覆蓋材料對(duì)西瓜光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

張小紅，鄢 錚，彭 瓊

（福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福州 350018）

0 引言

西瓜地膜覆蓋栽培在中國(guó)始于20世紀(jì)80年代，最早使用的是透明聚乙烯地膜，隨后發(fā)展出黑色膜[1-2]、銀灰色膜[3-4]、除草膜[5]、降解膜[6-8]等多種地膜，但目前生產(chǎn)上應(yīng)用最普遍的仍是透明聚乙烯地膜。由于透明聚乙烯地膜的高分子難分解屬性，生產(chǎn)上大量廢棄的地膜殘余在土壤中數(shù)百年都難以降解，造成嚴(yán)重的“白色污染”，亟需尋找一種可替代聚乙烯地膜的既環(huán)保又增產(chǎn)的覆蓋材料。已有研究大多集中在覆蓋材料對(duì)西瓜生長(zhǎng)、品質(zhì)、產(chǎn)量的影響[9-11]，以及對(duì)土壤酶活性[12-13]、水肥熱動(dòng)態(tài)變化[14-15]、經(jīng)濟(jì)效益[16-17]等方面的影響。關(guān)于覆蓋材料對(duì)西瓜光合特性影響方面的報(bào)道不多。光合作用是作物生長(zhǎng)過(guò)程中最重要的生理進(jìn)程，與作物的產(chǎn)量和品質(zhì)密不可分。筆者選取菇渣、液態(tài)膜、黑色防草無(wú)紡布（可降解）等具有可降解、無(wú)污染等特點(diǎn)的覆蓋材料應(yīng)用在西瓜栽培上，以透明聚乙烯地膜為對(duì)照，綜合比較4種覆蓋材料對(duì)西瓜生長(zhǎng)時(shí)期的光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期篩選出兼具環(huán)保與增產(chǎn)功能的覆蓋材料，為綠色西瓜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一定技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西瓜品種‘惠蘭’由農(nóng)友種苗（中國(guó)）有限公司選育。

供試覆蓋材料：（1）透明聚乙烯地膜（騰飛農(nóng)資線(xiàn)上工廠(chǎng)店），以下簡(jiǎn)稱(chēng)白膜，厚0.008 mm（0.8絲），寬2 m，成本約2070元/hm2；（2）液態(tài)膜（連云港市金河液態(tài)地膜廠(chǎng)），成本約2250元/hm2，3個(gè)月完全降解；（3）黑色防草無(wú)紡布（伊布爾新材料有限公司），材料為聚丙烯丙綸，規(guī)格為70 g/m2，寬2 m，成本約6000元/hm2，6個(gè)月完全降解；（4）菇渣，海鮮菇收獲后的廢棄菇渣，由福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所食用菌研究室提供。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2021年3—6月在福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)地進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)不同覆蓋處理。T1（對(duì)照）覆蓋材料為白膜，T2覆蓋材料為液態(tài)膜，T3覆蓋材料為黑色防草無(wú)紡布（可降解），T4覆蓋材料為菇渣，覆蓋厚度2 cm。設(shè)置4個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積為42 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。3月31日采用穴盤(pán)播種，試驗(yàn)地整畦施肥后，畦面覆蓋上述4種不同覆蓋材料。4月27日定植，株距80 cm，雙蔓整枝，每株留2個(gè)瓜，其余田間管理方法同常規(guī)。6月22日果實(shí)采收。

1.3 光合作用氣體交換參數(shù)的測(cè)定

采用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400XT便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)展西瓜光合作用氣體交換參數(shù)的測(cè)定，選擇在晴朗天氣的9:00—11:00進(jìn)行。在西瓜生長(zhǎng)的伸蔓期（5月13日）、始花期（5月27日）和膨瓜期（6月10日），選取各處理中長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植株10株，選擇植株頂端向下第4片功能葉進(jìn)行凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)和水汽壓虧缺(Vpd)等氣體交換參數(shù)測(cè)定，重復(fù)3次。

1.4 果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)的測(cè)定

在果實(shí)收獲期，統(tǒng)計(jì)各處理小區(qū)收獲的坐果數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量，計(jì)算出平均單果質(zhì)量，通過(guò)小區(qū)產(chǎn)量折算出每平方米產(chǎn)量。選取各處理中長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植株10株，采用數(shù)顯測(cè)糖儀測(cè)定同一天開(kāi)雌花的成熟西瓜的中心、邊際可溶性固形物含量和Vc含量，重復(fù)3次。Vc含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定[18]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用DPS 13.0和SPSS 13.0進(jìn)行顯著性差異分析和數(shù)據(jù)相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片Pn的影響

由表1可知，隨著生長(zhǎng)期的推進(jìn)，各處理的西瓜葉片Pn值均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，始花期的Pn值均為最高。其中，T3處理的Pn值在3個(gè)生長(zhǎng)期均極顯著高于其他處理，伸蔓期比CK增加了22.55%，始花期比CK增加了12.47%，膨瓜期比CK增加了57.53%；T2處理的Pn值在3個(gè)生長(zhǎng)期均極顯著低于CK；T4處理的Pn值在伸蔓期和膨瓜期均與CK無(wú)顯著性差異，在始花期則極顯著低于CK。

表1 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片Pn的影響 μmol/(m2·s)

2.2 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片Gs的影響

由表2可知，隨著生長(zhǎng)期的推進(jìn)，各處理的西瓜葉片Gs值均呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，伸蔓期的Gs值均為最高。其中，T3處理的Gs值在3個(gè)生長(zhǎng)期均極顯著高于其他處理，伸蔓期比CK增加了33.33%，始花期比CK增加了31.03%，膨瓜期比CK增加了44.00%；T2處理的Gs值在3個(gè)生長(zhǎng)期均極顯著低于CK；T4處理的Gs值在伸蔓期與CK無(wú)顯著性差異，在始花期極顯著高于CK，在膨瓜期則極顯著低于CK。

表2 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片Gs的影響 mol/(m2·s)

2.3 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片Ci的影響

由表3可知，隨著生長(zhǎng)期的推進(jìn)，各處理的西瓜葉片Ci值均呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，T1(CK)和T4處理在伸蔓期的Ci值為最高，T2和T3處理值則在膨瓜期為最高。其中，T3處理的Ci值在伸蔓期和始花期極顯著低于T4處理，極顯著高于CK和T2處理，在膨瓜期則極顯著高于其他處理，伸蔓期比CK增加了3.48%，始花期比CK增加了22.41%，膨瓜期比CK增加了7.58%；T2處理的Ci值在3個(gè)生長(zhǎng)期均極顯著低于CK；T4處理的Ci值在伸蔓期和始花期極顯著高于CK，在膨瓜期則顯著低于CK。

表3 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片Ci的影響 μmol/mol

2.4 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片Tr的影響

由表4可知，隨著生長(zhǎng)期的推進(jìn)，各處理的西瓜葉片Tr值均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，始花期的Tr值均為最高。其中，T3處理的Tr值均極顯著高于其他處理，伸蔓期比CK增加了15.61%，始花期比CK增加了26.75%，膨瓜期比CK增加了9.67%；T2處理的Tr值在3個(gè)生長(zhǎng)期均極顯著低于CK；T4處理的Tr值在伸蔓期和膨瓜期極顯著低于CK，在始花期則極顯著高于CK。

表4 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片Tr的影響 mmol/(m2·s)

2.5 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片Vpd的影響

由表5可知，隨著生長(zhǎng)期的推進(jìn)，各處理的西瓜葉片Vpd值均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，始花期的Vpd值均為最高。其中，T3處理的Vpd值在3個(gè)生長(zhǎng)期均極顯著低于其他處理，伸蔓期比CK減少了13.28%，始花期比CK減少了12.83%，膨瓜期比CK減少了15.08%；T2處理的Vpd值在3個(gè)生長(zhǎng)期均極顯著高于其他處理；T4處理的Vpd值在伸蔓期極顯著低于CK，在始花期極顯著高于CK，在膨瓜期顯著低于CK。

表5 覆蓋材料對(duì)西瓜葉片Vpd的影響 kPa

2.6 覆蓋材料對(duì)西瓜果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

由表6可知：（1）在各處理中，產(chǎn)量最高的是T3處理，極顯著高于其他處理，比CK增加了23.99%；T2和T4處理產(chǎn)量均極顯著低于CK；產(chǎn)量最低的是T2處理，比CK降低了36.19%。（2）中心和邊際可溶性固形物含量最高的是T3處理，極顯著高于其他處理，中心可溶性固形物含量比CK增加了2.05%，邊際可溶性固形物含量比CK增加了3.96%；T2和T4處理均極顯著低于CK；最低的是T2處理，中心可溶性固形物含量比CK降低了38.36%，邊際可溶性固形物含量比CK降低了49.50%。（3）Vc含量最高的是T3處理，與CK無(wú)顯著差異，極顯著高于T2和T4處理；Vc含量最低的是T2處理，比CK降低了25.75%。（4）T4處理的果肉空心，其余處理的果肉肉質(zhì)緊密。

表6 覆蓋材料對(duì)西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.7 覆蓋處理西瓜產(chǎn)量與光合特性指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表7可知，不同覆蓋處理的西瓜產(chǎn)量與Pn、Tr和Vpd值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與Gs、Ci值呈正相關(guān)，未達(dá)到顯著水平；Pn與Tr值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與Gs、Vpd值呈正相關(guān)，與Ci值呈負(fù)相關(guān)，均未達(dá)到顯著水平；Ci值與Vpd值呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與Tr值呈負(fù)相關(guān)，未達(dá)到顯著水平；Tr與Vpd值呈正相關(guān)，未達(dá)到顯著水平。

表7 覆蓋處理西瓜產(chǎn)量與光合特性指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

福建地區(qū)西瓜春季栽培時(shí)常遇到積溫不足導(dǎo)致發(fā)育遲緩的問(wèn)題，生產(chǎn)上利用地膜覆蓋可以起到增溫保墑、減少田間蒸發(fā)、促進(jìn)植株生長(zhǎng)的作用[19-21]。目前已報(bào)道的西瓜栽培覆蓋材料有黑膜、白膜、有色地膜、可降解地膜，還有稻草[22]、砂礫石覆蓋[12,23]等，不同覆蓋材料的保溫保濕性和透光率各有差異[14,20]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，黑色防草無(wú)紡布的覆蓋效果優(yōu)于白膜、液態(tài)膜和菇渣，果實(shí)產(chǎn)量、可溶性固形物和Vc含量均極顯著高于其他處理。這可能是由于黑色防草無(wú)紡布特有的材質(zhì)特點(diǎn)，可以更好地吸收太陽(yáng)熱量保溫、以及保持土壤疏松狀態(tài)和微生物菌群的正常活動(dòng)，更有利于根系和地上部的協(xié)調(diào)生長(zhǎng)。相對(duì)于白膜還可起到更好的防止雜草生長(zhǎng)的作用，而且此類(lèi)無(wú)紡布環(huán)保可降解，不會(huì)造成環(huán)境污染。這與李婷等[10]的研究結(jié)論一致。液態(tài)膜覆蓋的植株生育期間生長(zhǎng)緩慢，果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量也較差，可能是由于液態(tài)膜保水性和保溫性較差，這與楊軍等[16]的研究結(jié)論不同。菇渣覆蓋的透氣性好，但保溫保濕效果不及白膜，果實(shí)發(fā)育期間積溫不足可能是導(dǎo)致果實(shí)普遍出現(xiàn)空心問(wèn)題的原因。

采用不同覆蓋材料栽培的西瓜產(chǎn)量有顯著差異，這與植株的光合作用能力息息相關(guān)。植株在光合作用過(guò)程中，CO2從空氣中向葉綠體光合部位擴(kuò)散[24]，會(huì)受到周?chē)h(huán)境、田間小氣候的影響。畦面添加覆蓋物栽培會(huì)直接影響光熱、溫度、濕度等田間小氣候變化，進(jìn)而影響到田間小環(huán)境中植株整體的光合作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，黑色防草無(wú)紡布覆蓋處理的植株葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)均極顯著高于其他處理，胞間CO2濃度(Ci)極顯著高于對(duì)照，水汽壓虧缺(Vpd)極顯著低于其他處理。相關(guān)性分析表明，不同覆蓋處理的西瓜產(chǎn)量與Pn、Tr和Vpd值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，Pn與Tr值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。

引起凈光合速率變化的因素包括氣孔因素和非氣孔因素[25-27]。本試驗(yàn)測(cè)得的光合速率與Gs、Ci、Vpd的相關(guān)性都不顯著，因此推測(cè)本試驗(yàn)的覆蓋材料不會(huì)對(duì)西瓜植株產(chǎn)生脅迫作用。Pn與Tr值的正相關(guān)系數(shù)為0.92**，說(shuō)明覆蓋栽培有利于蒸騰作用，蒸騰速率提高可加速植株體內(nèi)的水分傳導(dǎo)和礦物質(zhì)運(yùn)輸，使CO2分子出氣孔反向進(jìn)入植物體內(nèi)，從而提高光合速率[28]。Vpd對(duì)溫度變化敏感，溫度升高會(huì)導(dǎo)致Vpd增大，而Vpd增大又會(huì)影響氣孔，導(dǎo)致Gs變小，阻礙葉片對(duì)環(huán)境中CO2的吸收，這可能是高溫限制植物光合作用的原因之一[29]。本試驗(yàn)測(cè)得的西瓜產(chǎn)量與Vpd值的正相關(guān)系數(shù)為0.95**，說(shuō)明添加覆蓋物具有較好的協(xié)調(diào)田間小氣候的作用，不易產(chǎn)生高溫抑制光合作用、抑制植株生長(zhǎng)的反作用。Pn、Gs、Ci、Tr、Vpd等光合特性相關(guān)指標(biāo)可用作衡量西瓜產(chǎn)量的生理指標(biāo)。

綜上所述，黑色防草無(wú)紡布處理的西瓜植株生長(zhǎng)勢(shì)和光合作用能力強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)好，雖然成本比白膜高，但從環(huán)保省工、生態(tài)效益等角度考慮[30]，建議在西瓜生產(chǎn)上推廣使用黑色防草無(wú)紡布作為覆蓋栽培材料。本試驗(yàn)只探討了不同覆蓋材料對(duì)西瓜光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，關(guān)于其對(duì)土壤理化性狀、微生物菌群的影響有待繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)工作。