灌水量和灌水频率对设施小果型西瓜产量和品质的影响

王林闯，刘璐，李建明，尹莲，许文钊，罗德旭，孙玉东，赵建锋

（1江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏淮安 223001；2淮安市设施蔬菜重点实验室，江苏淮安 223001；3西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 712100）

0 引言

农业灌溉用水是全球引用水资源的主要用途，在干旱和半干旱地区占比达70%以上[1,2]。水资源匮乏以及农业用水短缺是国内长期存在的基本现状，水资源的污染和全球气候变化存在日趋严重的趋势。西瓜是中国的主要园艺作物之一，口感甜美多汁，富含多种营养物质。西瓜是需水量较大的作物，对水分比较敏感，有研究表明西瓜生长发育的不同阶段对水分的需求也存在较大差异[3]，土壤水分含量对西瓜生长发育、产量和品质形成具有很大的影响[4]。在西瓜种植生产中，过度灌水和灌水不合理的问题还普遍存在，既造成了水资源的浪费还会严重影响西瓜的品质。前人从灌溉方式[5-6]、灌水频率[7-8]、水肥耦合[9-11]等方面开展了大量研究，并取得了一定的成效。有研究表明，在保证产量的同时微喷灌和滴灌水肥一体化比沟灌更加节水、节肥，节水率和节肥率分别达38.7%和28.9%[5]。曾烨等[12]在保证全生育期灌水量相等的前提下，研究微喷条件下不同灌溉频率对早春温室小果型西瓜生长特性和品质的影响，结果表明5 d灌水1次的单果质量和产量最高，3 d 灌水1 次的中心可溶性固形物含量最低，高频率灌溉不利于中心可溶性固形物的积累。赵卫星等[11]对不同肥水耦合方式在西瓜上的应用效果进行了研究，主要研究不同灌水频率对西瓜的影响，结果表明，灌水量为225 m3/hm2配施112.5 kg/hm2复合肥的耦合方式，能显著提高西瓜的光合速率和产量。在前人研究的基础上，笔者采用蒸发皿蒸发量控制灌水量的方法，将不同灌水量和灌水频率相结合，研究其对设施小果型西瓜产量和品质的影响，以期进一步优化灌溉技术，提高西瓜品质和水分利用效率，为设施西瓜绿色优质生产提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试西瓜品种为‘苏梦6 号’，由江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所选育。供试器材有200 mm 蒸发皿，旋翼式水表。

1.2 试验地点

试验于2022 年2—6 月在淮安市农科院科研创新基地连栋塑料大棚内进行，土壤有机质含量33.1 g/kg，碱解氮169.1 mg/kg，有效磷179.1 mg/kg，速效钾960.0 mg/kg，pH 7.2。

1.3 试验设计

试验采用口径为20 cm蒸发皿水面蒸发量控制灌水量，以灌水量和灌水频率为因子，根据西瓜不同生育阶段需水规律，设置不同生育期西瓜需水系数(Kp)分别为苗期0.4、开花坐果期0.8、膨瓜期1.6、成熟期0.8[13]，采用西瓜需水系数(Kc)、蒸发皿累计蒸发量(Ep)和灌溉水控制面积(A)的乘积计算灌水量[14]，如式(1)。

式中，Ir为灌水量，Ep为蒸发皿蒸发量，A为灌溉水量控制面积。

试验设置3 个灌水量水平，分别为60%Ep(W1)、75%Ep(W2)、90%Ep(W3)和3 个灌水频率分别为3 d(F1)、6 d(F2)、9 d(F3)。将灌水量和灌水频率2个因素耦合，共得到9个处理（表1），3次重复。试验小区长3 m、宽3 m，每小区定植西瓜40株。宽窄行吊蔓栽培，宽行110 cm、窄行50 cm，覆银灰地膜，株距30 cm，3 叶1 心定植，双蔓整枝，每株留1 个瓜。缓苗10 d，伸蔓期开始进行灌水处理。为消除处理间水肥渗透的影响，将塑料膜埋60 cm深进行隔离。

表1 试验设计

1.4 测定指标

授粉后15 d，选取第3朵雌花着生处上部第1节瓜蔓中间位置和第1 片瓜叶，分别采用游标卡尺和SPAD-502Plus 叶绿素仪测量西瓜植株的茎粗和叶绿素含量；采收后，采用台秤称量果实产量；采用直尺测量果实横径、纵径和果皮厚；采用手持折光仪测量果实中心和边部可溶性固形物含量；采用考马斯亮蓝G-250 法（Bradford 法）测定可溶性蛋白含量；分别使用solarbio 微量法试剂盒(BC2505、BC2465、BC2455)并配合酶标仪测定西瓜果实的葡萄糖、蔗糖、果糖含量；采用紫外-分光光度法（公式法）测定番茄红素含量；采用水杨酸-硫酸法测定硝酸盐含量；通过式(2)计算各处理的水分利用效率。

式中，IWUE为灌溉水分利用效率，Y为产量，Ir为灌水量。

1.5 数据处理

采用Excel 和SPSS 20.0 软件对数据进行整理和统计分析，Duncan's新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 灌水量和灌水频率对西瓜植株生长的影响

由图1 可知，不同灌水量和灌水频率对西瓜植株茎粗产生了一定的影响。整体上看，W3F1处理的西瓜植株茎粗最大，除W2F1、W1F1、W3F2外，与其他处理均达到显著差异水平；从不同灌水量看，随着灌水量的增加，西瓜植株的茎粗呈现逐渐增加的趋势，灌水频率越小差异越明显；从不同灌水频率看，随着灌水频率的降低，西瓜植株的茎粗表现出逐渐减小的趋势，F1与F3间差异显著，在低灌水量条件下表现得更加明显。

图1 灌水量和灌水频率对西瓜植株茎粗的影响

2.2 灌水量和灌水频率对西瓜植株叶片的影响

从图2 可以看出，不同灌水量和灌水频率对西瓜植株叶片叶绿素含量也产生了不同程度的影响，其中W1F3处理西瓜叶片的SPAD值最高，比W1F1有显著提高；从不同的灌水量来看，各处理没有显著差异，各灌水频率下表现一致；从不同灌水频率来看，呈现出随着灌水频率的降低西瓜叶片SPAD值逐渐增加的趋势，F3与F1间差异明显，各灌水量下表现基本一致。

图2 灌水量和灌水频率对西瓜植株叶片叶绿素含量的影响

2.3 灌水量和灌水频率对西瓜果实性状指标的影响

由表2 可知，不同灌水量和灌水频率对西瓜的果实指标产生了不同程度的影响。从单果重看，W3F1处理西瓜最大，显著高于W1F3，其他处理间没有显著差异，不同灌水频率下表现出逐渐下降的趋势，但差异不明显；在纵径、横径和皮厚指标上各处理间没有显著差异；从中心糖和边糖的结果看，W2F2处理均最高，中心糖比W3F1提高了5.6%，边糖比W3F3提高了10.5%；从不同灌水量看W2处理整体优于W1和W3，从灌水频率看F2优于F1和F3。

表2 灌水量和灌水频率对西瓜单瓜重、皮厚、中心糖等果实性状指标的影响

2.4 灌水量和灌水频率对西瓜果实品质的影响

从表3 可以看出，不同灌水量和灌水频率对西瓜果实的品质也产生了一定的影响。W2F2处理西瓜果实的葡萄糖、蔗糖和果糖含量均最高，其中葡萄糖和果糖含量均比W3F3和W3F1处理有显著提高，蔗糖含量与W3F3处理相比达到显著差异水平，其他处理间差异不显著；各处理间西瓜果实的番茄红素、可溶性蛋白和硝酸盐含量没有显著差异；从不同灌水量来看，W2处理下的西瓜品质整体上好于W1和W3；从灌水频率看，西瓜果实的葡萄糖、蔗糖、果糖和番茄红素含量均呈现出先增加后减少的变化情况，可溶性蛋白含量则表现出随灌水频率的降低逐渐下降的趋势，整体上看F2处理的西瓜果实的品质优于F3和F1，但差异不显著。

表3 灌水量和灌水频率对西瓜果实葡萄糖、番茄红素、硝酸盐含量等品质的影响

2.5 灌水量和灌水频率对西瓜产量的影响

从图3可以看出，W3F1处理西瓜产量最高，比W1F3增加17.0%，达显著差异水平，与其他处理间没有显著差异。不同灌水频率间表现出随灌水频率降低产量减少的趋势，但差异不显著，灌水量低的情况下更加明显；不同灌水量间，随着灌水量的增加，产量表现出增加的趋势，但差异不明显。

图3 不同灌水量和灌水频率下的西瓜产量

2.6 灌水量和灌水频率对水分利用效率的影响

从图4 可以看出，不同灌水量和灌水频率对水分利用效率产生了一定的影响，其中W1F1处理水分利用效率最高，与W2F3、W3F1、W3F3、W3F3间差异显著，分别提高了23.3%、26.4%、32.5%、38.0%；随着灌水量的增加，水分利用效率呈现出逐渐降低的趋势，灌水频率越高表现得越明显；从不同灌水频率来看，灌水频率越低，水分利用效率越低，不同灌水量下F3分别比F1降低了17.0%、4.6%、8.3%。

图4 不同灌水量和灌水频率下的水分利用效率

3 结论与讨论

西瓜对水分的需求十分敏感，尤其在果实发育阶段遭受到水分胁迫后，会严重影响西瓜生长[15]。有研究发现，在相同施肥量条件下，嫁接苗与自根苗的产量均随着灌水定额的增加而增加，西瓜可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比等主要品质指标随灌水量增加而降低[16]。刘炼红[17]利用蒸发皿的水面蒸发量设计西瓜不同时期的灌水量和频率，发现在西瓜营养生长期需保持高频中水量的灌溉，在西瓜生殖生长期需保持低频中高水量的灌溉。因此，在保证西瓜正常生长发育的情况下，找出最为合适的灌溉量和灌溉频率，满足西瓜各时期的水分需求，对提升西瓜的品质和水分利用效率尤为重要。

本研究根据蒸发皿的蒸发量和西瓜所处生育期的需水规律计算灌水量，每个灌水量设定了3 个不同的灌水频率，可以更加全面地了解不同灌水方式对设施小果型西瓜生长、产量、品质及水分利用效率的影响，进一步优化了设施小果型西瓜灌溉技术。从试验结果可以看出，不同灌水量和灌水频率对西瓜的生长产生了明显影响，高灌水量和高灌水频率的W3F1处理下西瓜植株茎粗和果实产量都是最高的，整体表现出随着灌水量的增加西瓜植株茎粗和果实产量呈现逐渐增加的趋势，灌水频率越低差异越明显，随着灌水频率的降低，西瓜植株茎粗和果实产量呈现出逐渐减小的趋势，在低灌水量条件下表现得更加明显，这与张笑等[16]和李晨等[18]的研究结果基本一致；从各处理下西瓜植株叶片的叶绿素含量来看，W1F3处理西瓜叶片的SPAD值最高，比W1F1有显著提高，整体上看呈现出随着灌水频率的降低西瓜叶片SPAD值逐渐增加的趋势，F3与F1间差异明显，各灌水量下表现基本一致；从各处理西瓜果实品质指标的结果看，中心糖和边糖W2F2处理均最高，中心糖比W3F1提高了5.6%，边糖比W3F3提高了10.5%，W2F2处理西瓜果实的葡萄糖、蔗糖和果糖含量均最高，其中葡萄糖和果糖含量均比W3F3和W3F1处理有显著提高，蔗糖含量与W3F3处理相比达到显著差异水平，各处理间西瓜果实的番茄红素、可溶性蛋白和硝酸盐含量没有显著差异；从灌水频率看，西瓜果实的葡萄糖、蔗糖、果糖和番茄红素含量均呈现出先增加后减少的变化情况，可溶性蛋白含量则表现出随灌水频率的降低逐渐下降的趋势，整体上看W2处理的西瓜果实品质优于W1和W3，F2优于F1和F3，这与金建新等[19]和杜少平等[20]的研究结果基本一致；从水分利用效率结果看，W1F1处理最高，比W2F3、W3F1、W3F3分别提高了23.3%、26.4%、32.5%，整体上随着灌水量的增加，水分利用效率呈现出逐渐降低的趋势，灌水频率越高表现得越明显，灌水频率越小，水分利用效率越低，不同灌水量下F3分别比F1降低了17.0%、4.6%、8.3%。

进一步提升西瓜品质，提高水分利用效率，是现阶段西瓜生产的主要需求。本试验明确了设施小果型西瓜的生长、产量、品质及水分利用效率等指标与不同灌水量和灌水频率的关系。通过综合比较，W2F2处理下西瓜果实的可溶性固形物、葡萄糖、蔗糖、果糖和番茄红素含量等品质指标均最高，硝酸盐含量较低，产量达41247 kg/hm2，与产量最高的W3F1没有显著差异，灌溉水分利用效率为53.4 kg/m3，与最高的W1F1也没有显著差异，其他指标基本处于中间水平，综合表现最佳。研究结果可为设施小果型西瓜绿色优质生产提供理论和技术支撑。本研究是基于江苏徐淮地区西瓜主产区的壤土类型开展的，30 cm 深度土壤含水量在20%左右，不同的土壤类型、基础含水量甚至地下水位是否会产生不同的试验结果，有待进一步研究。