灌溉頻率對日光溫室早春茬黃瓜果實發育及根系分布的影響

楊冬艷，桑 婷，馮海萍，趙云霞，王 丹，王 蓉

（1.寧夏農林科學院園藝研究所，銀川 750002；2.寧夏吳忠國家農業科技園區管委會，寧夏吳忠 751100；3.寧夏大學土木與水利工程學院,銀川 750021）

0 引 言

合理的灌溉制度，是促進作物優質高產的重要措施，灌溉頻率是灌溉制度的一項重要參數和核心內涵，直接影響著水氮在土壤中運移及作物對其吸收利用[1]，土壤水分的空間分布和土壤的蓄水量[2]，土壤溫度[3]及土壤養分[4,5]，從而調控作物的生長發育，最終影響產量形成。研究表明，灌溉頻率的增加，顯著有利于作物的生長、產量的提高[6,7]，但過高頻率的灌溉，又會引起土壤表面的無效蒸發，從而限制根系生長，縮減根際營養空間，降低水分利用率[8,9]，從而造成作物低產低質[10]，因此，確定作物不同生育期的合理灌溉頻率尤為重要。

近年來，關于灌溉頻率對蔬菜類作物生長影響方面的研究頗多，例如，DU L 等[11]指出，在河西地區種植辣椒，在其生長前期宜每隔10 d 灌溉1 次，生長后期宜每隔5 d 灌1 次；郭鵬飛等[12]通過研究日光溫室西葫蘆在不同灌溉頻率下的生長變化發現，灌水頻率從每隔7 d 灌1 次調整為隔2 d 灌1 次時，其干物質和葉面積的累積量增加39.70%和23.30%；祁娟霞等[13]研究發現，在番茄生育期內增加灌水頻率，促進株高和莖粗的生長。可見，因種類和生長環境不同，灌溉頻率對作物生長的影響及其響應均存在一定的差異。

黃瓜（Cucumis sativus L.）作為寧夏設施蔬菜主要栽培種類之一，其產量高，收益好，栽培面積占寧夏設施蔬菜20%以上[14]。相關研究表明，日光溫室黃瓜在覆膜滴灌條件下，水分利用效率和產量最佳的灌水次數為18 次[15]；也有學者指出，在高寒地區的膜下滴灌條件下，日光溫室春夏茬黃瓜在定植期到坐果期灌水間隔為3 d，坐果期到采收期灌水間隔為1 d，有利于產量形成[16]；孫麗萍等[17]研究發現日光溫室中栽培茬口不同，灌溉頻率對植株蒸騰、產量和水分利用效率的影響不同，春夏茬黃瓜灌水間隔3 d 產量最高[18]。可見，大部分研究集中在灌溉頻率對黃瓜植株生長及產量影響特征的分析上，關于黃瓜果實和根系發育及空間分布的研究卻鮮有報道，而以根層土壤管理為核心，對作物進行水肥調控，是科學水肥管理的重要措施[19]，故筆者進行了基于不同灌溉頻率的日光溫室秋冬茬黃瓜結果期產量及根系分布特征研究，并指出寧夏中部干旱帶秋冬茬黃瓜在0～10 cm 土層根系生物量超過80%，灌溉頻率對其根系生長量有顯著影響，秋冬茬黃瓜適宜灌水定額為1 500 m3/hm2，結果期灌溉間隔7 d為宜[20]。那么，關于日光溫室早春茬黃瓜在不同灌溉頻率下的果實發育及其根系分布研究還有待探索，因此，本試驗在寧夏引黃灌區典型日光溫室內，研究灌溉頻率對早春茬黃瓜果實發育、根系積累及空間分布特征的影響，為日光溫室早春茬黃瓜水肥灌溉參數設定提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試材料

試驗地點位于寧夏銀川市西夏區，屬中溫帶干旱氣候區，日照充足，光能資源豐富。年平均太陽輻射總量為146 kJ/cm2，年平均日照時數為3 039.6 h，年平均氣溫為13.1 ℃，無霜期153 d，年平均降水量193 mm，氣候干燥，晝夜溫差大。試驗在寧夏農林科學院綜合科研基地進行，溫室脊高3.5 m，凈跨度7 m，長63 m，日光溫室土壤容重為1.23 g/cm3，田間最大持水量34.37%。

供試嫁接黃瓜品種為德爾99，砧木為博強2 號，試驗于2017年2月13日定植，栽培畦下挖20 cm，寬度60 cm，長7 m，利用園藝地布進行隔離，土層深度35 cm，黃瓜定植株距28 cm，小行距20 cm，大行距110 cm，定植密度48 450 株/hm2，6月25日拉秧。

1.2 試驗方法

試驗小區面積為9.1 m2，5 個重復，每個處理試驗總面積為45.5 m2。每個處理單獨灌水，水肥一體化裝置為水箱（300 L）、水泵、壓力表、過濾器、水表組成，利用膜下滴灌，每個栽培畦兩根滴管帶，滴頭間距30 cm，定植后20 d 后開始處理，120 d 時處理結束，處理時間100 d，試驗設置3 個水平灌溉頻率處理，具體設計見表1。遇陰雨天不進行灌溉，向后順延，全生育期130 d，采收期90 d，每個處理田間實際總灌水量均為3 120 m3/hm2。

表1 田間灌水頻率設置Tab.1 Frequency setting of field irrigation

各處理施肥統一管理，基肥為腐熟羊糞75 m3/hm2，磷酸二銨300 kg/hm2，分別在定植后第20 d、30 d 追肥1 次，之后間隔7 d 追肥1 次，全生育期總追肥次數14 次。每次施肥種類及用量為以色列海法公司的魔粒豐水溶肥（N 16%-P 8%-K 32%）45 kg/hm2和尿素（N 46%）15 kg/hm2。

1.3 測定指標與方法

每個處理各選擇長勢基本一致的10 株黃瓜進行掛牌標記并編號，從2017年02月26 號開始，定期對黃瓜植株的株高、莖粗及葉片數進行測量，間隔周期為15 d；在植株生長中期，每個小區用天平單獨測產，每隔2 d 采果1 次，累計得黃瓜產量，每個處理在盛果期相同時間采取黃瓜果實，采用四分法取樣測定其品質，Vc 含量采用2,6-二氯靛酚法測定；可溶性糖含量采用蒽酮法測定，硝酸鹽含量采用水楊酸法[21]測定。

在灌水處理結束時，每個處理取相鄰5株黃瓜根系，用直徑為10 cm 的土鉆取樣，以黃瓜主根為中心，取水平方向半徑15 cm，垂直方向以5 cm 為一個層次，取到30 cm，共6 個土層，浸泡1 h后，沖洗根系，烘干稱重。

黃瓜種植期間利用紫藤連線設備ZigWSN 采集器（農用溫室型）監測溫室環境溫度，黃瓜活動積溫為黃瓜生長期間內日均溫的總和，其中日均溫下限溫度為14.7 ℃，上限溫度為35 ℃[22]。

1.4 數據分析

采用DPS軟件Duncan′s多重比較差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 日光溫室早春茬嫁接黃瓜生長期間溫室溫度的變化

由圖1可見，在日光溫室早春茬黃瓜栽培期間（2018年2月13日-6月25日），溫室空氣溫度最高在18.57～40.45 ℃范圍內波動，平均30.59 ℃，最低溫度在6.16～20.62 ℃范圍內波動，平均20.90 ℃，每日平均溫度在9.91～25.7 ℃范圍內變化，生長期間平均日均溫22.37 ℃，積溫為2 794 ℃，活動積溫為2 760 ℃。只有在定植初期有3 d日均溫低于14.7 ℃，因此在早春茬黃瓜生長期間積溫和活動積溫基本一致。

圖1 日光溫室早春茬黃瓜生長期間溫室空氣溫度參數變化Fig.1 Greenhouse temperature changes during cucumber growth in early-spring planted

2.2 不同灌溉頻率處理對黃瓜植株莖葉生長的影響

由圖2可見，不同灌溉頻率下的黃瓜株高和葉片數生長趨勢一致，在定植初期和后期，黃瓜主蔓生長速率較快，達2.14～2.28 cm/d，其生長量較小，占總生長量的13.63%～14.45%；在定植后30～90 d 內，黃瓜主蔓呈現快速增長趨勢，生長速率達3.89～4.36 cm/d，生長量占總生長量的65.71%～73.25%，3 個處理間生長速率和生長量均無顯著性差異（P＜0.05）；定植后90～120 d時，黃瓜主蔓生長緩慢，生長速率為0.79～2.05 cm/d，生長量占總生長量的7.18%～16.22%，其中主蔓最長的處理為TR2，高達378.6 cm，較主蔓最短的處理TR3 顯著高出15.15%（P＜0.05）。而就葉片數生長而言[圖2（b）]，在定植后60 d時，處理TR2葉片數高達34片/株，比最低處理TR3 高出3 片葉，隨生育期延長至120 d 時，處理TR2葉片數高達41 片/株，均比處理TR1 和TR3 分別顯著高出7.11%和10%（P＜0.05）。可見，適宜的灌溉頻率可以同時促進株高和葉片數量的增加。

2.3 不同灌溉頻率處理對黃瓜果實生長發育的影響

由圖3可見，黃瓜果實單果重、縱徑和橫徑的發育變化均呈現慢-快-慢的“S”形生長趨勢。如圖3（a）所示，花后7 d內果實單果重生長速度較慢，平均速率在4.95～6.02 g/d，其生長量占總果實重量的19.34%～21.02%，3 個處理間無顯著性差異；如圖3（b）所示，3個處理的果實縱徑間生長速率無顯著性差異，平均生長速率為1.98 cm/d；如圖3（c）所示，處理TR1 的果實橫徑生長速率分別比處理TR2 和處理TR3 顯著高出46.43%、42.57%（P＜0.05）。花后7～10 d 是果實物質積累和快速膨大的時期，處理TR1 和TR2 的單果重均超過150 g，同時果實縱橫徑也迅速增長，處理TR2 的縱徑和橫徑生長速率分別高達4.09 和5 mm/d，均較TR3 的縱徑和橫徑生長速率分別顯著高出26.9%和29.69%（P＜0.05）。果實生長10～13 d期間，縱徑和橫徑的生長速度均較為緩慢，單果重的積累也放緩，直至采收時，處理TR2的果實縱徑高達33.67 cm，橫徑高達32.1 mm，單果重為207.18 g，分別與處理TR1 均無顯著性差異，但均比處理TR3 分別顯著高出16.09%、13.09%、25.76%（P＜0.05）。數據表明，黃瓜果實在生長期間縱向發育先于橫向發育，橫向發育決定單果的重量，高頻率灌溉可促進黃瓜果實早期橫徑和單果重的增加，但適宜的灌溉頻率可促進黃瓜果實中后期的生長，相對于果實縱徑，高頻率灌溉更能促進果實橫徑的生長。

圖3 不同灌溉頻率對黃瓜果實生長發育的影響Fig.3 Effects of different irrigation frequency on growth and development of cucumber fruits

2.4 不同灌溉頻率處理對黃瓜果實產量和品質的影響

由表2可見，處理TR3黃瓜單株坐果數比處理TR1和處理TR2分別顯著高出21.82%和18.36%，說明加大灌水間隔時間，能夠促進黃瓜坐果，但不利于黃瓜果實膨果，高頻率灌水能夠增加黃瓜單果重量，但不利于黃瓜坐果。因此，處理TR2產量高達115 365 kg/hm2，均比處理TR1 和處理TR3 顯著高出7.18%和5.47%，同時處理TR2 的水分利用效率高達42.51 kg/m3，也均比處理TR1 和處理TR3 顯著高出7.16%和5.48%（P＜0.05）。可見，適宜的灌溉頻率可以促進株高、葉片數量和坐果數量的同步增加。從黃瓜果實品質指標來看，加大灌水間隔能夠促進果實中可溶性糖含量的增加，處理TR3 的可溶性糖含量較處理TR1 和處理TR2 分別顯著高出24.72%和14.89%（P＜0.05）。可能適度虧缺會造成滲透物質的積累，中頻率灌水處理TR2 的可溶性蛋白質含量最高，比處理TR1和處理TR3分別顯著高出57.14%和25.44%（P＜0.05）。

表2 不同灌溉頻率對黃瓜產量構成的影響Tab.2 Effects of different irrigation frequency on yield components of cucumber

2.5 不同灌溉頻率處理對黃瓜根系生長及分布特征的影響

研究表明，黃瓜根系主要分布在0～30 cm 土層內，隨著土壤深度加大根量逐漸減少[23]。如圖4（a）所示，在黃瓜坐果初期（40 d），0～10 cm 土層的黃瓜根系干重依次為TR3＞TR1＞TR2，方差分析差異達到顯著水平，其他土層各處理的根系干重無顯著性差異（P＜0.05）；各處理在0～20 cm 土層的黃瓜根系分布占總根系占比依次為96.21%、95.1%、94.68%。可見，在黃瓜生育前期，根系主要分布在0～20 cm 土層，且適當的加大灌水間隔時間，有利于黃瓜根系在淺層土壤的積累。如圖4（b）所示，到黃瓜坐果盛期（70 d）時，各處理在0～20 cm 土層的根系干重量排序為TR3＞TR2＞TR1，差異顯著，在其他土層無顯著性差異（P＜0.05），且各處理在0～20 cm 土層的根系分布量分別占總根系的94.1%、95.21%、95.78%。如圖4（c）所示，到黃瓜生育后期（120 d），根系的物質積累發生了顯著的變化，各處理在0～30 cm 土層的根系干重排序為TR2＞TR1＞TR3，且處理TR2 和TR1 的根系干重顯著高于TR3 處理（P＜0.05），各處理在0～20 cm 土層的根系分布量分別占總根系的89.06%、88.21%、92.94%，說明在黃瓜生育后期，處理TR3的灌水頻率可能導致黃瓜根系早衰，不利于根系生物量的積累，同時也抑制了根系在20～30 cm土層的分布量。

圖4 不同灌溉頻率對黃瓜根系生長及分布的影響Fig.4 Effect of different irrigation frequency on root growth and distribution of cucumber

可見，在日光溫室早春茬栽培條件下，不同灌溉頻率處理的黃瓜在不同生育期0～20 cm 土層根系干物質量占比均高達85%以上。同時，隨生育期的延長，根系干物質量在20～30 cm土層的分布也有所增加。

3 討論與結論

灌溉頻率是膜下滴灌技術特別重要的參數[24]，直接影響著根際土壤的水熱分布，從而影響作物生長及其產量品質[25]。黃瓜為淺根系作物，對水分敏感，需水量較大，根系形態雖然由遺傳基因型決定，但是表現型依賴于環境[23]，研究表明，膜下暗灌和滴水灌溉模式下溫室黃瓜根系水平分布范圍均主要在0～15 cm，分別占總根干重的96.6%和94.2%，黃瓜根系垂直分布主要在0～20 cm 土層范圍內[26]，不同時期土壤水分處理對黃瓜根系垂直分布比例略有影響，但對黃瓜根系扎深的影響不大，0～25 cm 土層黃瓜根系分布比例占總根重的99%以上[27]。本試驗結果也表明在寧夏地區日光溫室膜下滴灌條件下，早春茬黃瓜根系干物質量在0～20 cm 土層內占總根系生物量的85%以上，說明灌溉頻率對黃瓜根系在淺土層的分布量影響不大。有研究表明根際土壤含水量低的條件下會刺激根系在垂直和水平2 個方向上發育，以便獲得足夠水分[28]。王偉等通過研究灌溉頻率對棉花根系分布的影響發現，當灌溉頻率下降時，各層根系的百分比隨土層的加深而增加，根系總干重的增加主要依賴于10 cm 以下土層根密度的增大來完成[29]，這與本試驗黃瓜生育前期根系變化表現一致。本試驗表明，在黃瓜生育前期，隨著灌水間隔的加大，黃瓜淺層土壤（0～10 cm）根系生物量越高，這可能與日光溫室早春栽培地膜覆蓋下地表溫度較高、黃瓜生育前期淺層土壤根系的分布比例較大，其發育能力更強有關，降低根系土壤水分下限，促進了淺層土壤根系生物量的增加，增加吸收水分的根系量。但是，隨著黃瓜生育進程，根系分布有逐漸向下層土壤增加的趨勢，到生育后期，TR3處理黃瓜根系早衰嚴重，干物質量顯著下降，這與杜江濤[30]和高龍[31]等人研究結論相同，較高頻率的灌溉可以增加土壤含水量，從而有利于作物根系吸收和生長。本研究表明黃瓜根系分布及生物量的積累在不同生育時期對土壤水分響應特征不同，在黃瓜生育中早期，加大灌水間隔時間可促進黃瓜根系生物量的積累，但到后期可能由于較為嚴重的水分虧缺導致了根系的死亡。許多的田間試驗研究表明，一些作物對高頻滴灌有著良好的反應，主要表現在作物增產、水分利用效率提高等方面[32,33]。試驗發現在日光溫室早春茬膜下滴灌條件下，黃瓜根系在淺層土壤中的分布變化較大，因此采用少量多次灌溉方法有利于根系吸收水分和養分。但是少量多次還是多量少次應結合日光溫室栽培茬口溫光環境，不同灌溉制度下水分運移和分布規律，探明不同灌水量和灌水頻率條件下，速效養分在土層的空間分布特征是提高黃瓜水肥利用效率的有效途徑。

灌溉頻率是影響作物水分利用率、產量和品質的主要因素之一[34]。一定范圍內的高頻率灌溉，促進梨的單果質量增加[35]，有利于棉花[36]、玉米[37]和黃瓜[15]的株高生長及其產量的增加，也有利于部分果實品質和作物水分利用率的提高[38]，但若灌水量不能快速滲透，那么過于頻繁的灌溉也會帶來土壤鹽漬化或缺氧現象[39]。本試驗發現灌溉頻率對黃瓜果實發育影響顯著，高頻率灌溉可促進黃瓜果實早期橫徑和單果重的增加，但適宜的灌溉頻率可促進黃瓜果實發育中后期的生長，果實單果重的增加促進了果實中蛋白質含量的積累，同時適宜的灌溉頻率促進黃瓜株高、葉片數量和坐果數量的同步增加，這也與孔德杰等[15]結論一致。

因此，在寧夏引黃灌區日光溫室黃瓜早春茬生產中，平均日均溫22 ℃左右，在單次灌水定額70.05 m3/hm2的條件下，黃瓜結果期的灌溉間隔以2～3 d 時，產量和水分利用效率最高，其產量高達115 365 kg/hm2，水分利用效率為42.51 kg/m3。