水肥一体化条件下设施甜瓜灌溉施肥制度试验研究

黄卿宜，孙一迪，周明耀，王 恬，陈喜锋

（1.扬州大学水利科学与工程学院，江苏扬州 225009；2.常熟市董浜水利管理服务站，江苏常熟 215534；3.江苏绿博生物科技有限公司，江苏常熟 215534）

0 引 言

甜瓜在我国有着悠远流长的种植历史，虽然我国长江中下游地区的塑料大棚等设施多用于果蔬的种植[1]，但根据国家西甜瓜产业技术体系统计数据显示，甜瓜在我国甜瓜总种植面积中只有48%的设施种植面积[2]。水肥一体化是设施农业一项关键技术，设施农业的发展也离不开对水肥管理的探索[3]，因此对作物进行一体化水肥灌溉的研究，提高设施农业栽培管理技术，能够为设施农业发展提供重要助力。牛勇[4]等人通过研究发现相对较低土壤水分含量对甜瓜可以促进根系发育，并提高产量和品质。李毅杰[5]等人研究滴灌条件下不同灌水下限和沟灌对甜瓜产量品质的影响，发现65%θfc是武汉地区厚皮甜瓜的适宜灌水下限。陈昱辛[6]试验中发现滴灌条件下轻度亏水处理对产量没有负面影响，还能改善柑橘光合特性和促进果实生长。此外，在我国厨余垃圾占城市生活垃圾的比重较大，通过微生物处理技术，将厨余垃圾处理成的生物腐殖酸肥料常用于水果种植[7]。虽然水肥一体化相关研究很多，但将厨余有机肥用于水肥一体化灌溉的研究却不多，将厨余有机肥用于果蔬种植，不仅可以替代化肥使用量，提高农产品产量和品质，同时对城乡生活厨余垃圾的无害化、资源化利用具有重要的意义。

1 试验材料和方法

1.1 试验地概况

试验基地位于常熟市董浜镇里睦村，位于东经120°58′24.19″，北纬31°39′10.28″，属亚热带季风性海洋气候，温和湿润，四季分明，全年雨量适中，季节分配比较均匀，年平均降雨量1 154 mm。常熟董浜镇近年来大量投入农业基础设施，有着苏州最大的设施蔬菜生产基地，全镇已建成高效精准灌溉泵站111座，覆盖面积超过0.333 万hm2。

1.2 试验方法

试验采用大棚盆栽试验，以当地百姓常用的撒施浇灌以及基肥使用纯复合肥（N、P2O5和K2O 的含量均为15%）设为对照处理CK，设置甜瓜全生育期不同灌水下限（W1:75%θfc、W2:65%θfc、W3:55%θfc）和不同追肥量（F1:1 050 kg/hm2、F2:735 kg/hm2）两因素，共7 次重复（表1）。不同灌溉方式W1、W2 和W3 的灌水上限均设为90%，全生育期灌水下限分别为田间持水率的75%、65%和55%；除对照处理人工撒施浇灌外，其他处理使用水肥一体机进行灌溉施肥。追施的肥料为尿素（N≥46%）、过磷酸钙（P2O5≥12%）和硫酸钾（K2O≥50%）配比而成，在坐果成功之前施肥比例为N∶P2O5∶K2O=4∶3∶3，坐果期之后提高钾的含量将施肥比例调节为N∶P2O5∶K2O=4∶1∶5；除对照外，其他处理使用复合肥和厨余有机肥混合作为基肥，检测施加的厨余有机肥氮磷钾含量分别为0.48%、0.12%、0.10%，折算后在CK 基肥中补充与45 t/hm2厨余有机肥等量氮磷钾的复合肥。

试验品种选取当地育苗中心的博洋61 号和白籽南瓜的嫁接苗，一盆一苗种植，按行距50 cm、株距35 cm 布置。3月15日将三叶一心的幼苗移栽进试验盆，浇入足量的定苗水，3月26日开始处理，羊角蜜的整枝方式采用单蔓整枝，吊蔓栽培。在植株长至11 节时候开始人工授粉，隔节留瓜，一株留两个瓜，坐果成功后开始打顶，其他栽培管理按照常规方法进行。5月28日之后按照羊角蜜果实成熟情况依次采收。

1.3 试验设计

试验方案见表1。

表1 试验方案Tab.1 Experimental design

1.4 测定项目及方法

(1)茎粗和株高：待植株度过缓苗期，自2021年3月26日开始不同处理后，每7 d 观测1 次株高，在点花坐果成功后对植株进行打顶，之后不再测量株高。株高取植株主茎从嫁接点到生长点的垂直高度，用卷尺测量。在每个生育期结束时观测一次茎粗，采用精确度为0.01 mm 的游标卡尺测量主茎上3～4 节间处茎干直径，取相互垂直的两个方向的均值作为该植株茎粗，每次测量相同位置。

(2)点花数：从4月27日到5月7日，开始人工点花授粉并统计第11 个节位以上的雌花数，在每株开满5 朵以上雌花时停止授粉。

(3)果实形态：收获后测量各处理果实大小，用精确度为0.01 mm 的数显游标卡尺测量果实的横径和纵径。收果后沿轴线切开果实，用游标卡尺测量果肉厚度。

(4)产量：甜瓜成熟后，用电子天平称重，记录成熟时间和各处理的甜瓜单株产量。

(5)水肥利用率：水分利用效率（WUE）和肥料偏生产力（PFP）计算公式如下，

式中：Y为总产量，kg/hm2；W为总耗水量，m3/hm2；F为种植期间总施肥量，kg/hm2。

(6)果实品质：在成熟期采集新鲜成熟甜瓜，测定各处理下的甜瓜品质指标：维生素C采用分光光度法、还原糖采用蒽酮比色法、可溶性固形物采用折射仪法、可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250法、有机酸采用酸碱滴定法[8]。

1.5 数据处理

羊角蜜果实品质评价采用模糊数学里的隶属函数值法[9]，计算公式如下，

正相关指标（可溶性固形物、维生素C、可溶性蛋白、还原糖）：

负相关指标（有机酸）：

式中：Zij为i处理j指标的隶属函数值；Xij为i处理的j指标的测定值；Xjmax和Xjmin为各处理j指标的最大测定值和最小测定值。

通过对羊角蜜测定的五种品质指标计算各自的隶属函数数值。采用Excel 2018 进行数据处理分析，通过SPSS 25.0 软件进行方差分析，作图软件使用Origin2021。

2 结果和分析

2.1 不同处理对甜瓜植株生长的影响

由图1可知，随着定植之后，各处理的株高随着生长不断增大，增长速度显现缓慢到快速再到缓慢的过程，株高在前两次测量结果中灌水下限、追肥水平的影响均不显著，第三、四次株高测量中W2 和W1、W3 无显著差异，但W1 和W3 差异明显。第五次株高测量中三个灌水下限水平两两显著，在株高测量中均呈现W1＞W2＞W3 的规律。株高后两次测量，追肥水平存在显著差异，且F1＞F2。茎粗则在果实膨胀期达到最大值，成熟期因灌水量的减少又略有萎缩。茎粗在伸蔓期之后呈现W2＞W1＞W3 的生长规律，这和牛勇[4]等人研究的适当降低的灌水下限会促进根系发育和营养吸收从而导致茎粗的提高的观点相一致。追肥量在全生育期对茎粗都有显著影响，高追肥量对茎粗有促进作用。王志鹏[10]等人在试验研究中发现甜瓜茎粗随着氮肥量的增加呈现先增后减的趋势，这与本试验的结果存在一些差异，第一他的试验中仅控制施氮量，氮肥对株高、茎粗影响最大，第二可能本试验设定的高追肥量没有达到抑制株高茎粗生长的水平。CK 由于基肥中没有厨余有机肥，缺少有机质的作用，株高、茎粗生长速度始终不及滴灌处理，而且CK 大水浇灌没有出现李毅杰[5]等人试验里大水漫灌导致的作物徒长现象，也间接说明厨余有机肥对植株生长的促进作用。

图1 不同处理对甜瓜植株生长的影响Fig.1 Effects of different treatments on melon plant growth

2.2 不同处理对雌花数和收果时间的影响

不同处理对开花时间和数目如图2所示，不同追肥水平对处理开花时间没有显著差异。滴灌处理中W1 的开花时间最早，而W2和W3处理的开花时间相比W1晚了2 d，CK 从生长发育阶段就一直落后，点花开始时间比最早的处理慢了一周。W1、W2 皆在5 d 内每株开满5 朵雌花，W3 用了6 d。说明高水平的灌水下限可以使羊角蜜更早地进入开花期，并且更快地完成开花座果的过程。而W2已经达到延迟甜瓜开花时间的水分标准，W3 则达到延长开花时长的水分标准。收果时间和市场单价如表2所示，灌水下限带来的水分胁迫不仅影响着开花时间同时影响着果实成熟时间。W1 从点花开始到成熟采收用时31 d，W2、W3 分别推迟了2 d 和3 d，CK 推迟了5 d。点花和成熟时间的推迟最终影响的是市场价格，最早成熟的W1的市场单价最高，后续成熟的价格因上市时间和其他产地供货时间重合明显影响产品的经济产出，CK 的市场单价少了1/3。

图2 不同处理对甜瓜雌花数的影响Fig.2 Effects of different treatments on female flower number of melon

表2 不同处理对果实收果时间和市场单价Tab.2 Different treatments on fruit harvest time and market unit price

2.3 不同水肥处理对果实形态及产量的影响

由表3和表4所示，灌水下限控制对果实纵径和果肉厚度有显著影响，对果实横径有极显著影响，果实纵横径W1F1、W2F1 和W3F2 差异显著，其他相差不大、果实厚度上W3F2与CK 差异不显著。W3 的果实纵径、果实横径以及果肉厚度均比其他灌水下限要小，这符合千晶晶[11]研究的灌水量过低会影响果实的横纵径以及果肉厚度。追肥水平对果实纵径、果实横径存在极显著影响，对果肉厚度存在显著影响，在相同灌水下限，各项果实形态指标F1＞F2，这与张卿亚[12]试验中增大施肥量可以提高果实形态大小相符合。CK 果实形态指标和其他处理差异显著，CK 的果实纵径、横径、果肉厚度仅有最大处理W1F1的83.5%、82.5%、88.5%。

不同处理对单株产量上影响如表3所示，在W1 和W2 没有显著差异，与W3差异显著，说明只有在灌水下限降低到一定程度之后才能产量有着明显影响。相同灌水下限，F1 产量大于F2，F1 的追肥水平还没有达到抑制产量的程度。根据表4显著性检验的结果可以看出灌水下限控制和追肥水平对产量影响都达到极显著水平，水肥协同效应达到显著影响。W1F1的单株产量最高，相比其他处理增产了4.5%～35.5%，W2F1的单株产量其次，二者差异不显著。同时果实形态的影响最终反应在产量上，产量最大值W1F1 相比最小值W3F2 纵横径和果肉厚度分别提高了30%、29.7%和14.7%，说明纵横径对产量的影响更大。CK 与W2F2 的产量不存在显著差异，仅比滴灌组中水肥摄入量最少的W3F2 产量高5.54%，却多用水36.2%，多追肥30%，这与杨学忠[13]试验中水肥一体化相比漫灌可以节肥40.3%、节水率60.0%、增产7.2%相差不多。

表3 不同处理对果实形态的影响Tab.3 Effects of different treatments on fruit morphology

表4 不同处理对果实形态影响的显著性检验结果（F值）Tab.4 F values of significance test on the effects of different treatments on fruit morphology

2.4 不同处理对甜瓜水肥利用效率的影响

不同处理对甜瓜水分利用效率（WUE）的影响如图3所示，CK 与其他处理的差异显著，W3F1 的WUE最大，是最低处理CK 的1.58 倍。在高追肥水平上WUE是W3＞W2＞W1，随着灌水下限的下降而略有提升，但在低追肥水平上，由于肥料与灌水量双重减少，W3 的产量显著降低，导致W2＞W3 的灌溉水利用率，这与牛勇[4]的研究结果W3＞W1＞W2 并不相同。这可能是由于牛勇试验中没有涉及追肥水平，也可能是他的是小区膜下滴灌试验和本试验中盆栽滴灌导致的差异。灌水下限对肥料偏生产力（PFP）都存在显著影响，相同追肥水平，PFP随着灌水下限的降低而降低。相同控水下限，F2 相比F1的WUE略有提升，而PFP略有下降。PFP的最大处理是W1F1，比最低的CK 提升了28.4%。在前人[14,15]研究中作物生产中灌水量存在阈值，当灌水量超过阈值之后产量不再随之增大，甚至灌溉水利用率也会随之降低。在本次试验中灌溉水利用率虽然随着灌水量增加而有一定减少，但是产量上并没有出现降低的现象，考虑W1 和W2 的产量以及PFP相差不大，可能灌水量并未超过灌溉阈值；在邓箴[16]研究中PFP随施肥量降低减少，和本试验结果相似，但本试验下降的不多，这可能是厨余有机肥对生长阶段促进作用带来的影响。

图3 不同处理对甜瓜水肥利用效率的影响Fig.3 Effects of different treatments on water and fertilizer use efficiency of melon

2.5 不同处理对果实品质的影响

由表5可知，在相同追肥量下，其中还原糖和可溶性固形物含量随着灌水下限的降低而提升，W3 糖分含量最高，而维生素C 和可溶性蛋白的含量最大值为W2，W1 和W3 都一定程度上抑制了甜瓜VC 和可溶性蛋白的合成，这也吻合他人研究中适度的控水可以提高果实部分品质的规律[17]。相同灌水下限条件下，F1 要比F2 的品质含量要低一些，说明适当减少肥料量可以有助提高果实品质的积累，相比牛在垒[18]对不同氮、钾施加量的研究得到不同营养品质随不同氮、钾肥量变化的差异，本试验仍有可以讨论进步的地方。由表6显著性检验可知，灌水下限对还原糖、可溶性蛋白、VC 和可溶性固形物都存在极显著影响，追肥量只对甜瓜的可溶性固形物影响没有达到显著水平，对其他品质有着极显著影响，而二者协同效应对有机酸和可溶性蛋白含量有显著影响。

表6 不同处理对果实品质影响的显著性检验结果（F值）Tab.6 F values of significance test on the effects of different treatments on fruit quality

评价品质仅凭单一品质是很难判断果实综合品质的，尤其对不同处理下对果实品质的影响差异不一，部分处理的差异也很小，因此利用隶属函数对果实品质进行综合评价。结果如表5所示，相同追肥水平下W2 的品质最好，相同控水水平F2 的品质评价均大于F1，由此可知适当降低追肥量和灌水下限都对果实品质有促进效果。W2F2 综合评价最高，W2F1次之，W2F2 相比综合评分最低的CK 处理各品质分别提高了34.6%、10.8%、41.7%、28.1%和8.1%。

表5 不同处理对果实品质的影响Tab.5 Muskmelon quality parameters of different treatments

3 结 论

（1）增加追肥量对株高茎粗有显著提升，在伸蔓期之后灌水下限65%θfc对茎粗促进作用大于75%θfc、55%θfc。厨余有机肥对植株生长发育有促进作用。追肥水平对点花和收果时间没有显著影响，但高灌水下限能够让作物更早进入点花、成熟阶段。

（2）灌水量越大、追肥量越大，果实形态各指标也随之增大。最高产量是灌水下限75%θfc、追肥量1 050 kg/hm2的处理，与相同追肥量下灌水下限65%θfc的产量不显著。降低灌水下限，水分利用率略有上升、肥料偏生产力逐渐下降。

（3）降低追肥量有利于甜瓜品质的积累，增大灌水量显著降低甜瓜的还原糖和可溶性固形物累积量；降低灌水量，VC 和可溶性蛋白累积量呈先增大后降低的趋势。对测量品质进行综合评价排序，灌水下限65%θfc、追肥量735 kg/hm2处理的品质最好，灌水下限65%θfc、追肥量1 050 kg/hm2的处理次之。

（4）每公顷使用450 kg复合肥混45 t厨余有机肥作为基肥条件下，由于灌水下限75%θfc市场单价最高，灌水下限75%θfc、追肥量1 050 kg/hm2处理的产量最大，只考虑市场价值时可以采用该方案作为灌溉施肥制度，但灌水下限65%θfc、追肥量1 050 kg/hm2处理产量和其没有显著差距，且品质和水肥利用率皆优于灌水下限75%θfc、追肥量1 050 kg/hm2处理，综合考虑产量、品质和水肥利用率采用灌水下限65%θfc、追肥量1 050 kg/hm2更为适宜。