灌水頻率和灌水量對溫室黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及灌溉水利用效率的影響

擺虹霞，張亞紅，2，馬小連，黃嘉俊

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏大學(xué)食品與葡萄酒學(xué)院，銀川 750021）

0 引言

【研究意義】黃瓜是我國北方冬春季節(jié)溫室栽培的主要蔬菜，也是耗水量最大的蔬菜之一[1-2]。水分虧缺已成為限制黃瓜產(chǎn)量提高重要因子，也是影響干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境改善的重要因子[2]。目前需要解決如何充分利用有限灌水達到作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。而黃瓜要達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)需要有合理的灌水量和灌水頻率，其組合優(yōu)劣直接影響土壤中水分運移，影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成[3]。研究灌水量和灌水頻率對確立作物灌溉制度的有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】王新元[4]、韓建會[5]、方棟平[6]研究表明，黃瓜產(chǎn)量與灌水量呈正相關(guān)，灌水利用效率則隨灌水量的增加逐漸減少，黃瓜品質(zhì)有下降的趨勢，黃瓜干物質(zhì)累積量隨灌水量的增大呈增大的趨勢。毋海梅[7]研究表明，隨著灌水量的減小，溫室黃瓜產(chǎn)量呈降低趨勢。劉淑艷[8]研究提出，坐果期灌水間隔為1 d有利于產(chǎn)量形成。郭文忠[9]等研究發(fā)現(xiàn)，高頻灌水（6 d）對于增加干物質(zhì)積累效果最好，中頻灌水（3 d）產(chǎn)量最高。而楊冬艷[10]認為黃瓜結(jié)果期適宜的灌溉間隔為7 d，降低灌溉頻率，能夠促進秋冬茬黃瓜根系生長量增加，促進果實中糖含量的積累，有利于黃瓜坐果，產(chǎn)量增加。郭生虎[11]研究表明黃瓜基本上呈現(xiàn)為開花期和初瓜期需水量小、盛瓜期需水量大、后期小的規(guī)律，需水高峰出現(xiàn)在結(jié)瓜盛期。李道西[2]研究表明，灌水量的增加會提高表層土壤含水量，灌水頻率的增加會減小表層土壤含水量，但會提高深層含水率?！颈狙芯壳腥朦c】目前，對西北地區(qū)滴灌施肥條件下灌水量和灌水頻率對黃瓜生長、產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究還較少，何華[12]、王巨媛[13]等試驗大多以盆栽為主。需研究灌水頻率和灌水量對黃瓜根系土壤水分分布及生長的影響【擬解決的關(guān)鍵問題】比較分析不同灌水頻率和灌水量耦合對日光溫室黃瓜產(chǎn)量、灌溉水利用效率及生長及果實形態(tài)指標，研究黃瓜在不同生育期的水分需求和產(chǎn)量的形成，為西北地區(qū)水果黃瓜的栽培種植提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

以黃瓜品種黃乳4號為材料（寧夏天源種業(yè)有限公司選育）。試驗于2020年3～7月在寧夏回族自治區(qū)寧夏園藝產(chǎn)業(yè)園進行。溫室為西北試-VII型日光溫室，東西走向長度80 m，南北跨度10 m，脊高4.3 m，后墻高3.7 m，東西山墻及北墻中部為1.5 m厚土梯形搗墻。E105°53′～106°36′，N38°26′～38°48′，屬于中溫帶干旱氣候區(qū)?！?℃的積溫為3 753.2℃，≥15℃的積溫為2 629.9℃，年平均氣溫8.5℃左右，年平均日照時數(shù)2 800～3 000 h，年平均降水量200 mm左右[14]。土壤類型為灰鈣土，土壤耕層（0～30 cm）pH值為7.53，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為12.1 g/kg，全氮質(zhì)量分數(shù)0.98 g/kg，速效磷質(zhì)量分數(shù)6.51 mg/kg，速效鉀質(zhì)量分數(shù)169.15 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

在日光溫室中定植日期為2020年3月31日，拉秧日期為7月10日。黃瓜各生育期時間為幼苗期（4月1日～4月28日）、初瓜期（4月28日～5月10日）、盛瓜期（5月10日～6月25日）、末瓜期（6月25日～7月10日）。在溫室灌溉條件下，設(shè)置灌水頻率和灌水量的兩因素隨機區(qū)組試驗，灌水頻率和灌水量為：3個灌水頻率D1（1 d）、D2（3 d）、D3（5 d）和3個灌溉定額W1（150 m3/667 m2）、W2（200 m3/667 m2）、W3（250 m3/667 m2），共9個處理，每個處理設(shè)2個重復(fù)，共計18個小區(qū)。小區(qū)長8.5 m，寬1.2 m，小區(qū)面積為10.2 m2。采用起壟種植的方式，壟寬為120 cm，兩壟之間的距離為1.2 m，壟長8.5 m，壟臺高20 cm，行距80 cm，株距27 cm，種植密度為2 875株/667 m2。水肥一體化裝備為水箱（300 L）、水泵，滴管帶滴頭間距30 cm，每個處理安裝水表水表（精度0.000 1）控制灌水，滴灌。前茬種植蔬菜為番茄，黃瓜生育期內(nèi)施肥為定植期施底肥和苗期及瓜期追肥，種植前將各處理肥量的35%以底肥的方式施入，追肥按照花期追肥1次、初果期追肥2次和盛果期追肥5次，全生育期共追肥8次。施用肥料選用磷酸二氫鉀、尿素和硝酸鉀。在整個生育期各處理的施肥量和管理保持一致。圖1

圖1 黃瓜種植小區(qū)布置Fig.1 Layout of Cucumber Planting Area

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 土壤體積含水量測定采用TDR-3型土壤水分傳感器實時連續(xù)監(jiān)測土壤體積含水量。

1.2.2.2 株高和葉面積在黃瓜的各個生育期，每個小區(qū)內(nèi)選取具有代表性的植株3株，用卷尺測定其株高；黃瓜葉面積測定葉長（LL）、葉寬（WL），以公式SL=0.5WL×LL+0.25×WL2，求算單葉葉面積（R2=0.984 6）[15]。

1.2.2.3 干物質(zhì)量和產(chǎn)量測定在黃瓜的各個生育期，每個小區(qū)內(nèi)隨機選取具有代表性的植株3株，將根、莖、葉和果實分離，根用清水洗凈，濾紙吸干表面水分，置于烘箱中105℃殺青30 min后，再75℃烘干至恒重，冷卻后使用電子天平測定各部分干物質(zhì)含量。自果實成熟時開始采摘，并用萬分之一型電子天平稱其單果重及總重量，連續(xù)采摘全生育期果實，累計黃瓜產(chǎn)量，根據(jù)單株產(chǎn)量核算單位面積產(chǎn)量。

1.2.2.4 黃瓜經(jīng)濟產(chǎn)量（Y，kg/667 m2）的測定。每小區(qū)選定一壟計產(chǎn)，記錄每次摘瓜數(shù)及摘瓜質(zhì)量，換算成每畝的產(chǎn)量即為黃瓜的經(jīng)濟產(chǎn)量。灌溉水利用效率（IWUE）以公式IWUE=Y/I計算得到。（Y：黃瓜總產(chǎn)量，I：總灌水量）。

1.2.2.5 黃瓜品質(zhì)的測定VC含量采用鉬藍比色法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；有機酸通過酸堿中和滴定測定；可溶性固形物通過ATAGO-P32（Japan）手持折射儀測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010和Origin 8.0軟件進行數(shù)據(jù)處理并繪圖，利用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃瓜生育期內(nèi)空氣溫度的變化

研究表明，2020年3～7月期間，溫室溫度在22.6～43.9℃波動，平均35.4℃，最低溫度在11.3～20.1℃波動，平均16.6℃，每日平均溫度在19.7～30.0℃，平均日均溫為24.4℃，活動積溫為2 192.6℃。圖2

圖2 黃瓜生育期內(nèi)溫室空氣溫度變化Fig.2 Variation of greenhouse air temperature during cucumber growth period

2.2 灌水頻率和灌水量對黃瓜土壤體積含水量的影響

研究表明，整個黃瓜生育期各處理的土壤體積含水量變化趨勢基本一致，最大耗水量均出現(xiàn)在5月中下旬及6月上旬，此時段黃瓜由初瓜期進入盛瓜期，黃瓜2～45穗果進入膨大及成熟階段，而且氣候進入高溫時期，黃瓜蒸騰強烈，導(dǎo)致黃瓜需水量較大。

0～15 cm、15～30 cm不同深度土層的體積含水量呈現(xiàn)出隨著灌水量和灌水頻率的增加，土壤體積含水量隨之增加的趨勢。各處理中，深層土壤體積含水量高于淺層土壤體積含水量。W3D1具有“水量大、頻次高”的特點，其濕潤層含水量基本高于其他處理的含水量，波動幅度也小于其他8個處理。而W1D3處理灌水量少、頻次低。在一定程度上處于這九個處理中相對缺水狀態(tài)，土壤含水量波動大，含水率低。圖3

圖3 不同灌水量和滴灌頻率下0～30cm土層土壤含水量變化Fig.3 Effects of irrigation amount and drip irrigation frequency on soil water content in 0～30 cm soil layer

2.3 不同灌水頻率和滴水量對黃瓜株高和葉面積的影響

研究表明，在苗期，黃瓜株高之間差異不顯著。初瓜期處理之間差異逐漸顯現(xiàn)，到末瓜期達到最大。在D3W3黃瓜達到最大值，為300.5 cm。在同一灌水頻率下，灌水量對黃瓜株高影響從大到小依次為W3，W2，W1，隨著灌水量的增大，株高也呈現(xiàn)出不同程度的增大；在同一灌水量下，不同灌水頻率對黃瓜株高的影響呈現(xiàn)相同的規(guī)律，灌水頻率對黃瓜株高影響從大到小依次為D3，D2，D1，隨著灌水頻率的增大，株高呈現(xiàn)不同程度的下降。

滴灌頻率對黃瓜盛瓜期和末瓜期的株高影響差異極顯著（P＜0.01），對苗期具有差異顯著（P＜0.05）；灌水量對黃瓜各生育期株高影響均差異極顯著（P＜0.01）；兩者交互作用對盛瓜期、末瓜期株高影響差異極顯著（P＜0.01），對初瓜期和苗期株高影響差異顯著（P＜0.05）。圖4

圖4 不同灌水頻率和灌水量下黃瓜株高變化Fig.4 Effects of irrigation frequency and irrigation amount on plant height of Cucumber

不同處理黃瓜葉面積均隨著生育期的推移逐漸增加，在末瓜期增大的速度較緩。在D3W3達到最大，為387.64 cm2。在同一灌水頻率下，各處理間從大到小表現(xiàn)為W3，W2，W1，隨著灌水量的增大，黃瓜的株高也隨之增大；在同一灌水量下，各處理間從大到小表現(xiàn)為D3，D2，D1，隨著灌水頻率的增大，黃瓜葉面積呈現(xiàn)出不同的下降趨勢，D3處理比較有利于黃瓜葉面積的增大。圖5

滴灌頻率對黃瓜盛瓜期和末瓜期的葉面積差異極顯著（P＜0.01），對苗期具差異顯著（P＜0.05）；灌水量對黃瓜各生育期影響均差異極顯著（P＜0.01）；兩者交互作用對黃瓜各生育期葉面積影響均差異極顯著（P＜0.01）。圖5

圖5 不同灌水頻率和灌水量下黃瓜葉面積變化Fig.5 Effects of irrigation frequency and irrigation amount on cucumber leaf area

2.4 不同灌水頻率和滴水量對黃瓜果實干物質(zhì)的影響

研究表明，黃瓜成熟期干物質(zhì)累積量主要集中于果實，其占干物質(zhì)累積總量的77.7%～81.9%。D3W3和D2W3處理干物質(zhì)累積量最大，為每株352.8和324.4 g，果實干物質(zhì)為278.7和256.1 g，D1W1處理干物質(zhì)累積量最小，為每株229.2 g，果實干物質(zhì)為每株184.8 g。在同一灌水量下，隨著灌水頻率的增大，黃瓜果實干物質(zhì)積累呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢。中低頻灌水更有利于黃瓜果實干物質(zhì)的積累；在同一灌水頻率下，黃瓜果實干物質(zhì)積累隨著灌水量的增大而增大。

滴灌頻率對黃瓜干物質(zhì)形成無顯著差異（P＞0.05）；灌水量對黃瓜干物質(zhì)量積累差異顯著（P＜0.05）。兩者交互作用對干物質(zhì)量差異極顯著（P＜0.01）。圖6

圖6 不同滴灌頻率和灌水量下黃瓜干物質(zhì)積累量變化Fig.6 Effects of drip irrigation frequency and irrigation amount on dry matter accumulation of Cucumber Fruit

2.5 灌水頻率和灌水量對單株結(jié)果數(shù)、產(chǎn)量和灌溉水分利用效率的影響

研究表明，低頻高水處理（D3W3）產(chǎn)量最大，單株產(chǎn)量達到5.67 kg，高頻低水處理（D1W1）最小，單株產(chǎn)量為3.81 kg。在同一灌水量下，黃瓜單株產(chǎn)量、折合單產(chǎn)隨著灌水頻率的增加呈現(xiàn)下降趨勢；在同一灌水頻率下，黃瓜單株產(chǎn)量、折合單產(chǎn)隨著灌水量的增大而增大。

各處理之間的IWUE（除D1W1和D2W2、D1W2和D2W3外）差異顯著，在38.90～67.21 kg/m3變化。在D3W1達到最大，為67.21 kg/m3，D1W3值最小，為35.77 kg/m3。在同一灌水量下，減少灌溉降低頻率，IWUE逐漸增大，在同一灌水頻率下，增大灌水量，IWUE逐漸減小。

滴灌頻率、灌水量及兩者交互作用對單株結(jié)果數(shù)、單果重、折合667 m2產(chǎn)和灌溉水利用效率均差異極顯著（P＜0.01）。表1

表1 不同滴灌頻率和灌水量下黃瓜單株結(jié)果數(shù)、單果重、產(chǎn)量和水利用效率變化及顯著性檢驗（F值）Table 1 Effects of drip irrigation frequency and irrigation amount on fruit number per plant，fruit weight，yield and water use efficiency of cucumber and significance test（F value）

2.6 灌水頻率和灌水量對黃瓜品質(zhì)的影響

研究表明，D1D1處理可溶性固形物含量最高，較其他處理顯著提高了8.76%～25.91%；D3W3處理可溶性固形物含量最低，與其他處理差異顯著。在同一灌水頻率下，可溶性糖含量、VC含量和有機酸含量變化趨勢相同，增大灌水量，均呈先增加后減小的趨勢；在同一灌水量下，沒有明顯的規(guī)律。各個含量均在D2W2處理達到最高，最高值分別為11.83%、12.97（mg/100g）和2.27%，較其他處理提高了3.0%～67.8%、5.8%～48.8%和3.0%～30.8%。黃瓜果長和果徑在不同處理下沒有明顯的規(guī)律，果長和果徑在D2W3、D3W3處理值最高，為18.06和33.04 mm。

滴灌頻率對可溶性固形物的含量差異極顯著（P＜0.01），對其他3個品質(zhì)無差異（P＞0.05）；灌水量對有機酸、可溶性固形物、可溶性糖含量均差異極顯著（P＜0.01），對VC含量無顯著差異（P＞0.05）；兩者交互作用對有機酸和可溶性固形物差異極顯著（P＜0.01），對可溶性糖和VC含量無顯著差異（P＞0.05），灌水頻率、灌水量及兩者交互作用對果長和果徑均無顯著差異（P＞0.05）。圖7

圖7 不同滴灌頻率和灌水量下黃瓜品質(zhì)變化Fig.7 Effects of drip irrigation frequency and irrigation amount on cucumber quality

2.7 灌水頻率和灌水量下黃瓜產(chǎn)量、灌溉水利用效率和品質(zhì)的綜合評價

研究表明，分別取特征值≥1的主成分，只有前3項的主成分的特征值大于1，且累計貢獻率達到84.389%，表前3項主成分足以代表測定指標的綜合評價的得分的大部分信息，可使用這3個主成分來構(gòu)建分析模型。表2，表3

表2 黃瓜各指標標準化處理Table 2 Standardized treatment of cucumber indexes

表3 主成分特征值、貢獻率和累積貢獻率Table 3 Eigenvalue，contribution rate and cumulative contribution rate of principal components

各指標與前3個主成分的關(guān)系為：

其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9分別表示單株結(jié)果數(shù)、單果重、小區(qū)產(chǎn)量、總產(chǎn)量、灌溉水利用效率、可溶性糖、可溶性固形物、VC含量和有機酸。綜合評價公式為F=0.471F1+0.227F2+0.147F3。將標準化值對應(yīng)帶入3個主成分公式，再將所得的結(jié)果對應(yīng)帶入綜合評價公式，得出不同灌溉制度下黃瓜產(chǎn)量、灌溉水利用率和品質(zhì)指標的綜合評價表。D3W2排名第1，D3W3次之，D2W1第三，其中D1W1得分遠低于其他處理。表4

表4 主成分分析法評價黃瓜綜合指標分數(shù)與排名Table 4 Evaluation of cucumber comprehensive index score and ranking by principal component analysis

3 討論

不同灌水條件下日光溫室黃瓜土壤體積含水量變化情況不一樣。黃瓜最大需水量出現(xiàn)在5月下旬至6月上中旬，此時段黃瓜由初瓜期進入盛瓜期，黃瓜穗果進入膨大及成熟階段，而且氣候逐漸步入高溫時期，黃瓜蒸騰強烈，導(dǎo)致黃瓜需水量較大，與程鳳林[16]植物水分的需求隨著不同發(fā)育階段和環(huán)境因子的變化而變化的特征保持一致，與孔德杰[17]、杜社妮[18]黃瓜需水量呈現(xiàn)初瓜期少、盛瓜期大、末瓜期少的特征保持一致。當灌水出現(xiàn)“水量大、頻次高”的特點時，其濕潤層含水量基本高于“水量小、頻次低”的處理，其波動幅度也小于其他處理，與侯建安[19]李道西[2]研究結(jié)果保持一致。各處理中，深層土壤體積含水量高于淺層土壤體積含水量，土壤體積含水量隨著灌水量和灌水頻率的增大，均呈現(xiàn)出增加趨勢，與張坤[20]研究結(jié)果保持一致。

黃瓜產(chǎn)量與灌水量呈正比，適當增加灌水量有利于提高作物產(chǎn)量。研究結(jié)果表明，在灌水頻率一定時，隨著灌水量的增加，黃瓜的生長、果實干物質(zhì)積累、產(chǎn)量等隨之增加，這與韋澤秀[21]、吳立 飛[22]、王 新 元[22]、韓 建 會[5]、方 棟 平[6]、ZHANG Hexi[23]研究結(jié)果保持一致；在灌水量一定時，隨著灌水頻率的增加，黃瓜的產(chǎn)量有不同程度的減小，低頻更有利于黃瓜坐果、產(chǎn)量增加，與楊冬艷[10]研究結(jié)果保持一致。研究結(jié)果表明，中水滴灌條件下，黃瓜果實中的VC、有機酸可溶性糖含量最高，在W2水量下達最高，可溶性固形物隨灌水量的增加逐漸減小。中水滴灌能夠有效提高黃瓜品質(zhì)，與吳立飛[21]研究結(jié)果一致。

主成分分析法在黃瓜、番茄等園藝作物品質(zhì)及性狀評價中的應(yīng)用越來越廣泛[24-28]。研究對黃瓜產(chǎn)量、IWUE、單果重、結(jié)果數(shù)和還原可溶性糖、VC等8個指標進行主成分分析，提取了3個主成分，獲得黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)綜合較優(yōu)的處理（D3W2）。D3W2處理即按照滴灌頻率為5 d1灌，灌水總量為200 m3/667 m2進行灌水管理，可保證黃瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，實現(xiàn)黃瓜灌水高效管理。植物水分的需求隨著不同發(fā)育階段和環(huán)境因子的變化而變化[16]。

4 結(jié)論

全生育期中，黃瓜耗水呈現(xiàn)初瓜期少，盛瓜期大，末瓜期少的規(guī)律；黃瓜株高、葉面積、果實干物質(zhì)和產(chǎn)量隨著灌水量的增大，均呈現(xiàn)增加趨勢，隨著灌水頻率的增大，均呈現(xiàn)下降趨勢，黃瓜產(chǎn)量在D3W3處理下達到最大，為11 380.1 kg/667 m2；灌溉水利用效率則隨灌水量的增大呈現(xiàn)先增大后減小趨勢且隨灌水頻率的增加逐漸降低，在D3W1處達最高，為67.21 kg/m3。黃瓜品質(zhì)除可溶性固形物、果長、果徑外，其他均隨灌水量的增大呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在中水灌溉時達最大。D3W2（5d，200 m3/667 m2）處理得分最高，表現(xiàn)為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，且水分利用效率較高，為最佳滴灌頻率和灌水量。