香蕉树中度荫蔽下充分灌水提高干热区咖啡产量及品质

郝 琨，费良军，刘小刚，刘利华，何红艳，杨启良

香蕉树中度荫蔽下充分灌水提高干热区咖啡产量及品质

郝 琨1,2,3，费良军1,2，刘小刚3※，刘利华1,2，何红艳4，杨启良3

（1. 西安理工大学水利水电学院，西安 710048；2. 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，西安 710048； 3. 昆明理工大学现代农业工程学院，昆明 650500；4. 云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所，保山 678025）

为研究香蕉荫蔽栽培下灌溉对干热区小粒咖啡产量和品质的影响，以5 a生小粒咖啡为研究对象，通过大田试验，设3个灌水水平：充分灌水（FI）、轻度亏缺灌水（DIL：75%FI）和重度亏缺灌水（DIS：50%FI），4个荫蔽栽培模式：无荫蔽（S0：单作咖啡）、轻度荫蔽（SL：4行咖啡间作1行香蕉）、中度荫蔽（SM：3行咖啡间作1行香蕉）、重度荫蔽（SS：2行咖啡间作1行香蕉），并运用主成分分析和TOPSIS法对生豆营养品质（总糖、蛋白质、脂肪、咖啡因、绿原酸、粗纤维和水浸出物）进行综合评价。结果表明：小粒咖啡干豆产量受荫蔽栽培模式和灌水水平极显著的影响（<0.01），其中FISM处理的干豆产量最高（5 854.34 kg/hm2），且百粒干质量最大，而该处理的百粒体积和百粒鲜质量与各处理中的最大值相比差异不显著（>0.05）。小粒咖啡大多生豆营养品质在不同荫蔽栽培模式和灌水水平下差异显著（<0.05），蛋白质、脂肪、绿原酸和水浸出物含量间呈极显著正相关（<0.01）。主成分分析法和TOPSIS法均表明，FISS处理的综合品质最优，其次是FISM处理，而DISS0处理的最差。与FIS0相比，FISM处理的产量增加14.32%，而FISS处理减少15.69%。从小粒咖啡提质增产的综合效益考虑，建议干热区小粒咖啡灌水处理和香蕉荫蔽栽培模式的最佳组合选用中度荫蔽栽培下充分灌水，该结果可为干热区小粒咖啡水光管理提供理论依据和实践参考。

灌溉；品质；主成分分析；咖啡豆；荫蔽模式；产量； TOPSIS法

0 引 言

咖啡是云南省第3大出口创汇的高原特色商品。2016年云南省咖啡种植面积为1.17×105hm2，产量达1.58×108kg，分别占全国的98.44%和98.80%。小粒咖啡具有喜温凉喜湿润的生长习性[1]，而云南干热河谷区作为小粒咖啡的主产区，光照强烈，降雨时空分布不均，水光管理不科学严重制约当地小粒咖啡优质高产。

亏缺灌溉是基于各项生理调节理论而发展起来的一种节水灌溉新技术[2]。亏缺灌溉能大量节约灌溉用水，适度亏缺灌溉对作物有显著的稳产增产效益，同时改善品质[3-5]。有研究表明，增加灌水量能显著提高咖啡产量[6-7]，而水分亏缺不同程度抑制咖啡树营养生长的同时，也改变咖啡生豆中总糖、蛋白质、脂肪、粗纤维、咖啡因和绿原酸等的含量[6,8]。部分根区亏缺灌溉显著提高咖啡品质而不显著降低产量[9]，适度亏缺灌溉能提高咖啡生豆中蛋白质、粗脂肪和绿原酸的含量[6,10]。小粒咖啡适宜在荫蔽或半荫蔽的环境中生长。有研究表明，适宜的荫蔽栽培可使咖啡豆粒更大更饱满[11-12]，并提高产量和品质，而过度荫蔽栽培导致花果稀少，产量降低[8,13-14]。生产中常通过高位作物和低位作物在时间和空间上合理搭配实现喜荫作物的荫蔽栽培，使光能资源得以高效利用[15]，而高位作物的荫蔽必然会改变低位作物的微生长环境，进而影响到系统生产力[13,16-17]。在咖啡园间作香蕉，喜光作物香蕉居上层，耐荫作物小粒咖啡居下层，可使日光能被充分利用[1]，而香蕉荫蔽栽培下小粒咖啡的实际生产力和品质亟待研究。

前人关于灌溉或荫蔽栽培对咖啡产量和品质的影响研究较多[9,12,14]，但多集中于单一因素，而云南干热区小粒咖啡在作物荫蔽栽培下如何与灌溉有效结合，实现稳产提质尚不清楚。为此，本研究在香蕉树为小粒咖啡树提供不同的荫蔽条件下，研究不同灌溉定额对小粒咖啡产量和品质的影响，并运用主成分分析法和TOPSIS法对营养品质进行综合评价，以期找到小粒咖啡在香蕉提供荫蔽环境时的最佳灌水模式，为干热区小粒咖啡水光管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年3月—2018年1月在云南省保山市潞江坝（25°4′ N，99°11′ E，海拔799 m）进行。试验期内降雨量为1 394.9 mm，其中2016年3月1日—2017年1月31日降雨量为576.3 mm，2017年2月1日—2018年1月31日降雨量为818.6 mm，日均气温最高和最低分别为32.3 ℃和10.4 ℃。选择长势一致的5 a生小粒咖啡（L. cv. Caturra）为供试材料，株高171～179 cm，茎粗22.27～24.34 mm，株行距为1.5 m×2 m（3 333株/hm2）。选择速生易控，树冠荫蔽性好，与咖啡共生性强的香蕉树（威廉斯8818）作为荫蔽树种。2016年3月9日在试验区种植长势一致的香蕉苗，株高50～55 cm，叶片5～6个。2016年7月5日，试验区内所有香蕉的株高达1.8～2.1 m，冠幅达1.6～2 m，2016年12月27日，试验区内所有香蕉的株高达6～6.8 m，冠幅达4.5～6 m。土壤为老冲积层上发育形成的红褐色砂壤土，土壤容重1.40 g/cm3，田间持水量23%，pH值6.7，有机质20.2 g/kg，碱解氮106 mg/kg，有效磷12.6 mg/kg，速效钾56 mg/kg。

1.2 试验设计

本试验设3个灌水水平和4个荫蔽栽培模式。采用完全组合设计，共12个处理，每处理4个重复。3个灌水水平见表1，其中充分灌水（FI）灌水定额根据该地区小粒咖啡逐月需水量资料[18]并结合降水量来确定，其值为小粒咖啡耗水量减去有效降雨量，所有处理灌水周期约为7 d[8,19-20]，遇到降雨顺延。采用地表滴灌，滴头设在距树基部两侧0.4 m处，间距与树距相同，滴头流量2 L/h，工作压力0.1 MPa，水表计量控制灌水。于2016年3月14日开始灌水，2018年1月31日结束灌水。2016年3月14日—2017年1月31日试验期间FI、DIL和DIS的灌水量分别为492.0、369.0和246.0 mm，2017年2月1日—2018年1月31日试验期间FI、DIL和DIS的灌水量分别为453.0、339.8和226.5 mm。

表1 咖啡灌水荫蔽试验设计

4个荫蔽栽培模式见表1，轻度、中度、重度荫蔽处理中香蕉株行距分别为4.5 m×8 m、4.5 m×6 m、4.5 m×4 m；对应的种植密度分别为278、370、556株/hm2。香蕉为小粒咖啡提供荫蔽栽培时，各试验区的宽为10.5 m（8株咖啡中间种植3株香蕉）。各灌水水平下S0、SL、SM和SS的试验区面积分别为7.5×4=30 m2、10.5×16=168 m2、10.5×12=126 m2和10.5×8=84 m2，总面积为1 224 m2。为控制同一荫蔽栽培模式下试验区单位面积上的灌水量均匀，不对香蕉进行灌水处理，试验期间香蕉未出现明显的缺水缺肥症状。分别于2016年5月12日、2016年8月26日、2017年5月6日和2017年8月24日施入等量复合肥（N+P2O5+K2O为15-15-15）500 g/株。施肥方式为环形施肥：在距小粒咖啡树干40 cm处，挖宽5 cm、深15 cm的环形施肥槽，均匀施肥后覆土。

1.3 测定项目及方法

于2017年年底分批采摘鲜红或紫红色成熟鲜豆，各处理随机选取320～480粒咖啡鲜豆，测定百粒鲜质量及体积。所有咖啡鲜豆蜕皮后加水淹没，静置发酵后清洗搓揉脱胶，日光自然干燥后测定百粒干质量和总干质量（折算公顷产量），计算干鲜比，碾碎脱壳、磨碎过筛后测定其品质。品质指标包括总糖、蛋白质、脂肪、咖啡因、绿原酸、粗纤维和水浸出物，分别按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测定。

1.4 SPSS中主成分分析法基本原理及分析步骤

1）建立评价对象与评价指标的数据矩阵：本研究有3×4（灌水水平×荫蔽栽培模式）个评价对象，7（总糖、蛋白质、脂肪、咖啡因、绿原酸、粗纤维和水浸出物含量）个评价指标。

(r)×n（1）

式中r表示原始数据第个评价对象中第个评价指标，=12，=7。

2）对低优指标做倒数变换为高优指标形成新的数据矩阵(r′)×n：本研究中咖啡因和粗纤维为低优指标。

3）对矩阵进行标准化处理形成新的数据矩阵(r′′)×n。

4）对矩阵进行降维：a）描述项中统计量选择“原始分析结果”，相关矩阵选择“系数”和“KMO和Bartlett的球形检验”；b）抽取项中方法选择“主成分”，分析选择“相关性矩阵”，输出选择“未旋转的因子解”和“碎石图”，抽取选择“基本特征值”并设置特征值大于1，最大收敛性迭代次数设置为25；c）旋转项中方法选择“无”，输出选择“载荷图”；d）得分项与选择项默认。

5）结果解读：a）通过相关矩阵和球形检验，判断矩阵是否适合做主成分分析；b）通过公因子方差、解释总方差和碎石图提取主成分；c）分析成分矩阵和成分图。

=(a)×t（2）

式中a为成分矩阵第个评价指标中第个解释信息量，=7，为提取主成分的数量。

6）求特征向量矩阵：

=(q)×t（3）

q=a/λ0.5（4）

式中λ表示提取主成分所对应的特征值。

7）求主成分系数：

=·（5）

8）计算综合评价指数，并进行排序，越高，评价越好。

1.5 TOPSIS法基本原理及分析步骤

1）同式（1）建立。

2）对小粒咖啡干豆营养品质指标用向量规范法求得规范决策矩阵(z)×n。

3）权重确定：

a）构造判断矩阵，即行向量为评价对象，列向量为评价指标。

=(b)×m=(z)×m（8）

b）将判断矩阵每一列归一化。

c）对按列归一化的判断矩阵，再按行求和。

（10）

4）构成加权规范矩阵，矩阵内元素为：

（12）

5）确定正理想解与负理想解向量矩阵，矩阵内元素如下：

（16）

7）计算各评价对象与最优方案的接近程度C，并进行排序。C越接近1，表明评价对象越优。

1.6 数据处理

采用Excel 2013软件进行数据统计分析，用SPSS 19软件进行相关分析、主成分分析和方差分析（ANOVA），多重比较采用Duncan法（=0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同荫蔽栽培模式与灌水对小粒咖啡产量及产量构成的影响

由表2可知，灌水水平和荫蔽栽培模式及其交互作用对小粒咖啡干豆产量的影响显著（<0.05）。小粒咖啡的干豆产量介于3 184.16～5 854.34 kg/hm2，其中FISM处理产量最高。与FIS0处理相比，DILSS处理的干豆产量差异不显著（>0.05），FISL、FISM、DILSL和DILSM处理的干豆产量分别增加12.89%、14.32%、9.11%和9.09%（<0.05），其余处理减少11.58%～37.82%（<0.05），其中FISS处理减少15.69%。

表2 不同荫蔽模式下亏缺灌溉对小粒咖啡产量及产量构成的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(<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还表明，灌水水平和荫蔽栽培模式对小粒咖啡百粒产量的体积、鲜质量和干质量的影响显著（<0.01），但二者交互效应不显著（>0.05）。百粒体积和鲜质量随灌水量的增大而减小，随荫蔽程度的增大而增大。FI和DIL下，百粒产量的干质量均在SM时最大，且与SS相比差异不显著（>0.05）。灌水水平对小粒咖啡干鲜比的影响显著（<0.05），而荫蔽栽培模式对干鲜比的影响不显著（>0.05），表明小粒咖啡鲜豆含水率主要取决于灌水量。

2.2 不同荫蔽栽培模式与灌水对小粒咖啡生豆营养品质的影响

灌水水平对小粒咖啡生豆总糖含量的影响不显著（>0.05），除此之外，单独的灌水水平和荫蔽栽培模式处理对咖啡豆品质指标均影响极显著（<0.01）；灌水水平和荫蔽栽培模式的交互作用仅对脂肪和粗纤维含量的影响不显著（>0.05）（表3）。小粒咖啡生豆的品质指标除DISS0处理的咖啡因含量略大于标准外，其余品质指标均在标准之内。与FIS0相比，大多处理总糖含量差异不显著（>0.05），然而FISM、DILSL和DISSS处理的总糖含量分别增加6.11%、4.29%和6.11%，DISS0处理减小3.75%（<0.05）；除DILS0处理的蛋白质含量减少5.27%，FISL、DISS0和DISSL处理变化不显著（>0.05）外，其余处理增加3.33%～19.88%（<0.05），其中FISM和FISS处理分别增加10.79%和19.88%；除FISL和DILSL处理的咖啡因含量减少13.73%和8.82%外（<0.05），其余处理增加3.92%～21.57%（<0.05），其中FISM和FISS处理分别增加7.84%和3.92%；除DISS0处理的绿原酸含量减少7.80%（<0.05），DILS0处理变化不显著（>0.05）外，其余处理增加7.15%～43.10%（<0.05），其中FISM和FISS处理分别增加40.58%和43.10%；除DISS0处理的水浸出物含量减少7.58%（<0.05），DILS0和DISSL处理变化不显著（>0.05）外，其余处理增加3.39%～11.94%（<0.05），其中FISM和FISS处理分别增加9.95%和11.94%。

表3 不同荫蔽模式下亏缺灌溉对小粒咖啡生豆营养品质的影响

注：标准要求：总糖、蛋白质、脂肪、咖啡因、粗纤维和水浸出物质量分数分别≥ 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 不同处理小粒咖啡生豆营养品质评价

对小粒咖啡生豆营养品质指标进行Pearson相关分析（表4），结果表明，总糖分别与绿原酸和水浸出物之间呈显著正相关关系（<0.05），蛋白质与脂肪、绿原酸和水浸出物之间呈极显著正相关关系（<0.01），脂肪与绿原酸和水浸出物之间呈极显著正相关关系（<0.01），绿原酸与水浸出物之间呈极显著正相关关系（<0.01），粗纤维与总糖、蛋白质、脂肪、绿原酸和水浸出物之间呈显著负相关关系（<0.05）。

KMO统计量为0.739>0.5，表明样本量足够。Bartlett的球形度检验<0.001，球形检验的假设被拒绝，表明7个品质指标是有关系的，与相关分析结果一致。采用主成分分析对指标进行降维，结果如表5所示。

主成分特征向量及第1和第2主成分如式（18）～式（20）。通过成份矩阵和提取的主成分特征根，计算特征向量。

Q1=4.74-0.51；2=1.18-0.52（18）

式中1、2分别为第1、第2特征向量，1、2分别为第1、第2成分矩阵。

结合营养品质指标标准化向量（表6）和特征向量，确定主成分表达式并计算综合得分。

1=0.30总糖+0.39蛋白质+0.42脂肪+0.10咖啡因+0.44绿原酸+0.43粗纤维+0.44水浸出物（19）

2=0.33总糖-0.37蛋白质+0.14脂肪+0.85咖啡因-0.11绿原酸-0.08粗纤维-0.05水浸出物（20）

<

f=(4.74/5.92)×1+(1.18/5.92)×2（21）

式中1、2分别为第1、第2主成分得分，为综合得分，总糖、蛋白质、脂肪、咖啡因、绿原酸、粗纤维、水浸出物分别为总糖、蛋白质、脂肪、咖啡因、绿原酸、粗纤维、水浸出物含量标准化向量。

表4 小粒咖啡生豆营养品质的相关分析

表5表明，第1主成分的特征根为4.74，解释了总变异的67.68%，其大小主要由蛋白质、脂肪、绿原酸、粗纤维、水浸出物和总糖含量决定（见表6中1），其中总糖含量的影响偏小；第2主成分的特征根为1.18，它解释了总变异的16.85%，其大小主要由咖啡因含量决定（见表6中2）；第3主成分虽然解释了总变异的9.43%，但它的特征根为0.66，小于1，说明该主成分解释力还不如直接引入原变量大，这7个变量只需提取前2个主成分即可。前2个主成分可解释总变异的84.53%。

表5 主成分分析中的解释总方差

对各处理下小粒咖啡生豆营养品质进行主成分分析（表6）和TOPSIS分析（表7）的评价结果一致，均表明FISS的综合效益最优，其次是处理FISM，而处理DISS0的综合效益最差。

表6 小粒咖啡生豆营养品质的主成分分析

注：1、2分别为第1、第2主成分得分，1、2分别为第1、第2成分矩阵，1、2分别为第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 小粒咖啡生豆营养品质的TOPSIS分析

3 讨 论

不同的水分和光照环境对次生代谢产物在作物不同的器官、组织和细胞内的合成与积累的诱导及调控效应不同，最终改变作物产量及品质的形成[21]。云南省干热区光照强烈，冬季气温较暖，降雨量少，蒸发量大，旱季持续时间长，降雨和光照不匹配限制了小粒咖啡的高效生产[22]。本研究发现，在重度亏缺灌水时，小粒咖啡的干豆产量随荫蔽度的增加而增加，可能由于荫蔽栽培降低环境温度，减小蒸腾耗水及土壤表层水分蒸发，缓解咖啡水分胁迫的压力，起到不影响或少影响咖啡的正常坐果。充分灌水和轻度亏缺灌水时，轻度荫蔽栽培和中度荫蔽栽培下的干豆产量较高且差异不显著，表明土壤水分适宜时，适度荫蔽栽培可提高小粒咖啡的产量，而过度荫蔽栽培减少小粒咖啡的花芽分化和结果数，导致产量降低。本研究还发现，小粒咖啡的百粒体积和百粒鲜质量随灌水量和荫蔽度的增加有增加趋势，可能由于适宜的水光环境促进营养物质分配比例的提高，增大果粒的饱满度，这与前人的研究结果一致[23-24]。

作物品质往往受环境因素的影响，合理的水光调配可实现产量和品质的同步提高[8,10]。本研究发现，灌水水平和荫蔽栽培模式及二者的交互作用对小粒咖啡生豆的大多营养品质影响显著，可能由于荫蔽环境下进行灌溉缓解了土壤干旱胁迫、改善光合特性、促进光合产物累积和转化，并延缓了咖啡浆果的成熟[11,23]，同时水分影响植株体内生理代谢以及无机物和有机物吸收、运输和转化，从而改变了咖啡豆的营养组份含量[6]。小粒咖啡生豆中绿原酸含量随灌水量和荫蔽度的增加而增加，原因可能是在土壤水分严重亏缺下，植株的初级生产力受到较大抑制，合成次级产物的原料减少，导致绿原酸含量减少[6,8]，而提高灌水量和荫蔽度对绿原酸累积产生了“稀释效应”[8,25]。不同荫蔽环境必然造成不同程度的源-库关系变化，使得咖啡豆中储藏的蛋白质、淀粉、脂肪等水解程度不同。本研究发现，小粒咖啡生豆中蛋白质、脂肪和水浸出物含量随荫蔽度的增加有增加趋势，表明一定的荫蔽环境提高了小粒咖啡“源”器官供给同化物的能力，使咖啡豆体积变大，“源”器官供应力强，“库”器官总体接受力弱，因此咖啡豆获得了良好的充实，降低了垩白的发生[26]。

在生产实践中，为了全面系统地反映问题，往往要通过较多的变量进行综合评价，而这些变量之间可能存在错综复杂的相关关系，直接用它们分析现实问题，很可能会因存在多重共线性而引起极大的误差。国内外学者通过主成分分析[27-30]、聚类分析[27-29,31]、模糊综合评判[31]、TOPSIS法[20,30]、层次分析法[32]和灰色关联度法[30]等对作物品质进行综合评价。不同的评价方案因计算方法的不同而有所差异，本研究采用主成分分析和TOPSIS法对小粒咖啡生豆中总糖、蛋白质、脂肪、咖啡因、绿原酸、粗纤维和水浸出物含量进行综合评价，发现主成分分析和TOPSIS法的评价结果基本一致，2种方法均表明FISS处理的综合品质最优，其次是FISM处理，而DISS0处理的综合品质最差。这与Liu等[8]的研究结果相同之处在于主成分分析和TOPSIS法在评价小粒咖啡生豆中营养品质时择优的结果是一样的，不同之处在于Liu等[8]的研究表明灌水量为充分灌水的75%，荫蔽度为30%时的综合品质最优，其次是充分灌水下荫蔽度为30%，自然光照下灌水量为充分灌水的50%时的综合品质最差。可能是本研究采用香蕉树为小粒咖啡提供荫蔽环境，与Liu等[8]通过遮荫网为小粒咖啡提供荫蔽环境的研究有所不同，本研究所产生的荫蔽度是一动态变化过程，且环境通风性、温湿度、土壤水肥的吸收利用等差异较大所致。也有可能与试验灌水量的大小设计，降水量的差异，所分析营养品质指标的不同有关。本研究只对采用香蕉荫蔽栽培第2年的小粒咖啡生豆营养品质进行了探索，而不同荫蔽栽培时长下的小粒咖啡生豆营养品质是否存在差异，还应系统深入研究。

4 结 论

本研究通过3个灌水水平和4个荫蔽栽培模式，研究香蕉荫蔽栽培下灌溉对干热河谷区小粒咖啡产量和品质的影响，结果表明：

1）小粒咖啡干豆产量在重度亏缺灌溉时随荫蔽度的增加而增加，在充分灌溉和轻度亏缺灌溉时随荫蔽度的增加呈先增大后减小的趋势，其中FISM处理的干豆产量（5 854.34 kg/hm2）最大。灌水水平和荫蔽栽培模式对小粒咖啡百粒产量的体积、鲜质量和干质量的影响显著（<0.05），其中FISM处理的百粒干质量最大，而其百粒体积和百粒鲜质量与最大的处理（FISS）相比差异不显著（>0.05），与FIS0处理相比显著增大。

2）灌水水平对小粒咖啡生豆总糖含量的影响不显著（>0.05），除此之外，单独的灌水水平和荫蔽栽培模式处理对咖啡豆品质指标均影响极显著（<0.01）；灌水水平和荫蔽栽培模式的交互作用仅对脂肪和粗纤维含量的影响不显著（>0.05）。

3）蛋白质、脂肪、绿原酸和水浸出物含量之间相互呈极显著正相关关系，粗纤维分别与总糖、蛋白质、脂肪、绿原酸和水浸出物之间呈显著负相关关系。主成分分析与TOPSIS法均表明处理FISS的综合效益最优，其次是处理FISM，而处理DISS0的综合效益最差。

4）研究虽表明FISS处理的综合品质最优，但其干豆产量仅4 317.28 kg/hm2，与FIS0处理相比减产15.69%，而FISM处理的综合品质排名第2，干豆产量最高达5 854.34 kg/hm2，与FIS0相比增产14.32%。从提高营养品质和增加经济产量的角度综合考虑，FISM处理（中度荫蔽栽培下充分灌水）对干热区小粒咖啡有显著的提质增产作用，该组合可作为干热区小粒咖啡在香蕉荫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

国家自然科学基金项目（51469010、51769010、51779205）；陕西省水利科技项目（2014slkj-02）

郝 琨，博士生，主要从事节水灌溉理论与新技术研究。Email：haokgz@126.com.

刘小刚，教授，博士，主要从事节水灌溉理论与新技术研究。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，费良军，刘小刚，刘利华，何红艳，杨启良. 香蕉树中度荫蔽下充分灌水提高干热区咖啡产量及品质[J]. 农业工程学报，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