冀西北壩上地區(qū)小西瓜雨養(yǎng)旱作效應(yīng)比較研究

王登燕，范 悅，劉 萌，孫國(guó)慶，黃 偉，張俊花

(河北北方學(xué)院 農(nóng)林科技學(xué)院，河北 張家口 075000)

河北省是水資源嚴(yán)重短缺的省份[1]，人均水資源擁有量只有全國(guó)的1/7[2]，但卻承擔(dān)著保護(hù)首都用水安全和生態(tài)環(huán)境等重要使命；京津冀一體化區(qū)也是水資源供求矛盾最為突出的區(qū)域之一[3]。2017年1月，習(xí)近平總書(shū)記視察河北張家口市時(shí)強(qiáng)調(diào)，建設(shè)好首都水源涵養(yǎng)功能區(qū)和生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)，探索一條經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)生態(tài)興市、生態(tài)強(qiáng)市的路子。為推進(jìn)張家口市“首都兩區(qū)”建設(shè)，張家口市因地制宜提出了各種綜合節(jié)水措施，防止地下水超采[4-5]。

近三十年來(lái)，由于冀西北壩上地區(qū)蔬菜面積的過(guò)快擴(kuò)張，造成了對(duì)地下水掠奪式的開(kāi)采。完全依靠人工補(bǔ)水進(jìn)行的蔬菜生產(chǎn)，伴隨該區(qū)城鎮(zhèn)和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展與建設(shè)，水資源日益匱乏，該區(qū)蔬菜生產(chǎn)因緊缺的地下水資源難以繼續(xù)擴(kuò)大；該區(qū)65%以上的耕地屬于旱砂地，以種植傳統(tǒng)作物(莜麥、亞麻、馬鈴薯)為主，其產(chǎn)量偏低而且年際間很不穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益十分低下[6]。因此，如何開(kāi)發(fā)65%以上旱砂地作物的生產(chǎn)效益，如何增加“首都兩區(qū)”建設(shè)背景下種植者收入，創(chuàng)新保墑效果好、水分利用效率較高的種植模式，是目前亟待解決的課題。

馬忠義等[7]研究了雨養(yǎng)旱作條件下兩種類型玉米品種的產(chǎn)量和群體特征，選育推廣了抗旱耐密高產(chǎn)玉米品種，對(duì)我國(guó)北方雨養(yǎng)旱作區(qū)玉米生產(chǎn)具有重要意義；楊福存等[8]通過(guò)對(duì)壩上高寒區(qū)沙質(zhì)栗鈣土的土地資源進(jìn)行生態(tài)-經(jīng)濟(jì)兼顧型農(nóng)牧業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整的依據(jù)分析以及大量調(diào)查和實(shí)證研究，提出了旨在實(shí)現(xiàn)“更換作物，集雨高效；以農(nóng)養(yǎng)牧，農(nóng)牧結(jié)合；良性循環(huán)，資源持續(xù)”的農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)策略。竇鐵嶺探索出了適應(yīng)冀西北壩上氣候的小西瓜栽培技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)2 000元/667 m2以上[9]，為本項(xiàng)研究提供了很好的借鑒。

本項(xiàng)目結(jié)合前人的研究，通過(guò)在該區(qū)旱砂地上采用雨養(yǎng)旱作種植方式，對(duì)引進(jìn)的不同小西瓜品種進(jìn)行雨養(yǎng)旱作效應(yīng)研究，以便為該區(qū)旱砂地溝壟集雨旱作技術(shù)的有效推廣提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然條件

試驗(yàn)于2019年5～9月在張家口市尚義縣南壕塹鎮(zhèn)西平山村西瓜種植基地的旱砂地上進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤物理性狀見(jiàn)表1。

表1 不同生育時(shí)期小西瓜比葉重比較 mg·cm-2

表1 供試土壤的物理性狀

西平山村西瓜種植基地海拔高度1 480 m，年均氣溫3.66 ℃，光照充足，溫差較大，雨熱同季，年均降水量為350～420 mm，多集中于6、7、8月份，無(wú)霜期一般為100～120 d，是典型的雨養(yǎng)旱作農(nóng)業(yè)區(qū)[10]。該區(qū)水系為內(nèi)流域，無(wú)外部客水資源補(bǔ)充，只能依靠自然降水來(lái)補(bǔ)充地下水[11-12]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小西瓜品種有京闌、京秀，由北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心提供；華玲、明玉、黑寶，由臺(tái)灣農(nóng)友種苗股份有限公司提供。

2019年5月16日在塑料大棚內(nèi)采用60穴的育苗盤(pán)進(jìn)行播種育苗，苗齡25 d，6月9日移栽大田。移栽前撒施腐熟的羊糞37 500 kg·hm-2，并以磷酸二銨600 kg·hm-2作底肥，將其施入定植行內(nèi)，肥土混勻，定植行做成壟溝狀，即壟底低于壟面，壟面寬50 cm，深15 cm，兩壟溝相距160 cm，株距45 cm，蓋地膜，栽苗后每株均澆水1.5 kg，再用土將定植口封嚴(yán)實(shí)。小西瓜采用爬蔓栽培，每株保留1條主蔓和1條側(cè)蔓，其余側(cè)蔓摘除，兩蔓上各保留1個(gè)瓜，其它試驗(yàn)管理與大田生產(chǎn)相同，9月1日收獲完畢。小西瓜只是在移栽時(shí)每株澆定植水1.5 kg，在其它生長(zhǎng)時(shí)期不再進(jìn)行人工灌溉，而是充分依靠自然降雨為小西瓜供應(yīng)水分。

每個(gè)小西瓜品種均栽植3壟，以每壟為1次重復(fù)，隨機(jī)排列，每壟(小區(qū))的面積均為20 m×1.6 m=32 m2，每壟栽植45株。

1.3 測(cè)定內(nèi)容及測(cè)定方法

分別在不同生長(zhǎng)階段從每個(gè)小區(qū)中挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的小西瓜5株，進(jìn)行比葉重及葉綠素含量測(cè)定，在結(jié)果前期進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈪?shù)和凈光合速率測(cè)定；抽蔓開(kāi)花期于每小區(qū)內(nèi)選取同一天開(kāi)放的相同節(jié)位的雌花花朵15個(gè)進(jìn)行標(biāo)記，采收時(shí)，測(cè)定單瓜的質(zhì)量，計(jì)算每個(gè)小區(qū)的產(chǎn)量，折合成公頃產(chǎn)量，同時(shí)，并記錄每壟的結(jié)瓜數(shù)量；從每個(gè)品種中選擇成熟的小西瓜15個(gè)，測(cè)量其折光糖度；在小西瓜移栽前和收獲后測(cè)定0～40 cm土層的水分含量。

采用Li-6400光合儀測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)和凈光合速率，每個(gè)品種的每個(gè)小區(qū)各測(cè)定5株；參照張憲政的丙酮乙醇混合液法進(jìn)行葉綠素含量測(cè)定[13]；采用WY060手持糖量?jī)x測(cè)定果實(shí)中心折光糖度；采用烘干法測(cè)定土壤含水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時(shí)期的比葉重

從小西瓜不同生育時(shí)期的比葉重來(lái)看(表1)，京秀在苗期最高，顯著高于其他品種，明玉次之，其與黑寶差異不顯著。抽蔓開(kāi)花期仍以京秀最高，但與明玉無(wú)顯著性差異，黑寶次之。結(jié)果期與抽蔓開(kāi)花期基本一致。對(duì)每個(gè)品種而言，各生育時(shí)期的比葉重均表現(xiàn)為結(jié)果期>苗期>抽蔓開(kāi)花期。綜合各時(shí)期的比葉重可以看出，以京秀、明玉對(duì)干旱的適應(yīng)性最好，黑寶次之，其他品種適應(yīng)性較差。

2.2 不同時(shí)期的葉綠素含量

小西瓜葉片中葉綠素含量在不同生育時(shí)期發(fā)生著顯著的變化(表2)。無(wú)論哪個(gè)品種，在密度相同的情況下，葉片中葉綠素含量均是抽蔓開(kāi)花期>苗期>結(jié)果期；在不同生育時(shí)期品種之間的葉綠素含量存在明顯的差異，在苗期京闌的Chla含量明顯低于其他品種，其他品種之間差異不顯著，而Chlb、Chl(a+b)含量在京秀、明玉和黑寶之間差異不顯著，但都明顯高于其他品種；進(jìn)入抽蔓開(kāi)花期，各品種葉綠素含量達(dá)到最大，仍以京秀、明玉和黑寶葉片中葉綠素含量最高；進(jìn)入結(jié)果期，黑寶、京秀和明玉葉片中葉綠素含量最高，且差異不明顯。葉綠素含量的這種變化表明，品種京秀、明玉、黑寶對(duì)干旱少雨的自然氣候適應(yīng)性強(qiáng)。

表2 不同生育時(shí)期小西瓜的葉綠素含量比較 mg·g-1

2.3 結(jié)果初期的熒光參數(shù)和凈光合速率(表3)

表3 結(jié)果初期小西瓜的熒光參數(shù)和凈光合速率比較

從表3數(shù)據(jù)來(lái)看，各品種的Fo以京闌最高，顯著高于其他品種，表明京闌在一定程度上受到了干旱、強(qiáng)光等逆境的影響，而其他品種的Fo相差不明顯；從Fv/Fm、Fv/Fo來(lái)看，京秀最高，明玉、華玲和黑寶之間差異不顯著，以京闌最低；表明京闌受強(qiáng)光和干旱抑制程度大于京秀、明玉、黑寶和華玲。

從結(jié)果初期測(cè)定的凈光合速率看，以京秀的凈光合速率最高，明玉其次，黑寶第三，但三者之間無(wú)顯著差異，京闌最低。表明這三個(gè)品種對(duì)該區(qū)干旱、強(qiáng)光等自然環(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng)于京闌。

2.4 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和中心折光糖度(表4)

表4 小西瓜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和中心折光糖度比較

從表4看出，京秀的單株結(jié)瓜數(shù)最高，為1.62個(gè)，坐果率達(dá)81%，其次為明玉，單株結(jié)瓜數(shù)為1.51個(gè)，坐果率75.5%，黑寶單株結(jié)瓜數(shù)第三，為1.45個(gè)，坐果率為72.5.%。由表4可知，小西瓜單瓜重和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量以京秀最高，明玉次之，黑寶位列第三，京秀單瓜重和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著高于其他品種。京秀的單瓜重和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量較京闌分別提高了32.75%和60.49%。

從不同品種中心折光糖度來(lái)看，京秀最高，為11.45%，明玉其次，為10.36%，黑寶第三，為10.26%，除了華玲明顯低于京秀外，其他品種之間差異并不顯著，表明干旱對(duì)小西瓜的中心折光糖度影響程度小。

2.5 水分利用效率和經(jīng)濟(jì)效益(表5)

表5 小西瓜的水分利用效率和經(jīng)濟(jì)效益比較

從水分利用效率數(shù)據(jù)看，京秀顯著高于其他品種，比明玉和黑寶分別提高5.53%，6.66%。由于本項(xiàng)研究只依靠自然降雨來(lái)為小西瓜定植后的生長(zhǎng)提供所需要的水分，所以，小西瓜的產(chǎn)量越高，表明該品種在定植后對(duì)水分的利用效率越高，對(duì)干旱的適應(yīng)能力也就越強(qiáng)。因此，水分利用效率數(shù)據(jù)表明京秀的干旱適應(yīng)性最強(qiáng)。反映在經(jīng)濟(jì)效益上，則是京秀>明玉>黑寶>華鈴>京闌。京秀的經(jīng)濟(jì)效益較京闌提高了60.49%。

3 討 論

比葉重是衡量葉片光合作用性能的一個(gè)參數(shù)[14]。高等植物葉綠體中的葉綠素主要包括Chla和Chlb，其含量高低是與植物光合能力和同化效率相關(guān)的[15]。有研究表明，植物體中葉綠素b含量較高和葉綠素a/b蛋白復(fù)合體較多，更有利于植物吸收和利用光能[16-17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，每個(gè)品種各生育時(shí)期的比葉重均表現(xiàn)為結(jié)果期>苗期>抽蔓開(kāi)花期，這是因?yàn)槊缙谛∥鞴先~片光合同化產(chǎn)物只用于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，其相應(yīng)的比葉重會(huì)較大；而進(jìn)入抽蔓開(kāi)花期，葉片同化產(chǎn)物既要用于小西瓜的根、莖、葉的生長(zhǎng)，又要用于花和果實(shí)的生長(zhǎng)，消耗的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)增多，其比葉重則相應(yīng)減??；到了結(jié)果中后期，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)減緩，瓜的大小不會(huì)有太大變化，此期消耗的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少了，比葉重增加較多[18]。本試驗(yàn)中以京秀的比葉重最大，明玉其次，黑寶再次之；葉綠素含量和凈光合速率表現(xiàn)出與比葉重相同的趨勢(shì)；這與前人的研究結(jié)果一致[19]。

熒光參數(shù)Fv/Fm反映了PSⅡ原初光能的轉(zhuǎn)化效率，在非脅迫條件下該參數(shù)變化極小，與物種和生長(zhǎng)條件無(wú)關(guān)，脅迫(光抑制，干旱等)條件下該參數(shù)明顯下降[20]。Fv/Fo表示光反應(yīng)中心PSⅡ的潛在活性[21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，京秀、明玉、黑寶受干旱和強(qiáng)光的抑制程度小于華玲和京闌，這與凈光合速率的變化相一致。

2019年張家口壩上地區(qū)夏季氣溫比平常年份偏高，而同期降雨量卻減少了47.2%，使小西瓜在開(kāi)花結(jié)果期遭受強(qiáng)光、高溫和干旱氣候的影響。另外，在本次研究中，只是充分利用自然降雨為小西瓜提供水分，沒(méi)有額外的人工補(bǔ)水，因而小西瓜的產(chǎn)量普遍偏低。每個(gè)品種在株行距相同的條件下，制約產(chǎn)量的因素主要與小西瓜采用何種整枝方式、單瓜質(zhì)量的大小、每株的坐果率以及田間病害發(fā)生程度等有關(guān)外[22-23]，還與各品種對(duì)水分的利用效率有關(guān)[21]。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，水分利用效率越高的品種，其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量越高，以京秀最高，明玉其次，黑寶第三，其余品種產(chǎn)量均較低。

綜上所述，試驗(yàn)品種中以京秀的綜合性狀表現(xiàn)最好，對(duì)冀西北壩上地區(qū)的干旱氣候適應(yīng)性強(qiáng)，表現(xiàn)出較好的旱作效應(yīng)，其次是明玉，黑寶位列第三，華玲和京闌旱作效應(yīng)差?？梢?jiàn)，在冀西北壩上地區(qū)采用溝壟覆膜、集雨聚水的技術(shù)種植西瓜，通過(guò)選用耐旱品種，在干旱的氣候條件下，依然可以取得很好的效應(yīng)。