灌水频率和灌水量对温室黄瓜产量、品质及灌溉水利用效率的影响

摆虹霞，张亚红，2，马小连，黄嘉俊

（1.宁夏大学农学院，银川 750021；2.宁夏大学食品与葡萄酒学院，银川 750021）

0 引言

【研究意义】黄瓜是我国北方冬春季节温室栽培的主要蔬菜，也是耗水量最大的蔬菜之一[1-2]。水分亏缺已成为限制黄瓜产量提高重要因子，也是影响干旱、半干旱地区农业生产和生态环境改善的重要因子[2]。目前需要解决如何充分利用有限灌水达到作物优质高产。而黄瓜要达到优质高产需要有合理的灌水量和灌水频率，其组合优劣直接影响土壤中水分运移，影响作物生长发育和产量形成[3]。研究灌水量和灌水频率对确立作物灌溉制度的有重要意义。【前人研究进展】王新元[4]、韩建会[5]、方栋平[6]研究表明，黄瓜产量与灌水量呈正相关，灌水利用效率则随灌水量的增加逐渐减少，黄瓜品质有下降的趋势，黄瓜干物质累积量随灌水量的增大呈增大的趋势。毋海梅[7]研究表明，随着灌水量的减小，温室黄瓜产量呈降低趋势。刘淑艳[8]研究提出，坐果期灌水间隔为1 d有利于产量形成。郭文忠[9]等研究发现，高频灌水（6 d）对于增加干物质积累效果最好，中频灌水（3 d）产量最高。而杨冬艳[10]认为黄瓜结果期适宜的灌溉间隔为7 d，降低灌溉频率，能够促进秋冬茬黄瓜根系生长量增加，促进果实中糖含量的积累，有利于黄瓜坐果，产量增加。郭生虎[11]研究表明黄瓜基本上呈现为开花期和初瓜期需水量小、盛瓜期需水量大、后期小的规律，需水高峰出现在结瓜盛期。李道西[2]研究表明，灌水量的增加会提高表层土壤含水量，灌水频率的增加会减小表层土壤含水量，但会提高深层含水率。【本研究切入点】目前，对西北地区滴灌施肥条件下灌水量和灌水频率对黄瓜生长、产量和品质影响的研究还较少，何华[12]、王巨媛[13]等试验大多以盆栽为主。需研究灌水频率和灌水量对黄瓜根系土壤水分分布及生长的影响【拟解决的关键问题】比较分析不同灌水频率和灌水量耦合对日光温室黄瓜产量、灌溉水利用效率及生长及果实形态指标，研究黄瓜在不同生育期的水分需求和产量的形成，为西北地区水果黄瓜的栽培种植提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

以黄瓜品种黄乳4号为材料（宁夏天源种业有限公司选育）。试验于2020年3～7月在宁夏回族自治区宁夏园艺产业园进行。温室为西北试-VII型日光温室，东西走向长度80 m，南北跨度10 m，脊高4.3 m，后墙高3.7 m，东西山墙及北墙中部为1.5 m厚土梯形捣墙。E105°53′～106°36′，N38°26′～38°48′，属于中温带干旱气候区。≥0℃的积温为3 753.2℃，≥15℃的积温为2 629.9℃，年平均气温8.5℃左右，年平均日照时数2 800～3 000 h，年平均降水量200 mm左右[14]。土壤类型为灰钙土，土壤耕层（0～30 cm）pH值为7.53，有机质质量分数为12.1 g/kg，全氮质量分数0.98 g/kg，速效磷质量分数6.51 mg/kg，速效钾质量分数169.15 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

在日光温室中定植日期为2020年3月31日，拉秧日期为7月10日。黄瓜各生育期时间为幼苗期（4月1日～4月28日）、初瓜期（4月28日～5月10日）、盛瓜期（5月10日～6月25日）、末瓜期（6月25日～7月10日）。在温室灌溉条件下，设置灌水频率和灌水量的两因素随机区组试验，灌水频率和灌水量为：3个灌水频率D1（1 d）、D2（3 d）、D3（5 d）和3个灌溉定额W1（150 m3/667 m2）、W2（200 m3/667 m2）、W3（250 m3/667 m2），共9个处理，每个处理设2个重复，共计18个小区。小区长8.5 m，宽1.2 m，小区面积为10.2 m2。采用起垄种植的方式，垄宽为120 cm，两垄之间的距离为1.2 m，垄长8.5 m，垄台高20 cm，行距80 cm，株距27 cm，种植密度为2 875株/667 m2。水肥一体化装备为水箱（300 L）、水泵，滴管带滴头间距30 cm，每个处理安装水表水表（精度0.000 1）控制灌水，滴灌。前茬种植蔬菜为番茄，黄瓜生育期内施肥为定植期施底肥和苗期及瓜期追肥，种植前将各处理肥量的35%以底肥的方式施入，追肥按照花期追肥1次、初果期追肥2次和盛果期追肥5次，全生育期共追肥8次。施用肥料选用磷酸二氢钾、尿素和硝酸钾。在整个生育期各处理的施肥量和管理保持一致。图1

图1 黄瓜种植小区布置Fig.1 Layout of Cucumber Planting Area

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 土壤体积含水量测定采用TDR-3型土壤水分传感器实时连续监测土壤体积含水量。

1.2.2.2 株高和叶面积在黄瓜的各个生育期，每个小区内选取具有代表性的植株3株，用卷尺测定其株高；黄瓜叶面积测定叶长（LL）、叶宽（WL），以公式SL=0.5WL×LL+0.25×WL2，求算单叶叶面积（R2=0.984 6）[15]。

1.2.2.3 干物质量和产量测定在黄瓜的各个生育期，每个小区内随机选取具有代表性的植株3株，将根、茎、叶和果实分离，根用清水洗净，滤纸吸干表面水分，置于烘箱中105℃杀青30 min后，再75℃烘干至恒重，冷却后使用电子天平测定各部分干物质含量。自果实成熟时开始采摘，并用万分之一型电子天平称其单果重及总重量，连续采摘全生育期果实，累计黄瓜产量，根据单株产量核算单位面积产量。

1.2.2.4 黄瓜经济产量（Y，kg/667 m2）的测定。每小区选定一垄计产，记录每次摘瓜数及摘瓜质量，换算成每亩的产量即为黄瓜的经济产量。灌溉水利用效率（IWUE）以公式IWUE=Y/I计算得到。（Y：黄瓜总产量，I：总灌水量）。

1.2.2.5 黄瓜品质的测定VC含量采用钼蓝比色法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；有机酸通过酸碱中和滴定测定；可溶性固形物通过ATAGO-P32（Japan）手持折射仪测定。

1.3 数据处理

利用Excel 2010和Origin 8.0软件进行数据处理并绘图，利用SPSS 20.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 黄瓜生育期内空气温度的变化

研究表明，2020年3～7月期间，温室温度在22.6～43.9℃波动，平均35.4℃，最低温度在11.3～20.1℃波动，平均16.6℃，每日平均温度在19.7～30.0℃，平均日均温为24.4℃，活动积温为2 192.6℃。图2

图2 黄瓜生育期内温室空气温度变化Fig.2 Variation of greenhouse air temperature during cucumber growth period

2.2 灌水频率和灌水量对黄瓜土壤体积含水量的影响

研究表明，整个黄瓜生育期各处理的土壤体积含水量变化趋势基本一致，最大耗水量均出现在5月中下旬及6月上旬，此时段黄瓜由初瓜期进入盛瓜期，黄瓜2～45穗果进入膨大及成熟阶段，而且气候进入高温时期，黄瓜蒸腾强烈，导致黄瓜需水量较大。

0～15 cm、15～30 cm不同深度土层的体积含水量呈现出随着灌水量和灌水频率的增加，土壤体积含水量随之增加的趋势。各处理中，深层土壤体积含水量高于浅层土壤体积含水量。W3D1具有“水量大、频次高”的特点，其湿润层含水量基本高于其他处理的含水量，波动幅度也小于其他8个处理。而W1D3处理灌水量少、频次低。在一定程度上处于这九个处理中相对缺水状态，土壤含水量波动大，含水率低。图3

图3 不同灌水量和滴灌频率下0～30cm土层土壤含水量变化Fig.3 Effects of irrigation amount and drip irrigation frequency on soil water content in 0～30 cm soil layer

2.3 不同灌水频率和滴水量对黄瓜株高和叶面积的影响

研究表明，在苗期，黄瓜株高之间差异不显著。初瓜期处理之间差异逐渐显现，到末瓜期达到最大。在D3W3黄瓜达到最大值，为300.5 cm。在同一灌水频率下，灌水量对黄瓜株高影响从大到小依次为W3，W2，W1，随着灌水量的增大，株高也呈现出不同程度的增大；在同一灌水量下，不同灌水频率对黄瓜株高的影响呈现相同的规律，灌水频率对黄瓜株高影响从大到小依次为D3，D2，D1，随着灌水频率的增大，株高呈现不同程度的下降。

滴灌频率对黄瓜盛瓜期和末瓜期的株高影响差异极显著（P＜0.01），对苗期具有差异显著（P＜0.05）；灌水量对黄瓜各生育期株高影响均差异极显著（P＜0.01）；两者交互作用对盛瓜期、末瓜期株高影响差异极显著（P＜0.01），对初瓜期和苗期株高影响差异显著（P＜0.05）。图4

图4 不同灌水频率和灌水量下黄瓜株高变化Fig.4 Effects of irrigation frequency and irrigation amount on plant height of Cucumber

不同处理黄瓜叶面积均随着生育期的推移逐渐增加，在末瓜期增大的速度较缓。在D3W3达到最大，为387.64 cm2。在同一灌水频率下，各处理间从大到小表现为W3，W2，W1，随着灌水量的增大，黄瓜的株高也随之增大；在同一灌水量下，各处理间从大到小表现为D3，D2，D1，随着灌水频率的增大，黄瓜叶面积呈现出不同的下降趋势，D3处理比较有利于黄瓜叶面积的增大。图5

滴灌频率对黄瓜盛瓜期和末瓜期的叶面积差异极显著（P＜0.01），对苗期具差异显著（P＜0.05）；灌水量对黄瓜各生育期影响均差异极显著（P＜0.01）；两者交互作用对黄瓜各生育期叶面积影响均差异极显著（P＜0.01）。图5

图5 不同灌水频率和灌水量下黄瓜叶面积变化Fig.5 Effects of irrigation frequency and irrigation amount on cucumber leaf area

2.4 不同灌水频率和滴水量对黄瓜果实干物质的影响

研究表明，黄瓜成熟期干物质累积量主要集中于果实，其占干物质累积总量的77.7%～81.9%。D3W3和D2W3处理干物质累积量最大，为每株352.8和324.4 g，果实干物质为278.7和256.1 g，D1W1处理干物质累积量最小，为每株229.2 g，果实干物质为每株184.8 g。在同一灌水量下，随着灌水频率的增大，黄瓜果实干物质积累呈现出不同程度的下降趋势。中低频灌水更有利于黄瓜果实干物质的积累；在同一灌水频率下，黄瓜果实干物质积累随着灌水量的增大而增大。

滴灌频率对黄瓜干物质形成无显著差异（P＞0.05）；灌水量对黄瓜干物质量积累差异显著（P＜0.05）。两者交互作用对干物质量差异极显著（P＜0.01）。图6

图6 不同滴灌频率和灌水量下黄瓜干物质积累量变化Fig.6 Effects of drip irrigation frequency and irrigation amount on dry matter accumulation of Cucumber Fruit

2.5 灌水频率和灌水量对单株结果数、产量和灌溉水分利用效率的影响

研究表明，低频高水处理（D3W3）产量最大，单株产量达到5.67 kg，高频低水处理（D1W1）最小，单株产量为3.81 kg。在同一灌水量下，黄瓜单株产量、折合单产随着灌水频率的增加呈现下降趋势；在同一灌水频率下，黄瓜单株产量、折合单产随着灌水量的增大而增大。

各处理之间的IWUE（除D1W1和D2W2、D1W2和D2W3外）差异显著，在38.90～67.21 kg/m3变化。在D3W1达到最大，为67.21 kg/m3，D1W3值最小，为35.77 kg/m3。在同一灌水量下，减少灌溉降低频率，IWUE逐渐增大，在同一灌水频率下，增大灌水量，IWUE逐渐减小。

滴灌频率、灌水量及两者交互作用对单株结果数、单果重、折合667 m2产和灌溉水利用效率均差异极显著（P＜0.01）。表1

表1 不同滴灌频率和灌水量下黄瓜单株结果数、单果重、产量和水利用效率变化及显著性检验（F值）Table 1 Effects of drip irrigation frequency and irrigation amount on fruit number per plant，fruit weight，yield and water use efficiency of cucumber and significance test（F value）

2.6 灌水频率和灌水量对黄瓜品质的影响

研究表明，D1D1处理可溶性固形物含量最高，较其他处理显著提高了8.76%～25.91%；D3W3处理可溶性固形物含量最低，与其他处理差异显著。在同一灌水频率下，可溶性糖含量、VC含量和有机酸含量变化趋势相同，增大灌水量，均呈先增加后减小的趋势；在同一灌水量下，没有明显的规律。各个含量均在D2W2处理达到最高，最高值分别为11.83%、12.97（mg/100g）和2.27%，较其他处理提高了3.0%～67.8%、5.8%～48.8%和3.0%～30.8%。黄瓜果长和果径在不同处理下没有明显的规律，果长和果径在D2W3、D3W3处理值最高，为18.06和33.04 mm。

滴灌频率对可溶性固形物的含量差异极显著（P＜0.01），对其他3个品质无差异（P＞0.05）；灌水量对有机酸、可溶性固形物、可溶性糖含量均差异极显著（P＜0.01），对VC含量无显著差异（P＞0.05）；两者交互作用对有机酸和可溶性固形物差异极显著（P＜0.01），对可溶性糖和VC含量无显著差异（P＞0.05），灌水频率、灌水量及两者交互作用对果长和果径均无显著差异（P＞0.05）。图7

图7 不同滴灌频率和灌水量下黄瓜品质变化Fig.7 Effects of drip irrigation frequency and irrigation amount on cucumber quality

2.7 灌水频率和灌水量下黄瓜产量、灌溉水利用效率和品质的综合评价

研究表明，分别取特征值≥1的主成分，只有前3项的主成分的特征值大于1，且累计贡献率达到84.389%，表前3项主成分足以代表测定指标的综合评价的得分的大部分信息，可使用这3个主成分来构建分析模型。表2，表3

表2 黄瓜各指标标准化处理Table 2 Standardized treatment of cucumber indexes

表3 主成分特征值、贡献率和累积贡献率Table 3 Eigenvalue，contribution rate and cumulative contribution rate of principal components

各指标与前3个主成分的关系为：

其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9分别表示单株结果数、单果重、小区产量、总产量、灌溉水利用效率、可溶性糖、可溶性固形物、VC含量和有机酸。综合评价公式为F=0.471F1+0.227F2+0.147F3。将标准化值对应带入3个主成分公式，再将所得的结果对应带入综合评价公式，得出不同灌溉制度下黄瓜产量、灌溉水利用率和品质指标的综合评价表。D3W2排名第1，D3W3次之，D2W1第三，其中D1W1得分远低于其他处理。表4

表4 主成分分析法评价黄瓜综合指标分数与排名Table 4 Evaluation of cucumber comprehensive index score and ranking by principal component analysis

3 讨论

不同灌水条件下日光温室黄瓜土壤体积含水量变化情况不一样。黄瓜最大需水量出现在5月下旬至6月上中旬，此时段黄瓜由初瓜期进入盛瓜期，黄瓜穗果进入膨大及成熟阶段，而且气候逐渐步入高温时期，黄瓜蒸腾强烈，导致黄瓜需水量较大，与程凤林[16]植物水分的需求随着不同发育阶段和环境因子的变化而变化的特征保持一致，与孔德杰[17]、杜社妮[18]黄瓜需水量呈现初瓜期少、盛瓜期大、末瓜期少的特征保持一致。当灌水出现“水量大、频次高”的特点时，其湿润层含水量基本高于“水量小、频次低”的处理，其波动幅度也小于其他处理，与侯建安[19]李道西[2]研究结果保持一致。各处理中，深层土壤体积含水量高于浅层土壤体积含水量，土壤体积含水量随着灌水量和灌水频率的增大，均呈现出增加趋势，与张坤[20]研究结果保持一致。

黄瓜产量与灌水量呈正比，适当增加灌水量有利于提高作物产量。研究结果表明，在灌水频率一定时，随着灌水量的增加，黄瓜的生长、果实干物质积累、产量等随之增加，这与韦泽秀[21]、吴立 飞[22]、王 新 元[22]、韩 建 会[5]、方 栋 平[6]、ZHANG Hexi[23]研究结果保持一致；在灌水量一定时，随着灌水频率的增加，黄瓜的产量有不同程度的减小，低频更有利于黄瓜坐果、产量增加，与杨冬艳[10]研究结果保持一致。研究结果表明，中水滴灌条件下，黄瓜果实中的VC、有机酸可溶性糖含量最高，在W2水量下达最高，可溶性固形物随灌水量的增加逐渐减小。中水滴灌能够有效提高黄瓜品质，与吴立飞[21]研究结果一致。

主成分分析法在黄瓜、番茄等园艺作物品质及性状评价中的应用越来越广泛[24-28]。研究对黄瓜产量、IWUE、单果重、结果数和还原可溶性糖、VC等8个指标进行主成分分析，提取了3个主成分，获得黄瓜产量和品质综合较优的处理（D3W2）。D3W2处理即按照滴灌频率为5 d1灌，灌水总量为200 m3/667 m2进行灌水管理，可保证黄瓜高产优质，实现黄瓜灌水高效管理。植物水分的需求随着不同发育阶段和环境因子的变化而变化[16]。

4 结论

全生育期中，黄瓜耗水呈现初瓜期少，盛瓜期大，末瓜期少的规律；黄瓜株高、叶面积、果实干物质和产量随着灌水量的增大，均呈现增加趋势，随着灌水频率的增大，均呈现下降趋势，黄瓜产量在D3W3处理下达到最大，为11 380.1 kg/667 m2；灌溉水利用效率则随灌水量的增大呈现先增大后减小趋势且随灌水频率的增加逐渐降低，在D3W1处达最高，为67.21 kg/m3。黄瓜品质除可溶性固形物、果长、果径外，其他均随灌水量的增大呈现先增加后减小的趋势，在中水灌溉时达最大。D3W2（5d，200 m3/667 m2）处理得分最高，表现为高产优质，且水分利用效率较高，为最佳滴灌频率和灌水量。