滴灌水肥條件對(duì)櫻桃產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤理化性質(zhì)的影響

李憑峰 譚 煌 王嘉航 楊培嶺

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京100083)

滴灌水肥條件對(duì)櫻桃產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤理化性質(zhì)的影響

李憑峰 譚 煌 王嘉航 楊培嶺

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京100083)

以櫻桃果樹(shù)為研究對(duì)象，通過(guò)滴灌對(duì)植株進(jìn)行灌溉施肥，設(shè)置9個(gè)不同水、肥量的試驗(yàn)處理，測(cè)定了櫻桃果園土壤水分和理化性質(zhì)，同時(shí)測(cè)定不同處理下櫻桃果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)，綜合分析了土壤養(yǎng)分各指標(biāo)與櫻桃果實(shí)微量元素之間的線性關(guān)系，引入Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對(duì)土壤養(yǎng)分各指標(biāo)與果實(shí)品質(zhì)各指標(biāo)作了敏感性分析。結(jié)果表明:不同水分處理下，在櫻桃整個(gè)生育期內(nèi)，土壤含水率呈下降趨勢(shì)，在灌水時(shí)期，灌水越多，淺層土壤含水率越高，而對(duì)較深層次土壤含水率無(wú)明顯影響。試驗(yàn)處理下的水肥條件能顯著提高櫻桃果實(shí)品質(zhì)，較高施肥量能提高果實(shí)果徑;適當(dāng)灌水量能顯著提高果實(shí)硬度;較高施肥量和較低灌水量能降低可滴定酸含量;較低灌水量和施肥量能提高可溶性固形物含量;中等施肥量和較低灌水量能提高粗蛋白的含量;較低灌水量和較低施肥量能提高果實(shí)內(nèi)維生素C含量;適當(dāng)灌水量以及較低施肥量能提高可溶性總糖含量。土壤中銨態(tài)氮與硝態(tài)氮含量處于不穩(wěn)定狀況，養(yǎng)分變化無(wú)明顯規(guī)律;土壤各養(yǎng)分指標(biāo)中，有機(jī)質(zhì)含量與果實(shí)內(nèi)全鐵含量正相關(guān);有效銨態(tài)氮含量與全氯含量呈正相關(guān);有效硝態(tài)氮含量與果實(shí)內(nèi)全鈣、全鋅、全氯含量呈正相關(guān);有效磷含量與全鐵含量正相關(guān);速效鉀含量與全鈣含量呈負(fù)相關(guān)。土壤養(yǎng)分中，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量與果實(shí)品質(zhì)中的大多數(shù)指標(biāo)有著密切聯(lián)系。

櫻桃;滴灌施肥;果實(shí)品質(zhì);土壤養(yǎng)分;層次分析法

引言

滴灌施肥技術(shù)具有顯著的省水、省肥、省工等效果。諸多學(xué)者研究表明，滴灌施肥技術(shù)可以提高果實(shí)品質(zhì)［1］。路永莉等［2］和高義民等［3］在渭北旱原的試驗(yàn)研究表明，與傳統(tǒng)的地面灌溉配合施肥相比，滴灌施肥技術(shù)不僅不會(huì)使蘋果減產(chǎn)，還能增產(chǎn)13.0%，另外還有助于提高果實(shí)品質(zhì)，果實(shí)硬度增加了10.6%，糖酸比提高了19.1%，果實(shí)中N、P、K累積量分別提高了36%、75.3%和44.8%，值得注意的是，當(dāng)施肥量減少50%時(shí)，并未導(dǎo)致減產(chǎn)。周罕覓等［4］在半干旱地區(qū)研究了水肥精準(zhǔn)管理模式下蘋果幼樹(shù)生理特性和水分生產(chǎn)率對(duì)不同水肥的響應(yīng)，結(jié)果表明水肥耦合的交互效應(yīng)更能提高水分生產(chǎn)率。

滴灌條件下櫻桃果樹(shù)的水肥試驗(yàn)研究較少，本文通過(guò)水量和肥量各設(shè)置不同的3個(gè)梯度，共9個(gè)試驗(yàn)處理，探究不同水肥組合對(duì)土壤水分和化學(xué)性質(zhì)的影響。研究不同處理對(duì)櫻桃產(chǎn)量、果徑、硬度、維生素C含量、可溶性固形物含量等指標(biāo)的影響。將土壤養(yǎng)分指標(biāo)與果實(shí)所測(cè)上述指標(biāo)聯(lián)系起來(lái)，分析土壤養(yǎng)分指標(biāo)與微量元素的相關(guān)關(guān)系，并進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)與土壤養(yǎng)分指標(biāo)的敏感性分析。進(jìn)一步明確土壤中養(yǎng)分對(duì)果實(shí)品質(zhì)提升的貢獻(xiàn)率，以期為櫻桃果園科學(xué)灌水施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于北京市通州區(qū)于家務(wù)鄉(xiāng)(39°42'30″N、116°41'27″E)，屬北溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸季風(fēng)氣候區(qū)。多年平均氣溫11.5℃，日照時(shí)數(shù)2 250～2 600 h，無(wú)霜期185～190 d，多年平均降水量520mm。多年平均天然水面蒸發(fā)量1 140mm。降水呈現(xiàn)年際變化大、年內(nèi)集中的特點(diǎn)，汛期為6—9月份，一般汛期降水量占全年降水量的80%以上。凍土層深度80 cm。供試品種為 3年生紅燈櫻桃(Prunus avium)。

1.2 試驗(yàn)區(qū)布置方案

1.2.1 試驗(yàn)布置

所選用地塊面積約為0.67 hm2。種植行距、株距為4m×4m，每個(gè)小區(qū)為3棵×6棵。試驗(yàn)施肥裝置采用海卓公司生產(chǎn)的AquaBlend型比例施肥泵。

灌溉方式采用滴灌，滴灌管采用雙行布置，滴頭間距為0.3 m，滴頭流量為2 L/h，滴灌管距離植株0.7m。所有灌水、施肥操作均由一個(gè)統(tǒng)一的首部實(shí)現(xiàn)，其中施肥采用比例施肥泵，通過(guò)與主管線串聯(lián)的方式(施肥時(shí)關(guān)閉并聯(lián)主管道)，同時(shí)調(diào)整吸肥比例，能準(zhǔn)確控制吸肥比例，通過(guò)水表控制灌水量，能實(shí)現(xiàn)水肥用量的精確控制。其余田間管理措施與當(dāng)?shù)匾恢隆?/p>

1.2.2 試驗(yàn)方案

CK為對(duì)照處理，灌水施肥方式為當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的地面灌溉，施肥為行間溝施，施用的基肥為有機(jī)肥，追肥方式為沖施。設(shè)置水肥耦合不同梯度的9個(gè)處理(表1)。經(jīng)計(jì)算，灌水定額為24.5 mm，并以此為100%，按梯度遞減灌水量，灌水時(shí)間為花前水(3月下旬—4月初)、膨果水(5月10日—成熟前)、采收水(果實(shí)采收后)、封凍水(11月中下旬);施用肥料為水溶肥1與水溶肥2，其配比為:滴灌水溶肥1: 18-10-18(N-P-K)2.0Mg+TE，0.2B，0.07Fe(螯合態(tài));滴灌水溶肥2:18-10-28(N-P-K)1.0Mg+TE，0.2B，0.07Fe(螯合態(tài))。追肥時(shí)期分別為花期、膨果期、采收后隨水追施3次水溶肥，其中，花期施用滴灌水溶肥1，膨果期和采收后施用滴灌水溶肥2。當(dāng)?shù)胤柿嫌昧?25 kg/hm2，以此為100%用量，按梯度遞減施肥量。其他果園管理方式均與園區(qū)內(nèi)相統(tǒng)一。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)Tab．1 Experimental treatment design %

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)及測(cè)定方法

(1)土壤含水率

利用TRIME水分監(jiān)測(cè)儀觀測(cè)土壤含水率動(dòng)態(tài)，并配合用取土烘干法進(jìn)行標(biāo)定測(cè)量。測(cè)點(diǎn)位于滴灌濕潤(rùn)區(qū)域，距離滴灌管外側(cè)10 cm處。所有TRIME管長(zhǎng)度為1m，管外徑為44.3mm，管內(nèi)徑為42mm，基于TDR(Time domain reflectometry)原理，利用圓柱式T3探頭。埋深均為0.8m。數(shù)據(jù)分層采集，具體分層為 0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm。測(cè)定時(shí)間:含水率監(jiān)測(cè)每3 d進(jìn)行一次，并在降水前、后以及灌水前、后加測(cè)。

(2)土壤理化參數(shù)

每個(gè)處理利用土鉆取土，采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土層土樣。采集位置為滴灌灌水區(qū)域，距離滴灌管10 cm范圍內(nèi)的土壤。各生育期追肥后測(cè)量1次。

(3)櫻桃產(chǎn)量

櫻桃進(jìn)入采收期后，在初期與末期進(jìn)行2次采收，每次收獲時(shí)，每個(gè)處理選取3株長(zhǎng)勢(shì)均勻的櫻桃樹(shù)進(jìn)行摘收、計(jì)數(shù)并且稱量計(jì)產(chǎn)。

(4)果實(shí)品質(zhì)參數(shù)

果實(shí)成熟后于同一時(shí)間對(duì)不同處理分別摘收50個(gè)果實(shí)，測(cè)定品質(zhì)參數(shù):果實(shí)硬度采用FHR-5型硬度計(jì)測(cè)量;果徑采用手持式游標(biāo)卡尺測(cè)定;可溶性固形物采用PR-32α型手持?jǐn)?shù)字糖量計(jì)測(cè)量;可滴定酸采用氫氧化鈉滴定法測(cè)定;可溶性糖用硫酸蒽酮比色法測(cè)定;維生素C含量采用二氯靛酚(DPI)氧化還原滴定法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥耦合條件對(duì)土壤含水率的影響

櫻桃屬于早熟果品，在5—6月份間果實(shí)迅速膨大并在6月初達(dá)到成熟水平;在此期間，北京市未進(jìn)入汛期，降水量較少，但櫻桃樹(shù)正處于結(jié)果的關(guān)鍵生育期，需水量較大，需要進(jìn)行合理灌溉并及時(shí)檢測(cè)土壤墑情保證果實(shí)的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。由圖1試驗(yàn)期間降水資料可以看出，降水多集中在6—9月份，日降水量為0～50mm不等。由圖2可以看出，在無(wú)外來(lái)水分補(bǔ)給的情況下，土壤含水率呈緩慢下降趨勢(shì)，其中絕大部分被櫻桃樹(shù)吸收利用，少部分逐漸上移至土壤表層并蒸發(fā)至大氣中。當(dāng)有降水或者灌溉時(shí)，土壤含水率會(huì)上升，之后再緩慢下降;當(dāng)降水量小于10mm時(shí)，對(duì)表層土壤含水率的貢獻(xiàn)并不明顯，其中絕大部分通過(guò)土壤表面和植株葉片蒸發(fā)或通過(guò)地表徑流損失。

在0～20 cm土層間，土壤含水率變化的幅度比較大，且含水率曲線斜率較大，變化速度較快。原因是由于土壤表層直接接受降水和灌溉等外來(lái)水源，水分很快進(jìn)入土體中并運(yùn)移，包括表土蒸發(fā)和入滲等，其中很少部分被植株吸收，所以在降水、灌水前后含水率有一個(gè)相對(duì)急劇變化的過(guò)程。土壤含水率在15%～35%之間的不同處理中，在外來(lái)水源為灌溉時(shí)，體現(xiàn)為高水量處理土壤含水率大于中等水量處理，中等水量處理大于低水量處理;不同肥量處理之間并無(wú)顯著差異。而當(dāng)外來(lái)水源為降水時(shí)，不同處理間沒(méi)有體現(xiàn)出規(guī)律性差異，土壤含水率有較強(qiáng)的隨機(jī)性。

圖1 降水量及灌水量Fig．1 Rainfall and irrigation amount

圖2 0～20 cm土層土壤含水率Fig．2 Soilmoisture content of 0～20 cm soil layer

如圖3所示，在20～40土層內(nèi)，土壤含水率變化的趨勢(shì)相對(duì)較緩，且在整個(gè)櫻桃生育期內(nèi)呈下降趨勢(shì)，其可能原因是此層為櫻桃果樹(shù)主要的吸水層，外來(lái)水源從表層土入滲下來(lái)，會(huì)有一個(gè)短暫的上升過(guò)程，而其中的水分主要供植物體吸收利用，土壤含水率在不斷減小。不同處理土壤含水率在21% ～29%之間，灌溉以后，顯示出高水量處理含水率大于中等水量處理，中等水量處理大于低水量處理，不同施肥量并未對(duì)土壤含水率產(chǎn)生明顯影響。

圖3 20～40 cm土層土壤含水率Fig．3 Soilmoisture content of20～40 cm soil layer

如圖4所示，在40～60 cm土層內(nèi)，土壤含水率維持在一個(gè)較高的水平，其可能原因是土壤容重較小，土壤比較黏重，能持有較多的水分，土壤含水率在27%～35%之間;在滴灌條件下，灌溉不是造成土壤含水率升高的原因，因?yàn)榈喂嗨枯^少，灌溉后植株吸收較快，所以灌溉水對(duì)此層土壤含水率影響較小。不同處理間，高水量處理的土壤含水率比中等水量和低水量處理高，而后兩者之間沒(méi)有明顯的區(qū)別，由此可見(jiàn)，滴灌不同灌水量處理對(duì)40～60 cm的土壤含水率影響較小。

圖4 40～60 cm土層土壤含水率Fig．4 Soilmoisture content of 40～60 cm soil layer

如圖5所示，在60～80 cm土層內(nèi)，土壤含水率在開(kāi)始階段維持在一個(gè)較高的水平，從5月底開(kāi)始有明顯下降趨勢(shì)，由35%左右下降至8月底的25%左右?？梢钥闯?，在有灌溉或者降水時(shí)，含水率沒(méi)有相應(yīng)地出現(xiàn)升高的現(xiàn)象，說(shuō)明這些因素不是造成土壤含水率變化的原因。深層土壤含水率的變化或與其他因素有關(guān)。不同灌水量與施肥量對(duì)60～80 cm土層含水率幾乎沒(méi)有影響，不同處理之間的差異很小且不存在明顯的規(guī)律。

圖5 60～80 cm土層土壤含水率Fig．5 Soilmoisture content of 60～80 cm soil layer

2.2 不同水肥耦合條件對(duì)櫻桃產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

2.2.1 產(chǎn)量

如表2所示，傳統(tǒng)的地面灌溉方式下產(chǎn)量最小，為2.46 kg/棵，而高水高肥處理下的產(chǎn)量最高，為2.92 kg/棵。整體來(lái)看，灌水量和施肥量對(duì)產(chǎn)量都有比較明顯的影響;具體由大到小表現(xiàn)為:高肥、中肥、低肥處理，分別較 CK提高了8.6%、6.0%、5.2%;從灌水量處理來(lái)看，由大到小表現(xiàn)為高水、中水、低水處理，分別較CK提高了10.1%、6.4%、3.0%。在本次試驗(yàn)中，較高的水肥量能促進(jìn)產(chǎn)量。在方差分析中，灌水量 P=0.033＜0.05，施肥量P=0.049＜0.05，故灌水量和施肥量對(duì)產(chǎn)量均有顯著影響，兩因素交互也存在顯著影響。

表2 不同處理對(duì)櫻桃產(chǎn)量的影響及方差分析Tab．2 Effects and variance analysis of different treatments on cherry yield

2.2.2 果徑及果實(shí)硬度

(1)果徑

如表3所示，各處理中低水高肥處理(W3F1)果徑最大，為22.73mm，較對(duì)照處理提高了5.32%。整體來(lái)看，高肥量處理的果徑大于中肥量處理，中肥量處理大于低肥量處理。在高肥量處理中，果徑隨灌水量減少而增加。就灌水量處理來(lái)看，3個(gè)水平的果徑并無(wú)差異。在雙因素方差分析中，施肥量P=0.046＜0.05，拒絕原假設(shè)，故施肥量對(duì)果徑有顯著影響。灌水量P=0.097＞0.05，接受原假設(shè)，灌水量對(duì)果徑無(wú)顯著影響。而兩因素交互對(duì)果徑有影響。

表3 不同處理對(duì)櫻桃果徑的影響及方差分析Tab．3 Effects and variance analysis of different treatments on cherry diameter

(2)硬度

如表4所示，各處理中果實(shí)硬度差異并不明顯，其中中水高肥處理(W2F1)最大，為0.63 kg/cm2，低水低肥處理(W3F3)最小，為0.47 kg/cm2。滴灌施肥處理較CK硬度提高16%。試驗(yàn)結(jié)果表明中等水量處理較其他水量處理的果實(shí)硬度大。如表4所示，在方差分析中，灌水量P=0.045＜0.05，故對(duì)硬度有顯著影響，施肥量及兩因素交互無(wú)顯著影響。而不同的施肥量處理對(duì)果實(shí)硬度無(wú)規(guī)律性影響。

2.2.3 可滴定酸及可溶性固形物含量

(1)可滴定酸含量

如表5所示，高水低肥處理(W1F3)下的可滴定酸含量最大，低水中肥處理(W3F2)可滴定酸含量最低。在高肥和中肥處理下，可滴定酸含量能維持在一個(gè)較低水平，而在低肥處理下，酸度會(huì)明顯上升。而在不同水量處理下，表現(xiàn)為高水量處理顯著提升可滴定酸含量，而中水和低水處理酸度較低，但在這2種水量處理中可滴定酸含量并無(wú)規(guī)律性變化。兩因素方差分析同樣表明:灌水量P=0.012＜0.05，故拒絕原假設(shè)，灌水量對(duì)可滴定酸含量有顯著影響;施肥量P=0.016＜0.05，同理也對(duì)可滴定酸含量有顯著影響;而兩者交互下P=0.063＞0.05，對(duì)其無(wú)顯著影響。

表4 不同處理對(duì)櫻桃硬度的影響及方差分析Tab．4 Effects and variance analysis of different treatments on cherry firmness

表5 不同處理對(duì)櫻桃可滴定酸含量的影響及方差分析Tab．5 Effects and variance analysis of different treatments on cherry titration acid content

(2)可溶性固形物含量

如表6所示，低水低肥處理(W3F3)下可溶性固形物含量最大，而高水中肥(W1F2)處理為最小。另外在低水量處理下，可溶性固形物含量較中等水量和低水量處理有顯著提高。另外，值得注意的是，當(dāng)施肥量減少至60%時(shí)，可溶性固形物含量有大幅度提升，較當(dāng)?shù)厮接?6%～26%的提高。方差分析中，灌水量P=0.046＜0.05，拒絕原假設(shè)，即灌水量對(duì)可溶性固形物含量有顯著影響。而施肥量以及兩因素交互作用對(duì)可溶性固形物含量無(wú)顯著影響。

表6 不同處理對(duì)櫻桃可溶性固形物含量的影響及方差分析Tab．6 Effects and variance analysis of different treatments on cherry soluble solids content

2.2.4 粗蛋白及維生素C含量

(1)粗蛋白含量

如表7所示，低水中肥(W3F2)處理下粗蛋白含量最高，CK處理最低。整體來(lái)看，高肥和中肥處理下的粗蛋白含量比低肥處理下的含量普遍偏高，其中中等施肥量下粗蛋白含量最高。灌水量對(duì)粗蛋白含量無(wú)明顯影響，值得注意的是，高水量處理下粗蛋白含量較其他灌水量處理顯著降低。方差分析表明:施肥量P=0.038＜0.05，故拒絕原假設(shè)，證明施肥量對(duì)粗蛋白含量有顯著影響。而灌水量及水水量與施肥量的交互效應(yīng)對(duì)粗蛋白含量無(wú)顯著影響。

表7 不同處理對(duì)櫻桃粗蛋白含量的影響及方差分析Tab．7 Effects and variance analysis of different treatments on cherry crude protein content

(2)維生素C含量

如表8所示，維生素C含量隨施肥量的增加而減少。維生素C含量也同樣隨灌水量的增加而減少。由方差分析可得，灌水量P=0.007＜0.05;施肥量P=0.001＜0.05;水肥交互P=0.046＜0.05，都拒絕原假設(shè)，灌水量、施肥量、水肥交互都對(duì)維生素C含量有顯著影響。

2.2.5 可溶性總糖含量

如表9所示，中等水量處理可溶性總糖含量較低水和高水處理有較大幅度提升，其次高水量處理比低水量處理可溶性總糖含量稍高。整體來(lái)看，滴灌施肥條件下各處理比CK可溶性總糖含量提高10.68%。而高、中、低肥量處理下可溶性總糖含量變化不明顯。方差分析顯示:灌水量P=0.049＜0.05，接受原假設(shè)，故灌水量對(duì)可溶性總糖含量有影響，而施肥量及水肥交互效應(yīng)則對(duì)其無(wú)顯著影響。

表8 不同處理對(duì)櫻桃維生素C的影響及方差分析Tab．8 Effects and variance analysis of different treatments on cherry vitam in C content

表9 不同處理對(duì)櫻桃可溶性總糖含量的影響及方差分析Tab．9 Effects and variance analysis of different treatments on total soluble sugar content

以上研究結(jié)果表明，在高肥量情況下，灌水越多，果徑越小，其可能的原因是在肥量充足的情況下，較為充分的水量會(huì)將土壤養(yǎng)分淋溶至土壤更深層，而櫻桃樹(shù)吸收根較淺，相對(duì)來(lái)說(shuō)吸收養(yǎng)分較少，導(dǎo)致果徑減小。而在中肥量和低肥量處理中，呈現(xiàn)出果徑隨水量減少而減小的趨勢(shì)，此時(shí)水分的影響對(duì)果徑有主導(dǎo)作用，在結(jié)果前的關(guān)鍵生育期，北京通州地區(qū)降水量極少，所以花期和膨果期灌水2次，較多水分能刺激果實(shí)膨大。LI等［5］研究表明充分供水能提高單果質(zhì)量及果徑;馮夢(mèng)喜［6］研究表明在櫻桃需水關(guān)鍵期進(jìn)行充分灌水對(duì)果實(shí)增產(chǎn)膨大有很好的促進(jìn)作用。

當(dāng)灌水施肥量較多時(shí)，會(huì)顯著提高果實(shí)的酸度，在此基礎(chǔ)上減少灌水量能顯著降低可滴定酸的含量。同時(shí)，較低水平施肥量下，可滴定酸含量也較高，在高肥量和中等水平施肥量的情形下，最有利于降低果實(shí)酸度。其可能原因是，施肥較多改善了土壤的物理及化學(xué)性質(zhì)，促進(jìn)了微生物活動(dòng)，為植株提供了良好的養(yǎng)分吸收環(huán)境，從而抑制了合成有機(jī)酸酶的活性，導(dǎo)致有機(jī)酸含量下降。滴灌施肥較傳統(tǒng)地面灌溉也能顯著提高可溶性固形物含量。其可能原因是過(guò)多的水分對(duì)可溶性固形物具有稀釋作用，且灌水量適當(dāng)虧缺能夠增強(qiáng)可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶和細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶的活性，從而提高可溶性固形物的含量［7－9］。LI等［5］研究表明果實(shí)成熟期局部控水可提高果實(shí)中可溶性固形物含量。而不同施肥量處理組間沒(méi)有規(guī)律，差異并不明顯。周罕覓等［10］研究表明，在水肥一體化條件下，施肥量對(duì)蘋果可滴定酸含量和糖酸比影響不顯著。馮夢(mèng)喜［6］研究表明不同肥量處理下的櫻桃果園可溶性固形物含量之間無(wú)顯著差異。

滴灌施肥整體有助于櫻桃果實(shí)內(nèi)粗蛋白的積累，其中中等水平肥量最有利于提高粗蛋白含量。郁萬(wàn)文等［11］研究表明合理使用含N、P、K的肥料能顯著提高白果內(nèi)粗蛋白的含量。OIKEH等［12］對(duì)5個(gè)品種玉米和4種施氮量進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，施氮促進(jìn)了玉米籽粒產(chǎn)量、籽粒質(zhì)量和籽粒粗蛋白含量的增加。本試驗(yàn)中，在花期施用了含N量較高的水溶肥，故有利于粗蛋白的形成，其可能原因是N素是合成蛋白質(zhì)的基本元素，適量N肥促進(jìn)粗蛋白在果實(shí)內(nèi)積累，但過(guò)多肥量或?qū)Υ值鞍椎暮铣捎幸种谱饔?。整體來(lái)看，滴灌施肥能顯著增加櫻桃果實(shí)中維生素C含量，具體規(guī)律表現(xiàn)為水量和肥量的局部虧缺反而能增加維生素C含量，而再增加灌水施肥量則會(huì)降低維生素C含量。ZENG等［13］研究發(fā)現(xiàn)，在甜瓜中維生素C含量最高的處理是水分虧缺程度最高的處理，CUI等［14］研究發(fā)現(xiàn)，在果實(shí)成熟期進(jìn)行水分虧缺處理可以顯著增加梨棗中的維生素C含量。同時(shí)，張新明等［15］研究表明在較低水平的水肥下，部分處理增加水、氮肥、鉀肥的用量反而會(huì)降低維生素C的含量，這也與本研究所得出的結(jié)論相似。

高肥量處理較低肥量和中等肥量處理可溶性總糖含量有較明顯的提高，而后兩者對(duì)可溶性總糖含量的影響不大。整體來(lái)看，滴灌施肥能提高櫻桃果實(shí)內(nèi)可溶性總糖的含量，其規(guī)律表現(xiàn)為較合適的水量能促進(jìn)可溶性總糖的合成，而較高或較低的灌溉水量或不利于其形成。其可能的原因是適當(dāng)水分有利于植株葉片進(jìn)行光合作用，從而促進(jìn)糖分的合成。而在施肥量上，高肥量效果最好，低肥和中肥處理無(wú)顯著差異。浦俊［16］研究表明增加灌水量能提高紅棗總糖含量，張福興等［17］研究表明灌水量超過(guò)一定限度反而會(huì)造成總糖含量降低。而楊俊華［18］研究表明在黃瓜結(jié)果初期和中期，相同灌水水平下，各施肥處理之間果實(shí)可溶性糖含量差異不顯著;結(jié)果末期高肥處理有利于可溶性糖含量的積累。與本研究結(jié)果較為相似。

2.3 不同水肥耦合條件對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

櫻桃樹(shù)根系為淺根系，主要吸水吸肥的土壤深度為0～40 cm，本試驗(yàn)在櫻桃樹(shù)結(jié)果期追肥為速效肥，具有肥效高、作用快等特點(diǎn)。表10為不同水肥處理后0～40 cm深度土壤各養(yǎng)分指標(biāo)值。其中全磷和全鉀含量在短期耕作中的變化較小未列出。

表10 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響Tab．10 Effects of different treatments on soil nutrient

從變化情況可以看出，全氮含量在CK處理較初始值降低了13%，在不同施肥量處理下，由大到小為高肥、低肥、中肥，3種處理平均值分別為1.13、0.97、0.94 g/kg;分別比 CK高出 147%、112%、107%;比初始值分別增加139%、105%、99%;同樣肥量不同水分處理下，表現(xiàn)為85%的滴灌水量全氮含量最高，過(guò)多、過(guò)少的水量均不利于全氮在0～40 cm土層的積累。在有機(jī)質(zhì)含量上，體現(xiàn)為高肥大于中肥和低肥處理，3種處理的平均值為15.3、11.0、10.3 g/kg;比土壤初始值增加了 239%、145%、127%;比CK增加了272%、169%、150%;在水分處理上，同樣表現(xiàn)為85%的水量灌溉條件下土壤0～40 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量最高。CK處理的有效銨態(tài)氮含量較土壤初始值降低了15%，在不同肥量處理下由大到小體現(xiàn)為中肥、高肥、低肥，相對(duì)于初始值分別增加216%、298%、210%;比CK處理分別高出264%、358%、258%;有效硝態(tài)氮含量同樣由大到小體現(xiàn)為中肥、高肥、低肥，分別為50.0、64.9、50.9 mg/kg;相對(duì)于初始值分別增加145%、218%、149%;比CK提高164%、243%、169%。有效磷CK處理比土壤初始值降低13%，在不同施肥量處理下，其值由大到小表現(xiàn)為高肥、中肥、低肥，分別為129.2、78.9、53.4 mg/kg;整體來(lái)看，85%水量最有利于有效磷的積累，過(guò)多的灌水量容易將其淋洗到土壤深層，造成磷素的損失，而過(guò)少的水量又不利于其入滲;不同肥量處理分別比土壤初始值提高490%、260%、143%;比CK處理高出569%、308%、177%。速效鉀含量，CK處理比初始值降低了20%，不同施肥量處理下由大到小表現(xiàn)為高肥、低肥、中肥，其值分別為172、140、169mg/kg;與有效磷含量的規(guī)律相似，中等水量滴灌條件下，土壤中速效鉀含量最高。

2.4 櫻桃果實(shí)微量元素與土壤養(yǎng)分的相互關(guān)系及敏感性分析

2.4.1 果實(shí)微量元素與土壤養(yǎng)分的相互關(guān)系

鈣在果實(shí)的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)中具有重要的地位，許多果樹(shù)的生理病害與鈣素營(yíng)養(yǎng)失調(diào)有密切關(guān)系，果實(shí)鈣含量不僅影響果實(shí)硬度，還影響果實(shí)的耐貯性［19］。果樹(shù)由于鐵元素的供應(yīng)不足導(dǎo)致葉片失綠黃化，而阻礙果樹(shù)的生長(zhǎng)，致使果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入［20］。鋅元素在植物體內(nèi)主要是酶的金屬活化劑，它能催化果樹(shù)對(duì)二氧化碳的水合作用，促進(jìn)其光合作用中二氧化碳的固定［21］。

2015年6 月底果實(shí)采收后，對(duì)各處理果實(shí)內(nèi)微量元素進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括全鈣、全鐵、全鋅、全氯含量，不同處理的測(cè)試值如表11所示。就全鈣含量而言，不同肥料處理間，中等肥料處理全鈣含量最高，為164mg/kg，其次為低肥量處理，為148mg/kg，高肥量和CK處理含量最低，分別為115 mg/kg、的127mg/kg。而不同水量處理對(duì)果實(shí)全鈣含量并無(wú)明顯影響。對(duì)于全氯含量來(lái)說(shuō)，高水中肥處理下含量最大，為85.7mg/kg，CK處理最小，為8.1mg/kg，整體而言，中肥處理對(duì)全氯含量有顯著提高，其平均值為51.4mg/kg，較CK處理提高5倍左右。而灌水量對(duì)全氯含量無(wú)規(guī)律性影響。

將果實(shí)所測(cè)試4種微量元素與果實(shí)發(fā)育期間土壤6項(xiàng)主要養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表12。結(jié)果表明，在果實(shí)發(fā)育期間，全鈣含量與土壤有效硝態(tài)氮、速效鉀含量顯著相關(guān);全鐵含量與土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷含量顯著相關(guān);全鋅含量與土壤有效硝態(tài)氮含量顯著相關(guān);全氯含量與土壤有效硝態(tài)氮、有效銨態(tài)氮含量顯著相關(guān)。

表11 不同處理對(duì)果實(shí)微量元素的影響Tab．11 Effects of different treatments on m icroelement

表12 果實(shí)微量元素與土壤養(yǎng)分各指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Tab．12 Correlation coefficient between m icroelem ent and soil nutrients

如圖6所示，將存在顯著相關(guān)的微量元素與土壤養(yǎng)分的2項(xiàng)指標(biāo)提取出來(lái)，建立土壤養(yǎng)分指標(biāo)與果實(shí)內(nèi)微量元素的線性回歸方程。果實(shí)內(nèi)全鈣含量與其發(fā)育期間土壤內(nèi)硝態(tài)氮含量呈正相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)達(dá)到0.724 0，而與速效鉀呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)為0.435 9;說(shuō)明硝態(tài)氮或有利于果實(shí)內(nèi)全鈣含量的積累，而速效鉀則相反。全氯含量與銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量都呈顯著正相關(guān)，決定系數(shù)分別為0.420 0和0.435 4，說(shuō)明這2項(xiàng)指標(biāo)可能有益于全氯含量的增加。就全鐵含量來(lái)看，它與土壤中有機(jī)質(zhì)、有效磷含量密切相關(guān)，決定系數(shù)分別為0.431 0、0.596 5，隨著這2項(xiàng)指標(biāo)的增加，果實(shí)內(nèi)全氯含量增加。全鋅含量與硝態(tài)氮含量密切相關(guān)，決定系數(shù)為0.454 3。

圖6 果實(shí)微量元素與土壤各養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)關(guān)系Fig．6 Correlations betweenmicroelement and soil nutrients

2.4.2 果實(shí)品質(zhì)參數(shù)對(duì)土壤養(yǎng)分的敏感性分析

科學(xué)施肥是提高產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一［22］。通過(guò)測(cè)定果實(shí)發(fā)育期間各處理土壤養(yǎng)分指標(biāo)和采收后各處理果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)，利用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，分析土壤各養(yǎng)分指標(biāo)對(duì)各項(xiàng)果實(shí)品質(zhì)的貢獻(xiàn)。

(1)敏感性分析概述

常用的敏感性分析方法大多是針對(duì)單因素進(jìn)行研究的，但本文存在多指標(biāo)，對(duì)果品的影響也是多方面的，因而簡(jiǎn)單的指標(biāo)敏感性分析并不能滿足本研究的要求。其次，由于數(shù)據(jù)的強(qiáng)非線性，對(duì)所得數(shù)據(jù)結(jié)果的分布不得而知。在這種情況下采用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行隨機(jī)變量之間的相關(guān)性分析是一個(gè)比較接近實(shí)際的方法［23］。為此采用一種多因素分析方法，將所有變化一起進(jìn)行分析。雖然尚未明確數(shù)據(jù)整體分布的形式，但可以將其按大小排序，使得每一個(gè)數(shù)據(jù)都有自己的位置，稱為“秩”。在非參數(shù)統(tǒng)計(jì)中用Spearman秩相關(guān)系數(shù)來(lái)度量2個(gè)隨機(jī)變量之間的相關(guān)性。它利用2個(gè)變量的秩次作線性相關(guān)分析，對(duì)原始變量的分布不作要求，屬于非參數(shù)統(tǒng)計(jì)的方法，適用范圍廣［24］。

Spearman秩相關(guān)系數(shù)假設(shè)2個(gè)隨機(jī)變量X和Y。兩者的樣本值分別為X1，X2，…，Xn，Y1，Y2，…，Yn，以Ti和Qi分別表示Xi和Yi在(X1，X2，…，Xn)，(Y1，Y2，…，Yn)中的秩，則定義統(tǒng)計(jì)量rs為Spearman秩相關(guān)系數(shù)，計(jì)算式為

(2)計(jì)算結(jié)果及分析

果實(shí)發(fā)育膨大期間所測(cè)各處理下土壤養(yǎng)分指標(biāo)分別是全氮含量、有機(jī)質(zhì)含量、銨態(tài)氮含量、硝態(tài)氮含量、有效磷含量、速效鉀含量6項(xiàng)指標(biāo);9種不同水肥處理以及CK共10種參數(shù)組合。不同處理下果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)分別是維生素C含量、粗蛋白含量、果實(shí)硬度、可滴定酸含量、可溶性固形物含量和可溶性總糖含量6項(xiàng)指標(biāo)。

利用Spearman秩相關(guān)系數(shù)計(jì)算方法，可以得到有關(guān)果品的秩相關(guān)系數(shù)，由此可以分析果實(shí)品質(zhì)對(duì)土壤養(yǎng)分各指標(biāo)的敏感性程度。計(jì)算結(jié)果如表13所示。

表13 果實(shí)品質(zhì)的秩相關(guān)系數(shù)Tab．13 Rank correlation coefficient of fruit quality

由計(jì)算結(jié)果可以看出，櫻桃中維生素C含量與土壤中的氮素含量較其他養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)性更強(qiáng)，即土壤中氮含量是維生素C含量的決定性因素，由大到小表現(xiàn)為:銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全氮、速效鉀含量，且與銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與速效鉀含量呈正相關(guān)關(guān)系;對(duì)于粗蛋白含量，同樣由大到小表現(xiàn)為:銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀含量，值得注意的是，土壤中全氮含量或與粗蛋白含量無(wú)直接關(guān)系，其中與銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與速效鉀含量呈正相關(guān)關(guān)系;對(duì)于果徑，由大到小表現(xiàn)為:銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀含量，均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;對(duì)于果實(shí)硬度，土壤中速效鉀含量成為關(guān)鍵因素，表現(xiàn)為速效鉀含量越高，果實(shí)硬度越大;對(duì)于可滴定酸含量，土壤中銨態(tài)氮含量相關(guān)系數(shù)最大，表現(xiàn)為銨態(tài)氮含量越高，可滴定酸含量越高;對(duì)于可溶性固形物含量，則與有效磷、有機(jī)質(zhì)含量較為相關(guān)，由大到小表現(xiàn)為:速效磷、有機(jī)質(zhì)含量;對(duì)于可溶性總糖含量，除了與全氮無(wú)直接聯(lián)系外，其他指標(biāo)均有較大的相關(guān)性，由大到小表現(xiàn)為:有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、速效鉀、有效磷、硝態(tài)氮含量。

土壤中氮素的含量并未隨施肥量減少而由高到低排列，其原因可能是土壤中的銨態(tài)氮容易揮發(fā)，且容易被植物吸收，還能發(fā)生硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，作用因素復(fù)雜，易損失，所以不一定施肥量越多，土壤中氮素越多。

櫻桃果實(shí)內(nèi)鈣的含量與土壤養(yǎng)分有較大關(guān)系，張彤彤［25］研究表明，氮肥和鉀肥的配施尤其為高氮高鉀條件下，可促進(jìn)梨棗樹(shù)體對(duì)土壤中鈣含量的吸收和利用，并具有一定協(xié)同作用。而本研究表明土壤中以硝態(tài)氮形式存在的氮素更能促進(jìn)植株對(duì)鈣的利用。土壤中較高的速效鉀含量會(huì)被迅速吸收至植株，鉀主要以離子狀態(tài)存在，具有很強(qiáng)的移動(dòng)性，在果實(shí)發(fā)育時(shí)會(huì)大量由葉片運(yùn)送至果實(shí)，而這一過(guò)程可能會(huì)抑制果實(shí)對(duì)鈣的吸收。宋剛等［26］研究表明土壤有機(jī)質(zhì)含量與有效鐵含量呈正相關(guān)關(guān)系，本文認(rèn)為土壤中有機(jī)質(zhì)含量能影響有效鐵的含量，從而促進(jìn)植株對(duì)鐵離子的吸收。同時(shí)，柴仲平等［27］在對(duì)梨樹(shù)施用氮、磷、鉀復(fù)合肥時(shí)，得出較合適的配比才能獲得果實(shí)中Fe元素的最大含量。本試驗(yàn)中，在花期和膨果期均使用含氮、磷較高比例的復(fù)合水溶肥，此時(shí)，磷素相對(duì)來(lái)說(shuō)較為缺乏，或成為影響Fe吸收的關(guān)鍵因素。同時(shí)，柴仲平等［27］還指出土壤中增施氮肥可以改善蘋果果實(shí)中礦質(zhì)Zn的含量。值得注意的是，全氮和銨態(tài)氮均與果實(shí)內(nèi)全鋅的含量無(wú)關(guān)聯(lián)，而硝態(tài)氮與其含量呈較為顯著的正相關(guān)關(guān)系，這或許表明土壤有效硝態(tài)氮中的氮素是促進(jìn)植株吸收、利用Zn的關(guān)鍵所在。果實(shí)內(nèi)全氯含量與土壤氮素也密切相關(guān)，彭致功等［28］研究表明不同銨硝比的相同氮質(zhì)量濃度情況下，葉片氯含量有隨銨硝比增大而提高的趨勢(shì)，表明銨態(tài)氮有利于葉片氯的積累，本文發(fā)現(xiàn)果實(shí)的氯含量也與土壤氮素有關(guān)聯(lián)。而本研究表明銨態(tài)氮、硝態(tài)氮在一定程度上都對(duì)果實(shí)氯的積累起到積極作用。

土壤中的氮素對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響尤為突出，在果實(shí)生長(zhǎng)的過(guò)程中，氮作為養(yǎng)分的一種會(huì)直接影響植株的發(fā)育，同時(shí)它也能間接影響光合作用或植物的激素水平。氮素作為合成蛋白質(zhì)的元素之一，與果實(shí)內(nèi)的粗蛋白具有一定的相關(guān)關(guān)系，而速效鉀能促進(jìn)果實(shí)內(nèi)微量元素鈣的積累，從而能提高果實(shí)硬度，這也解釋了速效鉀與果實(shí)硬度的相關(guān)關(guān)系較大的原因。同時(shí)，氮素能提高PEPC的活性，提高了果實(shí)內(nèi)可滴定酸的含量;本試驗(yàn)中過(guò)量氮素與可溶性總糖呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，可能是增施氮肥光合產(chǎn)物的分配量較對(duì)照減少，ABA/IAA降低，蔗糖代謝相關(guān)酶(特別是分解酶類)的活性增加，最終導(dǎo)致果實(shí)中糖含量降低。

3 結(jié)論

(1)田間不同處理下土壤含水率在整個(gè)生育期內(nèi)整體呈下降趨勢(shì)，且在0～40 cm土層，在灌水期，灌水量較多的處理含水率較高，而在非灌水期，主要外來(lái)水源是降水，各處理間含水率差異無(wú)明顯規(guī)律。

(2)不同水肥處理對(duì)櫻桃果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生不同的影響，在本試驗(yàn)滴灌條件下，高水高肥處理下的產(chǎn)量最大;對(duì)于粗蛋白而言，低水中肥處理下最高，且肥量對(duì)粗蛋白含量影響較為顯著;低水中肥處理下果徑最大，整體來(lái)看，在本次試驗(yàn)中，施肥越多，果徑越大，灌水量對(duì)果徑無(wú)明顯影響;在滴灌條件下，9個(gè)試驗(yàn)處理硬度平均比CK提高了16%，而不同處理之間并未顯示出明顯的規(guī)律;在灌水量較少、施肥量較多的情況下，可滴定酸的含量較低;對(duì)于可溶性固形物含量，低水低肥處理的含量最高，灌水量和施肥量均能對(duì)可溶性固形物含量產(chǎn)生顯著影響;櫻桃果實(shí)中維生素C含量介于15～35mg/(100 g)之間，維生素C含量隨施肥量的增加而減少，同樣也隨灌水量的增加而減少;可溶性總糖含量在中等灌水量下其含量最高，而施肥量對(duì)其含量無(wú)明顯影響。

(3)土壤養(yǎng)分中，硝態(tài)氮與銨態(tài)氮在土壤中的相互轉(zhuǎn)化不穩(wěn)定，與施肥量不呈絕對(duì)的線性關(guān)系;在土壤各養(yǎng)分指標(biāo)中，有機(jī)質(zhì)的含量與果實(shí)內(nèi)全鐵含量正相關(guān);有效銨態(tài)氮與全氯的含量呈正相關(guān);有效硝態(tài)氮含量與果實(shí)內(nèi)全鈣、全鋅、全氯含量呈正相關(guān);有效磷含量與全鐵含量正相關(guān);速效鉀含量與全鈣含量呈正比。同時(shí)土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量與果實(shí)中例如可溶性固形物、維生素C含量等都有密切聯(lián)系。

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Effect of Water and Fertilizer Conditions under Drip Irrigation on Yield，Quality of Cherry and Physicochem ical Properties of Soil

LIPingfeng TAN Huang WANG Jiahang YANG Peiling
(College ofWater Resources and Civil Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China)

Totally nine experimental treatments for cherry treeswith differentwater-fertilizer amountswere established through fertigation with drip irrigation method，based on which the soil moisture and physicochemical property of cherry orchard weremeasured，as well as output and quality of cherry fruit under different treatments．Results showed that under different treatments，during the whole growth period of cherry trees，soilmoisture content had a downward trend;during the irrigation period，themore the irrigation amount was，the higher the moisture content of shallow soil was，and it had no obvious influence on the deep soil．Water-fertilizer conditions under such experimental treatments can significantly improve the fruit quality．Higher fertilizer amount can increase fruit diameters;appropriate water amount can significantly improve the fruithardness;higher fertilizer amountand lowerwater amount can reduce the content of titratable acid;lower water and fertilizer amounts can increase the soluble solid content;middle-level fertilizer amount and lower water amount can increase the crude protein content; lower water and fertilizer amounts can increase the vitamin C content of fruit，and appropriate water amount and lower fertilizer amount can increase the content of total soluble sugar．The linear relations between various indexes of soil nutrients and microelements of cherry fruit were comprehensively analyzed，and the sensitivity analysis regarding various indexes of soil nutrients and fruit quality was conducted by introducing Spearman rank correlation coefficientmethod．Ammonium nitrogen and nitrate nitrogen contents in soilwere under instable conditions and no clear ruleswere found in nutrient changes;among various indexes of soil nutrients，the organic content had positive correlation with full iron content of fruit;the content of available ammonium nitrogen had positive correlation with total chlorine content; content of available nitrate nitrogen had positive correlation with contents of total calcium，zinc and chlorine of fruit;content of available phosphate had positive correlation with full iron content;content of rapidly available potassium was negatively correlated with full calcium content．Among soil nutrients，ammonium nitrogen and nitrate nitrogen had close relationswith most indexes of fruit quality．

cherry;drip fertigation;fruit quality;soil nutrition;analytic hierarchy process

S275.6;S152.7+5

A

1000-1298(2017)07-0236-11

2016-11-04

2017-01-04

北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目(D151100004115003)

李憑峰(1986—)，男，博士生，主要從事農(nóng)業(yè)水土工程研究，E-mail:pingfeng_li@163．com

楊培嶺(1958—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)水土工程和水資源高效利用研究，E-mail:yangpeiling@126．com

10．6041/j．issn．1000-1298．2017．07．030