不同灌溉模式对日光温室西瓜产量和品质的影响

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（1中国农业大学农学与生物技术学院，设施蔬菜生长发育调控北京重点实验室，北京100193；2北京市农林科学院农业信息技术研究中心，北京 100097）

不同灌溉模式对日光温室西瓜产量和品质的影响

李 阳1李友丽2田永强1张振贤1高丽红1*

（1中国农业大学农学与生物技术学院，设施蔬菜生长发育调控北京重点实验室，北京100193；2北京市农林科学院农业信息技术研究中心，北京 100097）

为探究适宜中国西北地区日光温室西瓜稳产优质栽培的灌溉模式，以武威市当地传统灌溉模式为对照，设置了两个处理：T1，控制各个生育期不同的土壤相对含水率下限、上限；T2，仅控制土壤相对含水率上限，研究西瓜产量和品质对不同灌溉模式的响应。结果表明：在3个茬口的栽培中，在伸蔓期和成熟期控制土壤相对含水率下限（70%、65%）可在不显著降低西瓜产量的同时显著提高水分利用效率，与对照相比，控制土壤相对含水率下限和上限的T1处理全年水分利用效率提高了21.85%；同时，控制土壤相对含水率能够明显提高西瓜主要风味物质可溶性糖的含量。

日光温室；西瓜；灌溉水利用效率；果实品质

武威市位于甘肃石羊河流域河西走廊东部，该地区丰富的光热资源和较大的昼夜温差为生产品质高、风味佳的西瓜创造了得天独厚的条件。近年来，随着武威地区日光温室栽培面积不断扩大及栽培技术和栽培模式的创新，当地农户实现了日光温室西瓜一年多茬的高效栽培。这不仅提高了农民收入，同时也实现了西瓜的周年生产，保证了市场供应（张丽萍，2011）。但是，西瓜栽培需水量相对较大，而石羊河流域年均降雨量小（约150 mm）且蒸发量大（可达2 600 mm），是我国西北水资源最为紧缺的地区之一，因此研究该地区一年多茬栽培模式下的西瓜耗水规律和水分高效管理模式，提高水分生产效率，是实现石羊河流域农业节水提质增效的战略目标。根据已有的研究，85%～90%的土壤相对含水率为作物适宜的灌溉上限指标（王宝英和张学，1996），而作物适宜的土壤相对含水率下限指标对不同作物和同一作物的不同生育期有较大区别。目前，关于作物需水规律的研究多集中于番茄、辣椒和甜瓜等作物，而有关西瓜的适宜土壤相对含水率上限和下限研究报道较少。为此，本试验在他人研究基础上，探究了适宜西北地区气候的日光温室西瓜周年栽培的非充分灌溉模式。

1 材料与方法

1.1 试验区基本情况

中国农业大学石羊河流域农业与生态节水试验站地处东经102°51′，北纬37°52′，海拔1 581 m，属大陆性温带干旱气候，年降水量为50～600 mm，年蒸发量为700～2 600 mm，昼夜温差大。试验温室长72 m，跨度6.5 m，为堆土钢架结构温室。试验前测定供试温室土壤0～60 cm基础理化数据：有机质含量16.51%，全氮2.74 g·kg-1，速效氮35.7 mg·kg-1，速效磷10.72 mg·kg-1，速效钾103.46 mg·kg-1，容重1.49 g·cm-3，田间持水量33.16%。

1.2 试验材料与农艺管理

所有栽培茬口西瓜全部采用嫁接栽培，供试西瓜品种为郁金香美丽，砧木为白籽南瓜（青研砧木）。种植方式为高垄地膜覆盖，垄侧栽培，垄宽70 cm，沟宽45 cm，沟深20 cm。定植前每667 m2施发酵有机肥7 000 kg、磷酸氢二铵（有效成分64%）80 kg、硫酸钾复合肥（有效成分45%）23 kg、尿素（含氮量46%）20 kg。株距50 cm，行距70 cm，每667 m2种植密度为2 552株。灌溉方式为膜下沟灌。定植后15 d绑蔓，待第2、第3朵雌花开放时进行人工授粉，西瓜坐果后在坐果节位上保留12片叶片后摘心。试验于2011年9月23日开始，至2012年9月13日结束，共进行了3茬栽培，分别为：秋冬茬，2011年9月23日至2012年1月15日（C1）；春茬，2012年2月26日至5月10日（C2）；秋延后茬，2012年7月6日至9月13日（C3）。除按试验设计各处理小区进行不同的水分管理外，其他管理措施均相同。

1.3 试验设计

试验共设置2个处理（表1）。对照为当地传统经验灌水量，处理T1同时控制土壤相对含水率（实测土壤含水率与田间最大持水量的比值，体积含水率）上、下限，当土壤相对含水率降到设计的下限时开始灌水，土壤相对含水率达到设计的上限时停止灌水。处理T2仅控制土壤相对含水率的上限，灌水时间同对照，每次灌水前测定土壤相对含水率，灌溉上限同处理T1。每处理3次重复，共9个小区，每个小区面积为33 m2，采用随机区组排列，作物计划灌溉湿润层深度为60 cm。

所有处理和对照的定植水和缓苗水灌水量相同，以农户经验灌水量进行管理，每667 m2灌水量一般为20～30 m3。

表1 灌水试验设计

土壤相对含水率使用烘干法测定。T1和T2处理灌水量依据公式M灌水量= r×p×h×θf ×（q1-q2）/η计算得出。式中：r为土壤容重，测得为1.49 g·cm-3；p为土壤湿润比，取66.7%；h为灌水计划湿润层，取0.6 m；θf为田间持水量，测得为33.16%；q1，q2分别为土壤相对含水率上、下限。η为水分利用系数，膜下沟灌η取1。

1.4 温室环境条件

在西瓜3茬栽培生育期内，使用设置于温室中央的ESPEC温湿度测量仪和光合有效辐射传感器AV-19Q对温室内部气温、空气湿度以及光量子量进行监测。各气象因子的变化过程如表2所示。

表2 不同栽培季节日光温室内的环境条件

1.5 试验观测项目与方法

采用土钻取土的方法进行土壤相对含水率测定，每个小区随机取5个点数据，每个点测量60 cm深土样，每10 cm测量1次土壤相对含水率数据，整个全生育期每6 d测量1次，每次灌水前后加测1次，灌水量采用精度为0.01 m3的水表控制。

根据水量平衡方程计算作物耗水量，公式如下：

ET=P+I+W-D-△S

式中：ET为作物耗水量（mm），P为降雨量（mm），I为灌溉水量（mm），W为地下水补给量（mm），D为深层渗漏量（mm），△S为土壤体积含水量的变化量（mm），可用下式计算：

△S=1 000×Zn〔θz（t2）-θz（t1）〕

式中：Zn为根区深度（m），θz（t1）和θz（t2）分别为t1和t2时刻根区计划湿润层深度的土壤平均含水率（cm3·cm-3）。

由于试验在温室内进行，故降雨量为零；而试验区地下水深超过40 m，故地下水补给可以忽略不计；试验过程中无渗漏产生，因此深层渗漏量为零。则水量平衡方程可以简化为：

ET=I-△S

叶面积指数（LAI）的测定：随机选取3株植株的全部叶片，测定叶长，然后使用EPSON扫描仪将叶片扫描后使用WinRHIZO软件计算每个叶片的实际叶面积，然后将叶片叶长与实测叶面积进行回归分析，如图1，计算得到叶长（x）与叶面积（y）的直线回归方程：y=0.187x-0.015，R² = 0.942，经F检验，F=41.80＞F0.01（1.32）=4.46。从检验结果来看，西瓜的叶面积与叶长关系密切，达到极显著水平，因此可以通过叶长来求叶面积，在试验中每个生育期每个重复选取3株，测量每株所有叶片的叶长，计算其叶面积指数。

图1 叶面积与叶长的相关性分析

LAI=（S×N×2552）/M

式中：S为每片叶的叶面积，N为每株的叶片数，M为667 m2。

西瓜果实品质的测定：果实采摘后，分别选取不同处理具有代表性的商品西瓜果实，每个重复取5个西瓜进行品质分析，指标测定时分为果实中心、边缘。VC含量采用2，6-二氯靛酚滴定法测定，可溶性糖含量采用蒽酮法（李合生，2000）测定，可溶性固形物含量采用手持式折光仪测定，果实含水率采用烘干法测定，果皮厚度使用电子游标卡尺测定。

地上部干物质的测定：拉秧后每个重复取有代表性的植株5株，用烘干法测定地上部整株干物质量。

西瓜根系指标的测定：果实成熟后，每个重复选取1株，用直径8 cm、高20 cm的根钻取样，以主根为中心取面积为0.09 m2范围内根系，深度为60 cm，每层20 cm，共3层，取出后用0.5 mm的筛子冲洗，去除杂物后得到根样，105 ℃烘干称质量。

产量与灌溉水水分利用效率的测定：统计每个小区商品瓜总产量，根据总产量与总灌水量来计算灌溉水水分利用效率。

灌溉水水分利用效率（kg·m-3）=总产量/总灌水量

1.6 数据分析

扫描得到叶片图像使用WinRHIZO 2007分析软件分析。各指标数据用IBM SPSS Statistics 19软件采用邓肯氏新复极差法进行显著性分析，显著性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉模式下西瓜的灌水量与耗水量

根据水量平衡方程计算出日光温室西瓜不同灌溉模式下各生育阶段及全生育期的灌水量和耗水量，如表3所示。

由于各茬口之间有一段空闲期，土壤水分相对较低，因此每茬定植前统一对整个温室进行1次灌水造墒，灌水量为40 mm。由表3可知，西瓜栽培不同生育期灌水量与耗水量差别较大，3个茬口都表现为坐果至果实膨大期的耗水量最大。从不同生育期灌水量和耗水量趋势来看，西瓜在二叶一心到三叶一心时进行移栽，至团棵期，此时期为苗期，叶片少，叶面积小，需水量较小，定植水足够供给水分需要，根据各个茬口天气情况不同，耗水量为18.99～26.09 mm。伸蔓期是西瓜的营养生长期，这期间西瓜植株快速生长，叶面积指数高，因此耗水量较大，一般在22.56～64.64 mm。坐果至果实膨大期西瓜果实迅速膨大，果实水分含量高，果实生长构成中水分起决定性作用，因此这个时期耗水量最大。成熟期西瓜已经基本停止膨大，进入果实内部营养成分转换和储藏阶段，此时西瓜耗水量最小。

表3 日光温室不同茬口不同灌溉模式下的西瓜灌水量与耗水量mm

从周年栽培情况来看，3个茬口栽培经历了当地一年中不同的气候，因此试验得出的灌水量与耗水量也不尽相同，总体耗水量情况表现为C3＞C2＞C1，这与各茬口生长期的温度和太阳辐射有一定的关系（表2）。

从3个茬口的灌水量数据分析，C1、C2、C33个栽培茬口，T1、T2处理较CK都有显著的节水效果。C1（秋冬茬）T1、T2处理较CK分别节水14.96%和13.18%；C2（春茬）T1、T2处理较CK分别节水30.25%和37.01%；C3（秋延后）T1、T2处理较CK分别节水42.31%和37.04%。以全年灌水量来看，T1灌水量为471 mm，T2灌水量为472 mm，CK灌水量为606 mm。从各茬栽培情况分析，每一茬节约的灌水全部出现在伸蔓期和成熟期，CK为当地种植者传统灌溉经验，他们认为西瓜伸蔓期植株需要大量水分才能正常生长，而过于旺盛的营养生长实际上并没有太大的意义。成熟期西瓜已停止膨大，因此过多的灌水对产量的提高没有意义，并且在一定程度上降低了西瓜的品质。

以上的数据分析表明，根据不同生育期对水分的需求，通过控制土壤相对含水率上、下限对于西瓜栽培中节约水资源有良好的效果。

2.2 不同灌溉模式对西瓜叶面积指数（LAI）的影响

图2是3个茬口不同水分管理在不同生育期的LAI的变化情况。相同生育期，不同栽培茬口LAI的数值存在明显差异，这主要受栽培茬口的温光环境影响。C2（春茬）由于2月定植，气温较低，伸蔓期的LAI较另外两个茬口明显减小，但随着气温的上升，叶片快速生长，开花坐果期和果实膨大期的LAI与另外两个栽培茬口的差异减小。LAI最大的栽培季节出现在C3（秋延后）的果实膨大期。

图2 不同栽培茬口不同灌溉模式下的叶面积指数

在伸蔓期，3个茬口栽培都表现出灌水量较大的CK的LAI明显大于T1、T2，其中C2（春茬）、C3（秋延后）的T1、T2处理的LAI都显著低于CK，而随着果实膨大期灌水量恢复，得到一定的补偿效应，LAI迅速增大，最终在果实膨大期基本达到CK的水平。但C1（秋冬茬）中，T1、T2处理的LAI始终低于CK，这可能是因为后期虽然灌水量恢复，但此时温室内气温较低，植株营养生长依旧缓慢。

2.3 不同灌溉模式对西瓜地上部和地下部干物质积累的影响

从表4中可以看出，除C3（秋延后）外，C1（秋冬茬）和C2（春茬）都表现出灌水量较大的CK的地上部和地下部干物质积累较多，CK显著大于T1。而C3中，T1、T2地上部干物质同样小于CK，但T1地下部干物质却高于CK，主要可能是因为根据当时实时监测土壤含水量，T1处理在伸蔓期没有灌水，此时温室内气温非常高，地上部生长受到一定程度的抑制，同时由于耕层水分含量低促进了根系下扎，综合作用促进了根系生长。在3茬栽培的地上部干物质积累方面，由于在伸蔓期，即植物营养生长的旺盛时期，T1、T2处理的灌水量相对较低，抑制了西瓜植株的营养生长，使地上部生物量积累降低。

表4 不同栽培茬口不同灌溉模式地上部和地下部干质量与根冠比

从图3可以看出，各茬口不同灌水处理在土壤垂直方向分布表现出不同的差异，CK地下部干物质在0～20 cm、20～40 cm范围内都大于T1、T2处理，而在40～60 cm都小于T1、T2处理。郭安红等（1999）对春小麦进行中等干旱处理，研究结果表明，根系在下层分布明显增多，充分供水处理的根生物量主要集中在上层。本试验T1、T2两个处理都是在伸蔓期控制灌水量，灌水量基本为CK的一半，造成此时T1、T2处理的土层较浅的地方含水量低，促进根系向土壤深处下扎以获得更多的水分，因此在土壤深层有较多的根系分布。

图3 不同栽培茬口不同灌溉模式不同土层中地下部干物质的比较

2.4 不同灌溉模式对西瓜产量和水分利用效率的影响

从图4可以看出，C2（春茬）、 C3（秋延后）两茬栽培中，T1、T2两个处理的产量与CK无显著差异。C1（秋冬茬）栽培中T1、T2处理的产量较CK分别降低了13.64%和12.57%，差异显著，这是因为秋冬茬温室内的温度相对较低，果实膨大期复水后植株营养生长不能恢复正常水平，这从上文2.2中LAI的数据分析中也可以得到验证。

图4 不同栽培茬口不同灌溉模式对产量的影响

灌溉水水分利用效率T1、T2处理较CK均有提高，且在C2、C3两茬栽培中，T1、T2处理的灌溉水水分利用效率均显著高于CK，说明这两种灌溉方式能够明显提高水分的利用效率，T1处理比CK提高了21.85%（图5）。

图5 不同栽培茬口不同灌溉模式对水分利用效率的影响

2.5 不同灌溉模式对西瓜品质的影响

从西瓜品质数据（表5）可以得出，不同栽培茬口，T1、T2处理的西瓜果实的VC和可溶性糖含量基本都高于CK，其中秋冬茬栽培中T1、T2处理的中心可溶性糖含量较CK分别提高了18.27%和7.10%，而可溶性糖是西瓜的主要风味物质，因此T1、T2两种灌溉模式能够明显提高西瓜的品质。果实含水量和果皮厚度各处理之间没有显著差异。相同处理下，不同栽培季节西瓜品质表现出很大的差异，综合各栽培茬口的气象数据可以看出，天气寒冷的C1（秋冬茬）VC含量较高，而昼夜温差较大的C3（秋延后）可溶性糖含量较高，果实膨大期气温较高的C3（秋延后）果皮厚度明显变小。

表5 不同灌溉模式对日光温室不同茬口西瓜品质的影响

3 结论与讨论

春茬和秋延后西瓜栽培中，与传统灌溉相比，在伸蔓期控制土壤水分下限对产量无显著影响，但显著提高了水分利用效率，这与庞秀明（2005）、王峰等（2007，2010）和康绍忠等（2007）的研究结果相一致。徐小利等（2010）研究提出，西瓜产量与叶面积指数呈正相关关系，本试验中，春茬和秋延后栽培后期T1、T2处理的灌水量恢复后叶片迅速生长，在产量数据上T1、T2处理与对照没有显著差异，而秋冬茬西瓜在果实膨大期灌水量恢复后，T1、T2处理的叶面积指数仍显著低于对照，这也解释了为什么秋冬茬T1、T2处理的最终产量显著低于对照。因此，在一年不同茬口栽培中，一种灌溉方式并不能完全满足西瓜的需水规律，应该根据植株所处的环境条件进行调整，继续探究在不同气候环境下植株对水分的需求规律。

两种节水灌溉方式都不同程度地提高了西瓜果实的品质，其中可溶性糖作为西瓜主要的风味物质，明显高于对照； Erdem和Yuksel（2003）、Gonzalez等（2009）的研究认为，西瓜进行亏缺灌溉能够一定程度提高果实中可溶性固形物含量，其中以可溶性糖含量为主，这与本试验结果相一致。不同季节栽培中，西瓜品质差异较大，表现为寒冷季节VC含量较高，果皮厚度也较大；而昼夜温差较大的季节，果实中可溶性糖含量较高（Perkins-Veazie & Collins，2004），因此在不同气候环境下果实品质对水分的响应关系有待进一步研究解决，需要提出一个水分气候的综合参考体系。

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Effect of Different Irrigation Pattern on Yield and Quality of Watermelon Grown in Greenhouse

LI Yang1，LI You-li2，TIAN Yong-qiang1， ZHANG Zhen-xian1，GAO Li-hong1*

（1Collllege of Agronomy & Biotechnology，China Agricultural University，Beijing Key Laboratory of Growth and Development Regulation for Protected Vegetable Crops，Beijing 100193，China；2Research Center for Information Technology in Agriculture，Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences，Beijing 100097，China）

In order to explore the suitable cultivation and irrigation pattern for producing watermelon 〔Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum. et Nakai〕 with stable yield and superior quality in Northwest China greenhouse，this study took the local traditional irrigation experience as the contrast， and set up the following 2 treatments： T1controlling the various growth stages for the lower limit and the upper limit of soil relative moisture contents；T2controlling the upper limit of soil relative moisture content. These 2 treatments were used to study the responses of watermelon yield and quality to different irrigation patterns. The results showed that during stretch tendril and maturing periods， controlling the lower limit（70%， 65%） of soil relative moisture content could significantly improve water use efficiency whithout distinquishly reducing watermelon yield. By controlling the lower limit and the upper limit of soil relative moisture contents， the water use efficiency increased 21.85% than the contrast. At the same time， controlling soil relative moisture content could significantly improve the content of soluble sugar content， which was the major substance affecting watermelon flavor.

Greenhouse；Watermelon；Water use efficiency；Fruit quality

李阳，男，硕士研究生，专业方向：设施环境与无土栽培，E-mail：lyrip@cau.edu.cn

*通讯作者（Corresponding author）：高丽红，女，教授，博士生导师，专业方向：温室土壤修复与水肥高效利用，E-mail：gaolh@cau.edu.cn

2014-01-16；接受日期：2014-05-30

水利部公益性行业科技项目（201001061），现代农业产业技术体系和北京果类蔬菜建设专项（CARS-25-C12），2012星火计划项目（GA600002）