香蕉樹中度蔭蔽下充分灌水提高干熱區(qū)咖啡產(chǎn)量及品質(zhì)

郝 琨，費(fèi)良軍，劉小剛，劉利華，何紅艷，楊啟良

香蕉樹中度蔭蔽下充分灌水提高干熱區(qū)咖啡產(chǎn)量及品質(zhì)

郝 琨1,2,3，費(fèi)良軍1,2，劉小剛3※，劉利華1,2，何紅艷4，楊啟良3

（1. 西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，西安 710048；2. 省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710048； 3. 昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，昆明 650500；4. 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物研究所，保山 678025）

為研究香蕉蔭蔽栽培下灌溉對(duì)干熱區(qū)小?？Х犬a(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以5 a生小?？Х葹檠芯繉?duì)象，通過大田試驗(yàn)，設(shè)3個(gè)灌水水平：充分灌水（FI）、輕度虧缺灌水（DIL：75%FI）和重度虧缺灌水（DIS：50%FI），4個(gè)蔭蔽栽培模式：無蔭蔽（S0：?jiǎn)巫骺Х龋?、輕度蔭蔽（SL：4行咖啡間作1行香蕉）、中度蔭蔽（SM：3行咖啡間作1行香蕉）、重度蔭蔽（SS：2行咖啡間作1行香蕉），并運(yùn)用主成分分析和TOPSIS法對(duì)生豆?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)（總糖、蛋白質(zhì)、脂肪、咖啡因、綠原酸、粗纖維和水浸出物）進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：小粒咖啡干豆產(chǎn)量受蔭蔽栽培模式和灌水水平極顯著的影響（<0.01），其中FISM處理的干豆產(chǎn)量最高（5 854.34 kg/hm2），且百粒干質(zhì)量最大，而該處理的百粒體積和百粒鮮質(zhì)量與各處理中的最大值相比差異不顯著（>0.05）。小粒咖啡大多生豆?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)在不同蔭蔽栽培模式和灌水水平下差異顯著（<0.05），蛋白質(zhì)、脂肪、綠原酸和水浸出物含量間呈極顯著正相關(guān)（<0.01）。主成分分析法和TOPSIS法均表明，F(xiàn)ISS處理的綜合品質(zhì)最優(yōu)，其次是FISM處理，而DISS0處理的最差。與FIS0相比，F(xiàn)ISM處理的產(chǎn)量增加14.32%，而FISS處理減少15.69%。從小?？Х忍豳|(zhì)增產(chǎn)的綜合效益考慮，建議干熱區(qū)小?？Х裙嗨幚砗拖憬妒a蔽栽培模式的最佳組合選用中度蔭蔽栽培下充分灌水，該結(jié)果可為干熱區(qū)小?？Х人夤芾硖峁├碚撘罁?jù)和實(shí)踐參考。

灌溉；品質(zhì)；主成分分析；咖啡豆；蔭蔽模式；產(chǎn)量； TOPSIS法

0 引 言

咖啡是云南省第3大出口創(chuàng)匯的高原特色商品。2016年云南省咖啡種植面積為1.17×105hm2，產(chǎn)量達(dá)1.58×108kg，分別占全國(guó)的98.44%和98.80%。小?？Х染哂邢矞貨鱿矟駶?rùn)的生長(zhǎng)習(xí)性[1]，而云南干熱河谷區(qū)作為小粒咖啡的主產(chǎn)區(qū)，光照強(qiáng)烈，降雨時(shí)空分布不均，水光管理不科學(xué)嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)匦×？Х葍?yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

虧缺灌溉是基于各項(xiàng)生理調(diào)節(jié)理論而發(fā)展起來的一種節(jié)水灌溉新技術(shù)[2]。虧缺灌溉能大量節(jié)約灌溉用水，適度虧缺灌溉對(duì)作物有顯著的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)效益，同時(shí)改善品質(zhì)[3-5]。有研究表明，增加灌水量能顯著提高咖啡產(chǎn)量[6-7]，而水分虧缺不同程度抑制咖啡樹營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的同時(shí)，也改變咖啡生豆中總糖、蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、咖啡因和綠原酸等的含量[6,8]。部分根區(qū)虧缺灌溉顯著提高咖啡品質(zhì)而不顯著降低產(chǎn)量[9]，適度虧缺灌溉能提高咖啡生豆中蛋白質(zhì)、粗脂肪和綠原酸的含量[6,10]。小粒咖啡適宜在蔭蔽或半蔭蔽的環(huán)境中生長(zhǎng)。有研究表明，適宜的蔭蔽栽培可使咖啡豆粒更大更飽滿[11-12]，并提高產(chǎn)量和品質(zhì)，而過度蔭蔽栽培導(dǎo)致花果稀少，產(chǎn)量降低[8,13-14]。生產(chǎn)中常通過高位作物和低位作物在時(shí)間和空間上合理搭配實(shí)現(xiàn)喜蔭作物的蔭蔽栽培，使光能資源得以高效利用[15]，而高位作物的蔭蔽必然會(huì)改變低位作物的微生長(zhǎng)環(huán)境，進(jìn)而影響到系統(tǒng)生產(chǎn)力[13,16-17]。在咖啡園間作香蕉，喜光作物香蕉居上層，耐蔭作物小粒咖啡居下層，可使日光能被充分利用[1]，而香蕉蔭蔽栽培下小?？Х鹊膶?shí)際生產(chǎn)力和品質(zhì)亟待研究。

前人關(guān)于灌溉或蔭蔽栽培對(duì)咖啡產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究較多[9,12,14]，但多集中于單一因素，而云南干熱區(qū)小?？Х仍谧魑锸a蔽栽培下如何與灌溉有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)尚不清楚。為此，本研究在香蕉樹為小?？Х葮涮峁┎煌氖a蔽條件下，研究不同灌溉定額對(duì)小?？Х犬a(chǎn)量和品質(zhì)的影響，并運(yùn)用主成分分析法和TOPSIS法對(duì)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期找到小?？Х仍谙憬短峁┦a蔽環(huán)境時(shí)的最佳灌水模式，為干熱區(qū)小?？Х人夤芾硖峁├碚撘罁?jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2016年3月—2018年1月在云南省保山市潞江壩（25°4′ N，99°11′ E，海拔799 m）進(jìn)行。試驗(yàn)期內(nèi)降雨量為1 394.9 mm，其中2016年3月1日—2017年1月31日降雨量為576.3 mm，2017年2月1日—2018年1月31日降雨量為818.6 mm，日均氣溫最高和最低分別為32.3 ℃和10.4 ℃。選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的5 a生小粒咖啡（L. cv. Caturra）為供試材料，株高171～179 cm，莖粗22.27～24.34 mm，株行距為1.5 m×2 m（3 333株/hm2）。選擇速生易控，樹冠蔭蔽性好，與咖啡共生性強(qiáng)的香蕉樹（威廉斯8818）作為蔭蔽樹種。2016年3月9日在試驗(yàn)區(qū)種植長(zhǎng)勢(shì)一致的香蕉苗，株高50～55 cm，葉片5～6個(gè)。2016年7月5日，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)所有香蕉的株高達(dá)1.8～2.1 m，冠幅達(dá)1.6～2 m，2016年12月27日，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)所有香蕉的株高達(dá)6～6.8 m，冠幅達(dá)4.5～6 m。土壤為老沖積層上發(fā)育形成的紅褐色砂壤土，土壤容重1.40 g/cm3，田間持水量23%，pH值6.7，有機(jī)質(zhì)20.2 g/kg，堿解氮106 mg/kg，有效磷12.6 mg/kg，速效鉀56 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)3個(gè)灌水水平和4個(gè)蔭蔽栽培模式。采用完全組合設(shè)計(jì)，共12個(gè)處理，每處理4個(gè)重復(fù)。3個(gè)灌水水平見表1，其中充分灌水（FI）灌水定額根據(jù)該地區(qū)小粒咖啡逐月需水量資料[18]并結(jié)合降水量來確定，其值為小粒咖啡耗水量減去有效降雨量，所有處理灌水周期約為7 d[8,19-20]，遇到降雨順延。采用地表滴灌，滴頭設(shè)在距樹基部?jī)蓚?cè)0.4 m處，間距與樹距相同，滴頭流量2 L/h，工作壓力0.1 MPa，水表計(jì)量控制灌水。于2016年3月14日開始灌水，2018年1月31日結(jié)束灌水。2016年3月14日—2017年1月31日試驗(yàn)期間FI、DIL和DIS的灌水量分別為492.0、369.0和246.0 mm，2017年2月1日—2018年1月31日試驗(yàn)期間FI、DIL和DIS的灌水量分別為453.0、339.8和226.5 mm。

表1 咖啡灌水蔭蔽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

4個(gè)蔭蔽栽培模式見表1，輕度、中度、重度蔭蔽處理中香蕉株行距分別為4.5 m×8 m、4.5 m×6 m、4.5 m×4 m；對(duì)應(yīng)的種植密度分別為278、370、556株/hm2。香蕉為小?？Х忍峁┦a蔽栽培時(shí)，各試驗(yàn)區(qū)的寬為10.5 m（8株咖啡中間種植3株香蕉）。各灌水水平下S0、SL、SM和SS的試驗(yàn)區(qū)面積分別為7.5×4=30 m2、10.5×16=168 m2、10.5×12=126 m2和10.5×8=84 m2，總面積為1 224 m2。為控制同一蔭蔽栽培模式下試驗(yàn)區(qū)單位面積上的灌水量均勻，不對(duì)香蕉進(jìn)行灌水處理，試驗(yàn)期間香蕉未出現(xiàn)明顯的缺水缺肥癥狀。分別于2016年5月12日、2016年8月26日、2017年5月6日和2017年8月24日施入等量復(fù)合肥（N+P2O5+K2O為15-15-15）500 g/株。施肥方式為環(huán)形施肥：在距小?？Х葮涓?0 cm處，挖寬5 cm、深15 cm的環(huán)形施肥槽，均勻施肥后覆土。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

于2017年年底分批采摘鮮紅或紫紅色成熟鮮豆，各處理隨機(jī)選取320～480?？Х弱r豆，測(cè)定百粒鮮質(zhì)量及體積。所有咖啡鮮豆蛻皮后加水淹沒，靜置發(fā)酵后清洗搓揉脫膠，日光自然干燥后測(cè)定百粒干質(zhì)量和總干質(zhì)量（折算公頃產(chǎn)量），計(jì)算干鮮比，碾碎脫殼、磨碎過篩后測(cè)定其品質(zhì)。品質(zhì)指標(biāo)包括總糖、蛋白質(zhì)、脂肪、咖啡因、綠原酸、粗纖維和水浸出物，分別按GB/T 5009.7-2008、GB/T 5009.5-2010、GB/T 5009.6-2003、GB 5009.139-2014、GB/T 5009.10-2003、GB/T 5009.10-2003和GB/T 8305-2013測(cè)定。

1.4 SPSS中主成分分析法基本原理及分析步驟

1）建立評(píng)價(jià)對(duì)象與評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)矩陣：本研究有3×4（灌水水平×蔭蔽栽培模式）個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，7（總糖、蛋白質(zhì)、脂肪、咖啡因、綠原酸、粗纖維和水浸出物含量）個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(r)×n（1）

式中r表示原始數(shù)據(jù)第個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象中第個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，=12，=7。

2）對(duì)低優(yōu)指標(biāo)做倒數(shù)變換為高優(yōu)指標(biāo)形成新的數(shù)據(jù)矩陣(r′)×n：本研究中咖啡因和粗纖維為低優(yōu)指標(biāo)。

3）對(duì)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理形成新的數(shù)據(jù)矩陣(r′′)×n。

4）對(duì)矩陣進(jìn)行降維：a）描述項(xiàng)中統(tǒng)計(jì)量選擇“原始分析結(jié)果”，相關(guān)矩陣選擇“系數(shù)”和“KMO和Bartlett的球形檢驗(yàn)”；b）抽取項(xiàng)中方法選擇“主成分”，分析選擇“相關(guān)性矩陣”，輸出選擇“未旋轉(zhuǎn)的因子解”和“碎石圖”，抽取選擇“基本特征值”并設(shè)置特征值大于1，最大收斂性迭代次數(shù)設(shè)置為25；c）旋轉(zhuǎn)項(xiàng)中方法選擇“無”，輸出選擇“載荷圖”；d）得分項(xiàng)與選擇項(xiàng)默認(rèn)。

5）結(jié)果解讀：a）通過相關(guān)矩陣和球形檢驗(yàn)，判斷矩陣是否適合做主成分分析；b）通過公因子方差、解釋總方差和碎石圖提取主成分；c）分析成分矩陣和成分圖。

=(a)×t（2）

式中a為成分矩陣第個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中第個(gè)解釋信息量，=7，為提取主成分的數(shù)量。

6）求特征向量矩陣：

=(q)×t（3）

q=a/λ0.5（4）

式中λ表示提取主成分所對(duì)應(yīng)的特征值。

7）求主成分系數(shù)：

=·（5）

8）計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，并進(jìn)行排序，越高，評(píng)價(jià)越好。

1.5 TOPSIS法基本原理及分析步驟

1）同式（1）建立。

2）對(duì)小?？Х雀啥?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)用向量規(guī)范法求得規(guī)范決策矩陣(z)×n。

3）權(quán)重確定：

a）構(gòu)造判斷矩陣，即行向量為評(píng)價(jià)對(duì)象，列向量為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

=(b)×m=(z)×m（8）

b）將判斷矩陣每一列歸一化。

c）對(duì)按列歸一化的判斷矩陣，再按行求和。

（10）

4）構(gòu)成加權(quán)規(guī)范矩陣，矩陣內(nèi)元素為：

（12）

5）確定正理想解與負(fù)理想解向量矩陣，矩陣內(nèi)元素如下：

（16）

7）計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案的接近程度C，并進(jìn)行排序。C越接近1，表明評(píng)價(jià)對(duì)象越優(yōu)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用SPSS 19軟件進(jìn)行相關(guān)分析、主成分分析和方差分析（ANOVA），多重比較采用Duncan法（=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同蔭蔽栽培模式與灌水對(duì)小?？Х犬a(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表2可知，灌水水平和蔭蔽栽培模式及其交互作用對(duì)小粒咖啡干豆產(chǎn)量的影響顯著（<0.05）。小?？Х鹊母啥巩a(chǎn)量介于3 184.16～5 854.34 kg/hm2，其中FISM處理產(chǎn)量最高。與FIS0處理相比，DILSS處理的干豆產(chǎn)量差異不顯著（>0.05），F(xiàn)ISL、FISM、DILSL和DILSM處理的干豆產(chǎn)量分別增加12.89%、14.32%、9.11%和9.09%（<0.05），其余處理減少11.58%～37.82%（<0.05），其中FISS處理減少15.69%。

表2 不同蔭蔽模式下虧缺灌溉對(duì)小粒咖啡產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。*<0.05；**<0.01。下同。

Note： Different small letters in the same column indicated significant difference at 0.05 level. *<0.05; **<0.01.the same below.

表2還表明，灌水水平和蔭蔽栽培模式對(duì)小?？Х劝倭．a(chǎn)量的體積、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響顯著（<0.01），但二者交互效應(yīng)不顯著（>0.05）。百粒體積和鮮質(zhì)量隨灌水量的增大而減小，隨蔭蔽程度的增大而增大。FI和DIL下，百粒產(chǎn)量的干質(zhì)量均在SM時(shí)最大，且與SS相比差異不顯著（>0.05）。灌水水平對(duì)小粒咖啡干鮮比的影響顯著（<0.05），而蔭蔽栽培模式對(duì)干鮮比的影響不顯著（>0.05），表明小?？Х弱r豆含水率主要取決于灌水量。

2.2 不同蔭蔽栽培模式與灌水對(duì)小粒咖啡生豆?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)的影響

灌水水平對(duì)小?？Х壬箍偺呛康挠绊懖伙@著（>0.05），除此之外，單獨(dú)的灌水水平和蔭蔽栽培模式處理對(duì)咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)均影響極顯著（<0.01）；灌水水平和蔭蔽栽培模式的交互作用僅對(duì)脂肪和粗纖維含量的影響不顯著（>0.05）（表3）。小?？Х壬沟钠焚|(zhì)指標(biāo)除DISS0處理的咖啡因含量略大于標(biāo)準(zhǔn)外，其余品質(zhì)指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。與FIS0相比，大多處理總糖含量差異不顯著（>0.05），然而FISM、DILSL和DISSS處理的總糖含量分別增加6.11%、4.29%和6.11%，DISS0處理減小3.75%（<0.05）；除DILS0處理的蛋白質(zhì)含量減少5.27%，F(xiàn)ISL、DISS0和DISSL處理變化不顯著（>0.05）外，其余處理增加3.33%～19.88%（<0.05），其中FISM和FISS處理分別增加10.79%和19.88%；除FISL和DILSL處理的咖啡因含量減少13.73%和8.82%外（<0.05），其余處理增加3.92%～21.57%（<0.05），其中FISM和FISS處理分別增加7.84%和3.92%；除DISS0處理的綠原酸含量減少7.80%（<0.05），DILS0處理變化不顯著（>0.05）外，其余處理增加7.15%～43.10%（<0.05），其中FISM和FISS處理分別增加40.58%和43.10%；除DISS0處理的水浸出物含量減少7.58%（<0.05），DILS0和DISSL處理變化不顯著（>0.05）外，其余處理增加3.39%～11.94%（<0.05），其中FISM和FISS處理分別增加9.95%和11.94%。

表3 不同蔭蔽模式下虧缺灌溉對(duì)小粒咖啡生豆?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)的影響

注：標(biāo)準(zhǔn)要求：總糖、蛋白質(zhì)、脂肪、咖啡因、粗纖維和水浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別≥ 9.0、≥11.0、≥ 5.0、≤ 1.2、≤ 35.0和≥ 20.0 g·(100g)-1。

Note: Standards: the contents of total sugar, protein, fat, caffeine, crude fiber and water extracts are ≥ 9.0, ≥ 11.0, ≥ 5.0, ≤ 1.2, ≤ 35.0 and ≥ 20.0 g·(100g)-1, respectively.

2.3 不同處理小?？Х壬?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)

對(duì)小?？Х壬?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析（表4），結(jié)果表明，總糖分別與綠原酸和水浸出物之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系（<0.05），蛋白質(zhì)與脂肪、綠原酸和水浸出物之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（<0.01），脂肪與綠原酸和水浸出物之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（<0.01），綠原酸與水浸出物之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（<0.01），粗纖維與總糖、蛋白質(zhì)、脂肪、綠原酸和水浸出物之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（<0.05）。

KMO統(tǒng)計(jì)量為0.739>0.5，表明樣本量足夠。Bartlett的球形度檢驗(yàn)<0.001，球形檢驗(yàn)的假設(shè)被拒絕，表明7個(gè)品質(zhì)指標(biāo)是有關(guān)系的，與相關(guān)分析結(jié)果一致。采用主成分分析對(duì)指標(biāo)進(jìn)行降維，結(jié)果如表5所示。

主成分特征向量及第1和第2主成分如式（18）～式（20）。通過成份矩陣和提取的主成分特征根，計(jì)算特征向量。

Q1=4.74-0.51；2=1.18-0.52（18）

式中1、2分別為第1、第2特征向量，1、2分別為第1、第2成分矩陣。

結(jié)合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化向量（表6）和特征向量，確定主成分表達(dá)式并計(jì)算綜合得分。

1=0.30總糖+0.39蛋白質(zhì)+0.42脂肪+0.10咖啡因+0.44綠原酸+0.43粗纖維+0.44水浸出物（19）

2=0.33總糖-0.37蛋白質(zhì)+0.14脂肪+0.85咖啡因-0.11綠原酸-0.08粗纖維-0.05水浸出物（20）

<

f=(4.74/5.92)×1+(1.18/5.92)×2（21）

式中1、2分別為第1、第2主成分得分，為綜合得分，總糖、蛋白質(zhì)、脂肪、咖啡因、綠原酸、粗纖維、水浸出物分別為總糖、蛋白質(zhì)、脂肪、咖啡因、綠原酸、粗纖維、水浸出物含量標(biāo)準(zhǔn)化向量。

表4 小?？Х壬?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)的相關(guān)分析

表5表明，第1主成分的特征根為4.74，解釋了總變異的67.68%，其大小主要由蛋白質(zhì)、脂肪、綠原酸、粗纖維、水浸出物和總糖含量決定（見表6中1），其中總糖含量的影響偏??；第2主成分的特征根為1.18，它解釋了總變異的16.85%，其大小主要由咖啡因含量決定（見表6中2）；第3主成分雖然解釋了總變異的9.43%，但它的特征根為0.66，小于1，說明該主成分解釋力還不如直接引入原變量大，這7個(gè)變量只需提取前2個(gè)主成分即可。前2個(gè)主成分可解釋總變異的84.53%。

表5 主成分分析中的解釋總方差

對(duì)各處理下小?？Х壬?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行主成分分析（表6）和TOPSIS分析（表7）的評(píng)價(jià)結(jié)果一致，均表明FISS的綜合效益最優(yōu)，其次是處理FISM，而處理DISS0的綜合效益最差。

表6 小?？Х壬?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)的主成分分析

注：1、2分別為第1、第2主成分得分，1、2分別為第1、第2成分矩陣，1、2分別為第1、第2特征向量。

Note：1and2are first and second principal component score, respectively.1and2are first and second matrix of component, respectively.1and2are first and second eigenvector, respectively.

表7 小粒咖啡生豆?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)的TOPSIS分析

3 討 論

不同的水分和光照環(huán)境對(duì)次生代謝產(chǎn)物在作物不同的器官、組織和細(xì)胞內(nèi)的合成與積累的誘導(dǎo)及調(diào)控效應(yīng)不同，最終改變作物產(chǎn)量及品質(zhì)的形成[21]。云南省干熱區(qū)光照強(qiáng)烈，冬季氣溫較暖，降雨量少，蒸發(fā)量大，旱季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降雨和光照不匹配限制了小粒咖啡的高效生產(chǎn)[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，在重度虧缺灌水時(shí)，小?？Х鹊母啥巩a(chǎn)量隨蔭蔽度的增加而增加，可能由于蔭蔽栽培降低環(huán)境溫度，減小蒸騰耗水及土壤表層水分蒸發(fā)，緩解咖啡水分脅迫的壓力，起到不影響或少影響咖啡的正常坐果。充分灌水和輕度虧缺灌水時(shí)，輕度蔭蔽栽培和中度蔭蔽栽培下的干豆產(chǎn)量較高且差異不顯著，表明土壤水分適宜時(shí)，適度蔭蔽栽培可提高小?？Х鹊漠a(chǎn)量，而過度蔭蔽栽培減少小?？Х鹊幕ㄑ糠只徒Y(jié)果數(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。本研究還發(fā)現(xiàn)，小粒咖啡的百粒體積和百粒鮮質(zhì)量隨灌水量和蔭蔽度的增加有增加趨勢(shì)，可能由于適宜的水光環(huán)境促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分配比例的提高，增大果粒的飽滿度，這與前人的研究結(jié)果一致[23-24]。

作物品質(zhì)往往受環(huán)境因素的影響，合理的水光調(diào)配可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和品質(zhì)的同步提高[8,10]。本研究發(fā)現(xiàn)，灌水水平和蔭蔽栽培模式及二者的交互作用對(duì)小?？Х壬沟拇蠖酄I(yíng)養(yǎng)品質(zhì)影響顯著，可能由于蔭蔽環(huán)境下進(jìn)行灌溉緩解了土壤干旱脅迫、改善光合特性、促進(jìn)光合產(chǎn)物累積和轉(zhuǎn)化，并延緩了咖啡漿果的成熟[11,23]，同時(shí)水分影響植株體內(nèi)生理代謝以及無機(jī)物和有機(jī)物吸收、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化，從而改變了咖啡豆的營(yíng)養(yǎng)組份含量[6]。小?？Х壬怪芯G原酸含量隨灌水量和蔭蔽度的增加而增加，原因可能是在土壤水分嚴(yán)重虧缺下，植株的初級(jí)生產(chǎn)力受到較大抑制，合成次級(jí)產(chǎn)物的原料減少，導(dǎo)致綠原酸含量減少[6,8]，而提高灌水量和蔭蔽度對(duì)綠原酸累積產(chǎn)生了“稀釋效應(yīng)”[8,25]。不同蔭蔽環(huán)境必然造成不同程度的源-庫關(guān)系變化，使得咖啡豆中儲(chǔ)藏的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪等水解程度不同。本研究發(fā)現(xiàn)，小?？Х壬怪械鞍踪|(zhì)、脂肪和水浸出物含量隨蔭蔽度的增加有增加趨勢(shì)，表明一定的蔭蔽環(huán)境提高了小?？Х取霸础逼鞴俟┙o同化物的能力，使咖啡豆體積變大，“源”器官供應(yīng)力強(qiáng)，“庫”器官總體接受力弱，因此咖啡豆獲得了良好的充實(shí)，降低了堊白的發(fā)生[26]。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，為了全面系統(tǒng)地反映問題，往往要通過較多的變量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，而這些變量之間可能存在錯(cuò)綜復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，直接用它們分析現(xiàn)實(shí)問題，很可能會(huì)因存在多重共線性而引起極大的誤差。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過主成分分析[27-30]、聚類分析[27-29,31]、模糊綜合評(píng)判[31]、TOPSIS法[20,30]、層次分析法[32]和灰色關(guān)聯(lián)度法[30]等對(duì)作物品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。不同的評(píng)價(jià)方案因計(jì)算方法的不同而有所差異，本研究采用主成分分析和TOPSIS法對(duì)小?？Х壬怪锌偺恰⒌鞍踪|(zhì)、脂肪、咖啡因、綠原酸、粗纖維和水浸出物含量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)主成分分析和TOPSIS法的評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，2種方法均表明FISS處理的綜合品質(zhì)最優(yōu)，其次是FISM處理，而DISS0處理的綜合品質(zhì)最差。這與Liu等[8]的研究結(jié)果相同之處在于主成分分析和TOPSIS法在評(píng)價(jià)小?？Х壬怪袪I(yíng)養(yǎng)品質(zhì)時(shí)擇優(yōu)的結(jié)果是一樣的，不同之處在于Liu等[8]的研究表明灌水量為充分灌水的75%，蔭蔽度為30%時(shí)的綜合品質(zhì)最優(yōu)，其次是充分灌水下蔭蔽度為30%，自然光照下灌水量為充分灌水的50%時(shí)的綜合品質(zhì)最差?？赡苁潜狙芯坎捎孟憬稑錇樾×？Х忍峁┦a蔽環(huán)境，與Liu等[8]通過遮蔭網(wǎng)為小?？Х忍峁┦a蔽環(huán)境的研究有所不同，本研究所產(chǎn)生的蔭蔽度是一動(dòng)態(tài)變化過程，且環(huán)境通風(fēng)性、溫濕度、土壤水肥的吸收利用等差異較大所致。也有可能與試驗(yàn)灌水量的大小設(shè)計(jì)，降水量的差異，所分析營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的不同有關(guān)。本研究只對(duì)采用香蕉蔭蔽栽培第2年的小?？Х壬?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行了探索，而不同蔭蔽栽培時(shí)長(zhǎng)下的小粒咖啡生豆?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)是否存在差異，還應(yīng)系統(tǒng)深入研究。

4 結(jié) 論

本研究通過3個(gè)灌水水平和4個(gè)蔭蔽栽培模式，研究香蕉蔭蔽栽培下灌溉對(duì)干熱河谷區(qū)小?？Х犬a(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明：

1）小?？Х雀啥巩a(chǎn)量在重度虧缺灌溉時(shí)隨蔭蔽度的增加而增加，在充分灌溉和輕度虧缺灌溉時(shí)隨蔭蔽度的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，其中FISM處理的干豆產(chǎn)量（5 854.34 kg/hm2）最大。灌水水平和蔭蔽栽培模式對(duì)小粒咖啡百粒產(chǎn)量的體積、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響顯著（<0.05），其中FISM處理的百粒干質(zhì)量最大，而其百粒體積和百粒鮮質(zhì)量與最大的處理（FISS）相比差異不顯著（>0.05），與FIS0處理相比顯著增大。

2）灌水水平對(duì)小?？Х壬箍偺呛康挠绊懖伙@著（>0.05），除此之外，單獨(dú)的灌水水平和蔭蔽栽培模式處理對(duì)咖啡豆品質(zhì)指標(biāo)均影響極顯著（<0.01）；灌水水平和蔭蔽栽培模式的交互作用僅對(duì)脂肪和粗纖維含量的影響不顯著（>0.05）。

3）蛋白質(zhì)、脂肪、綠原酸和水浸出物含量之間相互呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，粗纖維分別與總糖、蛋白質(zhì)、脂肪、綠原酸和水浸出物之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。主成分分析與TOPSIS法均表明處理FISS的綜合效益最優(yōu)，其次是處理FISM，而處理DISS0的綜合效益最差。

4）研究雖表明FISS處理的綜合品質(zhì)最優(yōu)，但其干豆產(chǎn)量?jī)H4 317.28 kg/hm2，與FIS0處理相比減產(chǎn)15.69%，而FISM處理的綜合品質(zhì)排名第2，干豆產(chǎn)量最高達(dá)5 854.34 kg/hm2，與FIS0相比增產(chǎn)14.32%。從提高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和增加經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的角度綜合考慮，F(xiàn)ISM處理（中度蔭蔽栽培下充分灌水）對(duì)干熱區(qū)小?？Х扔酗@著的提質(zhì)增產(chǎn)作用，該組合可作為干熱區(qū)小?？Х仍谙憬妒a蔽栽培下的最佳水光耦合模式。

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Improving coffee yield and quality by full irrigation under moderate shade cultivation of banana tree in dry-hot region

Hao Kun1,2,3, Fei Liangjun1,2, Liu Xiaogang3※, Liu Lihua1,2, He Hongyan4, Yang Qiliang3

(1.,,710048,; 2.,710048,; 3.,,650500,; 4.,,678025,)

The yield and quality ofcannot be guaranteed due to irrational irrigation and light management in dry-hot region of southwest China. In order to evaluate the effects of deficit irrigation on yield and quality ofunder the shade of banana trees in dry-hot region, the local(5 years) was chosen for test material. In the field experiment, 3 levels of irrigation,, full irrigation (FI, which was determined by the monthly water demand data ofand precipitation in dry-hot region), light deficit irrigation (DIL: 75%FI) and severe deficit irrigation (DIS: 50%FI), and 4 modes of shade cultivation,, no shade cultivation (S0: monoculture,, natural light intensity), light shade cultivation (SL: intercropping with 4 lines ofand 1 line of banana), moderate shade cultivation (SM: intercropping with 3 lines ofand 1 line of banana) and severe shade cultivation (SS: intercropping with 2 lines ofand 1 line of banana) were designed. Principal component analysis and TOPSIS method were used to evaluate total sugar, protein, fat, caffeine, chlorogenic acid, crude fiber and water extracts content ofcomprehensively.The results showed that the dry bean yield ofwas significantly different under different shade cultivation modes and irrigation levels (<0.05), and there were the highest dry bean yield (5 854.34 kg/hm2) and the highest dry mass of 100-bean ofin the FISMtreatment. But FISMwas not significantly different with the FISStreatment (>0.05)in the volume and fresh mass of 100-bean of. The effects of irrigation level on total sugar content ofwere not significant (>0.05), and that of interaction between irrigation level and shade cultivation mode on fat and crude fibre content were also not significant (>0.05). However, the effects of their interaction on total sugar, protein, caffeine, chlorogenic acid and water extract content ofwere extremely significant (<0.01).There were higher content of total sugar, protein, fat, chlorogenic acid and water extracts content ofof FISMtreatment, while lower content of caffeine and crude fiber. Pearson correlation analysis showed that there were extremely significant positive correlation between protein, fat, chlorogenic acid and water extracts content of, while significant negative correlation between crude fiber and total sugar, protein, fat, chlorogenic acid and water extracts content of, respectively. Based on both principal component analysis and TOPSIS method, the best comprehensive quality ofwas FISStreatment, the next was FISMtreatment, and the poorest comprehensive quality was DISS0treatment. Compared with the FIS0treatment, total sugar, protein, chlorogenic acid, water extracts content and dry bean yield of FISMtreatment increased by 6.11%, 10.79%, 40.58%, 9.95% and 14.32%, respectively, while protein, chlorogenic acid and water extracts content of FISStreatment increased by 19.88%, 43.10% and 11.94%, respectively, dry bean yield decreased by 15.69%. Considering the comprehensive benefit of high production and superior quality, the suitable combination of irrigation treatment and banana shade cultivation mode forwas full irrigation under moderate shade cultivation (FISM). To summarize, the results of the study could provide guidance for irrigation and light management ofin dry-hot region of southwest China.

irrigation; quality;principal component analysis; coffee bean; shade mode; yield; TOPSIS method

2018-11-24

2019-05-24

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51469010、51769010、51779205）；陜西省水利科技項(xiàng)目（2014slkj-02）

郝 琨，博士生，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究。Email：haokgz@126.com.

劉小剛，教授，博士，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究。Email：liuxiaogangjy@126.com.

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.12.009

S571.2；S275.6

A

1002-6819(2019)-12-0072-09

郝 琨，費(fèi)良軍，劉小剛，劉利華，何紅艷，楊啟良. 香蕉樹中度蔭蔽下充分灌水提高干熱區(qū)咖啡產(chǎn)量及品質(zhì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(12)：72－80. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.12.009 http://www.tcsae.org

Hao Kun, Fei Liangjun, Liu Xiaogang, Liu Lihua, He Hongyan, Yang Qiliamg. Improving coffee yield and quality by full irrigation under moderate shade cultivation of banana tree in dry-hot region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(12): 72－80. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.12.009 http://www.tcsae.org