土壤含水量对温室甜瓜生长、产量及品质的影响

郜 森，王恩煜，朱昌伟，杨小振，房爱民，赵晓彤，马含月，张 显

(1 西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌 712100；2 西安市农业技术推广中心，陕西 西安 710000； 3 西安知行云创信息技术有限公司，陕西 西安 710000；4 东台国家现代农业产业园，江苏 东台 224200)

甜瓜(CucumismeloL.)为葫芦科甜瓜属1年生蔓性草本植物，是世界上最重要的经济作物之一。我国是栽培甜瓜最早的国家之一，也是世界上甜瓜栽培面积最大和产量最多的国家，据联合国粮食与农业组织(FAO)数据库显示，2018年我国甜瓜的收获面积为35.45万hm2，总产量高达1 272.73万t[1-2]。目前，甜瓜生产中水分管理粗放，大水漫灌现象十分严重，不仅对水资源造成极大浪费，也不利于甜瓜产量和品质的形成与提高[3]。因此，探究甜瓜高效节水的新型灌溉策略，可为甜瓜高效生产提供技术支撑。

确定适宜的灌水下限及上限指标，是节水灌溉研究的重要内容[4]。土壤水分适宜下限值，亦称灌水始点，是指适宜作物生育的最低土壤水分限量，而土壤水分上限值可称为灌水终点[5]，二者共同决定了土壤含水量的范围，也影响单次灌水量的确定。依据这一理论，结合不同的农业管理措施与栽培技术，通过减少灌溉次数与灌溉量来调控土壤水分，从而降低作物过度蒸腾，提高水分利用效率，对作物高效节水模式的研究有着至关重要的指导意义[6-7]。

大量研究表明，干旱缺水不会必然导致作物产量降低[8-9]，相反适度的水分亏缺不仅能够节约灌水，还可以提高产量[10-11]。原因在于作物经受适度干旱胁迫锻炼后，通过复水不仅可以消除干旱胁迫带来的某些伤害，而且会产生生理上、水分利用和生长上的补偿效应，对作物增产更为有利。因此，适宜的土壤含水量不仅可以促进作物生长发育，也可以提高作物的产量、品质与水分利用效率[12-13]。近年来，关于甜瓜水分的研究主要集中在灌水量[14-16]、生育期需水规律[17]、灌溉频率[18]或单一的土壤水分下限或上限等方面，而关于不同土壤含水量对甜瓜产量、品质影响的研究较少，且多采取称重法或TDR法来控制土壤含水量，无法做到对土壤水分的实时监测。

为此，本试验以厚皮甜瓜品种“农大甜6号”为材料，在日光温室秋季滴灌栽培条件下，利用土壤湿度传感器对土壤水分进行实时监测，探究土壤不同含水量对甜瓜生长发育及产量、品质的影响，旨在为制定日光温室甜瓜高效节水灌溉策略和智能管控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年8-11月在西北农林科技大学杨凌综合试验示范站日光温室内进行，该地地处关中平原，东经108°20′，北纬34°25′，属暖温带半湿润气候带，年均气温12～14 ℃，降雨主要集中于7-9月，年均降雨量625 mm，蒸发量1 400 mm，无霜期230 d左右。

供试日光温室呈东西走向，长度、跨度、高度分别为140，9和2.8 m。供试土壤为关中塿土，试验前0～20 cm的土壤理化性状为：pH值7.85，有机质含量17.66 g/kg，全氮含量1.20 g/kg，速效磷含量46.68 mg/kg，速效钾含量195 mg/kg，体积质量1.51 g/cm3，田间持水量32.28%。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计 以田间持水量为基准，在甜瓜全生育期设定2个灌水下限(土壤含水量为田间持水量的65%和75%)及3个灌水上限(土壤含水量为田间持水量的80%，90%和100%)，共组成6个处理：T1.65%～80%，T2.65%～90%，T3.65%～100%，T4.75%～80%，T5.75%～90%，T6.75%～100%。依据灌水定额控制整个生育期各处理的土壤水分含量。当各处理的土壤含水量下降至设定的灌水下限时，补充水分至相应灌水上限。灌水定额的计算公式为：

M=s×h×r×ρ×FC×(q1-q2)/η。

式中：M为灌水定额，单位为m3；s为灌溉面积，10.5 m2；h为计划湿润深度，全生育期均为0.3 m；r为土壤体积质量，1.51 g/cm3；ρ为土壤湿润比，本试验中取1；FC为田间持水量，32.28%；q1为土壤水分上限；q2为土壤水分下限；η为水分利用系数，滴灌取1[5]。

供试甜瓜品种为“农大甜6号”，由西北农林科技大学园艺学院西甜瓜课题组提供[19]。试验采用随机区组排列设计，6个处理均重复3次，共18个小区，各小区排列方式见图1。每个小区定植32株甜瓜，共576株。甜瓜具体生育期划分见表1。

生育期Reproductive stage形态指标Morphological indicator of development日期(月-日)Date持续时间/dDuration苗期Seeding stage播种后至五叶一心From sowing to five-leaf stage08-13-09-1029伸蔓期Sprout stage五叶一心至留瓜节位雌花开放From five-leaf stage to female flowers open at the node position of melon09-11-09-2919开花坐果期Flowering stage从雌花开放至子房开始膨大褪毛From opening of female flowers until ovary begins to expand and fade09-30-10-1415果实膨大期Expanding stage从果实开始膨大至果实定型From beginning of fruit expansion to final fruit shape10-15-11-0421成熟期Mature period从果实膨大定型至果实成熟From fruit expansion to fruit maturity11-05-11-2218

注：各个时期界限以70%植株达到该形态的日期为准。

Note:Boundary of each stage was determined on the date when 70% plants reached indicators.

1.2.2 试验方法 试验于2019年8月29日定植开始，至11月22日采收结束。采用宽垄种植，膜下滴灌及吊蔓栽培形式，种植垄宽70 cm。上铺设2条贴片式滴灌管(购自陕西华维农业科技发展有限公司)，其滴头间距40 cm，在额定工作压力100 kPa下的额定流量为3 L/h。甜瓜双行种植于垄上，垄沟宽50 cm，沟深15 cm，行株距均为40 cm，植株距离边坡的距离为15 cm(图2)。每个小区前安装精度为0.001 m3的水表来控制灌水量，相邻小区间用埋深100 cm的塑料薄膜隔开，防止处理间水分侧渗相互影响，试验地两端均设保护行。各处理耕作、施肥、病虫害防治等措施均相同。

图2 甜瓜栽培示意图Fig.2 Schematic diagram of melon cultivation

1.3 测定项目与方法

1.3.1 环境因子 (1)气象资料。温室内安装小型自动气象站，每30 min自动采集1组空气温度与空气湿度数据。

(2)土壤含水量。试验期间每处理用3个土壤湿度传感器(购自西安知行云创信息技术有限公司，型号为ESM101-01T)，埋于水平方向距根系20 cm、深15 cm位置，每10 min自动采集1组土壤湿度数据。同时每隔7～10 d使用TDR 300(北京易科泰生态技术有限公司)测定土壤体积含水率(探针长度12 cm)作为校正，每处理每次随机测36个点，每个点测3次，取平均值作为该处理的土壤体积含水率[20]。

1.3.2 生长指标 2019年9月25日开始，采用定株观察法，每个处理选取9株代表性植株进行测量并挂牌标记，每个生育期内测定1次株高、茎粗。其中，株高使用卷尺测量，测量部位为主茎基部至顶端生长点；茎粗使用数显游标卡尺测定，测定部位始终为子叶上方2 cm处，选取相互垂直的两个方向分别测量后取均值[21]。

1.3.3 果实产量及品质指标 (1)果形指数。使用直尺测量甜瓜纵、横径，其比值即为果形指数。

(2)产量。同一授粉日期的甜瓜成熟后按各处理采摘，每处理挑选9个节位相同、长势一致且有代表性的甜瓜，分别计算单株产量和平均单瓜质量，并按种植密度折算每公顷产量(t/hm2)。

(3)品质指标[22]。可溶性总糖含量使用蒽酮比色法、维生素C含量使用钼蓝比色法、还原糖含量使用3，5-二硝基水杨酸法、可溶性蛋白含量使用考马斯亮蓝法、可溶性固形物含量使用阿贝折光仪测定。

1.3.4 灌溉水分利用效率 灌溉水分利用效率(WUE)=总产量/总灌水量[23-24]。

1.3.5 数据分析 甜瓜果实品质评价应用模糊数学中的隶属函数值法，计算公式为：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。

式中：Xi为指标测定值，Xmax、Xmin为所测指标的最大与最小值。

以甜瓜可溶性总糖、维生素C、还原糖、可溶性蛋白、可溶性固形物含量5个品质指标为依据，计算各个指标的隶属函数值，并进行综合评价，各处理的综合得分为所有指标隶属函数值之和[25]。采用SPSS 22.0和Excel 2016软件对数据进行统计分析或制图。

2 结果与分析

2.1 甜瓜生育期温室内气温和空气湿度的变化

图3显示了从2019-09-17-2019-11-21温室内日平均气温与空气湿度的动态变化。

图3 甜瓜全生育期日光温室内气温和空气湿度的变化Fig.3 Changes of temperature and air humidity in solar greenhouse during the whole growth period of melon

由图3可知，甜瓜全生育期温室内日均气温变化于11～26 ℃，波动范围较大，而空气湿度随着空气温度的增高而降低，二者变化规律相反。自10月17日(果实膨大期)后，温室内日均气温降至20 ℃以下，对果实产量与品质造成较大影响，这也是秋季甜瓜果实产量与品质低下的主要原因之一。

2.2 不同水分处理对甜瓜植株生长的影响

株高、茎粗是衡量植株生长的重要生长指标，可一定程度反映植株的生长状况。如表2和表3所示，随着生育期的推进，各处理株高、茎粗均呈现先升高后逐渐稳定的趋势，变化规律相对一致。伸蔓期时，不同水分处理对甜瓜株高与茎粗无显著影响；开花坐果期时，T3处理的株高与茎粗均最大；果实膨大期与成熟期时，T3处理株高与茎粗显著高于其他处理(T6处理茎粗除外)。综上，土壤水分下限为田间持水量的65%、土壤水分上限为田间持水量的100%时，甜瓜株高与茎粗最大，灌溉效果最佳。

表2 不同水分处理对甜瓜株高的影响Table 2 Effects of different water treatments on plant height of melon cm

表3 不同水分处理对甜瓜茎粗的影响Table 3 Effects of different water treatments on stem thickness of melon mm

2.3 不同水分处理对甜瓜果实形态和品质的影响

2.3.1 对果实形态的影响 如表4所示，不同水分处理对甜瓜果实纵径及果形指数无显著影响；灌水下限相同时，随着灌水上限的提高，甜瓜果实的横径及果肉厚度也随之增大；灌水上限相同时，灌水下限为田间持水量65%处理果实的横径及果肉厚度大于灌水下限为田间持水量75%处理。其中，T3处理果实纵、横径及果肉厚度最大，优于其他处理。

表4 不同水分处理对甜瓜果实形态的影响Table 4 Effects of different water treatments on the morphology of melon fruit

2.3.2 对果实品质的影响 优质是甜瓜生产所追求的主要目标之一，直接影响甜瓜的商品性。如表5所示，不同水分处理对甜瓜果实品质指标的影响较大。除维生素C含量外，6个处理的果实品质指标大体呈现出与生长指标相似的规律，即灌水下限相同时，随着灌水上限的提高，甜瓜果实中的可溶性总糖、还原糖、可溶性蛋白、可溶性固形物含量也随之提高；灌水上限相同时，灌水下限为田间持水量65%的处理上述品质指标整体优于灌水下限为田间持水量75%处理。

表5 不同水分处理对甜瓜果实品质的影响Table 5 Effects of different water treatments on fruit quality of melon

通过对甜瓜各品质指标的分析可以得出，不同水分处理对甜瓜各品质指标的影响表现不一，因此利用隶属函数法对果实品质进行综合评价，结果(表6)表明，各处理综合品质得分依次为：T3(4.85)>T6(3.00)>T2(1.95)>T5(1.82)>T4(1.26)>T1(1.20)。其中，以T3处理果实综合品质最佳，优于其他处理，与前述结果一致。

表6 不同水分处理甜瓜果实各品质指标隶属函数值及综合得分Table 6 Membership function values and comprehensive scores of melon fruits under different water treatments

2.4 不同水分处理对甜瓜产量和灌溉水分利用效率的影响

由表7可见，不同水分处理对甜瓜平均单瓜质量影响显著，灌水下限相同时，随着灌水上限的提高，甜瓜单瓜质量也随之增加，以灌水上限为100%田间持水量处理最大；灌水上限相同时，灌水下限为65%田间持水量处理的单瓜质量整体高于灌水下限为75%田间持水量处理，但处理间差异不显著。果实单瓜质量具体表现为T3>T6>T5>T2>T1>T4，其中T3处理单瓜质量最大，显著高于其他处理(T6处理除外)。不同水分处理的产量变化规律与单瓜质量变化规律相同。T1、T2、T3、T4、T5、T6处理灌水量分别为888.3，965.1，1 044.7，857.8，942.3和1 018.8 m3/hm2。不同处理间的灌溉水分利用效率无显著差异。

表7 不同水分处理对甜瓜产量和灌溉水分利用效率的影响Table 7 Effects of different water treatments on melon yield and irrigation water use efficiency

3 讨 论

本试验以厚皮甜瓜品种“农大甜6号”为材料，在甜瓜全生育期探究土壤不同含水量对温室厚皮甜瓜生长发育、产量、品质及水分利用效率的影响，结果发现，除伸蔓期外，不同水分处理对开花坐果期、果实膨大期和成熟期温室甜瓜株高与茎粗均有显著影响，并且对甜瓜果肉厚度、产量、品质也有较大影响。灌水下限相同时，随着灌水上限的提高，甜瓜的果肉厚度、果实横径及单瓜质量随之增大，这与前人在日光温室黄瓜[26]与番茄[27]上的研究结果相似。同时本研究发现，灌水上限相同时，灌水下限为田间持水量65%的处理在果肉厚度、果实横径及单瓜质量等方面表现整体优于灌水下限为田间持水量75%的处理。

关于水分对甜瓜果实品质影响的既有研究结果并不一致[28-30]，为果实品质的综合评价带来了困难。本试验采用隶属函数法对甜瓜果实品质进行综合评价得出，各处理甜瓜果实品质指标的隶属函数值排序为T3(4.85)>T6(3.00)>T2(1.95)>T5(1.82)>T4(1.26)>T1(1.20)。本试验中不同土壤含水量对甜瓜果实品质形成的影响具体表现为:灌水下限相同时，随着灌水上限的增大，果实品质指标表现趋优；灌水上限相同时，灌水下限为田间持水量65%的处理整体略优于田间持水量75%的处理。T3处理(65%～100%)果实各项形态和品质指标表现较佳，产量及灌溉水分利用效率均最高。

前人研究发现，在作物生产中灌溉量存在一定的阈值，在阈值以下增加灌水量的增产效果显著，但超过阈值时再增加灌水的增产作用不大，甚至略有降低，呈现“报酬递减”现象，造成灌溉水分利用效率显著下降[31-32]。但本试验中各处理灌溉水分利用效率差异不显著，并未出现灌水量提高后水分利用效率整体下降的趋势，这可能有以下两方面原因：一是本试验所有处理均为亏缺灌溉，并未超过灌溉阈值；二是灌溉水分利用效率为总产量与总灌水量的比值，试验中后期阴雨天气较多，棚室内温度较低，甜瓜需水量与果实产量均下降。

综合考虑产量、品质及水分利用效率认为，在温室滴灌栽培条件下，土壤含水量以田间持水量的65%为土壤水分下限、100%为土壤水分上限最佳，该条件下甜瓜可实现优质高产。