再生水滴灌对黄瓜叶绿素、光合、产量及品质的影响

王璐璐，田军仓, ，徐桂红，沈 晖, ，闫新房,

（1.宁夏大学 土木与水利工程学院，银川 750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术 研究中心，银川 750021；3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，银川 750021）

0 引 言

在我国干旱地区，农业灌溉使用再生水的原因：一是再生水中含有氮、磷、钾等元素，提高土壤肥力[1]；二是利用再生水能避免严重的污染问题[2]；三是能防止养分、化学物质和病原体等输入到生态系统中[3]。因此，再生水灌溉对控制农业污染及水资源短缺问题具有重要的科学意义和实用价值。代志远等[4]认为再生水对农作物生长的影响尚有分歧。薛彦东等[5]研究表明，再生水灌溉对黄瓜、西红柿品质无显著影响。吴文勇等[6]研究表明，再生水处理与对照相比可显著增加果菜类蔬菜产量，黄瓜平均增产23.6%。裴亮等[7]研究表明全部采用再生水滴灌处理对黄瓜的生长发育和产量形成均表现出一定的促进作用，增产21.5%。本文针对宁夏中卫市再生水滴灌对黄瓜的影响问题，开展再生水滴灌对黄瓜叶绿素、光合、产量及主要品质的影响研究，可为宁夏再生水滴灌黄瓜推广提供理论与技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在宁夏中卫市应理城乡市政产业集团中水厂再生水灌溉示范基地进行。供试土质为壤土，土壤干体积质量为1.44 g/cm3。田间质量持水率为28%，种植期内试验地降水量116.3 mm。土壤理化性质如表1 所示。灌溉水源为中水厂的再生水与自来水，再生水水质符合《农田灌溉水质标准》（GB5084—2005），其水质指标如表2 所示。

1.2 试验设计

采用随机区组试验，进行再生水水质不同灌溉定额试验，以自来水水质不同灌溉定额为对照，共6 个水平，3 次重复，重复作为区组。在各水平膜下滴灌方式、施肥、栽培等相同条件下，研究再生水滴灌不同灌溉定额水平对黄瓜的光合、产量与品质的影响。再生水处理与对照低、中、高灌溉定额水平相应的3个灌水定额分别为90、135、180 m3/hm2，灌水次数21 次，试验方案如表3 所示。

表1 土壤理化性质 Table 1 Physical and chemical properties of soil

表2 再生水和自来水水质指标 Table 2 Water quality indicators of recycled water and tap water

表3 试验方案 Table 3 Test plan

1.3 试验实施

试验于2017 年5 月25 日—9 月25 日进行，各处理面积为5.5 m×1.4 m（其中垄宽为80 cm，垄间距为60 cm）。灌溉采用膜下滴灌的方式，每垄种植2行黄瓜，1 行黄瓜布置1 行滴灌带，滴头间距为30 cm，与株距相同，滴头流量为3 L/h。在黄瓜种植前，种植垄施复合肥750 kg/hm2（氮、磷、钾比例为15∶15∶15），有机肥1 500 kg/hm2（有机质≥45%，氮、磷、钾总量=5%）。施肥后，测试基础肥力。在试验实施期间，每个水平种植垄均施追肥水溶复合肥540 kg/hm2（氮、磷、钾比例为16∶5∶25），降雨时各处理均不灌水，幼苗期灌水6 次，其中1 次随水施肥；初花期灌水4 次，其中2 次随水施肥；结果期灌水11次，其中前9 次随水施肥，均采用滴灌水肥一体化技术随水施肥。

1.4 观测项目及方法

黄瓜光合指标的测定：使用LI-6400 便携式光合系统测定仪对叶片光合指标进行测定，使用便携式SPAD-520 型叶绿素仪对叶片叶绿素进行测定[8]。

黄瓜产量的测定：在每次结果后称量黄瓜产量，并计算黄瓜的总产量。

黄瓜品质的测定：从每个水平的3 个重复小区采取代表性样品，测定不同处理样品的品质指标。可溶性固形物用折射仪法测定；可溶性总糖用盐酸水解-铜还原直接滴定法测定；维生素C 用2，6-二氯靛酚滴定法测定；总酸用酸解滴定法测定。

1.5 数据处理和统计方法

数据采用Office 2016 和DPS 7.05 版本统计分析软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 再生水滴灌对黄瓜SPAD 值的影响

图1 为不同处理黄瓜叶绿素变化，由图1 可知，叶片SPAD 值在整个生育期内呈凸抛物线趋势，各处理在7 月25 日黄瓜叶片SPAD 值最大。表4 为再生水不同灌溉定额下SPAD 值影响的差异性分析结果，由表4 可知，再生水处理与自来水对照不同灌溉定额对黄瓜SPAD 值均有显著影响（p＜0.01），再生水处理与自来水对照的黄瓜SPAD 值均随着灌溉定额的增加而增大。结果后期9 月3 日观测值顺序为：Z3 处理＞Q3 处理＞Z2 处理＞Q2 处理＞Z1 处理＞Q1 处理。再生水灌溉处理中，Z3 处理SPAD 值分别比Z2 处理和Z1 处理高13.71%和38.83%；自来水灌溉对照中，Q3 处理SPAD 值分别比Q2 处理和Q1 处理高16.22%和40.46%；在灌溉定额相同条件下，Z1、Z2 和Z3处理SPAD 值分别比Q1、Q2 和Q3 处理SPAD 值高5.66%、6.73%和4.43%，SPAD 平均值高5.54%。由于再生水中总氮、总磷量分别比自来水增加7.7 倍与40 倍，在全生育期内，3 个处理总氮与总磷量分别高137.7 kg/hm2与3.49 kg/hm2，从而提高了植株对氮、磷的利用效率[5,9]，并且镁为影响叶绿素合成的关键元素，再生水中镁含量比自来水增加4.1 倍，在全生育期内，3 个处理镁量均高出413.34 kg/hm2，所以再生水灌溉比自来水黄瓜SPAD 值增加，并且随着灌溉定额的增大，水分促进了叶片新陈代谢能力，进而增加了SPAD 值[9-10]。Z3 处理再生水高水平黄瓜叶SPAD值最大为85.84。

图1 不同处理黄瓜叶绿素变化 Fig.1 Changes in chlorophyll of cucumber under different treatments

表4 再生水不同灌溉定额下SPAD 值 影响的差异性分析结果 Table 4 Analysis of differences in the effects of different irrigation quotas on chlorophyll content in recycled water

2.2 再生水滴灌对黄瓜光合指标的影响

选结果期的光合指标分析不同处理日变化光合作用。

2.2.1 再生水滴灌对黄瓜净光合速率的影响

图2 为不同处理黄瓜净光合速率变化，由图2 可知，黄瓜叶片净光合速率日变化曲线为双峰型，于10:00 与14:00 处达到峰值，于12:00 处达到峰谷。由表5 可知，再生水处理与自来水对照不同灌溉定额对黄瓜净光合速率均有极显著影响（p＜0.01），再生水处理与自来水对照的黄瓜净光合速率均随着灌溉定额的增加而增大，各水平10:00 峰值处均值顺序为：Z3 处理＞Z2 处理＞Q3 处理＞Q2 处理＞Z1 处理＞Q1 处理。再生水灌溉处理，Z3 处理净光合速率分别比Z2 处理和Z1 处理高5.65%与28.26%；自来水灌溉中，Q3 处理净光合速率分别比Q2 处理和Q1 处理高5.61%与16.49%；相同灌溉定额下，Z1、Z2 和Z3处理分别比Q1、Q2 和Q3 处理净光合速率高0.3%、10.4%和10.44%，平均净光合速率高7.32%。由于再生水灌溉、高灌溉定额均使黄瓜SPAD 值增大，从而促进光合作用，增加了黄瓜净光合速率。在10:00 时，Z3 黄瓜净光合速率量最大为33.86 μmol/（m2·s）。

2.2.2 再生水滴灌对黄瓜蒸腾速率的影响

图3 为不同处理黄瓜蒸腾速率变化，由图3 可知，黄瓜叶片蒸腾速率日变化曲线为双峰型，在10:00 与14:00 处达到峰值，于12:00 处达到峰谷。表5 为再生水不同灌溉定额对光合作用指标影响的差异性，由表5 可知，再生水与自来水不同灌溉定额对黄瓜蒸腾速率均有极显著影响（p＜0.01），再生水与自来水的黄瓜蒸腾速率均随着灌溉定额的增加而增大，各处理中，10:00 峰值处均值顺序为：Z3 处理＞Q3 处理＞Z2 处理＞Q2 处理＞Z1 处理＞Q1 处理。再生水灌溉下，Z3 处理蒸腾速率分别比Z2 和Z1 处理高6.78%与29.52%；自来水灌溉，Q3 处理蒸腾速率分别比Q2 和Q1 处理高6.28%与28.72%；相同灌溉定额下，Z1、Z2 和Z3 处理分别比Q1、Q2 和Q3 处理蒸腾速率高2.7%、2.86%和3.35%，平均蒸腾速率高2.99%。其机理与净光合速率一致。在10:00 时，Z3 处理黄瓜蒸腾速率最大为15.75 mmol/（m2·s）。

2.2.3 再生水滴灌对黄瓜气孔导度的影响

图4 为不同处理黄瓜气孔导度变化，由图4 可知，黄瓜叶片气孔导度日变化曲线为双峰型，于10:00 与14:00 达到峰值，于12:00 达到峰谷。表5 为再生水不同灌溉定额对光合作用指标影响的差异性，由表5可知，再生水处理与自来水对照不同灌溉定额对黄瓜气孔导度均有极显著影响（p＜0.01），再生水处理与自来水对照的黄瓜气孔导度均随着灌溉定额的增加而增大，10:00 峰值处均值顺序为：Z3 处理＞Q3 处理＞Z2 处理＞Q2 处理＞Z1 处理＞Q1 处理。再生水灌溉处理中，Z3 处理气孔导度分别比Z2 和Z1 处理高44.23%与59.57%；自来水灌溉，Q3 处理气孔导度分别比Q2 和Q1 处理高37.25%与52.17%；相同灌溉定额下，Z1、Z2 和Z3 处理分别比Q1、Q2 和Q3 处理气孔导度高2.17%、1.96%和7.14%，平均气孔导度高4.19%。其机理与净光合速率一致。在10:00 时，Z3 处理黄瓜气孔导度最大为0.75 mol/（m2·s）。

图3 不同处理黄瓜蒸腾速率变化 Fig. 3 Changes in transpiration rate of cucumber under different treatments

图4 不同处理黄瓜气孔导度变化 Fig. 4 Stomatal conductance of cucumber under different treatments

2.2.4 再生水滴灌对黄瓜胞间CO2摩尔分数（Ci）的影响

由图5 可知，黄瓜叶片Ci 日变化曲线为“W”型，与净光合速率变化曲线相反。

图5 不同处理黄瓜Ci 变化 Fig. 5 Changes in intercellular carbon dioxide concentration of cucumbers under different treatments

由表5 可知，再生水与自来水不同灌溉定额对黄瓜Ci 均有极显著影响（p＜0.01），再生水处理与自来水对照的黄瓜Ci 均随着灌溉定额的增加而增大，10:00 谷值处均值顺序为：Z3 处理＞Q3 处理＞Z2 处理＞Q2 处理＞Z1 处理＞Q1 处理。再生水灌溉，Z3处理 Ci 分别比 Z2 和 Z1 处理高 3.97%与 28.82%；自来水灌溉，Q3 处理 Ci 分别比 Q2 和 Q1 处理高 4.4%和 29.08%；相同灌溉定额下，Z1、Z2 和 Z3 处理分别比Q1、Q2 和 Q3 处理 Ci 高 3.08%、3.29%和 2.87%，平均 Ci 高 3.07%。由于再生水灌溉、高灌溉定额均使黄瓜 SPAD 值增大，从而增加气孔导度，使 Ci 增加。在 10:00 时，Z3 处理黄瓜 Ci 最大，为 222.75 μmol/mol。

2.3 再生水滴灌对黄瓜产量的影响

由表 6 可知，再生水与自来水不同灌溉定额对黄瓜产量均有极显著影响（p＜0.01），再生水与自来水不同灌溉定额的黄瓜产量均随着灌溉定额的增加而增大，其均值顺序为：Z3 处理＞Q3 处理＞Z2 处理＞Q2 处理＞Z1 处理＞Q1 处理。再生水灌溉处理中， Z3 处理产量分别比 Z2 和 Z1 处理高 12.12%和 26.2%；自来水灌溉对照中，Q3 处理产量分别比 Q2 和 Q1 处理高 14.9%和 32.29%；相同灌溉定额下，Z1、Z2 和Z3 处理分别比 Q1、Q2 和 Q3 处理产量高 11.68%、 9.18%和 6.54%，平均产量高 8.9%。由于再生水灌溉、高灌溉定额均促进黄瓜光合作用，并且再生水中总氮、总磷与钾元素量分别比自来水增加 7.7 倍、40 倍与1.3 倍，在全生育期内，3 个处理总氮、总磷与含钾量分别高 137.7、3.49 和 92.7 kg/hm2，从而提高了植株对氮、磷、钾的利用效率[5,9-15]，增加了黄瓜产量。所以Z3 处理黄瓜产量最大为71 799 kg/hm2。由表6可知，再生水灌溉，Z1 处理群体水分利用效率分别比Z2 和Z3 处理高20.19%和34.91%；自来水灌溉，Q1 处理群体水分利用效率分别比Q2 和Q3 处理高17.86%和28.97%，相同灌溉定额下，Z1、Z2 和Z3处理分别比Q1、Q2 和Q3 处理群体水分利用效率高11%、8.85%和6.12%，平均群体水分利用效率高8.86%。

表5 再生水不同灌溉定额对光合作用指标影响的差异性 Table 5 The effects of different irrigation quotas on the photosynthesis index of recycled water

表6 不同处理黄瓜产量、灌溉水分生产效率与水分利用效率 Table 6 Water production efficiency and water use efficiency of cucumber under different treatments

2.4 再生水滴灌对黄瓜品质的影响

表7 为再生水不同灌溉定额对黄瓜品质影响的差异性，由表7 可知，再生水与自来水的黄瓜可溶性固形物质量分数与可溶性糖质量分数随着灌溉定额的增加而减小，而维生素C 质量分数与总酸质量分数随着灌溉定额的增加而增加。

再生水与自来水不同灌溉定额对黄瓜维生素C质量分数均有显著性影响（p＜0.01）。其均值顺序为Z3 处理＞Q3 处理＞Z2 处理＞Q2 处理＞Z1 处理＞Q1 处理，再生水灌溉处理中，Z3 处理维生素C 质量分数分别比Z2 处理与Z1 处理高29.45%与35.29%；自来水灌溉，Q3 处理维生素C 质量分数分别比Q2处理与Q1 处理高29.18%与33.79%；相同灌溉定额下，Z1、Z2 和Z3 处理分别比Q1、Q2 和Q3 处理维生素C 质量分数高0.41%、1.33%和1.54%，平均维生素C 质量分数高1.14%。由于再生水中总氮、总磷与钾量分别比自来水增加7.7 倍、40 倍与1.3 倍，在全生育期内，3 个处理总氮、总磷与钾量分别提高137.7、3.49、92.7 kg/hm2，总氮、总磷与钾元素可以提高黄瓜维生素C 量[15-16]，从而再生水灌溉增加了维生素C 量。所以Z3 处理维生素C 质量分数最高，为9.89 mg/kg。

再生水比自来水不同灌溉定额水平对黄瓜可溶性糖质量分数均有极显著影响（p＜0.01）。其均值顺序为：Z1 处理＞Z2 处理＞Q1 处理＞Z3 处理＞Q2 处理＞Q3 处理。再生水灌溉处理中，Z1 处理可溶性糖质量分数分别比Z2处理与Z3处理高5.09%与14.4%；自来水灌溉对照中，Q1 处理可溶性糖质量分数分别比Q2 处理与Q3 处理高9.47%与12.8%；相同灌溉定额下，Z1、Z2 和Z3 处理分别比Q1、Q2 和Q3 处理高11.62%、16.27%和10.1%，平均可溶性糖质量分数高12.64%。由于再生水中总氮、总磷与钾量分别比自来水增加7.7 倍、40 倍与1.3 倍，在全生育期内，3 个处理总氮、总磷与钾量分别提高137.7、3.49、92.7 kg/hm2，总氮、总磷与钾元素可以提高黄瓜可溶性糖量[15-16]，因此再生水灌溉增加了可溶性糖量。所以Z1 处理可溶性糖质量分数最高为4.13%。

再生水比自来水不同灌溉定额对黄瓜可溶性固形物质量分数均有极显著影响（p＜0.01）。其均值顺序为：Z1 处理＞Z2 处理=Q1 处理＞Q2 处理＞Z3 处理＞Q3 处理，再生水灌溉，Z1 处理可溶性固形物质量分数分别比Z2 处理与Z3 处理高12.9%与18.8%；自来水灌溉中，Q1 处理可溶性固形物质量分数分别比Q2 处理与Q3 处理高1.77%与7.75%；在灌溉定额相同条件下，Z1、Z2 和Z3 处理分别比Q1、Q2 和Q3 处理高12.9%、1.77%和2.41%，平均可溶性固形物质量分数高5.8%。由于再生水中总氮、总磷与钾量分别比自来水增加7.7 倍、40 倍与1.3 倍，在全生育期内，3 个处理总氮、总磷与钾量分别高出137.7、3.49、92.7 kg/hm2，总氮、总磷与钾量可以提高黄瓜可溶性固形物量[15-16]，从而再生水灌溉增加了可溶性固形物量。所以Z1 处理可溶性固形物质量分数最高，为4.55%。

再生水比自来水不同灌溉定额对黄瓜总酸质量分数均有极显著性影响（p＜0.01），其均值顺序为：Q3 处理＞Z3 处理=Q2 处理＞Z2 处理＞Q1 处理＞Z1处理。再生水灌溉中，Z3 处理总酸质量分数分别比Z2 处理与Z1 处理高1.49%与13.33%；自来水灌溉，Q3 处理总酸质量分数分别比Q2 处理与Q1 处理高14.71%与18.18%；在灌溉定额相同条件下，Z1、Z2和Z3 处理分别比Q1、Q2 和Q3 处理低10%、1.49%和14.71%，平均总酸质量分数低8.72%。由于再生水pH 值高于自来水，在碱性条件下不利于总酸合成，使总酸量降低。所以Q3 处理总酸质量分数最高，为0.78 g/kg。

表7 再生水不同灌溉定额对黄瓜品质影响的差异性 Table 7 Differential analysis results of different irrigation quotas on cucumber quality

3 讨 论

黄瓜叶片SPAD 值在生育期内呈凸抛物线趋势，净光合速率、蒸腾速率与气孔导度日变化曲线为“M”型，与Ci 日变化曲线相反。2 种水质灌溉下，黄瓜的SPAD 值、光合指标与产量均随灌溉定额的增加而增大，这是因为基于本试验条件下，增大灌溉定额，促进作物新陈代谢，叶片光合系统发育较好，叶绿素量增加。同时，水与叶绿素增加可促使光合作用增强，利于黄瓜生长所需物质合成，产量增加[17-18]。而群体水分利用效率随灌溉定额水平的增加而降低，这是因为随着灌溉定额水平的增加，使生产黄瓜单位产量消耗的水分增加，从而降低群体水分利用效率。在灌溉定额相同条件下，再生水灌溉下黄瓜SPAD 值、光合作用指标、产量与群体水分利用效率平均值均比自来水灌溉的高。这可能是因为再生水中总氮、总磷量分别比自来水增加7.7 倍与40 倍有关。在全生育期内，再生水灌溉3 个处理总氮与总磷量分别比自来水灌溉高137.7 kg/hm2与3.49 kg/hm2，提高了植株对氮、磷的利用效率[5,9]，镁为影响叶绿素合成的关键元素，再生水中含镁量比自来水增加4.1 倍，在全生育期内，3 个处理含镁量均高出413.34 kg/hm2，所以相对于自来水灌溉，再生水灌溉黄瓜SPAD 值增加。进而光合作用增强，产量增加。这与吴文勇等[6]、裴亮等[7]研究结果一致。在实际需水量相同情况下，黄瓜产量增加，群体水分利用效率增大。

再生水与自来水的不同灌溉定额对黄瓜维生素C、可溶性糖、可溶性固形物与总酸质量分数均有极显著性影响（p＜0.01）。黄瓜可溶性糖与可溶性固形物质量分数随着灌溉定额的增加而减小，而维生素C与总酸质量分数随着灌溉定额的增加而增加。这是因为增加灌溉定额促进了黄瓜新陈代谢，从而有利于维生素C与总酸的积累，但不利于可溶性糖与可溶性固形物的合成。再生水灌溉的维生素C 量、可溶性糖与可溶性固形物量平均值比自来水高，这可能是因为再生水中总氮、总磷与钾量分别比自来水增加7.7 倍、40 倍与1.3 倍，在全生育期内，3 个处理总氮、总磷与钾量分别高出137.7、3.49、92.7 kg/hm2，总氮、总磷与钾元素可以提高黄瓜维生素C 量[15-16]，而再生水pH 值高于自来水，在碱性条件下不利于总酸合成，使总酸量降低。

4 结 论

1）在晴天10:00 时，黄瓜净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2摩尔分数最大值分别为33.86 μmol/（m2·s）、15.75 mmol/（m2·s）、0.75 mol/（m2·s）、222.75 μmol/mol，黄瓜最大SPAD 值与最高产量指标分别为85.84 与71 799 kg/hm2。以上指标均随着灌溉定额的增加而增大，再生水灌溉黄瓜光合作用与产量指标均大于自来水灌溉，Z3 处理黄瓜的光合作用与产量指标均最高。

2）灌溉水分利用效率、群体水分利用效率与叶片水分利用效率均随着灌溉定额的增加而降低。Z1处理黄瓜的灌溉水分利用效率与群体水分利用效率均最高，分别为30.1 kg/m3与16.85 kg/m3，Z1 处理与Q1 处理叶片水分利用效率值接近。

3）黄瓜可溶性糖与可溶性固形物质量分数随着灌溉定额的增加而减小，而维生素C 与总酸质量分数随着灌溉定额的增加而增加。Z3 处理维生素C 质量分数最大为9.89 mg/100 g，Z1 处理可溶性糖与可溶性固形物质量分数最大分别为4.13%与4.55%，Q3处理总酸质量分数最大为0.78 g/kg。

Z3 处理再生水高水平为当地较适宜的黄瓜滴灌灌溉制度。

致谢：对本文研究中做出贡献的欧阳赞与赵策表示感谢！