徐 剑，赵经华，洪 明，马 亮，马英杰

(新疆农业大学 水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

1 研究背景

打瓜(Catullus landaus var．megulasnemus Lin et Chao)为葫芦科(Cucurbitaceae)西瓜属(Citrullus Schrad)植物，打瓜及籽粒具有丰富蛋白质和不饱和脂肪酸，适合高血压及心血管疾病患者食用[1]，常作药材[2]。打瓜具有抗旱及喜热等特点。阿勒泰福海县位于准噶尔盆地北部，地广人稀，为农作物大规模种植提供了先决条件。随着北疆经济的发展，作为农民增收作物的打瓜在北疆经济作物中越来越重要，以其投入少、易种植、市场广等优点深受农户喜爱，且打瓜种植面积逐渐增加，阿勒泰及塔城地区打瓜种植面积的增加最为显著[3-4]。

新疆位于中国西北干旱区，存在年降雨量低、年蒸发量高、农业水资源不足且利用率低等弊端[5-6]。北疆打瓜灌溉种植管理模式相对守旧，灌溉种植管理过程中浪费水资源现象严重，因此，研究打瓜耗水规律和灌溉制度，对北疆发展节水灌溉打瓜具有实际意义。目前对打瓜的研究主要集中生理特征和农艺措施方面[7-8]。在耗水规律方面，对甜瓜、西瓜和葡萄等经济作物的耗水规律研究较多[9-12]，而对打瓜耗水指标和作物系数方面的研究鲜有报道。因此，为类似研究提供理论支持，研究打瓜耗水规律具有重要意义。桑艳朋[13]和郑国保等[14]认为甜瓜和黄瓜耗水量随生育期而呈现出平缓-增加-减小的态势，在果实膨大期耗水量达到最大(由于对打瓜耗水规律的研究鲜有报道，故与同科作物比较分析，下同)。孔德杰[15]与郭生虎等[16]研究表明，在整个生育期，膜下滴管黄瓜耗水强度呈“单峰”变化规律，在结果盛期达到最大，成熟期下降。庞秀明[17]研究表明，不同调亏处理下甜瓜作物系数随生育阶段延后而逐渐增大，且在果实膨大期达到最大。

本文在两年试验的基础上，利用不同灌水定额试验和水肥耦合试验，研究不同灌水定额和水氮互作对打瓜各生育阶段耗水参数及作物系数的影响，揭示北疆打瓜耗水规律，以期为北疆打瓜节水灌溉提供一定科学依据。

2 材料与方法

2.1 试验区概况

试验于2016年5-9月和2017年5-8月在阿尔泰地区灌溉实验站(东经87°35′56″，北纬47°00′56″)进行。用环刀分别取0～20、20～40、40～60 cm土层土样，并测定土壤容重，结果分别为1.80、1.89、1.86 g/cm3。打瓜试验地田持水率为20.1%。2016年和2017年打瓜生育期内气温大于15℃的活动积温分别为2302℃和2285℃。研究地基本气象数据见表1。经测定土壤养分全氮0.027%，速效氮19.5 mg/kg，速效磷9.0 mg/kg,速效钾92.4 mg/kg。水源来自哈拉霍英干渠，水质pH值为8.10，偏碱性。

表1 打瓜生育期期间试验基地气象概况

2.2 试验材料

打瓜供试品种为“黑大片”，生育期105 d左右，籽粒心白边黑或者淡黄色。选用滴头间距0.3 m、滴头流量3.0 L/h的单翼迷宫式滴灌带作为毛管。其他农艺措施与当地一致。

2.3 试验方法

2016年打瓜试验设5个不同灌水定额(表2)，分别为300(W1)、375(W2)、450(W3)、525 (W4)、600 m3/hm2(W5)，每个处理3个重复。打瓜试验田面积为0.6 hm2，单个小区面积为0.04 hm2，小区布置以W1至W5灌水定额的大小顺序方式排列。5月21日播种，节水方式选用膜下滴灌技术，采用1膜1管2行、40～80 cm宽窄行种植方式。灌溉周期为7 d，在果实纵径5 cm左右时进行第一次灌溉，加出苗水共8次灌溉。

一方面，与其他生育期相比，6月上中旬处于幼苗期阶段的打瓜自身抗旱能力最弱。另一方面，6月上中旬试验地平均风速和平均气温相对5月下旬和6月下旬较高(表1)，在未达到灌溉设计时间时，打瓜已经出“塌蔫”，不利于打瓜幼苗生长，为保证试验正常进行，故在6月16日进行第1次灌溉，灌溉时间提前16 d(表2)。因7月下旬为福海县农业用水高峰期，试验用水调度延迟，故在后期灌溉周期有所变动。

表2 2016年试验处理及采用的水定率 m3/hm2

2017年田间试验设计包含灌水定额、施肥量两个因素(表3)。氮肥(符号为N)设3个水平：N1、N2、N3，分别为0、138、276 kg/hm2；灌水定额(符号为W)设3个水平：W1、W2、W3，分别为300、450、600 m3/hm2，试验重复3次，1个重复9个处理，即W1N1、W1N2、W1N3、W2N1、W2N2、W2N3、W3N1、W3N2、W3N3处理。打瓜作物试验区面积共0.513 hm2，单个小区面积187 m2，用随机顺序排列方式，各小区之间相隔1.2 m。5月18日播种，灌溉周期和种植模式与2016年一致。

5月14日施底肥是195 kg/hm2的磷酸二铵，钾肥105 kg/hm2。7月高温少雨(表1)，在试验过程中还未达到灌溉设计时间打瓜已出现“塌蔫”现象，为保证打瓜产量，故在实际灌水中缩短灌水周期1～2 d。

表3 2017年试验处理及采用的灌溉制度

2.4 监测内容和方法

利用基于TDR原理的TRIME-HD2(德国)仪器测定土壤含水率，每个处理设3个Trime探测管，Trime探测管之间的间隔为20 cm。在垂直方向上,单个Trime管每隔10 cm设1个测点，共6个测点。灌水前后、雨后加测。Trime管布置如图1所示。

图1 打瓜种植模式及田间Trime管平面布置(单位：cm)

采用水量平衡原理[18]计算作物全生育期耗水量ET：

ET=WT+P0+K+M-(Wt-W0)

(1)

式中：WT为计划湿润层增加的储水量，mm；当次降雨量大于5 mm，记为有效降雨量P0；土壤计划湿润层为600 mm；经水位取样检测结果表明，该地区地下水水位在6 m以下，因此不计地下水补给(K=0)；M为时段灌水量，mm；Wt和W0分别为时段末与时段初土壤计划湿润层储水量,mm。

利用Penman-Monteith公式计算参考作物腾发量ET0;作物系数(Kc)是用各个生育期实际耗水量与参考作物腾发量的比值计算。采用同倍比放大法[19]，利用株数、面积和籽粒干质量折算产量;利用产量与耗水量计算作物水分利用效率(WUE)。

3 结果与分析

3.1 不同灌水定额对打瓜旬均耗水量的影响

不同灌水定额对打瓜旬均耗水量变化规律影响不同(图2)，打瓜耗水表现为“单峰”变化规律。在苗后期打瓜耗水略有增加，随后逐渐减小；打瓜耗水量在伸蔓现蕾期处于“低谷”值，进入开花坐果期时耗水量快速增大，在果实膨大期达到最大值；进入成熟期时，耗水量开始减小，在8月下旬打瓜耗水量趋于平缓。旬均耗水量的最大值出现在7月下旬的W4处理。

从图2还可以看出，当耗水量处于低谷值时，各处理间的增幅(最大与最小耗水量之差，下同)较小，为0.9 mm；当耗水量处于峰值时，各处理间增幅较大，果实膨大期耗水量增幅差最大为18.2 mm。表明，与其他生育期相比，在果实膨大期不同灌水定额对打瓜旬均耗水量影响更大，果实膨大期是打瓜需水敏感期。

3.2 水氮互作对打瓜旬耗水量的影响

与不同灌水定额对打瓜旬均耗水量的影响类似，不同水氮耦合处理下打瓜旬均耗水量变化规律呈“单峰”变化规律(图3)。在苗期至伸蔓现蕾期，打瓜耗水量变化趋于平缓；进入开花坐果期时打瓜耗水量快速增大，在果实膨大期达到最大；在成熟期耗水量减小，旬耗水量的最大值出现在7月中下旬的W3N2处理。苗期至伸蔓现蕾期，不同水氮处理间耗水量增幅较小，最大增幅为2.4 mm；当耗水量处于峰值时，不同水氮处理间增幅较大，最大增幅为29.6 mm。说明，在果实膨大期不同水氮组合对打瓜影响更大，也说明果实膨大期是打瓜需水供肥敏感期。在节水灌溉设计时，因保证此阶段水氮适当充足，在其他时段可以适当减少水氮供应。

综上所述，在不同灌水定额与水氮耦合下，打瓜旬均耗水量变化规律基本一致，均表现为“单峰”变化规律，且在7月中下旬旬均耗水量最大；与其他生育期相比，在果实膨大期，打瓜对不同灌水处理和不同水氮处理的响应差异较明显。

图2 不同灌水处理下打瓜旬均耗水量变化规律 图3 水氮互作下打瓜旬均耗水量变化规律

3.3 2016和2017年打瓜全生育期ET0变化规律

依托小型气象站，在时段2016年5月21日至9月1日和2017年5月18日至8月25日内，对气温、风速和太阳辐射等气象数据进行观测,利用Penman公式计算参考作物腾发量ET0，降雨量及ET0变化规律见图4和5所示,各生育期参考作物腾发量及降雨量值见表4和5。

从图5、6可以看出，两年的参考作物腾发量趋势线变化规律类似，参考作物蒸发蒸腾量随着时间的推移逐渐降低。结合图2和图4可以看出，与5月下旬和6月下旬相比，6月上中旬打瓜耗水量和参考作物蒸发蒸腾量较高，这可能是引起打瓜“塌蔫”的原因之一。

图4 2016年观测时段内的降雨量及ET0

图5 2017年观测时段内的降雨量及ET0

3.4 不同灌水定额对打瓜各生育阶段耗水参数的影响

不同灌水定额对打瓜耗水量与耗水强度影响不同(表6)，并求得打瓜耗水量和耗水强度增长率(相邻两个处理对应耗水参数的差与后者处理耗水参数的比值，表7)。

在开花坐果期，当灌水定额从30 mm增加至45 mm，耗水量和耗水强度均增加10%；当灌水定额从45 mm增加至60 mm，耗水量和耗水强度均增加11%。在果实膨大期，当灌水定额从30 mm增加至45 mm，耗水量和耗水强度均增加29%；当灌水定额从45 mm增加至60 mm，耗水量和耗水强度均增加3%。在成熟期，当灌水定额从30 mm增加至45 mm，耗水量和耗水强度均增加1.4%；当灌水定额从45 mm增加至60 mm，耗水量和耗水强度均增加15.4%。与其他生育期相比，在果实膨大期不同灌水定额下耗水量及耗水强度增长率最大。综上表明，打瓜耗水量和耗水强度随着灌水定额的增加而增加，且当灌水定额增加至一定时，耗水量和耗水强度增加的趋势逐渐减缓。

表4 2016年打瓜各生育阶段参考作物腾发量及降雨量累积值

表5 2017年打瓜各生育阶段参考作物腾发量及降雨量累积值

表6 不同灌水定额对打瓜各生育阶段耗水量及耗水强度的影响 mm,mm/d

表7 不同灌水定额下打瓜耗水量及耗水强度增长率 %

不同灌水定额对打瓜耗水模数及作物系数影响不同(表8)，两年不同灌水定额下打瓜耗水模数均为“双峰”变化规律，在苗期和果实膨大期到达峰值。并在果实膨大期达到最大值。在2016年打瓜开花坐果期和成熟期，当灌水定额从30 mm增加至60 mm，各处理耗水模数存在增大趋势，但各处理间耗水模数变化量(该生育阶段，最大与最小耗水模数之差)均小于3%；在果实膨大期，当灌水定额从30 mm增加至45 mm，耗水模数增加5%。当灌水定额从45 mm增加至60 mm，打瓜耗水模数基本不变。在2017年打瓜开花坐果期和成熟期，当灌水定额从30 mm增加至60 mm，各灌水定额处理耗水模数相近，耗水模数变动量小于3%；在果实膨大期，当灌水定额从30 mm增加至45 mm，N1处理耗水模数增加13%，N2处理和N3处理耗水模数均增加4%左右。当灌水定额从45 mm增加至60 mm，N1处理耗水模数减少，N2处理和N3处理耗水模数微幅增加。综上表明，2016年和2017年打瓜耗水模数变化具有一致性，均在果实膨大期表现最大，且在开花坐果期和成熟期，打瓜耗水模数随灌水定额增大而呈现出基本不变态势；在果实膨大期，打瓜耗水模数随灌水定额增大而增大，当灌水定额继续增大，耗水模数基本不变。

与不同灌水定额下耗水模数变化规律类似，两年不同灌水定额下打瓜作物系数均为“双峰”变化规律，在伸蔓现蕾期和果实膨大期到达峰值，并在果实膨大期达到最大值。2016年灌水试验，在打瓜开花坐果期，当灌水定额从30 mm增加至60 mm，打瓜作物系数持续增大，其中W5处理作物系数最大，W1处理最小，增幅(最大与最小作物系数的差值)为0.08；在果实膨大期，W5处理作物系数最大，W1处理最小，增幅为0.2；在成熟期，W5处理作物系数最大，W2处理最小，增幅为0.09。2017年灌水试验，在开花坐果期和成熟期，当灌水定额从30 mm增加至60 mm，N1、N2和N3处理下打瓜作物系数逐渐增大，作物系数增幅均在0.1左右。在果实膨大期，当灌水定额从30 mm增加至60 mm，N1处理和N3处理作物系数先增大后减小，增幅均为0.23。N2处理作物系数逐渐增大，增幅为0.39；综上表明，两年灌水试验下打瓜作物系数变化规律类似，均在果实膨大期达到最大值，且作物系数随灌水定额增大而增大，当灌水定额继续增大，作物系数减小。从幅值分析可以看出，与其他生育阶段相比，不同灌水定额对果实膨大期的打瓜作物系数影响最大。

表8 不同灌水定额对打瓜各生育阶段耗水模数及作物系数的影响

3.5 水氮互作对打瓜各生育阶段耗水参数的影响

不同水氮处理对打瓜耗水模数和作物系数影响不同(表8)。在开花坐果期，W1N2处理耗水模数最大，W3N3最小，增幅(最大与最小耗水模数的差值)为7%。W2N2处理作物系数最大，W1N1处理最小。增幅为0.228；在果实膨大期，W2N1处理耗水模数最大，W1N3处理最小，增幅为14%。W2N3处理作物系数最大，W1N2处理最小，增幅为0.403；在成熟期，W1N2处理耗水模数最大，W1N3处理最小，增幅为12%。W3N2作物系数最大，W1N1处理最小，增幅为0.187。在以上3个生育阶段中，W3N3处理的耗水模数和作物系数均非最大。分析表明，与高水氮供给量相比，合适的水氮供给量下打瓜耗水模数和作物系数较大。从幅值分析得出，与其他生育阶段相比，不同水氮互作对果实膨大期打瓜耗水模数和作物系数影响最大。

不同水氮耦合处理对打瓜耗水量与耗水强度影响不同(表9)。不同水氮处理对打瓜耗水量与耗水强度影响不同。在开花坐果期，W2N2处理耗水量与耗水强度最大，W1N1处理最小，耗水量和耗水强度增幅分别为19和1.2 mm/d。在果实膨大期，W2N3处理耗水量与耗水强度最大，W1N2处理最小，耗水量和耗水强度增幅分别为45和2 mm/d。在成熟期，W3N2处理和W2N3处理耗水量与耗水强度最大，W1N1处理最小，耗水量和耗水强度增幅分别为16和0.7 mm/d。在以上3个生育阶段中，W3N3处理的耗水量和耗水强度均非最大。分析表明，与最高水氮供给量处理相比，合适的水氮供给量对打瓜耗水量和耗水强度的互作效应较强，即适宜的水氮供给量有利于打瓜耗水量和耗水强度的增大。从幅值分析可以看出，与其他生育阶段相比，不同水氮互作处理对果实膨大期打瓜耗水量与耗水强度影响较大。

表9 水氮互作对打瓜各生育阶段耗水量及耗水强度的影响

4 结 论

本试验通过在北疆阿勒泰地区开展为期2 a打瓜大田试验，设置不同灌水定额和施氮量方式，在测定打瓜各生育阶段土壤含水率和基本气象指标的基础上，研究不同灌水定额和水氮互作下打瓜的耗水规律。主要结论如下：

(1)不同灌水定额和水氮互作下打瓜旬均耗水量变化规律呈先增大后减小变化规律，均在果实膨大期达到最大值，且在果实膨大期，不同灌水定额和水氮互作对打瓜旬均耗水量的影响较其他生育阶段大。其中灌水定额525 m3/hm2与灌水定额600 m3/hm2和施氮量138 kg/hm2水氮耦合旬均耗水量最大。两年的参考作物蒸腾蒸发量趋势线变化规律类似，均随着时间延后而逐渐降低。

(2)在不同灌水定额条件下，打瓜耗水量和耗水强度随着灌水定额的增加而增加，当灌水定额继续增加，耗水量和耗水强度增长减缓，600 m3/hm2灌水定额耗水量和耗水强度最大。在果实膨大期，打瓜耗水模数随灌水定额增大而增大，当灌水定额继续增大，耗水模数无明显变化。在开花坐果期和成熟期，随灌水定额增大打瓜耗水模数无明显变化。打瓜作物系数随灌水定额增加而增大，其中600 m3/hm2灌水定额作物系数最大。与其他生育阶段相比，不同灌水定额对果实膨大期打瓜耗水量、耗水强度和作物系数影响最大。

(3)在水氮互作条件下，合适的水氮供给量有利于打瓜耗水模数、作物系数、耗水量和耗水强度增大，且在果实膨大期，不同水氮互作对打瓜耗水模数、作物系数、耗水量和耗水强度影响最大。在全生育期，其中灌水定额450 m3/hm2和施氮量276 kg/hm2水氮耦合处理平均耗水量和作物系数均最大，灌水定额450 m3/hm2和施氮量138 kg/hm2等水氮耦合处理平均耗水强度最大。