速率下降，光合作用減弱，西瓜生長受到抑制，果實產(chǎn)量下降；另一方面，在過高和過低灌水量處理下，試驗中的葉片SPAD 值均顯著下降，參與葉片光合作用的色素減少，致使凈光合速率下降、光合減弱、生長受限、產(chǎn)量減少。灌水量過高時，西瓜根系透氣性下降、根系呼吸作用減弱，對水肥的吸收能力下降、葉片生長不良、凈光合速率下降，致使植株的形態(tài)生長指標(biāo)受到影響。從筆者的試驗結(jié)果可以看出，灌水量過高和過低均會影響西瓜植株的生長和葉片的光合作用，最終導(dǎo)致西瓜產(chǎn)量下降，因此，為確保西瓜高產(chǎn)，在西瓜全生育期內(nèi)要保證適宜的灌水量，該結(jié)果與Harmanto 等[27]、May 等[28]、呂劍等[29]、季延海等[30]的研究結(jié)果基本一致。前人研究表明，適度的水分虧缺可以提高番茄果實中可溶性固形物含量和糖酸比，進而改善番茄果實品質(zhì)[31-32]。周勃等[33]對設(shè)施厚皮甜瓜黃夢脆的研究表明，適度水分虧缺的160 m3·667 m-2灌溉處理甜瓜品質(zhì)最好。季延海等[30]在栽培番茄上發(fā)現(xiàn)，減少灌溉量雖降低了番茄單株產(chǎn)量，但果實中葡萄糖、果糖、維生素C 含量和糖酸比明顯提高。筆者的研究也發(fā)現(xiàn)相似的結(jié)論，隨灌水量的增加，美麗和4K 果實中心和邊部可溶性固形物含量表現(xiàn)為先升高后下降的趨勢，但均在較低灌溉定額的110 m3·667 m-2處理下達到最大值，且均顯著高于各自對照，這可能是由于適度的虧缺灌溉激活了西瓜植株內(nèi)的相關(guān)酶活性和相關(guān)糖轉(zhuǎn)運蛋白基因的表達，促進果實中可溶性糖的積累，從而提高了果實品質(zhì)；而過高的灌水量可能會稀釋果實中的營養(yǎng)物質(zhì)，果實可溶性糖和有機酸含量會隨著灌水量的增加而減少，進而降低了果實品質(zhì)[23]，有關(guān)適度虧缺灌溉促進果實糖分積累的相關(guān)分子機制還有待進一步研究。

綜上所述，美麗西瓜品種在設(shè)施黃沙基質(zhì)栽培條件下的適應(yīng)性更強，西瓜葉片光合特性和產(chǎn)量表現(xiàn)優(yōu)于4K，而4K 西瓜品種的果實品質(zhì)表現(xiàn)更好，160 m3·667 m-2為設(shè)施黃沙基質(zhì)栽培西瓜最適宜的灌溉定額，可作為河西戈壁沙漠溫室西瓜高效用水的最優(yōu)選擇。