西瓜基质栽培研究进展

席凯鹏 席吉龙 张建诚

（山西农业大学棉花研究所 山西运城 044000)

西瓜是我国重要的经济作物， 其种植面积和产量均居国际首位[1]。 随着西瓜种植技术水平的提高，专业化、产业化发展速度加快，西瓜生产逐步走向规模化、区域化的格局，形成了众多的地理标志品牌，建立了质量控制技术规范， 提升了西瓜产业经济效益，推动了西瓜种植面积再增加。 但由于西瓜栽培中存在连作障碍，持续连年种植面积的扩大，导致植瓜土地资源更加紧缺， 连作问题也越来越突出， 枯萎病、土传病害等发生严重，产量和品质明显下降。 西瓜基质栽培是解决植瓜用地矛盾、缓解连作障碍、资源高效利用和可持续发展的重要途径[2-3]。 目前，已有100 多个国家在广泛应用基质栽培，发达国家和地区采用计算机自动控制，为植物提供最佳的生长条件，实现了高产与周年生产供应产品，经济效益显著[4-5]。近年来， 我国基质栽培在小规模试验研究的基础上发展迅速，形成了许多符合国情的基质栽培技术[6-7]，其中西瓜基质栽培呈现技术不断提升、 规模逐渐扩大、生产逐步标准化、产品质量不断提高的特征[2，8-9]。本文作者总结了近年来西瓜基质栽培中基质配比、栽培模式、水肥新技术、基质重复利用及国内基质栽培中存在的问题， 旨在为西瓜基质栽培的研究及产业升级提供参考。

1 基质种类和配比对西瓜生长和产量的影响

在西瓜基质栽培生产实际中，由于受基质资源、栽培条件及经济效益的影响，常采用混合基质，混合基质可弥补单一基质的不足， 有效调节基质的理化性状，增加营养物质含量，调节基质C、N 比，改善保水性和通气性，降低成本，提高效益。 用于西瓜生产的基质主要有珍珠岩、蛭石、草炭、椰糠、蘑菇渣、牛粪、羊粪、蚯蚓粪、灰渣、碎木屑、松针粉、秸秆粉及稻壳等。 西瓜栽培基质可选择的原料种类较多，因此混配原料组分和配比是制作优良混合基质的核心技术[10]。

1.1 以草炭为主要成分的基质配比

草炭又称泥碳，含有大量水分、植物残体、腐植质及部分矿物质， 是重要的有机基质材料和绿色肥料。 用草炭和珍珠岩以体积7∶3 混配栽培西瓜，其长势、产量、品质均好于纯椰糠基质栽培，其中产量显著提高18.2%[11]。 以草炭∶珍珠岩∶蛭石为7∶3∶4 复配，并加入发酵鸡粪30 m3/hm2， 在日光温室栽培早熟小型西瓜， 产量达到62 689.5 kg/hm2， 较常规生产增加29.7%[12]。

1.2 以椰糠为主要成分的基质配比

椰糠是椰子外壳纤维粉末， 在海南有独特的资源优势，经加工处理后非常适合用作栽培基质。 以椰糠作为基础材料添加微生物有机肥进行配方筛选，筛选出椰糠:微生物有机肥为7∶1 的效果最佳，添加微生物有机肥强增了西瓜长势， 增加了西瓜可溶性固形物含量，提高了产量，为海南椰糠基质栽培西瓜周年生产提供了技术支撑[13-14]。

1.3 以菇渣、发酵粪肥等为主要成分的基质配比

采用香菇渣∶猪粪∶珍珠岩为6∶2∶2 的混合基质，布槽式基质栽培黄金三号西瓜， 单果质量在2 kg 左右，产量60 000 kg/hm[15]。 陈亮[10]以发酵腐熟的中药渣、牛粪、菇渣为组分筛选基质配方,筛选的最佳基质配方中药渣∶牛粪∶菇渣为3∶4∶3，促进了西瓜生长和干物质积累,产量达62 253.3 kg/hm2，果实可溶形固性物含量显著提高了12.08%。 基质中加入蚯蚓粪能够改善基质的物理结构，增加养分含量，提高微生物数量、生物多样性及活性，用蚯蚓粪替代基质中草炭的25%～50%，更有利于植物的生长[16]。 施用蚯蚓粪能提高蔬菜中的还原糖和维生素C 含量[17]。

1.4 基质组配工作中的注意事项

有关专家对西瓜基质配方的研究做了大量工作，基质的配比必须要有科学性，依据西瓜的生长发育特性和基质材料的理化性质进行配比， 在满足西瓜栽培需求的基质环境基础上， 充分利用当地的可用资源、降低基质成本是关键，促进西瓜基质栽培技术的推广，实现农业的绿色可持续发展。

2 西瓜基质栽培模式

种植模式是西瓜充分利用光热资源， 合理利用土地，高效利用水分和养分，改善生态环境，增加西瓜产量，实现规模化生产的有效栽培措施[18]。 西瓜出现的连作障碍给土地资源高效利用和可持续生产带来了一定的困难。 基质栽培已成为西瓜消减连作障碍，提高产量和品质的关键技术。 西瓜基质栽培多为限根栽培。 其栽培模式有沟式、垄式、袋式。

2.1 沟式

沟式是指在地表以下挖沟，沟底和两侧铺上膜或地布，或者安装基质槽。 在地面挖深30 cm、宽40 cm的长条形沟，沟内填混合基质，以沟底和两侧壁铺膜作限根处理， 将底部膜间隔一定距离打孔为半限根处理，沟内不铺膜为半基质栽培。 结果表明限根栽培和半限根栽培的单果质量均明显低于对照， 果实可溶性固形物含量均明显高于对照， 半限根与限根栽培相比产量明显提高[19]。在基质栽培沟两壁和底部铺无纺布，显著提高了地表下5～25 cm 处的根域温度，促进了西瓜植株茎、叶及根系的生长，增加果实的可溶性固形物含量，改善了果实的品质，对西瓜单果质量影响不显著[20]。

2.2 垄式

垄式是指在地上起两条平行的垄，在两垄之间垄沟里铺上膜或地布，或者安装基质槽。 土垄栽培处理能够提高夜间根区平均温度0.5℃左右，垄嵌基质栽培抗低温能力要优于沟嵌基质栽培，但根区温度稳定性较弱，垄嵌覆膜与沟嵌覆膜基质栽培能够提高根区温热效应和产量，尤以垄嵌覆膜基质栽培效果更优[21-22]。

2.3 袋式

袋式栽培是将调配好的基质放入袋中用来种植西瓜，袋与袋之间相互独立，移动方便。

总之，我国西瓜基质栽培大多采用人工、半人工管理的方式，种植模式的选择要依据生产条件、机械化程度、管理水平综合确定。 针对模式优缺点，适度调整密度、水肥供应及管理措施，将会实现预期的产量和质量目标。

3 西瓜基质栽培水肥应用

水肥管理是基质栽培西瓜成功与否的关键。 实现水肥量化控制管理是实现西瓜基质栽培精准化的基础。 基质中可供西瓜利用的速效养分有限，西瓜主要靠输送营养液供其生长发育。

3.1 营养液配方及要求

营养液是由植物生长发育所必需的各种营养元素的可溶性化合物科学配制而成的溶液。 科学的营养液配方、浓度，以及合理的营养液管理是提高园艺植物产量和品质的保障[23]。 马超等[24]在西瓜专用基质配方草炭、珍珠岩、蛭石质量比为7∶3∶4 的基础上，研究形成了西瓜基质栽培专用肥配方A： 硝酸钾∶四水硝酸钙为7∶4；配方B：磷酸二氢铵∶七水硫酸镁为1∶1，并在北京地区大棚生产小型西瓜中大面积应用。 马超等[24]研究制定了基质栽培西瓜不同生育时期营养液灌溉方案，确定了全生育期营养液EC 值均控制在1.5～2.5 mS/cm 之间， 其中苗期营养液EC 值控制在1.5～1.8 mS/cm 之间， 伸蔓期营养液EC 值控制在1.8～2.0 mS/cm 之间， 坐果期营养液EC 值控制在2.0～2.5 mS/cm 之间； 确定了整个生育期营养液pH适宜范围在5.5～6.0 之间， 其中苗期营养液pH 在5.5～5.8 之间， 伸蔓期营养液pH 在5.8～6.0 之间，坐果期营养液pH 在5.8～6.0 之间。 王雪威[25]研究以猪粪、牛粪、羊粪的浸提液混合制作有机营养液配方，以猪粪为主的营养液能够促进西瓜生长发育， 提高果实品质，更好地协调各个生长时期的养分分配。 但也有研究认为有机肥源是土壤栽培的优质肥源，但并不是基质栽培的理想肥源， 因其含有无益的矿物质和部分过量的重金属元素， 使西瓜根部形成高盐分胁迫环境，影响有益元素的吸收，其复杂的养分成分会影响基质栽培精准的养分管理， 不利于基质栽培的优质与安全。

3.2 营养液精准供应

针对设施西瓜研究与应用自动化的水肥管理技术十分必要。 西瓜不同生育阶段对水肥的需求不同， 利用不同水肥组合， 采用滴灌水肥一体化分阶段精准供应， 有效地提高了西瓜水肥利用率及产量和品质[22，26-27]。 灌溉用时序控制实现了自动定时定量灌溉[28]。 物联网的水肥精准管控系统，可实现环境参数的实时监测、肥料间的配比调节、水肥量控制等功能，实现农业生产的网络化、智能化、精准化管理[29]。

4 基质的重复利用

连作会危害西瓜生长发育， 使西瓜植株病虫害增加、产量和品质降低。 西瓜基质栽培生产中无论采用何种基质，连作仍会造成一定的连作障碍，轻则影响西瓜生长发育特性及产量，重则导致绝收。 宋修超等[30]的研究表明西瓜栽培旧基质理化特性发生了显著变化，氮素养分显著下降，尖孢镰刀菌的数量显著增加，枯萎病发病率可达35%。 为降低基质成本而更换基质成分，或者对基质消毒而后进行重复利用，或者基质中添加生物菌剂， 有利于切断病虫害的传播渠道，可有效地消减西瓜连作障碍。

4.1 基质消毒

棉隆是一种广谱土壤熏蒸剂， 在土壤或基质中扩散对病菌、线虫、杂草及地下害虫均有杀灭作用，尤其杀线虫的作用全面而持久。 旧基质经棉隆熏蒸消毒处理后，尖孢镰刀菌数量均显著减少，西瓜产量和单果质量与新基质相比均无显著差异[31]，有些栽培模式利用棉隆进行基质原位熏蒸消毒， 不需要将基质集中，可节省人工成本。 旧基质利用导热油外加热的消毒设备灭菌能满足西瓜生产需求[31]。 徐云焕等[32]对旧基质先淋洗后集中堆放，添加杀菌药剂，用棚膜覆盖封严，利用太阳热高温消毒30 d 以上，使基质的主要理化指标重回合理范围， 可达到新基质的栽培效果。 除蒸汽消毒、化学消毒和太阳能消毒等消毒方法外，贾海遥等[33]设计了有机基质臭氧消毒设备，利用臭氧的消毒特性实现了对有机基质的消毒。

4.2 旧基质中添加微生物菌剂

陈子彪等[34]在栽培旧基质中添加枯草芽孢杆菌·粉红粘帚霉菌剂，提高了基质中脲酶、碱性磷酸酶和硝酸还原酶活性，促进了西瓜幼苗的生长。 添加内生菌复合菌剂可以提高西瓜的枯萎病抗性[35]。采用混配菌剂的复合基质， 有效地改善了西瓜根际环境,显著地提高了西瓜产量[36]。多黏类芽孢杆菌制成的微生物菌肥，有效降低了土壤中尖孢镰刀菌数量，促进了西瓜根系生长[37]。 马凤捷等[38]发现娄彻式链霉菌能有效提高果实品质和土壤酶活性。

5 存在的问题

5.1 缺乏成本低又符合绿色标准的基质

现有的西瓜基质栽培生产成本高于土壤栽培，缺乏成本低又符合绿色标准的基质， 缺乏混配基质的规模化和标准化生产。

5.2 关键技术成熟度不够

西瓜基质栽培与土壤栽培的生产管理模式存在着很大的差别。 现有的西瓜基质栽培新技术研究，多有局限性且停留在试验阶段，技术成熟度不够，缺乏有深度的系统的应用性研究， 缺少集成创新各环节关键技术的综合技术或规程。

5.3 缺乏专用西瓜品种

西瓜的生长发育和产量表现受遗传和环境因素的共同影响，在基质栽培条件下，西瓜限根栽培技术与节水灌溉技术综合运用， 不同西瓜品种的适应性和产量表现有很大差异。

5.4 肥害严重

在西瓜基质栽培中，常常重视营养液的配制，忽视基质营养液的电导率变化，造成根部盐分胁迫，从而导致西瓜植株生理性失水萎焉。 盲目增加营养液中的某个营养元素的浓度，或跟外追肥，造成严重的“高浓度肥害”，出现水肥代谢障碍，严重时还会枯萎死亡。

6 前景展望与今后的研究方向

我国基质栽培的生产及开发在农业、林业、园艺等方面进入一个新的发展阶段。 随着人民生活水平的提高，对绿色优质产品的需求越来越多，对基质栽培生产绿色优质产品提出了更高的要求。 随着基质栽培研究的不断深入， 西瓜基质栽培的基质标准化生产、温湿度的调控、营养液的配制和管理、病虫害防治、 基质重复利用等多个技术将会取得突破性进展， 必将建立起有区域特色的节水节肥绿色高效的基质栽培技术，同时解决西瓜连作障碍问题，因此，国内西瓜基质栽培前景广阔。

我国西瓜基质栽培今后的研究方向重点在以下几个方面：①研究开发适合西瓜栽培的标准化、商品化、低成本、无污染的基质；②研究水肥耦合与水肥一体化应用技术， 建立不同生态区域的基质栽培水肥高效利用技术体系；③研究基质重复利用技术，解决连作障碍，提高资源高效利用和经济效益；④研究基质栽培与西瓜生长、发育、产量、品质的关系，创新成套栽培技术； ⑤选育适合基质栽培的西瓜专用品种； ⑥研究基于物联网的的设施基质栽培生产中精细化、网络化、智能化管理；⑦研究绿色防控，优先采取生态控制、 农业防治和生物防治等友好型技术措施，确保生产绿色产品。