水肥藕合對硒砂瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

摘要 ［目的］探究寧夏中部干旱帶膜下滴灌條件下種植硒砂瓜適宜的水肥組合模式。［方法］以當(dāng)?shù)刂髟云贩N“金城5號”為供試材料，設(shè)置3個灌溉梯度和3個施肥水平，共計9個處理，測定不同處理下硒砂瓜的生長指標(biāo)、果實縱徑和橫徑、產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)。通過主成分分析篩選關(guān)鍵指標(biāo)，評價灌水量和施肥量對硒砂瓜各項指標(biāo)的影響。［結(jié)果］硒砂瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)均受灌水量、施肥量及水肥交互效應(yīng)的影響，且水肥交互效應(yīng)的影響高于灌水量和施肥量。W2F2處理產(chǎn)量、中心和邊際可溶性固形物含量顯著提高，中邊差較小，硒砂瓜甜度均勻，提高了硒砂瓜口感和品質(zhì)?；谥鞒煞址治鰧⑵焚|(zhì)指標(biāo)、產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力12項指標(biāo)轉(zhuǎn)換為2個獨立的綜合指標(biāo)，其累計貢獻(xiàn)率高達(dá)89.244%。W2F2處理的水肥耦合效應(yīng)綜合得分最高。［結(jié)論］寧夏中部干旱帶硒砂瓜適宜的水肥組合模式是灌水定額為210 m3/hm2、施肥定額為300 kg/hm2。

關(guān)鍵詞 灌溉；肥料；灌溉水分利用效率；肥料偏生產(chǎn)力；主成分分析

中圖分類號 S 275.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）20-0039-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.009

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

The Effect of Water Fertilizer Coupling on the Yield and Quality of Selenium Sand Melon

SHI Su-qi ZHENG Shu-xin2， JIAO Bing-zhong 3 et al

（1. The Scientific Research Institute of the Water Conservancy of Ningxia，Yinchuan， Ningxia 750021; 2.Agricultural Technology Promotion Service Center in Shapotou District，Zhongwei， Ningxia 755099; 3.Ningxia Dry Farming， Water Saving and Efficient Agricultural Engineering Technology Research Center， Yinchuan， Ningxia 750021）

Abstract ［Objective］In order to investigate the suitable water-fertilizer combination pattern for selenium melon grown under drip irrigation in the arid zone of central Ningxia. ［Method］The local main cultivar “Jincheng 5” was used as the test material， and three irrigation gradients and three fertilizer levels were set up， with a total of nine treatments， to determG66cy3RKxdp4NxSkkVZgkA==ine the growth indexes of selenium squash， fruit longitudinal and transverse diameters， yields and quality indexes of selenium squash under different treatments. The key indexes were screened by principal component analysis to evaluate the combined effects of irrigation volume and fertilizer application on the indexes of selenium melon. ［Result］The results show that irrigation volume， fertilizer application rate， and water-fertilizer interaction effect all affected the yield and quality of selenium melon to different degrees， and the water-fertilizer interaction effect was higher than that of irrigation volume and fertilizer application rate. The W2F2 treatment significantly increased the yield of selenium melon， the content of central and marginal soluble solids， reduced the middle and marginal differences， and made the selenium melon sweetness uniform， which improved the taste and quality of selenium melon. Based on the principal component analysis， 12 indicators of quality index， yield， irrigation water use efficiency and fertilizer bias productivity were converted into 2 independent composite indicators， whose cumulative contribution was as high as 89.244%. The W2F2 treatment had the highest composite score of water-fertilizer coupling effect. ［Conclusion］The suitable water-fertilizer combination pattern for selenium melon in the central arid zone of Ningxia was an irrigation watering rate of 210 m3/hm2 and a fertilizer application rate of 300 kg/hm2.

Key words Irrigation;Fertilizer;Irrigation water use efficiency;Fertilizer bias productivity;Principal component analysis

寧夏以其豐富的日照資源和顯著的晝夜溫差，為西瓜的種植提供了得天獨厚的自然優(yōu)勢。硒砂瓜作為寧夏特色經(jīng)濟(jì)作物之一，其獨特的旱作種植模式確保了產(chǎn)量與品質(zhì)，成為寧夏農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的亮點［1］。然而，管理模式不當(dāng)導(dǎo)致水肥資源浪費嚴(yán)重，還增加了病蟲害的發(fā)生幾率［2］。因此，開展膜下滴灌條件下硒砂瓜灌溉與施肥制度研究顯得至關(guān)重要。水肥是作物生長與產(chǎn)量提升不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)［3-4］，只有協(xié)調(diào)好水肥關(guān)系才能提高作物的產(chǎn)量、品質(zhì)和生產(chǎn)效益［5-6］。水分是激發(fā)肥效的關(guān)鍵驅(qū)動力，而肥料則是解鎖水土系統(tǒng)生產(chǎn)潛能的關(guān)鍵鑰匙［7］，兩者相互作用產(chǎn)生的結(jié)果稱之為水肥耦合效應(yīng)，這是實現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素［8］。滴灌技術(shù)根據(jù)西瓜不同生長階段對水肥的具體需求，實現(xiàn)水肥的精準(zhǔn)分階段供應(yīng)［9］，這種精準(zhǔn)管理不僅有效節(jié)約了農(nóng)業(yè)用水［10］，還可以降低蔬菜生產(chǎn)體系中氮素的淋溶損失L3f2GJZuaM7YHBpq+2llzA==［11］。Erdem等［12］研究表明，適當(dāng)降低灌水量不僅可以減小果皮厚度，還能顯著提升西瓜可溶性糖和固形物含量，從而改善西瓜品質(zhì)。楊小振等［13］研究表明，灌水量900 m3/hm2，N、P2O5、K2O施用量分別為163.05、66.85、202.18xeGrboB4P2PMOFTJZF/hSQ== kg/hm2時，西瓜水分利用效率、產(chǎn)量及品質(zhì)均較高。Abdelkhalik等［14］研究表明，在西瓜成熟期適當(dāng)減少灌水量可以有效提高果實色度，若水是限制因素時，灌溉量是需水量的75%和50%均可達(dá)到適銷產(chǎn)量。鄭健等［15］研究結(jié)果顯示，西瓜灌水量在苗期、開花坐果期、膨瓜期和成熟期分別采用0.75、1.25、1.00 Ep（其中Ep代表蒸發(fā)皿蒸發(fā)量）時，能夠同時實現(xiàn)產(chǎn)量和水分利用效率的最大化。

評估西瓜的產(chǎn)量、品質(zhì)及水肥利用效率的標(biāo)準(zhǔn)各有側(cè)重，但又緊密聯(lián)系。鑒于單一指標(biāo)難以全面衡量西瓜在水肥處理下的最優(yōu)效果，筆者采用主成分分析法［16］分析水肥利用效率、產(chǎn)量和品質(zhì)的權(quán)重分配。為了獲得更加全面和均衡的評估，筆者結(jié)合組合賦權(quán)法［17］計算綜合權(quán)重，再依據(jù)近似理想法［18］從優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、節(jié)水、節(jié)肥4個維度出發(fā)，確定西瓜水肥投入綜合評價值。該評估體系旨在實現(xiàn)西瓜水肥管理的量化與精準(zhǔn)化，從而推動寧夏干旱地區(qū)硒砂瓜高效化生產(chǎn)，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年4—7月在寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)興仁鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)村試驗站（105°18′11″E，36°51′30″N）進(jìn)行，該地區(qū)是寧夏中部干旱帶核心區(qū)，年降水量179.6～367.4 mm，年蒸發(fā)量1 829.6～1 947.1 mm，年平均氣溫在7.35～9.50 ℃，年無霜期159～169 d，全年日照時數(shù)2 800 h。降水量主要集中在6—8月，占全年降水量的60%。試驗區(qū)土壤pH、全鹽含量等指標(biāo)檢測結(jié)果見表1。在試驗田選取3處取樣點，采用環(huán)刀法測定土壤容重和田間持水量，取樣深度20、40、60 cm，測得試驗區(qū)0～60 cm平均土壤容重為1.30 g/cm3，田間持水量為18.8%，測定結(jié)果見表2。

試驗區(qū)4—7月有效降雨量合計為46.4 mm，其中6月降雨量占生育期降雨量的39%，7月降雨量占生育期降雨量的61%，降雨時間分布不均衡，硒砂瓜成熟采收期降雨量較多。2020年硒砂瓜生育期氣象資料及降雨量見圖1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗西瓜供試品種為“金城5號”，2023年5月6日種苗。采用2因素3水平試驗方法，設(shè)置3種灌溉定額150 m3/hm2（W1）、210 m3/hm2（W2）、270 m3/hm2（W3），3種施肥定額150 kg/hm2（F1）、300 kg/hm2（F2）、450 kg/hm2（F3），試驗共9個處理，每個處理3次重復(fù)，共27個處理小區(qū)，試驗設(shè)計見表3。采用完全試驗，西瓜全生育期灌溉施肥制度設(shè)計見表4。

該試驗?zāi)媳毕蚍N植，硒砂瓜株距1.6 m，行距1.8 m，試驗布置為1管1行，每行共種植40株硒砂瓜，2行為1個處理小區(qū)，滴灌帶布設(shè)區(qū)面積約為0.46 hm2，種植密度為3 465株/hm2。試驗采用滴頭間距1.6 m，流量為1.6 L/h的滴灌帶。為保證移栽苗的成活率，苗期所有處理灌水30 m3/hm2。播前用耕地機(jī)翻耕土地，并統(tǒng)一施基肥，后期追施大量元素水溶肥，西瓜全生育期施肥設(shè)計見表4。整個生育期共追肥3次，前2次肥料氮、磷、鉀配比為N∶P2O5∶K2O=32∶8∶10，第3次配比為5∶2∶8。其他田間管理措施與一般大田相同。

1.3 觀測指標(biāo)及方法

1.3.1

作物生長指標(biāo)。測定蔓長、葉片數(shù)、橫徑、縱徑。不同處理定點取3株進(jìn)行監(jiān)測，3次重復(fù)，采用鋼卷尺測量蔓長，從主蔓頂端到主莖靠近地表處的長度。通過人工査數(shù)來確定葉片數(shù)。采用鋼卷尺測量硒砂瓜橫徑、縱徑，計算果形指數(shù)（縱徑與橫徑的比值）。

1.3.2 產(chǎn)量。在硒砂瓜成熟采收期，用電子秤分別按小區(qū)測定單瓜重和產(chǎn)量。

1.3.3 品質(zhì)測定。果實可溶性固形物采用RHBO-90型手持折射儀測定，有機(jī)酸含量采用0.1 mol/L NaOH滴定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，VC含量采用鉬藍(lán)比色法測定。

1.3.4

氣象要素。監(jiān)測降雨、風(fēng)速和風(fēng)向、氣溫、地溫、相對空氣濕度、太陽輻射。安裝小型氣象站，自動氣象站1 h采樣1次，并自動將采集的數(shù)據(jù)儲存到模塊內(nèi)，可用計算機(jī)隨時導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

1.3.5

灌溉水分利用效率（irrigation water use efficiency，IWUE）。計算公式見下：

IWUE=Y/Ir （1）

式中：IWUE為水分利用效率，kg/m3；Y為硒砂瓜產(chǎn)量，kg/hm2；Ir為灌水量，m3/hm2。

1.3.6

肥料偏生產(chǎn)力（fertilizer partial productivity，PFP）。計算公式見下：

PFP=Y/F（2）

式中，PFP為肥料偏生產(chǎn)力，kg/kg；F為施肥量，kg/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)處理采用Excel 2016，利用SPSS 22.0進(jìn)行方差和主成分分析，采用Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對硒砂瓜葉片數(shù)的影響

從圖2可以看出，在開花坐果期（6月16日—6月26日）葉片數(shù)迅速增加，進(jìn)入膨果期后增長趨于緩慢（7月6日—7月16日）。在全生育期內(nèi)，W3F3處理主蔓葉片數(shù)最高，達(dá)到58片，W3F2處理次之，為57片，W1F1處理最低，僅34片，與W1F1相比，W3F3處理主蔓葉片數(shù)增加了70.59%。

2.2 不同處理對硒砂瓜蔓長的影響

從圖3可見，不同處理蔓長變化趨勢基本一致，W1處理條件下，西瓜蔓長隨施肥量的增加而增加；W2和W3處理條件下，西瓜蔓長隨施肥量的增大呈先減小后增大的變化趨勢。相同施肥量的處理中，西瓜蔓長隨灌水定額的增加而增加。不同處理全生育期內(nèi)，W3F3處理的蔓長最大，達(dá)214.0 cm，W3F1處理的蔓長次之，為211.0 cm，W1F1處理蔓長最小，僅184.56 cm。

2.3 不同處理對硒砂瓜果實形態(tài)指標(biāo)的影響

從圖4可見，水肥用量不同，西瓜果實形態(tài)差異顯著。W3F2處理西瓜橫徑、縱徑達(dá)到最大，分別為31.05和20.27 cm；W1F1處理西瓜橫徑、縱徑均最小，分別為25.69和17.17 cm。西瓜果形是影響其外觀品質(zhì)及消費者購買欲的關(guān)鍵因素之一［6］，但相比于水肥用量，果形的形成主要受栽培品種的主導(dǎo)影響。W3F3處理果皮最厚，達(dá)9.17 mm，W2F2處理次之，厚度為9.06 mm。

2.4 不同處理對硒砂瓜品質(zhì)的影響

由表5可知，隨著施肥量的增加，硒砂瓜的可溶性糖、VC和可溶性固形物含量總體呈增加趨勢，隨著灌水定額的增加，總酸含量降低?？偹岷恳訵1F3處理最高，為5.17 g/kg，W3F1處理最低，僅0.96 g/kg。VC含量以W3F3處理最高，為307.0 mg/kg，W2F2處理次之，為291.0 mg/kg，W1F1處理最低，僅155.0 mg/kg?？扇苄蕴呛恳訵3F3處理最高，為5.49 g/kg，W1F1處理最低，僅4.03 g/kg。中心可溶性固形物含量以W3F2處理最高，為10.48%，W2F2處理邊際值和中心值分別為9.25%和10.38%，且中邊差最小，僅1.13%，表明西瓜甜度相對均勻。選擇低肥處理W2F1、中肥處理W2F2和高肥處理W2F3收獲后的西瓜果實，對其硒元素含量進(jìn)行測定，且硒含量均高于0.008 mg/kg，硒含量隨著施肥量的增加而增加。

2.5 不同處理對硒砂瓜產(chǎn)量和水肥利用效率的影響

由表6可知，W2F2處理產(chǎn)量最高，達(dá)26 763.76 kg/hm2，W3F2處理次之，W2F1處理產(chǎn)量最小，僅5 498.80 kg/hm2。W3F2處理平均單果重最大，達(dá)8.14 kg，W2F2處理次之，為7.64 kg。W2F2處理西瓜灌溉IWUE和PFP均最高，分別為127.45 kg/m3和89.21 kg/kg。

W3F2、W2F3處理雖然產(chǎn)量較高，但是WUE和PFP值較低，在實際生產(chǎn)中不受人們青睞。W2F2處理在獲得高產(chǎn)的同時，IWUE和PFP也保持較高水平。

為探究灌溉定額W、施肥量F與產(chǎn)量Y、IWUE及PFP之間的關(guān)系，建立回歸方程，結(jié)果見表7。

利用灌溉定額和施肥定額指標(biāo)建立二元二次回歸方程，計算各指標(biāo)最大值對應(yīng)的灌水量和施肥量，結(jié)果見表8。產(chǎn)量最大時的灌溉量和施肥量分別為237.62 m3/hm2和329.01 kg/hm2；IWUE最大時的灌溉量和施肥量分別為214.05 m3/hm2和358.24 kg/hm2；PFP最大時的灌溉量和施肥量也分別為214.05 m3/hm2和358.24 kg/hm2。灌水量和施肥量對產(chǎn)量和PFP的影響最大，而最大灌水量和施肥量對IWUE的影響最小。

2.6 水肥組合效應(yīng)綜合評價

利用主成分分析法評估不同水肥處理下硒砂瓜的品質(zhì)、產(chǎn)量、IWUE及PFP，結(jié)果見表9。由表9可知，從8個單項指標(biāo)中提取了2個主成分因子，累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)到89.244%。第1主成分特征值為5.635，貢獻(xiàn)率為70.432%；第2主成分特征值為1.505，貢獻(xiàn)率為18.812%。

不同處理的綜合指標(biāo)得分值見表10。灌水量一定時，綜合得分表現(xiàn)為隨施肥量的增加總體呈先上升后下降的趨勢。低、中等施肥水平下，中水處理綜合得分最高，而高施肥水平下，高水處理的綜合得分最高。水肥耦合模式下，綜合得分排名最高的是W2F2處理，排名最低的是W1F1處理。綜上所述，最優(yōu)水肥組合為W2F2處理，對應(yīng)灌水定額210 m3/hm2，施肥定額300 kg/hm2。

3 討論

灌水量和施肥量是硒砂瓜生長發(fā)育過程中的兩大關(guān)鍵因素，二者會影響硒砂瓜的葉面積、葉片數(shù)和產(chǎn)量等，合理的水肥調(diào)控有利于提高西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)，是獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果實的前提條件。但是，不合理的水肥管理會嚴(yán)重影響硒砂瓜的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)，甚至還會導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡。

該研究結(jié)果顯示，西瓜綜合評價指標(biāo)隨水肥用量的增加呈先升后降的趨勢，這與張爽等［19］的關(guān)于西瓜產(chǎn)量隨施肥量增加呈先增后減的變化規(guī)律一致。此外，水肥使用量過高或過低均對西瓜綜合評價指標(biāo)產(chǎn)生一定負(fù)面影響，水肥使用量的增加在初期可能通過提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)和水分供應(yīng)，促進(jìn)西瓜植株的生長和葉綠素含量的增加，進(jìn)而提升光合速率和果實品質(zhì)。然而，隨著水肥用量的持續(xù)增加，水肥之間的拮抗作用逐漸顯現(xiàn)［20］，導(dǎo)致葉綠素含量增長受限，光合速率降低［21］，這種生理變化影響植株的生長狀況，進(jìn)而造成果實品質(zhì)和產(chǎn)量的降低，最終體現(xiàn)為綜合評價值的下降。西瓜綜合評價指標(biāo)受灌水量和施肥量的協(xié)同作用。因此，科學(xué)合理的水肥調(diào)控對提高西瓜綜合評價值至關(guān)重要［22］。具體而言，高水高肥處理的綜合評價值優(yōu)于低水低肥和低水高肥處理，高水低肥的灌溉施肥模式對果實品質(zhì)形成“稀釋效應(yīng)”［23］，低水高肥的灌溉施肥模式嚴(yán)重降低了果實產(chǎn)量［24-26］。在生育期內(nèi)，適當(dāng)?shù)乃痔澣闭{(diào)控策略，可以促進(jìn)西瓜根系生長，使西瓜根長和根表面積有所增加［27］，同時可以降低西瓜果皮厚度，提高可溶性糖和固形物含量，從而改善果實品質(zhì)［12］，此外，虧缺灌溉策略還可以進(jìn)一步提高果實色度［14］，有利于西瓜綜合評價值提高。然而，灌溉定額設(shè)置過低時，土壤水分含量將顯著降低，導(dǎo)致土壤呈現(xiàn)虧水狀態(tài)。此時，植物根部會應(yīng)激響應(yīng)產(chǎn)生脫落酸并隨水分運輸至葉片，進(jìn)而觸發(fā)植物的一系列自我保護(hù)機(jī)制，如降低氣孔開度和蒸騰速率以減少水分散失。同時，由于氣孔開度減小限制了二氧化碳進(jìn)入葉片的通道，導(dǎo)致光合底物減少，光合速率也將相應(yīng)降低，最終導(dǎo)致植株整體生長速率減慢，作物產(chǎn)量降低［27-28］。因此，該試驗通過設(shè)置不同用量的水肥組合模式，測定西瓜生長指標(biāo)、產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用效率等多項指標(biāo)，并結(jié)合主成分分析法，求得最佳灌溉和施肥定額，對實現(xiàn)寧夏干旱地區(qū)硒砂瓜精準(zhǔn)化管理和高效生產(chǎn)具有指導(dǎo)作用。

4 結(jié)論

（1）灌溉定額、施肥定額及其二者交互作用均不同程度地影響硒砂瓜的生長指標(biāo)、產(chǎn)量和品質(zhì)，且水肥交互作用的影響高于單因素的影響。

（2）綜合考慮硒砂瓜生長指標(biāo)、產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)，灌水定額為210 m3/hm2，施肥定額為300 kg/hm2的W2F2處理為最優(yōu)的硒砂瓜水肥管理組合。

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