水肥耦合對(duì)芒果光合特性和產(chǎn)量及水肥利用的影響

劉小剛，孫光照，彭有亮，楊啟良，何紅艷

水肥耦合對(duì)芒果光合特性和產(chǎn)量及水肥利用的影響

劉小剛1，孫光照1，彭有亮1，楊啟良1，何紅艷2

（1. 昆明理工大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品學(xué)院，昆明 650500；2. 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）

為探明干熱區(qū)芒果高效生產(chǎn)的水肥耦合模式。以4a生芒果樹（貴妃芒）為研究對(duì)象，采用4因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共9個(gè)處理。試驗(yàn)4因素為3個(gè)生育期施肥量（花芽分化期：FⅠ、開花期：FⅡ、果實(shí)膨大期：FⅣ）和灌水水平。3個(gè)施肥水平分別為高肥（F75）、中肥（F50）和低肥（F25），3個(gè)灌溉水平分別為充分灌溉（FI）、輕度虧水灌溉（DIM）和重度虧水灌溉（DIS）。分析芒果冠層結(jié)構(gòu)、光合特性、產(chǎn)量及水肥利用效率對(duì)水肥調(diào)控的響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果表明，與充分灌溉相比，重度虧水顯著減少葉面積指數(shù)、凈光合速率（15:00除外）、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和羧化效率（<0.05）。在果實(shí)膨大期施肥之后，T8處理（FIFⅠ50FⅡ25FⅣ75）葉面積指數(shù)和蒸騰速率最大；T6處理（DIMFⅠ75FⅡ25FⅣ50）11:00的凈光合速率和羧化效率均高于其余處理；此外，大多輕度虧水灌溉下11:00的葉片瞬時(shí)水分利用效率顯著大于充分灌溉（<0.05）。在全生育期定量施肥條件下，增加芒果花芽分化期和果實(shí)膨大期肥料占比，充分灌溉能提高產(chǎn)量和肥料利用效率，而輕度虧水灌溉能提高灌溉水分利用效率。T8處理的產(chǎn)量（14 480.46 kg/hm2）和肥料偏生產(chǎn)力（96.54 kg/kg）最大，T6處理的灌溉水分利用效率（6.67 kg/m3）最高。由極差分析可知綜合影響產(chǎn)量和水肥利用的各因素依次為：灌溉水平、開花期施肥、果實(shí)膨大期施肥和花芽分化期施肥。綜合評(píng)分法表明，水肥耦合的最優(yōu)模式為輕度虧水灌溉、花芽分化期高肥、開花期低肥和果實(shí)膨大期中肥組合（DIMFⅠ75FⅡ25FⅣ50）。該研究結(jié)果可為干熱區(qū)芒果水肥管理提供科學(xué)依據(jù)。

灌溉；施肥；產(chǎn)量；正交設(shè)計(jì)；綜合評(píng)價(jià)；干熱區(qū)

0 引 言

芒果（L.）是世界五大熱帶水果之一，素有“熱帶果王”之美譽(yù)。截至2015年，中國芒果種植面積17.32萬hm2，年總產(chǎn)量143.66萬t，均居世界第7位。其中云南省芒果種植面積3.2萬hm2、年總產(chǎn)量27.94萬t，均位列全國第3位[1]。云南省芒果在紅河、瀾滄江、金沙江和元江等干熱河谷區(qū)栽培面積大，經(jīng)濟(jì)效益顯著，是當(dāng)?shù)靥厣珒?yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品[1-2]。但因干熱區(qū)季節(jié)性干旱突出，降雨量少且分配不均以及水肥管理粗放導(dǎo)致芒果產(chǎn)量不穩(wěn)定[3-5]。因此，構(gòu)建合理的水肥管理模式是保證干熱區(qū)芒果高效生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的前提。

水肥是影響作物生長、光合特性以及生產(chǎn)效益的重要因素，協(xié)調(diào)好水肥關(guān)系有利于促進(jìn)作物生長，改善葉片光合特性，提高作物產(chǎn)量和水肥利用效率[6-11]。研究發(fā)現(xiàn)虧水會(huì)導(dǎo)致作物葉片氣孔關(guān)閉、光合速率下降，引起體內(nèi)的激素、合成酶和可溶性物質(zhì)含量的變化，降低植株體內(nèi)水分傳導(dǎo)，進(jìn)而使其生長受到抑制[10-13]。Santos等[14]發(fā)現(xiàn)，重度虧水將導(dǎo)致芒果開花期和果實(shí)分化期葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度減小，從而抑制其光合生產(chǎn)力，最終造成產(chǎn)量下降。另有研究發(fā)現(xiàn)輕度虧水能提高作物根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，而且能協(xié)調(diào)作物的營養(yǎng)生長和生殖生長，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的[15-17]。

作物不同生育期對(duì)養(yǎng)分需求存在差異，進(jìn)行分期追肥能改善作物的生長狀況并提高產(chǎn)量[18-19]。分期施鉀肥能夠改善作物葉片光合特性，提高淀粉合成過程中相關(guān)酶的活性，增加淀粉累積量以及提升其轉(zhuǎn)移速率，從而提高產(chǎn)量和鉀素利用率[20]。減量多次追施氮肥能有效地滿足作物對(duì)氮素的吸收和利用，并且能促進(jìn)后期的光合產(chǎn)物向收獲器官轉(zhuǎn)移，同時(shí)又可以減少氮肥損失量及盈余量，降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)[21]。研究發(fā)現(xiàn)增加開花期土壤全氮含量和果實(shí)膨大期土壤速效磷、鉀含量均能顯著提高芒果坐果率、單果質(zhì)量、產(chǎn)量以及提高肥料利用效率[4,22]。

適宜的水肥供給是芒果優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基本保障[10,22]。灌溉和施氮量增加組合能顯著提升芒果葉片含氮量，而單一增施氮對(duì)其影響不明顯[8]。在灌溉施肥條件下，分期追肥與不同生育期肥料分配比例顯著影響作物根區(qū)土壤養(yǎng)分有效性，提高作物對(duì)養(yǎng)分吸收積累與利用，同時(shí)促進(jìn)光合產(chǎn)物積累以及合理有效分配，從而提高產(chǎn)量和水肥利用效率[21,23-24]。在一定范圍內(nèi)，水肥對(duì)作物生長、產(chǎn)量的影響具有相互促進(jìn)的關(guān)系，合理有效的水肥調(diào)控是實(shí)現(xiàn)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的前提[7]。目前，關(guān)于灌溉施肥或不同生育期施肥量分配對(duì)芒果生長、產(chǎn)量及水肥利用的影響研究較少，且水肥耦合效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)比較單一，很難找出綜合效益最佳的灌溉和施肥參數(shù)及耦合模式[9,25]。

本文以綜合提高芒果產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力為目標(biāo)，研究灌溉水平與肥料分期追施量耦合對(duì)干熱區(qū)芒果冠層結(jié)構(gòu)、光合特性、產(chǎn)量及水肥利用的影響。運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)方法尋找芒果節(jié)水增產(chǎn)的最優(yōu)組合，旨在探索干熱區(qū)芒果高效高產(chǎn)的水肥耦合策略。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

大田試驗(yàn)于2018年1—7月在云南省玉溪市元江縣甘莊農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行（102°00'32''E，23°40'42''N，海拔660.054 m）。試驗(yàn)區(qū)屬典型的亞熱帶干熱河谷氣候，年均溫度24 ℃，無霜期日數(shù)200～364 d，年均降雨量700～900 mm，年均蒸發(fā)量3 000～4 200 mm。試驗(yàn)期間基本氣象資料如圖1a、b、c所示。土壤類型為紅壤土，pH 6.46，有機(jī)質(zhì)10.12 g/kg，堿解氮60.21 mg/kg，有效磷30.34 mg/kg，速效鉀118.51 mg/kg。以4 a生芒果樹（貴妃芒）為研究對(duì)象，地徑60～85 mm，樹高1.8～2.0 m，株行距3 m×4 m。

1.2 田間試驗(yàn)布置

田間灌溉系統(tǒng)設(shè)有水泵取水裝置、干管、支管、毛管（PE管，壁厚1 mm，直徑16 mm）和滴頭（壓力補(bǔ)償式，工作壓力為0.1～0.3 MPa，滴頭流量為3 L/h）。毛管鋪設(shè)為1行2管，與樹間距為10 cm。以樹桿為中心在每根毛管上安裝2個(gè)滴頭，即每棵樹設(shè)有4個(gè)滴頭，滴頭間距為40 cm。試驗(yàn)小區(qū)設(shè)水表控制灌水量。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將芒果生育期劃分為5個(gè)階段[26]：花芽分化期（Ⅰ：1月10日—2月17日）、開花期（Ⅱ：2月18日—3月20日）、坐果期（Ⅲ：3月21日—4月12日）、果實(shí)膨大期（Ⅳ：4月13日—6月2日）、成熟期（Ⅴ：6月3日—7月10日）。參考當(dāng)?shù)孛⒐使芾斫?jīng)驗(yàn)，采用4因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選用L9(34)正交表（見表1），設(shè)花芽分化期施肥（FⅠ）、開花期施肥（FⅡ）、果實(shí)膨大期施肥（FⅣ）、灌溉水平（I）4個(gè)試驗(yàn)因素。3個(gè)施肥水平分別為高肥（F75：75 kg/hm2）、中肥（F50：50 kg/hm2）和低肥（F25：25 kg/hm2）。3個(gè)灌溉水平分別為充分灌溉（FI：100%ETc）、輕度虧水灌溉（DIM：75%ETc）和重度虧水灌溉（DIS：50%ETc）。完全隨機(jī)組合設(shè)計(jì)，共有9個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，每4棵樹為1個(gè)處理（小區(qū)面積=8 m×6 m），共108棵。供試肥料為大量元素水溶肥（N:P:K=20%:20%:20%，雪綠豐，賽固特生物科技有限公司）。FⅠ、FⅡ和FⅣ分別于1月15日（開花前第34天）、3月4日（開花后第15天）和4月28日（開花后第70天）進(jìn)行滴灌施肥。果園剪枝、除草和病蟲害防治等田間管理措施與當(dāng)?shù)毓r(nóng)習(xí)慣保持一致。

圖1 試驗(yàn)期間最高溫度和最低溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速、降雨量和參考作物日蒸發(fā)蒸騰量

表1 試驗(yàn)因素及正交設(shè)計(jì)表

注：（1）、（2）、（3）表示試驗(yàn)因素的水平； ETc表示作物需水量，mm。

Note: (1), (2), (3) mean the serial number for experimental factors level in the orthogonal design; ETcindicates crop water requirement, mm.

根據(jù)Food and Agriculture Organization-56推薦的Penman-Monteith公式估算參考作物蒸發(fā)蒸騰量（ET0）[27]。采用ET0和作物系數(shù)（K）的乘積計(jì)算作物需水量（ETc）。參考Levin等[28]研究結(jié)果，花芽分化期和坐果期K=0.70、開花期和成熟期K=0.80、果實(shí)膨大期K=0.85。結(jié)合降雨量與ETc確定灌水量，試驗(yàn)期間累計(jì)灌水量如圖2所示。灌水周期約為15 d，單個(gè)周期內(nèi)灌水量（periodic irrigation amount）按公式（1）計(jì)算。

式中PIA為單個(gè)周期內(nèi)灌水量，m3；ETct為第t天作物需水量，mm；n為灌水周期，d；Pt為第t天降雨量，mm；S為面積，m2。

1.4 測(cè)試項(xiàng)目及方法

1.4.1 冠層結(jié)構(gòu)和光合特性

冠層結(jié)構(gòu)和光合特性于開花后（days after flowering, DAF）進(jìn)行階段性的測(cè)定[10]。在DAF第20天（開花期）、70天（果實(shí)膨大期）和120天（成熟期）采用植物冠層分析儀（Win SCANOPY 2016a）測(cè)定冠層結(jié)構(gòu)。以距樹干15 cm，高度30 cm為拍攝點(diǎn)，保持水平拍攝，且在樹東、西兩面各拍攝2張照片，即每棵樹4張。使用植物冠層分析軟件（The Win SCANOPY Software）對(duì)照片進(jìn)行分析從而獲取相關(guān)參數(shù)，即葉面積指數(shù)（LAI）、冠層頂部和底部輻射強(qiáng)度，均取平均值（=4）。冠層透光率（LT）和消光系數(shù)（）分別由（2）和（3）式計(jì)算[29]。

式中LT為透光率，%；為消光系數(shù)；LAI為葉面積指數(shù)；RI0為冠層頂部輻射強(qiáng)度，mol/(m2·d)；RI為冠層底部輻射強(qiáng)度，mol/(m2·d)。

在DAF第45天（坐果期）、80天（果實(shí)膨大中期）、101 d（果實(shí)膨大后期）、132天（成熟期）采用便攜式光合儀（Li-6400）在自然光照條件下測(cè)定11:00和15:00的葉片光合特性，包括凈光合速率（P）、蒸騰速率（T）、氣孔導(dǎo)度（g）、胞間CO2濃度（C）。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)測(cè)定3次。羧化效率（CE）為凈光合速率與胞間CO2濃度的比值，葉片瞬時(shí)水分利用效率（LWUE）為凈光合速率與蒸騰速率的比值[6]。

1.4.2 產(chǎn)量和水肥利用

芒果成熟后以小區(qū)為單位進(jìn)行采收，稱重法測(cè)定產(chǎn)量（折算成公頃產(chǎn)量）。灌溉水分利用效率（IWUE）和肥料偏生產(chǎn)力（FPP）分別由公式（4）和（5）計(jì)算[9]。

式中IWUE為灌溉水分利用效率，kg/m3；為總產(chǎn)量，kg/hm2；為累積灌水量，m3。

式中FPP為肥料偏生產(chǎn)力，kg/kg；為總施肥量，kg/hm2。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和制圖，用SPSS 21軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA），多重比較采用Duncan法（=0.05）。

以產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力為評(píng)價(jià)指標(biāo)，用綜合評(píng)分法分析多指標(biāo)正交試驗(yàn)結(jié)果，確定試驗(yàn)最優(yōu)組合。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥調(diào)控對(duì)芒果冠層結(jié)構(gòu)的影響

灌溉水平與肥料分期追施量耦合對(duì)葉面積指數(shù)（LAI）、透光率（LT）和消光系數(shù)（）影響均顯著（<0.05）。由表2可知，LAI和隨DAF的增加而增加，而LT隨DAF的增加而減少。第3次施肥之后，T8處理的LAI和最大，T6處理次之，T3處理最小。另外，T3處理的LT顯著高于其余處理，且T8處理的LT最小。當(dāng)DAF為120 d時(shí)，與T3相比，T8處理LAI和分別顯著增加32.64%和31.34%（<0.05），而LT顯著減少50.95%（<0.05）。與充分灌溉相比，重度虧水顯著減少LAI和（<0.05）。由上述得，T8處理有利于提高葉面積指數(shù)和冠層截獲光能的能力。

表2 水肥調(diào)控對(duì)芒果冠層結(jié)構(gòu)的影響

注：不同小寫字母表示不同處理間在=0.05水平差異顯著，下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference between treatments (=0.05), the same below.

2.2 水肥調(diào)控對(duì)芒果光合特性的影響

灌溉水平與肥料分期追施量耦合對(duì)凈光合速率（P）、蒸騰速率（T）、氣孔導(dǎo)度（g）、胞間CO2濃度（C）、羧化效率（CE）和葉片瞬時(shí)水分利用效率（LWUE）影響均顯著（<0.05）。由表3可知，芒果11:00的P、T、g和CE隨開花后天數(shù)（DAF）增加呈先減少后增加再減少的趨勢(shì)。15:00的g與CE隨DAF變化規(guī)律和11:00相同，而T隨DAF先增加后減少。除T1、T3處理外，其余各處理11:00和15:00的LWUE隨DAF增加而逐漸減少。大多處理11:00的Pn、CE和LWUE明顯大于15:00，這表明11:00具有較大的光合生產(chǎn)潛能。

與充分灌溉相比，重度虧水減少11:00的P、T、g和CE，但能提高LWUE。大多DIM下的LWUE顯著大于FI（<0.05）。果實(shí)膨大期施肥（DAF=70 d）之后，T6處理11:00的P和CE均高于其余處理，而T9處理15:00的P和CE均高于其余處理；在11:00和15:00 中T8處理的T最大，同時(shí)T6處理的g最大，且T6與T8對(duì)g的影響無顯著性差異（>0.05）。

2.3 水肥調(diào)控對(duì)芒果產(chǎn)量和水肥利用的影響

由表4可知，灌溉水平與肥料分期追施量耦合對(duì)單株果實(shí)數(shù)量、單果質(zhì)量、產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力影響顯著（<0.05）。水肥調(diào)控下T8處理的產(chǎn)量（14 480.46 kg/hm2）和肥料偏生產(chǎn)力（96.54 kg/kg）最大，T6處理灌溉水分利用效率（6.67 kg/m3）最高。隨虧水程度加劇，單株果實(shí)數(shù)量基本呈減少趨勢(shì)，單果質(zhì)量則大體呈增加趨勢(shì)。在全生育期定量施肥條件下，增加充分灌溉下花芽分化期和果實(shí)膨大期肥料占比能提高產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力，而增加輕度虧水灌溉下花芽分化期和果實(shí)膨大期肥料占比能提高灌溉水分利用效率。與T1相比，T2和T3處理增加產(chǎn)量分別為24.48%和36.56%，提高灌溉水分利用效率分別為24.61%和36.58%，減少肥料偏生產(chǎn)力分別為37.77%和54.51%。

2.4 水肥調(diào)控下芒果產(chǎn)量、水肥利用的綜合評(píng)價(jià)

以芒果產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力為評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用綜合評(píng)分法尋找最優(yōu)試驗(yàn)處理組合（表5）。采用客觀賦權(quán)的變異系數(shù)法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，經(jīng)計(jì)算得產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的權(quán)重分別為0.408、0.202和0.390。

由表5可知，不同評(píng)價(jià)對(duì)象綜合得分由高到低依次為T6、T8、T4、T7、T9、T5、T1、T2、T3。4個(gè)試驗(yàn)因素中，灌溉水平（I）、花芽分化期施肥（FⅠ）、開花期施肥（FⅡ）和果實(shí)膨大期施肥（FⅣ）極差值分別為1.57、0.13、0.43和0.26?？芍蛩刂鞔雾樞?yàn)椋篒>FⅡ>FⅣ>FⅠ。結(jié)果表明，I、FⅠ、FⅡ和FⅣ得分最高的因素水平分別是輕度虧水灌溉（2=2.41）、高肥（3=1.94）、低肥（1=2.12）和中肥（2=1.96），由綜合評(píng)分法分析得T6處理為最優(yōu)組合。

表4 水肥調(diào)控對(duì)芒果產(chǎn)量和水肥利用效率的影響

表5 綜合評(píng)分法分析正交試驗(yàn)結(jié)果

注：K表示總和。

Note:Kmeans the sum.

3 討 論

干熱河谷區(qū)季節(jié)性干旱突出、水資源短缺，而且生產(chǎn)中不灌溉普遍存在，嚴(yán)重制約該區(qū)芒果高效生產(chǎn)。此外，芒果在不同生育階段需肥量存在一定的差異，為了提高芒果產(chǎn)量及節(jié)約資源，結(jié)合芒果不同生育階段的需肥情況對(duì)其進(jìn)行合理的灌溉施肥非常必要。因此，在前人的研究基礎(chǔ)上，本研究探討了灌溉水平與肥料分期追施量耦合對(duì)干熱區(qū)芒果冠層、光合特性、產(chǎn)量及水肥利用的影響。運(yùn)用綜合評(píng)分法分析得出了適宜芒果節(jié)水高產(chǎn)的水肥策略，以期為干熱區(qū)芒果高效生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。

葉面積指數(shù)與作物光合作用及蒸騰作用密切相關(guān)，直接影響其光合生產(chǎn)力以及植株體內(nèi)水分?jǐn)U散能力[30]。增加灌水量和氮磷鉀平衡施肥均能提高葉面積指數(shù)和消光系數(shù)，從而增強(qiáng)光合作用進(jìn)而提升干物質(zhì)累積量，而重度虧水則顯著抑制葉片表面積擴(kuò)張使得葉面積指數(shù)減少[31-32]。本研究也發(fā)現(xiàn)隨著水分虧缺程度的加劇，葉面積指數(shù)和消光系數(shù)逐漸減少，而透光率呈相反趨勢(shì)。此外，全生育期定量施肥中，充分灌溉與FⅠ50FⅡ25FⅣ75組合提高葉面積指數(shù)和冠層截獲光能的能力，這主要是有效的水肥調(diào)控策略能促進(jìn)芒果生殖生長，可為光合產(chǎn)物的積累和轉(zhuǎn)移提供保障[16]。

本研究發(fā)現(xiàn)11:00芒果的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和葉片水分利用效率均比15:00高，其原因是11:00外界環(huán)境的光照、濕度和氣溫適宜，葉肉細(xì)胞中糖和淀粉的庫儲(chǔ)量相對(duì)較少，光合產(chǎn)物運(yùn)輸暢通，光合同化效率較高[33]，而15:00葉片遭受強(qiáng)光和高溫脅迫后，導(dǎo)致水分平衡失調(diào)，氣孔導(dǎo)度下降，光合酶活性受限，葉肉細(xì)胞氣體吸收擴(kuò)散受阻，光合作用下降[10-11,34]。前人發(fā)現(xiàn)土壤虧水會(huì)誘導(dǎo)植物根部產(chǎn)生激素脫落酸（ABA），并在水分傳輸作用下通過木質(zhì)部將此信號(hào)傳送至樹冠從而引發(fā)葉片氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致光合速率和蒸騰速率降低[6,35-36]。本研究發(fā)現(xiàn)重度虧水顯著抑制凈光合速率（15:00除外）、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和羧化效率，這可能是干旱脅迫引發(fā)芒果產(chǎn)生了類似生理變化所致，另外，各處理中光合參數(shù)11:00的變化與15:00存在差異，這主要是下午光合有效輻射過大產(chǎn)生光抑制現(xiàn)象所導(dǎo)致。研究發(fā)現(xiàn)灌溉和增施氮肥能夠顯著提升葉片含氮量，從而增加葉片葉綠素和光合關(guān)鍵酶含量進(jìn)而改善光合速率[8,34]。另有研究發(fā)現(xiàn)合理分配不同生育期施肥量能及時(shí)有效地滿足植株各生育期對(duì)養(yǎng)分的需求[19]，減量多次追施鉀肥能改善作物葉片光合特性，提高光合產(chǎn)物分配到生殖器官的比例和同化效率[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，在全生育期定量施肥條件下，輕度虧水灌溉和FⅠ75FⅡ25FⅣ50組合11:00的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、羧化效率均高于其余處理，這表明合理的水肥耦合模式能促進(jìn)芒果光合生產(chǎn)力，可為其高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

合理灌溉能提高芒果凈光合速率和蒸騰速率，增加光合產(chǎn)物累積量，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[8]。重度虧水灌溉顯著減少植株單株果實(shí)數(shù)量、果實(shí)尺寸和產(chǎn)量，而輕度虧水灌溉能提高水分利用效率[37-39]。本研究也發(fā)現(xiàn)，單株果實(shí)數(shù)量和產(chǎn)量隨虧水程度的增加而逐漸減少，以及輕度虧水灌溉和FⅠ75FⅡ25FⅣ50耦合灌溉水分利用效率最高。隨著灌水量的減少芒果單株數(shù)量逐漸減少，而單果質(zhì)量逐漸增加。這主要由于單株果實(shí)數(shù)量影響果實(shí)大小，坐果率越高則果實(shí)尺寸越小，從而減少單果質(zhì)量[27]。研究發(fā)現(xiàn)施基肥是作物營養(yǎng)生長所需養(yǎng)分的重要來源，而生育期中后期施肥則是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)的重要保障[40]。減量多次施肥能提高作物根區(qū)土壤養(yǎng)分的活性，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和積累，并且能降低因施肥不當(dāng)對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境造成的負(fù)面效應(yīng)[18,21]。通過合理確定作物養(yǎng)分供應(yīng)量及不同生育期的供應(yīng)比例，能夠協(xié)調(diào)營養(yǎng)器官和收獲器官的生長及干物質(zhì)分配，促進(jìn)光合產(chǎn)物向生殖器官轉(zhuǎn)移，最終實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)并提高肥料利用效率[20]。本研究發(fā)現(xiàn)在全生育期定量施肥條件下，增加花芽分化期和果實(shí)膨大期肥料占比，充分灌溉時(shí)能提高產(chǎn)量和肥料利用效率，而輕度虧水灌溉時(shí)能夠提高灌溉水分利用效率。表明合理的分配不同生育期施肥量是實(shí)現(xiàn)水肥關(guān)系協(xié)調(diào)的重要措施，而且減量多次追肥能更好的促進(jìn)作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，提高作物產(chǎn)量和水肥利用。

不斷追求產(chǎn)量最大化的同時(shí)提高水肥利用效率是指導(dǎo)農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展的有效途徑。本研究以綜合提高芒果產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力為目標(biāo)，運(yùn)用綜合評(píng)分法分析得到T6處理為試驗(yàn)最優(yōu)組合，即灌溉水平為75%ETc、花芽分化期施肥為75 kg/hm2、開花期施肥為25 kg/hm2和果實(shí)膨大期施肥為50 kg/hm2組合。這表明在干熱區(qū)該組合不但能改善芒果葉片光合速率，促進(jìn)光合生產(chǎn)力，而且能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和水肥利用綜合效益最佳[20,40]。研究結(jié)果對(duì)干熱區(qū)芒果高效生產(chǎn)具有一定的實(shí)踐參考意義。

4 結(jié) 論

1）水肥耦合模式對(duì)葉面積指數(shù)、透光率、消光系數(shù)和光合特性影響顯著（<0.05）。大多輕度虧水灌溉下11:00的LWUE顯著大于FI（<0.05）。T8處理葉面積指數(shù)、消光系數(shù)和蒸騰速率較大，T6處理11:00的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、羧化效率較大。

2）T8處理的產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力最大，T6處理灌溉水分利用效率最高。全生育期定量施肥中，增加花芽分化期和果實(shí)膨大期肥料占比與充分灌溉組合能增加產(chǎn)量和提高肥料偏生產(chǎn)力，與輕度虧水組合能提高灌溉水分利用效率。

3）運(yùn)用綜合評(píng)分法得到T6處理為最優(yōu)組合，各因素主次順序?yàn)椋汗喔人?開花期施肥>果實(shí)膨大期施肥>花芽分化期施肥。綜合分析干熱區(qū)芒果節(jié)水增產(chǎn)的水肥調(diào)控模式為灌溉水平為75%ETc、花芽分化期施肥為75 kg/hm2、開花期施肥為25 kg/hm2、果實(shí)膨大期施肥為50 kg/hm2。

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Effect of water-fertilizer coupling on photosynthetic characteristics, fruit yield, water and fertilizer use of mango

Liu Xiaogang1, Sun Guangzhao1, Peng Youliang1, Yang Qiliang1, He Hongyan2

(1.650500,; 2.678025,)

Mango (L.) is one of the most important economic crops in dry and hot regions of southwest China. The yield is unstable due to seasonal drought, no irrigation or flood irrigation, and irrational fertilizer. Given the current situation of water and fertilizer supply as well as future scenarios, it is important to delineate strategies for improving water and fertilizer use efficiency and crop productivity. In this study, the native 4-year-old mango (L., cv. ‘Guifei’) was chosen as experiment material. The field experiment was conducted during main growing seasons (from January to July in 2018) in an experimental mango orchard in Yuanjiang Country, Yunnan, China. We investigated the effect of water and fertilizer regulating on canopy structure, photosynthetic characteristics, fruit yield, irrigation water use efficiency (IWUE), and fertilizer partial productivity of mango. The irrigation and fertilizer treatments were designed in orthogonal experiment (L9(34)). Four experimental factor were included the supply fertilizer at the three growth stages (flower bud differentiation stage (FⅠ), flowering stage (FⅡ) and fruit expansion stage (FⅣ)) and irrigation level. Three fertilization levels were 75 kg/hm2(F75), 50 kg/hm2(F50), and 25 kg/hm2(F25), and three irrigation levels were full irrigation (FI-100%ETc, ETcmeans crop water requirement), mild deficit irrigation (DIM-75%ETc), and severe deficit irrigation (DIS-50%ETc), respectively. The results showed that compared with FI, DISreduced significantly LAI, net photosynthetic rate (except for 15:00), transpiration rate, stomatal conductance and carboxylation efficiency (<0.05). After fertilizer application at fruit expansion stage, T8 treatment (FIFⅠ50FⅡ25FⅣ75) had the largest LAI and transpiration rate, and the net photosynthetic rate, stomatal conductivity and carboxylation efficiency at 11:00 of T6 treatment (DIMFⅠ75FⅡ25FⅣ50) were higher than that of other treatments. In addition, the leaf instantaneous water use efficiency (LWUE) at 11:00 of most DIMwas much higher than FI (<0.05). Under the condition of quantitative fertilization in the whole growth period, the increase of the proportion of fertilizer distribution in flower bud differentiation and fruit expansion could increase the fruit yield and the fertilizer partial productivity at FI, and could improve IWUE at DIM. T8 treatment had the largest fruit yield (14 480.46 kg/hm2) and fertilizer partial productivity (96.54 kg/kg), and T6 treatment had the highest IWUE (6.67 kg/m3). The order of factors affecting the fruit yield, water and fertilizer use efficiency was obtained by the range analysisas follows: irrigation level> flowering stage fertilization> fruit expansion period fertilization> flower bud differentiation stage fertilization. The comprehensive scoring method evaluation indicated that, the optimal mode of coupling between variable fertilization at different growth stages and irrigation was irrigation level of 75%ETc, fertilizer rate of flower bud differentiation stage of 75 kg/hm2, flowering stage of 25 kg/hm2, and fruit expansion stage of 50 kg/hm2(DIMFⅠ75FⅡ25FⅣ50). The study results could provide a scientific reference to water and fertilizer managements of mango in dry and hot regions.

irrigation; fertilization; yield; orthogonal design; comprehensive evaluation; dry and hot regions

2019-07-10

2019-08-07

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51769010，51979133，51469010，51109102）資助。

劉小剛，教授，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.1002-6819.2019.16.014

S275.6

A

1002-6819(2019)-16-0125-09

劉小剛，孫光照，彭有亮，楊啟良，何紅艷. 水肥耦合對(duì)芒果光合特性和產(chǎn)量及水肥利用的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(16)：125－133. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.014 http://www.tcsae.org

Liu Xiaogang, Sun Guangzhao, Peng Youliang, Yang Qiliang, He Hongyan. Effect of water-fertilizer coupling on photosynthetic characteristics, fruit yield, water and fertilizer use of mango[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(16): 125－133. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.014 http://www.tcsae.org