灌水頻率和灌水量對溫室黃瓜產量、品質及灌溉水利用效率的影響

擺虹霞，張亞紅，2，馬小連，黃嘉俊

（1.寧夏大學農學院，銀川 750021；2.寧夏大學食品與葡萄酒學院，銀川 750021）

0 引言

【研究意義】黃瓜是我國北方冬春季節溫室栽培的主要蔬菜，也是耗水量最大的蔬菜之一[1-2]。水分虧缺已成為限制黃瓜產量提高重要因子，也是影響干旱、半干旱地區農業生產和生態環境改善的重要因子[2]。目前需要解決如何充分利用有限灌水達到作物優質高產。而黃瓜要達到優質高產需要有合理的灌水量和灌水頻率，其組合優劣直接影響土壤中水分運移，影響作物生長發育和產量形成[3]。研究灌水量和灌水頻率對確立作物灌溉制度的有重要意義。【前人研究進展】王新元[4]、韓建會[5]、方棟平[6]研究表明，黃瓜產量與灌水量呈正相關，灌水利用效率則隨灌水量的增加逐漸減少，黃瓜品質有下降的趨勢，黃瓜干物質累積量隨灌水量的增大呈增大的趨勢。毋海梅[7]研究表明，隨著灌水量的減小，溫室黃瓜產量呈降低趨勢。劉淑艷[8]研究提出，坐果期灌水間隔為1 d有利于產量形成。郭文忠[9]等研究發現，高頻灌水（6 d）對于增加干物質積累效果最好，中頻灌水（3 d）產量最高。而楊冬艷[10]認為黃瓜結果期適宜的灌溉間隔為7 d，降低灌溉頻率，能夠促進秋冬茬黃瓜根系生長量增加，促進果實中糖含量的積累，有利于黃瓜坐果，產量增加。郭生虎[11]研究表明黃瓜基本上呈現為開花期和初瓜期需水量小、盛瓜期需水量大、后期小的規律，需水高峰出現在結瓜盛期。李道西[2]研究表明，灌水量的增加會提高表層土壤含水量，灌水頻率的增加會減小表層土壤含水量，但會提高深層含水率。【本研究切入點】目前，對西北地區滴灌施肥條件下灌水量和灌水頻率對黃瓜生長、產量和品質影響的研究還較少，何華[12]、王巨媛[13]等試驗大多以盆栽為主。需研究灌水頻率和灌水量對黃瓜根系土壤水分分布及生長的影響【擬解決的關鍵問題】比較分析不同灌水頻率和灌水量耦合對日光溫室黃瓜產量、灌溉水利用效率及生長及果實形態指標，研究黃瓜在不同生育期的水分需求和產量的形成，為西北地區水果黃瓜的栽培種植提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

以黃瓜品種黃乳4號為材料（寧夏天源種業有限公司選育）。試驗于2020年3～7月在寧夏回族自治區寧夏園藝產業園進行。溫室為西北試-VII型日光溫室，東西走向長度80 m，南北跨度10 m，脊高4.3 m，后墻高3.7 m，東西山墻及北墻中部為1.5 m厚土梯形搗墻。E105°53′～106°36′，N38°26′～38°48′，屬于中溫帶干旱氣候區。≥0℃的積溫為3 753.2℃，≥15℃的積溫為2 629.9℃，年平均氣溫8.5℃左右，年平均日照時數2 800～3 000 h，年平均降水量200 mm左右[14]。土壤類型為灰鈣土，土壤耕層（0～30 cm）pH值為7.53，有機質質量分數為12.1 g/kg，全氮質量分數0.98 g/kg，速效磷質量分數6.51 mg/kg，速效鉀質量分數169.15 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

在日光溫室中定植日期為2020年3月31日，拉秧日期為7月10日。黃瓜各生育期時間為幼苗期（4月1日～4月28日）、初瓜期（4月28日～5月10日）、盛瓜期（5月10日～6月25日）、末瓜期（6月25日～7月10日）。在溫室灌溉條件下，設置灌水頻率和灌水量的兩因素隨機區組試驗，灌水頻率和灌水量為：3個灌水頻率D1（1 d）、D2（3 d）、D3（5 d）和3個灌溉定額W1（150 m3/667 m2）、W2（200 m3/667 m2）、W3（250 m3/667 m2），共9個處理，每個處理設2個重復，共計18個小區。小區長8.5 m，寬1.2 m，小區面積為10.2 m2。采用起壟種植的方式，壟寬為120 cm，兩壟之間的距離為1.2 m，壟長8.5 m，壟臺高20 cm，行距80 cm，株距27 cm，種植密度為2 875株/667 m2。水肥一體化裝備為水箱（300 L）、水泵，滴管帶滴頭間距30 cm，每個處理安裝水表水表（精度0.000 1）控制灌水，滴灌。前茬種植蔬菜為番茄，黃瓜生育期內施肥為定植期施底肥和苗期及瓜期追肥，種植前將各處理肥量的35%以底肥的方式施入，追肥按照花期追肥1次、初果期追肥2次和盛果期追肥5次，全生育期共追肥8次。施用肥料選用磷酸二氫鉀、尿素和硝酸鉀。在整個生育期各處理的施肥量和管理保持一致。圖1

圖1 黃瓜種植小區布置Fig.1 Layout of Cucumber Planting Area

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 土壤體積含水量測定采用TDR-3型土壤水分傳感器實時連續監測土壤體積含水量。

1.2.2.2 株高和葉面積在黃瓜的各個生育期，每個小區內選取具有代表性的植株3株，用卷尺測定其株高；黃瓜葉面積測定葉長（LL）、葉寬（WL），以公式SL=0.5WL×LL+0.25×WL2，求算單葉葉面積（R2=0.984 6）[15]。

1.2.2.3 干物質量和產量測定在黃瓜的各個生育期，每個小區內隨機選取具有代表性的植株3株，將根、莖、葉和果實分離，根用清水洗凈，濾紙吸干表面水分，置于烘箱中105℃殺青30 min后，再75℃烘干至恒重，冷卻后使用電子天平測定各部分干物質含量。自果實成熟時開始采摘，并用萬分之一型電子天平稱其單果重及總重量，連續采摘全生育期果實，累計黃瓜產量，根據單株產量核算單位面積產量。

1.2.2.4 黃瓜經濟產量（Y，kg/667 m2）的測定。每小區選定一壟計產，記錄每次摘瓜數及摘瓜質量，換算成每畝的產量即為黃瓜的經濟產量。灌溉水利用效率（IWUE）以公式IWUE=Y/I計算得到。（Y：黃瓜總產量，I：總灌水量）。

1.2.2.5 黃瓜品質的測定VC含量采用鉬藍比色法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；有機酸通過酸堿中和滴定測定；可溶性固形物通過ATAGO-P32（Japan）手持折射儀測定。

1.3 數據處理

利用Excel 2010和Origin 8.0軟件進行數據處理并繪圖，利用SPSS 20.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 黃瓜生育期內空氣溫度的變化

研究表明，2020年3～7月期間，溫室溫度在22.6～43.9℃波動，平均35.4℃，最低溫度在11.3～20.1℃波動，平均16.6℃，每日平均溫度在19.7～30.0℃，平均日均溫為24.4℃，活動積溫為2 192.6℃。圖2

圖2 黃瓜生育期內溫室空氣溫度變化Fig.2 Variation of greenhouse air temperature during cucumber growth period

2.2 灌水頻率和灌水量對黃瓜土壤體積含水量的影響

研究表明，整個黃瓜生育期各處理的土壤體積含水量變化趨勢基本一致，最大耗水量均出現在5月中下旬及6月上旬，此時段黃瓜由初瓜期進入盛瓜期，黃瓜2～45穗果進入膨大及成熟階段，而且氣候進入高溫時期，黃瓜蒸騰強烈，導致黃瓜需水量較大。

0～15 cm、15～30 cm不同深度土層的體積含水量呈現出隨著灌水量和灌水頻率的增加，土壤體積含水量隨之增加的趨勢。各處理中，深層土壤體積含水量高于淺層土壤體積含水量。W3D1具有“水量大、頻次高”的特點，其濕潤層含水量基本高于其他處理的含水量，波動幅度也小于其他8個處理。而W1D3處理灌水量少、頻次低。在一定程度上處于這九個處理中相對缺水狀態，土壤含水量波動大，含水率低。圖3

圖3 不同灌水量和滴灌頻率下0～30cm土層土壤含水量變化Fig.3 Effects of irrigation amount and drip irrigation frequency on soil water content in 0～30 cm soil layer

2.3 不同灌水頻率和滴水量對黃瓜株高和葉面積的影響

研究表明，在苗期，黃瓜株高之間差異不顯著。初瓜期處理之間差異逐漸顯現，到末瓜期達到最大。在D3W3黃瓜達到最大值，為300.5 cm。在同一灌水頻率下，灌水量對黃瓜株高影響從大到小依次為W3，W2，W1，隨著灌水量的增大，株高也呈現出不同程度的增大；在同一灌水量下，不同灌水頻率對黃瓜株高的影響呈現相同的規律，灌水頻率對黃瓜株高影響從大到小依次為D3，D2，D1，隨著灌水頻率的增大，株高呈現不同程度的下降。

滴灌頻率對黃瓜盛瓜期和末瓜期的株高影響差異極顯著（P＜0.01），對苗期具有差異顯著（P＜0.05）；灌水量對黃瓜各生育期株高影響均差異極顯著（P＜0.01）；兩者交互作用對盛瓜期、末瓜期株高影響差異極顯著（P＜0.01），對初瓜期和苗期株高影響差異顯著（P＜0.05）。圖4

圖4 不同灌水頻率和灌水量下黃瓜株高變化Fig.4 Effects of irrigation frequency and irrigation amount on plant height of Cucumber

不同處理黃瓜葉面積均隨著生育期的推移逐漸增加，在末瓜期增大的速度較緩。在D3W3達到最大，為387.64 cm2。在同一灌水頻率下，各處理間從大到小表現為W3，W2，W1，隨著灌水量的增大，黃瓜的株高也隨之增大；在同一灌水量下，各處理間從大到小表現為D3，D2，D1，隨著灌水頻率的增大，黃瓜葉面積呈現出不同的下降趨勢，D3處理比較有利于黃瓜葉面積的增大。圖5

滴灌頻率對黃瓜盛瓜期和末瓜期的葉面積差異極顯著（P＜0.01），對苗期具差異顯著（P＜0.05）；灌水量對黃瓜各生育期影響均差異極顯著（P＜0.01）；兩者交互作用對黃瓜各生育期葉面積影響均差異極顯著（P＜0.01）。圖5

圖5 不同灌水頻率和灌水量下黃瓜葉面積變化Fig.5 Effects of irrigation frequency and irrigation amount on cucumber leaf area

2.4 不同灌水頻率和滴水量對黃瓜果實干物質的影響

研究表明，黃瓜成熟期干物質累積量主要集中于果實，其占干物質累積總量的77.7%～81.9%。D3W3和D2W3處理干物質累積量最大，為每株352.8和324.4 g，果實干物質為278.7和256.1 g，D1W1處理干物質累積量最小，為每株229.2 g，果實干物質為每株184.8 g。在同一灌水量下，隨著灌水頻率的增大，黃瓜果實干物質積累呈現出不同程度的下降趨勢。中低頻灌水更有利于黃瓜果實干物質的積累；在同一灌水頻率下，黃瓜果實干物質積累隨著灌水量的增大而增大。

滴灌頻率對黃瓜干物質形成無顯著差異（P＞0.05）；灌水量對黃瓜干物質量積累差異顯著（P＜0.05）。兩者交互作用對干物質量差異極顯著（P＜0.01）。圖6

圖6 不同滴灌頻率和灌水量下黃瓜干物質積累量變化Fig.6 Effects of drip irrigation frequency and irrigation amount on dry matter accumulation of Cucumber Fruit

2.5 灌水頻率和灌水量對單株結果數、產量和灌溉水分利用效率的影響

研究表明，低頻高水處理（D3W3）產量最大，單株產量達到5.67 kg，高頻低水處理（D1W1）最小，單株產量為3.81 kg。在同一灌水量下，黃瓜單株產量、折合單產隨著灌水頻率的增加呈現下降趨勢；在同一灌水頻率下，黃瓜單株產量、折合單產隨著灌水量的增大而增大。

各處理之間的IWUE（除D1W1和D2W2、D1W2和D2W3外）差異顯著，在38.90～67.21 kg/m3變化。在D3W1達到最大，為67.21 kg/m3，D1W3值最小，為35.77 kg/m3。在同一灌水量下，減少灌溉降低頻率，IWUE逐漸增大，在同一灌水頻率下，增大灌水量，IWUE逐漸減小。

滴灌頻率、灌水量及兩者交互作用對單株結果數、單果重、折合667 m2產和灌溉水利用效率均差異極顯著（P＜0.01）。表1

表1 不同滴灌頻率和灌水量下黃瓜單株結果數、單果重、產量和水利用效率變化及顯著性檢驗（F值）Table 1 Effects of drip irrigation frequency and irrigation amount on fruit number per plant，fruit weight，yield and water use efficiency of cucumber and significance test（F value）

2.6 灌水頻率和灌水量對黃瓜品質的影響

研究表明，D1D1處理可溶性固形物含量最高，較其他處理顯著提高了8.76%～25.91%；D3W3處理可溶性固形物含量最低，與其他處理差異顯著。在同一灌水頻率下，可溶性糖含量、VC含量和有機酸含量變化趨勢相同，增大灌水量，均呈先增加后減小的趨勢；在同一灌水量下，沒有明顯的規律。各個含量均在D2W2處理達到最高，最高值分別為11.83%、12.97（mg/100g）和2.27%，較其他處理提高了3.0%～67.8%、5.8%～48.8%和3.0%～30.8%。黃瓜果長和果徑在不同處理下沒有明顯的規律，果長和果徑在D2W3、D3W3處理值最高，為18.06和33.04 mm。

滴灌頻率對可溶性固形物的含量差異極顯著（P＜0.01），對其他3個品質無差異（P＞0.05）；灌水量對有機酸、可溶性固形物、可溶性糖含量均差異極顯著（P＜0.01），對VC含量無顯著差異（P＞0.05）；兩者交互作用對有機酸和可溶性固形物差異極顯著（P＜0.01），對可溶性糖和VC含量無顯著差異（P＞0.05），灌水頻率、灌水量及兩者交互作用對果長和果徑均無顯著差異（P＞0.05）。圖7

圖7 不同滴灌頻率和灌水量下黃瓜品質變化Fig.7 Effects of drip irrigation frequency and irrigation amount on cucumber quality

2.7 灌水頻率和灌水量下黃瓜產量、灌溉水利用效率和品質的綜合評價

研究表明，分別取特征值≥1的主成分，只有前3項的主成分的特征值大于1，且累計貢獻率達到84.389%，表前3項主成分足以代表測定指標的綜合評價的得分的大部分信息，可使用這3個主成分來構建分析模型。表2，表3

表2 黃瓜各指標標準化處理Table 2 Standardized treatment of cucumber indexes

表3 主成分特征值、貢獻率和累積貢獻率Table 3 Eigenvalue，contribution rate and cumulative contribution rate of principal components

各指標與前3個主成分的關系為：

其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9分別表示單株結果數、單果重、小區產量、總產量、灌溉水利用效率、可溶性糖、可溶性固形物、VC含量和有機酸。綜合評價公式為F=0.471F1+0.227F2+0.147F3。將標準化值對應帶入3個主成分公式，再將所得的結果對應帶入綜合評價公式，得出不同灌溉制度下黃瓜產量、灌溉水利用率和品質指標的綜合評價表。D3W2排名第1，D3W3次之，D2W1第三，其中D1W1得分遠低于其他處理。表4

表4 主成分分析法評價黃瓜綜合指標分數與排名Table 4 Evaluation of cucumber comprehensive index score and ranking by principal component analysis

3 討論

不同灌水條件下日光溫室黃瓜土壤體積含水量變化情況不一樣。黃瓜最大需水量出現在5月下旬至6月上中旬，此時段黃瓜由初瓜期進入盛瓜期，黃瓜穗果進入膨大及成熟階段，而且氣候逐漸步入高溫時期，黃瓜蒸騰強烈，導致黃瓜需水量較大，與程鳳林[16]植物水分的需求隨著不同發育階段和環境因子的變化而變化的特征保持一致，與孔德杰[17]、杜社妮[18]黃瓜需水量呈現初瓜期少、盛瓜期大、末瓜期少的特征保持一致。當灌水出現“水量大、頻次高”的特點時，其濕潤層含水量基本高于“水量小、頻次低”的處理，其波動幅度也小于其他處理，與侯建安[19]李道西[2]研究結果保持一致。各處理中，深層土壤體積含水量高于淺層土壤體積含水量，土壤體積含水量隨著灌水量和灌水頻率的增大，均呈現出增加趨勢，與張坤[20]研究結果保持一致。

黃瓜產量與灌水量呈正比，適當增加灌水量有利于提高作物產量。研究結果表明，在灌水頻率一定時，隨著灌水量的增加，黃瓜的生長、果實干物質積累、產量等隨之增加，這與韋澤秀[21]、吳立 飛[22]、王 新 元[22]、韓 建 會[5]、方 棟 平[6]、ZHANG Hexi[23]研究結果保持一致；在灌水量一定時，隨著灌水頻率的增加，黃瓜的產量有不同程度的減小，低頻更有利于黃瓜坐果、產量增加，與楊冬艷[10]研究結果保持一致。研究結果表明，中水滴灌條件下，黃瓜果實中的VC、有機酸可溶性糖含量最高，在W2水量下達最高，可溶性固形物隨灌水量的增加逐漸減小。中水滴灌能夠有效提高黃瓜品質，與吳立飛[21]研究結果一致。

主成分分析法在黃瓜、番茄等園藝作物品質及性狀評價中的應用越來越廣泛[24-28]。研究對黃瓜產量、IWUE、單果重、結果數和還原可溶性糖、VC等8個指標進行主成分分析，提取了3個主成分，獲得黃瓜產量和品質綜合較優的處理（D3W2）。D3W2處理即按照滴灌頻率為5 d1灌，灌水總量為200 m3/667 m2進行灌水管理，可保證黃瓜高產優質，實現黃瓜灌水高效管理。植物水分的需求隨著不同發育階段和環境因子的變化而變化[16]。

4 結論

全生育期中，黃瓜耗水呈現初瓜期少，盛瓜期大，末瓜期少的規律；黃瓜株高、葉面積、果實干物質和產量隨著灌水量的增大，均呈現增加趨勢，隨著灌水頻率的增大，均呈現下降趨勢，黃瓜產量在D3W3處理下達到最大，為11 380.1 kg/667 m2；灌溉水利用效率則隨灌水量的增大呈現先增大后減小趨勢且隨灌水頻率的增加逐漸降低，在D3W1處達最高，為67.21 kg/m3。黃瓜品質除可溶性固形物、果長、果徑外，其他均隨灌水量的增大呈現先增加后減小的趨勢，在中水灌溉時達最大。D3W2（5d，200 m3/667 m2）處理得分最高，表現為高產優質，且水分利用效率較高，為最佳滴灌頻率和灌水量。