不同灌水量对日光温室黄瓜农艺性状与光合效率的影响

摘" " 要：为探究不同灌水量对日光温室黄瓜农艺性状和光合效率的影响，以津园60黄瓜为材料，设置5个不同灌水量的处理，分别为CK（253.39 mm）、A1（153.39 mm）、A2（453.39 mm）、A3（653.39 mm）和A4（853.39 mm），研究其对设施黄瓜的主要农艺性状（株高、茎粗、叶面积、节间长度、干物质含量及根冠比、根长）、叶片叶绿素相对含量（SPAD值）、光合效率[光合速率（Pn）、气孔导度（Cs）、蒸腾速率（Tr）和胞间CO2 浓度（Ci）]以及单果质量的影响。结果表明，相比其他处理，在A3处理下黄瓜各农艺性状指标均有明显升高，同时单果质量在A3处理下达到最大，为169.2 g。此外，在黄瓜叶片光合效率方面，A3处理相较于其他处理，光合速率、气孔导度和蒸腾速率明显上升，而胞间CO2浓度明显降低，其中光合速率最高可达到23.40 μmol·m-2·s-1。综合分析，津园60黄瓜在日光温室条件下灌水量为653.39 mm时可明显促进黄瓜生长发育，提高黄瓜光合效率和产品质量。

关键词：黄瓜；日光温室；灌水量；农艺性状；光合效率

中图分类号：S642.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2025）01-115-07

Effects of different irrigation amounts on agronomic traits and photosynthetic efficiency of cucumber in solar greenhouse

CHEN Liqin， LIU Gang， WANG Huilin， HU Liangliang

（College of Horticulture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， Xinjiang， China）

Abstract： To investigate the effects of different irrigation amounts on agronomic characters and photosynthetic efficiency of cucumber in solar greenhouse， the experiment used the cucumber variety Jinyuan 60 as the material. Five irrigation treatments were set up： CK（253.39 mm）， A1（153.39 mm）， A2（453.39 mm）， A3（653.39 mm）， and A4（853.39 mm）. The study examined their impact on key agronomic traits（plant height， stem diameter， leaf area， internode length， dry matter content， root-shoot ratio， root length）， leaf relative chlorophyll content， photosynthetic efficiency（photosynthetic rate， stomatal conductance， transpiration rate and intercellular CO2 concentration）as well as single fruit mass of greenhouse cucumber. The results showed that compared to other treatments， the agronomic characters of cucumber increased significantly under the A3 treatment. The single fruit mass reached the maximum of 169.2 g under A3 treatment. In addition， in terms of leaf photosynthetic efficiency， the A3 treatment resulted in a significant increase in photosynthetic rate， stomatal conductance， and transpiration rate， while the intercellular CO2 concentration decreased significantly， and the highest photosynthetic rate was 23.40 μmol·m-2·s-1. In summary， under solar greenhouse conditions， an irrigation level of 653.39 mm significantly promotes the growth and development of Jinyuan 60 cucumber， enhances photosynthetic efficiency， and improves product quality.

Key words： Cucumber; Solar greenhouse; Irrigation quantity; Agronomic traits; Photosynthetic efficiency

黄瓜是我国北方设施栽培的主要蔬菜作物之一，也是耗水量较大的蔬菜之一[1]。在当前气候变化和水资源短缺的背景下，适宜的灌水管理对于提高设施黄瓜产量尤为重要[2]。前人的研究表明，黄瓜的生长和发育过程对水分的需求量较高，灌水量的调控可以直接影响黄瓜植株的生长速度、根系发育和果实质量[3-4]。此外，合理的灌水可以在提供适量的水分供给基础上有效促进植株的正常生理代谢和养分吸收，从而增加蔬菜作物产量和改善品质[5-6]。摆虹霞等[7]研究发现，灌水量一定时，黄瓜的单株产量随着灌水频率的增加而出现不同程度的降低。Li等[8]研究发现，随着灌水量的增加，黄瓜植株的株高、茎粗和叶片数等生长参数均呈现增加的趋势。王克磊等[9]在潮汐灌溉下进行不同灌水量处理，结果发现黄瓜在苗期灌水量过多时虽能促进植株茎叶的生长，但会明显抑制根系的发育。综合研究可知，灌水量和灌水频率对黄瓜的生长和产量具有重要影响。适度增加灌水量可以促进黄瓜的生长，提高株高、叶面积和单株产量。然而，过度灌水可能会抑制根系的发育，对黄瓜的生长产生负面影响，进而影响黄瓜生长发育。

光合作用是植物生长和产量形成的重要过程，其中光合效率是反映作物生长发育和产量的重要指标[10-11]。李怀平等[12]发现，在不同灌水量处理下，黄瓜叶片光合速率日变化均呈现双峰曲线，且黄瓜叶片叶绿素相对含量（SPAD值）随着灌水量的增加而降低。李静等[13]研究发现，随着灌水量的增加，黄瓜叶片叶绿素含量随之升高，且净光合速率呈现单峰曲线。马新超等[14]研究发现，在不同灌水和施氮水平下，黄瓜净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均呈单峰曲线的变化趋势。由此可见，通过合理的灌水管理，可以提高作物的光合效率和叶绿素含量，进而提高产量。然而，灌水量过度或不足都会对作物的生长产生负面影响。

虽然已有研究涉及灌溉对黄瓜生长的影响，但不同的灌溉方式、灌水量和灌溉频率对黄瓜生长和产量的具体影响会因地区、气候、土壤等因素而异。因此，笔者以津园60黄瓜为试材，在设施条件下设置不同灌水处理，以乌鲁木齐市平均降雨量作为对照，研究日光温室内不同灌水量对黄瓜农艺性状与光合效率的影响，以期为西北地区设施内黄瓜的优质高效生产提供更科学的指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设置在新疆乌鲁木齐市新疆农业大学智能温室内，试验地位于亚欧大陆腹地、天山中段北麓、准噶尔盆地南缘，四季分配不均，冬夏季节时间长，寒暑变化剧烈，全年气候干旱少雨，昼夜温度差异大。年平均降水量为253.39 mm，最大年降水量为 415.10 mm，最小年降水量为169.80 mm[15]。

1.2 材料

以津园60黄瓜种子为试验材料，材料购自天津科润黄瓜研究所，该品种以主蔓结瓜为主，生长势强，早熟性好，且适应性强，适宜越冬日光温室及春秋保护地栽培。

1.3 试验设计

试验于2023年5－9月在新疆农业大学智能温室进行，采用完全随机设计，选取大小相同、完全成熟且颗粒饱满的种子，每个处理30粒，3次重复，将黄瓜种子温汤浸种后，均匀摆放在铺有完全浸湿的2层发芽纸的培养皿（直径为90 mm）中。当芽长为0.5 cm时（第2天）播于72孔穴盘内，每天观察其长势。当长至2叶1心时（第20天），选取长势一致且健壮的幼苗移栽至塑料栽培盆（26.3 cm×26.3 cm×28 cm）中，以便进行精准的水分灌溉，育苗基质为V草炭∶V蛭石∶V珍珠岩=7∶2∶1；采用搭架绑蔓的形式，为主蔓结果。以乌鲁木齐年平均年降水量253.39 mm为对照，灌水量共设5个处理CK（253.39 mm）；A1（153.39 mm）；A2（453.39 mm）；A3（653.39 mm）；A4（853.39 mm）。每隔5 d灌溉1次，单次灌水量由量筒读取，其他管理措施一致。

1.4 农艺性状指标测定及方法

1.4.1 生长指标的测定 定植后，采用定株观察法，每15 d测定1次黄瓜植株的株高、茎粗、叶长和叶宽，计算其叶面积和节间长度。株高为根基部到植株顶端的距离，茎粗为地上部第3节间的直径，叶长为叶柄基部到叶尖的长度，叶宽为叶片横向最宽处间距。利用回归方程计算叶面积A = 14.61-5.0 L+0.94 L2+0.47 W+0.63 W2-0.62 L×W（L：叶长；W：叶宽），共测定75 d，具体参考Robbins等[16]的研究方法并做改进。定植后第75天，采用破坏性取样法，每个处理选取20株，根长为根尖到茎基部的距离，干物质取样时将植株连根挖起，包括地上部和地下部，根系用清水洗净，并用吸水纸吸干表面水分，称鲜质量后放入烘箱，保持105 ℃杀青30 min后调温至75 ℃ 烘为恒质量，用电子天平称质量，根为地下部，茎、叶和花为地上部。

1.4.2 叶片叶绿素相对含量测定 定植后第75天，采用定株观察法，每个处理选取20株，1株黄瓜选取3片饱满且完整的功能叶，用SPAD - 502叶绿素仪测定叶绿素相对含量（SPAD值）。

1.4.3 植株光合效率测定 定植后第80天（当日以及前两日均为晴天）08：00－18：00，利用安装有透明叶室的Li - 6400型光合仪进行光合效率的测定，每隔2 h测定1次，每个处理选取20株。测定项目包括光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和胞间二氧化碳浓度（Ci），温室内光照、CO2浓度和温度为自然环境条件。

1.4.4 单果质量测定 在定植后的第85天进行黄瓜采收，采摘时以嫩瓜为采收标准，每个处理选取20株黄瓜商品一致性好的植株分别称取果实质量，果实质量用电子天平（精度为0.001 g）测量。

1.5 数据分析

使用Excel 2023 整理数据，采用SPSS 20 进行单因素方差分析，采用Duncan 法检测显著性差异，采用Origin 2023制图。

2 结果与分析

2.1 不同灌水量对黄瓜植株生长的影响

2.1.1 不同灌水量对黄瓜株高、茎粗、叶面积和节间长度的影响 由表1可知，不同生长阶段黄瓜的株高随着灌水量的增加均呈现出先增加后降低的趋势，其中随着灌水量的增加至A3处理时达到最大，为210.79 cm，其相较于CK处理显著增加了29.61%。其中，茎粗也表现出随着灌水量的增加呈现先增大后减小的趋势，以A3处理的植株最大，为8.52 cm，显著高于CK和其他处理。叶面积和节间长度均随着水分的不断增加而增大，均以A3处理最大，分别为483.44 cm2和11.73 cm，明显大于其他处理。由此可见，在黄瓜整个生长周期，不同灌水量处理对植株的生长均有显著影响。适量的水分供应可以促进黄瓜植株的生长，增加其茎部的粗壮程度，提高叶面积和节间长度。

2.1.2 不同灌水量对黄瓜植株干物质含量及根冠比的影响 由表2可知，黄瓜的地上部干鲜质量与灌水量呈现正相关，其中A4处理下为最大，分别为153.54和1 292.48 g。在增加灌水量的情况下，根干鲜质量和根冠比均呈现“升-降”趋势，以A3处理最大，为4.50和55.70 g。由以上结果可知，适度增加灌水量不仅可以提高黄瓜的地上部干鲜质量，而且可以促进根系的生长和发育（图1），提高根干鲜质量，进而提高根冠比。然而，当灌水量过大时，会导致根系处于水淹状态，影响植株根系的生长，从而降低根干鲜质量（表2，图1）。

2.1.3 不同灌水量对黄瓜植株根长的影响 相较于A3处理下的黄瓜根长，CK、A1、A2和A4处理均表现出显著降低，分别降低了21.55%、47.56%、14.91%和12.23%（图 1）。由此可知，黄瓜植株的根长随着灌水量的增加而增加，但当灌水量达到一定量（A4处理）时则会阻碍根系的生长。这说明过量灌水可能在一定程度上使植株根部处于水淹状态，从而抑制了根系的生长发育。

2.2 不同灌水量对黄瓜叶片光合特性的影响

2.2.1 不同灌水量对黄瓜叶片SPAD值的影响 如图2所示，随着灌水量的增加，黄瓜植株叶片中SPAD值呈现先增加后降低的变化趋势。其他各处理与A3处理相比均表现出显著差异，其中A1处理SPAD值减少最明显，降低了28.45%。由此可见，适量的灌水有助于提高黄瓜叶片的SPAD值，而过高或过低水分所造成的胁迫则显著降低了黄瓜叶片中的SPAD值。

2.2.2 不同灌水量对黄瓜叶片光合日变化的影响 由图3～6可知，在不同灌水处理下，黄瓜叶片日光合速率均呈现双峰曲线，日蒸腾速率和气孔导度均呈现单峰曲线，日胞间二氧化碳浓度呈“ W ”形。其中，不同灌水处理下的黄瓜叶片日光合速率均在12：00和16：00达到最高值，随后减弱，在18：00由于光照强度的减弱而降到最低。此外，各处理之间相比，A3处理在不同时间点的光合速率均明显高于其他处理（图 3）。不同处理间气孔导度均在10：00左右达到最大，其中A3处理变化最明显，峰值达到500.42 mmol·m-2·s-1，随后逐渐降低（图 4）。不同灌水处理下，日蒸腾速率均呈现先升高后降低的趋势，在12：00达到最高值，随后逐渐降低。其中，A3处理在12：00的日蒸腾速率最大，为14.55 mmol·m-2·s-1（图5）；日胞间二氧化碳浓度在12：00和16：00达到最低值，其中A1处理相比较其他各处理降低最明显，分别为220.48 μmol·mol-1和240.56 μmol·mol-1（图 6）。综上所述，推测适度灌水（A3，653.39 mm）能够在一定程度上使叶片保持气孔开放，促进气体交换，从而提高植株的光合作用效率。然而，灌水量过多或亏缺均会抑制植株的光合效率。

2.3 不同灌水量对黄瓜单果质量的影响

由图7可知，A3处理下的黄瓜单果质量显著高于其他处理，达到169.2 g。相较于A3处理，CK、A1、A2和A4分别降低了56.74、74.74、40.44和36.67 g。由此可知，适度增加灌水量对提高黄瓜单果质量具有重要作用，即正常的水分供应可以保证黄瓜果实的正常生长和发育，从而提高单果质量。而当灌水量过大或水分亏缺时，则会导致植株的光合效率降低，进而影响植株的果实质量。

3 讨论与结论

在植物生长过程中，适当的灌溉管理对植物的生长发育和形态建成具有重要作用[17-18]。水分管理在一定程度上不仅可以对植物的形态指标（如株高、茎粗、叶面积、节间长度和根长）产生影响，还可以影响植物的光合作用、干物质积累甚至果实质量[19]。本研究结果表明，在设施内当灌水量低于CK时，黄瓜各项形态指标受水分亏缺的影响，均出现不同程度的变化，在第75天植株的株高、茎粗、叶面积和节间长度均不同程度降低，这与毛丽萍等[20]在T1处理（70%灌溉量）下根系受水分胁迫从而抑制黄瓜植株生长和王蓉等[21]的灌水在1500 m3·hm-2处理下的株高、茎粗显著低于3000 m3·hm-2 处理的整体变化趋势相一致。此外，试验结果显示，不同灌水处理对黄瓜节间长度和叶面积也有一定的影响，即灌水量过低或过高均会抑制黄瓜节间伸长和叶面积增大，这与杨冬艳等[22]在TR 2（320 L·次-1）处理下的茎叶生长情况较TR 1（160 L·次-1）和TR 3（480 L·次-1）处理下有显著增高趋势的结果一致。陈红波等[23]研究表明，当灌水量过多使黄瓜根系处于水涝状态，而灌水量过少使根系处于干旱状态，均会影响植株根系的正常生长发育，这与本试验结果一致。综上所述，在黄瓜生长前期，合适的灌溉水平在一定程度上促进了植株的营养生长，可为后期的生殖生长（果实生长）奠定基础。

本研究结果表明，在一定范围内，提升灌水水平能够增加叶片SPAD值，而过高的灌水水平反而使SPAD值有所下降，这与刘琦峰等[24]的研究结果一致，但常莉飞等[25]指出，亏缺灌溉有利于提高温室黄瓜的叶绿素含量，这可能是设置灌水水平不同所导致的。与此同时，在设施内不同灌水量在同一天不同时间段内，黄瓜各项光合效率指标（光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度）也均有所不同，如本研究中A3处理下黄瓜叶片光合速率在同一天内呈现出（08：00－18：00）前期大、中期小、后期又增大的变化规律，这与于晓蕾等[26]在观测期内（开花至采收成熟期），黄瓜叶片光合速率在基质水分上限为100%处理显著高于水分上限为80%且呈现“升-降-升”变化趋势的结果基本一致。本试验研究结果发现，光合效率会随着灌水量的增加而提高，但灌水量过高反而会使其降低，这与张金秀等[27]的研究结果有所不同，即高灌水量会提高光合速率、气孔导度和蒸腾速率，而灌水不足导致各指标降低。不同灌水量处理对黄瓜光合特性的影响是促使灌溉条件下黄瓜增产的重要因素，在本研究中，A1和CK处理由于灌水量过少，A4处理由于灌水量过多从而使黄瓜植株生长均遭受胁迫，进而抑制了叶片的光合生理代谢，降低了植株的光合效率。梁运江等[28]、孔德杰等[29]和董彦红等[30]研究表明，除灌水量外，施肥量和灌水次数过多或过少也会对黄瓜叶片光合效率起到抑制作用，而本研究中虽聚焦于单一变量（灌水量），但试验结果却一致，这表明任何外界环境因子在低于或超过一定阈值时均会对光合效率产生负面效应。冀健红等[31]研究表明，通过设置6个灌水处理的结果表明，对黄瓜的供水量越高，果实质量就越大，而本试验设置5个不同处理表明当灌水量达到A3处理时，黄瓜单果质量达到最大，随后果实生长受到抑制。由此可知，对于灌水量梯度的设置也会影响果实的正常生长发育，从而影响果实的单果质量。综上所述，灌水量是影响黄瓜光合特性和产量的重要因素，过低或过高的灌水量均会对黄瓜的生长产生负面影响，合理设置灌水量梯度对促进黄瓜的正常生长发育和提高产量具有重要意义。

本研究结果表明，灌水量对设施黄瓜的农艺性状及光合效率均具有明显影响。在节水灌溉管理方面，应根据黄瓜的生长需求合理调整灌水量，既要保证植株的正常生长和产量，又要避免水资源的浪费。同时，还需要考虑不同生长阶段黄瓜对水分的需求差异，制定科学的灌溉策略。此外，笔者仅从灌水量这一单一因素探讨了对设施黄瓜农艺性状及光合效率的影响，实际生产中可能还受到其他因素的影响，如肥料施用、温度调控等。因此，下一步研究可综合考虑多种因素对设施黄瓜农艺性状的影响，为设施黄瓜的高效栽培提供更为全面可靠的理论依据。

综上所述，通过对比试验探究了不同灌水量对设施黄瓜主要农艺性状及光合效率的影响，结果表明，随着灌水量的增加，黄瓜植株各生长指标表现出明显变化，其中株高、茎粗、叶面积、节间长度、根干鲜质量、根冠比和根长在灌水量为A3（653.39 mm）时达到最大，随后降低，而干物质含量中地上部干质量则在A4处理（853.39 mm）时达到最大。与此同时，光合速率、气孔导度和蒸腾速率也表现出“先升后降”的变化趋势，而胞间二氧化碳浓度在CK处理（253.39 mm）时日变化最明显。相较于CK处理，黄瓜单果质量在灌水量为A3处理时显著增加了33.53%。因此，综合分析可知，灌水量A3处理（653.39 mm）是津园60黄瓜设施栽培的最适灌水量。

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