溫室無土栽培廢液對西瓜生長及品質(zhì)的影響

丁小濤,張帥磊,褚英琪,何立中,王 虹,周 強(qiáng),余紀(jì)柱

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室,上海都市綠色工程有限公司,上海201403)

西瓜為葫蘆科西瓜屬一年生草本植物,廣泛分布于熱帶和亞熱帶地區(qū),其果肉甘甜多汁,清爽解渴,具有祛暑利尿的作用,是人們非常喜歡的水果之一[1]。 據(jù)統(tǒng)計,我國西瓜栽培面積已超過200 萬hm2,產(chǎn)量占世界西瓜總產(chǎn)量的60%以上,是世界上西瓜生產(chǎn)規(guī)模最大的國家[2]。 現(xiàn)代溫室茄果類蔬菜無土栽培方式為水肥一體化灌溉,需要進(jìn)行營養(yǎng)液的超量灌溉,溫室每天的排液量一般占總灌溉量的20%—30%[3],這些排出的營養(yǎng)液即廢營養(yǎng)液,俗稱為廢液或排液。 目前,我國現(xiàn)代溫室蔬菜無土栽培的面積較小,但隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們消費(fèi)水平的提高,現(xiàn)代智能溫室栽培面積將逐年增加,溫室無土栽培廢液的循環(huán)利用也成為亟待解決的問題[4]。 據(jù)此,本試驗以西瓜為材料,開展溫室無土栽培廢液循環(huán)利用的研究,以期為溫室營養(yǎng)液的充分利用及減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)探索新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在上海市崇明區(qū)港沿鎮(zhèn)國家設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心崇明基地進(jìn)行,所用西瓜品種‘圣女紅’‘黃晶’和‘黑津’均由上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施園藝研究所提供。 2019 年2 月12 日,將不同品種西瓜種子浸種8 h 后,用毛巾包好放入30 ℃培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽,待芽長0.5 cm 時播種至32 孔穴盤中,以椰糠作為育苗基質(zhì)。

試驗在塑料大棚中進(jìn)行,大棚東西走向,長、寬、高分別為32 m、8 m、3.3 m。 整地施用“獅馬牌”復(fù)合肥10 kg(N-P-K=15-15-15,上海市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料有限公司提供),坐果后再次追施此復(fù)合肥10 kg。2019 年4 月2 日,西瓜幼苗三葉一心時定植,株距0.25 m,行距4 m。 定植后即搭建小拱棚(寬1 m,高0.6 m),前期用薄膜進(jìn)行多層覆蓋。

1.2 試驗設(shè)計與方法

將栽培大棚分成18 個小區(qū),小區(qū)面積約14 m2,每個小區(qū)隨機(jī)選擇5 株進(jìn)行標(biāo)記。 試驗設(shè)置6 個處理,每個處理3 個小區(qū),隨機(jī)排列,分別為:(1)‘圣女紅’清水灌溉(對照,CK-圣),(2)‘圣女紅’溫室無土栽培廢液灌溉(FY-圣),(3)‘黃晶’清水灌溉(對照,CK-黃),(4)‘黃晶’溫室無土栽培廢液灌溉(FY-黃),(5)‘黑津’清水灌溉(對照,CK-黑),(6)‘黑津’溫室無土栽培廢液灌溉(FY-黑)。 廢液為玻璃溫室?guī)r棉無土栽培番茄的灌溉排液,EC 值3.4 dS∕m、pH 6.1,4 月18 日進(jìn)行第一次灌溉,5 月2 日、5 月19 日分別進(jìn)行第二次、第三次灌溉;每次每株灌溉無土栽培廢液1 L,對照灌溉清水1 L。 植株均采用雙蔓整枝,主蔓選第2—4 雌花留一坐瓜,側(cè)蔓坐瓜后摘心,于4 月28 日—5 月3 日進(jìn)行人工授粉并作標(biāo)記,掛牌后標(biāo)記授粉日期,其他田間管理按常規(guī)方法進(jìn)行。 5 月底至6 月初全部采收,測定果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量。

1.2.1 不同處理西瓜主蔓長、粗的測定

分別于第一次灌溉后1 d、7 d、13 d、19 d、25 d 測量不同處理的西瓜主蔓長、粗,每次每個小區(qū)測量3 株。

1.2.2 不同處理西瓜葉片氣體交換參數(shù)的測定

使用LI-6400 型光合儀(Li-Cor Inc.,Lincoln,NE,美國)在西瓜采收前測定西瓜葉片的氣體交換參數(shù),選擇新展開的最大功能葉進(jìn)行測定,氣體交換參數(shù)包括凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr),測定時的光量子通量密度設(shè)置為600 μmol∕(m2·s),溫度、濕度、CO2濃度為溫室的自然條件。 所有處理重復(fù)測定5 次。

1.2.3 不同處理西瓜品質(zhì)相關(guān)參數(shù)的測定

縱切取不同部位西瓜瓤混合后用于品質(zhì)指標(biāo)測定,果實(shí)可溶性固形物含量使用PAL-1 便攜式數(shù)顯折射計(日本ATAGO 公司)分別測定中心糖和邊糖含量;可溶性糖、可溶性蛋白、總酚和類黃酮含量參考曹建康等[5]方法測定。

1.2.4 不同處理西瓜果實(shí)大小、質(zhì)量和產(chǎn)量的測定

西瓜收獲后,每處理隨機(jī)選取6 個正常西瓜,用游標(biāo)卡尺測量單瓜橫、縱徑,電子秤稱取單瓜質(zhì)量,計算小區(qū)產(chǎn)量。

1.2.5 統(tǒng)計分析

使用SAS 9.3 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果以平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差表示;使用Origin 7.5 軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 無土栽培廢液對西瓜主蔓長和粗的影響

如圖1 所示,無土栽培廢液灌溉西瓜后,不同生長時間3 個品種西瓜的主蔓長、粗均有所增加。 西瓜主蔓長不斷增加,但所有處理之間差異不明顯;主蔓粗在廢液澆灌后7 d 和13 d 時略有降低,澆灌后19 d和25 d 時又逐步增加。 無土栽培廢液對不同品種西瓜主蔓長的增加效果較好。

圖1 無土栽培廢液灌溉后不同品種西瓜主蔓長、粗的變化Fig.1 Changes of plant main vine length and thickness of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

2.2 無土栽培廢液對西瓜葉片氣體交換參數(shù)的影響

從圖2 可以看出,無土栽培廢液灌溉西瓜后,不同品種西瓜葉片的凈光合速率有所增加,但與對照差異不顯著;同樣,處理后不同品種西瓜葉片的氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度與對照差異不顯著;‘黑津’葉片的蒸騰速率最高,‘圣女紅’最低,3 個品種間差異顯著,但同一品種不同處理西瓜葉片的蒸騰速率差異不顯著。

圖2 無土栽培廢液灌溉后不同品種西瓜葉片氣體交換參數(shù)的變化Fig.2 Changes of gas exchange parameters in leaves of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

2.3 無土栽培廢液對西瓜果實(shí)品質(zhì)的影響

無土栽培廢液灌溉可明顯提高不同品種西瓜果實(shí)的品質(zhì)(圖3)。 與對照相比,‘圣女紅’和‘黑津’果實(shí)的中心可溶性固形物(中心糖)和邊際可溶性固形物(邊糖)含量在處理后顯著增加,‘黑津’果實(shí)的可溶性糖含量顯著增加。 廢液灌溉增加了3 個品種西瓜果實(shí)的可溶性蛋白含量,但與對照差異均不顯著;同時,廢液灌溉顯著提高了‘圣女紅’和‘黃晶’果實(shí)的總酚和類黃酮含量。

2.4 無土栽培廢液對西瓜果實(shí)大小和產(chǎn)量的影響

從圖4 可以看出,無土栽培廢液灌溉西瓜后,不同品種西瓜果實(shí)的縱徑、橫徑均有所增加,但與對照差異不顯著,‘黑津’果實(shí)的縱徑、橫徑最小。 廢液灌溉使‘圣女紅’和‘黃晶’的單果質(zhì)量和產(chǎn)量顯著增加,其產(chǎn)量較對照分別增加了8.6%和6.1%。

圖3 無土栽培廢液灌溉后不同品種西瓜果實(shí)品質(zhì)相關(guān)參數(shù)的變化Fig.3 Changes of fruit quality related parameters of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

圖4 無土栽培廢液灌溉后不同品種西瓜果實(shí)縱橫徑、單瓜質(zhì)量和產(chǎn)量的變化Fig.4 Changes of fruit vertical and horizontal diameter,single fruit weight and yield of different watermelon varieties after irrigation with soilless culture waste nutrient solution

3 結(jié)論與討論

試驗發(fā)現(xiàn),無土栽培廢液灌溉后,不同生長時間西瓜的主蔓長和粗雖然有些增加,但差異不明顯,說明無土栽培廢液對促進(jìn)西瓜植株營養(yǎng)生長的效果有限。 光合作用是植物最基本的生理活動,為植物生長發(fā)育提供必要的同化物質(zhì),保持正常的光合作用是植物生長發(fā)育的必要條件[6]。 本研究中,不同處理西瓜葉片凈光合速率差異不顯著,均非常大,說明各處理西瓜葉片生長均很好,無土栽培廢液灌溉沒有使西瓜葉片的光合作用受到明顯的影響。

西瓜果實(shí)的糖、可溶性蛋白、總酚、類黃酮含量是評價西瓜品質(zhì)的重要指標(biāo)[7-9]。 無土栽培廢液灌溉處理后,不同品種西瓜果實(shí)的邊糖和中心糖含量均有所提高,其中‘圣女紅’和‘黑津’為顯著提高。 不同處理西瓜果實(shí)的可溶性糖、可溶性蛋白含量也有所增加,其中‘黑津’果實(shí)的可溶性糖含量為顯著增加,表明無土栽培廢液灌溉對提高西瓜果實(shí)中的糖含量有一定作用。 杜少平等[10]研究發(fā)現(xiàn),適當(dāng)調(diào)整施肥措施,有利于西瓜果實(shí)品質(zhì)提升。 果蔬組織中存在著大量的酚類物質(zhì)和類黃酮等植物次生代謝產(chǎn)物,它們與果蔬的色澤、品質(zhì)和風(fēng)味、抗逆性等關(guān)系密切,黃酮類化合物具有抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、降血脂的功效,對減少自由基的產(chǎn)生和清除自由基有一定的作用,即抗氧化作用;酚類物質(zhì)具有良好的抗氧化、降血脂等作用;酚類物質(zhì)、類黃酮含量高低是果蔬營養(yǎng)價值和醫(yī)療保健作用的重要體現(xiàn)[11-12]。 本試驗中無土栽培廢液灌溉后,不同品種西瓜果實(shí)的總酚含量和類黃酮含量均有所增加,其中‘圣女紅’和‘黃晶’為顯著增加,說明溫室無土栽培廢液對西瓜果實(shí)品質(zhì)的改善有明顯作用。

西瓜栽培生產(chǎn)中,種植者會通過各種方式增加西瓜產(chǎn)量[13-15]。 本試驗中無土栽培廢液使‘圣女紅’和‘黃晶’的單瓜質(zhì)量和產(chǎn)量均顯著增加,‘黑津’產(chǎn)量增加不顯著,這可能與品種有關(guān)。 總體來看,灌溉無土栽培廢液可提高西瓜產(chǎn)量。

溫室無土栽培廢液的有效利用一直是困擾設(shè)施生產(chǎn)的重要問題,廢液利用關(guān)系到肥料配方的改進(jìn)、廢液的添加比例、營養(yǎng)液的消毒等問題。 本研究表明,將無土栽培廢液直接灌溉大棚土壤栽培的西瓜,可以促進(jìn)不同品種西瓜的生長,西瓜果實(shí)的品質(zhì)有所改善,產(chǎn)量也有一定提高。 本研究對促進(jìn)西瓜生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的提升,尤其是在較為貧瘠的土壤地區(qū),有重要意義。 “現(xiàn)代溫室番茄-土壤西瓜”營養(yǎng)液串級利用的模式,可為探索無土栽培營養(yǎng)液的充分利用提供新的途徑。