滴灌频率对大棚西瓜生长产量及品质的影响.docx
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滴灌频率对大棚西瓜生长产量及品质的影响
调亏灌溉合理滴灌频率提高大棚西瓜产量及品质
刘炼红，莫言玲，杨小振，李小玲，吴梅梅，
张显※，马建祥，张勇，李好
（西北农林科技大学园艺学院，杨凌712100）
摘要：
在调亏灌溉条件下，该试验研究了不同膜下滴灌频率对早春大棚西瓜植株生长、果实产量、品质及水分利用效率的影响，从而确定西瓜整个生育期的最佳灌溉频率方案。
试验在各生育期设置3个不同的灌溉频率水平，分别为高频（每2d灌溉1次）、中频（每4d灌溉1次）和低频（每6d灌溉1次），并做4因素3水平正交实验设计，共9个处理，各处理总灌水量相等。
结果表明：
各处理中，苗期中频，开花坐果期高频，果实膨大期中频，成熟期低频灌溉处理植株在生长势上表现最好，该处理植株的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及叶片水分利用效率在全生育期中均能保持较高水平，且该处理植株具有较高的坐果率、单果质量，果实总产量和水分利用效率最高，分别达到63.72t/hm2和303.64kg/（hm2·mm）。
品质方面，苗期中频，开花坐果期高频，果实膨大期中频，成熟期低频灌溉处理的果皮最薄，仅有8.30mm，且具有较高含量的总维生素C和最高含量的可溶性蛋白质和中心边可溶性固形物。
另外，T4处理的水分利用效率（iWUE）最高，其值达到303.64kg·hm-2·mm-1。
综合考虑生长势、产量、品质和灌溉水分利用效率，苗期中频灌溉，开花坐果期高频灌溉，果实膨大期中频灌溉，成熟期低频灌溉是适用于西北地区早春大棚西瓜调亏灌溉的最佳灌溉频率方案。
该研究可为实现西北地区早春设施西瓜栽培高效节水灌溉提供理论与技术参考。
关键词：
膜下滴灌；西瓜；调亏灌溉；灌溉频率；品质；产量；水分利用效率
中图分类号：
S275.6；S274.1文献标识码：
A文章编号：
刘炼红，莫言玲，杨小振，等.调亏灌溉合理滴灌频率提高大棚西瓜产量及品质[J].农业工程学报，
LiuLianhong，MoYanling，YangXiaozhen，etal.Reasonabledripirrigationfrequencyimprovinggreenhousewatermelonyieldandqualityunderregulateddeficitirrigationinplasticgreenhouse[J].TransactionsoftheCSAE,
0引言
中国是一个水资源短缺的农业灌溉大国，节约农业灌溉用水，提高水分利用率，对于中国水资源的合理利用具有非常重要的意义[1]。
西瓜是一种耗水量较大的瓜类作物，最大限度提高西瓜水分利用效率，实现西瓜旱作栽培，是干旱半干旱地区西瓜优质高效生产面临的重要的课题。
非充分灌溉是利用作物本身具有一定的生理节水与抗旱能力，针对水资源的紧缺性与用水效率低下的普遍性而提出的一种新的节水灌溉技术。
已有研究表明，适宜非充分灌溉条件下温室小型西瓜的产量和水分利用效率有显著提高[2]。
调亏灌溉作为非充分灌溉的重要模式之一[3]，可通过对作物生长发育某些阶段，人为施加一定的水分胁迫，调节植物的生长和营养物质的分配，提高产量、水分利用率和品质，达到节水增效的目的。
YesimErdem和NedimYuksel[4]在对大田西瓜进行调亏灌溉试验中得出，适宜水分亏缺可提高果实可溶性固形物含量和糖含量，减小瓜皮厚度。
郑健等（2009）研究发现，调亏灌溉能够调整作物营养生长与生殖生长的关系,并有利于改善果实品质、提高作物水分利用效率[5]。
在灌溉制度的相关研究报道中，用蒸发皿水面蒸发量Epan（Ep）为参数估算作物需水量的方法，在中国已广泛应用于大田和温室作物上[6]。
郑健等[7]人采用E601型蒸发器蒸发量值控制灌溉水量的方法，研究了调亏灌溉对温室秋季小型西瓜水分利用效率及品质的影响，并得出综合效益较为理想的各生育期的灌溉标准。
同样，任自立等[10]该方法得出早春大棚膜下滴灌西瓜各生育期适宜的调亏灌溉需水量。
然而，目前关于调亏灌溉条件下滴灌频率对西瓜生长影响的研究未见报道。
以往关于灌溉频率对西瓜生长影响的研究中，多数是基于每次灌溉量相同，而灌溉时间间隔不同的基础上进行的。
这种研究方式既没有考虑各生育期的适宜需水量，存在水分浪费现象；也无法排除最后不同的灌水总量所造成的影响。
因此，本试验拟采用蒸发皿蒸发量控制灌水量的方法，在各生育期设置不同的调亏灌溉灌水量，在保证西瓜各生育期灌水量相等及全生育期灌水量相等的前提下，研究调亏灌溉节水模式下膜下滴灌频率对早春大棚西瓜生长的影响，寻求最佳灌溉频率方案，以期为西北地区大棚西瓜滴灌灌溉制度提供理论依据。
1材料与方法
1.1试验地概况
试验所在基地为西北农林科技大学园艺学院杨凌西甜瓜试验示范基地，试验于2014年2-7月在该基地的塑料大棚内进行。
试验大棚的长度、跨度、高度分别为70、9、2.8m。
试验地点位于东经108°20′，北纬34°25′，属于暖温带半湿润气候区，年内降水分布不均匀，主要集中在7-9月，年平均降水量为620～630mm，年均气温12～14℃，无霜期200～250d，多年平均蒸发量约1400mm。
定植前测定的耕层0～20cm土壤养分状况：
全氮质量分数1.25g/kg、速效钾质量分数178.97mg/kg、速效磷质量分数50.10mg/kg、有机质质量分数9.98g/kg。
土壤类型为关中平原塿土，土壤pH值为7.0～8.5，容重0.925g/cm3。
1.2试验设计
试验采用口径为20cm蒸发皿水面蒸发量控制灌水量，根据前期大棚西瓜需水规律试验结果，在西瓜不同的生育阶段设置不同的蒸发皿系数，分别为苗期0.4Ep、开花坐果期0.8Ep、果实膨大期1.6Ep、成熟期0.8Ep[8]。
设置每2、4、6d灌1次3种滴灌频率[9-11]。
按照4因素3水平正交排列，试验共9个处理（表1），每个处理设置3次重复，共27个小区，随机区组排列。
每小区面积为16m2，规格为2m宽、8m长。
试验小区种植垄的垄顶为平顶，种植垄宽50cm、高15cm，行间距200cm、株距40cm。
采用单垄种植，沟垄覆膜，膜下滴灌，每小区1垄，垄上铺设1条滴灌管，其滴头间距30cm，额定工作压力100kPa下的额定流量为3L/h。
为准确记录灌水量，每小区安装1个水表。
相邻小区间用埋深100cm的塑料膜隔开，防止处理间水分侧渗相互影响。
试验所用西瓜品种为农科大11号，由杨凌千鼎种苗有限公司提供。
试验于2014年2月23日进行室内催芽，电热温床育苗，待幼苗长至2叶1心时，于4月1日按同一标准筛选定植，缓苗1w，按照试验处理的灌溉频率和灌溉量进行灌溉。
试验采用爬地栽培，定植前统一使用基肥，并浇灌等量定植水，三蔓整枝，开花期人工授粉，每株留1个瓜，主蔓坐瓜。
除水分处理不同外，其他田间管理完全相同。
灌溉水量的计算方法为[12-13]：
Ir=Kp×S×Ep，式中：
Ir为灌溉水量，mL；Kp为蒸发皿系数，4个生育期分别为0.4、0.8、1.6、0.8；S为灌溉水量控制面积，cm2；Ep为2次灌水间隔内蒸发皿蒸发量，mm。
表1不同生育期灌溉频率处理
Table1Irrigationfrequencyatdifferentstagesd
处理
Treatment
苗期0.4Ep
Seedlingstage0.4Ep
开花坐果期0.8Ep
Floweringstage0.8Ep
果实膨大1.6Ep
Expandingstage1.6Ep
成熟期0.8Ep
Maturestage0.8Ep
T1
2
2
2
2
T2
2
4
4
4
T3
2
6
6
6
T4
4
2
4
6
T5
4
4
6
2
T6
4
6
2
4
T7
6
2
6
4
T8
6
4
2
6
T9
6
6
4
2
注：
Ep为一定时间间隔内的蒸发量，下同。
Note:
Epmeansthe evaporation withinacertaintimeinterval.Thesameasbelow.
1.3观测项目及方法
1.3.1环境因子
室内温湿度：
大棚室内温度、湿度等环境指标的测定，使用的仪器是型号为JL-18的温湿自动记录仪（邯郸市清胜电子科技有限公司）。
水面蒸发量：
使用型号为HY.AM3蒸发器（潍坊金水华禹信息科技有限公司）测定棚内一定时间间隔内的水分蒸发量，蒸发皿放置在棚中间位置，离地距离始终保持与作物冠层等高。
本试验每2d观测1次，早上8:
00定时观测蒸发量，始终保持蒸发皿内有20mm深的水层。
1.3.2形态指标
西瓜株高（主蔓长）和茎粗（主蔓粗）分别于4月18日、4月27日、5月6日、5月15日、5月24日和6月2日进行测量。
株高和茎粗分别使用卷尺和数显游标卡尺进行测量，株高的测量部位是从主茎基部处起至生长点，茎粗测量部位是主茎基部第1节位。
每处理3次重复，每重复测定6株。
1.3.3光合指标
在西瓜生长的4个生育期分别进行光合指标的测定。
每处理3次重复，每重复测定3株。
采用80%丙酮研磨浸提法测定叶绿素含量[14]；采用LF6400XTR便携式光合系统分析仪（美国LI-COR公司）测定净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、和气孔导度（Gs）等，测定时间为晴天上午9:
00-11:
00，并计算叶片水分利用效率。
叶片水分利用效率WUE：
用叶片通过蒸腾消耗一定量的H2O所同化的CO2量来表示，计算公式如下[15-16]：
WUE＝Pn/Tr，式中：
Pn为净光合速率，μmol/（m2·s）；Tr为蒸腾速率，mmol/（m2·s）。
1.3.4果实产量与品质指标
至果实采收期，将果实按不同处理小区统一采摘，计算各处理小区单株产量总和作为该处理的总产量，t/hm2，并根据总产量和总灌水量，计算灌溉水分利用效率（iWUE）。
计算公式为[17]：
iWUE=Y/Ir，式中：
iWUE为滴灌水分利用效率，t/（ha·mm）；Y为西瓜果实产量，t/ha；Ir为整个生育期的灌水量，mm。
每处理选取9个同一授粉日期的果实，用电子天平称量后取平均值，作为该处理的单果质量，kg。
随后进行品质指标的测量，先用数显游标卡尺测量果实纵径，cm，和横径，cm，并计算果形指数（纵径/横径），之后将果实纵切，用直尺测量果实皮厚，mm。
取果实中心和边际处的果肉，用TD-45手持测糖仪（浙江托普仪器有限公司）分别测定中心和边际可溶性固形物含量，%；可溶性蛋白含量，mg/g，采用考马斯亮兰G-250染色法测定[14]；维生素C含量，mg/kg，用钼蓝比色法测定[14]。
以上果实品质指标，均取平均值作为最后处理结果。
1.4数据处理
试验数据采用MicrosoftExcel2003和SPSSStatistics22进行方差分析处理并作图，采用Duncanmethod（邓肯新复极差法）进行差异显著性检验。
2结果与分析
2.1不同灌溉频率处理下棚内气温和蒸发量的变化
图1显示试验从开始处理到果实收获时间段内每4d大棚内温度和蒸发量的变化。
棚内灌水试验于2014年4月8日开始，至6月18日采瓜后结束，历时72d。
由图可知，整个试验阶段大棚室内的气温在20~30℃之间，呈波动上升趋势，保证了西瓜适宜生长的温度范围，每4d内的日平均室温最低及最高值分别为19.6和32.9℃。
棚内的蒸发量与温度变化趋势相对一致，平均日蒸发量为2.9mm。
整个生育期总蒸发量为207.7mm，其中苗期、开花坐果期、果实膨大期和成熟期的总蒸发量分别为50.4、38.3、79.8和39.2mm。
蒸发量的波动范围较大，除了与室内温度有关，还与室内湿度、光照条件等有关[18]。
图12014年大棚内温度和蒸发量随时间的变化
Figure1Changesoftemperatureandevaporationinplasticgreenhousein2014
2.2不同灌溉频率对西瓜株高和茎粗的影响
如图2所示，随着生育期的延长，各处理西瓜的株高和茎粗逐渐增大，但是不同处理间表现不同。
在4月18日至5月6日期间（苗期至开花坐果期），高频灌溉（T1、T2、T3）和中频灌溉（T4、T5、T6）的株高增长较快，而低频灌溉（T7、T8、T9）植株的株高增长较慢（图2a）。
茎粗的增长表现相反（图2b），T1、T2、T3的茎粗增长最小，其他处理茎粗增长较快。
表明，高频灌溉能够促进株高生长，低频灌溉有利于茎粗的增加，而中频灌溉同时有利于株高和茎粗的增加。
在5月6日至5月15日（开花坐果期至果实膨大期），各处理灌水量增加及灌溉频率改变，各处理株高茎粗显著增加，产生了补偿效应。
在此阶段内，在9个处理中，T7和T8的株高生长速率最快，分别为107.4%和108.7%；T2的茎粗生长速率最快，为28.4%。
在5月15日至6月2日（果实膨大期至成熟期），株高和茎粗的增加呈缓慢趋势，说明此时西瓜生殖生长抑制了植株的营养生长。
至成熟期之前，T4株高和茎粗生长势最好，T9的生长势最弱。
a株高
aPlantheight
b茎粗
bStemdiameter
注：
不同小写字母表示同一生长时期不同处理之间差异显著（P＜0.05）。
T1-T9表示在灌水量为苗期0.4Ep，开花坐果期0.8Ep，果实膨大期1.6Ep，成熟期0.8Ep时的滴灌频率方案。
具体与4个生育期对应的滴灌频率分别为T1：
2、2、2、2d/次；T2：
2、4、4、4d/次；T3：
2、6、6、6d/次；T4：
4、2、4、6d/次；T5：
4、4、6、2d/次；T6：
、6、2、4d/次；T7：
6、2、6、4d/次；T8：
6、4、2、6d/次；T9：
6、6、4、2d/次。
下同。
Note:
Differentsmallletterindicatesignificantdifferentofirrigationfrequencytreatmentatsamestage（P＜0.05）.T1-T9express:
Dripirrigationfrequencyplanunderirrigationamountwith0.4Epduringseedlingperiod,0.8Epduringfloweringfruit-bearingperiod,1.6Epatfruitenlargementperiod,0.8Epatmatureperiod,respectively.Correspondingdripirrigationfrequenciesinfourstagesarethat:
T1:
2,2,2,2d/time;T2:
2,4,4,4d/time；T3:
2,6,6,6d/time;T4:
4,2,4,6d/time;T5:
4,4,6,2d/time;T6:
4,6,2,4d/time;T7:
6,2,6,4d/time;T8:
6,4,2,6d/time;T9:
6,6,4,2d/time.Thesameasbelow.
图2不同灌溉频率处理对西瓜株高和茎粗的影响
Figure2Influenceofirrigationfrequencyonplantheightandstemdiameterofwatermelonatdifferentstages
2.3不同灌溉频率对西瓜叶片光合指标的影响
不同灌溉频率处理对苗期西瓜光合特性的影响如表2所示，苗期在等灌水量（0.4Ep）条件下，高频（T1、T2、T3）和中频（T4、T5、T6）灌溉条件下的净光合速率和气孔导度较低频（T7、T8、T9）处理植株的高，有显著差异。
这可能是由于低频率灌溉周期较长，忽干忽湿，不能均匀供水，导致植株暂时性缺水。
各处理间胞间CO2浓度无显著差异，说明光合速率的差异是由非气孔因素如叶绿素含量等引起的。
然而，中频和低频灌溉植株的叶片水分利用效率整体上明显高于高频灌溉处理植株，这与高频灌溉处理下植株较高蒸腾速率引起的水分散失有关[19]。
因此，在苗期，中频率灌溉（T4、T5、T6）兼顾植株光合作用正常代谢和水分利用效率，效果最好。
表2不同灌溉频率对西瓜不同生育期光合特性的影响
Table2Photosyntheticcharacteristicsofwatermelonunderdifferentirrigationfrequencytreatmentsatdifferentstages
处理
Treatment
生育期
Growth
period
叶绿素
含量
Chlorophyllcontent
/mg.g-1
净光合速率
Netphotosyntheticrate
Pn/（μmol·m-2·s-1）
气孔导度
Stomatalconductance
Gs/（mol·m-2·s-1）
胞间CO2浓度
Intercellularconcentration
Ci/（μmol·mol-1）
蒸腾速率
Transpiration
rate
Tr/（mmol·m-2·s-1）
叶片水分
利用效率
Leafwateruseefficiency
WUE
/（μmol·mmol-1）
T1
苗期
Seedlingstage
3.43±0.15ab
17.53±0.23a
0.70±0.03a
326.71±7.88ab
5.80±0.18a
3.04±0.10bc
T2
3.33±0.15ab
17.61±0.58a
0.72±0.03a
330.61±2.59ab
5.76±0.13a
3.07±0.13bc
T3
3.42±0.13ab
17.59±0.40a
0.75±0.05a
323.49±4.81ab
6.11±0.19a
2.90±0.13c
T4
3.44±0.10ab
17.40±0.42a
0.74±0.01a
310.10±7.54ab
4.48±0.14b
3.92±0.20ab
T5
3.45±0.16ab
17.42±0.28a
0.71±0.03a
319.73±8.83ab
4.46±0.18b
3.94±0.18ab
T6
3.53±0.14a
17.58±0.32a
0.72±0.03a
310.90±3.44ab
4.53±0.15b
3.89±0.10ab
T7
3.08±0.07bc
15.82±0.62b
0.56±0.03b
335.64±4.22a
3.94±0.38b
4.22±0.46a
T8
2.93±0.07c
15.63±0.47b
0.52±0.04b
314.65±3.33ab
4.09±0.08b
3.83±0.11ab
T9
3.11±0.13bc
15.68±0.91b
0.47±0.07b
311.32±9.10ab
4.08±0.45b
4.32±0.69a
T1
开花坐果期
Floweringstage
3.91±0.10ab
23.47±0.49ab
0.72±0.03ab
302.60±8.63ab
6.08±0.33a
3.91±0.22a
T2
4.02±0.16ab
24.37±0.44a
0.75±0.03a
269.59±9.41ab
4.64±0.29b
5.34±0.27a
T3
3.84±0.11ab
21.58±0.39bc
0.70±0.05ab
314.05±5.23ab
5.06±0.46ab
4.52±0.58a
T4
4.28±0.12a
24.46±0.31a
0.77±0.03a
261.44±9.50b
6.03±0.23a
4.09±0.19a
T5
3.94±0.15ab
23.78±0.39a
0.72±0.03ab
293.47±6.89ab
4.61±0.24b
5.22±0.29a
T6
3.79±0.18ab
21.78±0.74bc
0.69±0.03ab
324.20±9.19a
4.88±0.22ab
4.51±0.23a
T7
3.83±0.15ab
21.36±0.46c
0.69±0.03ab
318.63±8.19a
5.66±0.17ab
3.78±0.05a
T8
3.95±0.23ab
21.56±0.66bc
0.62±0.05ab
323.06±8.98a
4.74±0.46ab
4.82±0.58a
T9
3.57±0.16b
20.54±0.33c
0.59±0.03b
327.76±7.34a
4.49±0.29b
4.67±0.31a
T1
果实膨大期
Expendingstage
4.14±0.07bc
29.43±0.63abc
0.72±0.06a
213.61±3.13d
7.48±0.49a
4.02±0.27c
T2
4.43±0.12ab
29.58±1.17ab
0.71±0.06a
212.79±4.96d
5.82±0.16bc
5.13±0.34ab
T3
3.98±0.10c
26.20±0.49d
0.48±0.03b
275.12±7.36b
5.76±0.15bc
4.57±0.14abc
T4
4.60±0.10a
30.36±0.57a
0.76±0.06a
205.19±2.09d
5.83±0.24bc
5.27±0.30a
T5
3.98±0.14c
27.50±0.32bcd
0.55±0.02ab
245.44±8.11bc
6.43±0.14abc
4.28±0.07bc
T6
4.11±0.07bc
27.58±0.56bcd
0.69±0.04a
218.58±4.30d
6.91±0.30ab
4.04±0.21c
T7
4.01±0.14bc
26.80±0.33cd
0.55±0.04ab
217.95±6.99d
6.26±0.10bc
4.29±0.22bc
T8
4.00±0.11c
27.77±0.58bcd
0.69±0.05a
216.96±6.95d
6.84±0.40abc
4.13±0.24c
T9
3.93±0.11c
25.71±0.42d
0.64±0.04ab
316.65±3.68a
5.67±0.13c
4.55±0.12abc
T1
成熟期
Maturationstage
3.03±0.15a
13.25±0.50a
0.62±0.05a
306.27±8.87ab
6.04±0.25a
2.22±0.15b
T2
2.55±0.07b
13.14±0.24a
0.59±0.08ab
319.88±7.41ab
5.38±0.31b
2.48±0.14ab
T3
1.86±0.1
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