不同水鈣處理對甜瓜生長、品質形成及產量的影響

薛琪敏，杜太生，楊慧，史新杰，宋天旭，呂名禮，張中華，張冬菊

不同水鈣處理對甜瓜生長、品質形成及產量的影響

薛琪敏1, 2，杜太生1, 2*，楊慧1, 2，史新杰1, 2，宋天旭1，呂名禮3，張中華3，張冬菊3

（1.中國農業大學 水利與土木工程學院，北京 100083；2.農業農村部作物高效用水武威科學觀測實驗站，甘肅 武威 733000；3.華維節水科技集團股份有限公司，上海 201505）

【】確定甜瓜適宜的水鈣管理模式。以“亭林雪瓜”為試驗材料，設3個灌水量水平，分別為高水W1（220.45 mm）、中水W2（灌水量為W1的2/3，171.05 mm）和低水W3（灌水量為W1的1/2，146.45 mm），2個鈣處理水平，分別為噴鈣Ca1（總噴鈣量為0.68 L/株）和不噴鈣Ca0，采用完全隨機區組設計，共6個處理，并在果實生長過程中測定了相關的生長生理指標，探究果實生長和糖分積累動態過程及產量品質對不同水鈣處理的響應。雪瓜屬高蔗糖積累型甜瓜品種，果徑呈單“S”曲線生長，不同水鈣處理下果實生長和糖分積累趨勢一致。高水條件下果徑增長量、果徑大小以及果實產量最大，但單株灌溉水生產生產率最低，且高水處理不利于果實糖分累積、降低了果實品質；中水處理下的和果實品質最優，低水處理對果實生長有延緩影響并且降低了果實最終的產量。與不施鈣處理相比，施鈣處理產量和單果質量及都得到了提高，同時施鈣提高了果實硬度，降低了可滴定酸量（其中，單株產量、單果質量從高到低的順序均為W1Ca1處理>W2Ca1處理>W1Ca0處理>W2Ca0處理>W3Ca1處理>W3Ca0處理，從高到低的順序為W2Ca1處理>W1Ca1處理> W2Ca0處理>W1Ca0處理>W3Ca1處理>W3Ca0處理）。不同水鈣處理能影響果實生長及糖分積累過程且導致最終產量和品質的差異，中水施鈣為甜瓜水鈣管理的適宜模式。

水鈣處理; 果實生長; 糖分積累產量; 灌溉水生產率; 品質

0 引 言

【研究意義】甜瓜是一種重要的園藝作物，具有極佳的經濟效益；隨著生活水平的改善，消費者對甜瓜的產量和品質的需求日益提高，實現甜瓜等經濟作物的節水、豐產、優質、高效生產，是現代農業生產中需要迫切解決的科學問題。【研究進展】甜瓜是抗旱性較強的作物[1]，灌水過多不僅造成水資源的浪費而且容易造成品質的下降[2]，適當控水既有利于甜瓜生長又可促進根系生長和提高產量[3]；有學者指出對于甜瓜這類經濟作物而言，單位水量收獲產量及營養物質的積累效率的衡量更為重要，要保證在一定產量的前提下以較少的耗水量生產出更高質量的產品[4]。鈣是植物生長所必需的營養元素，在植物生長發育和適應不同環境過程中起著重要的作用，不僅參與細胞壁和許多細胞器的合成，而且影響著植物體內的信號傳導以及生理生化響應等[5]，研究表明鈣可以增強植物的抗旱性[6]，有增加作物產量、改善品質以及防病害的作用[7-8]。甜瓜果實的生長發育是一個連續動態的過程有明顯的階段特征且不同品種生長發育差異較大[9-10]，果實膨大期是果實體積和質量增長最快的時期，也是決定最終產量的關鍵時期。膨大末期果實不再明顯變大，開始進入成熟階段，該時期最主要的變化是果實內部貯藏物質的轉化[11]。在諸多影響甜瓜品質的因素中，以糖類物質的組成及其量最為重要[12]，糖不僅是甜瓜果實品質最主要的成分，也是氨基酸、Vc等營養物質合成的基礎原料[13]。目前對甜瓜果實發育過程中糖類的積累已有許多研究[9, 14-16]，開花坐果和果實膨大期控水過低會影響產量的形成而成熟期過高的水分不僅降低品質還會導致甜瓜裂果[17]。【切入點】目前，對甜瓜品質和產量的研究主要集中在灌溉或施肥等單一因素，甜瓜產量、品質對水鈣耦合處理的響應機制尚不清楚，施用鈣肥能否緩解調虧灌溉對產量的負面效應，同時提升果實品質還需進一步探究，因此，有必要結合果實生長發育動態研究水鈣對果實品質和產量的影響。【擬解決的問題】探究甜瓜果實生長動態及成熟期糖分積累特性及水鈣處理對果實生長、產量和品質的影響，以期為節水優質高效的甜瓜水鈣管理提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年4—10月在農業農村部作物高效用水武威科學觀測實驗站玻璃溫室內進行。溫室內不同位置設有溫濕光傳感器，試驗過程中，溫室內的環境由電腦系統自動控制，在甜瓜各生育階段需求的溫濕光上下限（溫度：白天23～35 ℃，夜晚：15～25 ℃；濕度：10%～80%；光照：0.35～0.40 W/m2），可保證整個試驗區域的溫濕光條件一致。試驗區土壤質地為沙壤土，1 m深土層內土壤干體積質量為1.43 g/cm3，田間持水率 0.3 cm3/cm3，凋萎點 0.12 cm3/cm3，地下水埋深25 m以下。

1.2 試驗設計

試驗甜瓜品種為亭林雪瓜，于4月22日浸種消毒，采用常規營養缽育苗法育苗；5月24日幼苗2片真葉展平后移栽至預先施足基肥的溫室中，立架栽培，雙蔓整枝，孫蔓坐瓜；于7月15日開始授粉，進入開花坐果期，授粉坐果后每株選6個果形好的瓜保留，其余瓜及側蔓剪掉；7月23日進入果實膨大期，8月8日進入果實成熟期，9月3日采收。7月16日開始不同的水肥處理，試驗設3個灌水量（W）和2個施鈣量（Ca），其中灌水量包括高水W1（灌水到田間持水率的90%～95%）、中水W2（灌水量為W1的2/3）和低水W3（灌水量為W1的1/2），當高水處理的土壤含水率到達75%～80%田間持水率時灌水，灌水間隔在9～12 d；施鈣分為噴鈣Ca1（稀釋后為0.16 g/L的螯合鈣）和不噴鈣Ca0，施鈣時間和灌水時間同步，每次施鈣量相同。試驗共6個處理，各處理具體灌水和施鈣量見表1。

表1 不同處理的施鈣和灌水量

試驗以單棵植株作為研究單元，采用滴箭灌水器對每棵植株進行精準灌溉，且由于溫室內的環境因素一致，為方便灌水管理，相同水處理的植株等距布置于同一滴灌管道二側，管道與植株平行，每個滴孔有4根滴箭，分別為管道左右二邊的植株灌水，其中一側為噴鈣處理，另一側為不噴鈣處理，同一處理下每個植株間距為0.45 m，滴箭距植株莖稈基部 5 cm左右。為防止不同處理間水分側滲，處理間留一空畦作為保護行，同一水處理植株之間間隔1.2 m，不同水處理植株之間間隔1.7 m，并在隔離區中間0～0.6 m深度鋪設防滲膜。試驗地東西二側均設置保護行，每個處理取非邊株的11株用于試驗研究（圖1）。定植前共施入有機肥約80 kg，氮磷鉀復合肥2 kg（K、P2O5、K2O質量比為14∶15∶16），堿性土專用調理菌劑8 kg，微生物菌劑8 kg，除水鈣處理外的其他農藝管理措施如噴藥、地膜覆蓋、授粉、整枝等均相同，且在鈣處理之后再無追肥。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水率

土壤含水率采用北京力高泰科技有限公司生產的TOROS12傳感器測定，測定的深度為0.6 m，每 0.2 m土層安裝1個傳感器，取其平均值作為該小區的土壤含水率。

圖1 小區布置

1.3.2 果實生長動態

雌花授粉后的第7天開始，每個處理隨機選取同1 d開花的4～5個果實進行標記，之后用游標卡尺每隔5 d測定果實的縱、橫徑，直至果實采摘。

1.3.3 單果質量、單株產量及單株灌溉水生產率

果實完熟后采摘，用精度為0.01 g的電子天平記錄果實單果質量，并選取前期未取樣的植株計算單株產量，單株灌溉水生產率（kg/m3），為單株甜瓜產量和單株甜瓜全生育期灌水量之比。

1.3.4 糖組分的提取與測定

果實膨大期結束后至成熟期，分3次取樣，每個處理取3個甜瓜果實，用高效液相色譜法測定果糖、葡萄糖、蔗糖量[18]，以薛素林等[19]的方法計算果實甜度，果實甜度=果糖×1.75+葡萄糖×0.70+蔗糖×1.00；果實完熟采摘后，每個處理取3個果實，分別用手持折射儀測定果實可溶性固形物；用0.01 mol/L的NaOH滴定法測可滴定酸量，用多功能測力計測定果實硬度。

1.4 數據處理與分析

數據方差分析用IBM SPSS Statistics 26軟件 ANOVA過程處理，并采用鄧肯新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同水鈣處理對果實生長及產量指標的影響

2.1.1 果實橫、縱徑及果形指數動態變化

表2—表5分別為不同處理果實橫徑、縱徑、橫縱徑凈增長量以及果形指數變化，從授粉到果實采摘共計47 d，果實橫、縱徑變化態勢基本一致，均隨授粉天數的推移而增大（表2、表3）；授粉7 d后果實進入快速增長期，此時橫、縱徑的增長量最大，授粉22 d后變化趨于平緩（表4）；果實發育初期縱徑大于橫徑，且縱徑增長量大于橫徑增長量，隨后橫徑逐漸接近縱徑，且在整個果實生長過程中橫徑的增長量要大于縱徑（表4），果形指數由最初1.5左右趨近于1（表5），不同處理下的果實生長以及果形變化趨勢一致。

表2 不同處理甜瓜果實橫徑變化

注 表中同列不同字母表示各處理在同一授粉天數指標差異顯著（<0.05)，下同。

表3 不同處理甜瓜果實縱徑變化

表4 不同處理甜瓜果實橫、縱徑凈增長量變化

果實生長過程中，不同處理之間果徑的差異從授粉12 d后開始出現且隨著果實的生長而逐漸明顯（表2、表3），果實橫徑大小為W1Ca1處理>W1Ca0處理>W2Ca1處理>W2Ca0處理>W3Ca1處理>W3Ca0處理；果實縱徑大小為W1Ca1處理>W2Ca1處理>W1Ca0處理>W2Ca0處理>W3Ca1處理>W3Ca0處理。由此可見，不論是否施鈣，果實的橫、縱徑均隨灌水量的減少而減少，且最終在果實成熟采摘時，W3Ca1處理下果實的橫、縱徑較W1Ca1處理分別減少11.85%和15.00%，W3Ca0處理果實橫、縱徑較W1Ca0處理減少13.72%和10.99%，不同灌水水平處理下的橫、縱徑差異顯著（<0.05），W2Ca1處理下果實橫、縱徑分別較W1Ca1處理減少3.94%和5.30%，W2Ca0處理下果實橫、縱徑分別較W1Ca0處理減少3.57%和0.67%，但差異并不顯著；3個水處理下，施鈣處理較不施鈣處理橫、縱徑都有所增加但不顯著，橫徑增加1.31%～3.78%，縱徑增加1.58%～6.17%。綜上，低水處理顯著減少果徑，施鈣處理下的果徑要略大于不施鈣處理，從表4可以看出，造成果實橫、縱徑最終差距的主要原因是授粉后7～22 d內（即果實膨大期）不同處理之間的增長量不同。

表5 不同處理甜瓜果形指數變化

2.1.2 不同水鈣處理對果實產量和灌溉水利用效率的影響

由不同處理果實產量及單果質量（表6）可以看出，水、鈣均極顯著影響果實的單株產量和單果質量，而水鈣交互作用對單株產量和單果質量的影響不顯著。

表6 不同處理果實產量及單果質量

注 不同字母表示在<0.05水平下差異顯著n.s.:不顯著,>0.05;*:顯著,<0.05;**:極顯著,<0.01,下同。

在同一施鈣水平下，單株產量隨灌水量減少而減少，不同處理之間差異顯著；同一水分處理下，施鈣比不施鈣的單株產量和單果質量更大，W1處理和W2處理下是否施鈣對單株產量和單果質量的影響均極其顯著，W3處理下單果質量差異不明顯，而單株產量顯著降低。W1處理的產量雖高，但灌水量也遠遠大于其他2個水處理，所以相較于高水處理，減少灌水量可以提高，其中W2處理的最大；相同的水處理下，施鈣均提高了灌溉水生產率。

2.2 不同水鈣處理對成熟期果實糖分積累和品質指標的影響

2.2.1 果實成熟過程中糖量和甜度動態變化

甜瓜果實進入成熟期后體積不再明顯變大，果實顏色由綠色轉為乳白色，據此將果實的成熟期分為3個階段：轉色之前的綠熟期，轉色期和收獲采摘的完熟期。由圖2可見（不同字母表示在<0.05水平下差異顯著），成熟過程中果實的果糖、葡萄糖、蔗糖量均有所增加，果實甜度也隨糖分累積呈上升趨勢。果實糖分的積累和甜度與果實的發育階段有關，轉色期較綠熟期無顯著差異，除W1灌水處理外，完熟期果實的3種糖分和甜度較前2個時期有顯著增加（<0.05）；在3種糖組分中蔗糖量的增加最為明顯，且在完熟期蔗糖量高于果糖和葡萄糖。

水分對成熟期果實糖分積累的影響較為明顯，在同一施鈣水平下，W1處理下3種糖分量累積以及甜度變化幅度較其他2個水處理要低；同一水分處理下，施鈣和不施鈣處理糖分和甜度變化沒有統一的規律，W1處理施鈣和不施鈣差異并不明顯，W2處理下不施鈣變化幅度大而W3處理相反。果實完熟期，W1水處理下的果實甜度值要低于其他2個處理，施鈣與不施鈣對果實甜度的影響也無明顯規律。

2.2.2 不同水鈣處理對甜瓜果實品質的影響

由表7可知，水分處理對甜瓜果實的果糖、葡萄糖、蔗糖量有顯著影響，對可滴定酸量和果實硬度有極顯著影響，對可溶性固形物量影響不顯著；鈣處理對可滴定酸量影響極顯著，對果實硬度影響極顯著，對果糖、葡萄糖、蔗糖、可溶性固形物量影響不顯著；水鈣交互作用對以上所有品質指標影響均不顯著。

圖2 不同處理下糖量及甜度變化

表7 不同處理果實品質

總體來說，同一施鈣水平下，果糖、葡萄糖、蔗糖量表現為W2處理>W3處理>W1處理，W3處理的可溶性固形物量略高于其他2個水處理，可滴定酸量低于其他2個處理，果實硬度表現為W3處理>W2處理>W1處理；同一水分條件下，施鈣和不施鈣對果糖和葡萄糖、蔗糖及可溶性固形物的影響不顯著，但施鈣處理下可滴定酸量更低，而果實硬度要顯著高于不施鈣處理。

3 討 論

果實橫、縱徑是表征甜瓜果實形態的重要生物學指標，也是劃分果實生長階段的重要依據。本研究測得亭林雪瓜的橫、縱徑變化呈“S”曲線，授粉后的第1周生長緩慢，隨后生長迅速，在果實接近成熟時，變化趨于平緩，果形指數均趨近1，符合葫蘆科果實典型的生長模式，灌溉施鈣量對果實生長趨勢以及果形的影響不大，這與張中華等[20]先前對亭林雪瓜生長的研究結果一致。授粉后的7～22 d是果徑增長最快的時期，也是不同處理之間果徑增長量差異最明顯的時期，從授粉12 d后不同處理果徑之間的差異顯現，且最終果實縱橫經和單果質量、產量的大小關系一致，有研究表明甜瓜果實膨大期是果實需水需肥的關鍵時期，該時期虧水處理對最終單果質量和體積影響顯著[17, 21-23]。大量的研究證明適度的水分虧缺并不會造成嚴重的減產且可以提高水分利用率[24-26]，同樣的，在本試驗中W2處理單株產量和單果質量較高水處理有所降低但卻得到了顯著提高；鈣處理提高了果實縱橫徑、產量和，一定程度改善了虧水處理帶來的負面效應，可能是因為施鈣增加了根系活力和光合速率，為最終產量打下基礎[27-28]，W3處理下施鈣和不施鈣單果質量差異不顯著而單株產量差異顯著，這是因為不施鈣處理的最終單株結瓜數要少于施鈣處理（施鈣處理單株結瓜數為5.67個/株，不施鈣為5個/株）。

甜瓜作為一種鮮食水果, 含糖量是衡量果實品質最直接的因素之一，果糖、葡萄糖和蔗糖是甜瓜果實中主要的可溶性糖組分，其量和組成是構成品質和口感的關鍵[29]。不同甜瓜品種含糖量的差異主要表現在蔗糖量的累積，低蔗糖積累型果實在整個發育過程中蔗糖量都極低，而對于高蔗糖積累型果實，后期蔗糖含量迅速增高，成為成熟果實中的主要糖分[9-14]。從成熟期3種糖分積累的趨勢以及含量可見，亭林雪瓜屬于高蔗糖積累型甜瓜品種，且在轉色期到完熟期之間糖分積累最為顯著。由本研究可見，高水處理不利于3種糖分的累積且最終糖量要低于其他2個水處理，有研究表明適度水分虧缺可以提高蔗糖代謝酶和蔗糖轉化酶活性并進而提高3種含糖量[30-31]；3個處理中水處理下果糖、葡萄糖、蔗糖量最高，低水處理的含糖量卻未得到進一步提高，可能是因為過度缺水降低了葉片的光合速率，影響了產物的合成和積累[31-32]。低水處理施鈣較不施鈣的糖量略有提高，這與先前鈣能夠提高果實3種含糖量的研究結果相符[33]，大量的研究結果證明鈣可以提高葉綠素量、凈光合速率以及蔗糖合成酶的活性，有利于糖分的積累[34-35]；而W1處理和W2處理卻未發現此規律，還需要進一步的研究去解釋說明。水和鈣對可溶性固形物的影響與果實的種類有關[36-38]，在本研究中水和鈣對果實的可溶性固形物均沒有顯著的影響。水分虧缺和鈣肥均可以提高甜瓜果實的硬度，與之前的研究結果相符[39-40]，前者是由于水分虧缺下果實細胞分裂與生長受到限制，導致柵欄組織厚度增加、細胞排列密度增大[41-42]，而后者是由于果實含鈣量的提高可能促成其在胞外與果膠酸形成果膠酸鈣，提高了細胞壁強度，從而提升了果實硬度[42]。

在本試驗中，葉面噴鈣在一定程度上改善了虧水處理產生的負面影響，緩解了干旱對作物的減產作用，與先前鈣提高抗旱性的研究結論相同[6]；但在某些指標上并沒有顯著差異，可能與施鈣量有關，本試驗由于只設有一個梯度的鈣處理，結果有一定的局限性，還需進一步探討噴鈣對水分虧缺下果實生長及品質、產量的影響。

4 結 論

1）亭林雪瓜屬于高蔗糖積累型甜瓜果實，且在生長發育過程中，果實橫、縱徑呈單“S”曲線生長，果實最終果形指數在1左右。

2）生殖生長期不同的灌水、施鈣處理對果實生長以及糖分累積有一定程度的影響，進而影響了果實最終的產量和品質；高水處理下的最低且不利于成熟期果實糖分的積累，低水處理對果實的生長過程和產量有負面的影響，而中水處理可以提高單株水分生產率的同時改善果實的品質；鈣處理可以提高單果質量和單株產量、和果實硬度，降低果實可滴定酸量，改善了水分虧缺對果實產量帶來的負面影響。

3）從高效用水及保證品質的角度分析，中水處理結合噴施鈣肥是雪瓜灌溉施鈣的適宜模式。

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Coupling Irrigation and Calcium Fertilization to Improve Growth,Quality and Yield of Muskmelon

XUE Qimin1,2, DU Taisheng1.2*, YANG Hui1,2, SHI Xinjie1,2, SONG Tianxu1,2, LYU Mingli1,2, ZHANG Zhonghua1,2, ZHANG Dongju1,2

(1. College of Water Resources and Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2. Wuwei Experimental Station for Efficient Water Use in Agriculture, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuwei 733000, China; 3. Huawei Water-saving Technology Group Co., Ltd, Shanghai 201505, China)

【】Melon is one of the most important cash crops in China, and increasing its yield without compromising fruit quality is desirable to melon farmers. The purpose of this paper is to investigate how to achieve this goal by optimizing irrigation and calcium fertilization.【】We used the Tinglin variety as the model plant and compared three irrigations:sufficient irrigation using 220.45 mm of water (W1), and deficit irrigation using 2/3 (W2) and 1/2 (W3) of the water used in W1 respectively; and two calcium fertilizations: 0.68 L/per plant (Ca1) and 0 (Ca0). In each treatment, we measured sugar accumulation, yield and quality of the fruit, as well as the change in its physiological traits.【】①In all treatments, fruit diameter increased asymptotically as time elapsed. ②Sufficient irrigation increased melon size and fruit yield but reduced irrigation water productivity. Imposing a moderate deficit irrigation was optimal for improving both irrigation water use efficiency and fruit quality, but if the deficiency was too severe, the resulting water stress would hinder melon growth and reduce fruit yield as a result. ③Compared with the control without calcium fertilization, applying Ca fertilizer not only increased fruit yield, weight of individual melons and irrigation water productivity, it also increased fruit quality by increasing fruit hardness and reducing titratable acid content in the fruits.【】Irrigation and calcium fertilization both affected melon growth, sugar accumulation, and the ultimate fruit yield and quality. A moderate deficit irrigation combined with calcium fertilization was optimal for improving market value of the muskmelon without compromising its yield.These results have important implications for muskmelon production in northwestern China and in other regions which have similar climate and soil conditions.

calcium fertilization; sugar accumulation; melon;irrigation water using efficiency; fruit quality

1672 - 3317（2021）12 - 0018 - 08

S274.1；S652

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021100

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XUE Qimin, DU Taisheng, YANG Hui, et al. Coupling Irrigation and Calcium Fertilization to Improve Growth, Quality and Yield of Muskmelon[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(12): 18-25.

2021-03-19

上海市科技興農推廣項目（滬農科推字（2018）第3-4號）

薛琪敏（1997-），女。碩士研究生，主要從事節水灌溉理論與技術研究。E-mail: 344025017@qq.com

杜太生（1975-），男。教授，博士生導師，主要從事農業節水和水資源高效利用研究。E-mail:dutaisheng@cau.edu.cn

責任編輯：白芳芳