滴灌條件下不同磷鉀肥配比對蘋果品質(zhì)的影響及綜合評價

劉艷武，郭向紅，楊 凱，續(xù)海紅，孫西歡，馬娟娟，雷 濤，賀琦琦

(1.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024； 2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，太原 030100)

0 引 言

中國是蘋果生產(chǎn)大國，數(shù)據(jù)顯示我國蘋果的種植面積以及產(chǎn)量約占世界的一半[1]。近年來，生產(chǎn)商及消費者對于蘋果生產(chǎn)的要求不僅局限于高產(chǎn)，更多的是追求優(yōu)質(zhì)。然而在實際的果園管理中，由于灌溉方式以及施肥量的不合理，不僅浪費水肥資源、擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)成本，也嚴(yán)重制約了蘋果品質(zhì)的提升。因此，研究不同的施肥種類、施肥方式以及施肥量對于蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及增產(chǎn)增質(zhì)具有重要的現(xiàn)實意義。

大量試驗研究表明，磷和鉀是果樹生長發(fā)育所需的兩種重要礦質(zhì)元素，磷肥能夠促進(jìn)果樹的生長和結(jié)果，提高葉片中的葉綠素含量與礦質(zhì)含量，加強(qiáng)作物的光合作用，促進(jìn)碳水化合物的轉(zhuǎn)化，提高作物中的可溶性固形物含量[2-7]；鉀更是被稱為“品質(zhì)”元素，鉀肥能夠增強(qiáng)果樹對礦質(zhì)元素的吸收，改善樹體的營養(yǎng)情況，對于果實pH值、可溶性固形物含量、糖酸比以及單株產(chǎn)量等品質(zhì)指標(biāo)具有明顯的促進(jìn)效果[8-14]。

雖然前人關(guān)于果樹施用磷鉀肥已經(jīng)開展了大量研究，但是大部分研究集中于單施磷肥或單施鉀肥對果樹生理生長以及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，在磷鉀肥混合施用對果樹的影響方面，二者不同配比對于蘋果樹生理生長及產(chǎn)量品質(zhì)的影響研究還比較少。因此本試驗采用滴灌施肥方式，研究不同磷鉀肥配比對8年生SH矮砧蘋果品質(zhì)的影響，并通過主成分分析得到適宜的磷鉀肥施用水平，以期為果園施肥管理以及優(yōu)質(zhì)蘋果的培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗于山西省農(nóng)科院果樹研究所節(jié)水灌溉示范果園進(jìn)行。該果園位于山西省太谷縣西南部，地理位置為東經(jīng)112°32′，北緯37°23′，平均海拔781.9 m，年平均氣溫9.8 ℃，霜凍期為十月上旬至次年四月中旬，無霜期175 d，年平均降雨量450 mm，屬典型的暖溫帶季風(fēng)影響下的大陸性半干旱氣候類型[15]。試驗區(qū)土質(zhì)以砂壤土為主，土壤體積質(zhì)量為1.47 g/cm3，飽和含水率為0.492 cm3/cm3，田間持水量為0.247 cm3/cm3。試驗區(qū)為南北向，果樹種植規(guī)格為4 m×2 m，灌水水源為地下水，試驗對象為8年生SH矮砧蘋果樹。

1.2 試驗設(shè)計

為研究滴灌條件下不同磷鉀肥配比對蘋果品質(zhì)的影響，本試驗以磷肥與鉀肥的施肥量作為控制因子，各設(shè)置三個施肥水平：磷肥，P1：49 kg/hm2、P2：70 kg/hm2、P3 ：91 kg/hm2(生物磷，P2O5含量60%)；鉀肥，K1：70 kg/hm2、K2：100 kg/hm2、 K3：130 kg/hm2(生物鉀，K2O含量52%)。試驗設(shè)有5個滴灌處理：P1K2、P2K2、P3K3、P2K1、P2K3，和地面灌溉對照組CK(P2K2)，每個處理3組重復(fù)。各處理灌水下限為田間持水量的60%，灌水上限為田間持水量的90%。此外，各處理均施用了總量相等的氮肥100 kg/hm2(硝酸銨溶液，總N含量為32%)，分別在果樹萌芽期、新梢旺長期和果實膨大期同磷鉀肥一起施入，3種肥料每個生育期的施用量均為總量的1/3。

1.3 測定項目與方法

從各處理中選取長勢一致且無病蟲害的三棵樹為試驗樹，在果實成熟期從每棵樹的各個方向共取15顆果實用于品質(zhì)的測定，結(jié)果取平均值。單果重用電子天平進(jìn)行稱量、果形指數(shù)用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測定、果肉硬度采用英國產(chǎn)TA-XTPLUS物性測試儀測定、可溶性固形物用日本產(chǎn)PAL-1糖度計測定、酸度用韓國產(chǎn)835N酸度計測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Excle2013對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用 Origin2019進(jìn)行作圖，用SPSS22.0進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷鉀肥配比對果實品質(zhì)的影響

2.1.1 不同磷鉀肥配比對單果重的影響

單果重是用來評價蘋果外觀品質(zhì)的重要指標(biāo)，不同磷鉀肥配比蘋果單果重對比情況如圖1所示。由圖1可知，不同磷鉀肥配比及施肥方式對蘋果單果重值影響不同，整體上表現(xiàn)為： P2K3>P2K2>P3K2>CK >P1K2 >P2K1，P2K3處理的單果重值最大(220 g)，較P2K2、P3K2、CK、P1K2、P2K1處理分別高出1.38%、8.37%、9.45%、11.68%、13.40%，P2K1處理的單果重值最小(194 g)。鉀肥施用量相同時，對比P1K2、P2K2、P3K2處理可知，隨著磷肥施用量的增加，單果重值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，P2K2處理的單果重值最大(217 g)，較P1K2、P3K2分別高出10.15%和6.90%；磷肥施用量相同時，對比P2K1、P2K2、P2K3處理可知，隨著鉀肥施用量的增加，單果重值持續(xù)增大，P2K3處理的單果重值最大，較P2K1、P2K2處理分別高出13.40%和1.38%。磷鉀肥施用量相同時，對比P2K2處理與CK處理可知，與CK相比，P2K2處理可提高蘋果單果重，較CK提高了7.96%。由此可知，滴灌施肥比傳統(tǒng)的地面灌溉更有利于蘋果樹果實的生長發(fā)育，提高蘋果單果重這一外觀品質(zhì)；適當(dāng)增加磷鉀肥的施用量可使蘋果的單果重值得到顯著提高，過量的施用磷肥時蘋果的單果重值會有明顯的減小趨勢；P2K2、P2K3處理的磷鉀肥配比均可顯著增加蘋果單果重值，二者對單果重值的影響差別較小。

圖1 不同磷鉀肥配比蘋果單果重對比

2.1.2 不同磷鉀肥配比對果形指數(shù)的影響

果形指數(shù)是用來評價蘋果外觀品質(zhì)的重要指標(biāo)，不同磷鉀肥配比蘋果果形指數(shù)對比情況如圖2所示。由圖2可知，不同磷鉀肥配比及施肥方式對蘋果果形指數(shù)的影響不同，整體上表現(xiàn)為：P2K2>P2K3>P1K2>CK >P3K2 >P2K1，P2K2處理的蘋果果形指數(shù)值最大(0.825)，較P2K3、P1K2、CK、P3K2、P2K1分別高出2.10%、2.48%、3.77%、3.90%、4.70%，P2K1處理的蘋果果形指數(shù)值最小(0.788)。鉀肥施用量相同時，對比P1K2、P2K2、P3K2處理可知，隨著磷肥施用量的增加，果形指數(shù)值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，P2K2處理的果形指數(shù)值最大，較P1K2、P3K2分別高出2.48%和3.90%；磷肥施用量相同時，對比P2K1、P2K2、P2K3處理可知，隨著鉀肥施用量的增加，果形指數(shù)值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，P2K2處理的蘋果果形指數(shù)值最大，較P2K1、P2K3處理分別高出4.70%、2.10%。磷鉀肥施用量相同時，對比P2K2處理與CK處理可知，與CK相比，P2K2處理可提高蘋果果形指數(shù)值，較CK提高了3.77%。由此可知，滴灌施肥比傳統(tǒng)的地面灌溉更有利于蘋果樹果實的生長發(fā)育，提高蘋果果形指數(shù)這一外觀品質(zhì)；適當(dāng)?shù)脑黾恿租浄适┯昧靠墒固O果的果形得到明顯的改善及優(yōu)化，過量的施用磷鉀肥會明顯地降低蘋果果形指數(shù)值；P2K2處理的磷鉀肥配比可顯著增加蘋果果形指數(shù)值。

圖2 不同磷鉀肥配比蘋果果形指數(shù)對比

2.1.3 不同磷鉀肥配比對果肉硬度的影響

果肉硬度指的是果肉受壓時的抗力，是用來評價蘋果內(nèi)在品質(zhì)的重要指標(biāo)[15]。不同磷鉀肥配比蘋果果肉硬度對比情況如圖3所示。由圖3可知，不同磷鉀肥配比及施肥方式對蘋果的果肉硬度值影響不同，整體上表現(xiàn)為：P2K2>P3K2>P2K3>CK >P2K1 >P1K2，P2K2處理蘋果果肉硬度值最大(11.2N)，較P3K2、P2K3、CK 、P2K1、P1K2分別高出6.67%、7.69%、10.89%、21.74%、33.33%，P1K2處理蘋果果肉硬度值最小(8.4N)。鉀肥施用量相同時，對比P1K2、P2K2、P3K2處理可知，隨著磷肥施用量的增加，果肉硬度值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，P2K2處理蘋果果肉硬度值最大，較P1K2、P3K2分別高出33.33%和6.67%；磷肥施用量相同時，對比P2K1、P2K2、P2K3處理可知，隨著鉀肥施用量的增加，果肉硬度值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢， P2K2處理蘋果果肉硬度值最大，較P2K1、P2K3處理分別高出21.74%和7.69%。磷鉀肥施用量相同時，對比P2K2處理與CK處理可知，與CK相比，P2K2處理可顯著提高蘋果果肉硬度值，較CK提高了10.89%。由此可知，滴灌施肥比傳統(tǒng)的地面灌溉更有助于改善蘋果的果肉硬度這一內(nèi)在品質(zhì)；適宜的磷鉀肥施用量可使蘋果的果肉硬度值得到明顯的提高，過量的施用磷鉀肥會明顯地降低蘋果的果肉硬度值；P2K2處理的磷鉀肥配比可顯著增大蘋果的果肉硬度值。

圖3 不同磷鉀肥配比蘋果果肉硬度對比

2.1.4 不同磷鉀肥配比對可溶性固形物的影響

可溶性固形物主要是用來反映果實的甜度，是評價蘋果口感品質(zhì)的重要指標(biāo)[15]。不同磷鉀肥配比蘋果的可溶性固形物含量對比情況如圖4所示。由圖4可知，不同磷鉀肥配比及施肥方式對蘋果的可溶性固形物含量影響不同，整體上表現(xiàn)為：P2K3>P2K2>CK>P3K2 >P1K2>P2K1，P2K3處理果實可溶性固形物含量最高(14.67%)，較P2K2、CK、P3K2、P1K2、P2K1分別高出0.41%、2.95%、4.04%、6.30%、11.98%，P2K1處理蘋果的可溶性固形物含量最低(13.10%)。鉀肥施用量相同時，對比P1K2、P2K2、P3K2處理可知，隨著磷肥施用量的增加，可溶性固形物含量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，P2K2處理蘋果的可溶性固形物含量最高(14.61%)，較P1K2、P3K2分別高出5.87%和3.62%；磷肥施用量相同時，對比P2K1、P2K2、P2K3處理可知，隨著鉀肥施用量的增加，蘋果可溶性固形物含量持續(xù)增大，P2K3處理蘋果可溶性固形物含量最高，較P2K1、P2K2處理分別高出11.98%和0.41%。磷鉀肥施用量相同時，對比P2K2處理與CK處理可知，與CK相比，P2K2處理可顯著提高蘋果的可溶性固形物含量，較CK提高了2.53%。由此可知，滴灌施肥比傳統(tǒng)的地面灌溉更有助于改善蘋果的可溶性固形物含量這一內(nèi)在品質(zhì)；適宜的磷鉀肥施用量可明顯提高蘋果的可溶性固形物含量，過量的施用磷肥會明顯地降低蘋果的可溶性固形物含量；P2K2、P2K3處理的磷鉀肥配比均可顯著增加蘋果的可溶性固形物含量，二者對蘋果可溶性固形物含量的影響區(qū)別較小。

圖4 不同磷鉀肥配比蘋果可溶性固形物含量對比

2.1.5 不同磷鉀肥配比對酸度的影響

酸度是指果實中各類酸性物質(zhì)的總和，是用來評價蘋果口感品質(zhì)的重要指標(biāo)[15]。不同磷鉀肥配比蘋果的酸度值對比情況如圖5所示。由圖5可知，不同磷鉀肥配比及施肥方式對蘋果的酸度值影響不同，整體上表現(xiàn)為：P2K3

圖5 不同磷鉀肥配比蘋果酸度對比情況

2.2 綜合評價

本文蘋果品質(zhì)的評價指標(biāo)包括：單果重(X1)、果形指數(shù)(X2)、果肉硬度(X3)、可溶性固形物(X4)和酸度(X5)，每個指標(biāo)反映的最優(yōu)磷鉀肥施肥配比均不同，各個指標(biāo)在評價體系中所占的比重也均不相同，因此需綜合考慮各個指標(biāo)，進(jìn)行綜合評價。主成分分析即是一種綜合評價方法，它是通過降維的思想，將多個評價指標(biāo)簡化為少數(shù)綜合指標(biāo)的統(tǒng)計分析方法。該方法在保留了大部分原信息量的基礎(chǔ)上，使得指標(biāo)數(shù)目降到最小，更能簡潔、直觀的說明實際問題[16,17]。

利用SPSS 22.0軟件對標(biāo)準(zhǔn)化以后的6個處理的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表1。由表1可知，前兩個主成分因子的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到87.949%，綜合了大部分的評價指標(biāo)信息，指標(biāo)信息損失量僅為12.051%，因此可用這兩個主成分代替上述5個蘋果品質(zhì)評價指標(biāo)。由表2可知，第1主成分F1主要反映單果重(X1)、可溶性固形物(X4)、酸度(X5)3個指標(biāo)的影響，前兩者在第1主成分上呈正向分布，第三者在第1主成分上呈負(fù)向分布；第2主成分F2主要反映果形指數(shù)(X2)、果肉硬度(X3)2個指標(biāo)的影響，二者在第2主成分上均呈正向分布。

根據(jù)表1及表2中的特征值以及因子載荷矩陣數(shù)據(jù)，計算得到各主成分得分模型表達(dá)式如式(1)和式(2)所示。然后以兩個主成分各自的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，可計算得到綜合主成分F得分模型如式(3)所示。

F1=0.502X1+0.245X2+0.266X3+0.471X4-0.436X5

(1)

F2=0.068X1+0.671X2+0.690X3+0.082X4+0.148X5

(2)

F=0.757F1+0.243F2

(3)

通過式(1)、式(2)和式(3)將每個處理各主成分得分、綜合主成分得分以及排名情況進(jìn)行計算，所得結(jié)果如表3所示。由表3可知，第1主成分得分排名為：P2K3>P2K2>CK>P3K2>P1K2>P2K1；第2主成分F2得分排名為：P2K2>P2K3>P3K2>CK>P1K2>P2K1；綜合主成分F得分排名為：P2K2>P2K3>CK>P3K2> P1K2>P2K1。因此，結(jié)合施肥量以及經(jīng)濟(jì)角度認(rèn)為，滴灌條件下P2K2處理的磷鉀肥配比最有利于提高蘋果樹的果實品質(zhì)。

表1 特征值與累積方差貢獻(xiàn)率

表2 因子載荷矩陣

表3 不同處理蘋果品質(zhì)綜合評價結(jié)果

3 結(jié) 論

(1)各處理中，P2K3處理蘋果的單果重及可溶性固形物含量值最大，酸度值最??；P2K2處理蘋果的果形指數(shù)及果肉硬度值最大。

(2)滴灌施肥比傳統(tǒng)的地面灌溉更有利于蘋果樹果實的生長發(fā)育，可明顯提高蘋果單果重、果形指數(shù)、果肉硬度、可溶性固形物、酸度這些品質(zhì)指標(biāo)。

(3)對蘋果的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，綜合考慮施肥量以及經(jīng)濟(jì)效益，分析認(rèn)為滴灌條件下，P2K2處理(P2：70 kg/hm2、K2：100 kg/hm2)的磷鉀肥配比最有利于提高蘋果樹的果實品質(zhì)。