寧夏引黃灌區大棚西瓜膜下滴灌水肥耦合效應

郭松 沙新林 楊惠勤 李榮 姜雪琴 路潔 趙丹青 劉聲鋒

摘 要：針對寧夏吳忠拱棚西瓜栽培生產中水肥利用率不高、水肥施入不同步等制約因素，充分利用西瓜膜下滴灌條件，探索適宜水平下水、氮和鉀之間的相互作用，分析其在大棚高畦膜下滴灌條件下的產量效應，建立吳忠黃灌區大棚西瓜產量數學模型，以氮肥和鉀肥配施提高補灌水分利用效率，達到提高植株整體的生長、品質及產量的目的。采用頻率分析法對產量模型進行模擬的結果表明，產量大于47 700 kg·hm-2的方案中最佳農藝措施為：補水量904.8～1 014.75 m3·hm-2、施氮肥量172.69～204.775 kg·hm-2、施鉀肥量204～218.2 kg·hm-2。根據不同產量水平下的因素分析，總結了最優組合方案，可達到提高植株整體的抗性、制約土傳病害蔓延的效果。

關鍵詞：西瓜;大棚;膜下滴灌;引黃灌區;水肥耦合

中圖分類號：S651 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）05-040-05

Water and fertilizer coupling effect of drip irrigation under film in greenhouse watermelon in irrigation area of Yellow River diversion in Ningxia

GUO Song1， SHA Xinlin2， YANG Huiqin3， LI Rong3， JIANG Xueqin2， LU Jie2， ZHAO Danqing2， LIU Shengfeng1

（1. Institute of Germplasm Resources， Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences ， Yinchuan 750002， Ningxia， China; 2. Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Yinchuan 750002， Ningxia， China; 3. Wuzhong City Agricultural and Rural Bureau of Litong District ， Wuzhong 751100， Ningxia， China）

Abstract： In view of the limited factors such as low water and fertilizer utilization rate and unsynchronized water and fertilizer application in watermelon cultivation in Wuzhong arch shed of Ningxia. The interaction among water， nitrogen and potassium was explored under the condition of drip irrigation. The yield effect of drip irrigation under plastic film was analyzed， and a mathematical model of watermelon yield was established in Wuzhong Yellow River irrigation area. The combination of nitrogen and potassium fertilizer can improve water use efficiency， promote plant growth， and improve quality and yield. The results show that Frequency analysis method was used to simulate the yield model， and the best agronomic measures were as follows： water supply 904.8-1 014.75 m3·hm-2， nitrogen application 172.69-204.775 kg·hm-2 and potassium application 204-218.2 kg·hm-2. According to the analysis of factors under different yield levels， a group of optimal combination schemes is summarized， which can improve the overall resistance of plants and restrict the spread of soil borne diseases.

Key words： Watermelon; Greenhouse; Drip irrigation under mulch; Yellow River irrigation area; Water fertilizer coupling

寧夏吳忠市位于黃河上游，有充足的水源和光照，中溫帶干旱性氣候，為西瓜的生長和果實糖分積累都提供了有利條件。當地早春栽培的拱棚西瓜具有良好的市場前景，且種植拱棚西瓜投資少、風險小、比露地西瓜上市早，21世紀初，吳忠地區開始大力推廣拱棚西瓜種植。當前，該地區拱棚西瓜種植面積已近1300 hm2，農民從拱棚西瓜種植中獲得的收入逐年增加，拱棚西瓜產業正成為瓜農增收致富的重要渠道。吳忠地區大部分拱棚西瓜采用傳統的淺溝窄壟栽培模式，管理粗放，水肥配套設備不完善;探索和研究西瓜高效節水灌溉制度主要是解決水資源浪費及過量補水導致的品質降低等問題[1]。

余立云等[2]認為充足的氮磷鉀元素有利于干物質的積累和產量的形成，提高同化產物移動及貯藏時間。目前，已有研究證明隨施氮量增加西瓜產量和品質隨之提高，達到峰值后逐漸下降。孫興祥等[3]研究認為最佳施肥量，在設施不配套地區也可以有效保證西瓜產量和品質。郝平琦等[4]認為不合理施肥，則會導致增產效益降低、造成生態污染等問題。國內外學者在淺溝窄壟栽培模式下的水肥耦合對西瓜的果實發育、品質的影響研究較少，全面系統研究吳忠拱棚西瓜N、K肥利用率和水資源利用率的更少[5-7]。水肥施入不同步、施肥過量，導致徒長、坐果率低、果實營養不足、上市時間推遲等諸多問題成為吳忠乃至寧夏拱棚西瓜產業發展升級的瓶頸。

筆者以此為切入點，針對寧夏引黃灌區大棚西瓜產業發展的需要，充分利用引黃灌區的水資源，以大棚西瓜產量為模型指標，研究分析在大棚高畦膜下滴灌條件下水、氮和鉀之間的相互作用及產量效應，建立西瓜產量數學模型，以氮肥和鉀肥配施提高補灌水分利用效率，達到提高果實的品質和水肥利用率的目的。為此，筆者分析水、N和K不同量條件下的產量效應，建立產量數學模型，在此基礎上尋求提出優化組合方案，確定最優的配比方案，以推進吳忠大棚西瓜精量調控施肥技術推廣，為該地區大棚西瓜標準化發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于寧夏吳忠市高閘鄉試驗基地，地處北緯37 °87 ′，東經106°18′，海拔1120 m。土壤理化性質為：全氮（w，后同）0.45 g·kg-1，全磷0.48 g·kg-1，速效氮10.4 mg·kg-1，速效磷8.7 mg·kg-1，速效鉀92.6 mg·kg-1，土壤全鹽0.46 g·kg-1，有機質12.3 g·kg-1，pH值8.6。

1.2 材料

供試西瓜品種為金城1號（由蘭州西甜瓜研究所培育的中早熟品種）;嫁接育苗采用穴盤育苗，穴盤規格為50孔;氮肥為純氮肥（N≥22%）、鉀肥為硫酸鉀（K2O≥50%）;有機肥為金正大親土一號（有機質≥28.0%、N+P2O5+K2O≥25%）;底肥使用發酵腐熟后的農家羊糞。

1.3 試驗設計

試驗于2020年2—5月上中旬進行。試驗采用3因素5水平二次回歸通用旋轉組合設計，設20個試驗處理，不做重復，采用完全隨機排列設計，共1280株西瓜苗。采用寬行高壟栽培模式，長度為9 m，每處理種植3壟，小區面積為81 m2，定植株距60 cm，行距2.1 m，種植密度7950株·hm-2。于2020年3月11日定植，4月3日、4月20日按照設計方案補水施肥，其他按常規生產管理。因素水平編碼見表1，各處理的水、氮、鉀量見表2。

1.4 測定項目與方法

果實成熟期，統計每個處理西瓜果實數量，并隨機選8個長勢一致的西瓜測定單瓜質量，然后折算統計產量。可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法，維生素 C 含量的測定采用比色法，用pH 計測定有效酸度。

1.5 數據處理

試驗的數據采集整理使用Excel 2010軟件，統計分析采用DPS 7.0軟件，并應用Duncan法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 二次通用旋轉組合試驗方案及數學模型的建立

將不同水、N、K量 3 個因素對生產的效應建立配比模型，用二次回歸旋轉模型表示，根據多項式回歸方程即

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以產量為目標函數（y） ，以補水量（X1）、N肥（X2）、 K肥（X3）三因素為控制變量，b0為回歸模型的常數項;bj為回歸模型的一次項系數;bij為回歸模型的交互項系數;bjj為回歸模型的二次項系數;m為試驗因素數，取值為3。根據試驗處理所得產量結果折算平均產量見表2。

按試驗結果計算出擬合方程的各項系數，求得拱棚西瓜配比回歸數學模型，回歸方程為：Y=47 005.478 84+524.806 53X1+582.829 45X2+679.509 70X3-133.293 11X12-497.383 62X22+25.287 50X2X3。對20組處理數據進行計算處理，所得結果見表3。

由表3可知，回歸方程顯著性檢驗F2=13.157 00>F0.01（9，10）=4.94，回歸顯著，表明該方程與實際情況擬合良好;失擬性檢驗F1=0.430 02

Y=47 005.478 84+524.806 53X1+582.829 45X2+679.509 70X3-133.293 11X12-497.383 62X22-

194.611 08X32+130.512 50X1X3。

2.2 水、N和K量對大棚西瓜產量效應的單因素分析

由圖1可以看出，根據試驗結果對水、N和K每個單因素進行產量效益分析顯示，X1和X2的產量因素效應為拋物線，當達到最適施入量時，產量達到最高。X3的產量因素效應趨于直線，與產量成正比上升趨勢。

2.3 水、N和K量對大棚西瓜產量的交互效應分析

由表4可知，根據試驗結果對水、N和K每個單因素進行產量的交互效應分析，X1補水對產量效應的預測隨水平升高而增加。X2氮肥對產量交互效應為拋物線，當0.5水平時達到峰值。X3 K肥對產量效應的預測隨水平升高而增加。

2.3.1 補水量與施N肥量對大棚西瓜產量的互作效應分析 由圖2可以看出，隨著水量增加，大棚西瓜產量呈現上升趨勢;隨著N量增加，產量均呈現先增加后降低的趨勢。水量與N量對大棚西瓜產量的交互效應表現為：當補水量為1 092.3 m3·hm-2、N肥為182.5 kg·hm-2時，大棚西瓜產量最高，為47 678.1 kg·hm-2。

2.3.2 補水量與施K肥量對大棚西瓜產量的互作效應分析 由圖3可以看出，水量和K量對大棚西瓜產量的交互效應均呈現逐漸增加趨勢，大棚西瓜產量最高為49 573.4 kg·hm-2，即補水量為 1 092.3 m3·hm-2、施K肥量224.1 kg·hm-2。

2.3.3 N量與K量對大棚西瓜產量的互作效應分析 由圖4得知，隨著N的施用量的增加，西瓜產量均呈現先增后減的趨勢;而隨K的施用量增加，西瓜產量呈現逐漸增高的趨勢。施N量和K量對大棚西瓜產量的交互效應表現為：當施N肥量為182.5 kg·hm-2、施K肥量為224.1 kg·hm-2時，大棚西瓜產量最高，為48 865.7 kg·hm-2。

2.3.4 優化組合及推薦指標 根據已建立的拱棚西瓜水肥配比優化數學模型，編制計算程序，在-1.682～+1.682取7個水平（-1.682，-1，-0.5，0，+0.5，+1，+1.682），上機進行不同目標下的最優組合方案模擬。構成生產因素組合，通過模擬求得產量大于47 700 kg·hm-2的有71個組合，其中最主要能代表產量區間的最優組合方案見表5。

由試驗結果分析可知，三元二次回歸的數學模型不存在產量效率函數的極值，試驗中具有單因素和因素間的交互作用。在 95% 的置信區間產量大于47 700 kg·hm-2各變量的取值區間分別為：補水量為904.8～1 014.75 m3·hm-2、施N肥量為172.69～204.775 kg·hm-2、施K肥量為204～218.2 kg·hm-2。

3 討論與結論

本試驗在覆膜滴灌模式下，采用3因素二次回歸旋轉模型建立最優設計，并進行單因素效應分析，結果表明K>水>N，在西瓜果實發育期需要大量的鉀來促進礦物質養分吸收和運轉。這與馬忠明等[8]、馬克奇等[9]和姚靜等[10]研究結果一致。但沈暉等[11]在壓砂地水肥耦合效應的研究中指出，影響產量的首要因素為灌水量。壓砂地大多在寧夏中部干旱貧瘠地區，干旱缺水，多使用堿性水補灌，與引黃灌區的氣候、水資源條件有所不同。田間持水量過高不利于產量和品質的提高，這與李毅杰等[12]的研究結果一致。

本試驗用頻率分析法對產量模型進行模擬，有一定的約束條件。在試驗中生產投入和田間操作管理工作量均大于日常生產，故應考慮到技術實施的實用性和可操作性，投入不宜太高、管理不宜繁瑣，在本試驗范圍內可將最優農藝措施制定為：補水定額1000 m3·hm-2、施N肥量200 kg·hm-2、施K肥量210 kg·hm-2。用此最優農藝措施對其進行驗證，與預測值較為接近，表明本試驗結果擬合得出的回歸方程可以較好地應用于大棚西瓜生產中。

參考文獻

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