0、引言
甜瓜（CucumismeloL.）為葫蘆科（Cucurbitaceae）甜瓜屬（Cucumis）一年生蔓性草本植物，是世界各國普遍栽培的瓜類作物。甜瓜包括薄皮甜瓜和厚皮甜瓜2個亞種。厚皮甜瓜果實大，果肉厚，質地細軟或松脆多汁，有濃郁的芳香味，含糖量高，口感甜蜜，營養豐富，屬高檔瓜果之一，深受消費者喜愛。隨著上世紀80年代厚皮甜瓜東移成功，以及我國設施栽培技術的發展，厚皮甜瓜生產區域迅速擴大，已成為發展高效、精品農業的首選作物品種之一。
甜瓜的生長對水分十分敏感，水分過低容易造成減產，水分過高容易造成品質的下降。我國南方地區降雨量豐富，甜瓜多以設施栽培的方式進行生產，水分管理大多沿襲以往的經驗做法采用傳統的大水漫灌或溝灌進行灌溉。在設施生產中，水分對土壤、植物、環境空氣的影響更為直接，灌水量過大，導致無效蒸騰增加，造成水分浪費，土壤積水過多，根系受害，溫室內空氣濕度增加，導致病蟲害發生和作物品質產量的下降。因此，選擇合適的灌溉方式和技術，探求甜瓜的需水規律和合理的灌溉制度，對甜瓜在設施農業中的生產發展具有重要意義。
甜瓜的生長發育是一個連續的過程，而且呈現明顯的階段性。對于同一種作物而言，作物生長的不同階段對水分虧缺的敏感性不同。土壤水分狀況是甜瓜生長發育過程中重要的影響因子之一，植株在生長的過程中通過形態發育和一些生理反應的變化調整自身的生長發育狀態來適應不同的水分狀況。
土壤水分適宜下限指標（灌水始點）是指適宜于作物生長的最低土壤水分含量，因土壤類型、作物和作物生育時期的不同而有一定的差別，它決定灌水開始時間和灌水次數并影響灌水量的確定。甜瓜不同的生長階段對水分的需求和敏感性也不相同，營養生長是生殖生長的基礎，植株的營養生長狀況好壞直接影響到甜瓜后期的生殖生長和瓜的品質，研究甜瓜營養生長階段水分的需求對于甜瓜的生長也具有重要的理論和現實意義。
本試驗旨在以厚皮甜瓜伊莉莎白品種為材料，研究塑料大棚滴灌栽培條件下，營養生長期不同土壤水分下限處理對厚皮甜瓜產量和品質的影響，提出適合厚皮甜瓜栽培的土壤水分下限，以期為武漢地區厚皮甜瓜設施栽培的合理灌溉提供理論依據。
1、材料與方法
1.1試驗地概況
試驗于2010年3－6月在華中農業大學設施基地的塑料大棚內進行。試驗地隸屬于國家蔬菜改良中心華中分中心，位于東經114°22′，北緯30°29′，海拔高度22m，所處地理位置屬于北亞熱帶季風性濕潤氣候區，年均氣溫約16.3℃，年均降水量在1150～1190mm之間，年均日照時數約為2000h，年均無霜期為205～240d。
大棚長45m，寬6m，棚內每畦長4.5m，畦面寬0.8m，高0.2m，溝寬0.4m，每小區（1條栽培畦）面積為5.4m2。每畦定植18株，采用雙行種植，株行距為50cm×60cm，中間鋪設一根滴灌管，滴孔間距為50cm，每個滴孔上裝有4根滴箭。每棵植株的兩側均插有2根滴箭，其中滴箭距離植株莖桿基部5cm，且與植株位于一條直線，平行于滴灌管。相鄰兩栽培畦中間間隔1條空畦作保護行，防止相互之間水分滲透，試驗地兩端均設保護行。供試土壤容重為1.36g/cm3，田間持水量θfc為44.7%（土壤體積含水量）。定植前每畦施入生物有機肥約10kg和氮磷鉀三元復合肥（氮、磷、鉀比例N：P2O5：K2O=15：15：15）0.5kg。甜瓜生育期內采用統一的施肥、打藥等常規的農藝管理措施。
1.2試驗設計
試驗材料為日本厚皮甜瓜品種伊莉莎白。試驗于3月26日浸種催芽后播種，采用穴盤育苗的方法在玻璃溫室中進行育苗，育苗的基質配方為泥炭土：珍珠巖：蛭石=2：1：1。4月25日幼苗長至3葉1心時定植于塑料大棚中。經過一段時間緩苗后于5月6日開始進行處理，采用單蔓整枝立式栽培的方法，每株在第10~16節的側蔓上留1個瓜，主蔓第25節摘心。5月25日第1朵雌花開放，6月28日收獲。依據甜瓜生長發育特點將其生長過程劃分為發芽期、伸蔓期、開花期和結果期。結合本試驗材料的早熟特性，試驗過程中將甜瓜生長過程簡單劃分為營養生長期（第1朵雌花開放前）和生殖生長期（第1朵雌花開放后）。
試驗采用單因素隨機區組設計，設4個處理和1個對照，各3次重復，共15個小區。對照采用溝灌灌水，其它處理使用滴灌系統灌水。4個滴灌處理，在營養生長期設置不同的土壤水分下限，以田間持水量的不同比例表示，分別為處理I75（75%θfc），處理I65（65%θfc），處理I55（55%θfc），處理I45（45%θfc），當土壤含水量達到土壤水分下限時補充相同灌水量5mm，相當于每株的灌溉水量為1.5L，按照濕潤深度20cm計算。生殖生長期，根據本課題組在甜瓜全生育期灌水下限研究中的結果，各滴灌處理均以75%θfc為土壤水分下限，當土壤含水量達到土壤水分下限時補充相同灌水量10mm，相當于每株的灌溉水量為3L，按照濕潤深度40cm計算。滴灌處理在地表沒有積水，也不考慮深層滲漏。對照G75為常規溝灌，利用兩行甜瓜之間的溝進行灌溉，土壤水分下限在甜瓜生長過程中始終設為75%θfc，當土壤含水量達到土壤水分下限時補充灌水，其中營養生長期每次補充灌水20mm，生殖生長期每次補充灌水30mm，用置于甜瓜行一端水管實施灌溉。
1.3觀測項目與方法
1.3.1環境因子
土壤含水量：土壤體積含水率采用美國Spectrum公司生產的儀器FieldScoutTDR200進行測定。每株選取兩個測量點（行內或行外），測量點距離植株莖桿基部5cm，兩點連成的直線垂直于滴箭和莖桿組成的直線。兩個測量點和兩根滴箭插入點組成十字形，植株恰好位于十字中心。TDR200的探針長度為12cm，試驗選擇的測量深度為12cm。該深度不僅是作物根系集中分布區域的靠上層次，也是滴灌水分濕潤中心區域的靠上區域。每個處理或對照每次隨機測量5個點，取平均值作為該處理的土壤體積含水率。
水面蒸發量：使用天津氣象儀器廠生產的ADM7型蒸發器測定大氣一定時間間隔內的水分蒸發量。蒸發皿置于棚內中間位置，離地距離始終保持與作物冠層等高。每天08:00定時觀測蒸發皿內蒸發量,保證蒸發皿內有20mm深的水層。
室內溫濕度：利用型號為RC-HT601A的溫濕度記錄儀（SmartDataRecorderPlus，中國杭州生產）進行連續測定。
1.3.2形態指標
開始處理后，每3～6d取樣28株觀測株高和莖粗，不考慮邊際效應的植株。株高使用精度1mm的直尺測量，植株打頂后停止測量。莖粗使用游標卡尺進行測量，采用十字交叉法量取甜瓜基部莖稈直徑，測量部位始終為莖稈基部第3節間處。果實成熟期采用LI-3100C葉面積儀（美國LI-COR）測定各處理葉面積大小。果實采收后每處理取樣10株測量地上部干重，樣品在鼓風干燥箱中105℃殺青30min，然后在75℃條件下烘干至恒重，用精度0.01g的電子天平稱量。
1.3.3果實觀測指標
果實成熟后分區采摘，小區各處理單株產量總和計為該處理產量，并折算為t/hm2。每處理隨機選取6個果實（同一授粉日期），用百分之一電子天平稱單果重，用游標卡尺測量果實橫徑和縱徑并計算果形指數（果實縱徑與橫徑的比值）。然后用刀縱向切開果實，再用直尺測量果實的皮厚和肉厚。
可溶性固形物含量采用手持測糖儀測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定；可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定；游離氨基酸總量采用茚三酮溶液顯色法測定。
1.3.4數據處理
試驗數據均采用Excel軟件處理并作圖。方差分析采用SAS軟件ANOVA過程處理，并采用Duncanmethod（鄧肯新復極差法）進行差異顯著性檢驗。
2、結果與分析
2.1不同灌水處理對甜瓜植株生長的影響
2.1.1不同灌水處理對甜瓜株高和莖粗的影響
如圖1a所示，隨著生育期的延長，各處理株高逐漸增大。直至打頂前，對照G75的平均株高值最大，I75和I65次之，I55和I45的株高值較小，其中I45最小。株高生長速率是指在兩次測量之間的凈生長量與前一次測量值的比值，并且把前一次測量值看作100%，它是研究植物動態生長的一項重要指標。在5月8日至5月14日期間，處理I75、I65、I55和I45的株高生長速率分別為108.67%、131.35%、105.38%和87.69%，對照G75為147.83%。此期間對照G75的株高生長速率最高，而I45的株高生長速率最低。在5月15日至5月20日期間，處理I75、I65、I55和I45的株高生長速率分別為113.10%、127.45%、125.79%和133.33%，對照G75為130.59%。
可見，此期間各處理仍保持較高的生長速率，I75和I65的株高生長速率相比上一時期略有下降，而I55和I45的株高生長速率顯著升高，對照G75則呈下降趨勢。在5月21日至5月26日期間，處理I75、I65、I55和I45的株高生長速率分別為60.12%、65.64%、60.93%和60.01%，對照G75為63.96%。這期間各處理的株高生長速率顯著下降，處理和對照之間的株高生長速率接近一致。
莖粗是衡量植株是否健壯的一個重要指標，在一定程度上反映了植株輸送營養物質及水分的能力。如圖1b所示，各處理莖粗值隨生育期延長而逐漸增大，變化趨勢相對一致。在甜瓜坐果（5月26日）之前，各處理莖粗增長較快，坐果后增長速度逐漸變緩。
2.1.2不同灌水處理對甜瓜葉面積和地上部干重的影響
在果實成熟期（6月18日），測量各處理的葉面積，滴灌處理從I75至I45，葉面積依次減小，并且隨著營養生長期土壤水分下限的減小而減?。▓D2）。對照G75的葉面積介于I75和I65之間，且三者之間無顯著差異。I55和I45的葉面積相比前三者顯著減小，處理I55和I45之間差異不顯著。
果實采收后（6月28日）測量各處理地上部干重，即甜瓜莖稈和葉片的干重。如圖2所示，營養生長期設置不同的土壤水分下限以及不同的灌溉模式對植株地上部干重產生了顯著的影響。對照G75的地上部干重最大，達到62.07g，I75、I65與對照相差不大，差異不顯著。
I55和I45的地上部干重相比對照顯著減小，分別減小41.66%和45.68%。
2.2不同灌水處理對甜瓜品質的影響
2.2.1不同灌水處理對甜瓜果實形態的影響
由表1可知，營養生長期滴灌處理不同土壤水分下限對甜瓜的果實形態有顯著影響。這主要表現在處理之間果實的橫縱徑、果形指數、皮厚和肉厚等幾項指標差異顯著。I75的果實橫徑最大，果實橫徑隨著營養生長期土壤水分下限的降低而減小。I65的果實縱徑最大，I75、I65、I55之間差異不顯著，I45果實縱徑最小，相比I65顯著下降。甜瓜的果形是果實外觀品質的重要指標之一，通常以果形指數（縱徑/橫徑）來表示。I75的果實橫縱徑雖然都較大，但果形指數卻最小，只有0.86，相比其它處理顯著減小，果形最扁。果皮厚度大小為：I75＞I65＞I45＞I55，其中I55的果皮最薄。果肉厚度方面，I75和I65都達到2.28cm，為最大，各處理的果肉厚度差異不顯著。
2.2.2不同灌水處理對甜瓜果實品質的影響
甜瓜果實中含有大量的可溶性糖、維生素C、可溶性蛋白質和游離氨基酸等營養物質，這些營養物質的含量決定了甜瓜的果實品質。表2顯示了本次試驗測定的各種果實營養物質的含量?？偪扇苄怨绦挝铮╰otalsolublesolid，TSS）含量隨著營養生長期土壤水分下限的降低先增大后減小，在處理I65時最高，達到13.60%。I45與I65、I55相比，可溶性固形物含量顯著減小，I45與I75差異不顯著。不同灌水處理下可溶性糖含量的大小表現為：I55＞I65＞I45＞I75，各處理差異并未達到顯著水平。甜瓜維生素C含量的變化趨勢和可溶性固形物含量的變化相同，隨營養生長期土壤水分下限的降低先增加后減少，I55的含量最高，達到11.44mg/kg，I65比I55小，不過二者之間差異不顯著。I75和I45的維生素C含量相比I55顯著降低，分別減小15.9%和21.5%；二者相比I65下降不顯著。不同灌水處理可溶性蛋白質的含量依次為：I55＞I65＞I45＞I75，處理間差異不顯著。游離氨基酸方面，I45含量最高，I65、I55相比I45下降不顯著，I75含量最低，相比I45顯著下降。
2.3不同灌水處理下的大棚環境和灌水量
2.3.1不同灌水處理下的氣溫和蒸發量
試驗于2010年5月6日開始進行處理，圖3顯示了從開始處理到果實收獲的這段時間大棚室內日均氣溫和蒸發量的動態變化。由圖可知，室內日均氣溫始終保持在19℃以上，最高時達到36.68℃，最低時也有19.08℃，保持了甜瓜生長適宜的溫度范圍。甜瓜不同生育階段的室內氣溫變化波動范圍較大，不過果實成熟期的室內溫度基本保持在30℃以上，為甜瓜的收獲創造了良好的條件。在室內根據直徑為20cm的蒸發皿的蒸發量進行指導灌溉是一種方便、簡單、實用的方法，在其它設施蔬菜栽培研究中都有應用。蒸發量的變化和氣溫變化一致，相同時期棚內20cm蒸發皿的蒸發總量為170.4mm，日均蒸發量3.22mm，單日蒸發量最高達7.0mm，最低僅有0.2mm。
2.3.2不同灌水處理下的灌水量
在定植后的緩苗期各處理都施以相同的灌水量25mm。圖4顯示了從開始處理（5月6日）到收獲（6月28日）期間，不同灌水條件下各處理的累積灌水量。
其中對照G75的灌水量為190mm，各滴灌處理的灌水量分別為I75：110mm，I65：100mm，I55：95mm，I45：85mm，比對照分別減小42%、47%、50%和55%。甜瓜的整個生長期，處理I75、I65、I55和I45的灌水次數分別為16次，14次，12次和10次，平均每次灌水量為6.88，7.14，7.91和8.50mm。而對照G75的灌水次數僅為8次，平均每次灌水23.75mm。其中營養生長期滴灌處理I75、I65、I55和I45以及對照G75的灌水次數分別為10次、7次、4次、3次和5次，由此可見營養生長期不同的灌水下限以及不同的灌溉模式不僅會造成灌水量的差異，還會造成灌水次數的差異。
2.4不同灌水處理對甜瓜產量和灌溉水分利用效率的影響
由表3可知，不同灌水處理的總產量與平均單果重以及收獲的果實數目有關。對照G75的平均單果重為1151.64g，滴灌各處理的平均單果重量隨著營養生長期土壤水分下限的降低而減小，處理I75、I65、I55和I45與對照的比值分別為1.0、0.97、0.79和0.75。其中I75和I65與對照之間差異不顯著，I55和I45相比于對照顯著減小。果實總產量表現為：I75＞I65＞G75＞I55＞I45，I75和I65的產量分別比對照的產量高8.3%和2.6%，I55和I45的產量分別比對照低14.5%和26.9%。對照采用的是普通的溝灌模式，總灌水量為215mm，遠遠高于其它滴灌各處理的總灌水量。滴灌處理I75、I65、I55、I45的總灌水量分別為135，125，120和110mm，分別比對照減少37.2%，41.9%，44.2%和48.8%。
IWUE（灌溉水利用效率，kg/m3）為總產量和總灌水量之間的比值。分析表3數據可知，滴灌處理的總產量和總灌水量均隨著營養生長期土壤水分下限的降低而降低。對照的總產量雖高，可是其總灌水量遠遠大于各滴灌處理，所以對照的IWUE為所有處理中最低，僅為16.53kg/m3。而處理I75、I65、I55和I45的IWUE均比對照高，和對照之間的比值分別為1.72、1.76、1.53和1.43，其中處理I65的IWUE最高，達到29.16kg/m3。
3、討論
蔬菜作物通過光合作用合成碳水化合物，積累干物質，積累量的大小直接反映在株高、莖粗和葉面積等形態指標的變化上。本試驗結果表明，在甜瓜主蔓打頂前，株高生長速率呈現出先快后慢的趨勢，說明前期植株吸收的水分絕大部分用于營養生長。營養生長期土壤水分下限控制過低不利于株高、莖粗和葉面積的增長，55%θfc和45%θfc的土壤水分下限對甜瓜生長形成了較為嚴重的水分脅迫，而75%θfc和65%θfc則可以滿足甜瓜正常生長的水分需求。相同的土壤水分下限控制下，溝灌模式由于灌水量過大植株長勢始終較旺，長期過高的水分易引起植株徒長，對下一階段的生殖生長造成不利影響。前人對玉米研究時發現，適度干旱后復水營養器官首先等量補償生長，經濟目標器官則表現為低補償生長。本試驗結果與此類似，各處理在生殖生長期復水后灌水量加大，株高和莖粗增長的速度突然加快，產生了明顯的補償生長效應。
大量研究表明，虧缺灌溉可以通過適度控制土壤水分給作物一個適中的干旱逆境來提高果實的品質，果實含水量和產量雖然減少，但可溶性固形物、維生素C等營養物質含量增加。本試驗結果表明，除游離氨基酸總量之外，其它營養物質含量均隨著營養生長期土壤水分下限的降低先增大后減小，適當的水分虧缺可以提高甜瓜的品質，但土壤水分下限控制為45%θfc時虧缺程度過大，水分脅迫過重，造成后期植株合成碳水化合物等營養物質的功能顯著降低，從而導致甜瓜的果實品質顯著下降。這與前人在生菜上的研究結果相似。
試驗結果表明，營養生長期設置不同的土壤水分下限以及采用不同的灌溉模式對甜瓜產量造成了顯著的影響，這也最終反映在各處理地上部干物質的積累上。前人研究指出，干旱缺水并不總是降低作物產量，一定時期的有限虧缺可能對增產和水分利用有利。這與本研究類似，I75和I65的灌水總量雖然遠小于對照，可是產量反而比對照略高，營養生長期土壤水分下限低于55%θfc時，產量顯著下降，即使生殖生長期復水也不會產生明顯的補償效應。分析可知，甜瓜在營養生長階段的虧水程度閾值在55%θfc左右，不超過這一閾值，產量受到的影響相對較小。由于供試品種的生育期較短，再加上不同的地域和氣候因素，本試驗中的總灌水量相比其它關于甜瓜需水量的研究要小很多。很多研究表明，灌水量越小，作物的IWUE越高。本試驗結果與這些研究并不完全一致，在55%θfc和45%θfc土壤水分下限控制下，灌水量雖小，IWUE卻沒有明顯提高，反而比灌水量大的其它滴灌處理更低，產量的下降比灌水量的減少更顯著。
綜合考慮產量和品質，處理I75雖然產量最高，可是外觀和營養品質與其它滴灌處理相比稍顯不足；處理I55的果實品質相對其它處理最好，可是產量和平均單果重相比對照G75以及處理I75和I65顯著減??；處理I65在產量和平均單果重方面與處理I75和對照G75相比下降并未達到顯著水平，在減產不明顯的情況下IWUE最高，且在果實品質的指標上與處理I55相比差異不顯著，可溶性固形物含量也最高，達到了既高產優質又減少灌水量的目的。而對照G75雖然產量較高，但是總灌水量過大，甚至遠遠超過了同期棚內20cm蒸發皿的蒸發總量，導致IWUE與各滴灌處理相比過低，浪費了大量的水資源，綜合效益極低。
4、結論
試驗結果表明營養生長期不同的灌水下限以及不同的灌溉模式顯著影響了大棚甜瓜的生長、產量及品質。甜瓜的株高、莖粗、葉面積和地上部干重均隨著營養生長期土壤水分下限的降低而減小。生殖生長期加大灌水量后，株高和莖粗的增長產生明顯的補償生長效應。營養生長期土壤水分下限控制過低，對甜瓜的生長不利。綜合評價甜瓜的果實品質，處理I65與I55相比差異不顯著。營養生長期土壤水分下限低于65%田間持水量，平均單果重和產量顯著下降。營養生長期設置不同土壤水分下限處理，處理I65的灌溉水分利用效率最高，達到29.16kg/m3，相比溝灌對照提高76.4%，可節水58.1%，而平均單果重僅下降3.2%。經分析，武漢地區厚皮甜瓜棚室栽培滴灌的灌溉模式，可以選擇65%田間持水量作為春季甜瓜營養生長期的灌水下限指標。
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