CO2加富对温室薄皮甜瓜果实品质的影响

张志鹏 李甜 孙胜 邢国明

摘 要： 以薄皮甜瓜‘清雅白玉為研究对象，通过测定3种不同浓度CO2对薄皮甜瓜从开始结果到最后成熟整个生长过程果实品质的影响来确定冬春季温室薄皮甜瓜栽培最适的CO2浓度，为我国北方冬春季设施内薄皮甜瓜精准施肥提供理论依据。对薄皮甜瓜分别施用4种CO2浓度，CK：（400±12） μmol·mol-1、T1：（800±24） μmol·mol-1、T2：（1 200±36） μmol·mol-1、T3：（1 600±48） μmol·mol-1，测定果实结瓜初期、结瓜中期、结瓜后期、黄熟期、后熟期的品质。结果表明，在商品瓜采收期（结瓜后期）：T2、T3影响较大，但T1最经济实用;相对于CK，T1处理使硬度增加了71.3%，可溶性固形物含量增加了6.7%，维生素C含量增加了33.1%，蔗糖含量增加了12.7%，果糖含量增加了6.0%，有机酸含量降低了12.6%，可溶性蛋白质和游离氨基酸含量没有明显差异。在果实成熟最后时期（后熟期）：T1、T2影响最大，T1最经济实用;T1处理使可溶性固形物含量增加10.1%，游离氨基酸含量增加了25.6%，蔗糖含量增加了11.1%，果糖含量增加了16.4%，维生素C含量降低了4.5%，可溶性蛋白质含量下降11.8%，有机酸含量降低了13.4%。由此可知，CO2施肥均能够显著改善薄皮甜瓜的品质，在800 μmol·mol-1时最经济实用。

关键词： 薄皮甜瓜; CO2施肥; 果实品质; 精准施肥

Effect of CO2 enrichment on melon fruit quality in greenhouse

ZHANG Zhipeng1， LI Tian1， SUN Sheng 1.2.3， XING Guoming1.2.3

（1. College of Horticulture， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China; 2. Shanxi Provincial Facility Vegetable Quality Improvement and Efficiency Synergistic Innovation Center， Taigu 030801， Shanxi， China; 3. Shanxi Provincial Facility Horticulture Engineering Technology Center， Taigu 030801， Shanxi， China）

Abstract： In this study， the effect of CO2 enrichment on the quality of ‘Qingyabaiyu oriental melon with three different concentrations of CO2 during the whole growth process from fruiting to final ripening In order to provide theoretical basis for precise fertilization of oriental melon in winter and spring facilities in northern China， ‘Qingyabaiyu oriental melon was used as material in this research， four different concentrations of CO2 （CK： （400±12） μmol·mol-1、T1： （800±24） μmol·mol-1、T2： （1 200±36） μmol·mol-1、T3： （1 600±48） μmol·mol-1） were carried out during the whole fruit growth process， and the quality of fruits at early fruiting stage， rapid expanding stage， white ripening stage， yellow ripening stage and late ripening stage were analyzed. The results showed that the fruit quality of T2 and T3 were greatly effected at harvest stage （white ripening stage）， T1 was the most economical and practical treatment. Compared with CK， the fruit quality was increased when treated by T1， of which the hardness increased by 71.3%， soluble solids increased by 6.7%， vitamin C increased by 33.1%， sucrose increased by 12.7%， fructose increased by 6.0%， and organic acid increased by 12.6%， while the soluble protein and free amino acid contents were less affected. At the late ripening stage， the fruit quality was significantly effected by T1 and T2 treatments， and T1 was still the most economical and practical treatment， of which， the soluble solid content， free amino acid content， sucrose content， fructose content， vitamin C content， soluble protein content and soluble protein content were increased by 10.1%， 25.6%， 11.1%， 16.4%， 4%， 4.5% and 11.8%， respectively， however， the organic acid content was reduced by 13.4%. The quality of oriental melon could be improved by CO2 fertilization， and 800 μmol·mol-1 was the most economical and practical concentration.

Key words： Melon; CO2 fertilization; Fruit quality; Precision fertilization

CO2和H2O是光合作用的2种原料，H2O作为日常管理的主要关注点之一变化不大，但大气中的CO2浓度却随工业化的发展变化而迅速提升[1-2]，早在1804年De Saussure就对豌豆作物做了增施CO2处理，预计到21世纪后半段，大气中CO2浓度将达到700 μmol·mol-1，这会对植物的生长发育造成很大影响[3-4]。Reddy[5]等的研究表明：CO2浓度升高，植物生产力将大幅度提高;但是现阶段空气中的CO2浓度和大部分植物光合作用的CO2饱和点差距很远，设施栽培中有必要進行CO2施肥[6-7]。

国内外已经有很多对CO2施肥的研究，主要针对种植面积较大的番茄和黄瓜等，对甜瓜研究较少，主要是对甜瓜苗期增施CO2的研究。陈双臣等[8]研究表明，CO2施肥可以显著改善番茄的果实品质。王全智等[9]研究表明，甜瓜苗期CO2加富之后，植株干质量、果实中心含糖量、糖酸比、产量都显著提高。赵冠艳等[10]研究表明，甜瓜苗期CO2加富之后显著增大最大净光合速率、降低光补偿点、提高光饱和点。孙玉文等[11]研究表明，CO2加富可以促进厚皮甜瓜生长发育，提高单果质量、抗性、产量、品质。

笔者用4个等比例浓度梯度的CO2对薄皮甜瓜的整个生长周期进行施肥处理，来研究不同CO2浓度施肥对薄皮甜瓜果实发育成熟的影响，进而揭示不同CO2浓度对甜瓜果实品质的影响，以便对甜瓜采收和CO2的精准施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选用齐齐哈尔市泽甜种业有限公司选育的适应山西设施栽培的‘清雅白玉薄皮甜瓜。

1.2 试验设计

试验周期为：2017年11月至2018年5月。地点在山西省太谷县山西农业大学园艺站温室。由于试验地位于山西北方，每年11月开始需要棉被保温。每日8：30左右卷起棉被，17：30左右放下棉被，晴天光照时间为8 h左右。试验通过把温室分成4个处理（每个处理用透明塑料膜分隔成独立空间），每个处理面积为48 m2（6 m×8 m）。设置CO2处理浓度依次为（400±12） μmol·mol-1（CK）、（800±24）μmol·mol-1（T1）、（1 200±36）μmol·mol-1（T2）、（1 600±48） μmol·mol-1（T3）。各处理气源为高压CO2钢瓶，CO2智能自动控制释放系统是由邯郸冀南新区盛炎电子科技有限公司生产，传感器采用芬兰VAISALA公司生产的GMM220传感器，CO2气体由高压CO2气瓶释放之后通过控制器经管道从各个隔间中上部均匀施入。由各个处理内部安装的传感器实时测定各个处理CO2浓度，当浓度达到设定值就关闭控制器停止释放，当小于规定值再打开控制器释放，从而使各个处理CO2浓度保持设定值。

于2017年12月17日2叶1心定植，定植株距25 cm，行距35 cm，单蔓整枝。定植后缓苗1周开始施肥，每天卷起棉被后开始施肥，温度达到35 ℃时放风并停止施肥，下午关闭风口后开始到放棉被结束，施肥时间共4 h左右，阴雨天不施肥。随机选取长势良好，开花位置相同的花标记。取样期为开花后10 d（结瓜初期），20 d（结瓜中期），35 d左右瓜色变白（结瓜后期），43 d左右瓜色变黄（黄熟期）和51 d左右（后熟期）共5个时期。每个时期选取7个瓜，采摘后放入超低温冰箱保存。

1.3 方法

硬度采用GY-3型指针式水果硬度计（浙江托普仪器有限公司）测定，可溶性固形物含量采用手持式折光仪测定，维生素C含量采用钼蓝比色法测定，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定，有机酸含量采用酸碱滴定法测定[12]，游离氨基酸含量采用茚三酮溶液显色法测定[13]，蔗糖果糖含量采用间苯二酚法测定[14]。

1.4 统计分析

数据处理和作图采用Excel 2013，用SPSS 24软件分别进行方差分析。

2 结果与分析

图1为果实结果期的2018年4月1日正常天气情况下各个处理CO2浓度的日变化，在施肥之前先放风，将浓度下降到合适时关风口开始施肥。

2.1 不同浓度CO2施肥对甜瓜硬度的影响

从图2可知，从结瓜初期到后熟期果实硬度先上升后下降最后趋于稳定。从结瓜初期到结瓜中期果实硬度都迅速升高;从果实结瓜中期到结瓜后期只有CK迅速下降38.9%;从结瓜后期到黄熟期除了CK各个处理都迅速下降， T1降低52.9%，T2降低57.8%，T3降低54.1%。在整个成熟过程中，CK、T1在果实结瓜中期达到最大，T2、T3在结瓜后期达到最大，在结瓜初期和后熟期各个处理差异不大。

在结瓜后期相对于CK，T1增加了71.3%，T2增加了73.6%，T3增加了101.4%。

通过分析可知，在果实最后时期的货架期（后熟期），各个处理对硬度没有显著影响;在果实采收期（结瓜后期）CO2施肥可显著提高果实硬度，虽然T3提高最大，但是T1的处理浓度是CK的2倍，T3的处理浓度是CK的4倍，所以就硬度而言T1处理最经济实用。

2.2 不同浓度CO2施肥对可溶性固形物含量的影响

从图3可知，从结瓜初期到后熟期，可溶性固形物含量整体上升。从结瓜初期到结瓜中期可溶性固形物含量变化不显著;从结瓜中期到结瓜后期都迅速增大;从结瓜后期到黄熟期，CK变化不显著，T1、T2和T3分别增加18.1%、30.0%和23.2%;从黄熟期到后熟期，CK增加21.7%，T1增加9.2%，T2、T3变化不显著。

在结瓜初期相对于CK，T1增加16.1%，T2增加12.1%，T3增加28.3%;在结瓜中期相对于CK，T1增加9.8%，T2增加9.6%，T3增加26.3%;在结瓜后期相对于CK，T1增加6.7%，T2增加4.3%，T3变化不显著;在黄熟期相对于CK，各处理都显著增加;在后熟期相对于CK，T1增加10.1%，T2增加9.4%，T3变化不显著。

分析可知，在果实最后时期的货架期（后熟期）T1、T2可以显著增加果实的可溶性固形物含量，但是T1、T2之间没有显著差异，T1处理仍然是最优处理;在果实采收期（结瓜后期）T1是最优选择。

2.3 不同浓度CO2施肥对甜瓜蔗糖、果糖含量的影响

从图4、5可知，从结瓜初期到后熟期，蔗糖果糖含量整体都呈上升趋势。在结瓜初期和结瓜中期各个处理的同种糖含量没有显著差异，但果糖含量却远远高出同时期同处理的蔗糖含量。结瓜后期蔗糖果糖含量开始大幅提升，其中蔗糖相对于结瓜中期，CK增加23.1倍，T1增加16.6倍，T2增加13.6倍，T3增加3.7倍。相对于结瓜后期的果糖含量，黄熟期各个处理都有显著增加;对于蔗糖含量CK没有显著差异，T1增加20.0%，T2增加60.3%，T3增加72.8%。相对于黄熟期，后熟期各个处理蔗糖果糖含量都显著增加。

结瓜后期的蔗糖含量相对于CK，T1增加12.7%，T2增加15.2%，T3降低37.9%;果糖含量相对于CK，T1增加6.0%，T2增加35.2%，T3增加21.0%。黄熟期相对于CK，各个处理的同种糖都显著增加。后熟期的蔗糖含量相对于CK，T1增加11.1%，T2增加8.4%，T3降低9.5%;果糖含量相对于CK，T1增加16.4%，T2增加22.8%，T3降低9.9%。

分析可知，在果实最后时期的货架期（后熟期）各处理对果实蔗糖果糖含量都有显著影响，对于蔗糖含量T1提高最多，是最优且最经济实用的选择;对于果糖含量，虽然T2提高最多，但T1、T2的CO2浓度比CK提高1倍、2倍，因此T1最经济实用。在果实商品瓜采收期（结瓜后期），不同处理蔗糖含量表現不同，虽然T2提高最多，但T1、T2的CO2浓度比CK提高1倍、2倍，因此T1最经济实用;对于果糖含量，T2提高最多是最优且最经济实用的选择。

2.4 不同CO2施肥对甜瓜有机酸含量的影响

从图6可知，从结瓜初期到后熟期有机酸含量整体呈上升趋势。结瓜后期有机酸含量大幅提升（平均提高64.7%），从结瓜后期开始相对于CK各个处理有机酸含量都降低。在结瓜后期相对于CK，各处理有机酸含量都显著降低;黄熟期相对于CK，T1、T2、T3分别降低12.4%、2.5%、5.1%;后熟期，相对于CK，T1、T2、T3分别降低了13.4%、7.3%、6.9%。

分析可知，在果实最后时期的货架期（后熟期）各处理对果实有机酸含量都有显著影响。在果实采收期（结瓜后期），不同处理都可以显著降低果实中有机酸含量。相对于CK，T1降低12.6%，T2降低7.9%，T3降低29.1%，但T1、T2、T3的CO2浓度比CK提高1倍、2倍、3倍，因此T1是最优选择。

2.5 不同浓度CO2施肥对甜瓜维生素C含量的影响

从图7可知，从结瓜初期到后熟期维生素C含量整体呈上升趋势。从结瓜初期到结瓜中期，T3处理上升24.5%，其他处理变化不显著;从果实结瓜中期到结瓜后期维生素C含量都大幅提升;从结瓜后期到黄熟期CK增加18.5%，T1增加5.9%，T2、T3变化不显著;从黄熟期到后熟期CK增加35.1%，T1增加8.4%，T2、T3变化不显著，在后熟期CK高于T1、T3接近T2。总体而言，T2上升最早速度最快且最后含量最高。

在结瓜后期相对于CK，T1增加33.1%，T2增加73.8%，T3增加66.6%;在黄熟期相对于CK，各处理都显著增加。在后熟期相对CK，T2增加5.9%、T1降低4.5%、T3降低3.0%。

分析可知，在果实最后时期的货架期（后熟期），增施CO2不实用。在果实采收期（结瓜后期）不同处理都可以显著提高维生素C含量，T2提高最大，但T1、T2、T3的CO2浓度比CK提高1倍、2倍、3倍，所以T2处理经济实用。

2.6 不同浓度CO2施肥对甜瓜游离氨基酸总量、可溶性蛋白质含量的影响

从图8、9可知，从结瓜初期到后熟期游离氨基酸含量整体呈上升趋势，但4个处理变化过程不同：CK在结瓜初期和结瓜中期变化不显著，从果实结瓜中期到结瓜后期增长29.8%，黄熟期和后熟期变化不显著;T1在结瓜初期和结瓜中期变化不显著，结瓜后期增长25.9%，黄熟期增长32.6%，后熟期变化不显著;T2和T3处理在结瓜初期和果实结瓜中期变化不显著，结瓜后期、黄熟期、后熟期都有显著增长。对于可溶性蛋白质，从结瓜初期到结瓜中期各处理都迅速增加，从结瓜中期到黄熟期各个处理变化都不显著，从黄熟期到后熟期CK、T1继续增加，T2、T3降低。

在结瓜初期的游离氨基酸含量相对于CK，各处理没有显著性差异;可溶性蛋白质含量T1差异不显著，T2降低25.0%，T3降低29.0%。结瓜中期的游离氨基酸含量相对于CK，各处理没有显著性差异;可溶性蛋白质含量，T1和T2差异不显著，T3降低12.9%。结瓜后期的游离氨基酸含量相对于CK，T1处理没有显著差异，T2降低10%，T3降低11%;对于可溶性蛋白质没有显著差异。黄熟期的游离氨基酸含量相对于CK，T2没有显著性差异，T1增加30.6%，T3增加10.3%;对于可溶性蛋白质各处理没有显著性差异。后熟期的游离氨基酸含量相对于CK，T1增加25.6%，T2增加39.2%，T3增加35.5%;对于可溶性蛋白质，各个处理可溶性蛋白含量都降低，T1降低11.8%，T2降低27.7%，T3降低45.7%。

分析可知，在果实最后时期的货架期（后熟期）各处理对果实游离氨基酸含量、可溶性蛋白质含量都有显著影响，对于游离氨基酸含量虽然T2提高最多，但T1、T2的CO2浓度比CK提高1倍、2倍，因此T1最实用;对于可溶性蛋白质虽然T3影响最大，但T1、T3的CO2浓度比CK提高1倍、3倍，因此T3最实用。在果实采收期（结瓜后期）：对于游离氨基酸含量T1没有显著差异、T2降低10.0%、T3降低11%，因此T2最实用。对于可溶性蛋白质各处理影响不显著。

3 讨论与结论

对于CO2施肥的研究有很多，CO2可以显著提高多种作物的光合、品质和产量。针对增施CO2对甜瓜的影响，之前主要研究的是苗期CO2加富对生长、光合、农艺的影响，以及根际CO2加富对甜瓜光合、产量、品质、根系代谢、根系生长、果实糖代谢的影响。通过本试验揭示甜瓜成熟过程中各种品质指标的变化，为采摘商品瓜的合理时期提供依据;而且通过不同CO2施肥对品质的影响，为合理经济施用CO2提供理论依据。

在本试验中，在果实成熟最后时期的货架期（后熟期），各个处理对各个指标影响最大的是： T1增加可溶性固形物含量10.1%，T2提高维生素C含量5.9%，T3降低可溶性蛋白含量45.7%，T1降低有机酸含量13.4%，T2增加游离氨基酸含量39.2%，T1增加蔗糖含量11.1%，T2增加果糖含量22.8%，各个处理对硬度没有显著影响，总体而言T1、T2影响较大。在经济实用方面：就可溶性固形物、有机酸、游离氨基酸、蔗糖、果糖含量几个指标而言，T1最经济实用;就维生素C而言，T2可以适当提高5.9%;硬度指标上没有显著差异，增施CO2不实用;就可溶性蛋白而言，各个处理都降低，T3最实用。因此得出在果实最后时期的货架期（后熟期）T1即CO2浓度为800 μmol·mol-1最经济实用。

在采收期（结瓜后期）：各个处理对各个指标影响最大的是：T3提高硬度73.6%，T1增加可溶性固形物含量6.7%，T2增加维生素C含量73.8%，T1增加可溶性蛋白质含量4.6%，T2降低可溶性固形物含量5.0%，T3降低有机酸含量29.1%，T3降低游离氨基酸含量11%，T2增加蔗糖含量15.2%，T3降低蔗糖含量37.9%，T2增加果糖含量35.2%，总体而言T2、T3影响较大。在经济实用方面：就硬度、可溶性固形物、有机酸、蔗糖指标上T1最经济实用;就维生素C、游离氨基酸、果糖指标上T2最经济实用;可溶性蛋白没有显著差异。因此得出在果实采收期（结瓜后期），T1即CO2浓度为800 μmol·mol-1最经济实用。

通过本试验得出在采收期（结瓜后期），CO2加富可以显著提高果实品质，这个结果和陈双臣等[8]、李靖等[15]的研究结论CO2施肥可以显著改善番茄的果实品质一致。T1处理（800 μmol·mol-1）最经济实用，这个结论和李靖等[15]对番茄品质的研究结论一致;和孙玉文等[11]对厚皮甜瓜在农艺方面适宜浓度为1 200 μmol·mol-1的结论不一致，可能是甜瓜类型以及评价方向不同造成的差异;和王全智等[9]对苗期甜瓜加富在生长发育方面最适浓度为1 100 μmol·mol-1的结论不一致，可能是由于甜瓜品种、施肥周期以及评价方向不同引起的。继续增加CO2浓度虽然有些指标仍然能够提升，但是不经济实用。而且大多数指标上都是在转色期有较大改变，这个结果和王彦华等[16]以及李靖等[15]的在转色期各个指标都有显著改善的结论一致。但是在果实最后时期的货架期（后熟期），CO2加富处理的效果只有在可溶性蛋白质、游离氨基酸、果糖3个指标上比商品瓜时期更加显著，蔗糖含量在这2个时期没有显著性差异，在硬度、有机酸含量、可溶性固形物含量、维生素C含量等4个指标上差异显著性上减弱很多。这其中的内在机理需要进一步研究。

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