日光温室秋冬茬黄瓜结果期灌溉频率对产量及根系分布特征的影响

杨冬艳 ，冯海萍，赵云霞，桑 婷

(宁夏农林科学院种质资源研究所，银川 750002)

水肥一体化技术是通过压力系统将肥料溶液以较小流量直接、准确地施与蔬菜作物根部附近土壤表层的灌水施肥技术，将灌水与施肥结合在一起，有效地提高了设施蔬菜水分和肥料利用率[1,2]，在日光温室生产应用面积逐渐扩大；黄瓜是保护地栽培的主要蔬菜作物之一，属耗水耗肥的蔬菜作物,营养生长与生殖生长同时进行，采收期长，对水肥需求量大[3]。灌水量和灌水频率是作物灌溉制度的核心内涵，已有的研究表明，灌溉频率可以改变土壤水分的空间分布和土壤的蓄水量[4]，影响土壤温度[5]和土壤养分的分布[6,7]，刘淑艳研究了日光温室春夏茬黄瓜灌水频率，提出坐果期灌水间隔为1 d有利于产量形成[8]，郭文忠研究春夏茬黄瓜适宜灌水频率，发现灌水间隔3 d产量最高[9]，孙丽萍发现在日光温室黄瓜生产中，栽培茬口季节不同，灌溉频率对植株蒸腾、产量和水分利用效率的影响不同，秋冬茬黄瓜生产中随灌溉频率增加，温室内空气相对湿度一直处于相对较高状态，抑制了土面蒸发，不利于黄瓜产量的增加[10]，可见在具有一定可控性的设施农业中，灌溉制度因区域气候、土壤和作物特性等具有明显差异，需要因地制宜来制定水分管理制度。近年来，随着宁夏地区高标准温室的建造增多，温室的温光环境性能进一步优化，秋冬茬黄瓜的栽培面积逐渐扩大，但农户在使用水肥一体化技术时，或应用无土栽培黄瓜的管理模式或凭借大水漫灌时的黄瓜种植经验，对土壤栽培秋冬茬黄瓜的膜下滴灌水分管理制度缺乏应用参考参数，因此，试验以秋冬茬嫁接黄瓜为研究对象，采用水肥一体化管理装备，研究灌溉频率对秋冬茬土壤栽培嫁接黄瓜产量、品质及根系分布特征的影响特征，为宁夏中部干旱带日光温室秋冬茬黄瓜水肥灌溉参数设定提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验地点位于宁夏中部干旱带吴忠(孙家滩)国家农业科技园区，属大陆性干旱、半干旱气候，海拔高度1 130 m，全年光照时间3 000 h，全年太阳辐射高达700 kJ/m2，年平均气温8.8 ℃,年平均降水量193 mm，气候干燥,无霜期150 d左右，昼夜温差大。试验温室净跨10 m，长72 m，钢架结构，温室脊高6 m，棚膜为日本住友化学公司生产明净华膜，外覆保温被，试验温室土壤容重为1.10 g/cm3，田间最大持水量24.21%。

1.2 试验设计

试验黄瓜接穗品种为“德尔99” 砧木是“博强4号”，穴盘育苗， 2017年9月5日定植，定植时黄瓜苗2叶1心，起垄栽培，垄底宽80 cm,株距28 cm，小行距40 cm，大行距100 cm，定植密度47 430 株/hm2，采用膜下铺设双行滴管带，滴头间距30 cm，黄瓜定植后40 d内统一水肥管理，每隔5 d灌水1次，每次灌水量为75 m3/hm2,黄瓜进入开花坐果期(10月15日)后开始不同灌水频率处理，12月20日结束， 1月5日拉秧，生育期120 d，黄瓜采收期67 d。

试验采用单因素随机区组设计，小区面积13.5 m2，5次重复，依次排列，每个处理之间用棚膜垂直隔离60 cm，水肥一体化装备为水箱(500 L)、水泵、比例施肥泵、滴管管材，滴管带滴头间距30 cm，每个处理安装水表控制灌水量，试验设3个灌水频率处理，TR1：1次/1 d，每次灌水量15 m3/hm2；TR2：1次/4 d，每次灌水量60 m3/hm2，处理3：1次/7 d，每次灌水量105 m3/hm2， 试验处理时间65 d，处理期间总灌水量均为975 m3/hm2。

各处理施肥制度一致，试验基肥为腐熟羊粪75 m3/hm2，磷酸二铵300 kg/hm2，处理开始前分别在第20 d、30 d统一追肥2次，每次施以色列海法公司的魔粒丰水溶肥(N16%-P8%-K32%)45 kg/hm2和尿素(N46%)15 kg/hm2, 试验处理时间65 d，各处理追肥时间一致，间隔7～8 d追肥1次，总追肥次数8次。

黄瓜种植期间利用紫藤连线设备ZigWSN采集器(农用温室型)监测温室环境温度，黄瓜活动积温为黄瓜生长期间内日均温的总和，其中日均温下限温度为14.7 ℃，上限温度为35 ℃[12]。

1.3 测定指标与方法

每个小区用天平单独称质量测产，每隔2 d采果1次，累计得黄瓜产量，每个处理在盛果期取开花期一致的黄瓜，黄瓜果实采用四分法取样测定其品质，Vc含量采用2,6-二氯靛酚法测定；可溶性糖含量采用蒽酮法测定，硝酸盐含量采用水杨酸法[11]测定。

在灌水处理结束时，每个处理取相邻5株黄瓜根系，用直径为10 cm的土钻取样，以黄瓜主根为中心，取水平方向半径15 cm，垂直方向以5 cm为一个层次，取到30 cm，共6个土层，浸泡1 h后，冲洗根系，烘干称重。

1.4 数据分析

采用DPS软件Duncan’s多重比较差异显著性。

2 结果与分析

2.1 日光温室秋冬茬黄瓜生长期间温度变化

试验温室土墙结构，冬季没有加温设施，由图1可见，在2017年9-12月期间，试验温室最高温度在15.77～36.72 ℃范围内波动，平均29.25 ℃，最低温度在6.68～19.55 ℃范围内波动，平均11.63 ℃，每日平均温度在9.43～30.57 ℃范围内，平均日均温17.93 ℃，日均积温为2 050.17 ℃，活动积温为1 642.51 ℃。

图1 日光温室秋冬茬黄瓜生长期间温室温度变化

2.2 不同灌溉频率对黄瓜采收特征和产量的影响

由图2可见，秋冬茬灌水频率对于黄瓜产量有显著的影响，黄瓜定植50 d后开始采收，2 d采收1次，黄瓜采收量在12.3～580 g/m2范围内波动，TR3日均产量最高97 g/(d·m2),其次为TR2：87 g/(d·m2)、TR1：62.9 g/(d·m2)，出现两次产量高峰，第一次在11月25日和27日，最高采收量为TR3，达到617 g/m2，TR1也达到了241 g/m2，第二次采收高峰出现在12月20日和23日，最高采收量为TR3，达到481 g/m2，其次TR2：419 g/m2、TR1：345 g/m2，试验采收期67 d， 11月之前产量占总产量各处理依次为49.22%，55.6%和58.33%，各处理折合产量依次为39 096、54 310、64 629 kg/hm2，平均单株坐果数依次为4.88个/株、6.61个/株、7.69个/株，说明但冬季灌溉频率高不利于黄瓜坐果。

图2 灌溉频率对嫁接黄瓜采收特征和产量的影响

2.3 不同灌溉频率对黄瓜果实品质的影响

有表1 可见，黄瓜果实品质指标对不同灌溉频率响应特征不同，在秋冬茬黄瓜生产中，不同灌溉频率对黄瓜果实可溶性固形物和可溶蛋白质含量没有显著影响，随着灌溉间隔的延长，黄瓜果实可溶性糖含量增加，而Vc含量则是TR2最高，说明过高和过低的灌溉频率都不利于果实Vc含量的增加。

表1 不同灌溉频率对黄瓜果实品质的影响

2.4 灌溉频率对黄瓜根系分布的影响

作物根系是吸收水分和矿物质营养的主要器官，根系的大小和在土壤中的分布与作物对水分和矿物质的吸收能力及其产量密切相关。根系形态虽然由遗传基因型决定，但是表现型依赖于环境[13]，试验发现不同灌溉频率显著影响了黄瓜根系的物质积累及分布特征，在秋冬季，试验中嫁接黄瓜在0～10 cm土层的根系鲜重和干重占总根系生物质量均在70%以上，随着灌水频率的降低，黄瓜根系鲜重和干重增加，0～20 cm土层以内的根系干重依次为2.95、3.37、5.36 g，占比依次为97.59%、97.74%和98.1%，可见黄瓜根系根层深度主要在0～20 cm以内；从不同土层分布来看，在0～15 cm土层，灌水间隔最长TR3黄瓜根系鲜重及干重均显著高于TR1和TR2，空间分布比例是TR2最高，15 cm土层以下黄瓜根系干物质量各处理没有显著差异，但TR1干鲜重所占百分比高于TR2和TR3，可能与TR1总根系生物量相对较少有关，TR2和TR3在15～30 cm土层中分布比例没有显著差异，可见加大灌水间隔对黄瓜深层根系生物量与分布比例没有显著影响，但可以增加0～15 cm以内土层的根系生物量。

3 讨 论

以根层土壤管理为核心，对作物进行水肥调控，是科学水肥管理的重要措施，范风翠研究发现春夏茬土壤水分对设施黄瓜根系垂直分布深度影响较小，0～25 cm 土层黄瓜根系分布比例均可达全部根重的99%以上，根系的最深分布范围可达30 cm[14]，陈志杰发现在春夏茬，嫁接和降低灌水下限，均使日光温室黄瓜根系总长度增加，黄瓜根系生长和毛细根量的增加，在秋冬茬，灌水量与嫁接处理对黄瓜根系垂直分布没有显著影响，但单次150 m3/hm2灌水量下，嫁接黄瓜的根系旺盛且粗壮，同时诱发了大量毛细根向土壤深层分布，使其产量显著高于自根黄瓜[13]，试验发现嫁接黄瓜秋冬茬根系在0～20 cm的土层内就占到90%以上，间隔7 d的灌水频率处理，显著提高了黄瓜在0～15 cm 的生长量和在5～15 cm土层的分布，随着灌溉频率的增加，嫁接黄瓜根系的鲜重和干重显著下降，进而影响黄瓜坐果数量，导致产量下降，西北地区日光温室秋冬茬外界气温低，频繁灌水可能会使地温降低不容易恢复，导致作物根系发育受到抑制，生物量减少，不能支撑黄瓜果实的生长，因此少量多次的灌溉制度不适宜在宁夏中部干旱带日光温室冬季黄瓜生产中应用，在冬季生产中降低灌溉频率，能够促进根系在根层中部土壤的发育，总根系生长量增加，同时黄瓜产量最高，果实的可溶性糖含量也最高。

图3 灌溉频率对嫁接黄瓜根系生物量及分布特征的影响

可见在日光温室秋冬茬黄瓜栽培中，增加灌溉间隔时间，使根层灌溉下限降低，土壤的干湿变化幅度加大，促进了根系生物量的积累，本试验中7 d的灌溉间隔黄瓜产量最高；日光温室黄瓜栽培为起垄栽培，膜下滴灌模式，黄瓜根系横向分布可能更为丰富，试验分析根系周围半径15 cm以内、垂直30 cm深度根系生物量，垄面的横向分布特征可能对黄瓜的水肥调控也有重要的指导支持作用，因此在进一步的研究中，探讨浅层土壤的根系分布及水分、养分浓度分布特征，有助于水肥一体化精准管理参数的确定。

4 结 论

(1)在宁夏中部干旱带日光温室秋冬茬栽培中，灌溉频率过高不利于黄瓜坐果，在活动积温1 642 ℃、灌水量105 m3/hm2的条件下，黄瓜结果期适宜的灌溉间隔为7 d。

(2)在日光温室嫁接黄瓜土壤栽培中，降低灌溉频率，能够促进秋冬茬黄瓜根系生长量增加，促进果实中糖含量的积累，有利于黄瓜坐果，产量增加。