幼果期調(diào)虧對不同覆膜柑橘產(chǎn)量品質(zhì)及水分利用效率的影響

鐘 韻，朱士江，費良軍，代智光，王亞林，李 虎，張禮杰

幼果期調(diào)虧對不同覆膜柑橘產(chǎn)量品質(zhì)及水分利用效率的影響

鐘 韻1,2，朱士江1,2※，費良軍3，代智光4，王亞林2，李 虎2，張禮杰2

（1. 三峽大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，宜昌 443002；2. 三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，宜昌 443002；3. 西安理工大學(xué)省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點實驗室，西安 710048；4. 河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院，洛陽 471003）

調(diào)虧灌溉具有節(jié)水保肥、提質(zhì)增效等特點，該研究嘗試在調(diào)虧灌溉基礎(chǔ)上引入地表覆膜技術(shù)，利用覆膜的保水控水作用，解決水分虧缺帶來的土壤水分不足及后期減產(chǎn)問題。以鄂西地區(qū)樹齡10 a的柑橘樹（紅肉臍橙，枳砧）為研究對象，探究覆膜條件下水分虧缺對柑橘品質(zhì)、產(chǎn)量及水分利用效率（water use efficiency, WUE）的影響。試驗于2019－2021年在幼果期設(shè)置輕度（L：80%～90%田間持水量）、中度（M：70%～80%田間持水量）、重度（S：60%～70%田間持水量）3個程度水分虧缺水平，另設(shè)置A（日本透濕性膜）、B（杜邦特衛(wèi)強(qiáng)膜）、C（中國銀黑雙色膜）和不覆膜4個覆蓋水平，以不覆膜充分灌溉為對照進(jìn)行試驗。結(jié)果表明：水分虧缺和覆膜均可顯著改善柑橘果實品質(zhì)（<0.05），其中M-A和M-B處理是提高柑橘品質(zhì)的最優(yōu)處理。水分虧缺和覆膜對產(chǎn)量及WUE的影響也達(dá)到顯著水平，兩者均能有效提高WUE，L和M處理均顯著增加了柑橘產(chǎn)量，而S處理顯著減小了柑橘產(chǎn)量，且兩者的交互作用對產(chǎn)量及WUE影響也顯著，其中M-A和M-B處理的產(chǎn)量和WUE均達(dá)到最高水平，2019、2020、2021年M-A和M-B處理的產(chǎn)量分別為44 793.6、45 325.1、43 126.8 kg/hm2和44 870.5、44 727.7、41 783.5 kg/hm2，WUE分別為7.31、7.68、7.08 kg/m3和7.47、7.47、6.89 kg/m3。因此，最優(yōu)處理為柑橘品質(zhì)、產(chǎn)量和WUE均達(dá)到較高水平的M-A和M-B。該研究可為鄂西地區(qū)柑橘產(chǎn)業(yè)的灌溉管理和提質(zhì)增效提供理論依據(jù)。

灌溉；產(chǎn)量；品質(zhì)；水分虧缺；覆膜；水分利用效率

0 引 言

柑橘是鄂西地區(qū)種植面積最大、經(jīng)濟(jì)地位最重要的果樹，柑橘產(chǎn)業(yè)已成為該地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一[1]。以宜昌市為例，截止2020年，全市柑橘面積約14萬hm2，總產(chǎn)約390萬t，居全國市州第一[2]。但是，該地區(qū)果實品質(zhì)總體偏低，國家每年仍需從澳大利亞、南非等國家進(jìn)口[3]。因此，提升柑橘果實品質(zhì)已成為鄂西柑橘產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟需解決的關(guān)鍵問題。近年來，鄂西地區(qū)季節(jié)性干旱問題日益突出，農(nóng)業(yè)灌溉水資源嚴(yán)重不足；以宜昌市夷陵區(qū)為例，1970－2021年共發(fā)生氣象干旱次數(shù)36次，年平均干旱日數(shù)47.1 d，部分年份出現(xiàn)冬春連旱或伏秋連旱[4]，2016年8－10月，因持續(xù)高溫?zé)o雨，近30條河流及溪溝出現(xiàn)斷流，農(nóng)作物受災(zāi)面積17 799 hm2[2]。然而，當(dāng)?shù)毓r(nóng)仍延續(xù)了“高水、高產(chǎn)”的傳統(tǒng)灌溉思維，這不僅造成果實品質(zhì)和水分利用效率低下，而且導(dǎo)致當(dāng)?shù)赝寥狼治g等問題突出。

水分在柑橘的生理生長、產(chǎn)量和果實品質(zhì)等方面均具有重要的調(diào)控作用[5]。柑橘屬于耗水性樹種，對水敏感且不耐旱，科學(xué)灌溉是柑橘優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵措施[6]。因此，為了提高果樹水分利用效率，改善果實品質(zhì)，學(xué)者們提出了利用作物生理功能節(jié)水的調(diào)虧灌溉方法，該方法可在不減產(chǎn)或產(chǎn)量降低較小的情況下改善果實的品質(zhì)，提高優(yōu)果率和可溶性還原糖含量等[7-10]，果實硬度略有增加，果實含水率略有下降，使果實更甜且易存儲[11]。張效星等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在柑橘果實膨大期（III期）、轉(zhuǎn)色增糖期（IV期）進(jìn)行輕度虧水可顯著降低葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，提高葉片瞬時水分利用效率，并可保證柑橘產(chǎn)量；陳瑛等[13]研究表明，在III期進(jìn)行中度虧水可顯著提高柑橘（臍橙）的VC含量及含糖量，在IV期采用輕度水分虧缺可再次提高兩者含量，在果實成熟期進(jìn)行虧水處理，果實的體積、單果質(zhì)量、VC含量均顯著減少。

地表覆膜技術(shù)已在中國推廣及應(yīng)用，成效巨大，未來覆膜面積和使用量將繼續(xù)增加，預(yù)計2025年中國地膜覆蓋面積將擴(kuò)大到23.4×106hm2[14-15]，但是其在果樹上應(yīng)用還相對較少。覆膜通過改變土壤溫度和水勢以及樹樘內(nèi)部光照等來影響果實品質(zhì)的形成，對果園產(chǎn)量和果實品質(zhì)有顯著的促進(jìn)作用[16-17]，并且大量學(xué)者們證實覆膜能有效促進(jìn)柑橘果實糖分增加[18]。曾譯可等[19]研究表明，地面覆膜能誘導(dǎo)柑橘（椪柑）果實蔗糖合酶基因表達(dá)，促進(jìn)可溶性糖的合成，使果實糖分含量增加，并且顯著提高果實可溶性固形物含量、果實固酸比和著色度。由此，覆膜能顯著提高水分利用效率和果實品質(zhì)，改善作物生長微環(huán)境[20]，特別適合于柑橘這種對土壤水分要求較高的果樹。基于此，本文嘗試在調(diào)虧灌溉基礎(chǔ)上引入地表覆膜技術(shù)，選取3種常見的地膜材料進(jìn)行試驗，利用覆膜的保水控水作用以及其對果樹增產(chǎn)提質(zhì)方面的優(yōu)勢，通過深入研究覆膜條件下水分虧缺對柑橘產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響，篩選出與調(diào)虧灌溉較適合的地膜材料，解決水分虧缺帶來的土壤水分不足及后期減產(chǎn)問題，以期為鄂西地區(qū)柑橘產(chǎn)業(yè)的灌溉管理和提質(zhì)增效提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2019—2021年在湖北省倉屋榜柑橘試驗基地（30°75′N，110°41′E，海拔343 m）進(jìn)行，該基地占地1.4 hm2，是全國柑橘優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)區(qū)。2019、2020、2021年平均氣溫分別為17.8、17.3和17.6 ℃，年有效降雨量分別為862、745和825 mm（圖1）；多年平均風(fēng)速1.4 m/s，年均大氣濕度為75.6%，屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候。選取基地內(nèi)樹齡為10 a的紅肉臍橙（Osbeck）為研究對象，以枳作砧木，該柑橘品種已被確定為湖北省重點推廣優(yōu)良品種之一，其株行距為4 m×3 m，試驗計劃濕潤層深度為60 cm，試驗布置見圖2。“紅肉臍橙”全生育期共分為5個生長階段：I期（萌芽開花期，3月中旬－4月下旬）、II期（幼果期，5月上旬－5月下旬）、III期（果實膨大期，6月上旬－9月中旬）、IV期（轉(zhuǎn)色增糖期，9月下旬－10月下旬）、V期（休眠期，11月－翌年2月）。

圖1 2019－2021年日降雨量和日平均溫度

圖2 試驗布置圖

試驗選用3種地膜材料，分別為：A（外白內(nèi)黑的透濕性膜，日本德山塑料公司提供，規(guī)格100 m×2 m，外層防雨透氣，內(nèi)層為無紡布，可用3～5 a）；B（杜邦特衛(wèi)強(qiáng)膜，杜邦公司生產(chǎn)，門幅1.524 m，厚度60 g/m2，防雨透濕）；C（中國銀黑雙色膜，江蘇米可多農(nóng)膜發(fā)展有限公司生產(chǎn)，門幅1.5 m，厚度0.02 mm，防雨不透氣）。于2019－2021年8月下旬果實膨大后期覆膜，果實采收后除膜。覆蓋前平整果園地面，除去大石塊雜草，四周挖通排水溝，整個梯田覆蓋，膜拉緊鋪平緊貼地面，四周用石塊和土袋固定，雨水從膜面沿排水溝流出。

1.2 試驗方案

前期研究工作確定了紅肉臍橙樹在土壤含水率為60%θ～90%θ（θ為田間持水量）時能存活[12]，因此本試驗在II期設(shè)置了輕度（L）、中度（M）、重度（S）3個程度水分脅迫（土壤含水率控制范圍分別為80%θ～90%θ，70%θ～80%θ，60%θ～70%θ，當(dāng)土壤含水率低于下限時灌水至上限），并且選取了3種地膜材料（A、B、C）和不覆膜這4個地表覆蓋水平，另外以不覆膜條件下充分灌溉為對照進(jìn)行設(shè)計，共13組試驗處理，具體試驗方案見表1。每個處理均隨機(jī)選取長勢良好、大小均一的3株柑橘樹，共選取39株。試驗中每個處理間均設(shè)置了隔離行（各處理間空出2列），所有處理均采用標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)藝措施，如修剪、環(huán)剝、噴灑殺蟲劑和雜草控制等。

根據(jù)當(dāng)?shù)厥┓史椒ǎ涕偃诠彩┓?次，分別在I期（基肥）和III期（追肥）。所有處理施肥量和施肥方法均相同，其中有機(jī)肥（牛糞）全生育期用量為8.0 kg/株，兩次施入比例為3∶2，在距果樹主干30 cm處以穴施方式加入；磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）全生育期用量分別為0.1、0.2 kg/株，兩次施入比例均為3∶2；氮肥（含N量為46%的尿素）全生育期用量為0.25 kg/株，兩次施入比例為2∶1，氮肥、磷肥及鉀肥利用文丘里施肥器通過涌泉根灌肥液方式施入土壤。根據(jù)前期在試驗區(qū)的土壤剖面灌水試驗成果，確定在柑橘樹樹干東西兩側(cè)15 cm，埋深20 cm處各布置一個涌泉根灌灌水器（PVC材料），灌水時刻灌水器流量為5 L/h，其外徑為4 cm，流態(tài)指數(shù)約為0.5，處于紊流狀態(tài)，同一支管上首末灌水器工作壓力差值小于2%，壓力變化較小，灌水器出流量差別小于5%，因此各灌水器出流的均勻性較高（圖3）。

表1 覆膜條件下柑橘調(diào)虧灌溉試驗方案

注：θ為田間持水量。

Note:θis the field capacity.

1.3 主要觀測項目與方法

1）氣象數(shù)據(jù)

通過試驗地全自動氣象站獲得，主要包括：溫度、空氣相對濕度、大氣壓強(qiáng)、太陽輻射強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量等。每隔1 min測定一次，每隔30 min記錄一次。

2）土壤含水率

土壤含水率測定采用標(biāo)定后的TRIME-T3管式TDR系統(tǒng)，距灌水器水平距離10、20、30 cm處埋設(shè)TRIME管，如圖3所示，每10 cm深土層測定土壤含水率，直到計劃濕潤層深度60 cm為止，取其平均值，以確定灌水量。土壤含水率測定每3 d進(jìn)行一次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)土壤含水率低于下限時進(jìn)行灌水，高于下限則不灌水。

3）土壤溫度

每年8月下旬覆膜后，在樹干南北兩側(cè)15 cm、埋深20 cm處各布置一個土壤曲管溫度計，每3 d測定一次土壤溫度，取2個溫度計的平均值。各處理的土壤溫度變化見圖4（由于3 a土壤溫度變化規(guī)律相似，僅列出2019年）。

4）灌水量

灌水量計算方法[8]為

式中I為灌水量，L；γ為土壤容重，g/cm3；z為計劃濕潤層深度，m；p為濕潤比；S為單棵面積，m2；θmax和θmin為土壤含水率上下限（占土質(zhì)量百分比）；η為灌溉水利用系數(shù)。經(jīng)計算各處理的灌水量見表2。

圖4 2019年各處理土壤溫度變化

表2 2019—2021年各處理的柑橘灌水量

5）果實品質(zhì)

果實外在品質(zhì)指標(biāo)：果實采摘時，在柑橘樹東南西北4個方位各選取果實2個，每棵樹共選取8個，采用精度為0.01 mm的游標(biāo)卡尺測得果實橫縱徑（，）和果皮厚度，橫徑測量果實上中下3個部位，得橫徑平均值，縱徑和橫徑之比即為果型指數(shù)；采用精度為0.01 g的電子秤測量每顆柑橘樹的單果質(zhì)量，單果質(zhì)量之和即為柑橘的單株產(chǎn)量；采用CR-400色彩色差計（柯尼卡美能達(dá)公司，日本）測定果皮著色度，以色差計上測得紅綠色差*表示，測定前采用標(biāo)配的白板進(jìn)行校正，每個果實表面不同位置測定4次，測定的數(shù)據(jù)為白板相對值；參照中國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 1190-2006）對柑橘進(jìn)行分級，其中特等品和一等品被定義為優(yōu)果，計算柑橘優(yōu)果率。

果實內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)：測量了果實外在品質(zhì)指標(biāo)后，用蒸餾水將果實清洗干凈并擦拭干。采用二分法取一半采用壓榨法測定出汁率，另外一半用混漿機(jī)研磨混勻后用于測定維生素C含量、可溶性固形物含量、可溶性還原糖含量及可滴定酸含量。維生素C含量使用2, 6-二氯靛酚試劑進(jìn)行滴定；可溶性固形物含量使用PR-32ɑ手持糖分儀測定；可溶性還原糖含量使用Fehling試劑的熱滴定法測定；可滴定酸含量利用NaOH滴定法測定。

6）水分利用效率

柑橘耗水量（T）計算方法[8]為

T=ΔW+I+P+G-D-R（2）

式中Δ為兩次測量間隔土壤貯水量的減少量，mm；為灌水量，mm；P為有效降雨量，mm；為地下水補(bǔ)給量，mm，試驗地點地下水位在地表10 m以下故不考慮地下水補(bǔ)給；為深層滲漏量，mm，試驗灌水方式為涌泉根灌，灌水器流量較小，且灌水定額較低，灌水引起的深層滲漏可忽略不計；為地表徑流，mm，地表徑流較小，故地表徑流可忽略。

水分利用效率（WUE）計算方法[8]為

式中為產(chǎn)量，kg/株。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜條件下水分虧缺對柑橘果實品質(zhì)的影響

由表3和表4可知，2019—2021年各試驗處理的果形指數(shù)變化相對穩(wěn)定，覆膜材料和II期水分虧缺對其均無顯著影響，而這兩因素對單果質(zhì)量影響較大，且兩者的交互作用對單果質(zhì)量的影響也達(dá)到顯著水平（<0.05）。總體上，II期輕度水分虧缺顯著增加了單果質(zhì)量，中度虧缺對單果質(zhì)量影響不顯著，而重度虧缺顯著減小了單果質(zhì)量；相同水分虧缺條件下，覆膜對單果質(zhì)量影響也達(dá)到顯著水平。II期水分虧缺對果實著色度影響不顯著，而3種地膜材料均可顯著提高果實著色度（<0.05）；2019、2020、2021年3種地膜覆蓋處理的果實著色度較不覆膜增加了80.25%～31.94%、76.43%～33.52%和30.32%～11.54%，其中A與B兩種地膜材料的效果較顯著，與C材料及不覆膜相比差異均達(dá)到顯著水平，且C材料與不覆膜相比差異也均達(dá)到顯著水平；由于2019年光照條件較好，其果實著色度整體高于其他2 a，以充分灌溉為例，2019年F-0處理的著色度較2020、2021年分別高了10.76%和15.89%。II期水分虧缺處理對果皮厚度影響較小，而不同地膜材料對果皮厚度影響較大，3種地膜材料均可顯著減小果皮厚度（<0.05）。適度水分虧缺和覆膜顯著提高優(yōu)果率，其中輕度虧缺顯著增加了優(yōu)果率，中度虧缺對優(yōu)果率影響不顯著，而重度虧缺顯著減小了優(yōu)果率；根據(jù)表4的顯著性分析可知，兩者的交互作用對優(yōu)果率的影響也達(dá)到顯著水平（<0.05）。

由表5可知，II期水分虧缺對可滴定酸和VC含量的影響較小，而對出汁率、可溶性固形物及可溶性還原糖含量影響顯著（<0.05）。隨著水分虧缺程度增大，出汁率顯著減小，2019－2021年輕度虧缺處理的出汁率較充分灌溉減小12.94%～4.06%，中度虧缺減小18.09%～11.44%，重度虧缺減小23.74～19.33%%；可溶性固形物和可溶性還原糖含量顯著增加。相同水分虧缺條件下，覆膜對出汁率影響較小，但顯著增加了VC含量、可溶性固形物及還原糖含量，減少了可滴定酸含量，其中A、B兩種地膜材料效果最優(yōu)，與C材料及不覆膜相比差異均達(dá)到顯著水平，以中度水分虧缺為例，2種地膜材料的VC含量、可溶性固形物及還原糖含量較不覆膜分別高46.05%～25.11%、14.01%～9.57%、28.07%～16.77%。由表4的顯著性分析可知，水分虧缺和覆膜兩者的交互作用對出汁率、可溶性固形物和可溶性還原糖含量影響顯著（<0.05）。

2.2 果實品質(zhì)綜合評價

對于測定的13個處理的10個柑橘品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。為了消除不同單位和數(shù)據(jù)量綱的影響，將各品質(zhì)指標(biāo)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，轉(zhuǎn)化為均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1的無量綱數(shù)據(jù)，在對各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，根據(jù)其結(jié)果與因子荷載矩陣計算主成分得分，計算式如下：

表3 覆膜條件下II期水分虧缺對柑橘外觀品質(zhì)的影響

注：不同的小寫字母表示在<0.05水平上存在顯著性差異。下同。

Note: Different small letters indicate values that are significantly different at the<0.05 level. Same as below.

表4 不同處理的柑橘各參數(shù)顯著性分析

注：*表示差異顯著（<0.05），**表示差異極顯著（<0.01）。

Note: * mean significant difference (<0.05) and ** mean extremely significant difference (<0.01).

表5 覆膜條件下II期水分虧缺對柑橘內(nèi)在品質(zhì)的影響

式中1、2分別為第1、第2主成分得分；1、2…10為測定的10個柑橘品質(zhì)指標(biāo)。

所得2個主成分及各主成分所對應(yīng)的特征值占所提取主成分的累計特征值的比例作為權(quán)重，計算主成分綜合模型：=0.621+0.202，計算不同年份各處理模式下的綜合得分并按降序排名（表6），綜合得分越高說明該虧缺處理模式下的所選覆膜材料適應(yīng)性最優(yōu)，其綜合品質(zhì)最好。結(jié)果表明：2019年和2020年均由M-B處理排名第一，2021年M-A處理排名第一。2019年M-B處理的果形指數(shù)、單果質(zhì)量最優(yōu)，2020年M-B處理的優(yōu)果率、Vc含量最優(yōu)；2021年M-A處理的單果質(zhì)量、優(yōu)果率為最優(yōu)。在各年排名第一的處理中，中度虧缺處理占比為100%，表明中度虧缺處理是提高柑橘品質(zhì)的較優(yōu)處理，且與中度虧缺處理最適配的覆膜材料是A、B材料；各年得分最低的均為F-0處理，表明充分灌溉并不能提升柑橘的品質(zhì)，且覆膜下的柑橘有助于提升柑橘的品質(zhì)。

2.3 覆膜條件下水分虧缺對柑橘產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由表7可知，柑橘產(chǎn)量受水分虧缺影響顯著（<0.05），將L-0、M-0、S-0這3個處理與F-0處理對比發(fā)現(xiàn)，II期輕度虧缺和中度虧缺均顯著增加了柑橘產(chǎn)量，而重度虧缺顯著減小了柑橘產(chǎn)量；相同水分虧缺條件下，覆膜對柑橘產(chǎn)量影響也達(dá)到顯著水平（<0.05），以2019年重度虧缺為例，3個覆膜處理（S-A、S-B、S-C）的柑橘產(chǎn)量較不覆膜處理（S-0）分別增加了13.83%、12.65%和7.41%。通過表4的顯著性分析可知，水分虧缺和覆膜兩者的交互作用對柑橘產(chǎn)量影響顯著（<0.05），將重度水分虧缺處理下的柑橘產(chǎn)量與F-0處理比較，以2019年為例，不覆膜處理（S-0）的柑橘較F-0處理產(chǎn)量顯著減少7.20%，而覆膜條件下3個處理（S-A、S-B、S-C）的產(chǎn)量與F-0處理無顯著差異，表明覆膜能有效提高柑橘產(chǎn)量，削弱水分重度虧缺對產(chǎn)量的不利影響。

表6 不同處理模式下柑橘主成分得分及綜合得分

注：1、2分別為第1、第2主成分得分。為綜合得分。

Note:1and2are the first and second principal component scores respectively.is comprehensive score

通過對表7中的柑橘樹T分析可知，在II期進(jìn)行水分虧缺處理后，各處理的T隨虧水程度加劇顯著減小（<0.05）。相同水分虧缺條件下3種地膜材料均可顯著減小柑橘樹T（<0.05），其中2019－2021年A、B、C三種地膜材料處理的T較不覆膜分別減小了4.14%～0.99%，3.00%～1.21%和5.63%～2.35%，表明C地膜材料的節(jié)水效果較A、B材料效果更好。由于受降雨、日照強(qiáng)度等氣候條件的綜合影響，2020年柑橘樹T整體低于其他2 a。各處理的柑橘樹WUE均高于耗水量最大的對照組（F-0），2020年的WUE整體高于其他2 a，通過表4的顯著性分析可知，水分虧缺和覆膜均能有效提高柑橘樹WUE（<0.05），并且兩者的交互作用對WUE影響也均達(dá)到顯著水平（<0.05），其中M-A和M-B處理的WUE最大，均大于7.00 kg/m3（除2021年M-B處理外）。

表7 覆膜條件下II期水分虧缺對柑橘柑橘產(chǎn)量、ET和WUE的影響

3 討 論

3.1 覆膜和水分虧缺對柑橘果實外觀品質(zhì)的影響

覆膜可有效改善果樹生長微環(huán)境，而適宜的微環(huán)境是提高果樹產(chǎn)量、改善果實品質(zhì)的關(guān)鍵因素[16-17]。果樹生長過程中，由于葉片遮擋，樹冠中下部的光照強(qiáng)度較差，而柑橘屬于短日照植物，光照強(qiáng)度不足常導(dǎo)致其果實品質(zhì)較低[21]。本研究表明，覆膜顯著增加果實著色度、單果質(zhì)量和優(yōu)果率等柑橘外觀品質(zhì)，減小果皮厚度，這與王馳等[22]的研究結(jié)果一致，這是因為地表覆膜的補(bǔ)光效果使果實均勻著色，并且促進(jìn)了果實干物質(zhì)積累[23]，從而增加單果質(zhì)量和優(yōu)果率。覆膜通過避雨抑制了中皮層細(xì)胞的分裂和增長，進(jìn)而降低了果皮厚度，王利芬等[24]在研究覆膜對溫州蜜柑果實品質(zhì)的提質(zhì)效果時也發(fā)現(xiàn)，反光塑料薄膜可有效降低溫州蜜柑果皮的厚度。

適度的水分虧缺可有效改善果實的外觀品質(zhì)[25]，本研究發(fā)現(xiàn)，II期水分虧缺對果實著色度和果皮厚度無顯著影響，這與鐘韻等[11]的研究結(jié)果一致，這是由于果實在IV期才開始著色，因此II期水分虧缺不影響果實著色度，而II期水分虧缺對著色度各組成色素的積累有無影響，還有待下一步深入研究；柑橘果皮（中皮層）是通過細(xì)胞間的垂周分裂及平周分裂來增加其厚度，在III期時生長迅速，IV期前基本定型，所以控制果皮厚度的關(guān)鍵時期在于III期，II期水分虧缺對柑橘果皮厚度影響較小[26]。ANSARI等[27]研究發(fā)現(xiàn)，II期適度的水分虧缺可增加甜瓜單果質(zhì)量和優(yōu)果率，這與本文的研究結(jié)果相似，原因一方面是II期適度水分虧缺可有效抑制果樹過盛生長，從而將更多的光合產(chǎn)物供給到果實生長發(fā)育[12]；另一方面，適度水分虧缺后的果樹會產(chǎn)生“超越補(bǔ)償效應(yīng)”，經(jīng)歷虧水鍛煉的樹體在恢復(fù)供水后光合速率大幅度提高[28]。

3.2 覆膜和水分虧缺對柑橘果實內(nèi)在品質(zhì)的影響

本研究發(fā)現(xiàn)覆膜也可顯著提高果實可溶性還原糖、可溶性固形物及VC含量等內(nèi)在品質(zhì)，這與JIANG等[29]研究結(jié)果相似。上述結(jié)果的原因一方面是由于地膜反光促進(jìn)了葉片的光合作用，使更多的光合產(chǎn)物以蔗糖的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)運至果實汁胞中儲存[17]；另一方面是覆膜通過產(chǎn)生水分脅迫，上調(diào)了蔗糖磷酸合酶和蔗糖合酶基因的表達(dá)，從而使蔗糖磷酸合酶和蔗糖合酶活性升高，促進(jìn)蔗糖的積累[19]；此外，果實糖分、VC和可溶性固形物的積累需要在IV期間保持干燥的土壤環(huán)境，與IV期的降雨量顯著負(fù)相關(guān)，而覆膜的避雨作用使果樹處于水分虧缺的逆境中，這對于提高果實內(nèi)在品質(zhì)具有重要的作用[30]。目前，覆膜的增糖作用這已成為行業(yè)共識，但其對果實有機(jī)酸的影響卻仍有較大分歧，大多研究表明覆膜可有效減少有機(jī)酸含量[31]，但也有研究表明覆膜顯著增加了有機(jī)酸含量[32]。石學(xué)根等[31]研究發(fā)現(xiàn)，覆膜可顯著減少柑橘有機(jī)酸含量，這一點本研究結(jié)論相似。原因可從兩個方面進(jìn)行分析，一方面是“生理稀釋”作用，即覆膜通過增大果實含水量而使果實中的有機(jī)酸含量下降；但是，本研究發(fā)現(xiàn)覆膜對出汁率（果實含水量）影響較小，果實中有機(jī)酸含量的降低與出汁率的增加二者變化并不同步，這表明生理稀釋并不是有機(jī)酸含量降低的唯一原因；另一方面是酶系統(tǒng)中酶活性的變化，覆膜通過影響有機(jī)酸相關(guān)代謝酶的活性，從而使可滴定酸合成減少或分解代謝增加，最終減少果實中有機(jī)酸含量[29]。然而，姜妮[32]研究表明覆膜通過降低檸檬酸脫氫酶活性來減緩檸檬酸的利用，進(jìn)而提高了果實中的有機(jī)酸含量。造成以上分歧的原因可能與覆膜材料、覆膜時期以及果樹品種有關(guān)。

本研究表明，隨著II期水分虧缺程度增大，果實出汁率顯著減小，可溶性固形物和還原糖含量顯著增加，這與SAITTA等[7]研究結(jié)果類似。姜妮[32]將柑橘果實切片，利用電鏡發(fā)現(xiàn)水分虧缺可限制果肉細(xì)胞的擴(kuò)大和分裂，增大果肉細(xì)胞排列密度，通過減小了汁胞的“庫容”來減少果實含水量，從而使出汁率減小。有關(guān)水分虧缺促進(jìn)柑橘糖分積累機(jī)制的研究，學(xué)者們首先推測果實糖分濃度增加可能是果實被動失水的原因，但后期學(xué)者們否認(rèn)了這種推測，Ma等[33]研究發(fā)現(xiàn)水分虧缺顯著增大了總糖含量，若是果實糖分濃度增加是由于果汁失水而濃縮，那總糖含量就不會受影響；另外，如果是水分虧缺被動失水，那么糖酸變化的規(guī)律應(yīng)該基本相同，然而大量研究表明水分虧缺條件下柑橘果實糖酸變化的時間并不同步[32]，這一點本研究結(jié)果也能證實，這進(jìn)一步證實了水分虧缺對果實糖分含量增加并不是被動失水的結(jié)果。在否定了被動失水推測后，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)水分虧缺條件下果樹會誘發(fā)滲透調(diào)節(jié)機(jī)制[34]，以應(yīng)對干旱脅迫逆境，而可溶性糖就是重要的細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，因此使得柑橘果實糖分積累增加。

3.3 覆膜和水分虧缺對柑橘產(chǎn)量及水分利用效率的影響

本研究發(fā)現(xiàn)3種地膜材料均可顯著減小柑橘樹T，其中C地膜材料的節(jié)水效果較A、B材料效果更好，這是由于C地膜材料為不透水、不透氣材料，而A、B兩種材料既防雨（雨水不能透過膜）又透濕（土壤中的水氣能穿過膜進(jìn)入空氣中），所以C地膜材料阻礙土壤水分蒸發(fā)的能力較A、B兩種材料強(qiáng)，節(jié)水效果更好。根據(jù)調(diào)虧灌溉理論，適時適度水分脅迫對果實正常生長發(fā)育的影響較小，可同時達(dá)到節(jié)水、穩(wěn)產(chǎn)的目的[35-36]，大多研究表明，合理的水分虧缺可在不減產(chǎn)或產(chǎn)量降低很小的情況下改善果實的品質(zhì)，這一點本研究結(jié)果可證實，本研究發(fā)現(xiàn)在II期輕度、中度水分虧缺均顯著增加了柑橘產(chǎn)量；然而也有研究表明，水分虧缺雖然改善了果實的某些品質(zhì)指標(biāo)，但卻顯著降低了果樹產(chǎn)量[10]，這一點本研究結(jié)果也可證實，本研究發(fā)現(xiàn)在II期重度水分虧缺顯著降低了柑橘產(chǎn)量。由此可見，調(diào)虧灌溉可改善果實品質(zhì)這已成為行業(yè)共識，但其對產(chǎn)量的影響卻仍有較大分歧，造成分歧的原因可能與水分虧缺時期、虧缺程度以及果樹樹齡、生育期有關(guān)。

4 結(jié) 論

本研究以鄂西地區(qū)柑橘為研究對象，通過大田試驗，研究了地表覆膜條件下水分虧缺對柑橘品質(zhì)、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，主要結(jié)論如下：

1）水分虧缺和覆膜均可顯著改善柑橘果實品質(zhì)，且兩者的交互作用對品質(zhì)影響也顯著。輕度水分虧缺顯著增加了單果質(zhì)量和優(yōu)果率，而重度虧缺顯著減小了單果質(zhì)量和優(yōu)果率；覆膜顯著提高了單果質(zhì)量、優(yōu)果率和還原糖含量等，而顯著減小了果皮厚度和可滴定酸含量。品質(zhì)綜合評價結(jié)果表明：透濕性膜（A）和杜邦特衛(wèi)強(qiáng)膜（B）覆蓋下幼果期中度水分虧缺是提高柑橘品質(zhì)的較優(yōu)處理。

2）水分虧缺和覆膜顯著影響柑橘產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率（water use efficiency, WUE）。輕、中度虧缺均顯著增產(chǎn)（<0.05），而重度虧缺顯著減產(chǎn)，覆膜能有效減弱水分重度虧缺對柑橘減產(chǎn)的影響；兩因素的交互作用對WUE影響也均達(dá)到顯著水平，其中透濕性膜和杜邦特衛(wèi)強(qiáng)膜覆蓋下中度水分虧缺處理的WUE最大，均大于7.00 kg/m3。因此，較優(yōu)處理應(yīng)是A、B兩種地表覆膜條件下進(jìn)行中度水分虧缺處理。

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Effects of regulating deficit at young fruit stage on yield, quality, and water use efficiency of citrus with different plastic film materials

ZHONG Yun1,2, ZHU Shijiang1,2※, FEI Liangjun3, DAI Zhiguang4, WANG Yalin2, LI Hu2, ZHANG Lijie2

(1.,,,443002,; 2.,443002,; 3.,710048,; 4.,,471003,)

Regulated deficit irrigation has been one of the most typical characteristics of saving water and fertilizer, in order to improve the quality and efficiency. In this study, an attempt was made to introduce surface mulching technology with regulated deficit irrigation. The water retention and water control effect of mulching were then utilized to treat the soil moisture shortage and later yield reduction caused by water deficit. The research object was selected as the citrus trees aged 10 years old at the Cangwubang citrus experimental base (30°75′N, 110°41′E, altitude: 343 m) in the western Hubei Province of China. A series of field experiments were conducted to investigate the effects of water deficit on the citrus quality, yield, and water use efficiency (WUE) under film mulching. Three levels of water deficit were set at the young fruit stage: Light (L: 80%-90% of field capacity), moderate (M: 70%-80% of field capacity), and severe (S: 60%-70% of field capacity). Four mulching levels were set: A (Japanese permeable film), B (Dupont Tyvek film), C (Chinese silver-black double-color film), and no mulching. The field experiment was conducted with full irrigation as the control, and 13 treatments were set up from 2019 to 2021. The results showed that the water deficit and film mulching significantly improved the quality of citrus fruits. The L treatment significantly increased the single fruit weight and excellent fruit rate, whereas, there was a decrease in the S treatment. The degree of water deficit was positively correlated with the soluble solids and reduced sugar content, while negatively correlated with the juice yield. Plastic film mulching significantly increased the single fruit weight, fruit color, excellent fruit rate, VCcontent, soluble solids content, and reduced sugar content (<0.05), whereas, there was a significant decrease in the peel thickness, and titratable acid content (<0.05), among which the A and B films were the best. A comprehensive evaluation of fruit quality showed that the M-B treatments were ranked first in 2019 and 2020, and the M-A treatment ranked first in 2021. There were the best fruit shape index and single fruit weight of M-B treatment in 2019. The best was found in the excellent fruit percentage and Vc content of M-B treatment in 2020. By contrast, the best was observed in the single fruit quality and excellent fruit percentage of M-A treatment in 2021. The M-A and M-B treatment were the best to improve the citrus quality. It infers that the moderate-deficiency treatment was the best treatment for better citrus quality, whereas, the A and B materials were the most suitable film mulching materials in such treatment. A significant level was also reached in the effects of water deficit and film mulching on the yield. Both L and M treatments significantly increased the citrus yield, whereas the S treatment significantly reduced the citrus yield. The interaction between the water deficit and film mulching posed a significant effect on the yield (<0.05). Film mulching effectively reduced the effect of severe water deficit on the citrus yield reduction. Three kinds of film materials significantly reduced the ET of citrus trees (P<0.05) under the same water deficit condition. The water-saving effect of C material was better than that of A and B materials. Both water deficit and plastic film mulching effectively improved the WUE (<0.05). The interaction between them posed a significant effect on WUE (<0.05). The yield and WUE of M-A and M-B treatments reached the highest level. From 2019 to 2021, the output of M-A and M-B treatments were 44 793.6, 45 325.1, 43 126.8 kg/hm2, and 44 870.5, 44 727.7, 41 783.5 kg/hm2, respectively, and the WUE was 7.31, 7.68, 7.08 kg/m3and 7.47, 7.47, 6.89 kg/m3, respectively. Therefore, the optimal treatment can be the M-A and M-B treatments with higher levels of citrus quality, yield, and WUE. This finding can also provide a theoretical basis for the irrigation management and quality improvement of the citrus industry in western Hubei of China.

irrigation; yield; quality; water deficit; film mulching; water use efficiency

10.11975/j.issn.1002-6819.202211220

S274.1; S661.1

A

1002-6819(2023)-01-0081-11

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2022-11-27

2022-12-30

國家自然科學(xué)基金資助項目（52069016、52079105）；湖北省水利重點科研項目（HBSLKY201919）

鐘韻，博士，講師，研究方向為節(jié)水灌溉。Email：zhongyunjx92@163.com

朱士江，博士，副教授，研究方向為節(jié)水灌溉與農(nóng)業(yè)水資源利用。Email：784471206@qq.com