不同灌溉定额对设施黄沙基质栽培西瓜光合特性及产量、品质的影响

摘    要：为阐明河西戈壁沙漠温室西瓜对不同灌溉定额的光合生理响应机制，明确设施黄沙栽培西瓜最适宜灌溉定额。以美丽和4K西瓜品种为试材，采用黄沙为栽培基质，建立设施黄沙基质栽培西瓜水肥一体化技术体系，设置60、110、160、210和260 m3·667 m-2（对照）5个灌溉定额，研究不同灌溉定额对西瓜植株叶片光合特性及果实产量、品质的影响。结果表明，美丽和4K西瓜随灌溉定额的增加，叶片数、叶片SPAD值、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和果实产量均呈现先升高后降低趋势，均在160 m3·667 m-2中度灌溉定额下达到最大值。在相同灌溉量下，美丽品种的叶片SPAD、Pn、Gs、Tr、果实纵、横径和果实产量均高于4K品种，且在160 m3·667 m-2处理下，美丽和4K的叶片SPAD值、Pn、Gs、Tr、果实纵径和产量均显著高于各自对照；随灌溉定额增加，2个西瓜品种果实中心和边部可溶性固形物含量也呈现先升后降趋势，分别在110 m3·667 m-2处理下达到最大值，且显著高于各自对照。综上所述，美丽在设施黄沙基质栽培条件下的适应性更强，西瓜叶片光合特性和产量表现优于4K，而4K的果实品质表现更好，160 m3·667 m-2为设施黄沙基质栽培西瓜最适宜的灌溉定额，可作为河西戈壁沙漠温室西瓜高效用水的最优选择。

关键词：温室西瓜；黄沙栽培；灌溉制度；植株生长；光合特性；产量；品质

中图分类号：S651+S607 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）01-072-07

Different irrigation rates affect photosynthetic characteristics， yield and quality of yellow sand matrix cultivation watermelon in facilities

CHEN Liang， LUAN Qianqian， LIN Yi， YANG Shimei， YAN Zongshan， WANG Cuili， ZHANG Ziqiang

（Gansu Provincial Institute of Agricultural Engineering and Technology， Wuwei 733006， Gansu， China）

Abstract： To clarify the photosynthetic physiological response mechanism of greenhouse watermelon in Hexi Gobi desert to different irrigation quotas， and to clarify the most suitable irrigation quota for watermelon cultivation in facility yellow sand. In this study， two watermelon varieties， MeiLi and 4K， which were mainly planted in the greenhouse， were used as experimental materials， and yellow sand was used as the cultivation substrate to establish a water and fertilizer integrated technical system for watermelon cultivation in the facility， The effects of irrigation quotas on photosynthetic characteristics of watermelon leaves and fruit yield and quality under 5 irrigation quota gradients of 60， 110， 160， 210 and 260 m3·667 m-2（control）were studied. The results showed that the number of leaves， leaf SPAD value， net photosynthetic rate Pn， stomatal conductance Gs， transpiration rate Tr and fruit yield all increased first and then decreased with the increase of irrigation quota. The maximum value reached under the moderate irrigation quota of 160 m3·667 m-2. Under the same amount of irrigation， the average values of leaf SPAD value， Pn， Gs， Tr， fruit vertical and horizontal diameter and fruit yield of MeiLi cultivar were higher than those of 4K cultivar under each treatment， and under the treatment of 160 m3·667 m-2， the leaf SPAD value， Pn， Gs， Tr， fruit longitudinal diameter and yield of MeiLi and 4K were significantly higher than their respective controls; with the increase of irrigation quota， the content of soluble solids in the center of the two watermelon varieties and the soluble solids in the edges also showed a trend of first increasing and then decreasing， and reached the maximum value under the treatment of 110 m3·667 m-2， and were significantly higher than the respective controls. In summary， MeiLi watermelon cultivar has stronger adaptability under the conditions of facility yellow sand substrate cultivation， and the photosynthetic characteristics and yield of watermelon leaves are better than 4K， while the fruit quality of 4K watermelon cultivar is better. Its 160 m3·667 m-2 is the most suitable irrigation quota for watermelon cultivation in facility yellow sand matrix， and it can be used as the best choice for high-efficiency water use of greenhouse watermelon in Hexi Gobi desert.

Key words： Greenhouse watermelon; Yellow sand cultivation; Irrigation system; Plant growth; Photosynthetic characteristics; Yield; Quality

西瓜[Citrullus lanatus（Thunb）Manf.]是葫芦科西瓜属一年生蔓性草本植物，原产非洲，喜光耐热[1]。瓜瓤脆嫩、味甜多汁，含有丰富的矿物盐和多种维生素，具有解热、散毒、润肺及利尿功能，是夏季主要的消暑果品。中国的西瓜栽培面积和产量均居世界第一，据联合国粮食及农业组织（FAO）统计[2-3]，2019年我国西瓜产量为6 324.1万t，占全球西瓜总产量的60.61%；西瓜栽培面积达147.158万hm2，占全球西瓜总面积的47.71%。随着设施农业的迅速发展，西瓜设施栽培已成为我国农业不可或缺的重要组成部分。甘肃河西走廊地区沙漠总面积约1 217.02万hm2，发展沙漠戈壁瓜果等特色农产品，已成为发展“沙产业”的新型道路[4]，在可耕地资源日益匮乏的背景下，充分利用河西走廊地区现有的沙漠资源和丰富的光热资源，大力发展沙漠设施西瓜种植业对西北农业产业结构调整至关重要。

甘肃河西走廊地处西北内陆极度干旱区，虽具有种植优质西瓜得天独厚的地理资源优势，但水资源严重匮乏、利用率低等问题突出，同时设施西瓜种植户凭借种植经验确定灌水量，水资源浪费严重，严重制约了河西走廊戈壁沙漠西瓜产业的发展[5]，如何充分利用有限灌水使戈壁沙漠西瓜达到高产优质，探寻一套科学合理的灌溉制度就显得尤为重要。近年来，对西瓜的研究多集中在土壤栽培条件下的品种选育[6-8]、高产栽培[9-11]、病害防治[12-13]、西瓜种植机械化[14-15]等方面，而对设施黄沙栽培条件下的西瓜节水灌溉研究却鲜见报道。为此，笔者以武威本地设施大面积主栽的美丽和4K 2个西瓜品种为试验材料，采用黄沙作为栽培基质，打破传统的拱棚爬蔓栽培，首次采用吊蔓栽培模式，建立设施黄沙栽培西瓜水肥一体化技术体系，在灌溉次数一致的条件下，通过设定不同的灌溉定额，以常规灌溉量为对照，研究设施黄沙栽培条件下不同灌溉定额对西瓜植株叶片光合特性及果实产量和品质的影响，阐明不同西瓜品种对不同灌溉定额的光合生理响应机制，在此基础上确定最适宜设施黄沙栽培西瓜的灌溉定额，以期为设施黄沙栽培西瓜高效用水提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年3月1日至7月1日在甘肃省农业工程技术研究院试验基地日光温室（规格为长100 m×跨度8 m）内进行。试验地处于甘肃西部、河西走廊东端，地势平坦，属于典型的西北绿洲灌溉农业区，主要依靠石羊河地下水灌溉。平均海拔1776 m，年均降水量162.4 mm，主要集中在7—9月，年潜在蒸发量2114 mm，年均气温7.10 ℃，昼夜温差平均7.9 ℃，≥10 ℃的有效积温2 955.2 ℃，年均无霜期156 d。试验种植所采用的黄沙为武威当地的戈壁沙漠黄沙，成分以SiO2为主，养分含量极少，容重1.54 g·cm-3，田间持水量9%，pH值7.87。

1.2 材料

以武威本地设施大面积主栽的美丽和4K 2个西瓜品种为试材，均属早中熟品种，绿皮红瓤，生长势中等，果型大、产量表现较佳。嫁接苗（3至4叶1心）购于甘肃省武威市古浪县绿盈盈蔬菜种苗种植专业合作社。试验用波美浓大量元素速效水溶肥购于江苏绿港现代农业发展股份有限公司，采用肥料养分N、P2O5、K2O质量比为20∶20∶20+TE和13∶6∶40+TE的2种水溶肥。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 设置西瓜品种和灌溉定额2个因素，西瓜品种为设施主栽的美丽和4K，灌溉定额设置5个灌溉梯度处理（灌溉量的具体数值参照武威市戈壁沙漠区全生育期平均灌水量设计[16]），以常规灌溉（CK1、CK2）为对照，其中常规灌溉（CK1、CK2）为武威市戈壁沙漠区最高灌溉量，采用随机区组试验设计（图1），共10个处理（表1），每处理3次重复，共30个小区，每小区面积为6 m2（1 m×6 m）。灌溉方式为膜下滴灌，全生育期采用自主研发的YX-3型水肥一体化智能管控设备精准控制水肥供给，为减少因水分侧渗而造成的试验误差，不同处理小区之间用垂直埋深60 cm的薄膜隔开。在进水口加装精确度为0.001 m3的水表计量并控制各小区次灌水量。

1.3.2 西瓜定植及管理 西瓜育苗采用50穴穴盘，于3月8日移栽定植，以黄沙为栽培基质，地下槽式吊蔓栽培，栽培槽宽50 cm，走道宽50 cm，株距40 cm，行距100 cm，嫁接苗双行错位定植，采用水肥一体化膜下滴灌，膜下滴灌的滴箭插在幼苗根际5 cm处，先定植后覆膜，另设置2行作为保护行。在西瓜移栽前浇足底水，移栽定植后用金根移栽灵200 mL灌根。试验前每667 m2基肥施用商品有机肥1000 kg、油渣饼肥400 kg、硫酸钾型（N、P2O5、K2O质量比为15∶15∶15）三元复合肥15 kg、硫酸钾10 kg，撒施于黄沙中，用小铁锹进行人工翻耕，充分混匀基肥。生长期追肥和灌水均采用笔者团队研发的智能型水肥一体化滴管系统定时定量精准供给。西瓜整枝方式采用单蔓整枝，留单瓜，病虫害防治及其他田间农事管理均与本地瓜农管理习惯一致。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 植株叶片数和坐果习性指标测定 分别于西瓜生长的苗期（3月15日）、伸蔓期（3月25日）、开花坐果期（4月15日）、果实膨大期（5月7日）和成熟期（6月12日）5个生育期，每处理随机选取5株，测定西瓜植株叶片数、第1雌花坐果节位、雌花间隔。

1.4.2 叶片光合参数测定 开花坐果期的晴天9：00—11：30测定叶片光合参数，每处理随机选取5株，每株选取植株主蔓中部完全展开功能叶测定，每个叶片打3个点取值。使用SPAD 502型叶绿素仪测定叶绿素含量（SPAD值）；使用便携式光合作用测量系统（LI-6400XT，美国LI-COR公司）测定净光合速率（Pn，µmol ·m-2·s-1）、气孔导度（Gs，mmol·m-2·s-1）、胞间CO2浓度（Ci，µmol·mol-1）和蒸腾速率（Tr，mmol H2O·m-2·s-1），测定光照度为800 µmol·m-2·s-1，叶温为27 ℃，外界CO2浓度为400 µmol·mol-1。