不同水氮調控對綠洲灌區膜下滴灌西瓜生長及產量的影響

中圖分類號：S651 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2025）06-101-08

Effects of different water and nitrogen regulation on the growth and yield of watermelon under mulch drip irrigation in irrigation area

LUO Shuanglong’， MA Zhongming2， XUE Liang'， WANG Zhiqi'， TANG Wenxue'，LIAN Caiyun ' （1.InstituteoflrtiledteviniceGucdefcalencou 2.GansuAcademyofAgriculturalSciences，Lanzhou 73oo7o，Gansu，China）

Abstract：Toclarifytheefectsofwater-nitrogensynergyonthegrowth，yield，quality，and wateruseefciencyof watermelonunderfilmmulchingdripiigationintheHexi Oasis IrigationDistrict，andtoseekandoptimizetheoptimal water andnitrogen supplyforeficientcultivationof watermelon intheirrigation district.Asplit-plotexperimental design was adopted. The main treatments set three soil moisture lower limits 50% 65% ，and 80% of the field water-holding capacity ofthe planned wettedlayersoil，respectively），and thesub-treatmentssetfournitrogenapplicationlevels（O，00，200， and 300kg?hm^-2） .The effects of different water-nitrogen regulations on the growth，yield，and quality of watermelon under film mulching drip irigation were studied.The results showed that when the nitrogen application rate was 200kg?hm^-2 ，it wasbeneficialtothegrowthanddrymateraccumulationof watermelon，and promotedtheformationof watermelon yieldand quality.Compared with other nitrogenapplication levels-thedry matter mass at the mature stage increased by 2.80% 13.30% ，and the soluble solid content，yield，and water use efficiency increased by O.12-0.61 percent point， 0.32%-7.57% ，and 1.57% 1 12.43% ，respectively. The yield of watermelon increased with the increase of the soil moisture lower limit， increasing significantly by 7.38%-17.97% ，compared with the 50% soil moisture lower limit.When the soil moisture lower limit was 65% of the field water-holding capacity and the nitrogen application rate was 200kg?hm^-2 ，the sugarcontent and water use efficiency of watermelon were the highest，being 11.00% and 229.05kg?hm^-2?mm^-1 ，respectively.Considering theyield，quality，and wateruse eficiencyof watermeloncomprehensively，asoilmoisturelowerlimit of 65% of the field water-holding capacity and a nitrogen application rate of 200kg?hm^-2 is the plan for efficient and grenproductionofopen-fieldwatermelonintheHexiOasis Irigation District.Bydetermining thesoilmoisturelowerlimit and nitrogen application range with 85% of the intersection of the maximum values of watermelon yield and soluble solid content， the soil moisture lower limit is 72.25%-75.02% ，and thenitrogenapplication range is 204.25-254.15kg?hm^-2 KeyWords：Watermelon; Chlorophyll; Yield; Water consumption; Nitrogen application level

河西綠洲灌區光熱資源豐富，晝夜溫差大，有利于果蔬等作物生長和糖分積累，是我國主要的瓜果生產基地。同時，區域水資源天然稟賦有限，降水量少且分布不均，氣候干燥、蒸發量大，農業生產中長期水資源匱乏的問題尤為突出。灌區作物生長高度依賴灌溉，而水資源短缺已成為制約該地區農業可持續發展的重要因素。缺水導致綠洲灌區農業灌溉用水緊張，作物產量受限，農民收入難以提高。在農業生產中普遍存在灌溉模式粗放、大水大肥現象突出、種植農戶科學灌溉與精準施肥意識淡薄、水肥資源浪費嚴重等現象。傳統灌溉施肥方式不僅限制了作物產量，生產的成本大，而且容易導致土壤鹽堿化、養分發生深層滲漏等問題，嚴重影響農田環境1]。因此，針對目前河西灌區水資源短缺及水肥利用率低的現狀，研發推廣高效節水灌溉技術和高效水肥管理策略，助推區域作物水肥高效利用和綠色可持續發展勢在必行。膜下滴灌水肥一體化技術將地膜覆蓋和滴灌技術相結合，可有效將水分和養分通過膜下鋪設的滴灌帶直接運輸到作物根部，實現灌水和施肥一體化管理，達到了節水、節肥、高效生產的目的2。目前，膜下滴灌水肥一體化技術已從最初的玉米、棉花等作物擴展到水果、蔬菜等作物，此外，在設施溫室、無土栽培等現代農業生產中也得到了廣泛應用和推廣。

西瓜作為一種世界廣泛種植的日常水果，富含碳水化合物和人類身體所需的維生素，口感佳，具有較高的經濟價值。我國西瓜種植面積和產量分別占世界的 52.7% 和 67.0% ，是世界上重要的西瓜生產和消費大國，在農業生產中占有重要地位。而河西綠洲灌區依靠其獨特的光熱資源條件，有利于西瓜生長和糖分的積累，是我國西瓜主產地之一。近年來，在西瓜生產中，種植農戶一味地追求產量，過量灌水和施肥問題比較突出，導致西瓜產量和品質降低，造成土壤環境惡化[45]，同時對區域生態環境和人類健康造成了一定的影響。研究表明，采用滴灌水肥一體化技術可以節省 50% 化肥用量，降低肥料使用成本，對修復土壤、改善環境效果明顯[7-8]，可實現根據西瓜生產中需水需肥的特點精準施肥和灌水的目標。西瓜需水量大，對水分較為敏感，灌水和施肥對西瓜的產量和品質影響較大。

水、氮作為作物生長發育的主要限制因素，在物質轉化、養分運輸和作物形態建成及生長發育中發揮主要作用[9-10]。水氮協調利用可有效協調作物養分運輸，提高作物光合效率，促進作物產量提高和品質改善[1I-12]。合理協調水氮供應有利于作物干物質積累和產量、品質的提高，促進作物高產高效生產。因此如何協調水氮關系，有效發揮水氮協同作用，是河西灌區膜下滴灌西瓜綠色高效可持續生產的關鍵。

目前，在膜下滴灌方式下，有機肥與化肥配施、灌水量和不同化肥投入對西瓜生產及產量的影響方面做了大量研究，并提出了相應的灌水和施肥方案，但在膜下滴灌條件下有關水肥協同調控對西瓜生長發育、產量和品質影響的研究較少。因此，筆者基于河西綠洲灌區水資源嚴重短缺、西瓜生產中灌水施肥不合理、缺乏科學依據的現狀，開展水氮協同調控對灌區膜下滴灌西瓜生長、產量和品質影響方面的研究，以期為灌區西瓜產業高效綠色發展提供依據和技術支撐。

1材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2022年在甘肅省張掖市甘州區小滿鎮張掖節水農業試驗站進行。張掖節水農業試驗站位于河西綠洲灌區的中心腹地，處于河西走廊中部，地下水深 100m ，熱量豐富，晝夜溫差較大，光照充足；年平均氣溫 7.3^°C ，年日照時數 3085h ，海拔 1570m，gt;0^°C 的有效積溫3388^°C ，年降水量不足 101.2mm ，屬無灌溉就無農業的典型灌溉農業區，是典型的溫帶荒漠性氣候。西瓜生育期平均降水量 40.5mm ，蒸發量947.2mm 。 0～20cm 王壤容重為 1.36g?cm^-3 ，最大田間持水量為 31.55% （表1）。

1.2材料

試驗材料為金城5號，采購自中衛市金城種業有限責任公司，該品種生育期 105d ，果實橢圓形，淺綠色底，深綠色鋸齒狀條帶，皮厚小于 1.3cm ，平均單果質量 7.3kg 。供試氮肥為尿素[N含量 Π^（μ） ，后同） 46.4% ，山西晉豐煤化工有限責任公司生產]，磷肥為重過磷酸鈣 （P₂O₅ 含量 44% ，云南弘祥化工有限公司生產），鉀肥為硫酸鉀 （K₂O 含量 50% ，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司生產）。

1.3 試驗設計

試驗采用裂區設計，主區為土壤水分下限，設3個水平，分別為計劃濕潤土層田間持水量的 50% 、65% 和 80% ，用W1、W2和W3表示；副區為施氮量，設4個水平，分別為 0.100?200?300kg?hm^-2 ，用N0.N100.N200 和 N300 表示，共計12個處理，3次重復，小區面積為 45m²（5m×9m） 。窄行 50cm ，覆90cm 地膜，寬行 200cm ，株距為 50cm ，種植密度為16000株·hm^-2 。2022年6月1日定植，8月20日收獲。灌水方式采用膜下滴灌，一膜兩管，兩條滴灌帶間距 50cm ，滴頭間距 50cm ，西瓜苗移栽位置位于滴灌帶出水口，定植前1d滴灌適量的水，定植后培土澆灌充足的緩苗水。西瓜苗期至伸蔓期計劃濕潤層深度為 20cm ，伸蔓期至成熟期為40cm，利用TRIME-PICO-IPHTDR部面土壤水分測量系統實時觀測土壤水分，當水分達到土壤水分下限時開始灌水，灌溉至田間持水量的 90% 。試驗所用磷肥和鉀肥分別為 180kg?hm^-2 和 210kg?hm^-2 ，氮肥 40% 和全部的磷肥、鉀肥做基肥于播前瓜行溝施， 60% 的氮肥在西瓜伸蔓期、開花坐果期和果實膨大期按 15%.25% 和 20% 隨滴灌進行追肥。

1.4 測定項目與方法

1.4.1植株生長指標的測定分別在西瓜伸蔓期、開花坐果期和果實膨大期每小區隨機取3株具有代表性、長勢一致的植株，使用SPAD-520葉綠素儀測定葉綠素含量，用直尺測定西瓜的主蔓長，用游標卡尺測定西瓜的莖粗。在西瓜伸蔓期、開花坐果期、膨果期和成熟期每個小區取3株具有代表性、生長一致的植株，分莖、葉和果實放入烘箱， 105^°C 殺青 30min ，然后 80^°C 烘干至恒質量，稱干質量。1.4.2產量和品質的測定西瓜成熟時，每小區隨機選取具有代表性的10個瓜計算單瓜質量，并統計每個小區瓜數，然后計算產量。使用PAL-1糖度儀測定樣品西瓜的可溶性固形物含量。

1.4.3土壤含水量的測定在西瓜的不同生育時期取 0～100cm 土層含水量，每 20cm 一層，用烘干法測定。

1.4.4作物耗水量用水量平衡法來計算計算公式如下：

式中， ET_1-2 為階段耗水量；i為土層編號； n 為總王層數； γ_i 為第i層土壤容重； H_i 為第i層土壤厚度；θ_i1 和 θ_i2 分別為第i層土壤時段初和時段末的質量含水量； M 為時段內的灌水量； P 為有效降水量； K 為時段內的地下水補給量，當地下水埋深大于 2.5m 時， ??K 值可以忽略不計，本試驗的地下水埋深在 2.5m 以下，故 K 值為0。

作物水分利用效率/ 產量/耗水量。

1.5 數據分析

采用Excel2010進行試驗數據整理和計算，采用SPSS21.0進行隨機區組雙因素方差分析及相關性分析，采用Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1不同水氮處理對西瓜主蔓長的影響

由表2可知，不同土壤水分下限對各時期西瓜主蔓長有極顯著影響，氮肥施用量對西瓜開花坐果期主蔓長影響極顯著，二者交互作用對西瓜主蔓長無顯著影響。在同一土壤水分條件下，在伸蔓期，W1處理下，不同氮肥施用量處理間主蔓長差異不顯著，W2、W3處理下，西瓜主蔓長隨氮肥施用量增加呈先增加后減小的趨勢，在氮肥施用量為200kg?hm^-2 時達到最大，較N0分別增加 11.27% 和31.98% ；在開花坐果期，W1、W2處理條件下西瓜主蔓長在N100施肥條件下達到最大，分別較N0增加17.85% 和 21.43% ，W3條件下，主蔓長在N200條件下達到最大，較NO增加 16.12% ；在膨果期，W1處理下西瓜主蔓長在N200條件下達到最大，W2、W3處理下西瓜主蔓長在NO處理下最大。在同一氮肥施用量條件下， _N0 條件下，伸蔓期，西瓜主蔓長隨土壤水分下限增加呈先增加后減小的趨勢，其他時期西瓜主蔓長隨土壤水分下限升高而增加，NO、N100、N200和N300處理在伸蔓期W3較W1分別增加 5.22%.24.55%.41.11% 和 35.14% ，開花坐果期W3較W1分別增加 15.48% ！ 8.09% ！ 26.79% 和29.14% ，膨果期W3較W1分別增加 25.59% ！20.46%?18.13% 和 24.82% 。

2.2不同水氮處理對西瓜葉綠素含量的影響

由表3可知，土壤水分下限對各生育時期西瓜葉綠素含量有極顯著影響，氮肥施用量和二者的交互作用對各生育時期西瓜葉綠素含量無顯著影響。在同一土壤水分下限條件下，伸蔓期，W1處理下西瓜葉片葉綠素含量在N200處理條件下最大，W2和W3土壤水分條件下，西瓜葉片葉綠素含量分別在N100和N300處理條件下最大，較不施肥處理分別增加了 0.76%.7.23% 。開花坐果期，W1土壤水分下限條件下，西瓜葉片葉綠素含量隨施氮量增加呈先升高后降低再升高的趨勢，在N300處理下達到最大值，在W2和W3土壤水分條件下，西瓜葉片葉綠素含量均在 Nl00 條件下最大。膨果期，W1、W2條件下西瓜葉片葉綠素含量隨氮肥施用量增加呈先升高后降低的趨勢，在N200時達到最大；W3水分條件下， N300 施用量條件下西瓜葉片葉綠素含量最高，且顯著高于 N100.N200 處理，與NO處理差異不顯著。同一土壤水分下限條件下，施肥處理較不施肥處理葉綠素含量分別提高 2.28%～ 10.39，4.62%～8.72% 和 -1.10%～5.29% 。在同一氮肥施用量條件下，伸蔓期和開花坐果期，西瓜葉片葉綠素含量隨土壤水分下限升高而降低，表現為 W1gt; W2gt;W3 。膨果期， _N0.N100 和N300條件下，不同水分處理對西瓜葉片葉綠素含量的影響不顯著；N200條件下，隨土壤水分下限升高呈先升高后降低的趨勢，在W2處理下達到最大，表現為 W2gt; W1gt;W3 。伸蔓期和開花坐果期，同一氮水平處理下，W2、W3處理的西瓜葉片葉綠素含量分別較W1處理降低 8.67%～18.90% 和 5.14%～15.35% 。膨果期，西瓜葉片葉綠素含量在W2N200處理下最大。

2.3 不同處理對西瓜干物質積累的影響

由表4可知，不同水氮處理對不同生育時期西瓜干物質積累有顯著或極顯著影響，二者交互作用對西瓜開花坐果期干物質積累有極顯著影響。同一土壤水分下限條件下，伸蔓期，W1處理下，西瓜干物質積累量隨氮肥施用量增加呈先增加后減小的趨勢，表現為 N200gt;N100gt;N300gt;N0 。W2和W3處理下，西瓜干物質積累量隨氮肥施用量增加而增加，表現為 N300gt;N200gt;N100gt;N0 。開花坐果期，W1處理下，西瓜干物質積累量隨氮肥施用量增加呈先增加后減小的趨勢，表現為 N200gt;N100gt; N300gt;N0 ，W2處理下表現為 N300gt;N200gt;N100gt; NO，W3處理下表現為 N300gt;N100gt;N200gt;N0 。膨果期，W1和W3處理下，西瓜干物質積累量隨氮肥施用量增加呈先增加后減小的趨勢，W1處理條件下表現為 N200gt;N100gt;N300gt;N0，W3 處理條件下表現為 N100gt;N200gt;N300gt;N0 。成熟期西瓜干物質積累量隨氮肥施用量增加均呈先增加后減小的趨勢，其中N200處理最大。伸蔓期，施肥處理較不施肥處理干物質積累量分別增加 4.69%～14.78% 、22.15%～41.21% 和 36.26%～45.47% ，開花坐果期分別增加 4.61%～15.46% ！ 2.26%～11.01% 和 14.55%～ 25.03% ，膨果期分別增加 6.70%～27.97%?-13.86%～ 7.29和 4.65%～23.59% ，成熟期分別增加 4.41%～10.42%?4.80%～13.30% 和 2.80%～9.62% 。在同一氮肥施用量條件下（N0除外），伸蔓期，西瓜干物質積累量隨土壤水分下限升高呈先增加后減小的趨勢，表現為 W2gt;W3gt;W1 ；開花坐果期、膨果期和成熟期干物質平均積累量隨土壤水分下限升高而增加，表現為 W3gt;W2gt;W1 。

2.4不同處理對西瓜產量和品質的影響

由表5可知，不同土壤水分下限對西瓜可溶性固形物含量、產量、耗水量和水分利用效率有極顯著影響，氮肥對西瓜邊部可溶性固形物含量和耗水量影響不顯著，對西瓜中心可溶性固形物含量、產量和水分利用效率影響極顯著，二者的交互作用對其影響不顯著。在同一土壤水分下限條件下，西瓜可溶性固形物含量（W1邊部除外）、產量和水分利用效率（W1除外）隨氮肥施用量增加呈先升高后降低的變化趨勢，均在N200處理下達到最高，中心可溶性固形物含量表現為 N200gt;N100≥N300gt; NO，產量和水分利用效率均表現為 N200gt;N300gt; N100gt;N0 ；其中N200處理的西瓜中心可溶性固形物含量、產量和水分利用效率分別較其他施肥處理提高0.12＼～0.61百分點、 0.32%～7.57% 和1.57%～12.43% 。在同一氮肥施用量條件下，西瓜中心可溶性固形物含量隨土壤水分下限升高呈先升高后降低的趨勢，在W2條件下達到最大，分別較W1、W3處理增加 0.18～0.36 百分點和 0.33～ 0.51百分點。 _N0，N100 和N200處理下，西瓜邊部可溶性固形物含量隨土壤水分下限升高呈先升高后降低的趨勢，在W2土壤水分下限條件下達到最大，N300處理下隨土壤水分下限升高而降低。不同處理條件下西瓜生育期耗水量在 206.66～271.64mm ，西瓜產量和耗水量隨土壤水分下限升高而逐漸升高，均表現為 W3gt;W2gt;W1 ，W3產量較W1、W2分別增加 13.48%～17.97% 和 7.02%～ 9.23% ，W3耗水量較W1、W2分別增加 20.56%～ 31.44% 和 8.09%～17.01% 。水分利用效率在W2及N200處理條件下最大，為 229.05kg?hm^-2?mm^-1 在 _N0，N100 和N300條件下，隨土壤水分下限升高而降低。

2.5 目標優化

以土壤水分下限和施氮量為自變量，產量和可溶性固形物含量為因變量，構建二元二次方程，分別建立施氮量和土壤水分下限與西瓜產量和可溶性固形物含量關系的二元二次方程。

產量方程為： Y=0.91W²-0.074N²-0.017WN+ 131.86W+31.44N+36436.41（R²=0.87） ：

可溶性固形物含量方程為： Z^=-0.001 6W²- 0.000 014 675N²-0.000 011 93WN+0.194W+0.006 15N+4.236（R²=0.97） 。

由圖1可知，西瓜產量和可溶性固形物含量無法同時達到最大值，西瓜產量隨土壤水分下限升高成線性增加。在生產生活中，很難實現西瓜產量和品質同時達到最大值。因此，以西瓜產量和可溶性固形物含量最大值交集的 85% 來確定西瓜栽培適宜的土壤水分下限和氮肥施用區間，可得土壤水分下限為 72.25%～75.02% ，氮肥施用量區間為204.25～254.15kg?hm^-2?

3 討論與結論

土壤中水分和養分含量是影響作物生長發育的關鍵因素，決定了作物對水肥的吸收能力[13]。適宜的土壤水分和氮肥供應不但可滿足作物不同生長發育階段對水肥的需求，還能提高作物光合產物的積累及對水分、養分的吸收和利用效率[14-15]，進而促進作物生長及產量和品質的提高[]。

本研究表明，在伸蔓期，N0處理的西瓜主蔓長隨土壤水分下限升高呈先增加后減小的趨勢，在W2處理條件下達到最大，N100、N200和N300處理隨土壤水分下限升高而增加。開花坐果期，西瓜主蔓長隨土壤水分下限升高逐漸增加，隨氮肥施用量增加呈先增加后減小的趨勢。在W2土壤水分下限條件下，伸蔓期和開花坐果期，西瓜主蔓長分別在N200和N100條件下達到最大，當氮肥施用量超過此水平時西瓜主蔓長開始減小，這是因為適宜的水肥供應可有效促進西瓜生長，當養分供應過量時會抑制作物生長。在膨果期，W2和W3土壤水分條件下，N0水平西瓜主蔓長大于其他施氮水平處理，主要是因為，適量和過量的水分供應條件下，作物氮素嚴重供應不足時，會導致作物徒長[，從而導致主蔓長的增加。在同一氮肥施用量條件下，隨土壤水分下限的提高，西瓜主蔓長逐漸增加，說明增加土壤水分可促進西瓜主蔓長的增加。

氮素供應不足容易導致作物光合效率下降[8]，降低作物葉片SPAD值，影響作物光合產物的積累。本研究中，在W1土壤水分下限條件下，伸蔓期、開花坐果期和膨果期西瓜葉片葉綠素含量分別在N200、N300和N200處理下達到最大。在W2土壤水分下限條件下，伸蔓期和開花坐果期西瓜干物質積累量隨氮肥施用量增加而升高，膨果期和成熟期干物質積累量在N200處理條件下達到最大。超過此水平時，西瓜膨果期和成熟期干物質積累量會降低，說明過量氮肥投入會影響作物光合作用，從而抑制光合產物的運轉與積累[1]。大量研究表明，西瓜葉片葉綠素含量和干物質積累量隨灌水量增加而升高[20-21]，而本研究卻表明，在伸蔓期和開花坐果期，在同一氮肥施用量條件下，隨土壤水分下限升高，西瓜葉片葉綠素含量呈逐漸下降趨勢，這主要是因為作物在缺水的環境中，自身通過調節相關酶活性，調節葉片形態結構，從而提高其對環境的適應性[22]。同時，增加灌水量可有效促進作物光合產物的形成與積累，這與本研究中西瓜干物質積累量隨土壤水分下限的升高而逐漸增加的結果相符。

適量的水氮供應是作物產量和品質形成的關鍵，有利于提高作物產量、品質[23-25]及對水分、養分的利用效率[26-27]。本研究表明，在同一施氮水平條件下，西瓜產量隨土壤水分下限升高逐漸增加，而西瓜中心可溶性固形物含量隨土壤水分下限和氮肥施肥量的增加呈先升高后降低的趨勢，W2N200處理的西瓜中心可溶性固形物含量達到最大，說明水肥供應不足或過量會降低西瓜可溶性固形物含量，從而影響西瓜品質28。西瓜水分利用效率在W2N200處理下達到最高，這主要是因為過量的水氮供應導致大部分水分和養分在土壤中淋溶2和揮發[3，未被作物吸收利用，造成了水肥資源的大量浪費，這與前人的研究結果相同。

綜上所述，西瓜作為河西灌區主要的經濟作物，直接關系著種植農戶的收入和生活，同時，區域農業生產面臨著嚴峻的水資源短缺的現狀，為了應對未來區域西瓜產業的綠色可持續發展，在生產中應綜合考慮西瓜產量、品質和水肥利用效率。在本試驗條件下，土壤水分下限為田間持水量的 65% ，氮肥施用量為 200kg?hm^-2 ，是河西綠洲灌區露地西瓜高效綠色生產的方案，同時，以西瓜產量和可溶性固形物含量最大值交集的 85% 來確定土壤水分下限和氮肥施用量區間，可得土壤水分下限為 72.25%～75.02% ，氮肥施用量區間為 204.25～254.15kg?hm^-2

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