施氯量對壓砂西瓜生長、產量及品質的影響

馬 瑞，王西娜*，田 里，余順博，魏照清，楊宗凱，譚軍利

（1.寧夏大學農學院，銀川 750021；2.寧夏大學土木與水利工程學院，銀川 750021）

壓砂西瓜是寧夏中部干旱帶主要經濟作物，因該區(qū)干旱少雨且黃河水供給有限，西瓜種植過程常采用地下微咸水補灌，在短期內有效緩解干旱缺水，促進西瓜生長，但長期灌溉則導致土壤鹽分累積，使之發(fā)生次生鹽漬化。當地微咸水中氯離子含量高達28.05～32.40 mmol·L-1，長期灌溉導致大量氯離子在土壤中累積，土壤溶液滲透壓升高，引起作物生理干旱，生長失調，出現氯毒害現象。當土壤溶液氯濃度達到作物耐氯臨界值時，將對作物產生抑制作用[1]。因此，明確氯對壓砂西瓜生長的影響及耐氯閾值對安全利用微咸水和西瓜優(yōu)質高產至關重要。

氯作為植物必需微量元素，在植物體內參與滲透調節(jié)、氣孔調節(jié)和光合作用，加快植物新陳代謝，提高植物抗病性和耐受性等[2-3]。過多氯引起植株體內養(yǎng)分失衡和酶活性降低，植物對各種營養(yǎng)元素吸收減少，生長遲緩，植株矮小，葉片少且發(fā)黃，易發(fā)生萎蔫，老葉死亡，結實率低，產量和品質降低[4-6]。因此，適量氯離子可促進作物生長，提高產量和品質，但需將施入量控制在合理閾值內[7-8]。張兆輝等通過水培試驗發(fā)現，外源氯濃度在0～84.4mmol·L-1時，隨濃度升高，西瓜地上、地下部分鮮重均逐漸增加，當濃度達到168.8 mmol·L-1時，西瓜生長受阻，對幼苗毒害也較嚴重[9]。張亞飛等研究發(fā)現，氯離子在植株體內具有累積效應，連續(xù)施用氯化鉀導致果實中氯離子含量持續(xù)升高，果實品質顯著降低[10]。在寧夏干旱區(qū)施用氯化鉀肥料后土壤中氯離子累積，合理施用則不會對西瓜造成毒害，反而提高品質[11]。李書田等研究表明，高氯影響作物出苗，延遲成熟[12]。而植物耐氯性由根系吸收氯離子的區(qū)域化分配以及抑制氯離子運輸能力決定，耐氯作物抑制氯從根部向地上部運輸及分配，敏感作物將氯迅速轉移至葉片中，易發(fā)生毒害[13-14]。

西瓜作為對氯敏感作物，耐氯能力低，適量氯促進其生長發(fā)育，氯過量則產生毒害作用。對于微咸水灌溉研究，前人更多關注總鹽分在土壤中累積、分布、運移及其對作物生長發(fā)育的影響，忽視氯離子對作物的危害。本研究通過兩年田間定位試驗，在微咸水灌溉條件下設置不同施氯水平以模擬長期微咸水灌溉造成的氯脅迫程度，通過分析西瓜生長、產量及品質變化，探索氯對西瓜的影響及毒害閾值，為安全利用微咸水和西瓜可持續(xù)生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗位于寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)興仁鎮(zhèn)紅圈子村，地處寧夏中部干旱帶，屬大陸性季風氣候，日照充足，晝夜溫差大，年均降雨量180～360mm，年均蒸發(fā)量2 200 mm。試驗地表層由石礫和砂粒組成，表層下供試土壤由砂粒、粉粒、黏粒組成，西瓜播種前土壤（0～20 cm）基本理化性狀見表1，2021年是在2020年試驗小區(qū)內采集土壤樣品測定理化性質，CK、T1、T2、T3、T4分別代表2020年0、30、60、90、120 kg·hm-2施氯處理。地下微咸水pH及化學成分見表2，西瓜生育期氣溫與降雨量見表3。

表1 土壤基本理化性質Table 1 Basic physical and chemical properties of soil

表2 灌溉水pH及化學成分Table 2 pH and chemical composition of irrigation water

表3 2020和2021年西瓜播前與生育期氣溫與降雨量Table 3 Temperature and rainfall before sowing and growing period of watermelon in 2020 and 2021

1.2 試驗設計

供試材料為當地普遍使用的西瓜嫁接苗，砧木為“金城雪峰”白籽南瓜，接穗西瓜品種為“金城5號”。田間定位試驗設置5個氯水平，2020年施氯量為0、30、60、90、120 kg·hm-2；2021年根據前一年試驗結果將施氯量調整為0、60、120、180、240 kg·hm-2。每處理重復3次，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積為（15 m×6 m）90 m2，每小區(qū)定植40株西瓜，株行距均為1.5m，四周設3m保護行。

氯源為氯化鈣（含氯61.32%），在西瓜苗期、伸蔓期、開花期、坐瓜期、膨瓜期分別按20%比例采用壓差式施肥罐結合滴灌施入。氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）用量分別為270、112.5、90 kg·hm-2。底肥施普過磷酸鈣（含P2O512%～16%）300 kg·hm-2和三帝生物菌肥（活菌數＞4×107g·kg-1）560 kg·hm-2，追肥用水溶性復合肥（2020年養(yǎng)分配比為17-17-17，2021年為20-20-20，總量相同）、尿素（含N 46%）、磷酸二氫鉀（含K2O34%，P2O552%）、硫酸鉀（K2O 52%）。尿素在西瓜關鍵生育期按30%、25%、25%、15%、5%施入，磷酸二氫鉀與硫酸鉀按25%分4次施入。根據西瓜植株生育期共灌水6次（分別在西瓜植株各關鍵生育期根據降雨量及植株需水狀況作適當調整），西瓜生育期內2020年和2021年灌溉定額分別為1 575和1 277 m3·hm-2。具體施肥用量見表4。

表4 2020和2021年灌水施肥量Table 4 Irrigation and fertilization in 2020 and 2021

1.3 測定項目及方法

2020年于4月16日移栽西瓜苗，5月14日放苗，放苗后每隔10 d觀測各生長指標，并采集植株和土壤樣品，7月21日收獲計產，總生長天數為96 d；2021年4月15日 移栽西瓜苗，5月8日放苗，每隔15 d觀測各生長指標并取樣，7月28日收獲計產，總生長天數為104 d。

1.3.1 西瓜生長指標及產量測定

每小區(qū)固定3株觀測植株主蔓長、莖粗等生長指標；同時，在采樣區(qū)選2株具有代表性植株進行破壞性取樣，稱量總生物量，再將根、莖、葉分別稱重，測量水分并計算干物質含量，烘干后樣品粉碎待用。主蔓長采用鋼卷尺測量西瓜植株主蔓基部至頂端長度；莖粗采用游標卡尺測量主蔓基部第一節(jié)直徑。待西瓜成熟后，每小區(qū)隨機選取10個長勢均勻西瓜稱重，估算產量。

1.3.2 西瓜營養(yǎng)品質測定

待西瓜成熟后，每小區(qū)隨機選取3個長勢均勻西瓜，檢測瓜瓤可溶性固形物、維生素C、可溶性糖、酸度、番茄紅素等營養(yǎng)品質?？扇苄怨绦挝锊捎冒⒇悢碉@折射儀（PAL-1）測定；維生素C含量采用鉬藍比色法測定；可溶性糖采用蒽酮比色法測定；酸度采用氫氧化鈉滴定法測定；番茄紅素采用分光光度計比色法測定。

1.3.3 土壤氯離子含量測定方法

土壤樣品于西瓜植株移栽前與收獲后在每小區(qū)按照對角線隨機選取兩點，距西瓜植株根部15cm處采集0～20、20～40 cm土層土壤裝入密封袋中，帶回實驗室測定水分后風干，研磨，過1 mm篩，采用莫爾法測定土壤氯離子含量。

1.4 數據處理與分析

試驗數據采用Excel 2019和Origin 2019軟件整理數據并作圖，采用SPSS25和DPS19.05統(tǒng)計軟件統(tǒng)計數據并分析差異顯著性（P≤0.05）。

2 結果與分析

2.1 施氯對土壤表層氯含量的影響

連續(xù)施氯增加土壤中氯離子含量（見圖1）。2020年收獲后，耕層土壤氯離子含量以60 kg·hm-2處理最高，90和120 kg·hm-2處理土壤氯含量較對照顯著降低9.8%和12.1%，一方面是因土壤本身差異，另一方面可能是兩個處理西瓜產量較高，從土壤中吸收氯離子較多，需進一步研究驗證。2021年各處理收獲期土壤氯離子含量均較播前增加，240 kg·hm-2處理土壤氯含量較不施氯對照增加23.1%。從兩年結果看，不施氯時，2021年收獲期土壤氯含量較2020年播前增加59.5%，施氯時增加71.6%～96.3%?？梢?，微咸水灌溉和施用氯肥均增加土壤中氯離子含量。

圖1 2020和2021年不同施氯水平下土壤氯離子含量Fig.1 Chloride ion contents of soil under different levels of chlorine application in 2020 and 2021

2.2 施氯對西瓜主蔓長的影響

2020和2021年西瓜主蔓隨移栽天數增加呈遞增趨勢，因施氯量不同而異（見圖2）。2020年，西瓜主蔓隨氯水平增加呈增長趨勢。移栽38 d時，90 kg·hm-2處理下西瓜主蔓長較對照顯著降低。移栽48～68 d時，各處理間無顯著差異。移栽83～96 d時，西瓜主蔓隨氯水平增加呈增長趨勢，120 kg·hm-2處理主蔓長較30 kg·hm-2處理分別增加26.9%和26.5%。2021年，西瓜主蔓長隨氯水平增加呈降低趨勢，在苗期、膨瓜期和成熟期較顯著。西瓜植株移栽38d時，120、180和240 kg·hm-2處理主蔓長分別比對照處理降低14.3%、18.7%和18.0%。移栽53d時，240 kg·hm-2處理較對照降低8.9%。移栽72 d，各處理隨氯水平增加呈遞減趨勢，但差異未達顯著水平。瓜苗移栽87 d時，120、180、240 kg·hm-2氯水平主蔓分別比對照降低6.2%、6.9%、11.8%。移栽102 d時，240 kg·hm-2處理西瓜主蔓長較對照降低12.4%。可見，在微咸水灌溉下，氯水平超過120 kg·hm-2時抑制主蔓伸長。

圖2 2020和2021年施氯對西瓜主蔓長的影響Fig.2 Effects of chlorine application on the main vine length of watermelon in 2020 and 2021

2.3 施氯對西瓜主蔓莖粗的影響

2020年和2021年西瓜主蔓莖粗均受氯水平影響（見圖3）。2020年西瓜莖粗隨氯水平增加呈增加趨勢。移栽38和58d時，主蔓莖粗均以90 kg·hm-2處理最高，分別比對照提高12.0%和9.5%；移栽58 d時，120 kg·hm-2處理莖粗較對照顯著增加8.3%；移栽83和96 d時，120 kg·hm-2處理莖粗分別較對照增加11.1%和10.8%。2021年西瓜莖粗隨氯水平增加呈先增后降趨勢。移栽53、72、87 d時，西瓜主蔓莖粗均以180 kg·hm-2處理最大，而氯水平增加至240 kg·hm-2時均顯著降低，降幅分別為10.1%、10.2%和11.1%；移栽102 d，莖粗隨氯水平增加呈降低趨勢，240kg·hm-2處理較對照降低7.0%?？梢?，氯水平超過180 kg·hm-2時西瓜主蔓增粗明顯受抑制。

圖3 2020和2021年施氯對西瓜主莖粗的影響Fig.3 Effects of chlorine application on the main stem thickness of watermelon in 2020 and 2021

2.4 施氯對西瓜地上部植株生物量的影響

西瓜地上部植株生物量受氯水平影響（見圖4）。2020年，西瓜植株移栽38～58d時，隨氯水平增加西瓜生物量呈增加趨勢；移栽68～96 d時，各氯水平間西瓜生物量無顯著差異。2021年，隨氯水平增加，生物量呈先增后降趨勢，氯水平在0～120 kg·hm-2內呈增加趨勢，180～240kg·hm-2時呈降低趨勢。移栽72和87 d時，西瓜生物量均以120 kg·hm-2處理最高，分別較對照增加6.8%和31.3%，較240 kg·hm-2處理增加25.5%和36.1%；移栽102d時，生物量以60 kg·hm-2處理最高，較對照提高20.1%，較120、180、240 kg·hm-2氯處理分別提高22.7%、46.0%、49.8%；而180和240 kg·hm-2處理較對照顯著降低17.7%和19.7%?？梢?，微咸水灌溉條件下，氯水平0～120 kg·hm-2時對西瓜生物量有促進作用，超過120 kg·hm-2后則表現為顯著抑制作用。

圖4 2020和2021年施氯對西瓜生物量的影響Fig.4 Effects of chlorine application on watermelon biomass in 2020 and 2021

2.5 施氯對西瓜產量的影響

兩年西瓜產量和施氯量之間曲線呈先增后減規(guī)律（見圖5）。2020年，施氯量90和120 kg·hm-2時產量分別較對照增加9.0%和5.8%；產量與施氯量之間相關系數r=0.881，達顯著水平（r0.05=0.811），最高產量施氯量為113.8 kg·hm-2。2021年，120 kg·hm-2處理西瓜產量較對照增加2.2%，240 kg·hm-2處理產量則較對照降低1.5%；產量與施氯量之間相關系數r=0.963，達極顯著水平（r0.01=0.917），最高產量施氯量為98.3 kg·hm-2?？梢?，施氯量超過120 kg·hm-2時，壓砂西瓜產量呈降低趨勢。

圖5 2020和2021年施氯對西瓜產量的影響Fig.5 Effects of chlorine application on the yield of watermelon in 2020 and 2021

2.6 施氯對西瓜營養(yǎng)品質的影響

2020年西瓜營養(yǎng)品質除瓜心可溶性固形物與可滴定酸含量呈顯著差異外，其他營養(yǎng)指標受氯水平影響均不顯著（見表5）。施氯量90 kg·hm-2處理時，瓜心可溶性固形物含量最低，可滴定酸含量最高，導致糖酸比最低，口感最差。2021年，西瓜營養(yǎng)品質除可滴定酸含量呈顯著差異外，其他指標無顯著差異（見表6）。西瓜可滴定酸隨氯水平增加呈增加趨勢，240 kg·hm-2處理較對照增加42.9%。導致西瓜糖酸比隨氯水平增加呈遞減趨勢，240 kg·hm-2處理下糖酸比降低43.6%?？梢姡戎饕绊懳鞴咸撬岜?，適量氯有利于提高西瓜糖分而降低酸度，改善西瓜風味，而高氯（240 kg·hm-2）顯著降低糖酸比，對西瓜品質產生不利影響。

表5 2020年施氯對西瓜營養(yǎng)品質的影響Table 5 Effects of chlorine application on the nutritional quality of watermelon in 2020

表6 2021年施氯對西瓜營養(yǎng)品質的影響Table 6 Effects of chlorine application on the nutritional quality of watermelon in 2021

3 討 論

近年來，長期微咸水灌溉產生鹽分積累導致氯含量增加影響土壤特性和作物產量[15-16]。鄒長明等認為，氯離子易隨水流失，長期施用不易在土壤中大量殘留[17]。寧夏作為干旱地區(qū)，年降雨量低且蒸發(fā)量較大，長期微咸水灌溉使土壤表層氯含量增加。因此，連續(xù)兩年微咸水灌溉和施用氯肥均導致西瓜收獲期土壤表層氯積累量增加。過量的氯分布于土壤不同層次，可能引起土壤生態(tài)退化和養(yǎng)分平衡失調，對植物產生毒害[6]。不同作物耐氯性不同，余金龍等研究表明，施氯量30～45 kg·hm-2時適宜煙葉生長，對煙葉株高、葉綠素含量均有所提高，超過45 kg·hm-2時，不利于成熟[18]。張陽等發(fā)現，施氯量為0～14.30 kg·hm-2時，促進烤煙生長，超過14.30 kg·hm-2后，各農藝性狀呈下降趨勢[19]。本研究發(fā)現，施氯量為0～120 kg·hm-2時，對壓砂西瓜主蔓長和莖粗生長有不同程度促進作用，超過120 kg·hm-2后，主蔓長和莖粗均呈遞減趨勢。鮮重可直接反映植株綜合生長狀況。戚冰潔等發(fā)現，低濃度（氯離子濃度≤84.4mmol·L-1）外源氯處理21 d可增加幼苗生物量[20]。鄭青松等指出，外源氯離子（6.25～25 mmol·L-1）顯著增加油葵幼苗生物量，但當氯離子濃度達100～200mmol·L-1時，油葵幼苗生物量顯著下降[21]。本研究發(fā)現，在0～120 kg·hm-2施氯水平下，隨移栽天數增加，西瓜生物量有所增加，氯水平120～240 kg·hm-2時，生物量顯著降低。原因是高濃度氯使葉綠素遭到破壞，含量顯著降低[22-24]，光合速率下降，造成生物累積量下降，抑制植物正常生長[23]。可見，隨含氯微咸水灌溉年限增加，干旱地區(qū)土壤中氯離子含量不斷增加，超過西瓜耐氯閾值時，抑制西瓜生長。

作為必需營養(yǎng)元素之一，氯影響作物產量和品質。曾睿等發(fā)現在土壤水溶性氯水平較低情況下，施用一定量含氯肥料可增加煙葉產量、產值、中上等煙比例[25]。沈鑫健等研究也表明，施用適量氯化鉀對臍橙果實品質和產量均無不良影響[26]。原因是適量施用含氯肥料可增加植株體內氯離子含量，促進植株生理代謝、養(yǎng)分吸收和生長，增加產量和經濟效益，且增產效果較穩(wěn)定[27]。王興梅通過施用含氯肥料（0～1 300 kg·hm-2氯離子）對蘋果進行兩年測產發(fā)現，兩年產量均隨施氯量增加而呈先增后降趨勢，施氯量113～226 kg·hm-2產量較不施氯增加，施氯量1 300 kg·hm-2產量降低，但處理間兩年產量均無顯著差異[28]。李姍姍等研究也表明，施氯量為96 kg·hm-2時，煙葉產量達到最高，繼續(xù)增加施氯量產量降低[29]。本試驗兩年研究發(fā)現，施氯量小于120 kg·hm-2時壓砂西瓜產量增加，施氯量180～240 kg·hm-2時產量明顯降低，這與前人研究結果一致。但2020年西瓜生物量及產量明顯比2021年低，可能與兩年降雨量、氣溫等氣候因素差異較大有關，需進一步研究。對品質而言，過量施氯顯著降低西瓜糖酸比，影響西瓜風味。這與楊麗婷等研究雷竹筍結果相反[30]，表明高氯施肥竹筍鮮味、甜味、香味氨基酸比例升高，草酸、單寧及總酸含量明顯下降，可溶性糖含量及糖酸比顯著升高，增加竹筍鮮味、香味，可能是因兩種作物食用器官不同。楊莉莉等研究則表明，施用適量含氯肥料（170 kg·hm-2）可顯著提高獼猴桃產量和品質，連續(xù)3年過量施用含氯肥料（910和1 480 kg·hm-2）降低獼猴桃產量和果實VC含量[27]。可見，氯對品質的影響因作物而異。

本試驗是在大田條件下進行，試驗結果受年份、氣候、土壤、管理等多種因素影響，需通過嚴格控制條件的模擬試驗和長期試驗作進一步驗證。

4 結論

本研究結果揭示長期使用含氯微咸水灌溉引起氯離子在土壤中大量累積，抑制西瓜生長，降低產量和品質，影響西瓜可持續(xù)生產。因此，如何安全合理利用含氯微咸水是壓砂西瓜可持續(xù)生產關鍵問題。微咸水灌溉和施用氯肥均可增加土壤氯含量，影響西瓜生長。在微咸水灌溉條件下，適量施氯（30～120 kg·hm-2）對壓砂西瓜生長有促進作用，提高西瓜產量；當施氯量超過120 kg·hm-2時則顯著抑制西瓜植株生長，降低西瓜產量，影響西瓜風味。