寧夏引黃灌區(qū)大棚西瓜膜下滴灌水肥耦合效應(yīng)

郭松 沙新林 楊惠勤 李榮 姜雪琴 路潔 趙丹青 劉聲鋒

摘 要：針對寧夏吳忠拱棚西瓜栽培生產(chǎn)中水肥利用率不高、水肥施入不同步等制約因素，充分利用西瓜膜下滴灌條件，探索適宜水平下水、氮和鉀之間的相互作用，分析其在大棚高畦膜下滴灌條件下的產(chǎn)量效應(yīng)，建立吳忠黃灌區(qū)大棚西瓜產(chǎn)量數(shù)學(xué)模型，以氮肥和鉀肥配施提高補(bǔ)灌水分利用效率，達(dá)到提高植株整體的生長、品質(zhì)及產(chǎn)量的目的。采用頻率分析法對產(chǎn)量模型進(jìn)行模擬的結(jié)果表明，產(chǎn)量大于47 700 kg·hm-2的方案中最佳農(nóng)藝措施為：補(bǔ)水量904.8～1 014.75 m3·hm-2、施氮肥量172.69～204.775 kg·hm-2、施鉀肥量204～218.2 kg·hm-2。根據(jù)不同產(chǎn)量水平下的因素分析，總結(jié)了最優(yōu)組合方案，可達(dá)到提高植株整體的抗性、制約土傳病害蔓延的效果。

關(guān)鍵詞：西瓜;大棚;膜下滴灌;引黃灌區(qū);水肥耦合

中圖分類號：S651 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）05-040-05

Water and fertilizer coupling effect of drip irrigation under film in greenhouse watermelon in irrigation area of Yellow River diversion in Ningxia

GUO Song1， SHA Xinlin2， YANG Huiqin3， LI Rong3， JIANG Xueqin2， LU Jie2， ZHAO Danqing2， LIU Shengfeng1

（1. Institute of Germplasm Resources， Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences ， Yinchuan 750002， Ningxia， China; 2. Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Yinchuan 750002， Ningxia， China; 3. Wuzhong City Agricultural and Rural Bureau of Litong District ， Wuzhong 751100， Ningxia， China）

Abstract： In view of the limited factors such as low water and fertilizer utilization rate and unsynchronized water and fertilizer application in watermelon cultivation in Wuzhong arch shed of Ningxia. The interaction among water， nitrogen and potassium was explored under the condition of drip irrigation. The yield effect of drip irrigation under plastic film was analyzed， and a mathematical model of watermelon yield was established in Wuzhong Yellow River irrigation area. The combination of nitrogen and potassium fertilizer can improve water use efficiency， promote plant growth， and improve quality and yield. The results show that Frequency analysis method was used to simulate the yield model， and the best agronomic measures were as follows： water supply 904.8-1 014.75 m3·hm-2， nitrogen application 172.69-204.775 kg·hm-2 and potassium application 204-218.2 kg·hm-2. According to the analysis of factors under different yield levels， a group of optimal combination schemes is summarized， which can improve the overall resistance of plants and restrict the spread of soil borne diseases.

Key words： Watermelon; Greenhouse; Drip irrigation under mulch; Yellow River irrigation area; Water fertilizer coupling

寧夏吳忠市位于黃河上游，有充足的水源和光照，中溫帶干旱性氣候，為西瓜的生長和果實(shí)糖分積累都提供了有利條件。當(dāng)?shù)卦绱涸耘嗟墓芭镂鞴暇哂辛己玫氖袌銮熬?，且種植拱棚西瓜投資少、風(fēng)險小、比露地西瓜上市早，21世紀(jì)初，吳忠地區(qū)開始大力推廣拱棚西瓜種植。當(dāng)前，該地區(qū)拱棚西瓜種植面積已近1300 hm2，農(nóng)民從拱棚西瓜種植中獲得的收入逐年增加，拱棚西瓜產(chǎn)業(yè)正成為瓜農(nóng)增收致富的重要渠道。吳忠地區(qū)大部分拱棚西瓜采用傳統(tǒng)的淺溝窄壟栽培模式，管理粗放，水肥配套設(shè)備不完善;探索和研究西瓜高效節(jié)水灌溉制度主要是解決水資源浪費(fèi)及過量補(bǔ)水導(dǎo)致的品質(zhì)降低等問題[1]。

余立云等[2]認(rèn)為充足的氮磷鉀元素有利于干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的形成，提高同化產(chǎn)物移動及貯藏時間。目前，已有研究證明隨施氮量增加西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)隨之提高，達(dá)到峰值后逐漸下降。孫興祥等[3]研究認(rèn)為最佳施肥量，在設(shè)施不配套地區(qū)也可以有效保證西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)。郝平琦等[4]認(rèn)為不合理施肥，則會導(dǎo)致增產(chǎn)效益降低、造成生態(tài)污染等問題。國內(nèi)外學(xué)者在淺溝窄壟栽培模式下的水肥耦合對西瓜的果實(shí)發(fā)育、品質(zhì)的影響研究較少，全面系統(tǒng)研究吳忠拱棚西瓜N、K肥利用率和水資源利用率的更少[5-7]。水肥施入不同步、施肥過量，導(dǎo)致徒長、坐果率低、果實(shí)營養(yǎng)不足、上市時間推遲等諸多問題成為吳忠乃至寧夏拱棚西瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級的瓶頸。

筆者以此為切入點(diǎn)，針對寧夏引黃灌區(qū)大棚西瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，充分利用引黃灌區(qū)的水資源，以大棚西瓜產(chǎn)量為模型指標(biāo)，研究分析在大棚高畦膜下滴灌條件下水、氮和鉀之間的相互作用及產(chǎn)量效應(yīng)，建立西瓜產(chǎn)量數(shù)學(xué)模型，以氮肥和鉀肥配施提高補(bǔ)灌水分利用效率，達(dá)到提高果實(shí)的品質(zhì)和水肥利用率的目的。為此，筆者分析水、N和K不同量條件下的產(chǎn)量效應(yīng)，建立產(chǎn)量數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上尋求提出優(yōu)化組合方案，確定最優(yōu)的配比方案，以推進(jìn)吳忠大棚西瓜精量調(diào)控施肥技術(shù)推廣，為該地區(qū)大棚西瓜標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點(diǎn)位于寧夏吳忠市高閘鄉(xiāng)試驗基地，地處北緯37 °87 ′，東經(jīng)106°18′，海拔1120 m。土壤理化性質(zhì)為：全氮（w，后同）0.45 g·kg-1，全磷0.48 g·kg-1，速效氮10.4 mg·kg-1，速效磷8.7 mg·kg-1，速效鉀92.6 mg·kg-1，土壤全鹽0.46 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)12.3 g·kg-1，pH值8.6。

1.2 材料

供試西瓜品種為金城1號（由蘭州西甜瓜研究所培育的中早熟品種）;嫁接育苗采用穴盤育苗，穴盤規(guī)格為50孔;氮肥為純氮肥（N≥22%）、鉀肥為硫酸鉀（K2O≥50%）;有機(jī)肥為金正大親土一號（有機(jī)質(zhì)≥28.0%、N+P2O5+K2O≥25%）;底肥使用發(fā)酵腐熟后的農(nóng)家羊糞。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2020年2—5月上中旬進(jìn)行。試驗采用3因素5水平二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，設(shè)20個試驗處理，不做重復(fù)，采用完全隨機(jī)排列設(shè)計，共1280株西瓜苗。采用寬行高壟栽培模式，長度為9 m，每處理種植3壟，小區(qū)面積為81 m2，定植株距60 cm，行距2.1 m，種植密度7950株·hm-2。于2020年3月11日定植，4月3日、4月20日按照設(shè)計方案補(bǔ)水施肥，其他按常規(guī)生產(chǎn)管理。因素水平編碼見表1，各處理的水、氮、鉀量見表2。

1.4 測定項目與方法

果實(shí)成熟期，統(tǒng)計每個處理西瓜果實(shí)數(shù)量，并隨機(jī)選8個長勢一致的西瓜測定單瓜質(zhì)量，然后折算統(tǒng)計產(chǎn)量?？扇苄蕴呛康臏y定采用蒽酮比色法，維生素 C 含量的測定采用比色法，用pH 計測定有效酸度。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗的數(shù)據(jù)采集整理使用Excel 2010軟件，統(tǒng)計分析采用DPS 7.0軟件，并應(yīng)用Duncan法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 二次通用旋轉(zhuǎn)組合試驗方案及數(shù)學(xué)模型的建立

將不同水、N、K量 3 個因素對生產(chǎn)的效應(yīng)建立配比模型，用二次回歸旋轉(zhuǎn)模型表示，根據(jù)多項式回歸方程即

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以產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)（y） ，以補(bǔ)水量（X1）、N肥（X2）、 K肥（X3）三因素為控制變量，b0為回歸模型的常數(shù)項;bj為回歸模型的一次項系數(shù);bij為回歸模型的交互項系數(shù);bjj為回歸模型的二次項系數(shù);m為試驗因素數(shù)，取值為3。根據(jù)試驗處理所得產(chǎn)量結(jié)果折算平均產(chǎn)量見表2。

按試驗結(jié)果計算出擬合方程的各項系數(shù)，求得拱棚西瓜配比回歸數(shù)學(xué)模型，回歸方程為：Y=47 005.478 84+524.806 53X1+582.829 45X2+679.509 70X3-133.293 11X12-497.383 62X22+25.287 50X2X3。對20組處理數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，所得結(jié)果見表3。

由表3可知，回歸方程顯著性檢驗F2=13.157 00>F0.01（9，10）=4.94，回歸顯著，表明該方程與實(shí)際情況擬合良好;失擬性檢驗F1=0.430 02

Y=47 005.478 84+524.806 53X1+582.829 45X2+679.509 70X3-133.293 11X12-497.383 62X22-

194.611 08X32+130.512 50X1X3。

2.2 水、N和K量對大棚西瓜產(chǎn)量效應(yīng)的單因素分析

由圖1可以看出，根據(jù)試驗結(jié)果對水、N和K每個單因素進(jìn)行產(chǎn)量效益分析顯示，X1和X2的產(chǎn)量因素效應(yīng)為拋物線，當(dāng)達(dá)到最適施入量時，產(chǎn)量達(dá)到最高。X3的產(chǎn)量因素效應(yīng)趨于直線，與產(chǎn)量成正比上升趨勢。

2.3 水、N和K量對大棚西瓜產(chǎn)量的交互效應(yīng)分析

由表4可知，根據(jù)試驗結(jié)果對水、N和K每個單因素進(jìn)行產(chǎn)量的交互效應(yīng)分析，X1補(bǔ)水對產(chǎn)量效應(yīng)的預(yù)測隨水平升高而增加。X2氮肥對產(chǎn)量交互效應(yīng)為拋物線，當(dāng)0.5水平時達(dá)到峰值。X3 K肥對產(chǎn)量效應(yīng)的預(yù)測隨水平升高而增加。

2.3.1 補(bǔ)水量與施N肥量對大棚西瓜產(chǎn)量的互作效應(yīng)分析 由圖2可以看出，隨著水量增加，大棚西瓜產(chǎn)量呈現(xiàn)上升趨勢;隨著N量增加，產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。水量與N量對大棚西瓜產(chǎn)量的交互效應(yīng)表現(xiàn)為：當(dāng)補(bǔ)水量為1 092.3 m3·hm-2、N肥為182.5 kg·hm-2時，大棚西瓜產(chǎn)量最高，為47 678.1 kg·hm-2。

2.3.2 補(bǔ)水量與施K肥量對大棚西瓜產(chǎn)量的互作效應(yīng)分析 由圖3可以看出，水量和K量對大棚西瓜產(chǎn)量的交互效應(yīng)均呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，大棚西瓜產(chǎn)量最高為49 573.4 kg·hm-2，即補(bǔ)水量為 1 092.3 m3·hm-2、施K肥量224.1 kg·hm-2。

2.3.3 N量與K量對大棚西瓜產(chǎn)量的互作效應(yīng)分析 由圖4得知，隨著N的施用量的增加，西瓜產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增后減的趨勢;而隨K的施用量增加，西瓜產(chǎn)量呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢。施N量和K量對大棚西瓜產(chǎn)量的交互效應(yīng)表現(xiàn)為：當(dāng)施N肥量為182.5 kg·hm-2、施K肥量為224.1 kg·hm-2時，大棚西瓜產(chǎn)量最高，為48 865.7 kg·hm-2。

2.3.4 優(yōu)化組合及推薦指標(biāo) 根據(jù)已建立的拱棚西瓜水肥配比優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，編制計算程序，在-1.682～+1.682取7個水平（-1.682，-1，-0.5，0，+0.5，+1，+1.682），上機(jī)進(jìn)行不同目標(biāo)下的最優(yōu)組合方案模擬。構(gòu)成生產(chǎn)因素組合，通過模擬求得產(chǎn)量大于47 700 kg·hm-2的有71個組合，其中最主要能代表產(chǎn)量區(qū)間的最優(yōu)組合方案見表5。

由試驗結(jié)果分析可知，三元二次回歸的數(shù)學(xué)模型不存在產(chǎn)量效率函數(shù)的極值，試驗中具有單因素和因素間的交互作用。在 95% 的置信區(qū)間產(chǎn)量大于47 700 kg·hm-2各變量的取值區(qū)間分別為：補(bǔ)水量為904.8～1 014.75 m3·hm-2、施N肥量為172.69～204.775 kg·hm-2、施K肥量為204～218.2 kg·hm-2。

3 討論與結(jié)論

本試驗在覆膜滴灌模式下，采用3因素二次回歸旋轉(zhuǎn)模型建立最優(yōu)設(shè)計，并進(jìn)行單因素效應(yīng)分析，結(jié)果表明K>水>N，在西瓜果實(shí)發(fā)育期需要大量的鉀來促進(jìn)礦物質(zhì)養(yǎng)分吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)。這與馬忠明等[8]、馬克奇等[9]和姚靜等[10]研究結(jié)果一致。但沈暉等[11]在壓砂地水肥耦合效應(yīng)的研究中指出，影響產(chǎn)量的首要因素為灌水量。壓砂地大多在寧夏中部干旱貧瘠地區(qū)，干旱缺水，多使用堿性水補(bǔ)灌，與引黃灌區(qū)的氣候、水資源條件有所不同。田間持水量過高不利于產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，這與李毅杰等[12]的研究結(jié)果一致。

本試驗用頻率分析法對產(chǎn)量模型進(jìn)行模擬，有一定的約束條件。在試驗中生產(chǎn)投入和田間操作管理工作量均大于日常生產(chǎn)，故應(yīng)考慮到技術(shù)實(shí)施的實(shí)用性和可操作性，投入不宜太高、管理不宜繁瑣，在本試驗范圍內(nèi)可將最優(yōu)農(nóng)藝措施制定為：補(bǔ)水定額1000 m3·hm-2、施N肥量200 kg·hm-2、施K肥量210 kg·hm-2。用此最優(yōu)農(nóng)藝措施對其進(jìn)行驗證，與預(yù)測值較為接近，表明本試驗結(jié)果擬合得出的回歸方程可以較好地應(yīng)用于大棚西瓜生產(chǎn)中。

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