宁夏引黄灌区大棚西瓜膜下滴灌水肥耦合效应
郭松 沙新林 杨惠勤 李荣 姜雪琴 路洁 赵丹青 刘声锋
摘 要：针对宁夏吴忠拱棚西瓜栽培生产中水肥利用率不高、水肥施入不同步等制约因素，充分利用西瓜膜下滴灌条件，探索适宜水平下水、氮和钾之间的相互作用，分析其在大棚高畦膜下滴灌条件下的产量效应，建立吴忠黄灌区大棚西瓜产量数学模型，以氮肥和钾肥配施提高补灌水分利用效率，达到提高植株整体的生长、品质及产量的目的。采用频率分析法对产量模型进行模拟的结果表明，产量大于47 700 kg·hm-2的方案中最佳农艺措施为：补水量904.8～1 014.75 m3·hm-2、施氮肥量172.69～204.775 kg·hm-2、施钾肥量204～218.2 kg·hm-2。根据不同产量水平下的因素分析，总结了最优组合方案，可达到提高植株整体的抗性、制约土传病害蔓延的效果。
关键词：西瓜;大棚;膜下滴灌;引黄灌区;水肥耦合
中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）05-040-05
Water and fertilizer coupling effect of drip irrigation under film in greenhouse watermelon in irrigation area of Yellow River diversion in Ningxia
GUO Song1， SHA Xinlin2， YANG Huiqin3， LI Rong3， JIANG Xueqin2， LU Jie2， ZHAO Danqing2， LIU Shengfeng1
（1. Institute of Germplasm Resources， Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences ， Yinchuan 750002， Ningxia， China; 2. Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Yinchuan 750002， Ningxia， China; 3. Wuzhong City Agricultural and Rural Bureau of Litong District ， Wuzhong 751100， Ningxia， China）
Abstract：
In view of the limited factors such as low water and fertilizer utilization rate and unsynchronized water and fertilizer application in watermelon cultivation in Wuzhong arch shed of Ningxia. The interaction among water， nitrogen and potassium was explored under the condition of drip irrigation. The yield effect of drip irrigation under plastic film was analyzed， and a mathematical model of watermelon yield was established in Wuzhong Yellow River irrigation area. The combination of nitrogen and potassium fertilizer can improve water use efficiency， promote plant growth， and improve quality and yield. The results show that Frequency analysis method was used to simulate the yield model， and the best agronomic measures were as follows：
water supply 904.8-1 014.75 m3·hm-2， nitrogen application 172.69-204.775 kg·hm-2 and potassium application 204-218.2 kg·hm-2. According to the analysis of factors under different yield levels， a group of optimal combination schemes is summarized， which can improve the overall resistance of plants and restrict the spread of soil borne diseases.
Key words：
Watermelon; Greenhouse; Drip irrigation under mulch; Yellow River irrigation area; Water fertilizer coupling
宁夏吴忠市位于黃河上游，有充足的水源和光照，中温带干旱性气候，为西瓜的生长和果实糖分积累都提供了有利条件。当地早春栽培的拱棚西瓜具有良好的市场前景，且种植拱棚西瓜投资少、风险小、比露地西瓜上市早，21世纪初，吴忠地区开始大力推广拱棚西瓜种植。当前，该地区拱棚西瓜种植面积已近1300 hm2，农民从拱棚西瓜种植中获得的收入逐年增加，拱棚西瓜产业正成为瓜农增收致富的重要渠道。吴忠地区大部分拱棚西瓜采用传统的浅沟窄垄栽培模式，管理粗放，水肥配套设备不完善;探索和研究西瓜高效节水灌溉制度主要是解决水资源浪费及过量补水导致的品质降低等问题[1]。
余立云等[2]认为充足的氮磷钾元素有利于干物质的积累和产量的形成，提高同化产物移动及贮藏时间。目前，已有研究证明随施氮量增加西瓜产量和品质随之提高，达到峰值后逐渐下降。孙兴祥等[3]研究认为最佳施肥量，在设施不配套地区也可以有效保证西瓜产量和品质。郝平琦等[4]认为不合理施肥，则会导致增产效益降低、造成生态污染等问题。国内外学者在浅沟窄垄栽培模式下的水肥耦合对西瓜的果实发育、品质的影响研究较少，全面系统研究吴忠拱棚西瓜N、K肥利用率和水资源利用率的更少[5-7]。水肥施入不同步、施肥过量，导致徒长、坐果率低、果实营养不足、上市时间推迟等诸多问题成为吴忠乃至宁夏拱棚西瓜产业发展升级的瓶颈。
笔者以此为切入点，针对宁夏引黄灌区大棚西瓜产业发展的需要，充分利用引黄灌区的水资源，以大棚西瓜产量为模型指标，研究分析在大棚高畦膜下滴灌条件下水、氮和钾之间的相互作用及产量效应，建立西瓜产量数学模型，以氮肥和钾肥配施提高补灌水分利用效率，达到提高果实的品质和水肥利用率的目的。为此，笔者分析水、N和K不同量条件下的产量效应，建立产量数学模型，在此基础上寻求提出优化组合方案，确定最优的配比方案，以推进吴忠大棚西瓜精量调控施肥技术推广，为该地区大棚西瓜标准化发展提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地点位于宁夏吴忠市高闸乡试验基地，地处北纬37 °87 ′，东经106°18′，海拔1120 m。土壤理化性质为：全氮（w，后同）0.45 g·kg-1，全磷0.48 g·kg-1，速效氮10.4 mg·kg-1，速效磷8.7 mg·kg-1，速效鉀92.6 mg·kg-1，土壤全盐0.46 g·kg-1，有机质12.3 g·kg-1，pH值8.6。
1.2 材料
供试西瓜品种为金城1号（由兰州西甜瓜研究所培育的中早熟品种）;嫁接育苗采用穴盘育苗，穴盘规格为50孔;氮肥为纯氮肥（N≥22%）、钾肥为硫酸钾（K2O≥50%）;有机肥为金正大亲土一号（有机质≥28.0%、N+P2O5+K2O≥25%）;底肥使用发酵腐熟后的农家羊粪。
1.3 试验设计
试验于2020年2—5月上中旬进行。试验采用3因素5水平二次回归通用旋转组合设计，设20个试验处理，不做重复，采用完全随机排列设计，共1280株西瓜苗。采用宽行高垄栽培模式，长度为9 m，每处理种植3垄，小区面积为81 m2，定植株距60 cm，行距2.1 m，种植密度7950株·hm-2。于2020年3月11日定植，4月3日、4月20日按照设计方案补水施肥，其他按常规生产管理。因素水平编码见表1，各处理的水、氮、钾量见表2。
1.4 测定项目与方法
果实成熟期，统计每个处理西瓜果实数量，并随机选8个长势一致的西瓜测定单瓜质量，然后折算统计产量。可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法，维生素 C 含量的测定采用比色法，用pH 计测定有效酸度。
1.5 数据处理
试验的数据采集整理使用Excel 2010软件，统计分析采用DPS 7.0软件，并应用Duncan法进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 二次通用旋转组合试验方案及数学模型的建立
将不同水、N、K量 3 个因素对生产的效应建立配比模型，用二次回归旋转模型表示，根据多项式回归方程即
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以产量为目标函数（y） ，以补水量（X1）、N肥（X2）、 K肥（X3）三因素为控制变量，b0为回归模型的常数项;bj为回归模型的一次项系数;bij为回归模型的交互项系数;bjj为回归模型的二次项系数;m为试验因素数，取值为3。根据试验处理所得产量结果折算平均产量见表2。
按试验结果计算出拟合方程的各项系数，求得拱棚西瓜配比回归数学模型，回归方程为：Y=47 005.478 84+524.806 53X1+582.829 45X2+679.509 70X3-133.293 11X12-497.383 62X22+25.287 50X2X3。对20组处理数据进行计算处理，所得结果见表3。
由表3可知，回归方程显著性检验F2=13.157 00>F0.01（9，10）=4.94，回归显著，表明该方程与实际情况拟合良好;失拟性检验F1=0.430 02
Y=47 005.478 84+524.806 53X1+582.829 45X2+679.509 70X3-133.293 11X12-497.383 62X22-
194.611 08X32+130.512 50X1X3。
2.2 水、N和K量对大棚西瓜产量效应的单因素分析
由图1可以看出，根据试验结果对水、N和K每个单因素进行产量效益分析显示，X1和X2的产量因素效应为抛物线，当达到最适施入量时，产量达到最高。X3的产量因素效应趋于直线，与产量成正比上升趋势。
2.3 水、N和K量对大棚西瓜产量的交互效应分析
由表4可知，根据试验结果对水、N和K每个单因素进行产量的交互效应分析，X1补水对产量效应的预测随水平升高而增加。X2氮肥对产量交互效应为抛物线，当0.5水平时达到峰值。X3 K肥对产量效应的预测随水平升高而增加。
2.3.1 补水量与施N肥量对大棚西瓜产量的互作效应分析 由图2可以看出，随着水量增加，大棚西瓜产量呈现上升趋势;随着N量增加，产量均呈现先增加后降低的趋势。水量与N量对大棚西瓜产量的交互效应表现为：当补水量为1 092.3 m3·hm-2、N肥为182.5 kg·hm-2时，大棚西瓜产量最高，为47 678.1 kg·hm-2。
2.3.2 补水量与施K肥量对大棚西瓜产量的互作效应分析 由图3可以看出，水量和K量对大棚西瓜产量的交互效应均呈现逐渐增加趋势，大棚西瓜产量最高为49 573.4 kg·hm-2，即补水量为 1 092.3 m3·hm-2、施K肥量224.1 kg·hm-2。
2.3.3 N量与K量对大棚西瓜产量的互作效应分析 由图4得知，随着N的施用量的增加，西瓜产量均呈现先增后减的趋势;而随K的施用量增加，西瓜产量呈现逐渐增高的趋势。施N量和K量对大棚西瓜产量的交互效应表现为：当施N肥量为182.5 kg·hm-2、施K肥量为224.1 kg·hm-2时，大棚西瓜产量最高，为48 865.7 kg·hm-2。
2.3.4 优化组合及推荐指标 根据已建立的拱棚西瓜水肥配比优化数学模型，编制计算程序，在-1.682～+1.682取7个水平（-1.682，-1，-0.5，0，+0.5，+1，+1.682），上机进行不同目标下的最优组合方案模拟。构成生产因素组合，通过模拟求得产量大于47 700 kg·hm-2的有71个组合，其中最主要能代表产量区间的最优组合方案见表5。
由试验结果分析可知，三元二次回歸的数学模型不存在产量效率函数的极值，试验中具有单因素和因素间的交互作用。在 95% 的置信区间产量大于47 700 kg·hm-2各变量的取值区间分别为：补水量为904.8～1 014.75 m3·hm-2、施N肥量为172.69～204.775 kg·hm-2、施K肥量为204～218.2 kg·hm-2。
3 讨论与结论
本试验在覆膜滴灌模式下，采用3因素二次回归旋转模型建立最优设计，并进行单因素效应分析，结果表明K>水>N，在西瓜果实发育期需要大量的钾来促进矿物质养分吸收和运转。这与马忠明等[8]、马克奇等[9]和姚静等[10]研究结果一致。但沈晖等[11]在压砂地水肥耦合效应的研究中指出，影响产量的首要因素为灌水量。压砂地大多在宁夏中部干旱贫瘠地区，干旱缺水，多使用碱性水补灌，与引黄灌区的气候、水资源条件有所不同。田间持水量过高不利于产量和品质的提高，这与李毅杰等[12]的研究结果一致。
本试验用频率分析法对产量模型进行模拟，有一定的约束条件。在试验中生产投入和田间操作管理工作量均大于日常生产，故应考虑到技术实施的实用性和可操作性，投入不宜太高、管理不宜繁琐，在本试验范围内可将最优农艺措施制定为：补水定额1000 m3·hm-2、施N肥量200 kg·hm-2、施K肥量210 kg·hm-2。用此最优农艺措施对其进行验证，与预测值较为接近，表明本试验结果拟合得出的回归方程可以较好地应用于大棚西瓜生产中。
参考文献
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