薛琪敏，杜太生，杨慧，史新杰，宋天旭，吕名礼，张中华，张冬菊

不同水钙处理对甜瓜生长、品质形成及产量的影响

薛琪敏1, 2，杜太生1, 2*，杨慧1, 2，史新杰1, 2，宋天旭1，吕名礼3，张中华3，张冬菊3

（1.中国农业大学 水利与土木工程学院，北京 100083；2.农业农村部作物高效用水武威科学观测实验站，甘肃 武威 733000；3.华维节水科技集团股份有限公司，上海 201505）

【】确定甜瓜适宜的水钙管理模式。以“亭林雪瓜”为试验材料，设3个灌水量水平，分别为高水W1（220.45 mm）、中水W2（灌水量为W1的2/3，171.05 mm）和低水W3（灌水量为W1的1/2，146.45 mm），2个钙处理水平，分别为喷钙Ca1（总喷钙量为0.68 L/株）和不喷钙Ca0，采用完全随机区组设计，共6个处理，并在果实生长过程中测定了相关的生长生理指标，探究果实生长和糖分积累动态过程及产量品质对不同水钙处理的响应。雪瓜属高蔗糖积累型甜瓜品种，果径呈单“S”曲线生长，不同水钙处理下果实生长和糖分积累趋势一致。高水条件下果径增长量、果径大小以及果实产量最大，但单株灌溉水生产生产率最低，且高水处理不利于果实糖分累积、降低了果实品质；中水处理下的和果实品质最优，低水处理对果实生长有延缓影响并且降低了果实最终的产量。与不施钙处理相比，施钙处理产量和单果质量及都得到了提高，同时施钙提高了果实硬度，降低了可滴定酸量（其中，单株产量、单果质量从高到低的顺序均为W1Ca1处理>W2Ca1处理>W1Ca0处理>W2Ca0处理>W3Ca1处理>W3Ca0处理，从高到低的顺序为W2Ca1处理>W1Ca1处理> W2Ca0处理>W1Ca0处理>W3Ca1处理>W3Ca0处理）。不同水钙处理能影响果实生长及糖分积累过程且导致最终产量和品质的差异，中水施钙为甜瓜水钙管理的适宜模式。

水钙处理; 果实生长; 糖分积累产量; 灌溉水生产率; 品质

0 引 言

【研究意义】甜瓜是一种重要的园艺作物，具有极佳的经济效益；随着生活水平的改善，消费者对甜瓜的产量和品质的需求日益提高，实现甜瓜等经济作物的节水、丰产、优质、高效生产，是现代农业生产中需要迫切解决的科学问题。【研究进展】甜瓜是抗旱性较强的作物[1]，灌水过多不仅造成水资源的浪费而且容易造成品质的下降[2]，适当控水既有利于甜瓜生长又可促进根系生长和提高产量[3]；有学者指出对于甜瓜这类经济作物而言，单位水量收获产量及营养物质的积累效率的衡量更为重要，要保证在一定产量的前提下以较少的耗水量生产出更高质量的产品[4]。钙是植物生长所必需的营养元素，在植物生长发育和适应不同环境过程中起着重要的作用，不仅参与细胞壁和许多细胞器的合成，而且影响着植物体内的信号传导以及生理生化响应等[5]，研究表明钙可以增强植物的抗旱性[6]，有增加作物产量、改善品质以及防病害的作用[7-8]。甜瓜果实的生长发育是一个连续动态的过程有明显的阶段特征且不同品种生长发育差异较大[9-10]，果实膨大期是果实体积和质量增长最快的时期，也是决定最终产量的关键时期。膨大末期果实不再明显变大，开始进入成熟阶段，该时期最主要的变化是果实内部贮藏物质的转化[11]。在诸多影响甜瓜品质的因素中，以糖类物质的组成及其量最为重要[12]，糖不仅是甜瓜果实品质最主要的成分，也是氨基酸、Vc等营养物质合成的基础原料[13]。目前对甜瓜果实发育过程中糖类的积累已有许多研究[9, 14-16]，开花坐果和果实膨大期控水过低会影响产量的形成而成熟期过高的水分不仅降低品质还会导致甜瓜裂果[17]。【切入点】目前，对甜瓜品质和产量的研究主要集中在灌溉或施肥等单一因素，甜瓜产量、品质对水钙耦合处理的响应机制尚不清楚，施用钙肥能否缓解调亏灌溉对产量的负面效应，同时提升果实品质还需进一步探究，因此，有必要结合果实生长发育动态研究水钙对果实品质和产量的影响。【拟解决的问题】探究甜瓜果实生长动态及成熟期糖分积累特性及水钙处理对果实生长、产量和品质的影响，以期为节水优质高效的甜瓜水钙管理提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年4—10月在农业农村部作物高效用水武威科学观测实验站玻璃温室内进行。温室内不同位置设有温湿光传感器，试验过程中，温室内的环境由电脑系统自动控制，在甜瓜各生育阶段需求的温湿光上下限（温度：白天23～35 ℃，夜晚：15～25 ℃；湿度：10%～80%；光照：0.35～0.40 W/m2），可保证整个试验区域的温湿光条件一致。试验区土壤质地为沙壤土，1 m深土层内土壤干体积质量为1.43 g/cm3，田间持水率 0.3 cm3/cm3，凋萎点 0.12 cm3/cm3，地下水埋深25 m以下。

1.2 试验设计

试验甜瓜品种为亭林雪瓜，于4月22日浸种消毒，采用常规营养钵育苗法育苗；5月24日幼苗2片真叶展平后移栽至预先施足基肥的温室中，立架栽培，双蔓整枝，孙蔓坐瓜；于7月15日开始授粉，进入开花坐果期，授粉坐果后每株选6个果形好的瓜保留，其余瓜及侧蔓剪掉；7月23日进入果实膨大期，8月8日进入果实成熟期，9月3日采收。7月16日开始不同的水肥处理，试验设3个灌水量（W）和2个施钙量（Ca），其中灌水量包括高水W1（灌水到田间持水率的90%～95%）、中水W2（灌水量为W1的2/3）和低水W3（灌水量为W1的1/2），当高水处理的土壤含水率到达75%～80%田间持水率时灌水，灌水间隔在9～12 d；施钙分为喷钙Ca1（稀释后为0.16 g/L的螯合钙）和不喷钙Ca0，施钙时间和灌水时间同步，每次施钙量相同。试验共6个处理，各处理具体灌水和施钙量见表1。

表1 不同处理的施钙和灌水量

试验以单棵植株作为研究单元，采用滴箭灌水器对每棵植株进行精准灌溉，且由于温室内的环境因素一致，为方便灌水管理，相同水处理的植株等距布置于同一滴灌管道二侧，管道与植株平行，每个滴孔有4根滴箭，分别为管道左右二边的植株灌水，其中一侧为喷钙处理，另一侧为不喷钙处理，同一处理下每个植株间距为0.45 m，滴箭距植株茎秆基部 5 cm左右。为防止不同处理间水分侧渗，处理间留一空畦作为保护行，同一水处理植株之间间隔1.2 m，不同水处理植株之间间隔1.7 m，并在隔离区中间0～0.6 m深度铺设防渗膜。试验地东西二侧均设置保护行，每个处理取非边株的11株用于试验研究（图1）。定植前共施入有机肥约80 kg，氮磷钾复合肥2 kg（K、P2O5、K2O质量比为14∶15∶16），碱性土专用调理菌剂8 kg，微生物菌剂8 kg，除水钙处理外的其他农艺管理措施如喷药、地膜覆盖、授粉、整枝等均相同，且在钙处理之后再无追肥。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水率

土壤含水率采用北京力高泰科技有限公司生产的TOROS12传感器测定，测定的深度为0.6 m，每 0.2 m土层安装1个传感器，取其平均值作为该小区的土壤含水率。

图1 小区布置

1.3.2 果实生长动态

雌花授粉后的第7天开始，每个处理随机选取同1 d开花的4～5个果实进行标记，之后用游标卡尺每隔5 d测定果实的纵、横径，直至果实采摘。

1.3.3 单果质量、单株产量及单株灌溉水生产率

果实完熟后采摘，用精度为0.01 g的电子天平记录果实单果质量，并选取前期未取样的植株计算单株产量，单株灌溉水生产率（kg/m3），为单株甜瓜产量和单株甜瓜全生育期灌水量之比。

1.3.4 糖组分的提取与测定

果实膨大期结束后至成熟期，分3次取样，每个处理取3个甜瓜果实，用高效液相色谱法测定果糖、葡萄糖、蔗糖量[18]，以薛素林等[19]的方法计算果实甜度，果实甜度=果糖×1.75+葡萄糖×0.70+蔗糖×1.00；果实完熟采摘后，每个处理取3个果实，分别用手持折射仪测定果实可溶性固形物；用0.01 mol/L的NaOH滴定法测可滴定酸量，用多功能测力计测定果实硬度。

1.4 数据处理与分析

数据方差分析用IBM SPSS Statistics 26软件 ANOVA过程处理，并采用邓肯新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同水钙处理对果实生长及产量指标的影响

2.1.1 果实横、纵径及果形指数动态变化

表2—表5分别为不同处理果实横径、纵径、横纵径净增长量以及果形指数变化，从授粉到果实采摘共计47 d，果实横、纵径变化态势基本一致，均随授粉天数的推移而增大（表2、表3）；授粉7 d后果实进入快速增长期，此时横、纵径的增长量最大，授粉22 d后变化趋于平缓（表4）；果实发育初期纵径大于横径，且纵径增长量大于横径增长量，随后横径逐渐接近纵径，且在整个果实生长过程中横径的增长量要大于纵径（表4），果形指数由最初1.5左右趋近于1（表5），不同处理下的果实生长以及果形变化趋势一致。

表2 不同处理甜瓜果实横径变化

注 表中同列不同字母表示各处理在同一授粉天数指标差异显著（<0.05)，下同。

表3 不同处理甜瓜果实纵径变化

表4 不同处理甜瓜果实横、纵径净增长量变化

果实生长过程中，不同处理之间果径的差异从授粉12 d后开始出现且随着果实的生长而逐渐明显（表2、表3），果实横径大小为W1Ca1处理>W1Ca0处理>W2Ca1处理>W2Ca0处理>W3Ca1处理>W3Ca0处理；果实纵径大小为W1Ca1处理>W2Ca1处理>W1Ca0处理>W2Ca0处理>W3Ca1处理>W3Ca0处理。由此可见，不论是否施钙，果实的横、纵径均随灌水量的减少而减少，且最终在果实成熟采摘时，W3Ca1处理下果实的横、纵径较W1Ca1处理分别减少11.85%和15.00%，W3Ca0处理果实横、纵径较W1Ca0处理减少13.72%和10.99%，不同灌水水平处理下的横、纵径差异显著（<0.05），W2Ca1处理下果实横、纵径分别较W1Ca1处理减少3.94%和5.30%，W2Ca0处理下果实横、纵径分别较W1Ca0处理减少3.57%和0.67%，但差异并不显著；3个水处理下，施钙处理较不施钙处理横、纵径都有所增加但不显著，横径增加1.31%～3.78%，纵径增加1.58%～6.17%。综上，低水处理显著减少果径，施钙处理下的果径要略大于不施钙处理，从表4可以看出，造成果实横、纵径最终差距的主要原因是授粉后7～22 d内（即果实膨大期）不同处理之间的增长量不同。

表5 不同处理甜瓜果形指数变化

2.1.2 不同水钙处理对果实产量和灌溉水利用效率的影响

由不同处理果实产量及单果质量（表6）可以看出，水、钙均极显著影响果实的单株产量和单果质量，而水钙交互作用对单株产量和单果质量的影响不显著。

表6 不同处理果实产量及单果质量

注 不同字母表示在<0.05水平下差异显著n.s.:不显著,>0.05;*:显著,<0.05;**:极显著,<0.01,下同。

在同一施钙水平下，单株产量随灌水量减少而减少，不同处理之间差异显著；同一水分处理下，施钙比不施钙的单株产量和单果质量更大，W1处理和W2处理下是否施钙对单株产量和单果质量的影响均极其显著，W3处理下单果质量差异不明显，而单株产量显著降低。W1处理的产量虽高，但灌水量也远远大于其他2个水处理，所以相较于高水处理，减少灌水量可以提高，其中W2处理的最大；相同的水处理下，施钙均提高了灌溉水生产率。

2.2 不同水钙处理对成熟期果实糖分积累和品质指标的影响

2.2.1 果实成熟过程中糖量和甜度动态变化

甜瓜果实进入成熟期后体积不再明显变大，果实颜色由绿色转为乳白色，据此将果实的成熟期分为3个阶段：转色之前的绿熟期，转色期和收获采摘的完熟期。由图2可见（不同字母表示在<0.05水平下差异显著），成熟过程中果实的果糖、葡萄糖、蔗糖量均有所增加，果实甜度也随糖分累积呈上升趋势。果实糖分的积累和甜度与果实的发育阶段有关，转色期较绿熟期无显著差异，除W1灌水处理外，完熟期果实的3种糖分和甜度较前2个时期有显著增加（<0.05）；在3种糖组分中蔗糖量的增加最为明显，且在完熟期蔗糖量高于果糖和葡萄糖。

水分对成熟期果实糖分积累的影响较为明显，在同一施钙水平下，W1处理下3种糖分量累积以及甜度变化幅度较其他2个水处理要低；同一水分处理下，施钙和不施钙处理糖分和甜度变化没有统一的规律，W1处理施钙和不施钙差异并不明显，W2处理下不施钙变化幅度大而W3处理相反。果实完熟期，W1水处理下的果实甜度值要低于其他2个处理，施钙与不施钙对果实甜度的影响也无明显规律。

2.2.2 不同水钙处理对甜瓜果实品质的影响

由表7可知，水分处理对甜瓜果实的果糖、葡萄糖、蔗糖量有显著影响，对可滴定酸量和果实硬度有极显著影响，对可溶性固形物量影响不显著；钙处理对可滴定酸量影响极显著，对果实硬度影响极显著，对果糖、葡萄糖、蔗糖、可溶性固形物量影响不显著；水钙交互作用对以上所有品质指标影响均不显著。

图2 不同处理下糖量及甜度变化

表7 不同处理果实品质

总体来说，同一施钙水平下，果糖、葡萄糖、蔗糖量表现为W2处理>W3处理>W1处理，W3处理的可溶性固形物量略高于其他2个水处理，可滴定酸量低于其他2个处理，果实硬度表现为W3处理>W2处理>W1处理；同一水分条件下，施钙和不施钙对果糖和葡萄糖、蔗糖及可溶性固形物的影响不显著，但施钙处理下可滴定酸量更低，而果实硬度要显著高于不施钙处理。

3 讨 论

果实横、纵径是表征甜瓜果实形态的重要生物学指标，也是划分果实生长阶段的重要依据。本研究测得亭林雪瓜的横、纵径变化呈“S”曲线，授粉后的第1周生长缓慢，随后生长迅速，在果实接近成熟时，变化趋于平缓，果形指数均趋近1，符合葫芦科果实典型的生长模式，灌溉施钙量对果实生长趋势以及果形的影响不大，这与张中华等[20]先前对亭林雪瓜生长的研究结果一致。授粉后的7～22 d是果径增长最快的时期，也是不同处理之间果径增长量差异最明显的时期，从授粉12 d后不同处理果径之间的差异显现，且最终果实纵横经和单果质量、产量的大小关系一致，有研究表明甜瓜果实膨大期是果实需水需肥的关键时期，该时期亏水处理对最终单果质量和体积影响显著[17, 21-23]。大量的研究证明适度的水分亏缺并不会造成严重的减产且可以提高水分利用率[24-26]，同样的，在本试验中W2处理单株产量和单果质量较高水处理有所降低但却得到了显著提高；钙处理提高了果实纵横径、产量和，一定程度改善了亏水处理带来的负面效应，可能是因为施钙增加了根系活力和光合速率，为最终产量打下基础[27-28]，W3处理下施钙和不施钙单果质量差异不显著而单株产量差异显著，这是因为不施钙处理的最终单株结瓜数要少于施钙处理（施钙处理单株结瓜数为5.67个/株，不施钙为5个/株）。

甜瓜作为一种鲜食水果, 含糖量是衡量果实品质最直接的因素之一，果糖、葡萄糖和蔗糖是甜瓜果实中主要的可溶性糖组分，其量和组成是构成品质和口感的关键[29]。不同甜瓜品种含糖量的差异主要表现在蔗糖量的累积，低蔗糖积累型果实在整个发育过程中蔗糖量都极低，而对于高蔗糖积累型果实，后期蔗糖含量迅速增高，成为成熟果实中的主要糖分[9-14]。从成熟期3种糖分积累的趋势以及含量可见，亭林雪瓜属于高蔗糖积累型甜瓜品种，且在转色期到完熟期之间糖分积累最为显著。由本研究可见，高水处理不利于3种糖分的累积且最终糖量要低于其他2个水处理，有研究表明适度水分亏缺可以提高蔗糖代谢酶和蔗糖转化酶活性并进而提高3种含糖量[30-31]；3个处理中水处理下果糖、葡萄糖、蔗糖量最高，低水处理的含糖量却未得到进一步提高，可能是因为过度缺水降低了叶片的光合速率，影响了产物的合成和积累[31-32]。低水处理施钙较不施钙的糖量略有提高，这与先前钙能够提高果实3种含糖量的研究结果相符[33]，大量的研究结果证明钙可以提高叶绿素量、净光合速率以及蔗糖合成酶的活性，有利于糖分的积累[34-35]；而W1处理和W2处理却未发现此规律，还需要进一步的研究去解释说明。水和钙对可溶性固形物的影响与果实的种类有关[36-38]，在本研究中水和钙对果实的可溶性固形物均没有显著的影响。水分亏缺和钙肥均可以提高甜瓜果实的硬度，与之前的研究结果相符[39-40]，前者是由于水分亏缺下果实细胞分裂与生长受到限制，导致栅栏组织厚度增加、细胞排列密度增大[41-42]，而后者是由于果实含钙量的提高可能促成其在胞外与果胶酸形成果胶酸钙，提高了细胞壁强度，从而提升了果实硬度[42]。

在本试验中，叶面喷钙在一定程度上改善了亏水处理产生的负面影响，缓解了干旱对作物的减产作用，与先前钙提高抗旱性的研究结论相同[6]；但在某些指标上并没有显著差异，可能与施钙量有关，本试验由于只设有一个梯度的钙处理，结果有一定的局限性，还需进一步探讨喷钙对水分亏缺下果实生长及品质、产量的影响。

4 结 论

1）亭林雪瓜属于高蔗糖积累型甜瓜果实，且在生长发育过程中，果实横、纵径呈单“S”曲线生长，果实最终果形指数在1左右。

2）生殖生长期不同的灌水、施钙处理对果实生长以及糖分累积有一定程度的影响，进而影响了果实最终的产量和品质；高水处理下的最低且不利于成熟期果实糖分的积累，低水处理对果实的生长过程和产量有负面的影响，而中水处理可以提高单株水分生产率的同时改善果实的品质；钙处理可以提高单果质量和单株产量、和果实硬度，降低果实可滴定酸量，改善了水分亏缺对果实产量带来的负面影响。

3）从高效用水及保证品质的角度分析，中水处理结合喷施钙肥是雪瓜灌溉施钙的适宜模式。

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Coupling Irrigation and Calcium Fertilization to Improve Growth,Quality and Yield of Muskmelon

XUE Qimin1,2, DU Taisheng1.2*, YANG Hui1,2, SHI Xinjie1,2, SONG Tianxu1,2, LYU Mingli1,2, ZHANG Zhonghua1,2, ZHANG Dongju1,2

(1. College of Water Resources and Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2. Wuwei Experimental Station for Efficient Water Use in Agriculture, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuwei 733000, China; 3. Huawei Water-saving Technology Group Co., Ltd, Shanghai 201505, China)

【】Melon is one of the most important cash crops in China, and increasing its yield without compromising fruit quality is desirable to melon farmers. The purpose of this paper is to investigate how to achieve this goal by optimizing irrigation and calcium fertilization.【】We used the Tinglin variety as the model plant and compared three irrigations:sufficient irrigation using 220.45 mm of water (W1), and deficit irrigation using 2/3 (W2) and 1/2 (W3) of the water used in W1 respectively; and two calcium fertilizations: 0.68 L/per plant (Ca1) and 0 (Ca0). In each treatment, we measured sugar accumulation, yield and quality of the fruit, as well as the change in its physiological traits.【】①In all treatments, fruit diameter increased asymptotically as time elapsed. ②Sufficient irrigation increased melon size and fruit yield but reduced irrigation water productivity. Imposing a moderate deficit irrigation was optimal for improving both irrigation water use efficiency and fruit quality, but if the deficiency was too severe, the resulting water stress would hinder melon growth and reduce fruit yield as a result. ③Compared with the control without calcium fertilization, applying Ca fertilizer not only increased fruit yield, weight of individual melons and irrigation water productivity, it also increased fruit quality by increasing fruit hardness and reducing titratable acid content in the fruits.【】Irrigation and calcium fertilization both affected melon growth, sugar accumulation, and the ultimate fruit yield and quality. A moderate deficit irrigation combined with calcium fertilization was optimal for improving market value of the muskmelon without compromising its yield.These results have important implications for muskmelon production in northwestern China and in other regions which have similar climate and soil conditions.

calcium fertilization; sugar accumulation; melon;irrigation water using efficiency; fruit quality

1672 - 3317（2021）12 - 0018 - 08

S274.1；S652

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021100

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2021-03-19

上海市科技兴农推广项目（沪农科推字（2018）第3-4号）

薛琪敏（1997-），女。硕士研究生，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail: 344025017@qq.com

杜太生（1975-），男。教授，博士生导师，主要从事农业节水和水资源高效利用研究。E-mail:dutaisheng@cau.edu.cn

责任编辑：白芳芳