限根對設施無土栽培精品西瓜品質及產量的影響

吳楊煥， 周 進， 王靜靜， 門雪杰， 劉 娜， 陳 芳

(新疆生產建設兵團第六師農業科學研究所，新疆五家渠 831301)

西瓜(Citrullus lanatus)果實汁多味美、營養豐富，是世界上一種重要的經濟園藝作物，而我國是世界上西瓜產量最大的國家。隨著城市化進程加快，我國許多地區的環境條件惡化，土地資源受到破壞，再加上連年耕作而導致的土壤次生鹽漬化和連作障礙問題，使得土地資源無法持續高效利用。無土栽培采取基質代替土壤，不僅可提高設施土地資源的重復利用率，在某種程度可克服土壤連作障礙問題，而且可提高西瓜產量，有效改善西瓜的品質[1-3]，已成為設施西甜瓜生產的主要栽培方法。

限根栽培是指利用一定的方法將植物根系控制在一定的空間或范圍內，通過限制根系的分布和生長，減少根系生長冗余，提高經濟系數的一種栽培方式[4]，主要栽培方式有壟式、箱筐式和坑式。壟式適合在冬季沒有土壤結凍的溫暖區域使用，在夏季會導致土壤溫度和水分不穩定；箱筐式由于方便移動，適宜在設施栽培條件下使用；與壟式和箱筐式相比，坑式中根系區域的水分溫度變化幅度相對較小，較適合在北方寒冷的地區應用[5]。Imai等研究葡萄、櫻桃等果樹限根栽培時發現，限根栽培的葡萄、櫻桃等果樹生長受到抑制，坐果率得到明顯提高，果實品質有較大改善[6-8]。本試驗通過設施西瓜坑式無土限根栽培，研究不同限根栽培方式對西瓜產量、品質及葉綠素熒光參數的影響，為設施西瓜無土限根栽培在北方地區的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試西瓜品種為新優62號，屬早熟品種，為新疆生產建設兵團第六師農業科學研究所育成，生育期75d，果實發育期28d，生長勢中等，第1朵雌花出現在主蔓第5～7節，坐瓜節位一般在主蔓8～10節；果實圓形，果型指數為1；果皮黑綠，平均皮厚0.9cm；肉色大紅，質地細脆多汁，風味上乘，中心可溶性固形物含量11.5%～13.5%；種子中等偏小，種皮黑麻色，千粒質量38.2g；平均單瓜質量2.5kg，平均單產45t/hm2；不裂瓜，耐貯運、耐低溫和高濕，適宜露地和保護地栽培。

1.2 試驗地概況

試驗在新疆五家渠共青團農業科技園區溫室內進行，溫室坐北朝南。西瓜種植采用坑式無土栽培模式，無土栽培基質為草炭、蛭石、珍珠巖按體積比2 ∶1 ∶1的比例配制而成，其容重為0.225g/cm3，pH值為6.89，EC值為1.11mS/cm。

1.3 試驗設計

試驗設3個處理，分別為限根(rootrestriction，簡稱RR)、半限根(halfrootrestriction，簡稱HRR)、對照(CK)，限根組處理方法為挖深30cm、寬40cm、長6m的長形溝，底部和兩壁鋪上膜，用基質進行回填；半限根處理方法為在限根鋪膜后每隔10～15cm用直徑2.5cm的鋼管將底部膜穿孔；以不鋪膜為對照。每個試驗小區長6m、寬80m，西瓜種植株距為 35cm、種植密度為3.75萬株/hm2。每處理重復3次。根據西瓜生長發育特點，均留單蔓，選取第2朵雌花授粉留果。

1.4 測定指標和方法

1.4.1 果實性狀 于2016年10月25日西瓜果實采收期，隨機選取5個果實，分別采用游標卡尺、凱KF-H2型電子秤測量果實橫縱徑、單果質量；采用日本愛拓公司產PAL-1型數顯糖度計測定果心、果皮內側(果肉邊緣)可溶性固形物含量，重復3次；采用酸堿滴定法[4]測定可滴定酸含量，重復3次。出汁率測定方法：用直徑10mm的打孔器分別從3個果實上各取1片厚約3mm的果肉圓片，裝進墊有吸水紙的離心管中，3 500r/min離心10min，以果肉圓片離心后的失重率作為出汁率。

1.4.2 葉綠素熒光參數 在8月28日西瓜膨大期，用英國Hansatech公司生產的FMS-2型脈沖調制式熒光儀測定植株頂部向下第1張完全展開功能葉片的葉綠素熒光參數，包括光測定初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、穩態熒光(Fs)、光下最大熒光(Fm′)、光下最小熒光(Fo′)，計算可變熒光(Fv)、PSⅡ最大光化學效率、PSⅡ量子產額(ΦPSⅡ)、光化學猝滅系數(qP)、非光化學猝滅系數(qN)，公式分別為

Fv=Fm-Fo；

PSⅡ最大光化學效率=Fv/Fm；

ΦPSⅡ=(Fm′-Fs)/Fm′；

qP=(Fm′-Fs)/(Fm′-Fo′)；

qN=1-(Fm′-Fo′)/(Fm-Fo)。

1.5 數據處理

采用Excel2010軟件整理試驗數據及作圖，采用SPSS19.0軟件及最小顯著性差異法(leastsignificantdifference，LSD)對數據進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 限根栽培對西瓜果實發育及產量的影響

由表1可知，限根栽培的西瓜果實最大橫徑、最大縱徑分別比CK顯著減小4.29、4.82mm，平均單果質量、產量比CK顯著減少1.74kg、65.250t/hm2(P<0.05)；半限根栽培的西瓜果實最大縱徑、平均單果質量、產量分別為15.96mm、2.03kg、76.125t/hm2，顯著高于限根栽培、低于CK不鋪膜處理(P<0.05)，半限根栽培的西瓜果實最大橫徑與限根、CK處理相比差異不顯著(P>0.05)；限根、半限根、CK處理的西瓜果實皮厚、果形指數相互間差異不顯著(P>0.05)。

表1 限根對西瓜果實發育及產量的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。表2同。

2.2 限根栽培對西瓜果實品質的影響

由表2可知，限根栽培對新優62號西瓜的果實品質產生明顯的影響；限根栽培可顯著提高果心和邊緣可溶性固形物含量(P<0.05)，分別達到11.78%、9.42%，限根栽培、半限根栽培、對照處理的可溶性固形物含量相互間差異顯著(P<0.05)；限根栽培處理的果實可滴定酸含量降低，與半限根栽培差異不顯著，顯著低于對照處理；限根栽培處理的西瓜果實出汁率提高，達到76.47%，顯著高于半限根栽培處理(P<0.05)，而與對照處理之間差異不顯著。

表2 限根栽培對西瓜果實品質的影響

2.3 限根栽培對西瓜葉綠素熒光參數的影響

2.3.1 初始熒光、最大熒光、最大光化學效率及量子產額 最大光化學效率的變化可直接判斷植物是否受到光抑制，比值越小，則其發生的光抑制作用越大，而量子產額可以表明實際光化學效率[8]，其大小可直接反映PSⅡ反應中心的開放程度。由圖1可知，與對照相比，限根栽培、半限根栽培條件下的西瓜葉片初始熒光、最大熒光均有所降低，限根栽培的西瓜葉片最大光化學效率及量子產額明顯大于對照，這說明與對照相比，限根栽培條件下的西瓜葉片PSⅡ反應中心可能受到破壞，導致初始熒光與最大熒光降低、最大光化學效率與量子產額增加，在限制根系生長的條件下西瓜更容易受到環境脅迫；限根栽培、半限根、對照處理下的西瓜葉片最大光化學效率分別為0.832 0、0.833 2、0.826 7，說明半限根栽培下西瓜葉片具有更高的光能利用率；西瓜葉片量子產額由高到低順序為半限根栽培>限根栽培>對照，半限根栽培較高的量子產額有利于西瓜葉片光能轉化效率的提高，可為暗反應中的光合碳化積累更多的能量，有利于促進碳同化的運轉和有機物的積累。

2.3.2 光化學猝滅系數和非光化學猝滅系數 光化學猝滅系數可以反映電子傳遞的活性大小[9]，而非光化學猝滅系數可以反映植物耗散過剩光能發熱的能力，熱耗散可以防御光抑制的破壞，對光合機構起自我保護作用[10]。由圖2可知，限根栽培、半限根栽培、對照處理下的光化學猝滅系數分別為0.957 5、0.983 0、0.912 9，而非光化學猝滅系數分別為 0.540 6、0.548 7、0.554 0，各處理間的光化學猝滅系數和非光化學猝滅系數差異不顯著(P<0.05)，說明與對照相比，限根栽培能有效提高電子的傳遞活性，但同時更容易受到光抑制。

3 結論與討論

植物在自然條件下生長，當光照不足時，較高的株高可有效提高其光合效率，而水分不足時，較大的根系能夠在有限的環境內獲取更多水分。盛承發等研究認為，植物產生過多的器官并不利于形成較高的經濟產量[11-12]。植物通過根系吸收營養、積累干物質，而積累量的大小可直接反映在果實品質上，充分發揮植物部分根系的作用，限制根系生長，可實現植物的高產優質。本試驗結果表明，限根栽培會使西瓜的最大縱橫徑及單果質量減小，這與楊洪強等的研究結果[13]不太一致，可能是由于根系限制程度過小，導致根系生長較為緩慢，或是由于限根區域覆蓋塑料膜導致基質含水量一直保持在較高水平，造成西瓜貪青晚熟，不利于其生長發育；限根栽培可使西瓜果心、邊緣的可溶性固形物含量和出汁率提高，這與舒海波等的研究結果[14]基本一致；限根栽培在果實發育期限制了根系向下生長，增加了根系密度，控制地上部植株的生長，能較好地調節光合產物的分配，果實品質明顯提高。因此，在限根栽培條件下要減少灌水量，以少量、高頻次灌水為宜，而對限根區域大小對西瓜生長發育的影響須進一步研究。

光合作用是作物形成生物學產量和經濟產量的基礎，光合強度不但與葉片的生理狀況有關，而且和根系的發育密切相關。本研究結果表明，與對照相比，限根栽培能有效提高電子的傳遞活性，也更容易受到光抑制，這與楊洪強等的研究結果[13]基本一致。目前，雖有限根對植株光合無影響的報道[15]，但極度限根會使光合速率下降[16]。本試驗結果表明，限根栽培會減小西瓜最大縱橫徑及單果質量，不利于產量的形成，而與限根栽培相比，半限根栽培的西瓜產量有明顯提高，因其有較高的光合潛力，有利于形成較高的產量。