不同基质和供液频率对温室黄瓜生长的影响

2023-03-04李艳丽申丽霞彭志慧侯诗宇

节水灌溉 2023年2期

李艳丽，申丽霞，彭志慧，杨杰，侯诗宇

（太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024）

0 引言

黄瓜以其产量高、市场需求量大、效益好等特点成为我国农业领域所青睐的重要蔬菜种类[1]。但是就目前来看我国黄瓜种植存在两个主要问题：一是灌溉方式不合理，大多数仍为粗放式的"大水漫灌"管理方法，水资源浪费严重[2]；二是由于我国大部分农业用地常年耕种，土地轮作难度大、复种频率过高，导致土壤次生盐渍化等问题频繁发生，严重影响了黄瓜的产量和品质[3]。

近年来，随着可持续农业的提出与发展，现代农业生产向着优质高产的方向转变[4]。因此针对上述问题，选择合理的水分管理及栽培方式刻不容缓。首先基质栽培作为一项新型农业技术，不仅能够克服传统土壤栽培的弊端，而且基质本身同土壤一样，能够为蔬菜提供一部分营养，基质中的微生物新陈代谢能够为蔬菜的生长提供能量、保存肥力，进而保证蔬菜的高产质优[5]。已有大量研究表明，基质栽培能显著提高黄瓜水肥利用效率，提高黄瓜的产量和品质，增加经济效益[6-8]。其次黄瓜的高产质优与水、肥、气、热、光等因素息息相关，其中水分则是决定黄瓜产量的关键性因素，只有作物的水分适宜，其他各大因素才能发挥应有的作用[9]。大量研究发现采用适宜的供液频率，可在基质中产生干湿交替效应，对于有效控制基质中肥、水、气的比例和促进植株的生长发育有着重要意义[10,11]。

但是目前较少有人将基质和频率二者结合起来综合探究对黄瓜生长的影响，本文旨在研究不同的基质和供液频率两因素下对黄瓜生长指标、果实生物量指标、叶片SPAD 值、果实外观品质等的影响，并通过主成分分析法构建生长-果实生物量-叶片SPAD 值-果实外观品质的黄瓜生长综合评价模型，筛选出适宜黄瓜生长的基质和供液频率，为温室大棚黄瓜种植提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在北京市昌平区流村镇黑寨村沙帮基地（北纬N40°12'19.33″，东经E116°03'3.14″）的温室大棚内进行。该地区平均海拔在800～1 000 m 之间，属于暖温带大陆性季风气候，年平均日照时数2 684 h，年平均气温11.8 ℃，年平均降水量550.3 mm。

1.2 试验设计

试验设3 个基质种类A1（草炭∶珍珠岩∶蛭石=4∶1∶1）、A2（细沙∶椰糠=1∶1）、A3（细沙），3 个供液频率P1（一天1 次）、P2（一天2 次）、P3（一天3 次），以土培作为对照CK。试验采用完全随机区组设计，共12 组处理，分别为CKP1、A1P1、A2P1、A3P1、CKP2、A1P2、A2P2、A3P2、CKP3、A1P3、A2P3、A3P3，每组处理重复3次。供试黄瓜品种为“德瑞特11”，该黄瓜耐热性强，属于越夏黄瓜品种。试验采用起垄覆膜种植，垄长3.6 m，垄基宽0.4 m，垄肩宽0.3 m，垄高0.2 m，垄间距80 cm，黄瓜株距20 cm，行距15 cm，每处理种植三垄，每垄种植两行，每垄定植约32～33株。

黄瓜于2022年7月17日定植，黄瓜缓苗期的灌水不做处理，一周缓苗结束后开始进行供液频率试验，各处理施肥制度一致，营养液的EC值在1.7～2.5 mS/cm 之间。试验期间黄瓜各阶段的供液量保持一致，营养生长期供液量为600 mL/(株•d)，开花期800 mL/(株•d)，初果期1 000 mL/(株•d)，盛果期1 200 mL/(株•d)。

试验灌溉方式为膜下滴灌，每垄铺设两条滴灌带，滴头间距为20 cm，工作流量为3 L/h，试验全程采用全自动滴灌系统供应营养液。

1.3 测定项目及方法

（1）株高和茎粗：黄瓜植株定植一周缓苗结束后，每隔14 d在每处理中选取9株具有代表性的植株进行挂牌标记并测量株高，茎粗，分别取其平均值。其中株高用卷尺测定黄瓜基部至最高生长点；茎粗用电子游标卡尺测定黄瓜植株与基质接触面上方1 cm处。

（2）叶面积：黄瓜植株定植一周缓苗结束后，测定最大叶的叶长、叶宽。叶面积的计算公式采用：

式中：A为叶面积；L为叶长；W为叶宽[12]。

（3）叶片SPAD值：结果期选取天气晴朗，日照充足的一天进行测定，用叶绿素测定仪（TYS-A 型）测定叶片的SPAD值。

（4）果实生物量：结果期在每个处理中选取9根具有代表性的黄瓜瓜条测定鲜质量和干质量。鲜质量采用电子秤（精确到0.01 g）测量，然后放入烘箱中经105 ℃杀青30 min，后降温至80 ℃烘干至恒质量测定干质量。

（5）果实外观品质：结果期测定果实长度和果实直径。其中果实长度采用卷尺进行测量，果实直径采用电子游标卡尺进行测量。计算各处理的果形指数，果形指数=果实长度/果实直径。

1.4 数据处理

采用Microsoft Office 2020 进行数据计算，采用IBM SPSS Statistics 25 进行显著性分析和主成分分析，采用Origin 2018绘图。

2 结果与分析

2.1 不同基质和供液频率对黄瓜株高茎粗的影响

图1反映了不同基质与供液频率下黄瓜植株各处理株高的变化情况，可以看出，各处理的黄瓜植株株高均呈现慢-快-慢的增长趋势，在定植7 d 时各处理株高长势大体一致；在定植21 d 时，黄瓜处于营养生长期，各处理株高增速均较慢；在定植35 d 时，黄瓜进入了快速生长期，在该期间，黄瓜植株高度增速较快，此时供给的大部分营养物质被植株所吸收，从而加速了植株株高的快速增长，在此阶段以A1P3 处理株高最高，为140.48 cm，CKP1 处理株高最矮，为84.80 cm，低于其他各处理6.01%～39.64%；定植45 d 时，黄瓜进入结瓜期，植株所吸收的养分和水分都更好的提供给果实，避免植株徒长，株高增长速度放缓。在该阶段，A2P2 处理的植株株高达到最高，为205.87 cm，CKP1处理的植株株高仍为最矮，仅为128.08 cm，其次为CKP3 处理，为128.52 cm，两者分别显著低于其他处理13.95%～37.79%、13.64%～37.57%。综上所述，采用椰糠与沙1∶1 复配，供液频率一天2 次时黄瓜植株株高长势最好。

图1 不同基质和供液频率对黄瓜植株株高的影响Fig.1 Effects of different matrix and liquid supply frequency on cucumber plant height

图2反映了不同基质与供液频率下黄瓜各处理茎粗的变化情况，可以看出，在定植21 d 时，营养物质大部分被植株所吸收，茎粗总体来看增长较快，此时A2P2 处理的茎粗最粗，为7.82 mm，CKP3 处理的茎粗最细，为6.18 mm，低于其他处理8.1%～27%，各处理之间均无显著差异。定植49 d 时，黄瓜进入开花坐果期，大部分的营养物质分配给果实以满足果实的成熟，茎粗的增长逐渐减慢，其中以A2P1 处理的茎粗最粗，达到9.55 mm，CKP3 处理的茎粗最细，仅为7.12 mm，低于其他处理11%～25%，各处理之间无显著差异。综上所述，以供液频率一天1 次，椰糠∶沙=1∶1 作为栽培基质对黄瓜植株茎粗的增长最有利。

图2 不同基质和供液频率对黄瓜植株茎粗的影响Fig.2 Effect of different matrix and liquid supply frequency on cucumber stem thickness

黄瓜植株株高和茎粗受不同基质和供液频率影响的方差分析如表1所示，定植后7 d，基质对株高影响极显著，供液频率以及两者交互作用对株高均无显著影响。在定植后21 d，供液频率对株高呈现极显著影响，基质以及两者交互作用均对株高有显著影响，说明在开花前期，供液频率对株高的影响大于基质对其的影响。定植35 d 时，黄瓜进入开花期，基质对株高无显著影响，供液频率及两者交互作用下对株高有显著影响，此时基质对株高的影响进一步减小，供液频率是影响株高的主要因素。定植49 d，黄瓜进入结果期，基质对株高重新呈现极显著影响，供液频率对其无显著影响，这是由于进入结瓜期后，黄瓜植株的需水量增大，供给的水分几乎全部被植株吸收，几乎无水分渗漏现象发生，导致供液频率对其的影响不显著。同时可以看出在定植后7 d、21 d、49 d时基质，供液频率以及两者交互作用均对茎粗无显著影响，在定植35 d 时，基质，供液频率两者交互作用对茎粗有显著影响。

表1 不同基质和供液频率下黄瓜植株株高、茎粗方差分析（F值）Tab.1 Variance analysis of cucumber plant height and stem thickness under different matrix and liquid supply frequency（F value）

2.2 不同基质和供液频率对黄瓜叶面积的影响

图3反映了不同基质与供液频率下黄瓜各处理叶面积的变化情况，可以看出，黄瓜植株叶面积的变化规律为随着黄瓜生育阶段的增加叶面积增速先加快后放缓。定植至结瓜前期，叶面积增速较快，其中以A2P2 处理增长最快，在定植35 d 时达到了472.84 cm2，较定植21 d 时增长了179%，CKP3 处理增速最慢，定植35 d 时叶面积为275.79 cm2，较21 d 时增长163%，并且两处理之间存在显著差异；定植45 d 后，黄瓜进入结瓜期，各处理叶面积增长速率开始放缓，这是因为进行了人为剪叶，为了使水分更好的向果实进行移动。其中A2P1处理的叶面积达到最大，为526.42 cm2，较35 d时增长20.9%，CKP3 处理的叶面积最小，为304.93 cm2，较35 d 时增长10.6%，两者之间有显著性差异。综上所述，以供液频率一天1 次，栽培基质为椰糠∶沙=1∶1 时最有利于黄瓜植株叶面积的增长。

图3 不同基质和供液频率对黄瓜植株叶面积的影响Fig.3 Effects of different matrix and liquid supply frequency on cucumber leaf area

2.3 不同基质和供液频率对黄瓜果实干鲜质量的影响

表2反映了不同基质与供液频率下黄瓜各处理单个果实干鲜质量和含水率的变化情况，可以看出，A2P2 处理的果实鲜质量最大，达到424.53 g，CKP1 处理的鲜质量最小，仅为290.13 g，显著低于A2P2 处理31.66%；果实干质量在A3P2 处理中达到最大，为20.68 g，在A1P2 处理中达到最小，为12.71 g，低于其他各个处理3.13%～38.54%，并且与其他处理之间均存在显著差异；果实含水率除CKP1、A1P1、A3P2 处理外，其他各处理均达到了标准值（95%）以上，其中以A2P3果实含水率最高，与果实含水率最低的A3P2处理之间存在显著差异。综上所述，以供液频率一天2次，栽培基质选用椰糠和沙1∶1 复配时有利于提高果实的干、鲜质量和含水率。

表2 不同基质和供液频率对黄瓜果实干鲜质量和含水率的影响Tab.2 Effect of different matrix and liquid supply frequency on the dry and fresh weight and moisture content of cucumber

2.4 不同基质和供液频率对叶片SPAD值的影响

图4 反映了不同基质与供液频率下黄瓜各处理叶片SPAD值的情况，可以看出，当供液频率一定时，CK 处理下的叶片SPAD 值均小于其他基质处理，且与其他基质处理下的叶片SPAD 值有显著差异，这说明基质栽培较传统土培可以显著增加黄瓜叶片的叶绿素含量。综合来看，A2P3 处理下的叶片SPAD 值最高，为37.78，其次是A1P2 处理，为37.47，叶片SPAD 值含量最低的是CKP1 处理，为32.83，其他各处理分别比CKP1 处理高0.14～4.95。综上所述，以供液频率一天2 次，草炭：珍珠岩：蛭石=4∶1∶1作为栽培基质最佳。

图4 不同基质和供液频率对叶片SPAD值的影响Fig.4 Effect of different matrix and liquid supply frequency on leaf SPAD value

2.5 不同基质和供液频率对黄瓜果实外观品质的影响

表3反映了不同基质与供液频率对黄瓜各处理果实外观品质的影响，可以看出，CKP1 处理的果实长度最小，为29.97 cm，显著低于其他处理6.93%～15.51%，同时其他各处理之间的果实长度均不存在显著差异；果实直径最大的处理为A2P2，显著高于果实直径最小的A2P3处理15.66%；本试验供试黄瓜品种属于刺黄瓜系列，正常果形指数应在8 以上，由表3 可以看出，除CKP1 和CKP3 处理外，其他各处理均达到了正常值以上，其中以A1P2 处理最高，果形指数达到了9.00，各处理之间的果形指数均不存在显著差异。

表3 不同基质和供液频率对果实外观品质的影响Tab.3 Effect of different matrix and liquid supply frequency on fruit appearance quality

2.6 对各指标的主成分分析

通过对上述各指标的影响分析来看，不同指标得到的较优组合并不一致，无法通过单一指标确定黄瓜最适宜的基质-频率组合。因此可通过对黄瓜植株的株高、茎粗、叶面积、果实干鲜质量、果实含水率、叶片SPAD 值、果实长度和直径以主成分分析法进行降维分析，根据累积贡献率≥85%的原则，筛选出3 个主成分，如表4所示，3 个主成分的贡献率分别57.046%、20.753%、9.196%，累积贡献率达到了86.995%，涵盖了绝大部分信息，因此可通过提取的3个主成分代替原来9个指标进行综合评价。各主成分的得分函数表达式如下：

表4 主成分特征值、贡献率、累计贡献率Tab.4 Principal component characteristic value,contribution rate,cumulative contribution rate

以各主成分的方差贡献率占3个主成分的累积贡献率的比例为综合得分权重，得到综合主成分F的得分表达式如下：

通过公式（4）计算得出不同基质、频率下的黄瓜综合指标的得分和排序，由表5可知，不同处理之间的综合得分排序为：A2P2>A2P3>A1P2>A1P1>A3P3>A2P1>A1P3>A3P1>CKP2>A3P2>CKP3>CKP1。因此综合考虑后建议采用栽培基质为椰糠与沙按1∶1 比例复配，供液频率为一天2 次种植模式最有利于黄瓜的生长。

表5 各指标对黄瓜影响的综合评价结果Tab.5 The results of the comprehensive evaluation of the effects of each index on cucumbers

3 讨论与结论

3.1 讨论

无土栽培作为一项新型农业技术，极大地拓展了我国的农作物生产空间[13]，其中以基质栽培为代表的无土栽培在全世界已经超过了90%，代表了现代设施农业发展的大趋势[14]。同时在基质栽培的基础之上，合理的供液方式对黄瓜的高产也有关键性作用，在农业生产上，供液频率常被当作确定作物灌溉方式的重要指标，供液频率直接影响了植株根系对水分和养分的吸收[9]。

本试验研究结果表明在供液频率一定的前提下，采用基质栽培对黄瓜植株的株高、叶面积、果实鲜质量、果实长度以及叶片SPAD值的影响均优于传统土培，这与樊煜[15]、汤圆强[16]等的研究结论类似。在基质种类的选择上，通过试验发现，沙与椰糠1∶1 复配处理下的黄瓜植株株高、茎粗、叶面积、果实干鲜质量、叶片SPAD 值均较高，这是由于椰糠具有较好的保水性，沙子具有良好的透气性，将两者基质进行复配能够更好的促进黄瓜的生长发育。目前国内已有学者进行了椰糠复配基质的研究，朱国鹏[17]等研究表明，栽培基质配方为椰糠∶沙∶珍珠岩∶污泥=6.75∶2∶1∶0.5时，黄瓜植株的生长状况更好，产量和品质均有所提高。唐丹[18]认为椰糠∶沙子∶有机肥=20∶1∶1 的基质配方对茄子幼苗的生长最为有利。同时试验研究发现沙培处理下的黄瓜果实含水率最低，这是因为夏季温室大棚温度较高，沙子保水性能较差，水分蒸发快，基质中的含水量显著低于其他处理，从而导致黄瓜果实的含水率下降。

试验发现，当栽培基质为沙∶椰糠=1∶1时，以每天供液1 次的处理在黄瓜植株株高、叶片SPAD 值、果实干鲜质量、果实长度及直径方面表现较差，其原因是基质的储水量是一定的，而每天供液1次造成灌水量超出基质的储水范围，造成了营养液的渗漏，同时，一次灌至饱和不能满足植株一天的需水量，导致黄瓜后期缺水，影响植株的正常生长及果实的发育。在每天供液1次的基础上提高供液频率可以显著提高黄瓜的株高、果实干鲜质量、叶片SPAD 值、果实长度和直径，当供液频率为一天2次时，未发现营养液渗漏现象，黄瓜植株的长势最好，果实外观品质最优。当供液频率增加到一天3次时，黄瓜植株的株高、茎粗、叶面积、果实干鲜质量、叶片SPAD 值、果实长度和直径反而降低，其原因是当供液总量一定时，随着供液频率的增加，每次的供液量在减少，夏季高温基质表面蒸发耗水多，黄瓜每天不同时段对水分需求不同，水分在营养生长和生殖生长的分配中产生失调。所以在供液量相同的条件下，适度提高供液频率对黄瓜的生长和果实的发育均有显著影响，这与窦超银[19]、郭文忠[20]等人的研究相同。因此，在以后的研究中应该综合多方面因素，从不同时期、不同季节以及不同栽培条件等方面对黄瓜的需水规律进行精确探索。