新引进品种压砂地栽培对西瓜光合产量及水分利用效率的影响

赵相宇田军仓马波

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

中卫市环香山地区长年干旱少雨，气候干燥适宜瓜类作物生长，因此人们针对当地气候特征，因地制宜选择种植压砂地西瓜、甜瓜[1]。压砂地亦称砂田，是将卵石、砾、粗砂和细砂的混合体或单体铺设田块表面，厚度约为5～16cm，并种植西瓜、甜瓜等经济作物[2]。压砂地是中国西北干旱、半干旱地区独特的抗旱保墒耕作形式，是人们长期生产实践的智慧结晶。其是土壤覆盖和减少土壤水分损失的技术之一，在水资源短缺和土壤盐渍化现象日趋严重背景下，适应干旱少雨及盐碱地创造的旱农耕作方法[3]。我国砂田主要分布在降雨偏少的甘肃省中部，以兰州市为中心的干旱、半干旱地区以及青海、新疆和宁夏的部分地区[4]。在世界上其它地区降水稀少并且干旱少雨的地方也有砂田，如法国南部的Montpellier，美国的Texas、Montana and Colorado,瑞士的Chamoson，以及南非等[5-7]。

宁夏中部干旱带不同育苗模式下种植品种单一，目前压砂地西瓜种植品种80%为“金城5号”[1,8-11]。针对多年来引进品种产量和品质难等问题，通过前期文献查阅和专家咨询，计划选取生长环境适应性强、耗水量低、不易畸形、品质高的4个品种西瓜(品种代号“NK-TM”、“R-18”、“N-08”、“DD-87”)作为新引进品种进行研究，通过一个全生育期，观测需水、需肥规律，在相同灌水定额和施肥条件下，研究这4个品种西瓜嫁接苗和自根苗产量、品质的差异性。以期为宁夏中部干旱带压砂地持续利用、西瓜优质稳产提供理论基础及技术支撑，为旱区水资源高效利用学术发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于宁夏中卫市沙坡头区香乡镇红圈村尹东自然队，N36°59′54″，E105°13′26″，海拔1710m。地处宁夏中部干旱带环香山地区，温带大陆性气候，年平均降雨量183～200mm，多集中于7—9月，全年无霜期155d。年蒸发量2100～2400mm，是降雨10倍多。全年平均日照时数为2600～2700h，日照充足，水资源紧缺。试验小区以行为单位，每个小区长5.6m，宽1.6m，栽植7株西瓜，每个小区面积为8.96m2，将西瓜苗移植在土中，铺设流量为2L·h-1的滴灌带，灌水器间距为30cm。以西瓜种植位置连线为中轴线覆盖宽度为80cm的透明地膜。

所选试验田为表层覆12cm的砂砾石，耕层土壤类型为沙壤土，耕层土壤>100cm，0～40cm土壤容重1.36g·cm-3，田间持水率为22.1%(质量百分数)，最大冻土层深1.0m。pH值为8.89，全盐0.32g·kg-1，有机质8.14g·kg-1，有效磷7.39g·kg-1，碱解氮27.89mg·kg-1，有效钾213.86g·kg-1。于播种前1d(4月30日)施底肥，底肥配方为有机肥1200kg·hm-2、复合肥20kg·hm-2、磷酸二铵10kg·hm-2。

1.2 试验设计

研究采用2因素对比试验设计，2个因素分别为品种和育苗技术。新引进4个品种分别为“NK-TM”、“R-18”、“N-08”和“DD-87”，每个品种选取2种育苗方式，即自根苗和嫁接苗。自根苗是将西瓜籽在育苗盘基质中直接播种，待其发芽生长至10cm高、4叶1心时进行移植。嫁接苗为在育苗盘播种南瓜(葫芦科)种子，待其发芽生长至5cm高、2叶1心时采用插接技术进行嫁接。试验共8个处理、每个处理3次重复，共24个小区。T1～T4处理为4个品种的自根苗，T5～T8处理为4个品种的嫁接苗。

试验灌溉水为距试验区200m处的地下水，水井深100m，原水矿化度为4067mg·L-1，灌溉用膜处理后的净化水，矿化度为223.15mg·L-1。灌水定额，5月5日为120m3·hm-2，5月17日为120m3·hm-2，6月4日为240m3·hm-2，6月19日为240m3·hm-2，6月30日为240m3·hm-2，7月8日为240m3·hm-2，7月14日为240m3·hm-2，7月22日为90m3·hm-2。

1.3 观测项目及方法

1.3.1 环境因子

在试验点安装HOBO便携式气象(美国Onset公司)，传感器包括地表温度、降雨量、温度、湿度、日照、辐射等，可获得地表温度、降水量、日最高及最低气温、日平均气温、日照时数、每日平均相对湿度等。

1.3.2 形态指标

蔓长和茎粗，方法为挂牌分别使用卷尺和游标卡尺进行测量，蔓长的测量部位是从主茎基部处起至生长点，茎粗测量位置是主茎基部第1节位，每个处理选定3株进行测量。

1.3.3 光合作用指标的测定

叶绿素(SPAD)含量：采用便携式SPAD-502叶绿素仪测定各个处理西瓜主蔓上第5～7片的叶绿素含量，每一处理至少取3株，每株测5片叶子求其平均值。

采用LI-6800新一代光合-荧光测定系统分别于6月22日(西瓜开花坐果期)和7月5日(西瓜膨大期)选择位于坐果节位附近生长状况良好的叶片固定测量。选择晴朗无云的天气，从8∶00—20∶00每间隔2h测定1次，测定不同处理的叶片胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)等指标。每个小区固定叶重复3次，取平均值作为结果，选择9∶00—11∶00的数据，并计算叶片水分利用效率。计算公式:

WUE=Pn/Tr

(1)

式中，WUE为叶片水分利用效率，μmol·mol-1；Pn为净光合速率，μmol·m-2·s-1；Tr为蒸腾速率，mmol·m-2·s-1。

1.3.4 果实产量指标

至西瓜果实成熟期采收，将西瓜果实按不同处理小区统一采摘，将每个处理的西瓜用天平称量其重量，然后依据每公顷的种植密度折算产量。

1.4 数据分析

统计分析数据运用SPSS 26，显著性检验和方差分析用Tukey法和LSD法(α=0.05)，并将分析结果用Microsoft Excel 2018和Origin 2018绘制成图。

2 结果与分析

2.1 新引进品种压砂地栽培对西瓜植株生长的影响

如图1所示，苗期，西瓜主蔓和茎粗以营养生长为主，通过西瓜叶片光合作用合成碳水化合物，积累作物生长所需干物质，积累量的多少直接反映在蔓长和茎粗的变化上[12,13]。伴随着生育期的进行，各个处理西瓜蔓长和茎粗逐渐增大，但是不同的处理表现不同。5月17日—6月15日(苗期至伸蔓期)，T5和T6处理增长速度最快，分别增涨了236%和231%，T1和T3处理增长速度最慢，分别为125%和184%。蔓粗的增长表现相同，T5、T6、T7和T8的蔓粗增长比较快，其它处理蔓粗增长较慢，从整个生育期来看，这个阶段蔓长和茎粗生长速度最快。6月15—25日(伸蔓期至开花结果期)，各个处理灌水量增加及滴灌频率改变，各处理蔓长和茎粗显著增加，产生了补偿效应。在此阶段内与前一阶段呈现不同形式，其中T1、T2、T3和T4处理蔓长增长速度范围在70%～82%，明显高于T5、T6、T7和T8处理蔓长增长速度范围在33%～57%，茎粗的表现与此相同。6月25日—7月1日(开花结果期至膨大期)，该阶段是营养生长向生殖生长转变的关键阶段，各个处理的蔓长和茎粗开始逐渐放缓，其中T1、T2、T3和T4处理放缓的速度明显高于T5、T6、T7和T8处理，这可能受育苗方式的影响，接嫁方式能满足作物一部分营养生长和大部分生殖生长所需的能量需求，而自根方式在这方面没有优势。7月1—29日(膨大期至成熟期)，蔓长和茎粗的增长趋势进一步放缓，表明此时西瓜果实生长抑制了作物的营养生长，至西瓜成熟期，T5、T6、T7和T8处理蔓长和茎粗生长趋势优于T1、T2、T3和T4处理。从西瓜伸蔓期到果实膨大期，T5、T6、T7和T8处理较T1、T2、T3和T4处理，在西瓜根系发达状况、生长速度和代谢效率方面表现优异，所以蔓长和茎粗增长较快，各处理间的差异逐渐显著。

2.2 新引进品种压砂地栽培对西瓜光合作用的影响

2.2.1 新引进品种压砂地栽培对西瓜光合参数的影响

适宜的西瓜品种可以提高植株光合能力和叶片水分利用效率，西瓜品种差异在不同育苗技术下也会对光合作用和叶片水分利用效率产生影响[14,15]。从表1可知，开花结果期各处理之间，T5、T6、T7和T8处理植株净光合速率、气孔导度、蒸腾速率相近，且显著高于其它处理植株；开花结果期各处理之间，T1、T2、T3和T4处理植株净光合速率、气孔导度、蒸腾速率相近，且显著高于其它处理植株；在叶片水分利用效率方面，T1和T4处理具有较低的叶片水分利用效率，而T6处理则较高，其它各处理之间无显著差异。西瓜开花坐果期是营养生长向生殖生长转变的关键阶段，与开花结果期相比整体的净光合速率和叶绿素含量明显上升。西瓜果实膨大期主要以果实增长为主，需水量较大，果实膨大期光合作用旺盛，加快有机物合成。该时期西瓜植株与开花坐果期相比也有所提高，而胞间CO2浓度与前一个时期相比呈明显的降低趋势。不同处理西瓜植株净光合速率、气孔导度和蒸腾速率明显不同,T5、T6、T7和T8处理西瓜植株蒸腾速率较高，而T1、T2、T3和T4处理西瓜植株蒸腾速率较低。叶片水分利用效率与蒸腾速率呈现一样，T5、T6、T7和T8处理植株具有较高的水分利用效率，且T6和T7叶片水分利用效率较高，分别为5.25和5.15。从表3可知，西瓜2个生育期，品种及育苗方式对西瓜光合参数的影响存在显著性差异(P<0.05)，表现为嫁接处理明显高于自根处理。

2.2.2 新引进品种压砂地栽培对西瓜叶绿素(SPAD)含量的影响

由表2可知，不同品种在不同育苗方式下对不同生育期西瓜叶片SPAD值的影响不同。随生育进程呈先增加后降低趋势，峰值出现在开花坐果期，至成熟期后逐渐降低。苗期和开花坐果期T7处理西瓜叶片SPAD值显著高于其它处理，膨瓜期和成熟期T8处理西瓜叶片的SPAD值显著高于其它处理，伸蔓期T6处理西瓜叶片SPAD值最高。

苗期至伸蔓期T5处理叶片的SPAD增长速率最快，达到15.8%，而伸蔓期至开花坐果期T5处理叶片的SPAD值增长速率最快，达到16.8%。在开花坐果期至膨瓜期各个处理的SPAD值都有明显下降，平均下降了6%。伴随着西瓜的逐渐成熟，不同品种在自根育苗下，T1、T2、T3、T4处理叶片的SPAD分别下降了13.5%、13.5%、14.6%、11.3%,其中T4处理叶片的SPAD值降低幅度明显低于其它3个处理；不同品种在嫁接育苗下，T5、T6、T7、T8处理叶片的SPAD分别下降了8.0%、9.5%、9.5%、10.5%,其中,T8处理叶片的SPAD值降低幅度最大，T6、T7处理降低幅度次之，降低幅度最低为处理T5。从开花坐果期到成熟期，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8处理叶片的SPAD值分别下降了17.8%、18.0%、18.5%、17.2%、14.4%、15.5%、15.8%、15.7%，嫁接苗4个品种维持较高的SPAD值，可延长光合作用时期，为西瓜的膨大提供较充足的营养物质，而自根苗下SPAD值下降幅度比嫁接苗下的4个品种下降幅度大，不利于西瓜的生长，有可能降低西瓜的水分利用效率、品质和产量[16,17]。

表1 不同处理对新引进品种西瓜光合参数的影响

表2 不同处理对新引进品种西瓜生育期叶片叶绿素含量的影响

2.3 新引进品种压砂地栽培对西瓜产量和水分利用效率的影响

新引入品种西瓜压砂地种植，如果没有达到相应的产量则直接影响农民的收入，同时控制水分的利用效率也起重要作用[18]。对于4个品种西瓜，嫁接苗相比自根苗产量差异明显(P<0.05)，其中西瓜品种为“R-18”嫁接比自根方式下产量高，差异最大，产值为34702.29kg·hm-2。在相同灌水量下，T2处理和T3处理西瓜产量差异不明显(P<0.05)，T6和T7处理的西瓜产量较高。综上所述，从不同的育苗技术对西瓜干物质积累量的显著性影响来看，育苗技术对西瓜干物质积累量有显著性影响(p<0.05)。从不同的西瓜品质对西瓜物质积累量的显著性影响来看，西瓜品种对西瓜干物质积累量没有显著性影响(p>0.05)。T6、T7产量为43766.61kg·hm-2、41745.13kg·hm-2,且比最低产量的T2处理分别高出67.0%和59.0%。总体而言，在水肥一致条件下，嫁接苗比自根苗对相同和不同品种西瓜产量显著提高。

从实际需水量来看，T5、T6、T7和T8实际需水量比T1、T2、T3和T4平均高出10.12%，其中，实际需水量最高的是T6，为3854.70m3·hm-2，实际需水量最低的是T4，为3347.25m3·hm-2，但是在灌溉水分利用效率和水分生产效率2个方面，T5、T6、T7和T8比T1、T2、T3和T4平均高出10.13%和31.2%，灌溉水分利用效率和水分生产效率最好为T6和T7，灌溉水分利用效率分别为28.61kg·hm-2和27.28kg·hm-2，水分生产效率分别为11.39kg·hm-2和11.06kg·hm-2。而作物系数方面，T5、T6、T7和T8的作物系数(0.76～0.78)明显高于T1、T2、T3和T4作物系数值(0.68～0.73)。

表3 新引进品种西瓜压砂地育苗不同处理西瓜产量、灌溉水分利用率和水分利用率

3 讨论与结论

传统压砂瓜种植法是将西瓜种子在发芽后直接种植到大田土壤中，直播种植西瓜苗抗病率低，而嫁接育苗方式已被用于预防枯萎病，耐极端温度，对盐渍土壤的抵抗力以及增加作物对水肥的吸收[19-21]。本试验发现育苗方式对作物的生长和发育起着关键作用，与刘晓雨[22]的发现相似，对于4个日本品种西瓜，随着生育阶段进行自根苗出现整个植株的患病死亡，而嫁接苗出现整个植株的患病死亡比较少见。茎粗和蔓长是衡量植株生长状况的直接表现，反映了植株运输营养物质及水分的能力[23,24]。4个日本品种西瓜在嫁接苗下，茎粗和蔓长随着生育期进行增长速度比自根苗快，这与张笑[25]和曹备[26]发现在水肥一样的情况下，不同或者相同品种西瓜在嫁接苗比自根苗在茎粗和蔓长上表现优异。

本研究西瓜净光合速率、气孔导度、叶片水分利用效率均在嫁接水平上表现最佳，嫁接处理蒸腾速率较高，胞间CO2浓度最低。诸多研究得到了相似的结论，如华斌[27]等发现，嫁接苗有利于促进西瓜植株生长，光合能力最强，最有利于同化产物的积累；叶绿素是植物进行光合作用的基础，叶绿素量的高低在一定程度上也可间接反映作物光合作用的强弱[28]。光合能力强，株高、茎粗等生长指标生长势良好，叶绿素量与植物生长发育密切相关，光合作用与叶绿素量呈正相关[29]。4个日本品种西瓜在嫁接方式下叶片SPAD值显著高于自根模式，这与吴祯[30]等发现相似，SPAD值较高有利于干物质的产生，进而影响干物质的形成与积累，从而增加西瓜重量，具有更大经济效益。

小型西瓜产量和水分利用效率是影响农民是否种植的关键性因素，是评价小型西瓜种植方式是否科学高效的重要依据。4个日本品种西瓜在嫁接方式下提高西瓜的用水效率，这与Ngwepe[31]在嫁接西瓜的遗传改良研究进展回顾得到相同结果。

因此，对于4个日本品种西瓜压砂地育苗方式不同情况下，综合植株生长指标、生理指标和灌溉水分利用效率，在该区域可推荐种植“N-08”西瓜品种嫁接苗方式。研究只进行了1a的试验，结果可靠性有待长期的试验结果进行验证。除此之外，试验仅对地上部分的作物生长指标进行了观测，而地下部分土壤和作物根部没有深入涉及，并且本次试验没有进行灌溉梯度区分的研究，因此有待于下一步进行研究。