水肥一体化对山地鲜桑椹商品性状的影响

王 谢，张建华，唐 甜

（1四川省农业科学院土壤肥料研究所，成都 610066；2农业农村部西南山地农业环境重点实验室，成都 610066）

0 引言

特色农业是在市场经济环境中，以农业产业结构优化调整和因地制宜综合开发为基础，围绕着提高农产品的市场比较优势和竞争力的目标，依托区域内的特色优势农业自然资源，实行集约化、效益化、生态化的生产经营模式，对于推动农户增收、开拓农产品市场、加快农业产业化进程、提高区域农业开发的经济效益和整体素质、使农业实现全面发展具有重要意义[1]。果桑是从桑科桑属植物中选育出以收获桑椹为主要目的栽培品种[2]。随着桑树多元化利用的不断深入，果桑栽培成为现代栽桑学研究的一个重要方向和研究热点。但相对于其他果树而言，果桑栽培的系统化研究的起步相对较晚，许多领域的研究尚处于空白阶段，特别是在水肥管理与调控方面。

目前，公认的果桑品质最好的栽培地区为四川省的德昌县和盐边县，它们被中国蚕学会授予了“中国果桑之乡”的荣誉称号。德昌县和盐边县果桑产业的核心区为典型的亚热带干热河谷气候。正是在这种独特的光热资源条件下，发展起来的以果桑为优势作物（经济林木）的旱地农（林）业生态系统，具有特定的区域优势。但于此同时，该区域蚕桑生产也面临着水资源短缺和肥料利用率不高的主要生产问题。针对上述问题，作者在该地区进行了适用于果叶兼用型桑园的滴灌水肥一体化灌溉施肥技术试验。

水肥一体化技术，作为一种节水、节肥、高产、高效的农业工程技术，可实现水分和养分在时间和空间的同步，不仅大大提高水肥利用率，还可以增加作物产量，进而增加农民经济收入[3]。与传统的管理方式相比，滴灌水肥一体化技术可以根据作物需求通过微喷灌系统将水肥施入作物根区，使水分和养分在土壤中均匀分布，达到农田局部集中施肥和灌水的效果，以保证养分被根系快速吸收，大幅度提高肥料的利用率，降低了因过量施肥而造成的环境污染风险[4]。滴灌施肥是当前现代农业“一号技术”。农业农村部办公厅印发的《推进水肥一体化实施方案（2016—2020 年）》[5]文件，明确了当前新形势下推进滴灌施肥技术发展的总体思路和目标任务[4]。因此，把握国内干热河谷区果桑产业发展的生态需求，融合滴灌施肥关键技术，发展以水肥有效利用为核心的特色果桑产业，才能精准构建与区域水肥资源承载能力相适应的适水、适肥果桑生产体系。

为此，笔者以盐边县不同成熟度的鲜桑椹为研究对象，基于滴灌水肥一体化技术，选择坡地上的坡面和沟道两侧2种微地形，以区分2种土壤水分背景，并在此基础上探索水肥协同效应对不同成熟度鲜桑椹商品性状的影响，以期揭示影响鲜桑椹商品性状的水肥调控机制，为干热河谷雨养区果桑园施肥灌溉管理制度的制定提供理论依据，帮助果农获得更大经济效益。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于四川省攀枝花市盐边县国胜乡，该乡地处101°49′—101°68′E，26°39′—27°25′N，属以山地地貌为主的中高山区，为亚热带向温带过渡型气候，气候温和，雨量充足，四季分明，立体气候明显，光热条件较好。常年平均气温16.6℃，年降雨量1200～2000 mm。无霜期250 天以上，日照时间2273 h。试验点设于该乡新村，101°31'—36.01"E、26°56'—59.83"N，海拔1287～1310 m，其中1—4月基本无降雨。

1.2 试验处理

试验材料为果叶兼用型桑树品种‘云桑2 号’，水肥一体化处理2018年1—4月每月灌溉施肥1次，共计4 次。水肥一体化所用的肥料氮磷钾比例为16:10:30。由于区域地形复杂，加之水肥一体化为大面积工程技术，覆盖面积大，因此，本研究首先将研究区按照微地形差异划分为相对湿润的沟道及两旁区域(W)和相对干旱的坡面区域(D)，再根据是否布设有水肥一体化（没有则标记为N，有则标记为F）划分为坡面雨养区(DN)、坡面灌溉施肥区(DF)、沟道两旁雨养区(WN)和沟道两旁灌溉施肥区(WF)。研究中坡面雨养区(DN)和沟道两旁雨养区(WN)根据当地桑园管理习惯不施肥不灌溉。而坡面灌溉施肥区(DF)和沟道两旁灌溉施肥区(WF)则利用同一套水肥一体化设备同时进行灌溉和施肥。

1.3 数据测量

2018年4月11日在每个研究区域随机设置3个样地，这3 个样地都在区域的内部，与区域边缘相距5 m以上，且每个样地内包含连续的桑树5株，要求连续的5株桑树呈线性直线排列。在每棵树上选择1根枝条，并从该枝条随机摘取10个紫黑色的成熟桑椹，并根据成熟度将其划分为刚成熟、正成熟、过成熟3 个等级。过成熟的桑椹，在采集时一碰就掉，果粒表皮开始有皱纹，即有疲软萎蔫相；正成熟的桑椹，桑果采摘相对轻松，果粒饱满，有光亮度，有即将撑破的感觉；刚成熟的桑椹，采摘需要用力，果粒均匀，平整，比正成熟的桑椹略硬。用游标卡尺测鲜桑椹的果长(L0)和果径(W0)，用电子称称鲜桑椹的质量(M)，用糖度计测鲜桑椹的糖度(S)。用圆柱体体积计算公式计算鲜桑椹的粗略体积，见式(1)。用果长与果径之比得到鲜桑椹的果形指数，见式(2)。用质量与体积之比得到鲜桑椹的密度，见式(3)。

1.4 统计分析

按试验区统计刚成熟、正成熟和过成熟桑椹样品的数量，探索水肥一体化和微地形对桑椹成熟度结构的影响。以鲜桑椹的长度、径宽、质量、体积、密度和糖度为因变量，以探索水肥一体化、微地形和桑椹成熟度为自变量，利用方差分析揭示桑椹鲜果经济性状对水肥一体化、微地形和桑椹成熟度的响应情况。基于方差分析的结果，利用多重比较分析显著响应的性状指标之间的差异程度，并用箱型图进行表示。利用NMDS 模型对鲜桑椹的长度、径宽、质量、体积、密度和糖度性质进行排序分析，探索影响鲜桑椹商品性状的主要因素。所有计算基于软件R project 3.4.3，计算中所有的置信度水平取95%。箱型图的绘制基于软件Origin 9.0。

2 结果与分析

2.1 水肥一体化和微地形对成熟期的影响

由表1可知，在2018年4月上中旬，无论是坡面雨养区(DN)还是沟道两旁雨养区(WN)，有50%以上紫黑色桑椹处于正成熟阶段。而此时，在坡面灌溉施肥区(DF)和沟道两旁灌溉施肥区(WF)，则有约50%的紫黑色桑椹处于过成熟阶段。这暗示灌溉施肥可以影响桑椹结果的物候特征，加速桑椹成熟。

表1 不同处理下不同成熟度的桑葚样品数量及其占比

2.2 水肥一体化和微地形对鲜桑椹外形的影响

由表2 可知，水肥一体化、微地形、水肥一体化和微地形的交互作用对鲜桑椹的果长、果径、体积和果形指数具有显著的影响(P<0.05)。由图1可知，相对于其他处理而言，坡面雨养区(DN)鲜桑椹的果长、果径和体积都是最小的。其中就平均值而言，DN 的果长分别 比DF、WF 和WN 短13.73%(3.84 mm)、18.69%(5.55 mm)和15.56%(4.45 mm)；DN 的果径分别比DF、WF 和WN 小11.02%(1.52 mm)、13.18%(1.86 mm)和16.39%(2.41 mm)；DN的体积分别比DF、WF和WN小31.61% (1.32 cm3)、38.46% (1.79 cm3) 和 41.22%(2.01 cm3)；DN 的果形指数分别比DF、WF 和WN 小3.23%(2.03)、6.32%(2.10)和-0.57(1.96)。

由表2可知，成熟度可以显著影响鲜桑椹的果长、果径和体积(P<0.01)。由图1 可知，在体积和果长上，除WN表现为正成熟>过成熟>刚成熟外，其余皆表现为过成熟>正成熟>刚成熟；在果径上，WF和WN表现为正成熟>过成熟>刚成熟，而DF和DN表现为过成熟>正成熟>刚成熟。而成熟度对鲜桑椹果形指数的影响不显著(P=0.11)。

2.3 水肥一体化施肥和微地形对鲜桑椹质量的影响

由表2 可知，水肥一体化施肥、微地形、水肥一体化施肥和微地形的交互作用以及成熟度对鲜桑椹质量具有极显著影响(P<0.01)。由图1 可知，坡面雨养区(DN)鲜桑椹的平均质量最轻，为2.95 g。其中就平均值而言，DN 的鲜桑椹质量分别比DF、WF 和WN 轻30.73%(1.31 g)、37.60%(1.78 g)和37.88%(1.80 g)。在DF和WF区，成熟度越高，桑椹的质量越高；在DN区，过成熟的桑椹质量显著高于刚成熟和正成熟的桑椹质量；在WN区，正成熟的桑椹质量显著高于过成熟和刚成熟的桑椹质量。

2.4 水肥一体化施肥和微地形对鲜桑椹密度的影响

由表2 可知，鲜桑椹的密度ρ受到水肥一体化施肥、微地形和桑果成熟度的极显著影响(P<0.01)。由图1可知，相对于其他处理而言，WN区鲜桑椹的平均密度最低，为0.98 g/cm3。其中就平均值而言，WN的鲜桑椹密度分别比DF、DN 和WF 轻4.03%(0.04 g/cm3)、5.32%(0.05 g/cm3)和3.82%(0.04 g/cm3)。在DF 和WF区，成熟度越高，桑椹密度越高；在DN区，过成熟的桑椹密度显著高于刚成熟和正成熟的桑椹密度；在WN区，正成熟的桑椹密度显著高于过成熟和刚成熟的桑椹密度。

2.5 水肥一体化施肥和微地形对鲜桑椹糖度的影响

由表2 可知，水肥一体化施肥、微地形、水肥一体化施肥和微地形的交互作用以及桑果成熟度对鲜桑椹糖度S具有极显著的影响(P<0.05)。由图1可知，沟道两旁灌溉施肥区(WF)鲜桑椹的平均糖度最高，平均值为16.63%，分别是DF、DN 和WN 的1.04、1.11 和1.27倍，反映了水肥一体化施肥和微地形对鲜桑椹的交互效应显著。就成熟度而言，平均糖度最高的是WF 的过成熟桑椹，平均糖度高达18.01%，而最低的是WN的刚成熟桑椹，平均糖度仅为11.76%。由此可见灌溉施肥和成熟度对于糖度的影响较大，特别是在相对湿润地区(W)，其综合效果可减少6.25 个糖度单位。最后，无论是WN 和WF，还是DN 和DF，以过成熟的鲜桑椹糖度最高，且显著高于正成熟和刚成熟桑椹。然而，在DF、DN 和WF 区，正成熟桑椹与刚成熟桑椹的糖度差异不显著，在WN 区正成熟桑椹与刚成熟桑椹的糖度差异显著，相差0.94个糖度单位。

2.6 影响鲜桑椹商品性状的主要因素

NMDS 分析结果（图2，stress 值为0.016）表明，本研究中影响鲜桑椹商品性状的3个因子（水肥一体化、微地形和成熟度）都对鲜桑椹商品性状具有显著影响(P<0.05)。图2 中，轴1(NMDS1)可解释78.77%的总方差，其主要与体积和质量呈显著正向关系，相关系数分别为0.13和0.15，与糖度、密度和果形指数呈显著负相关关系，相关系数分别为-0.080、-0.079和-0.074；而轴2(NMDS2)可解释9.19%的总方差，其主要与果径和密度呈负相关关系，相关系数分别为-0.056 和-0.045，与糖度呈正相关关系，相关系数为0.042。因此，由图2 的NMDS1可知，DN 区和WN 区桑椹的商品性状的差异主要是外形和糖度的差异，WN 区的桑椹糖度低外形大，DN区的桑椹糖度高外形小；DF则介于两者之间。由图2的NMDS2可知，WF区桑椹与DF区桑椹的商品性状有一定的差异，但差异不大。

3 结论

最优质的桑椹产区为干热河谷地区，降雨量相对较少，且降雨的时间和空间与桑椹生产对水分需求的时间和空间不匹配，基本不具备雨养条件。所以，一种适用于干旱山区的果桑水肥一体化技术是未来果桑轻简化发展、高质量节约生产所应具备的基础生产条件。

如何科学地进行土肥水的综合管理是优质桑椹生产的关键。在水肥一体化工程技术背景下，水分和肥料耦合对于山地桑椹商品性状的影响主要包括2个方面：（1）灌溉增加了桑椹的产量，降低了桑椹品质。（2）灌溉中同时施肥补偿了部分品质的损失，从而实现了增产保质甚至提质的农业生产目标。

4 讨论

众所周知，水分和肥料是影响旱地农业生产的主要胁迫因子，水分和肥料既是影响旱地农业生产的主要胁迫因子，也是一对联因互补、不可分割的协同作用体[6]，在作物产量和品质形成方面扮演着重要的角色[7]。以肥调水，以水促肥，充分发挥水肥的协同效应是提高水肥利用率的关键[6]。本研究结果发现，水分和养分的供给对于桑椹商品性状的影响具有明显的分工，即水分供应促使桑椹产量提高是通过增加其体积和质量实现的，养分供应促使桑椹的品质提升是通过改善其糖度实现的。据文献[8]报道，桑椹中水分和总糖分别占85.6%±0.9%和14.1%±0.8%。从这点上看，滴灌水肥一体化在旱区桑园的应用调控了桑椹内部占比最大的2 个组分，表明滴灌水肥一体化在提高桑椹产量和提升桑椹品质上的作用是值得肯定。在杏树[9]、酿酒葡萄[10]、苹果[11]、灰枣[12]等相关滴灌技术的研究中也得出了相似的结论。

表2 不同处理下桑葚商品性状对水肥一体化、微地形和成熟度的响应情况

通识认为，水分含量越高，桑椹滋味越趋于平淡；总糖含量越高，桑椹越甜。但在水分和总糖同时增加的情况下，单一的水分含量和总糖含量已经不足以诠释桑椹糖度在水肥条件下提升的定量化意义。鉴于桑椹中可溶性固形物主要由糖构成，笔者认为在未来有必要用桑椹总糖含量与桑椹水含量之比反映桑椹商品经济性质中甜的概念，并通过分子和分母部分的增加来定量权衡水和肥在提质和增产上的协同关系或权衡关系。

在未来的果桑生产中，如何权衡水分和养分的科学关系，可以看作是“如何设定水肥一体化的最佳营养液配比”这一技术问题，更直接的说法就是的基于水肥一体化的配方施肥。通过平衡营养液可以实现对植物营养的调控。本研究中通过施用自行研制的高钾水溶性肥料实现了桑椹的产量和糖度的提高。在其他作物上也有相似的研究结论。杨小振等[13]在研究西瓜时指出，适宜的水肥组合可使西瓜生长健壮、光合作用强、优质高产、且水分利用效率较高。邓兰生等[14]研究玉米时指出，滴灌施用液体肥可明显促进甜玉米的生长，提高养分的累积量，从而提高产量和改善品质。邢英英等[15]研究番茄时指出，低水中肥处理可获得最大的维生素C、可溶性糖和番茄红素含量以及较高的水分利用率；高水中肥能获得最高的番茄产量和较高的氮肥利用率。吴立峰等[16]研究棉花时指出，从节水和生态可持续发展角度看，灌水量80%ETC、施肥中等量是最佳滴灌施肥策略。李志军等[17]在研究黄瓜时也指出，灌水量80%ETC、施肥中等量是佳滴灌施肥策，不仅能保证黄瓜的产量，还能获得较好的品质。严程明等[18]在研究菠萝时指出，滴灌施肥可实现菠萝增产39.04%，果实内在品质无下降，商品品质得到大幅度提高。巫彬芳等[19]研究烟草时指出，在滴灌条件下，1 kg 土施钾量为5.4～7.2 g 时，可促进烟草对钾肥的吸收，有利于烟叶产量的提高、品质的改善。张杰在研究葡萄时指出，用滴灌施肥技术，并根据葡萄生育期养分需求（前期补充氮磷，膨大期后适当增施钾肥），能够显著提高葡萄产量，改善果实品质，降低养分淋失，增加农民经济收益[20]。奚辉等[21]在研究茄子时指出，滴灌施肥不仅可以促进茄子的生长，增产43.4%，还可以提高果实的可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低总酸度和硝酸盐含量，改善茄子果实品质。臧小平等[22]在研究红毛丹时指出，滴灌施肥对红毛丹果实的增产率达24.84%，对果实内在品质（可溶性固形物、Vc、固酸比）有显著的提高。李憑峰等[23]在研究樱桃时指出，水肥条件能显著提高樱桃果实品质，适当灌水量以及较低施肥量能提高可溶性总糖含量。这些研究结果都反映出了一个共同的问题——滴灌施肥技术是一种理想的水肥管理模式，但合理的施肥量也必须引起重视[24]。因此，建立科学的配套灌溉的配方施肥技术，提出安全高效的灌溉水肥调控措施对于推动现代农业灌溉工程的可持续发展具有重要意义[25]。