再生水滴灌對黃瓜葉綠素、光合、產量及品質的影響

王璐璐，田軍倉, ，徐桂紅，沈 暉, ，閆新房,

（1.寧夏大學 土木與水利工程學院，銀川 750021；2.寧夏節水灌溉與水資源調控工程技術 研究中心，銀川 750021；3.旱區現代農業水資源高效利用教育部工程研究中心，銀川 750021）

0 引 言

在我國干旱地區，農業灌溉使用再生水的原因：一是再生水中含有氮、磷、鉀等元素，提高土壤肥力[1]；二是利用再生水能避免嚴重的污染問題[2]；三是能防止養分、化學物質和病原體等輸入到生態系統中[3]。因此，再生水灌溉對控制農業污染及水資源短缺問題具有重要的科學意義和實用價值。代志遠等[4]認為再生水對農作物生長的影響尚有分歧。薛彥東等[5]研究表明，再生水灌溉對黃瓜、西紅柿品質無顯著影響。吳文勇等[6]研究表明，再生水處理與對照相比可顯著增加果菜類蔬菜產量，黃瓜平均增產23.6%。裴亮等[7]研究表明全部采用再生水滴灌處理對黃瓜的生長發育和產量形成均表現出一定的促進作用，增產21.5%。本文針對寧夏中衛市再生水滴灌對黃瓜的影響問題，開展再生水滴灌對黃瓜葉綠素、光合、產量及主要品質的影響研究，可為寧夏再生水滴灌黃瓜推廣提供理論與技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏中衛市應理城鄉市政產業集團中水廠再生水灌溉示范基地進行。供試土質為壤土，土壤干體積質量為1.44 g/cm3。田間質量持水率為28%，種植期內試驗地降水量116.3 mm。土壤理化性質如表1 所示。灌溉水源為中水廠的再生水與自來水，再生水水質符合《農田灌溉水質標準》（GB5084—2005），其水質指標如表2 所示。

1.2 試驗設計

采用隨機區組試驗，進行再生水水質不同灌溉定額試驗，以自來水水質不同灌溉定額為對照，共6 個水平，3 次重復，重復作為區組。在各水平膜下滴灌方式、施肥、栽培等相同條件下，研究再生水滴灌不同灌溉定額水平對黃瓜的光合、產量與品質的影響。再生水處理與對照低、中、高灌溉定額水平相應的3個灌水定額分別為90、135、180 m3/hm2，灌水次數21 次，試驗方案如表3 所示。

表1 土壤理化性質 Table 1 Physical and chemical properties of soil

表2 再生水和自來水水質指標 Table 2 Water quality indicators of recycled water and tap water

表3 試驗方案 Table 3 Test plan

1.3 試驗實施

試驗于2017 年5 月25 日—9 月25 日進行，各處理面積為5.5 m×1.4 m（其中壟寬為80 cm，壟間距為60 cm）。灌溉采用膜下滴灌的方式，每壟種植2行黃瓜，1 行黃瓜布置1 行滴灌帶，滴頭間距為30 cm，與株距相同，滴頭流量為3 L/h。在黃瓜種植前，種植壟施復合肥750 kg/hm2（氮、磷、鉀比例為15∶15∶15），有機肥1 500 kg/hm2（有機質≥45%，氮、磷、鉀總量=5%）。施肥后，測試基礎肥力。在試驗實施期間，每個水平種植壟均施追肥水溶復合肥540 kg/hm2（氮、磷、鉀比例為16∶5∶25），降雨時各處理均不灌水，幼苗期灌水6 次，其中1 次隨水施肥；初花期灌水4 次，其中2 次隨水施肥；結果期灌水11次，其中前9 次隨水施肥，均采用滴灌水肥一體化技術隨水施肥。

1.4 觀測項目及方法

黃瓜光合指標的測定：使用LI-6400 便攜式光合系統測定儀對葉片光合指標進行測定，使用便攜式SPAD-520 型葉綠素儀對葉片葉綠素進行測定[8]。

黃瓜產量的測定：在每次結果后稱量黃瓜產量，并計算黃瓜的總產量。

黃瓜品質的測定：從每個水平的3 個重復小區采取代表性樣品，測定不同處理樣品的品質指標。可溶性固形物用折射儀法測定；可溶性總糖用鹽酸水解-銅還原直接滴定法測定；維生素C 用2，6-二氯靛酚滴定法測定；總酸用酸解滴定法測定。

1.5 數據處理和統計方法

數據采用Office 2016 和DPS 7.05 版本統計分析軟件進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 再生水滴灌對黃瓜SPAD 值的影響

圖1 為不同處理黃瓜葉綠素變化，由圖1 可知，葉片SPAD 值在整個生育期內呈凸拋物線趨勢，各處理在7 月25 日黃瓜葉片SPAD 值最大。表4 為再生水不同灌溉定額下SPAD 值影響的差異性分析結果，由表4 可知，再生水處理與自來水對照不同灌溉定額對黃瓜SPAD 值均有顯著影響（p＜0.01），再生水處理與自來水對照的黃瓜SPAD 值均隨著灌溉定額的增加而增大。結果后期9 月3 日觀測值順序為：Z3 處理＞Q3 處理＞Z2 處理＞Q2 處理＞Z1 處理＞Q1 處理。再生水灌溉處理中，Z3 處理SPAD 值分別比Z2 處理和Z1 處理高13.71%和38.83%；自來水灌溉對照中，Q3 處理SPAD 值分別比Q2 處理和Q1 處理高16.22%和40.46%；在灌溉定額相同條件下，Z1、Z2 和Z3處理SPAD 值分別比Q1、Q2 和Q3 處理SPAD 值高5.66%、6.73%和4.43%，SPAD 平均值高5.54%。由于再生水中總氮、總磷量分別比自來水增加7.7 倍與40 倍，在全生育期內，3 個處理總氮與總磷量分別高137.7 kg/hm2與3.49 kg/hm2，從而提高了植株對氮、磷的利用效率[5,9]，并且鎂為影響葉綠素合成的關鍵元素，再生水中鎂含量比自來水增加4.1 倍，在全生育期內，3 個處理鎂量均高出413.34 kg/hm2，所以再生水灌溉比自來水黃瓜SPAD 值增加，并且隨著灌溉定額的增大，水分促進了葉片新陳代謝能力，進而增加了SPAD 值[9-10]。Z3 處理再生水高水平黃瓜葉SPAD值最大為85.84。

圖1 不同處理黃瓜葉綠素變化 Fig.1 Changes in chlorophyll of cucumber under different treatments

表4 再生水不同灌溉定額下SPAD 值 影響的差異性分析結果 Table 4 Analysis of differences in the effects of different irrigation quotas on chlorophyll content in recycled water

2.2 再生水滴灌對黃瓜光合指標的影響

選結果期的光合指標分析不同處理日變化光合作用。

2.2.1 再生水滴灌對黃瓜凈光合速率的影響

圖2 為不同處理黃瓜凈光合速率變化，由圖2 可知，黃瓜葉片凈光合速率日變化曲線為雙峰型，于10:00 與14:00 處達到峰值，于12:00 處達到峰谷。由表5 可知，再生水處理與自來水對照不同灌溉定額對黃瓜凈光合速率均有極顯著影響（p＜0.01），再生水處理與自來水對照的黃瓜凈光合速率均隨著灌溉定額的增加而增大，各水平10:00 峰值處均值順序為：Z3 處理＞Z2 處理＞Q3 處理＞Q2 處理＞Z1 處理＞Q1 處理。再生水灌溉處理，Z3 處理凈光合速率分別比Z2 處理和Z1 處理高5.65%與28.26%；自來水灌溉中，Q3 處理凈光合速率分別比Q2 處理和Q1 處理高5.61%與16.49%；相同灌溉定額下，Z1、Z2 和Z3處理分別比Q1、Q2 和Q3 處理凈光合速率高0.3%、10.4%和10.44%，平均凈光合速率高7.32%。由于再生水灌溉、高灌溉定額均使黃瓜SPAD 值增大，從而促進光合作用，增加了黃瓜凈光合速率。在10:00 時，Z3 黃瓜凈光合速率量最大為33.86 μmol/（m2·s）。

2.2.2 再生水滴灌對黃瓜蒸騰速率的影響

圖3 為不同處理黃瓜蒸騰速率變化，由圖3 可知，黃瓜葉片蒸騰速率日變化曲線為雙峰型，在10:00 與14:00 處達到峰值，于12:00 處達到峰谷。表5 為再生水不同灌溉定額對光合作用指標影響的差異性，由表5 可知，再生水與自來水不同灌溉定額對黃瓜蒸騰速率均有極顯著影響（p＜0.01），再生水與自來水的黃瓜蒸騰速率均隨著灌溉定額的增加而增大，各處理中，10:00 峰值處均值順序為：Z3 處理＞Q3 處理＞Z2 處理＞Q2 處理＞Z1 處理＞Q1 處理。再生水灌溉下，Z3 處理蒸騰速率分別比Z2 和Z1 處理高6.78%與29.52%；自來水灌溉，Q3 處理蒸騰速率分別比Q2 和Q1 處理高6.28%與28.72%；相同灌溉定額下，Z1、Z2 和Z3 處理分別比Q1、Q2 和Q3 處理蒸騰速率高2.7%、2.86%和3.35%，平均蒸騰速率高2.99%。其機理與凈光合速率一致。在10:00 時，Z3 處理黃瓜蒸騰速率最大為15.75 mmol/（m2·s）。

2.2.3 再生水滴灌對黃瓜氣孔導度的影響

圖4 為不同處理黃瓜氣孔導度變化，由圖4 可知，黃瓜葉片氣孔導度日變化曲線為雙峰型，于10:00 與14:00 達到峰值，于12:00 達到峰谷。表5 為再生水不同灌溉定額對光合作用指標影響的差異性，由表5可知，再生水處理與自來水對照不同灌溉定額對黃瓜氣孔導度均有極顯著影響（p＜0.01），再生水處理與自來水對照的黃瓜氣孔導度均隨著灌溉定額的增加而增大，10:00 峰值處均值順序為：Z3 處理＞Q3 處理＞Z2 處理＞Q2 處理＞Z1 處理＞Q1 處理。再生水灌溉處理中，Z3 處理氣孔導度分別比Z2 和Z1 處理高44.23%與59.57%；自來水灌溉，Q3 處理氣孔導度分別比Q2 和Q1 處理高37.25%與52.17%；相同灌溉定額下，Z1、Z2 和Z3 處理分別比Q1、Q2 和Q3 處理氣孔導度高2.17%、1.96%和7.14%，平均氣孔導度高4.19%。其機理與凈光合速率一致。在10:00 時，Z3 處理黃瓜氣孔導度最大為0.75 mol/（m2·s）。

圖3 不同處理黃瓜蒸騰速率變化 Fig. 3 Changes in transpiration rate of cucumber under different treatments

圖4 不同處理黃瓜氣孔導度變化 Fig. 4 Stomatal conductance of cucumber under different treatments

2.2.4 再生水滴灌對黃瓜胞間CO2摩爾分數（Ci）的影響

由圖5 可知，黃瓜葉片Ci 日變化曲線為“W”型，與凈光合速率變化曲線相反。

圖5 不同處理黃瓜Ci 變化 Fig. 5 Changes in intercellular carbon dioxide concentration of cucumbers under different treatments

由表5 可知，再生水與自來水不同灌溉定額對黃瓜Ci 均有極顯著影響（p＜0.01），再生水處理與自來水對照的黃瓜Ci 均隨著灌溉定額的增加而增大，10:00 谷值處均值順序為：Z3 處理＞Q3 處理＞Z2 處理＞Q2 處理＞Z1 處理＞Q1 處理。再生水灌溉，Z3處理 Ci 分別比 Z2 和 Z1 處理高 3.97%與 28.82%；自來水灌溉，Q3 處理 Ci 分別比 Q2 和 Q1 處理高 4.4%和 29.08%；相同灌溉定額下，Z1、Z2 和 Z3 處理分別比Q1、Q2 和 Q3 處理 Ci 高 3.08%、3.29%和 2.87%，平均 Ci 高 3.07%。由于再生水灌溉、高灌溉定額均使黃瓜 SPAD 值增大，從而增加氣孔導度，使 Ci 增加。在 10:00 時，Z3 處理黃瓜 Ci 最大，為 222.75 μmol/mol。

2.3 再生水滴灌對黃瓜產量的影響

由表 6 可知，再生水與自來水不同灌溉定額對黃瓜產量均有極顯著影響（p＜0.01），再生水與自來水不同灌溉定額的黃瓜產量均隨著灌溉定額的增加而增大，其均值順序為：Z3 處理＞Q3 處理＞Z2 處理＞Q2 處理＞Z1 處理＞Q1 處理。再生水灌溉處理中， Z3 處理產量分別比 Z2 和 Z1 處理高 12.12%和 26.2%；自來水灌溉對照中，Q3 處理產量分別比 Q2 和 Q1 處理高 14.9%和 32.29%；相同灌溉定額下，Z1、Z2 和Z3 處理分別比 Q1、Q2 和 Q3 處理產量高 11.68%、 9.18%和 6.54%，平均產量高 8.9%。由于再生水灌溉、高灌溉定額均促進黃瓜光合作用，并且再生水中總氮、總磷與鉀元素量分別比自來水增加 7.7 倍、40 倍與1.3 倍，在全生育期內，3 個處理總氮、總磷與含鉀量分別高 137.7、3.49 和 92.7 kg/hm2，從而提高了植株對氮、磷、鉀的利用效率[5,9-15]，增加了黃瓜產量。所以Z3 處理黃瓜產量最大為71 799 kg/hm2。由表6可知，再生水灌溉，Z1 處理群體水分利用效率分別比Z2 和Z3 處理高20.19%和34.91%；自來水灌溉，Q1 處理群體水分利用效率分別比Q2 和Q3 處理高17.86%和28.97%，相同灌溉定額下，Z1、Z2 和Z3處理分別比Q1、Q2 和Q3 處理群體水分利用效率高11%、8.85%和6.12%，平均群體水分利用效率高8.86%。

表5 再生水不同灌溉定額對光合作用指標影響的差異性 Table 5 The effects of different irrigation quotas on the photosynthesis index of recycled water

表6 不同處理黃瓜產量、灌溉水分生產效率與水分利用效率 Table 6 Water production efficiency and water use efficiency of cucumber under different treatments

2.4 再生水滴灌對黃瓜品質的影響

表7 為再生水不同灌溉定額對黃瓜品質影響的差異性，由表7 可知，再生水與自來水的黃瓜可溶性固形物質量分數與可溶性糖質量分數隨著灌溉定額的增加而減小，而維生素C 質量分數與總酸質量分數隨著灌溉定額的增加而增加。

再生水與自來水不同灌溉定額對黃瓜維生素C質量分數均有顯著性影響（p＜0.01）。其均值順序為Z3 處理＞Q3 處理＞Z2 處理＞Q2 處理＞Z1 處理＞Q1 處理，再生水灌溉處理中，Z3 處理維生素C 質量分數分別比Z2 處理與Z1 處理高29.45%與35.29%；自來水灌溉，Q3 處理維生素C 質量分數分別比Q2處理與Q1 處理高29.18%與33.79%；相同灌溉定額下，Z1、Z2 和Z3 處理分別比Q1、Q2 和Q3 處理維生素C 質量分數高0.41%、1.33%和1.54%，平均維生素C 質量分數高1.14%。由于再生水中總氮、總磷與鉀量分別比自來水增加7.7 倍、40 倍與1.3 倍，在全生育期內，3 個處理總氮、總磷與鉀量分別提高137.7、3.49、92.7 kg/hm2，總氮、總磷與鉀元素可以提高黃瓜維生素C 量[15-16]，從而再生水灌溉增加了維生素C 量。所以Z3 處理維生素C 質量分數最高，為9.89 mg/kg。

再生水比自來水不同灌溉定額水平對黃瓜可溶性糖質量分數均有極顯著影響（p＜0.01）。其均值順序為：Z1 處理＞Z2 處理＞Q1 處理＞Z3 處理＞Q2 處理＞Q3 處理。再生水灌溉處理中，Z1 處理可溶性糖質量分數分別比Z2處理與Z3處理高5.09%與14.4%；自來水灌溉對照中，Q1 處理可溶性糖質量分數分別比Q2 處理與Q3 處理高9.47%與12.8%；相同灌溉定額下，Z1、Z2 和Z3 處理分別比Q1、Q2 和Q3 處理高11.62%、16.27%和10.1%，平均可溶性糖質量分數高12.64%。由于再生水中總氮、總磷與鉀量分別比自來水增加7.7 倍、40 倍與1.3 倍，在全生育期內，3 個處理總氮、總磷與鉀量分別提高137.7、3.49、92.7 kg/hm2，總氮、總磷與鉀元素可以提高黃瓜可溶性糖量[15-16]，因此再生水灌溉增加了可溶性糖量。所以Z1 處理可溶性糖質量分數最高為4.13%。

再生水比自來水不同灌溉定額對黃瓜可溶性固形物質量分數均有極顯著影響（p＜0.01）。其均值順序為：Z1 處理＞Z2 處理=Q1 處理＞Q2 處理＞Z3 處理＞Q3 處理，再生水灌溉，Z1 處理可溶性固形物質量分數分別比Z2 處理與Z3 處理高12.9%與18.8%；自來水灌溉中，Q1 處理可溶性固形物質量分數分別比Q2 處理與Q3 處理高1.77%與7.75%；在灌溉定額相同條件下，Z1、Z2 和Z3 處理分別比Q1、Q2 和Q3 處理高12.9%、1.77%和2.41%，平均可溶性固形物質量分數高5.8%。由于再生水中總氮、總磷與鉀量分別比自來水增加7.7 倍、40 倍與1.3 倍，在全生育期內，3 個處理總氮、總磷與鉀量分別高出137.7、3.49、92.7 kg/hm2，總氮、總磷與鉀量可以提高黃瓜可溶性固形物量[15-16]，從而再生水灌溉增加了可溶性固形物量。所以Z1 處理可溶性固形物質量分數最高，為4.55%。

再生水比自來水不同灌溉定額對黃瓜總酸質量分數均有極顯著性影響（p＜0.01），其均值順序為：Q3 處理＞Z3 處理=Q2 處理＞Z2 處理＞Q1 處理＞Z1處理。再生水灌溉中，Z3 處理總酸質量分數分別比Z2 處理與Z1 處理高1.49%與13.33%；自來水灌溉，Q3 處理總酸質量分數分別比Q2 處理與Q1 處理高14.71%與18.18%；在灌溉定額相同條件下，Z1、Z2和Z3 處理分別比Q1、Q2 和Q3 處理低10%、1.49%和14.71%，平均總酸質量分數低8.72%。由于再生水pH 值高于自來水，在堿性條件下不利于總酸合成，使總酸量降低。所以Q3 處理總酸質量分數最高，為0.78 g/kg。

表7 再生水不同灌溉定額對黃瓜品質影響的差異性 Table 7 Differential analysis results of different irrigation quotas on cucumber quality

3 討 論

黃瓜葉片SPAD 值在生育期內呈凸拋物線趨勢，凈光合速率、蒸騰速率與氣孔導度日變化曲線為“M”型，與Ci 日變化曲線相反。2 種水質灌溉下，黃瓜的SPAD 值、光合指標與產量均隨灌溉定額的增加而增大，這是因為基于本試驗條件下，增大灌溉定額，促進作物新陳代謝，葉片光合系統發育較好，葉綠素量增加。同時，水與葉綠素增加可促使光合作用增強，利于黃瓜生長所需物質合成，產量增加[17-18]。而群體水分利用效率隨灌溉定額水平的增加而降低，這是因為隨著灌溉定額水平的增加，使生產黃瓜單位產量消耗的水分增加，從而降低群體水分利用效率。在灌溉定額相同條件下，再生水灌溉下黃瓜SPAD 值、光合作用指標、產量與群體水分利用效率平均值均比自來水灌溉的高。這可能是因為再生水中總氮、總磷量分別比自來水增加7.7 倍與40 倍有關。在全生育期內，再生水灌溉3 個處理總氮與總磷量分別比自來水灌溉高137.7 kg/hm2與3.49 kg/hm2，提高了植株對氮、磷的利用效率[5,9]，鎂為影響葉綠素合成的關鍵元素，再生水中含鎂量比自來水增加4.1 倍，在全生育期內，3 個處理含鎂量均高出413.34 kg/hm2，所以相對于自來水灌溉，再生水灌溉黃瓜SPAD 值增加。進而光合作用增強，產量增加。這與吳文勇等[6]、裴亮等[7]研究結果一致。在實際需水量相同情況下，黃瓜產量增加，群體水分利用效率增大。

再生水與自來水的不同灌溉定額對黃瓜維生素C、可溶性糖、可溶性固形物與總酸質量分數均有極顯著性影響（p＜0.01）。黃瓜可溶性糖與可溶性固形物質量分數隨著灌溉定額的增加而減小，而維生素C與總酸質量分數隨著灌溉定額的增加而增加。這是因為增加灌溉定額促進了黃瓜新陳代謝，從而有利于維生素C與總酸的積累，但不利于可溶性糖與可溶性固形物的合成。再生水灌溉的維生素C 量、可溶性糖與可溶性固形物量平均值比自來水高，這可能是因為再生水中總氮、總磷與鉀量分別比自來水增加7.7 倍、40 倍與1.3 倍，在全生育期內，3 個處理總氮、總磷與鉀量分別高出137.7、3.49、92.7 kg/hm2，總氮、總磷與鉀元素可以提高黃瓜維生素C 量[15-16]，而再生水pH 值高于自來水，在堿性條件下不利于總酸合成，使總酸量降低。

4 結 論

1）在晴天10:00 時，黃瓜凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2摩爾分數最大值分別為33.86 μmol/（m2·s）、15.75 mmol/（m2·s）、0.75 mol/（m2·s）、222.75 μmol/mol，黃瓜最大SPAD 值與最高產量指標分別為85.84 與71 799 kg/hm2。以上指標均隨著灌溉定額的增加而增大，再生水灌溉黃瓜光合作用與產量指標均大于自來水灌溉，Z3 處理黃瓜的光合作用與產量指標均最高。

2）灌溉水分利用效率、群體水分利用效率與葉片水分利用效率均隨著灌溉定額的增加而降低。Z1處理黃瓜的灌溉水分利用效率與群體水分利用效率均最高，分別為30.1 kg/m3與16.85 kg/m3，Z1 處理與Q1 處理葉片水分利用效率值接近。

3）黃瓜可溶性糖與可溶性固形物質量分數隨著灌溉定額的增加而減小，而維生素C 與總酸質量分數隨著灌溉定額的增加而增加。Z3 處理維生素C 質量分數最大為9.89 mg/100 g，Z1 處理可溶性糖與可溶性固形物質量分數最大分別為4.13%與4.55%，Q3處理總酸質量分數最大為0.78 g/kg。

Z3 處理再生水高水平為當地較適宜的黃瓜滴灌灌溉制度。

致謝：對本文研究中做出貢獻的歐陽贊與趙策表示感謝！