滴灌频率对日光温室土壤水热分布及黄瓜生长的影响

马小连，摆虹霞，张亚红，2

（1.宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021；2.宁夏大学 食品与葡萄酒学院，宁夏 银川 750021）

黄瓜是我国北方冬春季温室栽培的主要蔬菜，也是耗水量最大的蔬菜之一[1-2]。水分亏缺已成为限制黄瓜产量提高的重要因素，也是影响干旱、半干旱地区农业生产和生态环境改善的重要因素[2]。灌水量和灌水频率是作物灌溉制度的核心内涵，已有研究表明，灌溉频率可以改变土壤水分空间分布和土壤蓄水量[3]，影响土壤温度[4]和土壤养分分布[5-6]。刘淑艳等[7]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；郭文忠等[8]研究发现，间隔6 d灌水对于增加干物质积累效果最好，间隔3 d灌水产量最高。孙丽萍等[9]发现，在日光温室黄瓜生产中，灌溉频率对植株蒸腾、产量和水分利用效率的影响不同；张西平等[10]研究发现，黄瓜结果期灌水周期为3 d，灌水定额为15 mm时，黄瓜叶面积大，叶绿素含量高，叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度较大；每隔4~5 d灌1次水，灌水定额为15 mm，对黄瓜株高、茎粗、叶面积指数等形态指标产生了较好的效果。何华等[11]的研究表明，在西北地区日光温室中，膜下滴灌条件下于黄瓜开花期每隔7 d灌水1次，结果期每隔3~5 d灌水1次，每次灌水10 m3/667 m2时，既有利于黄瓜商品率的提高，又有利于产量水平的提高。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，国内外学者对农作物的灌溉规律及其对产量的影响进行了大量研究，为提高水分利用效率、优化灌溉措施提供了理论依据，但已有研究大多以盆栽的形式进行。本试验以黄瓜为研究对象，采用滴灌灌溉方式，研究不同灌水频率对黄瓜生长发育的影响，旨在为西北地区黄瓜栽培种植提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年3—7月在宁夏园艺产业园进行。该试验站地理坐标为东经105°53′~106°36′，北纬38°26′~38°48′，属于中温带干旱气候区。热量资源较丰富，大于或等于0℃积温为3 753.2℃，大于或等于15℃积温为2 629.9℃，年平均气温8.5℃左右，年平均日照时数2 800~3 000 h，年平均降水量200 mm左右，主要作物生长期所需热量均能满足。

1.2 试验材料

供试品种为黄乳4号，为宁夏天源种业有限公司选育的黄瓜新品种。定植日期为2020年3月31日，拉秧日期为7月10日。黄瓜各生育期时间：幼苗期（4月1日—4月28日）、初瓜期（4月28日—5月10日）、盛瓜期（5月10日—6月25日）、末瓜期（6月25日—7月10日）。试验小区面积为1.2 m×8.5 m，采用膜下滴灌带灌水，滴灌带平行于黄瓜种植方向布置，黄瓜行间距为40 cm×27 cm。按照试验设计方案进行滴灌。前茬种植蔬菜为番茄，黄瓜生育期内的施肥通过定植期施底肥和苗期、瓜期施追肥实现。种植前将各处理肥料用量的35%以底肥方式施入，追肥按照花期追肥1次、初果期追肥2次和盛果期追肥5次，全生育期共追肥8次施入。肥料选用磷酸二氢钾、尿素和硝酸钾。在整个生育期各处理的施肥量和管理措施保持一致。

1.3 试验方法

试验采用单因素随机区组设计，设3个灌水频率：1 d灌水1次（T1）、3 d灌水1次（T2）、5 d灌水1次（T3），每个处理3次重复，共9个试验小区。每个试验小区面积为10.2 m2，定植黄瓜44株。按照试验方案进行滴灌，灌水量一定且通过水表（精度0.0001）控制。黄瓜在各个生育期的需水量不一致，灌水频率和各个时期灌水量如表1所示。

表1 不同生育期黄瓜灌水频率及定额

1.4 指标测定

1.4.1土壤体积含水量及土壤温度的测定 采用TDR-3型土壤水分传感器实时连续监测土壤体积含水量和土壤温度。采用土壤温度测试仪测定0~30 cm土层的土壤温度。

1.4.2株高、茎粗、叶绿素的测定 在黄瓜的各个生育期，于每个小区内选取具有代表性的3株植株，用卷尺测定其株高；茎粗采用游标卡尺测定地上部第3节间的直径；采用叶绿素仪测定有特定标记叶片的叶绿素。

1.4.3产量的测定 在黄瓜的各个生育期，于每个小区内随机选取具有代表性的3株植株，自果实成熟时开始采摘，并用万分之一型电子天平称其单果质量及总质量，连续采摘全生育期果实，累计计算黄瓜产量，根据单株产量核算单位面积产量。

1.4.4黄瓜品质的测定 Vc含量采用钼蓝比色法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；有机酸通过酸碱中和滴定测定；可溶性固形物通过ATAGOP32（Japan）手持折射仪测定。

1.4.5黄瓜生育期内空气温度的测定 通过各种传

感器采集黄瓜生育期内的空气温度并记录。

1.5 数据分析

利用excel 2010进行数据处理并绘图；采用SPSS进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 黄瓜生育期内空气温度的变化

试验温室为土墙结构，图1为在黄瓜整个生育期内日光温室中的最高温、最低温和日均温。2020年3—7月期间，试验温室最高温度为22.6~43.9℃，平均35.4℃，最低温度为11.3~20.1℃，平均16.6℃，日平均温度为19.7~30.0℃，平均日均温为24.4℃，活动积温为2 192.6℃。

图1 黄瓜生育期内温室空气温度的变化情况

2.2 滴灌频率对温室土壤水热分布的影响

2.2.1滴灌频率对土壤含水量的影响 黄瓜根系分布区域为土层0~30 cm，滴灌频率对0~30 cm不同深度土层土壤水分含量的影响及其在黄瓜生长期的变化过程如图2所示。黄瓜生育期内，各处理的土壤体积含水量变化趋势基本一致，最大耗水量均出现在5月中下旬及6月上旬，主要是因为在此时段黄瓜进入盛果期，而且气候同步进入高温时期，黄瓜蒸腾强烈，从而导致黄瓜需水量较大，说明植物对水分的需求随着不同发育阶段和环境因子的变化而变化[12]。这与孔德杰等[13]报道的黄瓜需水量基本上呈现为开花期和初瓜期小、盛瓜期大、后期小,需水高峰出现在结瓜盛期的结论一致。T1处理具有“少灌多次”的特点，其湿润层含水量基本高于其他处理，波动幅度也小于其他2个处理。而T3处理的灌溉频率低、次数少，在3个处理中为相对缺水状态。T3处理的土壤体积含水量波动大，含水率低。

注：A为0~15 c m土层；B为15~30 c m土层。

2.2.2滴灌频率对土壤温度的影响 不同滴灌频率对0~30 cm土层土壤温度的影响如图3所示。土壤温度随气温的变化而变化，由于试验在日光温室中进行，各小区均覆膜以保温保水，因此全生育期平均土壤温度接近或高于空气温度。在3个处理中，上层土壤温度（主要是15 cm土层）受空气温度的影响较为明显。另外，比较5月中旬前后土壤温度的变化可以发现，5月之前土壤温度随空气温度的变化而波动的幅度明显大于5月后。可能原因是5月中旬之前黄瓜处于幼苗期，叶片小、叶片数相对较少，太阳辐射可直接到达地表，对土壤温度变化的影响显著。5月中旬后，植株叶片数增多且叶片变大，因此上层土壤温度受气温影响的变化幅度较小。

土壤温度与灌水也有较大关系，采用“少灌多次”的灌水方法，始终使土壤保持湿润，增大了土壤比热容，可延迟气温对土壤温度的影响。但随着灌溉水在土壤中的再分布和不断被消耗，表层土壤温度受气温的影响逐渐增强。由图3可知，高频灌水T1处理较T2、T3的土壤温度始终保持在较低水平，灌水对抑制地温效果明显。

注：A为0~15 c m土层；B为15~30 c m土层。

2.3 滴灌频率对黄瓜生长的影响

2.3.1滴灌频率对黄瓜株高和茎粗的影响 由图4可知，随着黄瓜生育期的增长，各处理的株高逐渐增加。各处理在苗期、初瓜期、盛瓜期和末瓜期的差异均不显著，3个处理的株高增长量基本相同。结果表明，在相同灌水量条件下，不同灌溉频率对黄瓜株高的影响差异不显著。

图4 滴灌频率对黄瓜株高的影响

由图5可知，黄瓜茎粗随着生育期的增长而逐渐增加。各处理的茎粗在苗期差异不显著。在初瓜期，T2与T3差异不显著，但二者均与T1差异显著，较T1高14.6%。在盛瓜期，T2与T3差异不显著，但二者与T1差异显著，较T1分别高2.4%、7.2%。在末瓜期，各处理的茎粗差异不显著。这说明在灌水总量相同的前提下，前期灌水次数少有利于黄瓜茎粗的增长，而到了后期对茎粗的效果不明显。原因可能是黄瓜在生长发育过程中通过茎粗的变化适应不同的水分需求。

图5 滴灌频率对黄瓜茎粗的影响

2.3.2滴灌频率对黄瓜叶片数和叶绿素的影响 由图6可知，黄瓜叶片数随着生育期的延长而逐渐增加，总体呈上升趋势。虽然各处理起始时的叶片数不同，但增长量基本相同。因此，在相同灌水量的条件下，不同的灌溉频率对黄瓜叶片数的影响差异不显著。由图7可知，叶绿素随着生育期的增长而逐渐增长。各处理的叶绿素在苗期和末瓜期差异不显著。在初瓜期，T1与T2差异不显著，但二者与T3差异显著，T2、T3较T1分别增长了20.2%、21.0%。在盛瓜期，T2与T3差异不显著，但二者与T1的差异显著，T2和T3较T1分别增长了8.2%、9.2%。这说明灌水量相同的条件下，T2和T3的灌水方式能显著提高黄瓜叶片的叶绿素含量，有利于提高植物的光合作用。

图6 滴灌频率对黄瓜叶片数的影响

图7 滴灌频率对黄瓜叶绿素的影响

2.4 滴灌频率对黄瓜果实性状、品质及其产量的影响

2.4.1滴灌频率对黄瓜果实性状及产量的影响 由表2可知，随着滴灌频率的增加，黄瓜果实的结果数、横纵径及产量均呈增长趋势，而果形指数差异不显著。T3的各项指标显著高于T1、T2。T3的黄瓜单果质量、小区产量和总产量分别比T1高3.6%、34.0%和31.9%，比T2高2.9%、25.0%和25.8%，差异均达显著水平。这表明在灌水总量相同的条件下，T3的果实性状最优、产量最高。

表2 滴灌频率对黄瓜果实性状及产量的影响

2.4.2滴灌频率对果实品质的影响 由表3可知，黄瓜果实的Vc质量比、可溶性糖质量分数、可溶性固形物质量分数均随着滴灌频率的增加呈现升高的趋势；而有机酸质量分数不受滴灌频率变化的影响。在盛瓜期，T3的Vc质量比、可溶性糖质量分数、可溶性固形物较T1分别高25.0%、27.0%和2.0%，较T2分别高20.8%、21.0%和0.5%。在末瓜期，T3的Vc、可溶性糖和可溶性固形物较T1分别高71.0%、37.0%和15.7%，较T2分别高12.7%、12.9%和11.6%，差异均达显著水平。可见，T3的黄瓜品质最好。

表3 滴灌频率对果实品质的影响

3 结论与讨论

日光温室的土壤体积含水量在不同灌水频率下的变化情况不一致。黄瓜最大需水量出现在5月下旬至6月上中旬，在此时段黄瓜由初瓜期进入盛瓜期，2~5穗果进入膨大及成熟阶段，而且气候逐渐步入高温时期，黄瓜蒸腾强烈，从而导致黄瓜需水量较大。这与孔德杰等[13]、杜社妮等[15]报道的黄瓜需水量呈现初瓜期少、盛瓜期大、末瓜期少的结果一致。当灌水频率高时，土壤湿润层含水量基本高于“水量小、频率低”的处理，其波动幅度也小于其他处理。这与侯建安等[14]、李道西等[15]的研究结果一致。在黄瓜苗期和初瓜期，上层土壤温度随空气温度变化而波动的幅度明显大于黄瓜盛瓜期。在不同的灌水频率下，高频灌水较中频、低频灌水的土壤温度始终较低，原因是灌水对抑制地温效果明显。这与侯建安等[14]的研究结果一致。

试验结果表明，在灌水量一定时，随着灌水频率的降低，黄瓜株高、茎粗、叶片数、产量等随之增长，这与韦泽秀等[16]、吴立飞等[17]、王新元等[18]的研究结果一致。除有机酸外，Vc质量比、可溶性糖质量分数、可溶性固形物质量分数均随灌水频率的增加而逐渐降低，这与吴立飞[17]的研究结果一致。

综合考虑本试验中黄瓜生长、产量、品质等因素，在总灌水量一定的条件下，低频灌水（5 d）可保证黄瓜高产优质，实现黄瓜灌水高效管理。