水肥一體化條件下設(shè)施甜瓜灌溉施肥制度試驗(yàn)研究

黃卿宜，孫一迪，周明耀，王 恬，陳喜鋒

（1.揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009；2.常熟市董浜水利管理服務(wù)站，江蘇常熟 215534；3.江蘇綠博生物科技有限公司，江蘇常熟 215534）

0 引 言

甜瓜在我國有著悠遠(yuǎn)流長的種植歷史，雖然我國長江中下游地區(qū)的塑料大棚等設(shè)施多用于果蔬的種植[1]，但根據(jù)國家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，甜瓜在我國甜瓜總種植面積中只有48%的設(shè)施種植面積[2]。水肥一體化是設(shè)施農(nóng)業(yè)一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展也離不開對(duì)水肥管理的探索[3]，因此對(duì)作物進(jìn)行一體化水肥灌溉的研究，提高設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培管理技術(shù)，能夠?yàn)樵O(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展提供重要助力。牛勇[4]等人通過研究發(fā)現(xiàn)相對(duì)較低土壤水分含量對(duì)甜瓜可以促進(jìn)根系發(fā)育，并提高產(chǎn)量和品質(zhì)。李毅杰[5]等人研究滴灌條件下不同灌水下限和溝灌對(duì)甜瓜產(chǎn)量品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)65%θfc是武漢地區(qū)厚皮甜瓜的適宜灌水下限。陳昱辛[6]試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)滴灌條件下輕度虧水處理對(duì)產(chǎn)量沒有負(fù)面影響，還能改善柑橘光合特性和促進(jìn)果實(shí)生長。此外，在我國廚余垃圾占城市生活垃圾的比重較大，通過微生物處理技術(shù)，將廚余垃圾處理成的生物腐殖酸肥料常用于水果種植[7]。雖然水肥一體化相關(guān)研究很多，但將廚余有機(jī)肥用于水肥一體化灌溉的研究卻不多，將廚余有機(jī)肥用于果蔬種植，不僅可以替代化肥使用量，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，同時(shí)對(duì)城鄉(xiāng)生活廚余垃圾的無害化、資源化利用具有重要的意義。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)基地位于常熟市董浜鎮(zhèn)里睦村，位于東經(jīng)120°58′24.19″，北緯31°39′10.28″，屬亞熱帶季風(fēng)性海洋氣候，溫和濕潤，四季分明，全年雨量適中，季節(jié)分配比較均勻，年平均降雨量1 154 mm。常熟董浜鎮(zhèn)近年來大量投入農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，有著蘇州最大的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地，全鎮(zhèn)已建成高效精準(zhǔn)灌溉泵站111座，覆蓋面積超過0.333 萬hm2。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用大棚盆栽試驗(yàn)，以當(dāng)?shù)匕傩粘Ｓ玫娜鍪补嘁约盎适褂眉儚?fù)合肥（N、P2O5和K2O 的含量均為15%）設(shè)為對(duì)照處理CK，設(shè)置甜瓜全生育期不同灌水下限（W1:75%θfc、W2:65%θfc、W3:55%θfc）和不同追肥量（F1:1 050 kg/hm2、F2:735 kg/hm2）兩因素，共7 次重復(fù)（表1）。不同灌溉方式W1、W2 和W3 的灌水上限均設(shè)為90%，全生育期灌水下限分別為田間持水率的75%、65%和55%；除對(duì)照處理人工撒施澆灌外，其他處理使用水肥一體機(jī)進(jìn)行灌溉施肥。追施的肥料為尿素（N≥46%）、過磷酸鈣（P2O5≥12%）和硫酸鉀（K2O≥50%）配比而成，在坐果成功之前施肥比例為N∶P2O5∶K2O=4∶3∶3，坐果期之后提高鉀的含量將施肥比例調(diào)節(jié)為N∶P2O5∶K2O=4∶1∶5；除對(duì)照外，其他處理使用復(fù)合肥和廚余有機(jī)肥混合作為基肥，檢測(cè)施加的廚余有機(jī)肥氮磷鉀含量分別為0.48%、0.12%、0.10%，折算后在CK 基肥中補(bǔ)充與45 t/hm2廚余有機(jī)肥等量氮磷鉀的復(fù)合肥。

試驗(yàn)品種選取當(dāng)?shù)赜缰行牡牟┭?1 號(hào)和白籽南瓜的嫁接苗，一盆一苗種植，按行距50 cm、株距35 cm 布置。3月15日將三葉一心的幼苗移栽進(jìn)試驗(yàn)盆，澆入足量的定苗水，3月26日開始處理，羊角蜜的整枝方式采用單蔓整枝，吊蔓栽培。在植株長至11 節(jié)時(shí)候開始人工授粉，隔節(jié)留瓜，一株留兩個(gè)瓜，坐果成功后開始打頂，其他栽培管理按照常規(guī)方法進(jìn)行。5月28日之后按照羊角蜜果實(shí)成熟情況依次采收。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)方案見表1。

表1 試驗(yàn)方案Tab.1 Experimental design

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

(1)莖粗和株高：待植株度過緩苗期，自2021年3月26日開始不同處理后，每7 d 觀測(cè)1 次株高，在點(diǎn)花坐果成功后對(duì)植株進(jìn)行打頂，之后不再測(cè)量株高。株高取植株主莖從嫁接點(diǎn)到生長點(diǎn)的垂直高度，用卷尺測(cè)量。在每個(gè)生育期結(jié)束時(shí)觀測(cè)一次莖粗，采用精確度為0.01 mm 的游標(biāo)卡尺測(cè)量主莖上3～4 節(jié)間處莖干直徑，取相互垂直的兩個(gè)方向的均值作為該植株莖粗，每次測(cè)量相同位置。

(2)點(diǎn)花數(shù)：從4月27日到5月7日，開始人工點(diǎn)花授粉并統(tǒng)計(jì)第11 個(gè)節(jié)位以上的雌花數(shù)，在每株開滿5 朵以上雌花時(shí)停止授粉。

(3)果實(shí)形態(tài)：收獲后測(cè)量各處理果實(shí)大小，用精確度為0.01 mm 的數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)的橫徑和縱徑。收果后沿軸線切開果實(shí)，用游標(biāo)卡尺測(cè)量果肉厚度。

(4)產(chǎn)量：甜瓜成熟后，用電子天平稱重，記錄成熟時(shí)間和各處理的甜瓜單株產(chǎn)量。

(5)水肥利用率：水分利用效率（WUE）和肥料偏生產(chǎn)力（PFP）計(jì)算公式如下，

式中：Y為總產(chǎn)量，kg/hm2；W為總耗水量，m3/hm2；F為種植期間總施肥量，kg/hm2。

(6)果實(shí)品質(zhì)：在成熟期采集新鮮成熟甜瓜，測(cè)定各處理下的甜瓜品質(zhì)指標(biāo)：維生素C采用分光光度法、還原糖采用蒽酮比色法、可溶性固形物采用折射儀法、可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)G-250法、有機(jī)酸采用酸堿滴定法[8]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

羊角蜜果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)采用模糊數(shù)學(xué)里的隸屬函數(shù)值法[9]，計(jì)算公式如下，

正相關(guān)指標(biāo)（可溶性固形物、維生素C、可溶性蛋白、還原糖）：

負(fù)相關(guān)指標(biāo)（有機(jī)酸）：

式中：Zij為i處理j指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xij為i處理的j指標(biāo)的測(cè)定值；Xjmax和Xjmin為各處理j指標(biāo)的最大測(cè)定值和最小測(cè)定值。

通過對(duì)羊角蜜測(cè)定的五種品質(zhì)指標(biāo)計(jì)算各自的隸屬函數(shù)數(shù)值。采用Excel 2018 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，通過SPSS 25.0 軟件進(jìn)行方差分析，作圖軟件使用Origin2021。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同處理對(duì)甜瓜植株生長的影響

由圖1可知，隨著定植之后，各處理的株高隨著生長不斷增大，增長速度顯現(xiàn)緩慢到快速再到緩慢的過程，株高在前兩次測(cè)量結(jié)果中灌水下限、追肥水平的影響均不顯著，第三、四次株高測(cè)量中W2 和W1、W3 無顯著差異，但W1 和W3 差異明顯。第五次株高測(cè)量中三個(gè)灌水下限水平兩兩顯著，在株高測(cè)量中均呈現(xiàn)W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3 的規(guī)律。株高后兩次測(cè)量，追肥水平存在顯著差異，且F1＞F2。莖粗則在果實(shí)膨脹期達(dá)到最大值，成熟期因灌水量的減少又略有萎縮。莖粗在伸蔓期之后呈現(xiàn)W2＞W(wǎng)1＞W(wǎng)3 的生長規(guī)律，這和牛勇[4]等人研究的適當(dāng)降低的灌水下限會(huì)促進(jìn)根系發(fā)育和營養(yǎng)吸收從而導(dǎo)致莖粗的提高的觀點(diǎn)相一致。追肥量在全生育期對(duì)莖粗都有顯著影響，高追肥量對(duì)莖粗有促進(jìn)作用。王志鵬[10]等人在試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)甜瓜莖粗隨著氮肥量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，這與本試驗(yàn)的結(jié)果存在一些差異，第一他的試驗(yàn)中僅控制施氮量，氮肥對(duì)株高、莖粗影響最大，第二可能本試驗(yàn)設(shè)定的高追肥量沒有達(dá)到抑制株高莖粗生長的水平。CK 由于基肥中沒有廚余有機(jī)肥，缺少有機(jī)質(zhì)的作用，株高、莖粗生長速度始終不及滴灌處理，而且CK 大水澆灌沒有出現(xiàn)李毅杰[5]等人試驗(yàn)里大水漫灌導(dǎo)致的作物徒長現(xiàn)象，也間接說明廚余有機(jī)肥對(duì)植株生長的促進(jìn)作用。

圖1 不同處理對(duì)甜瓜植株生長的影響Fig.1 Effects of different treatments on melon plant growth

2.2 不同處理對(duì)雌花數(shù)和收果時(shí)間的影響

不同處理對(duì)開花時(shí)間和數(shù)目如圖2所示，不同追肥水平對(duì)處理開花時(shí)間沒有顯著差異。滴灌處理中W1 的開花時(shí)間最早，而W2和W3處理的開花時(shí)間相比W1晚了2 d，CK 從生長發(fā)育階段就一直落后，點(diǎn)花開始時(shí)間比最早的處理慢了一周。W1、W2 皆在5 d 內(nèi)每株開滿5 朵雌花，W3 用了6 d。說明高水平的灌水下限可以使羊角蜜更早地進(jìn)入開花期，并且更快地完成開花座果的過程。而W2已經(jīng)達(dá)到延遲甜瓜開花時(shí)間的水分標(biāo)準(zhǔn)，W3 則達(dá)到延長開花時(shí)長的水分標(biāo)準(zhǔn)。收果時(shí)間和市場(chǎng)單價(jià)如表2所示，灌水下限帶來的水分脅迫不僅影響著開花時(shí)間同時(shí)影響著果實(shí)成熟時(shí)間。W1 從點(diǎn)花開始到成熟采收用時(shí)31 d，W2、W3 分別推遲了2 d 和3 d，CK 推遲了5 d。點(diǎn)花和成熟時(shí)間的推遲最終影響的是市場(chǎng)價(jià)格，最早成熟的W1的市場(chǎng)單價(jià)最高，后續(xù)成熟的價(jià)格因上市時(shí)間和其他產(chǎn)地供貨時(shí)間重合明顯影響產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，CK 的市場(chǎng)單價(jià)少了1/3。

圖2 不同處理對(duì)甜瓜雌花數(shù)的影響Fig.2 Effects of different treatments on female flower number of melon

表2 不同處理對(duì)果實(shí)收果時(shí)間和市場(chǎng)單價(jià)Tab.2 Different treatments on fruit harvest time and market unit price

2.3 不同水肥處理對(duì)果實(shí)形態(tài)及產(chǎn)量的影響

由表3和表4所示，灌水下限控制對(duì)果實(shí)縱徑和果肉厚度有顯著影響，對(duì)果實(shí)橫徑有極顯著影響，果實(shí)縱橫徑W1F1、W2F1 和W3F2 差異顯著，其他相差不大、果實(shí)厚度上W3F2與CK 差異不顯著。W3 的果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑以及果肉厚度均比其他灌水下限要小，這符合千晶晶[11]研究的灌水量過低會(huì)影響果實(shí)的橫縱徑以及果肉厚度。追肥水平對(duì)果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑存在極顯著影響，對(duì)果肉厚度存在顯著影響，在相同灌水下限，各項(xiàng)果實(shí)形態(tài)指標(biāo)F1＞F2，這與張卿亞[12]試驗(yàn)中增大施肥量可以提高果實(shí)形態(tài)大小相符合。CK 果實(shí)形態(tài)指標(biāo)和其他處理差異顯著，CK 的果實(shí)縱徑、橫徑、果肉厚度僅有最大處理W1F1的83.5%、82.5%、88.5%。

不同處理對(duì)單株產(chǎn)量上影響如表3所示，在W1 和W2 沒有顯著差異，與W3差異顯著，說明只有在灌水下限降低到一定程度之后才能產(chǎn)量有著明顯影響。相同灌水下限，F(xiàn)1 產(chǎn)量大于F2，F(xiàn)1 的追肥水平還沒有達(dá)到抑制產(chǎn)量的程度。根據(jù)表4顯著性檢驗(yàn)的結(jié)果可以看出灌水下限控制和追肥水平對(duì)產(chǎn)量影響都達(dá)到極顯著水平，水肥協(xié)同效應(yīng)達(dá)到顯著影響。W1F1的單株產(chǎn)量最高，相比其他處理增產(chǎn)了4.5%～35.5%，W2F1的單株產(chǎn)量其次，二者差異不顯著。同時(shí)果實(shí)形態(tài)的影響最終反應(yīng)在產(chǎn)量上，產(chǎn)量最大值W1F1 相比最小值W3F2 縱橫徑和果肉厚度分別提高了30%、29.7%和14.7%，說明縱橫徑對(duì)產(chǎn)量的影響更大。CK 與W2F2 的產(chǎn)量不存在顯著差異，僅比滴灌組中水肥攝入量最少的W3F2 產(chǎn)量高5.54%，卻多用水36.2%，多追肥30%，這與楊學(xué)忠[13]試驗(yàn)中水肥一體化相比漫灌可以節(jié)肥40.3%、節(jié)水率60.0%、增產(chǎn)7.2%相差不多。

表3 不同處理對(duì)果實(shí)形態(tài)的影響Tab.3 Effects of different treatments on fruit morphology

表4 不同處理對(duì)果實(shí)形態(tài)影響的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果（F值）Tab.4 F values of significance test on the effects of different treatments on fruit morphology

2.4 不同處理對(duì)甜瓜水肥利用效率的影響

不同處理對(duì)甜瓜水分利用效率（WUE）的影響如圖3所示，CK 與其他處理的差異顯著，W3F1 的WUE最大，是最低處理CK 的1.58 倍。在高追肥水平上WUE是W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1，隨著灌水下限的下降而略有提升，但在低追肥水平上，由于肥料與灌水量雙重減少，W3 的產(chǎn)量顯著降低，導(dǎo)致W2＞W(wǎng)3 的灌溉水利用率，這與牛勇[4]的研究結(jié)果W3＞W(wǎng)1＞W(wǎng)2 并不相同。這可能是由于牛勇試驗(yàn)中沒有涉及追肥水平，也可能是他的是小區(qū)膜下滴灌試驗(yàn)和本試驗(yàn)中盆栽滴灌導(dǎo)致的差異。灌水下限對(duì)肥料偏生產(chǎn)力（PFP）都存在顯著影響，相同追肥水平，PFP隨著灌水下限的降低而降低。相同控水下限，F(xiàn)2 相比F1的WUE略有提升，而PFP略有下降。PFP的最大處理是W1F1，比最低的CK 提升了28.4%。在前人[14,15]研究中作物生產(chǎn)中灌水量存在閾值，當(dāng)灌水量超過閾值之后產(chǎn)量不再隨之增大，甚至灌溉水利用率也會(huì)隨之降低。在本次試驗(yàn)中灌溉水利用率雖然隨著灌水量增加而有一定減少，但是產(chǎn)量上并沒有出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，考慮W1 和W2 的產(chǎn)量以及PFP相差不大，可能灌水量并未超過灌溉閾值；在鄧箴[16]研究中PFP隨施肥量降低減少，和本試驗(yàn)結(jié)果相似，但本試驗(yàn)下降的不多，這可能是廚余有機(jī)肥對(duì)生長階段促進(jìn)作用帶來的影響。

圖3 不同處理對(duì)甜瓜水肥利用效率的影響Fig.3 Effects of different treatments on water and fertilizer use efficiency of melon

2.5 不同處理對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

由表5可知，在相同追肥量下，其中還原糖和可溶性固形物含量隨著灌水下限的降低而提升，W3 糖分含量最高，而維生素C 和可溶性蛋白的含量最大值為W2，W1 和W3 都一定程度上抑制了甜瓜VC 和可溶性蛋白的合成，這也吻合他人研究中適度的控水可以提高果實(shí)部分品質(zhì)的規(guī)律[17]。相同灌水下限條件下，F(xiàn)1 要比F2 的品質(zhì)含量要低一些，說明適當(dāng)減少肥料量可以有助提高果實(shí)品質(zhì)的積累，相比牛在壘[18]對(duì)不同氮、鉀施加量的研究得到不同營養(yǎng)品質(zhì)隨不同氮、鉀肥量變化的差異，本試驗(yàn)仍有可以討論進(jìn)步的地方。由表6顯著性檢驗(yàn)可知，灌水下限對(duì)還原糖、可溶性蛋白、VC 和可溶性固形物都存在極顯著影響，追肥量只對(duì)甜瓜的可溶性固形物影響沒有達(dá)到顯著水平，對(duì)其他品質(zhì)有著極顯著影響，而二者協(xié)同效應(yīng)對(duì)有機(jī)酸和可溶性蛋白含量有顯著影響。

表6 不同處理對(duì)果實(shí)品質(zhì)影響的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果（F值）Tab.6 F values of significance test on the effects of different treatments on fruit quality

評(píng)價(jià)品質(zhì)僅憑單一品質(zhì)是很難判斷果實(shí)綜合品質(zhì)的，尤其對(duì)不同處理下對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響差異不一，部分處理的差異也很小，因此利用隸屬函數(shù)對(duì)果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果如表5所示，相同追肥水平下W2 的品質(zhì)最好，相同控水水平F2 的品質(zhì)評(píng)價(jià)均大于F1，由此可知適當(dāng)降低追肥量和灌水下限都對(duì)果實(shí)品質(zhì)有促進(jìn)效果。W2F2 綜合評(píng)價(jià)最高，W2F1次之，W2F2 相比綜合評(píng)分最低的CK 處理各品質(zhì)分別提高了34.6%、10.8%、41.7%、28.1%和8.1%。

表5 不同處理對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響Tab.5 Muskmelon quality parameters of different treatments

3 結(jié) 論

（1）增加追肥量對(duì)株高莖粗有顯著提升，在伸蔓期之后灌水下限65%θfc對(duì)莖粗促進(jìn)作用大于75%θfc、55%θfc。廚余有機(jī)肥對(duì)植株生長發(fā)育有促進(jìn)作用。追肥水平對(duì)點(diǎn)花和收果時(shí)間沒有顯著影響，但高灌水下限能夠讓作物更早進(jìn)入點(diǎn)花、成熟階段。

（2）灌水量越大、追肥量越大，果實(shí)形態(tài)各指標(biāo)也隨之增大。最高產(chǎn)量是灌水下限75%θfc、追肥量1 050 kg/hm2的處理，與相同追肥量下灌水下限65%θfc的產(chǎn)量不顯著。降低灌水下限，水分利用率略有上升、肥料偏生產(chǎn)力逐漸下降。

（3）降低追肥量有利于甜瓜品質(zhì)的積累，增大灌水量顯著降低甜瓜的還原糖和可溶性固形物累積量；降低灌水量，VC 和可溶性蛋白累積量呈先增大后降低的趨勢(shì)。對(duì)測(cè)量品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)排序，灌水下限65%θfc、追肥量735 kg/hm2處理的品質(zhì)最好，灌水下限65%θfc、追肥量1 050 kg/hm2的處理次之。

（4）每公頃使用450 kg復(fù)合肥混45 t廚余有機(jī)肥作為基肥條件下，由于灌水下限75%θfc市場(chǎng)單價(jià)最高，灌水下限75%θfc、追肥量1 050 kg/hm2處理的產(chǎn)量最大，只考慮市場(chǎng)價(jià)值時(shí)可以采用該方案作為灌溉施肥制度，但灌水下限65%θfc、追肥量1 050 kg/hm2處理產(chǎn)量和其沒有顯著差距，且品質(zhì)和水肥利用率皆優(yōu)于灌水下限75%θfc、追肥量1 050 kg/hm2處理，綜合考慮產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用率采用灌水下限65%θfc、追肥量1 050 kg/hm2更為適宜。