三峽庫區(qū)土壤含水量對柑橘園果實品質的影響

朱士江， 李虎， 徐文， 馮雅婷

（1.三峽大學水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌 443002；2.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002）

柑橘是世界上種植面積和年產量第一的水果，截至2019年，全球柑橘栽培面積約976萬hm2，產量達1.93億t[1-2]。中國柑橘生產已有4 000多年的歷史，且資源豐富，品種齊全，面積和產量均居世界第一[3]。隨著國際市場需求的增加，我國對柑橘的需求量逐年增加[2,4]。2019年種植面積及產量分別為262萬hm2、4 584萬t，較2018年分別凈增長13萬hm2和767萬t[3]。

土壤含水量是制約柑橘生長發(fā)育、產量和果實品質的重要因素[5-7]。水分調節(jié)是目前公認提高果實品質的安全措施之一[8]。研究表明，適度的水分脅迫在抑制植物生長（包括枝梢、株高、葉片等）的同時能夠提高果實生長速率[9-10]。Panigrahi等[11]研究表明，當灌水量為充分灌溉的1/2時，‘金諾橘’的產量較充分灌溉提高30%。張效星等[12]研究發(fā)現，在柑橘果實膨大期和轉色增糖期輕度水分虧缺不會降低柑橘產量。周靜等[13]研究表明，土壤水分為田間持水量的75%時有利于提高柑橘果實產量和品質。由此表明，土壤水分虧缺對柑橘果實品質、產量和水分利用效率具有顯著影響，明確不同生育期土壤水分與品質的關系對精確管理土壤水分、制定灌溉方案具有重要意義。

目前，果樹虧缺灌溉主要通過調控灌溉水量，定量研究其對果實品質的影響，但灌溉水除進入作物根系吸水層外，部分水量還通過滲漏和蒸發(fā)損失，導致二者關系產生偏差。因此，為探究不同土壤含水量對柑橘品質的影響，本研究以三峽庫區(qū)柑橘園為試驗對象，采用直接測定根系層土壤水分的方法，避免由滲漏和蒸發(fā)造成的影響，提高分析土壤不同程度水分虧缺與果實品質關系的精度，以期在保證果實品質的前提下，為實現三峽庫區(qū)柑橘優(yōu)質生產水分管理提供理論依據與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018—2020年在湖北省宜昌市倉屋榜柑橘試驗站進行，該地區(qū)屬亞熱帶季風性濕潤氣候，四季分明，水熱同期。年平均降水量1 016 mm，年平均氣溫16.9 ℃，全年無霜期250～300 d。土壤有機質15.6 g·kg-1，全氮1.32 g·kg-1，全磷1.84 g·kg-1，pH 7.0，土壤容重1.30 g·cm-3，飽和質量含水量33.32%。

1.2 試驗設計

試驗以10年生‘宜昌蜜桔’果樹為研究對象，其株行距為2.5 m×3.0 m，長勢中庸。試驗區(qū)采用常規(guī)管理的方法，灌溉方式為地面滴灌。柑橘全生育期191 d，包括萌芽開花期（3月15日—4月30日）、幼果期（5月1日—5月28日）、果實膨大期（5月29日—8月20日）、轉色增糖期（8月21日—10月25日）、休眠期（11月—翌年2月）。采用單因素完全隨機試驗設計，參照以往該試驗區(qū)的研究數據和文獻資料[14]，結合當地柑桔的灌溉經驗和耗水量，設置3組不同土壤含水率處理，分別為正常灌溉（T1）、輕度虧缺灌溉（T2）和中度虧缺灌溉（T3），每處理20次重復，具體各生育期的土壤含水率詳見表1。

表1 不同處理在柑橘各生育期的土壤含水率Table 1 Soil moisture content index of citrus under different irrigation modes（%）

1.3 監(jiān)測指標及方法

1.3.1 土壤含水量 采用烘干法[15]測定土壤含水率。選取60株生長均勻的健康柑橘樹進行監(jiān)測。全生育期每隔7 d測定1次，降雨和灌溉前后加測，以田間土壤墑情自動監(jiān)測裝置為輔助，傳感器設于20、40、60 cm土層位置。首先，分別于萌芽開花期和幼果期測定土壤含水率，對土壤墑情裝置監(jiān)測值進行率定，構造墑情監(jiān)測數據反演含水率的模型；然后，根據模型預測果實膨大期、轉色增糖期的土壤含水率；最后，根據實測值與預測值的相對誤差修正模型，并計算出全生育期逐日土壤含水率。

1.3.2 果實品質 選擇各生育期內95%以上滿足對應分組土壤含水率指標的柑橘樹進行果實品質測定。依據柑橘成熟時間（10月底—11月中旬）進行果實采摘，共計30顆樣點果樹，每顆樣點樹果實分上、中、下3層采集，每層5顆。使用高效液相色譜法[16]測定總糖含量，采用NaOH滴定法[17]測定可滴定酸含量，使用手持折光儀測定可溶固形物含量，通過2,6-二氯酚靛酚法[18]測定Vc含量，以果實縱徑與橫徑的比作為果形指數。

1.4 數據分析統(tǒng)計

利用Excel 2010和SPSS 22.0軟件進行試驗數據的差異顯著性分析和主成分分析。運用隸屬函數分析法對各項指標進行綜合評價，首先，在封閉區(qū)間(0,1)內給出各指標對應的值，稱為“單因素隸屬度”，并對各指標進行單獨評價；然后對各個因素的隸屬度進行加權算術平均，計算綜合隸屬度，得到綜合評價指標值。綜合指標值越接近0評價越差，越接近1評價越好。將不同含水率處理的綜合評價指標值進行排序，計算公式如下[19]。

式中，xi為第i指標的測定值，ximin為第i指標所有參試數據的最小值，ximax為第i指標所有參試數據的最大值。

2 結果與分析

2.1 土壤含水率模型

柑橘根系主要吸水層在10—30 cm，對往年實地監(jiān)測20、40、60 cm以及全根系活動層的土壤含水率進行相關性分析，結果表明20—40 cm土層的土壤含水率與全根系活動層的相關性最高，達0.98以上，因此選取20—40 cm深度柑橘土壤含水率構建模型[20]。根據試驗田中60顆柑橘樹土壤含水率實測值，結合自動監(jiān)測的逐日土壤含水率（土壤墑情）數據進行擬合，構建反演模型，結果（圖1）表明，T1、T2和T3處理在關鍵生育期土壤含水率的擬合方程如下。

圖1 不同處理下的實測及擬合土壤含水率Fig.1 Measured and fitted soil moisture content under different treatments

式中，S1、S2、S3分別為T1、T2、T3處理的擬合含水率，S墑為自動監(jiān)測的土壤含水率。

3種含水率模型R2均大于0.7，其中T3處理擬合方程的R2最高，為0.76。

2.2 不同土壤含水量對果實品質的影響

對不同土壤含水率處理的柑橘果實品質進行分析，結果（表2）表明，土壤含水率對果型指數和總糖含量影響顯著，但對果肉重、可食率及可溶固形物、可滴定酸和Vc含量無顯著影響。T1處理的全果質量和果肉質量均最高，分別為868.03和680.59 g，較T2、T3處理分別顯著增加44.07%、69.09%和43.7%、67.9%。T3處理果實的可食用率和果汁率最高，但與T1和T2處理差異不顯著。T3處理的果形指數最高，顯著高于T1處理，與T2處理差異不顯著。T2處理可溶固形物含量最高，顯著高于T1處理，與T3處理差異不顯著。T3處理總糖含量最高，較T1、T2處理顯著增加21.1%、8.9%。T2處理的可滴定酸和Vc含量均最高；T1處理次之；T3處理最低，顯著低于其他處理。

表2 不同處理下柑橘的品質Table 2 Citrus quality in different treatments

2.3 果實品質的相關性分析

關于柑橘果實品質的評價指標有10種以上，包括單果重、果形指數、果肉硬度、可溶性固形物、可滴定酸、pH、維生素C、類胡蘿卜素、固酸比等[21-22]，本研究選取10種品質評價指標與土壤含水率進行相關性分析，結果（表3）表明，幼果期土壤含水率與果形指數呈極顯著正相關，相關系數為0.999；果實膨大期土壤含水率和總糖含量呈顯著負相關，相關系數為0.998；轉色增糖期土壤含水率與果形指數呈顯著正相關，與總糖含量呈顯著負相關。由此表明，幼果期和轉色增糖期的土壤含水率越高，果型指數越高；果實膨大期和轉色增糖期土壤含水率越低果實含糖量越高。

表3 柑橘品質相關性分析Table 3 Correlation analysis of citrus quality

2.4 柑橘品質指標隸屬函數分析

水果的品質指標不僅是口感、果形等主觀“模糊”指標，還包括糖、酸、維生素含量等客觀“定量”指標。但單個品質指標很難準確反映果實的綜合品質。如何客觀、真實地評價水果的品質，是研究水質響應關系要解決的首要問題。因此，采用隸屬函數法對不同水分處理下的柑橘品質進行綜合評價。對3種不同土壤含水率處理柑橘的果汁質量、可食率、果汁率及可溶固形物、總糖、可滴定酸、Vc含量等風味品質進行綜合分析，結果（表4）表明，各處理柑橘風味指標綜合排序表現為T2＞T1＞T3，其中果汁質量隨土壤含水率的降低而下降；可食率、果汁率和總糖隨土壤含水率的降低而上升；可溶固形物、可滴定酸以及Vc含量的評分與綜合評價排序一致。由此表明，一定范圍內的水分虧缺對柑橘果實的風味品質有所提升，但過度缺水（土壤含水率在20%以下）會降低柑橘果實的風味品質。對3種不同土壤含水率處理柑橘的全果質量、果肉質量、果型指數等外觀品質進行綜合分析，結果（表5）表明，不同處理柑橘果實的外觀品質表現為T1＞T2＞T3，其中，全果質量、果肉質量和果形指數均隨土壤含水率的降低而降低。即外觀品質綜合評價值與土壤含水率變化趨勢一致，隨著土壤含水率的降低，柑橘果實的外觀綜合品質也隨之降低。

表4 不同土壤含水量對果實風味品質指標的隸屬函數綜合分析Table 4 Comprehensive analysis of membership function of flavor quality indexes with different soil moisture content

表5 不同土壤含水量對果實外觀品質指標的隸屬函數綜合分析Table 5 Comprehensive analysis of membership function of different soil moisture content appearance quality indicators

3 討論

本研究在柑橘幼果期、果實膨大期和轉色增糖期設置了3個不同土壤含水率處理，分析了不同處理下各品質指標與土壤含水率的關系，并通過隸屬函數法對柑橘果實的風味品質和外觀品質進行綜合評價。結果表明，3種處理下柑橘幼果期的土壤含水率與果形指數呈極顯著正相關；果實膨大期額土壤含水率和總糖含量呈顯著負相關；轉色增糖期的土壤含水率與果形指數呈顯著正相關，與總糖含量呈顯著負相關。隨著土壤含水率的降低，柑橘全果質量、果肉質量和果汁質量均呈下降趨勢，總糖含量呈上升趨勢，可溶固形物含量為先上升后下降趨勢。由此可見，在柑橘幼果期、果實膨大期和增糖期，土壤含水率控制在20%～23%果實風味品質最優(yōu)；含水率為23%～26%時果實外觀品質最優(yōu)；含水率為17%～20%時果實風味品質和外觀品質均較差。

關鍵生育期的土壤含水量直接影響作物的生長發(fā)育、產量和品質[23-24]，土壤水分含量過高或過低均會影響柑橘品質，果實的可溶性固形物含量是影響風味品質的關鍵因素[25]。本研究表明，隨著土壤含水率的降低柑橘果實可溶固形物含量先增后減，表明不同含水率與可溶固形物呈非線性相關，二者間的關系有待進一步研究。劉素強[26]研究表明，不同水分虧缺灌溉處理對果實可溶性固形物含量無顯著影響，與本研究結果存在差異。這可能是研究材料不一致，且其不同處理的水分差異較小，導致不同處理間可溶性固形物含量差異不顯著。

柑橘關鍵生育期內土壤含水率不同會導致果實的風味品質和外形品質發(fā)生變化，增加土壤含水率可以提高柑橘外觀品質，風味品質則呈現先升高后降低的趨勢[27]。本研究表明，土壤含水量為20%～23%時果實風味品質最優(yōu)；土壤含水率低于20%時外觀品質和風味品質均較差。張效星等[12]研究表明重度缺水條件下柑橘產量大幅下降。綜上所述，三峽庫區(qū)柑橘種植的適宜土壤含水率為20%，土壤含水率過低會降低柑橘產量及品質。