不同覆盖材料的荒地种植西瓜试验研究

王 斌，田军仓

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021；3.旱区现代农业水资源高效利用工程研究中心，银川 750021)

宁夏的中卫、中宁、同心部分地区处于干旱集中区域，有十分丰富的光热资源，年日照时数非常可观，这一特点十分有利于农作物干物质的积累。当地通过在荒地中铺设砂石形成压砂地，并种植西瓜的历史已十分悠久[1]。通过在干旱地区土地地表覆盖砂石、秸秆、无纺布等材料种植作物，可显著地减少土壤水分蒸发，达到保墒蓄水的作用[2,3]。近年来，随着政府的大力扶持，在压砂地上种植西瓜的面积逐年增加。近年来的种植面积已达到6.67 万hm2。西瓜已在很多地方形成了品牌效应，使得种瓜农户的收入大大提高，实现总产量108.5 万t。宁夏已形成了全国最大的西瓜产业基地，西瓜种植面积进一步扩大[4,5]。

压砂地建设与应用过程中，当砂石层中混入土粒量超过1/2时,其压砂地的功效几乎消失,此时就要翻起掉旧砂石,重新铺压新砂石或种植草、灌木植物。目前耕种的压砂地，由于施肥及耕作不当，到2018 年将全部成为老砂地，面临着弃耕撂荒的危险[6]。另外西瓜枯萎病是西瓜种植时的一种常见病害，这种病害会造成西瓜改种和大量减产。而枯萎病又与轮作年限有关，轮作年限越短,发病越重，西瓜连作土壤上单作西瓜其枯萎病发病率很高[7]。目前，克服种植过程中压砂地失效问题的方法主要是压砂地的更新，即翻起掉老化田地的砂石，对砂石进行处理。从新穴处重新铺设砂地或种植其他作物，轮作后再进行新沙石铺设。这种做法劳动工序多，劳动强度大，砂土分离工艺相对比较复杂。每更新一次的成本较高并且对田地可持续利用有不利影响。本文根据压砂地种植特点，在荒地中铺设不同覆盖材料种植西瓜，通过几种不同覆盖材料种植比较，以期探索替代传统压砂地耕作与种植西瓜的新思路，促进压砂瓜产业的可持续发展。

1 试验材料与方法

1.1 覆盖材料选择

覆盖材料选择时充分考虑实用性、经济性与耐久性，并且最大程度接近西瓜产地砂石材料。所以试验选取西瓜产地砂石浇筑混凝土板材，沥青席，塑料膜。其中针对当地砂石浇筑混凝土板材进行了不同配方的试验对比，基于降低混凝土板材造价目的，依据粉煤灰混凝土应用技术规范[8]，添加不同比例的粉煤灰。浇筑时使用P.O32.5水泥，水灰比0.55，试件100 mm×100 mm×100 mm，依据普通混凝土力学性能试验方法标准[9]与蒸压加气混凝土性能试验方法[10]对试件进行轴心压力与抗冻性能试验，配方及试验结果见表1。

表1 不同配比混凝土块材力学性能Tab.1 Mechanical properties of different ratio of concrete slab

混凝土板材规格选择500 mm×500 mm×30 mm与500 mm×500 mm×40 mm，在浇筑板材时，配方1与配方2板材表面性状良好，配方3与配方4板材在凝结初期表面出现大量裂缝，已不宜使用。综合考虑经济性与耐久性，本次试验选择配方2。为进一步对比大掺量粉煤灰混凝土板材耐久性，试验中同时应用不添加粉煤灰混凝土板材。

1.2 试验方法

试验种植设在中卫市香山乡红圈子村核心试验站西瓜试验示范区。采用在相同种植条件下，通过在荒地上铺设不同覆盖材料，观测西瓜生长过程不同深度土层水分变化、不同覆盖材料下温度变化、不同覆盖材料下西瓜光合作用变化以及不同覆盖方式下节水灌溉方法、机械耕作方法研究，以期对不同覆盖材料条件下西瓜种植进行规律性研究并对比裸地种植。试验设置7种不同处理，各种处理以不同覆盖材料铺设于田间，所选不同铺设材料配方及规格见表2。

表2 不同处理铺设材料及方法Tab.2 Mulch material and method of different treatment

图1 覆盖铺设示意图Fig.1 Mulch motioned illustrate

图2 测点布置图Fig.2 Equipment layout

图1为覆盖材料田间铺设方法示意图，图2为不同铺设材料田间测点布置图，每种处理在TDR测点附近选同列连续3株作物测量光合作用。试验主要内容：①通过TDR观测方法及取土烘干法比较不同覆盖条件下土壤不同深度水分的变化。②不同覆盖材料下土壤表面放置地表温度计，比较不同覆盖材料及荒地土壤表面温度变化。③观测不同覆盖条件下西瓜根部及果实生长生理变化。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖条件下土壤水分对比

图3为不同覆盖材料下土壤在降雨前后条件下0～40 cm深度范围内平均含水量(质量比)的变化。TDR观测点在覆盖物正下方，距离植株75 cm。

图3 不同覆盖材料下降雨前后土壤含水量对照Fig.3 Soil water content before and after the rain under different mulch

由图3及表3统计分析显示,砂石覆盖(F处理)降雨后的水分保持能力极显著地高于处理A 、B、D、E、G(P<0.01)，利用混凝土块材覆盖(处理A、B、C)保水能力显著地高于其他处理(P<0.05)，且极显著地高于处理G(P<0.01)，其他各组之间无显著差异(P>0.05)。因此，相同降水条件下， F处理(压砂地)水分下渗及保墒效果最好，A、B处理(混凝土块材)同时具有良好的水分下渗。A、B、C处理同时具有良好的保水性能。G处理(荒地)水分下渗虽然较快，但其土壤水分减小也较大。

表3 不同覆盖材料下降雨前后土壤含水量分析Tab.3 Analysis of Soil water content before and after the rain under different mulch

注：表中同列数据肩标大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)，小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。

2.2 不同覆盖条件下作物光合速率对比

表4为几种不同覆盖材料条件下作物一天内的光合速率对比表，通过统计分析比较可以看出在一天之内，不同覆盖材料下的西瓜光合作用都表现为早上8点左右速率提高，到达10点左右达到一个峰值。中午12点左右有所下降，下午2点左右再次上升到一个峰值以后逐渐下降。由统计分析结果显示，各处理光合速率之间无显著差异(P>0.05)，不同覆盖材料下西瓜光合作用规律基本一致。因此不同覆盖材料对于西瓜光合速率没有显著影响。

表4 不同覆盖材料光合速率对比表 μmol/( m2·s)

2.3 不同覆盖条件下土壤表面温度对比

图4为不同覆盖材料下的地表温度在24 h内的变化，图中横坐标表示上午8点至次日上午8点，观测间隔2 h。地表温度计设置在覆盖材料下距材料边缘10 cm宽处的土壤表面。图5为不同观测日每天下午14点时(即每天地表温度最高时)不同覆盖材料下的地表温度。

对比同一观测日24 h地表温度变化可以看出，块材覆盖处理与砂石覆盖处理覆盖材料下地面温度最接近。对比不同测量日期内下午14点时不同处理下的地表温度，当测量日地表最高温度低于30 ℃时，不同处理下的土壤表面温度没有明显差距，而当测量日地表最高温度高于30 ℃时，由统计得出，处理G显著地高于处理E(P<0.05)，极显著地高于处理A、B、C、F(P<0.01)，处理A、B、C极显著地高于处理F(P<0.01)，其他各组之间无显著差异(P>0.05)。结果表明砂石覆盖下土壤表面温度明显低于其他处理，而A、B、C处理下的地表温度与砂石覆盖最接近，大气温度越高差距越大。

图4 24 h内不同覆盖及裸地地表温度变化Fig.4 The surface temperature changes within 24 hours under different mulch

2.4 植物根系

图6～图8是不同处理下西瓜根系图片。通过测量发现不同处理下西瓜根系存在生长差异。西瓜根部根系分枝6～10根，其中砂石覆盖下根系分枝最多。根系范围在种植土面竖直0～30 cm，水平0～100 cm范围内，此范围外根系很少。根系基本向斜下方延伸，但分支走向不一定全部向下，变化较大。其中荒地西瓜根系土深最小，基本在0～20 cm，根部分枝基本水平延伸。所有处理的西瓜根系水平方向在50～60 cm处在再一次分叉。砂石覆盖下西瓜根系最发达，分支最多。混凝土板覆盖下根系与其非常接近，荒地下根系分布明显小于前两种处理。

图7 混凝土板覆盖下西瓜根系Fig7 Watermelon root system under the slab mulch

图8 荒地西瓜根系Fig.8 Watermelon root system without mulch

2.5 生理指标

表5为不同处理的西瓜产量等相关生理参数对照表，统计分析结果显示，产量：处理A、F极显著地高于其他各处理(P<0.01)，处理C极显著地高于处理E、G(P<0.01)，显著地高于处理B、D(P<0.05)，处理B极显著地高于处理E、G(P<0.01)，处理D极显著地高于处理G(P<0.01)，显著地高于处理E(P<0.05)，其他各组之间无显著差异(P>0.05)。西瓜纵径：处理F显著地高于处理D、E、G(P<0.05)，其他各组之间无显著差异(P>0.05)。对于西瓜横径、西瓜皮厚、西瓜心糖、西瓜边糖等生理指标，各处理间无显著差异(P>0.05)。

表5 不同处理的作物生理指标对比Tab.5 Crop physiological indexes of different treatment

3 结 语

采用在相同种植条件下，通过在荒地上铺设不同覆盖材料种植西瓜试验，可总结以下结论：

(1)对于土壤水分及土壤表面温度而言，砂石覆盖的压砂地对于40 cm以上深处土壤保水性能与土壤保温隔热性能最优。铺设60%粉煤灰替代水泥的混凝土板材(A、B处理)对于40 cm以上深处土壤保水性能与土壤保温隔热性能最接近砂石覆盖层且优于试验中铺设的其他3种覆盖材料。

(2)以40 mm厚60%粉煤灰替代水泥的混凝土板材(A处理)覆盖种植西瓜产量与传统离散砂石覆盖方式压砂地产量最接近，其保墒性能也最接近压砂地(处理F)。在产量较高的3种处理中，具有较好的投入产出比。

(3)不同覆盖材料下西瓜的光合作用及西瓜皮厚、西瓜心糖、西瓜边糖生理指标没有明显差距，不受覆盖材料的影响。

通过试验数据整体分析比较可以看出，在荒地铺设混凝土板材连续型覆盖材料种植西瓜相对于传统砂石覆盖压砂地种植西瓜在西瓜产量及生理指标方面没有明显差别，同时易于克服离散型覆盖材料的传统压砂地砂土混合及老化问题，并且不会影响土壤结构。比传统压砂地更容易恢复土壤原貌与实现轮作种植，克服重茬病害问题。比较试验中几种覆盖材料，以当地砂石为集料同时以60%粉煤灰替代水泥的混凝土板具有良好的经济性、耐久性、土壤保温性及土壤保水性，同时对于西瓜生理指标没有不利影响。此种材料覆盖荒地种植西瓜为改善传统压砂地问题提出新的思路，具有良好的发展潜力。

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[9] GB/T 50081-2002，普通混凝土力学性能试验方法标准[S].

[10] GB/T 11969-2008，蒸压加气混凝土性能试验方法[S].