覆盖材料对西瓜光合特性、产量和品质的影响

张小红，鄢 铮，彭 琼

（福州市农业科学研究所，福州 350018）

0 引言

西瓜地膜覆盖栽培在中国始于20世纪80年代，最早使用的是透明聚乙烯地膜，随后发展出黑色膜[1-2]、银灰色膜[3-4]、除草膜[5]、降解膜[6-8]等多种地膜，但目前生产上应用最普遍的仍是透明聚乙烯地膜。由于透明聚乙烯地膜的高分子难分解属性，生产上大量废弃的地膜残余在土壤中数百年都难以降解，造成严重的“白色污染”，亟需寻找一种可替代聚乙烯地膜的既环保又增产的覆盖材料。已有研究大多集中在覆盖材料对西瓜生长、品质、产量的影响[9-11]，以及对土壤酶活性[12-13]、水肥热动态变化[14-15]、经济效益[16-17]等方面的影响。关于覆盖材料对西瓜光合特性影响方面的报道不多。光合作用是作物生长过程中最重要的生理进程，与作物的产量和品质密不可分。笔者选取菇渣、液态膜、黑色防草无纺布（可降解）等具有可降解、无污染等特点的覆盖材料应用在西瓜栽培上，以透明聚乙烯地膜为对照，综合比较4种覆盖材料对西瓜生长时期的光合特性、产量和品质的影响，以期筛选出兼具环保与增产功能的覆盖材料，为绿色西瓜产业的可持续发展提供一定技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试西瓜品种‘惠兰’由农友种苗（中国）有限公司选育。

供试覆盖材料：（1）透明聚乙烯地膜（腾飞农资线上工厂店），以下简称白膜，厚0.008 mm（0.8丝），宽2 m，成本约2070元/hm2；（2）液态膜（连云港市金河液态地膜厂），成本约2250元/hm2，3个月完全降解；（3）黑色防草无纺布（伊布尔新材料有限公司），材料为聚丙烯丙纶，规格为70 g/m2，宽2 m，成本约6000元/hm2，6个月完全降解；（4）菇渣，海鲜菇收获后的废弃菇渣，由福州市农业科学研究所食用菌研究室提供。

1.2 试验处理

试验于2021年3—6月在福州市农业科学研究所试验地进行。试验设置4个不同覆盖处理。T1（对照）覆盖材料为白膜，T2覆盖材料为液态膜，T3覆盖材料为黑色防草无纺布（可降解），T4覆盖材料为菇渣，覆盖厚度2 cm。设置4个处理3次重复，每个小区面积为42 m2，随机区组排列。3月31日采用穴盘播种，试验地整畦施肥后，畦面覆盖上述4种不同覆盖材料。4月27日定植，株距80 cm，双蔓整枝，每株留2个瓜，其余田间管理方法同常规。6月22日果实采收。

1.3 光合作用气体交换参数的测定

采用美国LI-COR公司生产的LI-6400XT便携式光合作用测量系统开展西瓜光合作用气体交换参数的测定，选择在晴朗天气的9:00—11:00进行。在西瓜生长的伸蔓期（5月13日）、始花期（5月27日）和膨瓜期（6月10日），选取各处理中长势基本一致的植株10株，选择植株顶端向下第4片功能叶进行净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和水汽压亏缺(Vpd)等气体交换参数测定，重复3次。

1.4 果实产量与品质的测定

在果实收获期，统计各处理小区收获的坐果数和小区产量，计算出平均单果质量，通过小区产量折算出每平方米产量。选取各处理中长势基本一致的植株10株，采用数显测糖仪测定同一天开雌花的成熟西瓜的中心、边际可溶性固形物含量和Vc含量，重复3次。Vc含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定[18]。

1.5 数据统计分析

采用Excel 2010进行数据统计，采用DPS 13.0和SPSS 13.0进行显著性差异分析和数据相关性分析。

2 结果与分析

2.1 覆盖材料对西瓜叶片Pn的影响

由表1可知，随着生长期的推进，各处理的西瓜叶片Pn值均呈现先升后降的趋势，始花期的Pn值均为最高。其中，T3处理的Pn值在3个生长期均极显著高于其他处理，伸蔓期比CK增加了22.55%，始花期比CK增加了12.47%，膨瓜期比CK增加了57.53%；T2处理的Pn值在3个生长期均极显著低于CK；T4处理的Pn值在伸蔓期和膨瓜期均与CK无显著性差异，在始花期则极显著低于CK。

表1 覆盖材料对西瓜叶片Pn的影响 μmol/(m2·s)

2.2 覆盖材料对西瓜叶片Gs的影响

由表2可知，随着生长期的推进，各处理的西瓜叶片Gs值均呈现不断下降的趋势，伸蔓期的Gs值均为最高。其中，T3处理的Gs值在3个生长期均极显著高于其他处理，伸蔓期比CK增加了33.33%，始花期比CK增加了31.03%，膨瓜期比CK增加了44.00%；T2处理的Gs值在3个生长期均极显著低于CK；T4处理的Gs值在伸蔓期与CK无显著性差异，在始花期极显著高于CK，在膨瓜期则极显著低于CK。

表2 覆盖材料对西瓜叶片Gs的影响 mol/(m2·s)

2.3 覆盖材料对西瓜叶片Ci的影响

由表3可知，随着生长期的推进，各处理的西瓜叶片Ci值均呈现先降后升的趋势，T1(CK)和T4处理在伸蔓期的Ci值为最高，T2和T3处理值则在膨瓜期为最高。其中，T3处理的Ci值在伸蔓期和始花期极显著低于T4处理，极显著高于CK和T2处理，在膨瓜期则极显著高于其他处理，伸蔓期比CK增加了3.48%，始花期比CK增加了22.41%，膨瓜期比CK增加了7.58%；T2处理的Ci值在3个生长期均极显著低于CK；T4处理的Ci值在伸蔓期和始花期极显著高于CK，在膨瓜期则显著低于CK。

表3 覆盖材料对西瓜叶片Ci的影响 μmol/mol

2.4 覆盖材料对西瓜叶片Tr的影响

由表4可知，随着生长期的推进，各处理的西瓜叶片Tr值均呈现先升后降的趋势，始花期的Tr值均为最高。其中，T3处理的Tr值均极显著高于其他处理，伸蔓期比CK增加了15.61%，始花期比CK增加了26.75%，膨瓜期比CK增加了9.67%；T2处理的Tr值在3个生长期均极显著低于CK；T4处理的Tr值在伸蔓期和膨瓜期极显著低于CK，在始花期则极显著高于CK。

表4 覆盖材料对西瓜叶片Tr的影响 mmol/(m2·s)

2.5 覆盖材料对西瓜叶片Vpd的影响

由表5可知，随着生长期的推进，各处理的西瓜叶片Vpd值均呈现先升后降的趋势，始花期的Vpd值均为最高。其中，T3处理的Vpd值在3个生长期均极显著低于其他处理，伸蔓期比CK减少了13.28%，始花期比CK减少了12.83%，膨瓜期比CK减少了15.08%；T2处理的Vpd值在3个生长期均极显著高于其他处理；T4处理的Vpd值在伸蔓期极显著低于CK，在始花期极显著高于CK，在膨瓜期显著低于CK。

表5 覆盖材料对西瓜叶片Vpd的影响 kPa

2.6 覆盖材料对西瓜果实产量与品质的影响

由表6可知：（1）在各处理中，产量最高的是T3处理，极显著高于其他处理，比CK增加了23.99%；T2和T4处理产量均极显著低于CK；产量最低的是T2处理，比CK降低了36.19%。（2）中心和边际可溶性固形物含量最高的是T3处理，极显著高于其他处理，中心可溶性固形物含量比CK增加了2.05%，边际可溶性固形物含量比CK增加了3.96%；T2和T4处理均极显著低于CK；最低的是T2处理，中心可溶性固形物含量比CK降低了38.36%，边际可溶性固形物含量比CK降低了49.50%。（3）Vc含量最高的是T3处理，与CK无显著差异，极显著高于T2和T4处理；Vc含量最低的是T2处理，比CK降低了25.75%。（4）T4处理的果肉空心，其余处理的果肉肉质紧密。

表6 覆盖材料对西瓜产量和品质的影响

2.7 覆盖处理西瓜产量与光合特性指标的相关性分析

由表7可知，不同覆盖处理的西瓜产量与Pn、Tr和Vpd值呈极显著正相关关系，与Gs、Ci值呈正相关，未达到显著水平；Pn与Tr值呈极显著正相关关系，与Gs、Vpd值呈正相关，与Ci值呈负相关，均未达到显著水平；Ci值与Vpd值呈极显著负相关关系，与Tr值呈负相关，未达到显著水平；Tr与Vpd值呈正相关，未达到显著水平。

表7 覆盖处理西瓜产量与光合特性指标的相关性分析

3 结论与讨论

福建地区西瓜春季栽培时常遇到积温不足导致发育迟缓的问题，生产上利用地膜覆盖可以起到增温保墒、减少田间蒸发、促进植株生长的作用[19-21]。目前已报道的西瓜栽培覆盖材料有黑膜、白膜、有色地膜、可降解地膜，还有稻草[22]、砂砾石覆盖[12,23]等，不同覆盖材料的保温保湿性和透光率各有差异[14,20]。

本试验结果表明，黑色防草无纺布的覆盖效果优于白膜、液态膜和菇渣，果实产量、可溶性固形物和Vc含量均极显著高于其他处理。这可能是由于黑色防草无纺布特有的材质特点，可以更好地吸收太阳热量保温、以及保持土壤疏松状态和微生物菌群的正常活动，更有利于根系和地上部的协调生长。相对于白膜还可起到更好的防止杂草生长的作用，而且此类无纺布环保可降解，不会造成环境污染。这与李婷等[10]的研究结论一致。液态膜覆盖的植株生育期间生长缓慢，果实品质和产量也较差，可能是由于液态膜保水性和保温性较差，这与杨军等[16]的研究结论不同。菇渣覆盖的透气性好，但保温保湿效果不及白膜，果实发育期间积温不足可能是导致果实普遍出现空心问题的原因。

采用不同覆盖材料栽培的西瓜产量有显著差异，这与植株的光合作用能力息息相关。植株在光合作用过程中，CO2从空气中向叶绿体光合部位扩散[24]，会受到周围环境、田间小气候的影响。畦面添加覆盖物栽培会直接影响光热、温度、湿度等田间小气候变化，进而影响到田间小环境中植株整体的光合作用。本试验结果表明，黑色防草无纺布覆盖处理的植株叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)均极显著高于其他处理，胞间CO2浓度(Ci)极显著高于对照，水汽压亏缺(Vpd)极显著低于其他处理。相关性分析表明，不同覆盖处理的西瓜产量与Pn、Tr和Vpd值呈极显著正相关关系，Pn与Tr值呈极显著正相关关系。

引起净光合速率变化的因素包括气孔因素和非气孔因素[25-27]。本试验测得的光合速率与Gs、Ci、Vpd的相关性都不显著，因此推测本试验的覆盖材料不会对西瓜植株产生胁迫作用。Pn与Tr值的正相关系数为0.92**，说明覆盖栽培有利于蒸腾作用，蒸腾速率提高可加速植株体内的水分传导和矿物质运输，使CO2分子出气孔反向进入植物体内，从而提高光合速率[28]。Vpd对温度变化敏感，温度升高会导致Vpd增大，而Vpd增大又会影响气孔，导致Gs变小，阻碍叶片对环境中CO2的吸收，这可能是高温限制植物光合作用的原因之一[29]。本试验测得的西瓜产量与Vpd值的正相关系数为0.95**，说明添加覆盖物具有较好的协调田间小气候的作用，不易产生高温抑制光合作用、抑制植株生长的反作用。Pn、Gs、Ci、Tr、Vpd等光合特性相关指标可用作衡量西瓜产量的生理指标。

综上所述，黑色防草无纺布处理的西瓜植株生长势和光合作用能力强、产量高、品质好，虽然成本比白膜高，但从环保省工、生态效益等角度考虑[30]，建议在西瓜生产上推广使用黑色防草无纺布作为覆盖栽培材料。本试验只探讨了不同覆盖材料对西瓜光合特性、产量和品质的影响，关于其对土壤理化性状、微生物菌群的影响有待继续开展相关试验工作。