不同灌溉定額及施氮量對(duì)西瓜產(chǎn)量及水分利用效率的影響

王 力，孫兆軍,2,3，焦炳忠，韓 磊,3，李駿奇，任秋實(shí)

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，銀川 750021；3.寧夏大學(xué)環(huán)境工程研究院，銀川 750021)

0 引 言

我國水資源豐富但分布不均，農(nóng)業(yè)用水量約占全國總用水量的70%,因此，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)迫在眉睫。為緩解農(nóng)業(yè)用水不足的問題，應(yīng)該積極從傳統(tǒng)的灌溉農(nóng)業(yè)向節(jié)水農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變[1]。節(jié)水農(nóng)業(yè)不僅是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求，也是我國水資源短缺、水土資源配置失衡等嚴(yán)峻形勢(shì)所決定的。農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中最主要的問題是灌水和施肥的問題。大量研究表明，肥料和水分的使用是影響農(nóng)作物品質(zhì)的主要因素，肥料和水分為作物生長(zhǎng)提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分，它們之間存在復(fù)雜的相互作用和相互依存的關(guān)系。陳光等[2]研究表明：滴灌、微噴灌在保證產(chǎn)量的同時(shí)比溝灌更加節(jié)水、節(jié)肥，節(jié)水率和節(jié)肥率分別達(dá)38.7% 和28.9%。趙衛(wèi)星、徐小麗[3]等人對(duì)不同肥水耦合方式在西瓜上的應(yīng)用效果進(jìn)行了研究，主要研究不同灌水頻率對(duì)西瓜的影響，結(jié)果表明：每次灌水量為225 m3/hm2配施112.5 kg/hm2復(fù)合肥的耦合方式，能顯著提高西瓜的光合速率和產(chǎn)量。Basel G A等[4]和Phene C J等[5]對(duì)番茄水肥優(yōu)化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：適量的水肥能夠提高番茄產(chǎn)量。西瓜生長(zhǎng)過程中對(duì)水肥需求量較大。氮肥是形成西瓜植株和果實(shí)中的蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素、多種酶和多種維生素的主要成分，氮素營(yíng)養(yǎng)水平直接影響西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。合理的氮肥施用量能使作物獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，也能提高氮肥的利用效率，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益[7]。合理的水肥有利于作物高產(chǎn)，水肥管理不當(dāng)會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不利影響，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等問題[8]。滴灌灌水和施肥是一項(xiàng)比較精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)，利用滴灌系統(tǒng)能夠?qū)⒎柿霞八州斔偷阶魑锔客寥繹9]，為作物精準(zhǔn)的提供養(yǎng)分和水分，提高水肥利用效率。寧夏地處干旱地區(qū)，提高西瓜的水肥利用率是該地區(qū)西瓜生產(chǎn)面臨的主要問題。因此，研究干旱區(qū)西瓜膜下滴灌灌水施肥有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者主要對(duì)不同植物的水肥優(yōu)化管理進(jìn)行了研究，但針對(duì)干旱區(qū)膜下滴灌對(duì)西瓜生長(zhǎng)和產(chǎn)量方面的影響研究較少。因此，本文采用膜下滴灌的方式在寧夏干旱地區(qū)種植西瓜，研究不同的灌溉定額和施氮量對(duì)西瓜的生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水分利用效率的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年4-9月在寧夏南部山區(qū)同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)寧夏旱作節(jié)水科技園區(qū)進(jìn)行。該地區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，多年平均氣溫8.6 ℃，干旱少雨，年平均降水量272.6 mm，年蒸發(fā)量大于2 000 mm，無霜期120～218 d，年平均日照3 024 h。試驗(yàn)區(qū)土壤的機(jī)械組成為：砂粒占53.6%，粉粒占30.2%，黏粒占16.2%，根據(jù)土壤質(zhì)地劃分標(biāo)準(zhǔn)可知試驗(yàn)區(qū)土壤為砂壤土，田間持水率 24.11 %，土壤容重1.36 g/cm3，全鹽 0.27 g/kg，全氮0.38 g/kg，全磷0.87 g/kg，速效磷15.30 mg/kg，速效鉀440.93 mg/kg，有機(jī)質(zhì)7.91 g/kg，土壤pH值為7.90。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及過程

本試驗(yàn)采用二因素三水平的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)設(shè)計(jì)：因素A分為600 m3/hm2(A1)、900 m3/hm2(A2)、1 200 m3/hm2(A3)3個(gè)灌溉定額水平，因素B分為150 kg/hm2(B1)、225 kg/hm2(B2)、300 kg/hm2(B3)3個(gè)施氮量水平，共9個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。

每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的長(zhǎng)15 m，寬4 m，面積均為60 m2。試驗(yàn)小區(qū)采用溝壟覆膜種植模式，壟寬1.0 m，高0.2 m，壟頂做成平頂，每小區(qū)兩壟，株行距1.0 m×1.0 m，每小區(qū)定株60株。小區(qū)間保護(hù)行為1.0 m寬，外圍保護(hù)行寬為2.5 m。9個(gè)小區(qū)隨機(jī)組合排列，每個(gè)小區(qū)種植4行西瓜，鋪設(shè)4條外徑為16 mm，滴頭間距為1 m，滴頭流量為2 L/h的貼片式滴灌帶，灌水量由水表讀取。種植西瓜苗前每個(gè)小區(qū)表層人工均勻撒施相同質(zhì)量的過磷酸鈣(150 kg/hm2)、磷酸鉀復(fù)合肥(225 kg/hm2)和羊糞作為底肥，追肥采用滴灌施肥，在不同的生育期內(nèi)各處理的施氮量不同，其余肥料施用量都相同。供試作物品種為金誠五號(hào)，于2015年5月1日育苗，5月17日種植，8月5日收獲，整個(gè)生育期為95 d。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Experimental design

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

西瓜整個(gè)生育期分為4個(gè)階段：幼苗期(5月1日-5月25日)、伸蔓期(5月26日-6月15日)、開花坐果期(6月16日-7月1日)和膨瓜期(7月2日-8月5日)。每個(gè)小區(qū)標(biāo)記5株西瓜，分別在西瓜幼苗期、伸蔓期、膨大期、成熟期測(cè)量其生長(zhǎng)、生理指標(biāo)，每個(gè)生育期測(cè)定2次，取平均值。西瓜的測(cè)量指標(biāo)有莖粗、株高、單瓜重、產(chǎn)量、植株的鮮、干重和水分利用效率。莖粗的測(cè)量部位為主莖根部，使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量。株高使用卷尺進(jìn)行測(cè)量，從主莖靠近地面起至生長(zhǎng)點(diǎn)。西瓜成熟后分小區(qū)采摘，各處理單株產(chǎn)量總和計(jì)為該處理產(chǎn)量，并折算為kg/hm2，計(jì)為西瓜產(chǎn)量。根據(jù)水量平衡方程計(jì)算西瓜的耗水量ET：

ET=P+I+K-R-D-(Wt-W0)

(1)

式中：P為保存在土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的有效降雨量，mm；I為灌水量，mm；K為時(shí)間段t內(nèi)的地下水補(bǔ)給量，mm；R為徑流量，mm；D為深層滲漏量，mm；Wt，W0為時(shí)段初和任一時(shí)間t時(shí)的土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的儲(chǔ)水量，mm。

試驗(yàn)區(qū)地下水位在50 m以下，并且采用滴灌灌水，每次灌水量較少，故K、R、D忽略不計(jì)。上式簡(jiǎn)化為：

ET=P+I-(Wt-W0)

(2)

水分利用效率(WUE)按照下列公式計(jì)算：

WUE=Y/ET

(3)

式中：Y為西瓜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，kg/hm2。

在西瓜生育階段末期用電子天平測(cè)量西瓜植株的鮮、干重。鮮重在取樣后立即測(cè)定，干重采用烘干法，在105 ℃下殺青30 min，然后將溫度調(diào)至75 ℃進(jìn)行烘干至恒重，待冷卻后用電子天平進(jìn)行稱重并記錄。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel、DPS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對(duì)西瓜形態(tài)指標(biāo)的影響

2.1.1 不同水肥處理對(duì)西瓜莖粗的影響

莖粗是衡量植株是否健壯的重要指標(biāo)，一定程度上反映了植株運(yùn)輸養(yǎng)分和水分的能力[10]。方差分析表明，不同水肥處理對(duì)西瓜莖粗的影響顯著(P<0.05)。不同處理對(duì)西瓜莖粗的影響如圖1所示。

圖1 不同水肥處理對(duì)西瓜莖粗的影響Fig.1 Effects of stem diameter of watermelon in different fertigation treatments at different stages

由圖1可以看出，隨著西瓜生育期的延長(zhǎng)莖粗不斷增大。在西瓜的幼苗期，處理T9的莖粗最大，達(dá)4.03 mm，高于其他處理。從西瓜的伸蔓期開始，西瓜的莖粗始終表現(xiàn)最好的是處理T5，其次是處理T9。因此，在西瓜幼苗期提高灌水量和施肥量對(duì)增加西瓜莖粗有著顯著的作用，但是從伸蔓期以后，處理 T5長(zhǎng)勢(shì)最好，說明該處理的灌溉和施肥水平能夠?yàn)橹仓晟L(zhǎng)輸送充足的水分和養(yǎng)分。其他各處理西瓜的莖粗增長(zhǎng)比較緩慢。

2.1.2 不同水肥處理對(duì)西瓜株高的影響

圖2 不同水肥處理對(duì)西瓜株高的影響Fig.2 Effects of plant height of watermelon in different fertigation treatments at different stages

不同處理對(duì)西瓜株高的影響如圖2所示。由圖2可以看出，隨著西瓜生育期的延長(zhǎng)，西瓜的株高從幼苗期到膨瓜期持續(xù)上升。不同水肥處理對(duì)西瓜幼苗時(shí)期的株高影響不大，這個(gè)生育期西瓜株高基本在14.8～15.6 cm范圍內(nèi)。方差分析表明，不同水肥處理對(duì)西瓜株高的影響顯著(P<0.05)。由表2可以看出，在A1、A2灌溉定額水平下，提高施氮量有利于西瓜株高的增長(zhǎng)，在A3灌溉定額水平下，適當(dāng)?shù)奶岣呤┑坑欣谖鞴现旮叩脑鲩L(zhǎng)，過量的施氮?jiǎng)t會(huì)抑制西瓜株高的增長(zhǎng)。在同一施氮水平下，西瓜株高表現(xiàn)為處理A3>處理A2>處理A1，說明提高灌溉定額有利于西瓜株高的增長(zhǎng)。處理T5、處理T6和處理T8對(duì)西瓜株高影響的顯著性高于其他處理，其中T6處理下的株高最大，最大值為254.7 cm，為最優(yōu)處理。

表2 不同水肥處理下西瓜株高的生長(zhǎng)量Tab.2 Effects of plant height growth of watermelon in different fertigation treatments

注：同列不同小寫字母表示同一生長(zhǎng)時(shí)期不同處理之間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.2 不同水肥處理對(duì)西瓜產(chǎn)量、植株的鮮重、干重和水分利用效率的影響

不同水肥處理對(duì)西瓜產(chǎn)量、植株的鮮重、干重和水分利用效率的影響如表3所示。

表3 不同水肥處理對(duì)西瓜產(chǎn)量、植株的鮮重、干重及水分利用效率的影響Tab.3 Effect of different fertigation treatments on yield,plant fresh weight, plant dry weight and water use efficiency of watermelon

由表3可以看出，不同處理?xiàng)l件下西瓜的產(chǎn)量有所不同，在相同灌溉定額水平下，西瓜的產(chǎn)量表現(xiàn)為處理B2>處理B3>處理B1，說明在一定范圍內(nèi)增加西瓜的施氮量有利于西瓜產(chǎn)量的增加，當(dāng)超過這個(gè)范圍時(shí)，西瓜產(chǎn)量反而會(huì)下降。在相同的施氮量水平下，隨著灌溉定額的增加西瓜產(chǎn)量先增大后減小，表現(xiàn)為處理A2>處理A3>處理A1。處理T5西瓜的產(chǎn)量最高為43.80t/hm2，與T6處理無顯著差異，比處理T8、T9、T4、T7、T2、T3及T1產(chǎn)量分別提高了7.08%、9.82%、11.42%、16.43%、18.72%、26.48%、30.14%，差異顯著。

處理T1、T2、T3的西瓜植株鮮重和干重均較低，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因可能是灌水量較少，植株水分虧缺，生長(zhǎng)較慢，西瓜產(chǎn)量也較低。處理T4、T5、T6的西瓜植株鮮重和干重表現(xiàn)為中等水平，隨著施氮量的增加植株鮮重和干重均不斷增加，并且西瓜產(chǎn)量最大，該灌溉定額水平比較適中，能為植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)提供足夠的養(yǎng)分和水分。處理T7、T8、T9的西瓜鮮重和干重都比較高，但是西瓜產(chǎn)量并沒有達(dá)到最高，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因可能是由于灌水量過多，導(dǎo)致植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過剩，影響了西瓜產(chǎn)量。西瓜植株鮮重和干重均表現(xiàn)為處理T8>處理T9>處理T7，說明在灌水量充足的條件下，適量的提高施氮量水平可以促進(jìn)植株的生長(zhǎng)，過高的施氮量則會(huì)抑制植株的生長(zhǎng)。因此，適量的提高施氮水平和灌溉定額有利于西瓜植株鮮重和干重的增加。

不同水肥處理?xiàng)l件下西瓜的水分利用效率高低有所不同。處理T2的水分利用效率最高為28.30 kg/m3。水分利用效率隨著灌溉定額的增加而降低，隨著施氮量的增加先增加后降低。在A1灌溉定額水平下，水分利用效率較高，但產(chǎn)量較低，未取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。處理T5、T6綜合產(chǎn)量和水分利用率兩個(gè)因素其差異并不顯著，均可用于西瓜生產(chǎn)中，考慮到成本收益等經(jīng)濟(jì)效益因素，故最優(yōu)處理為處理T5。

3 討 論

水和肥對(duì)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育起著至關(guān)重要的作用。它們是影響莖粗、株高、葉面積、葉片數(shù)的重要因素[11]。吳桂林等[12]研究表明在不同的水肥處理?xiàng)l件下，西瓜的生長(zhǎng)呈周期性變化，適當(dāng)?shù)乃适刮鞴系臓I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)呈正相關(guān)，水肥過多或過少會(huì)抑制西瓜的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。本試驗(yàn)連續(xù)記錄了西瓜各個(gè)生育期的莖粗、株高，分析了不同灌溉定額和施氮量對(duì)西瓜生長(zhǎng)的影響。研究結(jié)果表明，西瓜幼苗期對(duì)灌水量和施肥量比較敏感，提高灌溉定額和施肥量有利于增加西瓜的莖粗。西瓜伸蔓期以后，處理T5莖粗最大，說明該處理的莖粗能夠滿足植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)所需的水分和養(yǎng)分。在西瓜伸蔓期、開花坐果期和膨瓜期，提高灌溉定額和施氮量水平對(duì)西瓜的株高有明顯的影響。處理T6最有利于西瓜株高的增長(zhǎng)，說明該灌水施肥水平下，水分充足，營(yíng)養(yǎng)豐富，作物吸收好株高增長(zhǎng)幅度大，過多的水肥使得株高增長(zhǎng)幅度小，不利于植株的生長(zhǎng)。由于T5、T6和T8處理間無顯著差異，綜合考慮西瓜的莖粗、產(chǎn)量、水分利用效率及經(jīng)濟(jì)效益等因素， T5為最優(yōu)處理。

大量研究表明，灌水和施肥適度的處理比灌水施肥較多的處理表現(xiàn)出更高的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)[13-15]，在本試驗(yàn)的部分處理間這些結(jié)論得到了印證。在一定范圍內(nèi)，西瓜的灌水定額越大產(chǎn)量越高。處理T2的水分利用效率最高，為28.30 kg/m3；T7最低，為16.27 kg/m3。適量的提高施氮水平和灌溉定額有利于植株鮮重和干重的增加，但是過高的施氮量會(huì)抑制西瓜的生長(zhǎng)。西瓜灌溉水分利用率在一定范圍內(nèi)與施氮量呈正比例，隨著施氮量的增加而增加。但是，過量的施氮會(huì)使西瓜灌溉水分利用效率降低；西瓜灌溉水分利用率隨著灌溉定額的增加逐漸減小。

4 結(jié) 語

膜下滴灌條件下，對(duì)西瓜進(jìn)行灌水施肥，達(dá)到了節(jié)水、節(jié)肥、高產(chǎn)和減少化肥對(duì)土壤污染的目的，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)灌溉和施肥。綜合考慮西瓜的各項(xiàng)指標(biāo)，處理T5為最優(yōu)處理。在寧夏干旱區(qū)種植大田西瓜，滴灌施肥的灌溉定額控制在900 m3/hm2，施氮量控制在225 kg/hm2左右時(shí)西瓜產(chǎn)量最高達(dá)43.80 t/hm2，水分利用效率相對(duì)較高達(dá)24.01 kg/m3。

□

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