灌水量和灌水頻率對設(shè)施小果型西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

王林闖，劉璐，李建明，尹蓮，許文釗，羅德旭，孫玉東，趙建鋒

（1江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安 223001；2淮安市設(shè)施蔬菜重點實驗室，江蘇淮安 223001；3西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西楊凌 712100）

0 引言

農(nóng)業(yè)灌溉用水是全球引用水資源的主要用途，在干旱和半干旱地區(qū)占比達70%以上[1,2]。水資源匱乏以及農(nóng)業(yè)用水短缺是國內(nèi)長期存在的基本現(xiàn)狀，水資源的污染和全球氣候變化存在日趨嚴重的趨勢。西瓜是中國的主要園藝作物之一，口感甜美多汁，富含多種營養(yǎng)物質(zhì)。西瓜是需水量較大的作物，對水分比較敏感，有研究表明西瓜生長發(fā)育的不同階段對水分的需求也存在較大差異[3]，土壤水分含量對西瓜生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成具有很大的影響[4]。在西瓜種植生產(chǎn)中，過度灌水和灌水不合理的問題還普遍存在，既造成了水資源的浪費還會嚴重影響西瓜的品質(zhì)。前人從灌溉方式[5-6]、灌水頻率[7-8]、水肥耦合[9-11]等方面開展了大量研究，并取得了一定的成效。有研究表明，在保證產(chǎn)量的同時微噴灌和滴灌水肥一體化比溝灌更加節(jié)水、節(jié)肥，節(jié)水率和節(jié)肥率分別達38.7%和28.9%[5]。曾燁等[12]在保證全生育期灌水量相等的前提下，研究微噴條件下不同灌溉頻率對早春溫室小果型西瓜生長特性和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明5 d灌水1次的單果質(zhì)量和產(chǎn)量最高，3 d 灌水1 次的中心可溶性固形物含量最低，高頻率灌溉不利于中心可溶性固形物的積累。趙衛(wèi)星等[11]對不同肥水耦合方式在西瓜上的應(yīng)用效果進行了研究，主要研究不同灌水頻率對西瓜的影響，結(jié)果表明，灌水量為225 m3/hm2配施112.5 kg/hm2復(fù)合肥的耦合方式，能顯著提高西瓜的光合速率和產(chǎn)量。在前人研究的基礎(chǔ)上，筆者采用蒸發(fā)皿蒸發(fā)量控制灌水量的方法，將不同灌水量和灌水頻率相結(jié)合，研究其對設(shè)施小果型西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期進一步優(yōu)化灌溉技術(shù)，提高西瓜品質(zhì)和水分利用效率，為設(shè)施西瓜綠色優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試西瓜品種為‘蘇夢6 號’，由江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育。供試器材有200 mm 蒸發(fā)皿，旋翼式水表。

1.2 試驗地點

試驗于2022 年2—6 月在淮安市農(nóng)科院科研創(chuàng)新基地連棟塑料大棚內(nèi)進行，土壤有機質(zhì)含量33.1 g/kg，堿解氮169.1 mg/kg，有效磷179.1 mg/kg，速效鉀960.0 mg/kg，pH 7.2。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用口徑為20 cm蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)量控制灌水量，以灌水量和灌水頻率為因子，根據(jù)西瓜不同生育階段需水規(guī)律，設(shè)置不同生育期西瓜需水系數(shù)(Kp)分別為苗期0.4、開花坐果期0.8、膨瓜期1.6、成熟期0.8[13]，采用西瓜需水系數(shù)(Kc)、蒸發(fā)皿累計蒸發(fā)量(Ep)和灌溉水控制面積(A)的乘積計算灌水量[14]，如式(1)。

式中，Ir為灌水量，Ep為蒸發(fā)皿蒸發(fā)量，A為灌溉水量控制面積。

試驗設(shè)置3 個灌水量水平，分別為60%Ep(W1)、75%Ep(W2)、90%Ep(W3)和3 個灌水頻率分別為3 d(F1)、6 d(F2)、9 d(F3)。將灌水量和灌水頻率2個因素耦合，共得到9個處理（表1），3次重復(fù)。試驗小區(qū)長3 m、寬3 m，每小區(qū)定植西瓜40株。寬窄行吊蔓栽培，寬行110 cm、窄行50 cm，覆銀灰地膜，株距30 cm，3 葉1 心定植，雙蔓整枝，每株留1 個瓜。緩苗10 d，伸蔓期開始進行灌水處理。為消除處理間水肥滲透的影響，將塑料膜埋60 cm深進行隔離。

表1 試驗設(shè)計

1.4 測定指標

授粉后15 d，選取第3朵雌花著生處上部第1節(jié)瓜蔓中間位置和第1 片瓜葉，分別采用游標卡尺和SPAD-502Plus 葉綠素儀測量西瓜植株的莖粗和葉綠素含量；采收后，采用臺秤稱量果實產(chǎn)量；采用直尺測量果實橫徑、縱徑和果皮厚；采用手持折光儀測量果實中心和邊部可溶性固形物含量；采用考馬斯亮藍G-250 法（Bradford 法）測定可溶性蛋白含量；分別使用solarbio 微量法試劑盒(BC2505、BC2465、BC2455)并配合酶標儀測定西瓜果實的葡萄糖、蔗糖、果糖含量；采用紫外-分光光度法（公式法）測定番茄紅素含量；采用水楊酸-硫酸法測定硝酸鹽含量；通過式(2)計算各處理的水分利用效率。

式中，IWUE為灌溉水分利用效率，Y為產(chǎn)量，Ir為灌水量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 和SPSS 20.0 軟件對數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析，Duncan's新復(fù)極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水量和灌水頻率對西瓜植株生長的影響

由圖1 可知，不同灌水量和灌水頻率對西瓜植株莖粗產(chǎn)生了一定的影響。整體上看，W3F1處理的西瓜植株莖粗最大，除W2F1、W1F1、W3F2外，與其他處理均達到顯著差異水平；從不同灌水量看，隨著灌水量的增加，西瓜植株的莖粗呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，灌水頻率越小差異越明顯；從不同灌水頻率看，隨著灌水頻率的降低，西瓜植株的莖粗表現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，F(xiàn)1與F3間差異顯著，在低灌水量條件下表現(xiàn)得更加明顯。

圖1 灌水量和灌水頻率對西瓜植株莖粗的影響

2.2 灌水量和灌水頻率對西瓜植株葉片的影響

從圖2 可以看出，不同灌水量和灌水頻率對西瓜植株葉片葉綠素含量也產(chǎn)生了不同程度的影響，其中W1F3處理西瓜葉片的SPAD值最高，比W1F1有顯著提高；從不同的灌水量來看，各處理沒有顯著差異，各灌水頻率下表現(xiàn)一致；從不同灌水頻率來看，呈現(xiàn)出隨著灌水頻率的降低西瓜葉片SPAD值逐漸增加的趨勢，F(xiàn)3與F1間差異明顯，各灌水量下表現(xiàn)基本一致。

圖2 灌水量和灌水頻率對西瓜植株葉片葉綠素含量的影響

2.3 灌水量和灌水頻率對西瓜果實性狀指標的影響

由表2 可知，不同灌水量和灌水頻率對西瓜的果實指標產(chǎn)生了不同程度的影響。從單果重看，W3F1處理西瓜最大，顯著高于W1F3，其他處理間沒有顯著差異，不同灌水頻率下表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，但差異不明顯；在縱徑、橫徑和皮厚指標上各處理間沒有顯著差異；從中心糖和邊糖的結(jié)果看，W2F2處理均最高，中心糖比W3F1提高了5.6%，邊糖比W3F3提高了10.5%；從不同灌水量看W2處理整體優(yōu)于W1和W3，從灌水頻率看F2優(yōu)于F1和F3。

表2 灌水量和灌水頻率對西瓜單瓜重、皮厚、中心糖等果實性狀指標的影響

2.4 灌水量和灌水頻率對西瓜果實品質(zhì)的影響

從表3 可以看出，不同灌水量和灌水頻率對西瓜果實的品質(zhì)也產(chǎn)生了一定的影響。W2F2處理西瓜果實的葡萄糖、蔗糖和果糖含量均最高，其中葡萄糖和果糖含量均比W3F3和W3F1處理有顯著提高，蔗糖含量與W3F3處理相比達到顯著差異水平，其他處理間差異不顯著；各處理間西瓜果實的番茄紅素、可溶性蛋白和硝酸鹽含量沒有顯著差異；從不同灌水量來看，W2處理下的西瓜品質(zhì)整體上好于W1和W3；從灌水頻率看，西瓜果實的葡萄糖、蔗糖、果糖和番茄紅素含量均呈現(xiàn)出先增加后減少的變化情況，可溶性蛋白含量則表現(xiàn)出隨灌水頻率的降低逐漸下降的趨勢，整體上看F2處理的西瓜果實的品質(zhì)優(yōu)于F3和F1，但差異不顯著。

表3 灌水量和灌水頻率對西瓜果實葡萄糖、番茄紅素、硝酸鹽含量等品質(zhì)的影響

2.5 灌水量和灌水頻率對西瓜產(chǎn)量的影響

從圖3可以看出，W3F1處理西瓜產(chǎn)量最高，比W1F3增加17.0%，達顯著差異水平，與其他處理間沒有顯著差異。不同灌水頻率間表現(xiàn)出隨灌水頻率降低產(chǎn)量減少的趨勢，但差異不顯著，灌水量低的情況下更加明顯；不同灌水量間，隨著灌水量的增加，產(chǎn)量表現(xiàn)出增加的趨勢，但差異不明顯。

圖3 不同灌水量和灌水頻率下的西瓜產(chǎn)量

2.6 灌水量和灌水頻率對水分利用效率的影響

從圖4 可以看出，不同灌水量和灌水頻率對水分利用效率產(chǎn)生了一定的影響，其中W1F1處理水分利用效率最高，與W2F3、W3F1、W3F3、W3F3間差異顯著，分別提高了23.3%、26.4%、32.5%、38.0%；隨著灌水量的增加，水分利用效率呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，灌水頻率越高表現(xiàn)得越明顯；從不同灌水頻率來看，灌水頻率越低，水分利用效率越低，不同灌水量下F3分別比F1降低了17.0%、4.6%、8.3%。

圖4 不同灌水量和灌水頻率下的水分利用效率

3 結(jié)論與討論

西瓜對水分的需求十分敏感，尤其在果實發(fā)育階段遭受到水分脅迫后，會嚴重影響西瓜生長[15]。有研究發(fā)現(xiàn)，在相同施肥量條件下，嫁接苗與自根苗的產(chǎn)量均隨著灌水定額的增加而增加，西瓜可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比等主要品質(zhì)指標隨灌水量增加而降低[16]。劉煉紅[17]利用蒸發(fā)皿的水面蒸發(fā)量設(shè)計西瓜不同時期的灌水量和頻率，發(fā)現(xiàn)在西瓜營養(yǎng)生長期需保持高頻中水量的灌溉，在西瓜生殖生長期需保持低頻中高水量的灌溉。因此，在保證西瓜正常生長發(fā)育的情況下，找出最為合適的灌溉量和灌溉頻率，滿足西瓜各時期的水分需求，對提升西瓜的品質(zhì)和水分利用效率尤為重要。

本研究根據(jù)蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量和西瓜所處生育期的需水規(guī)律計算灌水量，每個灌水量設(shè)定了3 個不同的灌水頻率，可以更加全面地了解不同灌水方式對設(shè)施小果型西瓜生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響，進一步優(yōu)化了設(shè)施小果型西瓜灌溉技術(shù)。從試驗結(jié)果可以看出，不同灌水量和灌水頻率對西瓜的生長產(chǎn)生了明顯影響，高灌水量和高灌水頻率的W3F1處理下西瓜植株莖粗和果實產(chǎn)量都是最高的，整體表現(xiàn)出隨著灌水量的增加西瓜植株莖粗和果實產(chǎn)量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，灌水頻率越低差異越明顯，隨著灌水頻率的降低，西瓜植株莖粗和果實產(chǎn)量呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，在低灌水量條件下表現(xiàn)得更加明顯，這與張笑等[16]和李晨等[18]的研究結(jié)果基本一致；從各處理下西瓜植株葉片的葉綠素含量來看，W1F3處理西瓜葉片的SPAD值最高，比W1F1有顯著提高，整體上看呈現(xiàn)出隨著灌水頻率的降低西瓜葉片SPAD值逐漸增加的趨勢，F(xiàn)3與F1間差異明顯，各灌水量下表現(xiàn)基本一致；從各處理西瓜果實品質(zhì)指標的結(jié)果看，中心糖和邊糖W2F2處理均最高，中心糖比W3F1提高了5.6%，邊糖比W3F3提高了10.5%，W2F2處理西瓜果實的葡萄糖、蔗糖和果糖含量均最高，其中葡萄糖和果糖含量均比W3F3和W3F1處理有顯著提高，蔗糖含量與W3F3處理相比達到顯著差異水平，各處理間西瓜果實的番茄紅素、可溶性蛋白和硝酸鹽含量沒有顯著差異；從灌水頻率看，西瓜果實的葡萄糖、蔗糖、果糖和番茄紅素含量均呈現(xiàn)出先增加后減少的變化情況，可溶性蛋白含量則表現(xiàn)出隨灌水頻率的降低逐漸下降的趨勢，整體上看W2處理的西瓜果實品質(zhì)優(yōu)于W1和W3，F(xiàn)2優(yōu)于F1和F3，這與金建新等[19]和杜少平等[20]的研究結(jié)果基本一致；從水分利用效率結(jié)果看，W1F1處理最高，比W2F3、W3F1、W3F3分別提高了23.3%、26.4%、32.5%，整體上隨著灌水量的增加，水分利用效率呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，灌水頻率越高表現(xiàn)得越明顯，灌水頻率越小，水分利用效率越低，不同灌水量下F3分別比F1降低了17.0%、4.6%、8.3%。

進一步提升西瓜品質(zhì)，提高水分利用效率，是現(xiàn)階段西瓜生產(chǎn)的主要需求。本試驗明確了設(shè)施小果型西瓜的生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率等指標與不同灌水量和灌水頻率的關(guān)系。通過綜合比較，W2F2處理下西瓜果實的可溶性固形物、葡萄糖、蔗糖、果糖和番茄紅素含量等品質(zhì)指標均最高，硝酸鹽含量較低，產(chǎn)量達41247 kg/hm2，與產(chǎn)量最高的W3F1沒有顯著差異，灌溉水分利用效率為53.4 kg/m3，與最高的W1F1也沒有顯著差異，其他指標基本處于中間水平，綜合表現(xiàn)最佳。研究結(jié)果可為設(shè)施小果型西瓜綠色優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論和技術(shù)支撐。本研究是基于江蘇徐淮地區(qū)西瓜主產(chǎn)區(qū)的壤土類型開展的，30 cm 深度土壤含水量在20%左右，不同的土壤類型、基礎(chǔ)含水量甚至地下水位是否會產(chǎn)生不同的試驗結(jié)果，有待進一步研究。