基于产量品质和水肥利用效率西瓜滴灌水肥制度优化

李建明，于雪梅，王雪威，张俊威，焦晓聪，黄 茜

·农业水土工程·

基于产量品质和水肥利用效率西瓜滴灌水肥制度优化

李建明，于雪梅，王雪威，张俊威，焦晓聪，黄 茜

（西北农林科技大学园艺学院，杨凌 712100）

实现大棚西瓜量化管理是实现大棚西瓜精准化管理的基础，也是提高产量品质与水肥利用效率的重要途径。以西瓜为试材，在以关中塿土为主的壤土地区采用膜下滴灌的灌溉方式，通过二因子五水平正交旋转组合设计，灌水量依据西瓜蒸腾需水量（Eapotranspiration，ETc）分别设置0.49ETc、0.55ETc、0.70ETc、0.85ETc、0.91ETc 5个水平，施肥量依据目标产量（）分别设置0.50、0.65、1.00、1.35、1.505个水平，共16个处理，测定西瓜相关品质、产量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力；采用主观层次分析法、客观熵权法和基于博弈论的组合赋权法计算各指标权重，用近似理想法建立模型，分析水肥滴灌量对综合评价值的影响。结果表明，水肥协同影响西瓜综合评价值，且灌水量对其影响大于施肥量；综合评价值随水肥施入量增加均呈先升后降的趋势，当灌水量为0.73ETc，施肥量为1.03时，西瓜综合评价值最高，达到0.74。因此，推荐在水肥资源相对充足的关中地区按0.73倍西瓜蒸腾需水量和1.03倍目标产量对西瓜灌溉施肥；而在水资源相对亏缺地区，应适当降低施肥量来提高西瓜综合评价值。

灌溉；肥料；模型；蒸腾蒸发量；灌溉水分利用效率；肥料偏生产力；目标产量

0 引 言

随着生活水平提高，人们对果菜需求量增加，设施园艺产业蓬勃发展，中国设施园艺产量和数量均居世界第一，已成为优势产业[1]。与此同时，水资源稀缺和土壤次生盐渍化现象日趋严重[2]，过量施肥[3]和不合理灌溉[4]现象仍普遍存在，这不仅浪费了水肥资源，提高了裂果、坏果比例，对水肥利用效率、产量和品质产生了消极影响，还增加了病虫害的发生几率，降低了土壤保水保肥能力。因此，实现大棚蔬菜量化管理对蔬菜生产具有至关重要的作用。

西瓜色泽鲜艳，营养丰富，且栽培时间短，收益高，深受人们喜爱[5]。由于其水肥需求量大，过量施肥与不合理灌溉现象严重，加强西瓜水肥管理刻不容缓[3-5]。滴灌施肥可根据西瓜不同生育期对水肥需求不同，分阶段将水肥精准输送到西瓜根部土壤[6]，有效减少农业用水[2]和蔬菜生产体系氮淋溶[7]。Erdem等[8]发现适当降低灌水量可降低果皮厚，也提高西瓜可溶性糖和固形物含量。杨小振等[5]发现在N-P2O5-K2O分别按照163.05-66.85- 202.18 kg/hm2，灌水量按照900 m3/hm2时，西瓜水分利用效率、产量和品质均达到较高水平。郑健等[9]发现小型西瓜在苗期、开花坐果期、膨瓜期和成熟期分别采用0.75（为蒸发皿蒸发量）、0.75、1.25、1.00作为灌水标准时，可同时获得最高产量和最大水分利用效率。但若要同时达到优质、高产、节水、节肥，科学的评价体系必不可少。

西瓜水肥利用效率、产量和品质衡量标准各不相同，但又相互影响。仅凭单一指标无法确定西瓜的最优水肥处理，因此通过主层次分析法[10]、客观熵权法[11]得到水肥利用效率、产量和品质权重，根据基于博弈论的组合赋权法[12]得到综合权重，然后根据近似理想法[13]从优质、高产、节水、节肥四方面出发，确定西瓜水肥投入综合评价值，旨在达到大棚西瓜水肥量化管理目标，从而实现以关中塿土栽培为主的西瓜精准化高效化生产。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年3—6月在杨凌示范区揉谷设施农业基地非对称大跨度塑料大棚进行（108°07′ E，34°28′ N），年均温约12.7℃，年均日照约2 163.8 h，年均降雨量649 mm，年均蒸发量约1 389 mm。大棚长100 m，跨度17 m，脊高4 m，东西走向。土壤类型为关中塿土，土壤质地为壤土，pH值为7.89，硝态氮84.19 mg/kg，有效磷21.47 mg/kg，有效钾183.96 mg/kg。0～100 cm土壤田间持水率为22%～25%，凋萎含水率为8.3%。棚内光照均匀，光照强度和空气温湿度均用物格（ZDR-20 j，Instruments Co.，Ltd.，中国）检测记录。

供试西瓜品种为早佳8424，基肥为活性有机肥（硝态氮451.23 mg/kg，有效磷25.82 mg/kg，有效钾5.86 mg/kg，佳果多，台湾佳果多实业有限公司），整地前均匀撒施48 000 kg/hm2。滴灌追施复合肥为新型高浓度三元素水溶肥，N、P、K有效质量分数均为19%（优果多，台湾共享农业生技股份有限公司）。

采用多功能底吸泵装置滴灌施肥，由输水管道、水源、施肥罐、多功能底吸泵、水表等组成。滴灌带直径16.0 mm，壁厚0.2 mm，滴水口间隔30 cm，滴水口流量1.5 L/h。

1.2 试验设计及对应灌溉施肥量

本试验水、肥2因子各设置5水平，其正交旋转组合设计方案见表1，各重复3次。T9～T16是同一处理的重复，重复间差异体现棚内位置不同环境差异产生的误差。试验小区位于棚中央偏南，与棚南端相距2 m，东西侧各设有2行保护行，棚四周无遮挡。将西瓜生育期划分4个阶段[2]：苗期（3月25日—4月3日）、开花坐果期（4月4日—4月22日）、膨瓜期（4月23日—5月16日）、成熟期（5月17日—6月5日）。根据西瓜不同生育阶段需水规律，采用西瓜需水系数（）和200 mm蒸发皿累计蒸发量（E-20）的乘积计算西瓜蒸腾需水量（Evapotranspiration，ETc），苗期=0.4、开花坐果期=0.8、膨瓜期=1.6、成熟期=0.8[2]。依据式（1）确定灌水量[14]：

=ETc··（1）

式中为灌水量，mm；ETc为西瓜蒸腾需水量，mm；为西瓜—皿系数；为灌溉水量控制面积，m2。

表1 西瓜试验方案设计

注：ETc为西瓜蒸腾需水量（mm）；为目标产量法确定的施肥量（kg·hm-2）。

Note: ETc is the evapotranspiration of watermelon (mm).is the fertilization level determined by the target yield method (kg·hm-2).

依据式（2）确定施肥量：

=K·（2）

式中为施肥量，kg/hm2；K为施肥系数，为目标产量法[15]确定的施肥量，kg/hm2。

分别于4月20日（开花后17 d）、4月27日（开花后24 d）、5月4日（开花后31 d）、5月11日（开花后38 d）进行滴灌追肥。每个处理滴灌管分支处单独安装水表，以便准确观测每次灌水量。将型号为HY.AM3（200 mm）的蒸发皿水平悬挂于植株冠层，每天08:00测定日蒸发量。

试验小区10 m长，1.6 m宽，面积为16 m2。宽窄行吊蔓栽培，单行种植，双蔓整枝，宽行110 cm，覆白色地膜，窄行50 cm，覆黑色底膜，株距40 cm，膜下安装滴灌带。在窄行中起垄，垄顶为平顶，垄高15 cm。2月10日育苗，4叶1心定植，缓苗10 d，每株留1个瓜。为消除处理间水肥渗透的影响，将塑料膜埋70 cm深进行隔离。

1.3 检测指标及方法

将同一授粉日期的西瓜成熟后按处理采摘，每处理选9个瓜，分别计算单株产量和平均单瓜质量。

灌溉水分利用效率（Irrigation Water Use Efficiency，IWUE）（kg/m3）是西瓜产量与灌水量的比值。

IWUE=/（3）

式中为产量，kg/hm2；为灌水量，m3/hm2。

肥料偏生产力（Fertilizer Partial Productivity，PFP）（kg/kg）是西瓜产量与施肥量的比值。

PFP=/（4）

式中为施肥量，kg/hm2。

西瓜纵、横径用游标卡尺测量，其比值为果形指数；将西瓜纵切测皮厚；并分别将中心和边际果实榨汁测品质。

可溶性固形物按照阿贝折光仪（Reichert Technologies，USA）测定，可溶性总糖按照蒽酮比色法[16]，总维生素C按照钼蓝比色法[17]，还原糖按照3，5—二硝基水杨酸法[17]，番茄红素按照分光光度计（Thermo Fisher，USA）法[18-19]，可溶性蛋白按照考马斯亮蓝法[17]测定。

由于水肥利用效率、产量和品质评价指标各不相同，无法直接比较，因此需要进行综合分析。为消除量纲不同所造成的影响，先将西瓜各指标实测值归一化处理，再通过Yaahp 6.0进行对主观权重分析[10]；通过熵权法[11]进行客观权重分析；依据博弈论原理，通过Matlab 6.5求得最终权重[12]；最后根据近似理想法[13]确定西瓜水肥投入综合评价指标，建立西瓜水肥投入综合评价的数学模型，并分析水肥用量对综合评价指标的影响。

1.4 水肥用量分析

统计分析数据运用SPSS 21，显著性检验和方差分析用Tukey法和LSD法（=0.05），运用Excel 2016分析数据，并将分析结果绘图。

2 结果与分析

2.1 不同水肥用量影响西瓜产量和水肥利用效率

2.1.1 不同水肥用量影响西瓜果实形态指标

水肥用量不同，西瓜果实形态差异显著，如表2所示。西瓜纵径在T10处理达到最大，为18.50 cm；其横径在T15和T10处理分别达到17.80和17.73 cm。T2处理西瓜纵、横径均最小，仅为15.14、15.29 cm，与T1、T4、T5、T9、T10、T12、T13、T14、T15、T16处理差异显著（<0.05）。说明水肥协同调控果实纵横径，同时增加或降低水肥投入不会显著影响西瓜果实大小，但增加灌水量的同时减少施肥量，会显著降低果实纵横径。西瓜果形影响西瓜外观品质和消费者的购买欲[5]，但其受栽培品种影响较大，水肥用量对其影响较小。T10处理果形指数最大，果实较长。圆形瓜比椭圆瓜易裂，适当增加圆形西瓜瓜皮厚可延长西瓜贮运时间。T1处理瓜皮最厚，达到9.17 mm，显著高于T6、T7、T8、T9处理（<0.05），便于运输。

2.1.2 不同水肥用量影响西瓜产量和水肥利用效率

西瓜产量高低直接影响农民收入，也调控着水肥利用效率的高低，如表3所示。T10处理西瓜产量最高，达到48 901.04 kg/hm2；T1、T5、T12～T16处理与T10处理产量上差异不显著（＞0.05）。T8处理产量最低，仅为30 171.88 kg/hm2。

西瓜灌溉水分利用效率（IWUE）最高的处理为T6处理，由T5、T6、T9～T16处理可以看出，在施肥量一致的情况下，灌溉越多，IWUE越低。水肥协同调控IWUE，在灌水量一致的情况下，由T1、T2处理可以看出，若采用高水处理，则在施肥量高时，IWUE更高；由T3、T4处理可以看出，若采用低水处理，则在施肥量低时，IWUE更高。T6、T4处理尽管IWUE较高，但此时产量较低，在实际生产中不受人们青睐。T9～T16处理在高产的同时，IWUE保持在较高水平，这不仅使灌溉水得以高效利用，还使棚内空气湿度和病虫害得到有效防治。

表2 不同水肥用量对西瓜果实形态指标的影响

注：同列不同字母为差异显著（<0.05）。下同。

Note: Different letters in the same column are significant differences (<0.05). Same below.

表3 不同水肥处理对西瓜灌溉水分利用效率、产量和肥料偏生产力的影响

西瓜肥料偏生产力（PFP）最高的为T4处理。由T7、T8、T9～T16处理可以看出，PFP随施肥量增加而降低。水肥协同调控PFP，在施肥量相同的情况下，由T1、T3处理可以看出，若采用高肥处理，则在浇水量高时，PFP更高；由T2、T4处理可以看出，若采用低肥处理，则在浇水量低时，PFP更高。T4、T8处理尽管PFP较高，但此时产量较低，在实际生产中往往不被采纳。T9～T16处理在保证高产的同时，PFP保持在较高水平，这不仅有利于提高肥料利用的经济效益，还能改善土壤状态，有效减少土壤次生盐渍化现象的发生。

2.2 不同水肥用量影响西瓜品质指标

2.2.1 不同水肥用量影响西瓜单一品质指标

西瓜口感受多项品质指标影响，各指标间差异如表 4所示。可溶性总糖在T1处理高达132.02 g/kg，在T6处理低至38.82 g/kg。还原糖质量分数在T11、T13、T15处理中最高，达到1.18%，而在T4处理中仅达到0.63%。可溶性固形物均在T1处理达到最高，其边际和中心值分别为11.53%和12.70%，且西瓜甜度均匀，中边差最小。现如今，大众对西瓜的要求不仅局限在其风味指标，越来越关注其营养价值。总维生素C质量分数在T15处理中达到最高，为12.56 mg/g，而在T4处理中仅为5.14 mg/g。可溶性蛋白质量分数在T5和T7处理中高达2.35 mg/g，而在T1处理中仅为1.39 mg/g。番茄红素质量分数在T5处理最高，达到48.45 mg/kg，但在T4处理中仅有28.60 mg/kg。现如今，大众对于品质的要求日益提升，但西瓜果实单一品质指标的最优水肥用量不尽相同，因此，西瓜综合评价指标的建立至关重要。

表4 不同水肥处理对西瓜品质的影响

2.3 不同水肥用量影响西瓜产量、水肥利用效率和品质指标

2.3.1 综合评价值确立

由于水肥利用效率、产量和品质的最优水肥用量各不相同，因此需要综合分析。

通过主层次分析法[10]得到产量占最高权重，达到0.319；其次为番茄红素权重，达到0.153；可溶性总糖权重占0.129；中心总可溶性固形物权重占0.090；总维生素C权重占0.071；PFP和IWUE权重相同，均为0.064；可溶性蛋白与边际总可溶性固形物权重相似，均为0.040；还原糖权重最低，仅为0.030。

通过熵权法[11]得到可溶性总糖权重高达0.229；其次为总维生素C权重，达到0.207；肥料偏生产力权重为0.167；还原糖权重0.134；可溶性蛋白权重占0.090；灌溉水分利用效率权重占0.076；产量权重占0.050；番茄红素权重占0.041；可溶性固形物权重最低，其边际和中心值仅为0.004和0.002。

由于权重在主层次分析法[10]与熵权法[11]截然不同，依据博弈论原理，通过组合赋权[12]得到综合权重。产量所占权重最高，达到0.188；可溶性总糖权重可达0.178；总维生素C权重占0.137；肥料偏生产力权重为0.114；番茄红素权重占0.099；还原糖权重达0.081；灌溉水分利用效率权重占0.070；可溶性蛋白权重为0.064；而可溶性固形物权重较低，其中心和边际值仅达到0.047和0.023。

根据近似理想法[13]从优质、高产、节水、节肥四方面出发，确定西瓜综合评价值排序由高到低为：T9～T16、T1、T5、T4、T7、T8、T3、T2、T6，如表5所示。水肥编码值为（0，0）时，西瓜综合评价值最高，综合水肥利用效率、产量和品质最好；水肥编码值为（1，1）次之；水肥编码值为（-1.414，0）时，西瓜综合评价值最低，综合水肥利用效率、产量和品质最差。由T1、T4、T3、T2可知，水肥协同调控西瓜综合评价值，高水高肥优于低水低肥，低水低肥优于低水高肥和高水低肥；因此，在水资源短缺地区，建议采用降低施肥量的方式来提高西瓜综合评价值。表5各处理贴合度（C）排序与可溶性总糖（13）排序、还原糖（14）排序、总维生素C（16）排序、可溶性蛋白（17）排序和产量（21）排序的相关性均达到极显著水平（<0.01），与边际总可溶性固形物（12）排序达到显著水平（<0.05），表明利用TOPSIS法确定水肥用量对西瓜综合评价指标的影响是可靠的。

2.3.2 回归模型建立

通过对不同水肥用量下西瓜水肥利用效率、产量和品质综合分析，得到西瓜综合评价指标对水肥用量的回归方程为

1=0.728+0.0611+0.0252-0.13012-0.15622+0.07312（5）

式中1表示水肥用量对水肥利用效率、产量和品质的综合评价值；1、2分别表示水、肥用量编码值。

显著性检验表明回归极显著，模型=78.61>0.01（5,3）=28.24；决定系数2=0.975；（模型）=0.0001<0.01，模型极显著；（1）=0.0001<0.01，（2）=0.0387<0.05，1、2项系数显著，说明水肥二因素对综合评价指标十分重要；（12）=0.0001<0.01，（22）=0.0001<0.01，12、22项系数极显著；（12）=0.0005<0.01，12项系数极显著，说明水肥二因素交互影响西瓜综合评价指标。

注：11表示中心总可溶性固形物，12表示边际总可溶性固形物，13表示可溶性总糖，14表示还原糖，15表示番茄红素，16表示总维生素C，17表示可溶性蛋白；21表示产量，22表示灌溉水分利用效率，23表示肥料偏生产力；-代表逆理想解，+代表理想解；-代表逆理想解和处理间距离，+代表理想解和处理间距离；C是贴合度；2是各指标与综合指标的决定系数；*为5%的显著水平，* *为1%的极显著水平。

Note:11is the central total soluble solids,12is the marginal total soluble solids,13is the total soluble sugar,14is the reducing sugar,15is the lycopene,16is the total vitamin C,17is the soluble protein.21is the yield,22is the irrigation water use efficiency,23is the fertilizer partial productivity.-is the inverse ideal solution,+is the ideal solution.-is the distance between the inverse ideal solution and the treatment,+is the distance between the ideal solution and the treatment.Cis the degree of fit.2is the decisive coefficient between each index and the comprehensive evaluation indexes. * is significant at 5 %, ** is significant at 1%.

式（5）中1、2项系数大小反映灌水量、施肥量对西瓜综合评价指标影响的大小，其正负反映灌水量、施肥量对西瓜综合评价指标影响的正负[20]，由此可知，水肥二因子对西瓜综合评价指标具有显著促进效应，并且水的促进效应大于肥。交互项系数为正值，说明水肥二因子协同促进西瓜综合评价指标。

2.3.3 水肥用量对西瓜综合评价指标的单因素效应分析

为探究水肥单因子对西瓜综合评价指标的影响，对上述模型降维[21-22]，得到灌水量和施肥量对西瓜综合评价指标的单因素效应函数式，分别为

1=0.728+0.0611-0.13012（6）

2=0.728+0.0252-0.15622（7）

式中1、2分别表示水、肥用量对西瓜综合评价指标影响的单因素效应函数。

分别将灌水量与施肥量对西瓜综合评价指标的影响作图如图1，西瓜综合评价指标均为开口向下的抛物线，随水肥施入量增加，综合评价指标呈现先升后降的趋势，说明水肥二因素符合报酬递减规律，当水分编码值1为0.23、肥料编码值2为0.08时，西瓜综合评价值最高；若水肥用量超过此范围，西瓜综合评价值降低。

2.3.4 水肥用量对西瓜综合评价指标的边际效应分析

通过对灌水量、施肥量影响西瓜综合评价指标的单因素效应函数求导，得到灌水量、施肥量调控西瓜综合评价指标的边际效应函数为

1′=0.061-0.2601（8）

2′=0.025-0.3122（9）

式中1′、2′分别表示西瓜综合指标评价值对水、肥用量的边际效应函数。

由图2可知，西瓜边际综合评价指标随水肥用量的增加而降低。当水分编码值为-1.414～0.23，肥料编码值为-1.414～0.08时，可促进西瓜综合评价指标提升；水肥编码值超过该范围后对西瓜综合评价指标均具有抑制效果。

图2 水肥用量对西瓜综合评价指标的边际效应

2.4 不同水肥用量对西瓜水肥利用效率、产量和相关品质的模拟寻优

西瓜综合评价指标随水肥施入量呈开口向下的抛物面，如图3所示。当灌水量不变时，随施肥量增加，西瓜综合评价指标先升后降；当施肥量不变时，随灌水量增加，西瓜综合评价指标先升后降。中水中肥处理使综合评价指标维持在较高水平，说明水肥用量过高或过低均不利于综合评价西瓜水肥利用效率、产量和品质指标。水肥协同影响西瓜综合评价指标，高水高肥、低水低肥处理所形成的综合评价值高于高水低肥、低水高肥处理所形成的综合评价值；因此，在水资源短缺地区，建议采用适当降低施肥量的方式来提高西瓜综合评价值。通过上述模型综合评价寻优，得出水肥二因素对西瓜水肥利用效率、产量和品质的影响，在水分编码值为0.23，肥料编码值为0.08时，即灌水量按0.73倍西瓜蒸腾需水量（ETc），施肥量按1.03倍目标产量（）法算得的施肥量时，西瓜综合评价值最高，达到0.74。

图3 水肥指标对西瓜综合评价指标的耦合效应

3 讨 论

灌水量与施肥量是作物生长发育中至关重要的两大因素，合理的水肥调控有利于西瓜健康生长，从而实现大棚西瓜量化管理；不合理的水肥调控严重阻碍西瓜生长，导致低产、劣质，甚至致其死亡[23]。本文通过不同水肥用量，确定水肥利用效率、产量和品质综合评价值对水肥用量的响应。

试验结果表明，不同水肥用量下西瓜水肥利用效率、产量和品质不同。西瓜综合评价指标随水肥用量增加呈先升后降的趋势，这与多人研究结果相似，李建明等[20]发现番茄产量随水肥施入量增加呈现开口向下的抛物线函数；张爽等[24]发现西瓜产量随有机肥施入量先增后减。水肥投入过高或过低均降低综合评价值，可能由于水肥对叶绿素含量增加有拮抗作用[25]，因而导致光合速率降低[20]，西瓜生长减弱，果实产量品质降低，综合评价值下降。合理的水肥调控是提高综合评价值的关键[26]。水肥协同影响西瓜综合评价指标，高水高肥、低水低肥处理所形成的综合评价值高于高水低肥、低水高肥处理所形成的综合评价值。高水低肥的灌溉施肥模式对果实品质形成“稀释效应”[27]；低水高肥的灌溉施肥模式严重降低果实产量[28-30]。适当水分亏缺有利于西瓜综合评价值提高，Pérez-Pastor等[31]表明适当水分亏缺能增加根长和根面积；Erdem等[8]发现适当降低灌水量可降低果皮厚，也提高西瓜可溶性糖和固形物含量；Abdelkhalik等[32]表明西瓜成熟期减少灌水量可提高果实色度。但灌水量过低会影响植株生长，从而降低产量[31-33]；土壤亏水诱导植物根部产生脱落酸，伴随水分运移将此信号传至叶片，植物为自我保护降低气孔开度和蒸腾速率；同时光合底物减少，光合速率也随之降低，植株生长减慢，果实产量降低[31-33]。高水则对果实形成“稀释效应”，从而降低品质[27]。因此，合理调控灌水量至关重要。

土壤持水能力和其理化性质是植物生长发育和产量形成的重要保证[34]。植物吸收、转运、利用养分取决于土壤和植物水分状况，因而肥料的吸收和利用离不开土壤水分状况[35]，这在一定程度上解释了本研究结果水分对综合评价值的影响大于肥料。土壤结构和质地影响比水容量、土壤饱和含水量和田间持水量等土壤持水能力[36-38]。本试验发现灌水量为0.73ETc时，西瓜综合评价值最高，这与龚雪文等[14]得到的华北地区最佳灌水量为0.75E-20（20 cm蒸发皿蒸发量）相似，可能由于两地区土壤结构和土壤质地相似且田间持水率均在21%～25%之间，因而灌水量大致相同。当栽培土壤为黏质土壤时，模型使用过程中应适当降低灌溉量；而面对砂质土壤时，模型使用过程中应适当增加灌溉量。本模型主要适用于关中塿土栽培下大棚西瓜水肥滴灌量化管理，由于植物需水量受土壤质地影响较大[36-38]，对不同土质下植株的需水研究有待加强。本试验通过测定水肥利用效率、产量和品质等多项指标，并结合主客观分析，最终求得最佳水肥用量，对实现以关中塿土栽培为主的大棚西瓜量化管理和精准化管理具有指导作用。

4 结 论

1）通过主层次分析法、客观熵权法得到水肥利用效率、产量和品质各指标权重，然后根据基于博弈论的组合赋权法得到综合权重。产量所占权重最高，达到0.188；可溶性总糖权重可达0.178；总维生素C权重占0.137；肥料偏生产力权重为0.114；番茄红素权重占0.099；还原糖权重达0.081；灌溉水分利用效率权重占0.070；可溶性蛋白权重为0.064；而可溶性固形物权重较低，其中心和边际值仅达到0.047和0.023。

2）通过TOPSIS法建立水肥量化指标对西瓜综合评价指标的回归模型，对实现以关中塿土栽培为主的大棚西瓜量化管理具有指导作用。水肥用量显著影响西瓜综合评价指标，且灌水量对综合评价指标的影响大于施肥量。

3）通过综合评价寻优，得出水肥量化指标对西瓜水肥利用效率、产量和品质的综合调控，在水分编码值为0.23，肥料编码值为0.08时，即灌水量按0.73倍西瓜蒸腾需水量，施肥量按1.03倍目标产量法算得的施肥量时，西瓜综合评价值最高，达到0.74。因此，推荐在水肥资源相对充足的关中地区按0.73倍西瓜蒸腾需水量和1.03倍目标产量对西瓜灌溉施肥。

4）水肥协同影响西瓜综合评价指标，高水高肥、低水低肥处理下综合评价值优于高水低肥、低水高肥处理下的综合评价值；因此，在水资源短缺地区，建议适当降低施肥量来提高西瓜综合评价值。

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Optimization of fertigation scheduling for drip-irrigated watermelon based on its yield, quality and fertilizer and water use efficiency

Li Jianming, Yu Xuemei, Wang Xuewei, Zhang Junwei, Jiao Xiaocong, Huang Qian

(,,712100,)

In order to improve yield, quality, irrigation water use efficiency and fertilizer partial productivity of watermelon, a precise management of water and fertilizer is necessary to enhance its production under greenhouse. In this experiment, drip irrigation method was used in loam soil of Guanzhong, China. The experiment was designed as a two-factor factorial with orthogonal rotation combination. The irrigation amount consisted of 0.49, 0.55, 0.70, 0.85, and 0.91 times the watermelon evapotranspiration, and the fertilizer application rate was 0.50, 0.65, 1.00, 1.35, and 1.50 times the fertilizer application rate calculated by target yield method. There were a total of 16 treatments and each replicated three times. The weight of each index was calculated by subjective analytic hierarchy process, objective entropy weight method and combined weighting method based on game theory. A comprehensive evaluation model was established by analyzing the effect of drip fertilization on the comprehensive evaluation value through approximate ideal method. The results showed that the largest fruit cross and longitudinal section diameter (17.80 and 18.50 cm), the lower sugar content and total vitamin C content (1.18% and 12.56 mg/g) and yield (48 901.04 kg/hm2) were observed in the treatment with irrigation level of 0.70 times the evapotranspiration of watermelon and the fertilization level of 1.00 times the target yield. The smallest fruit cross and longitudinal sections diameter (15.29 and 15.14 cm) were obtained in the treatment of irrigation with 0.85 times the evapotranspiration and fertilization with 0.65 times the target yield. The lowest yield (30 171.88 kg/hm2) was observed in the treatment of irrigation with 0.70 times evapotranspiration and fertilization with 0.50 times the target yield. Irrigation water use efficiency and fertilizer partial productivity showed a downward trend with the increase of irrigation and fertilizer levels. The highest irrigation water use efficiency was in the treatment of irrigation with 0.49 times evapotranspiration and fertilization with 1.00 times the target yield. The highest fertilizer partial productivity was in the treatment of irrigation with 0.55 times evapotranspiration and fertilization with 0.65 times the target yield. The comprehensive evaluation indexes of watermelon revealed a downward parabolic graph in relation to irrigation and fertilization levels. When the irrigation amount was constant, the comprehensive evaluation indexes increased and then decreased with the increase of fertilization level. Moreover, a similar trend was observed with changing irrigation level under constant fertilization level The highest comprehensive evaluation indexes of watermelon (0.74) were obtained in the irrigation level at 0.73 times the evapotranspiration of watermelon and the fertilization level at 1.03 times the target yield. In addition, the irrigation and fertilization levels synergistically affected the comprehensive evaluation indexes of watermelon. The comprehensive evaluation indexes were high for the treatment of higher irrigation with higher fertilization level and lower irrigation level with lower fertilization level. The effect of irrigation level on the comprehensive evaluation indexes of watermelon was larger than that of fertilization. Thus, irrigation level at 0.73 times the evapotranspiration of watermelon and fertilization at 1.03 times the target yield were recommend for the drip fertilization of watermelons in Guanzhong soil where the water and fertilizer resources are relatively abundant. In areas where water resources are relatively scarce, the fertilization level should be appropriately decreased.

irrigation; fertilizers; models; evapotranspiration; irrigation water use efficiency; fertilizer partial productivity; target yield

李建明，于雪梅，王雪威，等. 基于产量品质和水肥利用效率西瓜滴灌水肥制度优化[J]. 农业工程学报，2020，36(9)：75-83. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.009 http://www.tcsae.org

Li Jianming, Yu Xuemei, Wang Xuewei, et al. Optimization of fertigation scheduling for drip-irrigated watermelon based on its yield, quality and fertilizer and water use efficiency[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(9): 75-83. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.009 http://www.tcsae.org

2019-10-18

2020-02-10

国家大宗蔬菜产业技术体系岗位专家项目（CARS-23-C05）；陕西省设施瓜菜水肥精准管理技术研究与示范项目（LMZD201802）；陕西省不同地区农业设施结构设计标准及栽培模式研究项目（SNXY002）

李建明，教授，博士，博士生导师，主要从事设施作物生理生态研究。Email：lijianming66@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.009

S275.6；S627；S651；S365

A

1002-6819(2020)-09-0075-09