西瓜基質(zhì)栽培研究進展

席凱鵬 席吉龍 張建誠

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所 山西運城 044000)

西瓜是我國重要的經(jīng)濟作物， 其種植面積和產(chǎn)量均居國際首位[1]。 隨著西瓜種植技術(shù)水平的提高，專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展速度加快，西瓜生產(chǎn)逐步走向規(guī)?；?、區(qū)域化的格局，形成了眾多的地理標志品牌，建立了質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)范， 提升了西瓜產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益，推動了西瓜種植面積再增加。 但由于西瓜栽培中存在連作障礙，持續(xù)連年種植面積的擴大，導(dǎo)致植瓜土地資源更加緊缺， 連作問題也越來越突出， 枯萎病、土傳病害等發(fā)生嚴重，產(chǎn)量和品質(zhì)明顯下降。 西瓜基質(zhì)栽培是解決植瓜用地矛盾、緩解連作障礙、資源高效利用和可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[2-3]。 目前，已有100 多個國家在廣泛應(yīng)用基質(zhì)栽培，發(fā)達國家和地區(qū)采用計算機自動控制，為植物提供最佳的生長條件，實現(xiàn)了高產(chǎn)與周年生產(chǎn)供應(yīng)產(chǎn)品，經(jīng)濟效益顯著[4-5]。近年來， 我國基質(zhì)栽培在小規(guī)模試驗研究的基礎(chǔ)上發(fā)展迅速，形成了許多符合國情的基質(zhì)栽培技術(shù)[6-7]，其中西瓜基質(zhì)栽培呈現(xiàn)技術(shù)不斷提升、 規(guī)模逐漸擴大、生產(chǎn)逐步標準化、產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的特征[2，8-9]。本文作者總結(jié)了近年來西瓜基質(zhì)栽培中基質(zhì)配比、栽培模式、水肥新技術(shù)、基質(zhì)重復(fù)利用及國內(nèi)基質(zhì)栽培中存在的問題， 旨在為西瓜基質(zhì)栽培的研究及產(chǎn)業(yè)升級提供參考。

1 基質(zhì)種類和配比對西瓜生長和產(chǎn)量的影響

在西瓜基質(zhì)栽培生產(chǎn)實際中，由于受基質(zhì)資源、栽培條件及經(jīng)濟效益的影響，常采用混合基質(zhì)，混合基質(zhì)可彌補單一基質(zhì)的不足， 有效調(diào)節(jié)基質(zhì)的理化性狀，增加營養(yǎng)物質(zhì)含量，調(diào)節(jié)基質(zhì)C、N 比，改善保水性和通氣性，降低成本，提高效益。 用于西瓜生產(chǎn)的基質(zhì)主要有珍珠巖、蛭石、草炭、椰糠、蘑菇渣、牛糞、羊糞、蚯蚓糞、灰渣、碎木屑、松針粉、秸稈粉及稻殼等。 西瓜栽培基質(zhì)可選擇的原料種類較多，因此混配原料組分和配比是制作優(yōu)良混合基質(zhì)的核心技術(shù)[10]。

1.1 以草炭為主要成分的基質(zhì)配比

草炭又稱泥碳，含有大量水分、植物殘體、腐植質(zhì)及部分礦物質(zhì)， 是重要的有機基質(zhì)材料和綠色肥料。 用草炭和珍珠巖以體積7∶3 混配栽培西瓜，其長勢、產(chǎn)量、品質(zhì)均好于純椰糠基質(zhì)栽培，其中產(chǎn)量顯著提高18.2%[11]。 以草炭∶珍珠巖∶蛭石為7∶3∶4 復(fù)配，并加入發(fā)酵雞糞30 m3/hm2， 在日光溫室栽培早熟小型西瓜， 產(chǎn)量達到62 689.5 kg/hm2， 較常規(guī)生產(chǎn)增加29.7%[12]。

1.2 以椰糠為主要成分的基質(zhì)配比

椰糠是椰子外殼纖維粉末， 在海南有獨特的資源優(yōu)勢，經(jīng)加工處理后非常適合用作栽培基質(zhì)。 以椰糠作為基礎(chǔ)材料添加微生物有機肥進行配方篩選，篩選出椰糠:微生物有機肥為7∶1 的效果最佳，添加微生物有機肥強增了西瓜長勢， 增加了西瓜可溶性固形物含量，提高了產(chǎn)量，為海南椰糠基質(zhì)栽培西瓜周年生產(chǎn)提供了技術(shù)支撐[13-14]。

1.3 以菇渣、發(fā)酵糞肥等為主要成分的基質(zhì)配比

采用香菇渣∶豬糞∶珍珠巖為6∶2∶2 的混合基質(zhì)，布槽式基質(zhì)栽培黃金三號西瓜， 單果質(zhì)量在2 kg 左右，產(chǎn)量60 000 kg/hm[15]。 陳亮[10]以發(fā)酵腐熟的中藥渣、牛糞、菇渣為組分篩選基質(zhì)配方,篩選的最佳基質(zhì)配方中藥渣∶牛糞∶菇渣為3∶4∶3，促進了西瓜生長和干物質(zhì)積累,產(chǎn)量達62 253.3 kg/hm2，果實可溶形固性物含量顯著提高了12.08%。 基質(zhì)中加入蚯蚓糞能夠改善基質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)，增加養(yǎng)分含量，提高微生物數(shù)量、生物多樣性及活性，用蚯蚓糞替代基質(zhì)中草炭的25%～50%，更有利于植物的生長[16]。 施用蚯蚓糞能提高蔬菜中的還原糖和維生素C 含量[17]。

1.4 基質(zhì)組配工作中的注意事項

有關(guān)專家對西瓜基質(zhì)配方的研究做了大量工作，基質(zhì)的配比必須要有科學(xué)性，依據(jù)西瓜的生長發(fā)育特性和基質(zhì)材料的理化性質(zhì)進行配比， 在滿足西瓜栽培需求的基質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)上， 充分利用當(dāng)?shù)氐目捎觅Y源、降低基質(zhì)成本是關(guān)鍵，促進西瓜基質(zhì)栽培技術(shù)的推廣，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

2 西瓜基質(zhì)栽培模式

種植模式是西瓜充分利用光熱資源， 合理利用土地，高效利用水分和養(yǎng)分，改善生態(tài)環(huán)境，增加西瓜產(chǎn)量，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的有效栽培措施[18]。 西瓜出現(xiàn)的連作障礙給土地資源高效利用和可持續(xù)生產(chǎn)帶來了一定的困難。 基質(zhì)栽培已成為西瓜消減連作障礙，提高產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)。 西瓜基質(zhì)栽培多為限根栽培。 其栽培模式有溝式、壟式、袋式。

2.1 溝式

溝式是指在地表以下挖溝，溝底和兩側(cè)鋪上膜或地布，或者安裝基質(zhì)槽。 在地面挖深30 cm、寬40 cm的長條形溝，溝內(nèi)填混合基質(zhì)，以溝底和兩側(cè)壁鋪膜作限根處理， 將底部膜間隔一定距離打孔為半限根處理，溝內(nèi)不鋪膜為半基質(zhì)栽培。 結(jié)果表明限根栽培和半限根栽培的單果質(zhì)量均明顯低于對照， 果實可溶性固形物含量均明顯高于對照， 半限根與限根栽培相比產(chǎn)量明顯提高[19]。在基質(zhì)栽培溝兩壁和底部鋪無紡布，顯著提高了地表下5～25 cm 處的根域溫度，促進了西瓜植株莖、葉及根系的生長，增加果實的可溶性固形物含量，改善了果實的品質(zhì)，對西瓜單果質(zhì)量影響不顯著[20]。

2.2 壟式

壟式是指在地上起兩條平行的壟，在兩壟之間壟溝里鋪上膜或地布，或者安裝基質(zhì)槽。 土壟栽培處理能夠提高夜間根區(qū)平均溫度0.5℃左右，壟嵌基質(zhì)栽培抗低溫能力要優(yōu)于溝嵌基質(zhì)栽培，但根區(qū)溫度穩(wěn)定性較弱，壟嵌覆膜與溝嵌覆膜基質(zhì)栽培能夠提高根區(qū)溫?zé)嵝?yīng)和產(chǎn)量，尤以壟嵌覆膜基質(zhì)栽培效果更優(yōu)[21-22]。

2.3 袋式

袋式栽培是將調(diào)配好的基質(zhì)放入袋中用來種植西瓜，袋與袋之間相互獨立，移動方便。

總之，我國西瓜基質(zhì)栽培大多采用人工、半人工管理的方式，種植模式的選擇要依據(jù)生產(chǎn)條件、機械化程度、管理水平綜合確定。 針對模式優(yōu)缺點，適度調(diào)整密度、水肥供應(yīng)及管理措施，將會實現(xiàn)預(yù)期的產(chǎn)量和質(zhì)量目標。

3 西瓜基質(zhì)栽培水肥應(yīng)用

水肥管理是基質(zhì)栽培西瓜成功與否的關(guān)鍵。 實現(xiàn)水肥量化控制管理是實現(xiàn)西瓜基質(zhì)栽培精準化的基礎(chǔ)。 基質(zhì)中可供西瓜利用的速效養(yǎng)分有限，西瓜主要靠輸送營養(yǎng)液供其生長發(fā)育。

3.1 營養(yǎng)液配方及要求

營養(yǎng)液是由植物生長發(fā)育所必需的各種營養(yǎng)元素的可溶性化合物科學(xué)配制而成的溶液。 科學(xué)的營養(yǎng)液配方、濃度，以及合理的營養(yǎng)液管理是提高園藝植物產(chǎn)量和品質(zhì)的保障[23]。 馬超等[24]在西瓜專用基質(zhì)配方草炭、珍珠巖、蛭石質(zhì)量比為7∶3∶4 的基礎(chǔ)上，研究形成了西瓜基質(zhì)栽培專用肥配方A： 硝酸鉀∶四水硝酸鈣為7∶4；配方B：磷酸二氫銨∶七水硫酸鎂為1∶1，并在北京地區(qū)大棚生產(chǎn)小型西瓜中大面積應(yīng)用。 馬超等[24]研究制定了基質(zhì)栽培西瓜不同生育時期營養(yǎng)液灌溉方案，確定了全生育期營養(yǎng)液EC 值均控制在1.5～2.5 mS/cm 之間， 其中苗期營養(yǎng)液EC 值控制在1.5～1.8 mS/cm 之間， 伸蔓期營養(yǎng)液EC 值控制在1.8～2.0 mS/cm 之間， 坐果期營養(yǎng)液EC 值控制在2.0～2.5 mS/cm 之間； 確定了整個生育期營養(yǎng)液pH適宜范圍在5.5～6.0 之間， 其中苗期營養(yǎng)液pH 在5.5～5.8 之間， 伸蔓期營養(yǎng)液pH 在5.8～6.0 之間，坐果期營養(yǎng)液pH 在5.8～6.0 之間。 王雪威[25]研究以豬糞、牛糞、羊糞的浸提液混合制作有機營養(yǎng)液配方，以豬糞為主的營養(yǎng)液能夠促進西瓜生長發(fā)育， 提高果實品質(zhì)，更好地協(xié)調(diào)各個生長時期的養(yǎng)分分配。 但也有研究認為有機肥源是土壤栽培的優(yōu)質(zhì)肥源，但并不是基質(zhì)栽培的理想肥源， 因其含有無益的礦物質(zhì)和部分過量的重金屬元素， 使西瓜根部形成高鹽分脅迫環(huán)境，影響有益元素的吸收，其復(fù)雜的養(yǎng)分成分會影響基質(zhì)栽培精準的養(yǎng)分管理， 不利于基質(zhì)栽培的優(yōu)質(zhì)與安全。

3.2 營養(yǎng)液精準供應(yīng)

針對設(shè)施西瓜研究與應(yīng)用自動化的水肥管理技術(shù)十分必要。 西瓜不同生育階段對水肥的需求不同， 利用不同水肥組合， 采用滴灌水肥一體化分階段精準供應(yīng)， 有效地提高了西瓜水肥利用率及產(chǎn)量和品質(zhì)[22，26-27]。 灌溉用時序控制實現(xiàn)了自動定時定量灌溉[28]。 物聯(lián)網(wǎng)的水肥精準管控系統(tǒng)，可實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測、肥料間的配比調(diào)節(jié)、水肥量控制等功能，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、精準化管理[29]。

4 基質(zhì)的重復(fù)利用

連作會危害西瓜生長發(fā)育， 使西瓜植株病蟲害增加、產(chǎn)量和品質(zhì)降低。 西瓜基質(zhì)栽培生產(chǎn)中無論采用何種基質(zhì)，連作仍會造成一定的連作障礙，輕則影響西瓜生長發(fā)育特性及產(chǎn)量，重則導(dǎo)致絕收。 宋修超等[30]的研究表明西瓜栽培舊基質(zhì)理化特性發(fā)生了顯著變化，氮素養(yǎng)分顯著下降，尖孢鐮刀菌的數(shù)量顯著增加，枯萎病發(fā)病率可達35%。 為降低基質(zhì)成本而更換基質(zhì)成分，或者對基質(zhì)消毒而后進行重復(fù)利用，或者基質(zhì)中添加生物菌劑， 有利于切斷病蟲害的傳播渠道，可有效地消減西瓜連作障礙。

4.1 基質(zhì)消毒

棉隆是一種廣譜土壤熏蒸劑， 在土壤或基質(zhì)中擴散對病菌、線蟲、雜草及地下害蟲均有殺滅作用，尤其殺線蟲的作用全面而持久。 舊基質(zhì)經(jīng)棉隆熏蒸消毒處理后，尖孢鐮刀菌數(shù)量均顯著減少，西瓜產(chǎn)量和單果質(zhì)量與新基質(zhì)相比均無顯著差異[31]，有些栽培模式利用棉隆進行基質(zhì)原位熏蒸消毒， 不需要將基質(zhì)集中，可節(jié)省人工成本。 舊基質(zhì)利用導(dǎo)熱油外加熱的消毒設(shè)備滅菌能滿足西瓜生產(chǎn)需求[31]。 徐云煥等[32]對舊基質(zhì)先淋洗后集中堆放，添加殺菌藥劑，用棚膜覆蓋封嚴，利用太陽熱高溫消毒30 d 以上，使基質(zhì)的主要理化指標重回合理范圍， 可達到新基質(zhì)的栽培效果。 除蒸汽消毒、化學(xué)消毒和太陽能消毒等消毒方法外，賈海遙等[33]設(shè)計了有機基質(zhì)臭氧消毒設(shè)備，利用臭氧的消毒特性實現(xiàn)了對有機基質(zhì)的消毒。

4.2 舊基質(zhì)中添加微生物菌劑

陳子彪等[34]在栽培舊基質(zhì)中添加枯草芽孢桿菌·粉紅粘帚霉菌劑，提高了基質(zhì)中脲酶、堿性磷酸酶和硝酸還原酶活性，促進了西瓜幼苗的生長。 添加內(nèi)生菌復(fù)合菌劑可以提高西瓜的枯萎病抗性[35]。采用混配菌劑的復(fù)合基質(zhì)， 有效地改善了西瓜根際環(huán)境,顯著地提高了西瓜產(chǎn)量[36]。多黏類芽孢桿菌制成的微生物菌肥，有效降低了土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量，促進了西瓜根系生長[37]。 馬鳳捷等[38]發(fā)現(xiàn)婁徹式鏈霉菌能有效提高果實品質(zhì)和土壤酶活性。

5 存在的問題

5.1 缺乏成本低又符合綠色標準的基質(zhì)

現(xiàn)有的西瓜基質(zhì)栽培生產(chǎn)成本高于土壤栽培，缺乏成本低又符合綠色標準的基質(zhì)， 缺乏混配基質(zhì)的規(guī)?；蜆藴驶a(chǎn)。

5.2 關(guān)鍵技術(shù)成熟度不夠

西瓜基質(zhì)栽培與土壤栽培的生產(chǎn)管理模式存在著很大的差別。 現(xiàn)有的西瓜基質(zhì)栽培新技術(shù)研究，多有局限性且停留在試驗階段，技術(shù)成熟度不夠，缺乏有深度的系統(tǒng)的應(yīng)用性研究， 缺少集成創(chuàng)新各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)的綜合技術(shù)或規(guī)程。

5.3 缺乏專用西瓜品種

西瓜的生長發(fā)育和產(chǎn)量表現(xiàn)受遺傳和環(huán)境因素的共同影響，在基質(zhì)栽培條件下，西瓜限根栽培技術(shù)與節(jié)水灌溉技術(shù)綜合運用， 不同西瓜品種的適應(yīng)性和產(chǎn)量表現(xiàn)有很大差異。

5.4 肥害嚴重

在西瓜基質(zhì)栽培中，常常重視營養(yǎng)液的配制，忽視基質(zhì)營養(yǎng)液的電導(dǎo)率變化，造成根部鹽分脅迫，從而導(dǎo)致西瓜植株生理性失水萎焉。 盲目增加營養(yǎng)液中的某個營養(yǎng)元素的濃度，或跟外追肥，造成嚴重的“高濃度肥害”，出現(xiàn)水肥代謝障礙，嚴重時還會枯萎死亡。

6 前景展望與今后的研究方向

我國基質(zhì)栽培的生產(chǎn)及開發(fā)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝等方面進入一個新的發(fā)展階段。 隨著人民生活水平的提高，對綠色優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的需求越來越多，對基質(zhì)栽培生產(chǎn)綠色優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品提出了更高的要求。 隨著基質(zhì)栽培研究的不斷深入， 西瓜基質(zhì)栽培的基質(zhì)標準化生產(chǎn)、溫濕度的調(diào)控、營養(yǎng)液的配制和管理、病蟲害防治、 基質(zhì)重復(fù)利用等多個技術(shù)將會取得突破性進展， 必將建立起有區(qū)域特色的節(jié)水節(jié)肥綠色高效的基質(zhì)栽培技術(shù)，同時解決西瓜連作障礙問題，因此，國內(nèi)西瓜基質(zhì)栽培前景廣闊。

我國西瓜基質(zhì)栽培今后的研究方向重點在以下幾個方面：①研究開發(fā)適合西瓜栽培的標準化、商品化、低成本、無污染的基質(zhì)；②研究水肥耦合與水肥一體化應(yīng)用技術(shù)， 建立不同生態(tài)區(qū)域的基質(zhì)栽培水肥高效利用技術(shù)體系；③研究基質(zhì)重復(fù)利用技術(shù)，解決連作障礙，提高資源高效利用和經(jīng)濟效益；④研究基質(zhì)栽培與西瓜生長、發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)的關(guān)系，創(chuàng)新成套栽培技術(shù)； ⑤選育適合基質(zhì)栽培的西瓜專用品種； ⑥研究基于物聯(lián)網(wǎng)的的設(shè)施基質(zhì)栽培生產(chǎn)中精細化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理；⑦研究綠色防控，優(yōu)先采取生態(tài)控制、 農(nóng)業(yè)防治和生物防治等友好型技術(shù)措施，確保生產(chǎn)綠色產(chǎn)品。