施氯量对压砂西瓜生长、产量及品质的影响

马 瑞，王西娜*，田 里，余顺博，魏照清，杨宗凯，谭军利

（1.宁夏大学农学院，银川 750021；2.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021）

压砂西瓜是宁夏中部干旱带主要经济作物，因该区干旱少雨且黄河水供给有限，西瓜种植过程常采用地下微咸水补灌，在短期内有效缓解干旱缺水，促进西瓜生长，但长期灌溉则导致土壤盐分累积，使之发生次生盐渍化。当地微咸水中氯离子含量高达28.05～32.40 mmol·L-1，长期灌溉导致大量氯离子在土壤中累积，土壤溶液渗透压升高，引起作物生理干旱，生长失调，出现氯毒害现象。当土壤溶液氯浓度达到作物耐氯临界值时，将对作物产生抑制作用[1]。因此，明确氯对压砂西瓜生长的影响及耐氯阈值对安全利用微咸水和西瓜优质高产至关重要。

氯作为植物必需微量元素，在植物体内参与渗透调节、气孔调节和光合作用，加快植物新陈代谢，提高植物抗病性和耐受性等[2-3]。过多氯引起植株体内养分失衡和酶活性降低，植物对各种营养元素吸收减少，生长迟缓，植株矮小，叶片少且发黄，易发生萎蔫，老叶死亡，结实率低，产量和品质降低[4-6]。因此，适量氯离子可促进作物生长，提高产量和品质，但需将施入量控制在合理阈值内[7-8]。张兆辉等通过水培试验发现，外源氯浓度在0～84.4mmol·L-1时，随浓度升高，西瓜地上、地下部分鲜重均逐渐增加，当浓度达到168.8 mmol·L-1时，西瓜生长受阻，对幼苗毒害也较严重[9]。张亚飞等研究发现，氯离子在植株体内具有累积效应，连续施用氯化钾导致果实中氯离子含量持续升高，果实品质显著降低[10]。在宁夏干旱区施用氯化钾肥料后土壤中氯离子累积，合理施用则不会对西瓜造成毒害，反而提高品质[11]。李书田等研究表明，高氯影响作物出苗，延迟成熟[12]。而植物耐氯性由根系吸收氯离子的区域化分配以及抑制氯离子运输能力决定，耐氯作物抑制氯从根部向地上部运输及分配，敏感作物将氯迅速转移至叶片中，易发生毒害[13-14]。

西瓜作为对氯敏感作物，耐氯能力低，适量氯促进其生长发育，氯过量则产生毒害作用。对于微咸水灌溉研究，前人更多关注总盐分在土壤中累积、分布、运移及其对作物生长发育的影响，忽视氯离子对作物的危害。本研究通过两年田间定位试验，在微咸水灌溉条件下设置不同施氯水平以模拟长期微咸水灌溉造成的氯胁迫程度，通过分析西瓜生长、产量及品质变化，探索氯对西瓜的影响及毒害阈值，为安全利用微咸水和西瓜可持续生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验位于宁夏中卫市沙坡头区兴仁镇红圈子村，地处宁夏中部干旱带，属大陆性季风气候，日照充足，昼夜温差大，年均降雨量180～360mm，年均蒸发量2 200 mm。试验地表层由石砾和砂粒组成，表层下供试土壤由砂粒、粉粒、黏粒组成，西瓜播种前土壤（0～20 cm）基本理化性状见表1，2021年是在2020年试验小区内采集土壤样品测定理化性质，CK、T1、T2、T3、T4分别代表2020年0、30、60、90、120 kg·hm-2施氯处理。地下微咸水pH及化学成分见表2，西瓜生育期气温与降雨量见表3。

表1 土壤基本理化性质Table 1 Basic physical and chemical properties of soil

表2 灌溉水pH及化学成分Table 2 pH and chemical composition of irrigation water

表3 2020和2021年西瓜播前与生育期气温与降雨量Table 3 Temperature and rainfall before sowing and growing period of watermelon in 2020 and 2021

1.2 试验设计

供试材料为当地普遍使用的西瓜嫁接苗，砧木为“金城雪峰”白籽南瓜，接穗西瓜品种为“金城5号”。田间定位试验设置5个氯水平，2020年施氯量为0、30、60、90、120 kg·hm-2；2021年根据前一年试验结果将施氯量调整为0、60、120、180、240 kg·hm-2。每处理重复3次，随机区组排列，小区面积为（15 m×6 m）90 m2，每小区定植40株西瓜，株行距均为1.5m，四周设3m保护行。

氯源为氯化钙（含氯61.32%），在西瓜苗期、伸蔓期、开花期、坐瓜期、膨瓜期分别按20%比例采用压差式施肥罐结合滴灌施入。氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）用量分别为270、112.5、90 kg·hm-2。底肥施普过磷酸钙（含P2O512%～16%）300 kg·hm-2和三帝生物菌肥（活菌数＞4×107g·kg-1）560 kg·hm-2，追肥用水溶性复合肥（2020年养分配比为17-17-17，2021年为20-20-20，总量相同）、尿素（含N 46%）、磷酸二氢钾（含K2O34%，P2O552%）、硫酸钾（K2O 52%）。尿素在西瓜关键生育期按30%、25%、25%、15%、5%施入，磷酸二氢钾与硫酸钾按25%分4次施入。根据西瓜植株生育期共灌水6次（分别在西瓜植株各关键生育期根据降雨量及植株需水状况作适当调整），西瓜生育期内2020年和2021年灌溉定额分别为1 575和1 277 m3·hm-2。具体施肥用量见表4。

表4 2020和2021年灌水施肥量Table 4 Irrigation and fertilization in 2020 and 2021

1.3 测定项目及方法

2020年于4月16日移栽西瓜苗，5月14日放苗，放苗后每隔10 d观测各生长指标，并采集植株和土壤样品，7月21日收获计产，总生长天数为96 d；2021年4月15日 移栽西瓜苗，5月8日放苗，每隔15 d观测各生长指标并取样，7月28日收获计产，总生长天数为104 d。

1.3.1 西瓜生长指标及产量测定

每小区固定3株观测植株主蔓长、茎粗等生长指标；同时，在采样区选2株具有代表性植株进行破坏性取样，称量总生物量，再将根、茎、叶分别称重，测量水分并计算干物质含量，烘干后样品粉碎待用。主蔓长采用钢卷尺测量西瓜植株主蔓基部至顶端长度；茎粗采用游标卡尺测量主蔓基部第一节直径。待西瓜成熟后，每小区随机选取10个长势均匀西瓜称重，估算产量。

1.3.2 西瓜营养品质测定

待西瓜成熟后，每小区随机选取3个长势均匀西瓜，检测瓜瓤可溶性固形物、维生素C、可溶性糖、酸度、番茄红素等营养品质。可溶性固形物采用阿贝数显折射仪（PAL-1）测定；维生素C含量采用钼蓝比色法测定；可溶性糖采用蒽酮比色法测定；酸度采用氢氧化钠滴定法测定；番茄红素采用分光光度计比色法测定。

1.3.3 土壤氯离子含量测定方法

土壤样品于西瓜植株移栽前与收获后在每小区按照对角线随机选取两点，距西瓜植株根部15cm处采集0～20、20～40 cm土层土壤装入密封袋中，带回实验室测定水分后风干，研磨，过1 mm筛，采用莫尔法测定土壤氯离子含量。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2019和Origin 2019软件整理数据并作图，采用SPSS25和DPS19.05统计软件统计数据并分析差异显著性（P≤0.05）。

2 结果与分析

2.1 施氯对土壤表层氯含量的影响

连续施氯增加土壤中氯离子含量（见图1）。2020年收获后，耕层土壤氯离子含量以60 kg·hm-2处理最高，90和120 kg·hm-2处理土壤氯含量较对照显著降低9.8%和12.1%，一方面是因土壤本身差异，另一方面可能是两个处理西瓜产量较高，从土壤中吸收氯离子较多，需进一步研究验证。2021年各处理收获期土壤氯离子含量均较播前增加，240 kg·hm-2处理土壤氯含量较不施氯对照增加23.1%。从两年结果看，不施氯时，2021年收获期土壤氯含量较2020年播前增加59.5%，施氯时增加71.6%～96.3%。可见，微咸水灌溉和施用氯肥均增加土壤中氯离子含量。

图1 2020和2021年不同施氯水平下土壤氯离子含量Fig.1 Chloride ion contents of soil under different levels of chlorine application in 2020 and 2021

2.2 施氯对西瓜主蔓长的影响

2020和2021年西瓜主蔓随移栽天数增加呈递增趋势，因施氯量不同而异（见图2）。2020年，西瓜主蔓随氯水平增加呈增长趋势。移栽38 d时，90 kg·hm-2处理下西瓜主蔓长较对照显著降低。移栽48～68 d时，各处理间无显著差异。移栽83～96 d时，西瓜主蔓随氯水平增加呈增长趋势，120 kg·hm-2处理主蔓长较30 kg·hm-2处理分别增加26.9%和26.5%。2021年，西瓜主蔓长随氯水平增加呈降低趋势，在苗期、膨瓜期和成熟期较显著。西瓜植株移栽38d时，120、180和240 kg·hm-2处理主蔓长分别比对照处理降低14.3%、18.7%和18.0%。移栽53d时，240 kg·hm-2处理较对照降低8.9%。移栽72 d，各处理随氯水平增加呈递减趋势，但差异未达显著水平。瓜苗移栽87 d时，120、180、240 kg·hm-2氯水平主蔓分别比对照降低6.2%、6.9%、11.8%。移栽102 d时，240 kg·hm-2处理西瓜主蔓长较对照降低12.4%。可见，在微咸水灌溉下，氯水平超过120 kg·hm-2时抑制主蔓伸长。

图2 2020和2021年施氯对西瓜主蔓长的影响Fig.2 Effects of chlorine application on the main vine length of watermelon in 2020 and 2021

2.3 施氯对西瓜主蔓茎粗的影响

2020年和2021年西瓜主蔓茎粗均受氯水平影响（见图3）。2020年西瓜茎粗随氯水平增加呈增加趋势。移栽38和58d时，主蔓茎粗均以90 kg·hm-2处理最高，分别比对照提高12.0%和9.5%；移栽58 d时，120 kg·hm-2处理茎粗较对照显著增加8.3%；移栽83和96 d时，120 kg·hm-2处理茎粗分别较对照增加11.1%和10.8%。2021年西瓜茎粗随氯水平增加呈先增后降趋势。移栽53、72、87 d时，西瓜主蔓茎粗均以180 kg·hm-2处理最大，而氯水平增加至240 kg·hm-2时均显著降低，降幅分别为10.1%、10.2%和11.1%；移栽102 d，茎粗随氯水平增加呈降低趋势，240kg·hm-2处理较对照降低7.0%。可见，氯水平超过180 kg·hm-2时西瓜主蔓增粗明显受抑制。

图3 2020和2021年施氯对西瓜主茎粗的影响Fig.3 Effects of chlorine application on the main stem thickness of watermelon in 2020 and 2021

2.4 施氯对西瓜地上部植株生物量的影响

西瓜地上部植株生物量受氯水平影响（见图4）。2020年，西瓜植株移栽38～58d时，随氯水平增加西瓜生物量呈增加趋势；移栽68～96 d时，各氯水平间西瓜生物量无显著差异。2021年，随氯水平增加，生物量呈先增后降趋势，氯水平在0～120 kg·hm-2内呈增加趋势，180～240kg·hm-2时呈降低趋势。移栽72和87 d时，西瓜生物量均以120 kg·hm-2处理最高，分别较对照增加6.8%和31.3%，较240 kg·hm-2处理增加25.5%和36.1%；移栽102d时，生物量以60 kg·hm-2处理最高，较对照提高20.1%，较120、180、240 kg·hm-2氯处理分别提高22.7%、46.0%、49.8%；而180和240 kg·hm-2处理较对照显著降低17.7%和19.7%。可见，微咸水灌溉条件下，氯水平0～120 kg·hm-2时对西瓜生物量有促进作用，超过120 kg·hm-2后则表现为显著抑制作用。

图4 2020和2021年施氯对西瓜生物量的影响Fig.4 Effects of chlorine application on watermelon biomass in 2020 and 2021

2.5 施氯对西瓜产量的影响

两年西瓜产量和施氯量之间曲线呈先增后减规律（见图5）。2020年，施氯量90和120 kg·hm-2时产量分别较对照增加9.0%和5.8%；产量与施氯量之间相关系数r=0.881，达显著水平（r0.05=0.811），最高产量施氯量为113.8 kg·hm-2。2021年，120 kg·hm-2处理西瓜产量较对照增加2.2%，240 kg·hm-2处理产量则较对照降低1.5%；产量与施氯量之间相关系数r=0.963，达极显著水平（r0.01=0.917），最高产量施氯量为98.3 kg·hm-2。可见，施氯量超过120 kg·hm-2时，压砂西瓜产量呈降低趋势。

图5 2020和2021年施氯对西瓜产量的影响Fig.5 Effects of chlorine application on the yield of watermelon in 2020 and 2021

2.6 施氯对西瓜营养品质的影响

2020年西瓜营养品质除瓜心可溶性固形物与可滴定酸含量呈显著差异外，其他营养指标受氯水平影响均不显著（见表5）。施氯量90 kg·hm-2处理时，瓜心可溶性固形物含量最低，可滴定酸含量最高，导致糖酸比最低，口感最差。2021年，西瓜营养品质除可滴定酸含量呈显著差异外，其他指标无显著差异（见表6）。西瓜可滴定酸随氯水平增加呈增加趋势，240 kg·hm-2处理较对照增加42.9%。导致西瓜糖酸比随氯水平增加呈递减趋势，240 kg·hm-2处理下糖酸比降低43.6%。可见，氯主要影响西瓜糖酸比，适量氯有利于提高西瓜糖分而降低酸度，改善西瓜风味，而高氯（240 kg·hm-2）显著降低糖酸比，对西瓜品质产生不利影响。

表5 2020年施氯对西瓜营养品质的影响Table 5 Effects of chlorine application on the nutritional quality of watermelon in 2020

表6 2021年施氯对西瓜营养品质的影响Table 6 Effects of chlorine application on the nutritional quality of watermelon in 2021

3 讨 论

近年来，长期微咸水灌溉产生盐分积累导致氯含量增加影响土壤特性和作物产量[15-16]。邹长明等认为，氯离子易随水流失，长期施用不易在土壤中大量残留[17]。宁夏作为干旱地区，年降雨量低且蒸发量较大，长期微咸水灌溉使土壤表层氯含量增加。因此，连续两年微咸水灌溉和施用氯肥均导致西瓜收获期土壤表层氯积累量增加。过量的氯分布于土壤不同层次，可能引起土壤生态退化和养分平衡失调，对植物产生毒害[6]。不同作物耐氯性不同，余金龙等研究表明，施氯量30～45 kg·hm-2时适宜烟叶生长，对烟叶株高、叶绿素含量均有所提高，超过45 kg·hm-2时，不利于成熟[18]。张阳等发现，施氯量为0～14.30 kg·hm-2时，促进烤烟生长，超过14.30 kg·hm-2后，各农艺性状呈下降趋势[19]。本研究发现，施氯量为0～120 kg·hm-2时，对压砂西瓜主蔓长和茎粗生长有不同程度促进作用，超过120 kg·hm-2后，主蔓长和茎粗均呈递减趋势。鲜重可直接反映植株综合生长状况。戚冰洁等发现，低浓度（氯离子浓度≤84.4mmol·L-1）外源氯处理21 d可增加幼苗生物量[20]。郑青松等指出，外源氯离子（6.25～25 mmol·L-1）显著增加油葵幼苗生物量，但当氯离子浓度达100～200mmol·L-1时，油葵幼苗生物量显著下降[21]。本研究发现，在0～120 kg·hm-2施氯水平下，随移栽天数增加，西瓜生物量有所增加，氯水平120～240 kg·hm-2时，生物量显著降低。原因是高浓度氯使叶绿素遭到破坏，含量显著降低[22-24]，光合速率下降，造成生物累积量下降，抑制植物正常生长[23]。可见，随含氯微咸水灌溉年限增加，干旱地区土壤中氯离子含量不断增加，超过西瓜耐氯阈值时，抑制西瓜生长。

作为必需营养元素之一，氯影响作物产量和品质。曾睿等发现在土壤水溶性氯水平较低情况下，施用一定量含氯肥料可增加烟叶产量、产值、中上等烟比例[25]。沈鑫健等研究也表明，施用适量氯化钾对脐橙果实品质和产量均无不良影响[26]。原因是适量施用含氯肥料可增加植株体内氯离子含量，促进植株生理代谢、养分吸收和生长，增加产量和经济效益，且增产效果较稳定[27]。王兴梅通过施用含氯肥料（0～1 300 kg·hm-2氯离子）对苹果进行两年测产发现，两年产量均随施氯量增加而呈先增后降趋势，施氯量113～226 kg·hm-2产量较不施氯增加，施氯量1 300 kg·hm-2产量降低，但处理间两年产量均无显著差异[28]。李姗姗等研究也表明，施氯量为96 kg·hm-2时，烟叶产量达到最高，继续增加施氯量产量降低[29]。本试验两年研究发现，施氯量小于120 kg·hm-2时压砂西瓜产量增加，施氯量180～240 kg·hm-2时产量明显降低，这与前人研究结果一致。但2020年西瓜生物量及产量明显比2021年低，可能与两年降雨量、气温等气候因素差异较大有关，需进一步研究。对品质而言，过量施氯显著降低西瓜糖酸比，影响西瓜风味。这与杨丽婷等研究雷竹笋结果相反[30]，表明高氯施肥竹笋鲜味、甜味、香味氨基酸比例升高，草酸、单宁及总酸含量明显下降，可溶性糖含量及糖酸比显著升高，增加竹笋鲜味、香味，可能是因两种作物食用器官不同。杨莉莉等研究则表明，施用适量含氯肥料（170 kg·hm-2）可显著提高猕猴桃产量和品质，连续3年过量施用含氯肥料（910和1 480 kg·hm-2）降低猕猴桃产量和果实VC含量[27]。可见，氯对品质的影响因作物而异。

本试验是在大田条件下进行，试验结果受年份、气候、土壤、管理等多种因素影响，需通过严格控制条件的模拟试验和长期试验作进一步验证。

4 结论

本研究结果揭示长期使用含氯微咸水灌溉引起氯离子在土壤中大量累积，抑制西瓜生长，降低产量和品质，影响西瓜可持续生产。因此，如何安全合理利用含氯微咸水是压砂西瓜可持续生产关键问题。微咸水灌溉和施用氯肥均可增加土壤氯含量，影响西瓜生长。在微咸水灌溉条件下，适量施氯（30～120 kg·hm-2）对压砂西瓜生长有促进作用，提高西瓜产量；当施氯量超过120 kg·hm-2时则显著抑制西瓜植株生长，降低西瓜产量，影响西瓜风味。