温室无土栽培废液对西瓜生长及品质的影响

丁小涛,张帅磊,褚英琪,何立中,王 虹,周 强,余纪柱

(上海市农业科学院,上海市设施园艺技术重点实验室,上海都市绿色工程有限公司,上海201403)

西瓜为葫芦科西瓜属一年生草本植物,广泛分布于热带和亚热带地区,其果肉甘甜多汁,清爽解渴,具有祛暑利尿的作用,是人们非常喜欢的水果之一[1]。 据统计,我国西瓜栽培面积已超过200 万hm2,产量占世界西瓜总产量的60%以上,是世界上西瓜生产规模最大的国家[2]。 现代温室茄果类蔬菜无土栽培方式为水肥一体化灌溉,需要进行营养液的超量灌溉,温室每天的排液量一般占总灌溉量的20%—30%[3],这些排出的营养液即废营养液,俗称为废液或排液。 目前,我国现代温室蔬菜无土栽培的面积较小,但随着我国经济的发展和人们消费水平的提高,现代智能温室栽培面积将逐年增加,温室无土栽培废液的循环利用也成为亟待解决的问题[4]。 据此,本试验以西瓜为材料,开展温室无土栽培废液循环利用的研究,以期为温室营养液的充分利用及减少环境污染和资源浪费探索新的途径。

1 材料与方法

1.1 材料

试验在上海市崇明区港沿镇国家设施农业工程技术研究中心崇明基地进行,所用西瓜品种‘圣女红’‘黄晶’和‘黑津’均由上海市农业科学院设施园艺研究所提供。 2019 年2 月12 日,将不同品种西瓜种子浸种8 h 后,用毛巾包好放入30 ℃培养箱中进行发芽,待芽长0.5 cm 时播种至32 孔穴盘中,以椰糠作为育苗基质。

试验在塑料大棚中进行,大棚东西走向,长、宽、高分别为32 m、8 m、3.3 m。 整地施用“狮马牌”复合肥10 kg(N-P-K=15-15-15,上海市农业生产资料有限公司提供),坐果后再次追施此复合肥10 kg。2019 年4 月2 日,西瓜幼苗三叶一心时定植,株距0.25 m,行距4 m。 定植后即搭建小拱棚(宽1 m,高0.6 m),前期用薄膜进行多层覆盖。

1.2 试验设计与方法

将栽培大棚分成18 个小区,小区面积约14 m2,每个小区随机选择5 株进行标记。 试验设置6 个处理,每个处理3 个小区,随机排列,分别为:(1)‘圣女红’清水灌溉(对照,CK-圣),(2)‘圣女红’温室无土栽培废液灌溉(FY-圣),(3)‘黄晶’清水灌溉(对照,CK-黄),(4)‘黄晶’温室无土栽培废液灌溉(FY-黄),(5)‘黑津’清水灌溉(对照,CK-黑),(6)‘黑津’温室无土栽培废液灌溉(FY-黑)。 废液为玻璃温室岩棉无土栽培番茄的灌溉排液,EC 值3.4 dS∕m、pH 6.1,4 月18 日进行第一次灌溉,5 月2 日、5 月19 日分别进行第二次、第三次灌溉;每次每株灌溉无土栽培废液1 L,对照灌溉清水1 L。 植株均采用双蔓整枝,主蔓选第2—4 雌花留一坐瓜,侧蔓坐瓜后摘心,于4 月28 日—5 月3 日进行人工授粉并作标记,挂牌后标记授粉日期,其他田间管理按常规方法进行。 5 月底至6 月初全部采收,测定果实品质和产量。

1.2.1 不同处理西瓜主蔓长、粗的测定

分别于第一次灌溉后1 d、7 d、13 d、19 d、25 d 测量不同处理的西瓜主蔓长、粗,每次每个小区测量3 株。

1.2.2 不同处理西瓜叶片气体交换参数的测定

使用LI-6400 型光合仪(Li-Cor Inc.,Lincoln,NE,美国)在西瓜采收前测定西瓜叶片的气体交换参数,选择新展开的最大功能叶进行测定,气体交换参数包括净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr),测定时的光量子通量密度设置为600 μmol∕(m2·s),温度、湿度、CO2浓度为温室的自然条件。 所有处理重复测定5 次。

1.2.3 不同处理西瓜品质相关参数的测定

纵切取不同部位西瓜瓤混合后用于品质指标测定,果实可溶性固形物含量使用PAL-1 便携式数显折射计(日本ATAGO 公司)分别测定中心糖和边糖含量;可溶性糖、可溶性蛋白、总酚和类黄酮含量参考曹建康等[5]方法测定。

1.2.4 不同处理西瓜果实大小、质量和产量的测定

西瓜收获后,每处理随机选取6 个正常西瓜,用游标卡尺测量单瓜横、纵径,电子秤称取单瓜质量,计算小区产量。

1.2.5 统计分析

使用SAS 9.3 软件对数据进行统计分析,结果以平均值± 标准差表示;使用Origin 7.5 软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 无土栽培废液对西瓜主蔓长和粗的影响

如图1 所示,无土栽培废液灌溉西瓜后,不同生长时间3 个品种西瓜的主蔓长、粗均有所增加。 西瓜主蔓长不断增加,但所有处理之间差异不明显;主蔓粗在废液浇灌后7 d 和13 d 时略有降低,浇灌后19 d和25 d 时又逐步增加。 无土栽培废液对不同品种西瓜主蔓长的增加效果较好。

图1 无土栽培废液灌溉后不同品种西瓜主蔓长、粗的变化Fig.1 Changes of plant main vine length and thickness of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

2.2 无土栽培废液对西瓜叶片气体交换参数的影响

从图2 可以看出,无土栽培废液灌溉西瓜后,不同品种西瓜叶片的净光合速率有所增加,但与对照差异不显著;同样,处理后不同品种西瓜叶片的气孔导度、胞间二氧化碳浓度与对照差异不显著;‘黑津’叶片的蒸腾速率最高,‘圣女红’最低,3 个品种间差异显著,但同一品种不同处理西瓜叶片的蒸腾速率差异不显著。

图2 无土栽培废液灌溉后不同品种西瓜叶片气体交换参数的变化Fig.2 Changes of gas exchange parameters in leaves of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

2.3 无土栽培废液对西瓜果实品质的影响

无土栽培废液灌溉可明显提高不同品种西瓜果实的品质(图3)。 与对照相比,‘圣女红’和‘黑津’果实的中心可溶性固形物(中心糖)和边际可溶性固形物(边糖)含量在处理后显著增加,‘黑津’果实的可溶性糖含量显著增加。 废液灌溉增加了3 个品种西瓜果实的可溶性蛋白含量,但与对照差异均不显著;同时,废液灌溉显著提高了‘圣女红’和‘黄晶’果实的总酚和类黄酮含量。

2.4 无土栽培废液对西瓜果实大小和产量的影响

从图4 可以看出,无土栽培废液灌溉西瓜后,不同品种西瓜果实的纵径、横径均有所增加,但与对照差异不显著,‘黑津’果实的纵径、横径最小。 废液灌溉使‘圣女红’和‘黄晶’的单果质量和产量显著增加,其产量较对照分别增加了8.6%和6.1%。

图3 无土栽培废液灌溉后不同品种西瓜果实品质相关参数的变化Fig.3 Changes of fruit quality related parameters of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

图4 无土栽培废液灌溉后不同品种西瓜果实纵横径、单瓜质量和产量的变化Fig.4 Changes of fruit vertical and horizontal diameter,single fruit weight and yield of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

3 结论与讨论

试验发现,无土栽培废液灌溉后,不同生长时间西瓜的主蔓长和粗虽然有些增加,但差异不明显,说明无土栽培废液对促进西瓜植株营养生长的效果有限。 光合作用是植物最基本的生理活动,为植物生长发育提供必要的同化物质,保持正常的光合作用是植物生长发育的必要条件[6]。 本研究中,不同处理西瓜叶片净光合速率差异不显著,均非常大,说明各处理西瓜叶片生长均很好,无土栽培废液灌溉没有使西瓜叶片的光合作用受到明显的影响。

西瓜果实的糖、可溶性蛋白、总酚、类黄酮含量是评价西瓜品质的重要指标[7-9]。 无土栽培废液灌溉处理后,不同品种西瓜果实的边糖和中心糖含量均有所提高,其中‘圣女红’和‘黑津’为显著提高。 不同处理西瓜果实的可溶性糖、可溶性蛋白含量也有所增加,其中‘黑津’果实的可溶性糖含量为显著增加,表明无土栽培废液灌溉对提高西瓜果实中的糖含量有一定作用。 杜少平等[10]研究发现,适当调整施肥措施,有利于西瓜果实品质提升。 果蔬组织中存在着大量的酚类物质和类黄酮等植物次生代谢产物,它们与果蔬的色泽、品质和风味、抗逆性等关系密切,黄酮类化合物具有抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、降血脂的功效,对减少自由基的产生和清除自由基有一定的作用,即抗氧化作用;酚类物质具有良好的抗氧化、降血脂等作用;酚类物质、类黄酮含量高低是果蔬营养价值和医疗保健作用的重要体现[11-12]。 本试验中无土栽培废液灌溉后,不同品种西瓜果实的总酚含量和类黄酮含量均有所增加,其中‘圣女红’和‘黄晶’为显著增加,说明温室无土栽培废液对西瓜果实品质的改善有明显作用。

西瓜栽培生产中,种植者会通过各种方式增加西瓜产量[13-15]。 本试验中无土栽培废液使‘圣女红’和‘黄晶’的单瓜质量和产量均显著增加,‘黑津’产量增加不显著,这可能与品种有关。 总体来看,灌溉无土栽培废液可提高西瓜产量。

温室无土栽培废液的有效利用一直是困扰设施生产的重要问题,废液利用关系到肥料配方的改进、废液的添加比例、营养液的消毒等问题。 本研究表明,将无土栽培废液直接灌溉大棚土壤栽培的西瓜,可以促进不同品种西瓜的生长,西瓜果实的品质有所改善,产量也有一定提高。 本研究对促进西瓜生产和经济效益的提升,尤其是在较为贫瘠的土壤地区,有重要意义。 “现代温室番茄-土壤西瓜”营养液串级利用的模式,可为探索无土栽培营养液的充分利用提供新的途径。