不同覆蓋方式與調虧模式對梨棗產量及品質的影響

李昱鵬，李援農，陳朋朋

(西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點試驗室，陜西 楊凌 712100)

0 引 言

棗樹(Ziziphus jujube Mill.)是我國的特有果樹，具有耐貧瘠、耐旱的特性，在我國西北地區廣泛種植。但干旱缺水仍是制約西北地區農林業發展的重要因素，如何用有限的水資源獲得更多的產量及更優的品質依然是西北地區發展高效節水農林業需解決的關鍵問題。地面覆蓋技術能夠有效調節土壤水分狀態，降低土壤蒸發，提高土壤含水率，增加土壤溫度，提高作物水分利用效率[1-4]，是一種土壤保墑保溫的重要措施；現階段比較成熟的地面覆蓋技術主要包括塑料地膜覆蓋、降解膜覆蓋、秸稈覆蓋等。同時，調虧灌溉(Regulated deficit irrigation，RDI)是一種當前比較成熟的植物生理節水技術[5, 6]，現階段的研究重點為調虧灌溉對產量以及品質的影響[7, 8]，對此國內外已經進行了大量研究[9-13]。Verreynne[9-13]等發現適當的水分脅迫可以提高柑橘的可溶性固形物(TSS)含量；馬福生等[15]研究表明對溫室梨棗樹進行果實成熟期水分脅迫可以提高果實的TTS與有機酸含量，改善了棗的品質；Gelly等[16]研究發現，適當的調虧灌溉可以使桃子提前成熟，并且有更好的品質表現，Motilva等[17]的研究也發現適當生育期的水分脅迫可以使果實成熟提前，以獲得更高的商業價值。梨棗是我國棗樹中稀有的名貴鮮食品種，經濟價值高；目前關于不同覆蓋和不同生育期水分脅迫對梨棗產量及品質影響已有相關報道[18-20]，但已有的研究并沒有探究覆蓋和調虧灌溉對棗品質具體指標的影響偏好。本研究基于2017年的溫室桶栽梨棗試驗，通過對比不同覆蓋方式和不同生育期水分脅迫對桶栽梨棗的產量、水分利用效率以及棗品質的綜合影響，利用因子分析以及多維偏好分析方法，探究不同覆蓋方式以及不同生育期水分脅迫處理對梨棗樹產量及品質的影響偏好，以期對設施梨棗生產提供更有針對性的理論依據以及更為科學的覆蓋和調虧灌溉模式。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年4月1日至9月25日在西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室進行，試驗站地處34°18′N，108°40′E，海拔高度521 m，屬暖溫帶半濕潤半干旱氣候區，年均日照時數2 163 h，無霜期210 d，年均氣溫12.5 ℃，年均降水量632 mm，其中75%的降水集中在7-9月，年蒸發量1 500 mm。試驗用土壤為中壤土，0～100 cm土層平均土壤干容重為1.35 g/cm3，田間持水率23%，凋萎系數8.5%。

1.2 試驗材料及設計

試驗用地膜為無色透明聚乙烯塑料膜，厚度0.015 mm；秸稈為小麥秸稈，長度10 cm，覆蓋厚度為10 cm。供試棗樹為5年生矮化密植梨棗樹(2015年10月將3年生梨棗嫁接樹苗移栽入桶中培養備用)，試驗用塑料桶口內徑40 cm，底內徑35 cm，高度50 cm；試驗用土為中壤土，按容重1.21 g/cm3(含蛭石)裝入桶內，裝土至桶口下10 cm處；測得桶內田間持水率為24.7%，桶內土壤肥力均一。供試桶栽梨棗樹均置于移動式遮雨棚下，遮雨棚內通風良好，降雨時用遮雨棚遮蔽，無降雨時移開遮雨棚；棗樹管理方式與當地高產技術水平保持一致。棗樹的整個生育期劃為4個階段，分別為萌芽展葉期(4月1日至5月14日)、開花坐果期(5月15日至6月30日)、果實膨大期(7月1日至8月15日)、果實成熟期(8月16日至9月25日)。

試驗設覆蓋情況和灌水情況兩個試驗因素。覆蓋設置3水平，分別為無覆蓋(F0)、地膜覆蓋(F1)和秸稈覆蓋(F2)。灌水情況分為充分灌溉組與水分脅迫組，各覆蓋處理均有充分灌溉對照組；當各覆蓋對照組的土壤含水率降低到灌水下限60%田間持水率時，充分灌溉組(W0)全生育期按灌溉上限85%田間持水率進行灌溉；水分脅迫組按照不同生育期分別進行水分脅迫處理，分別為萌芽展葉期脅迫(W1)、開花坐果期脅迫(W2)、果實膨大期脅迫(W3)、果實成熟期脅迫(W4)，灌溉水量為對照組的1/2。具體處理實施方案見表1。試驗共設15個處理，每處理3個重復，各處理完全隨機排列。

表1 試驗因素及水平與實施量Tab.1 Factors and levels of orthogonal Exp. design

注：“1”表示充分灌溉，“1/2”表示進行水分脅迫。

1.3 測定項目及方法

收獲當天，各處理都在樹冠上確定3個方向，每個方向上采摘具有代表性的果實5個，每棵樹共采摘15個果實作為樣本用于測定果實品質。

使用硬度計測定果實硬度，在果實中部測定；采用稱重法測定棗果實的平均單果質量。使用WYT-1型手持糖量計測定可溶性固形物(TSS)；NaOH滴定法測定果實有機酸含量；糖酸比為果實中可溶性固形物與有機酸的比值；2,6二氯靛酚滴定法測定果實Vc含量；考馬斯亮藍比色法測定果實的可溶性蛋白。口感風味分值由多位專家打分后取平均值(滿分10分)。

棗樹生育期耗水量計算公式為：

ET=W0+M-Wt

(1)

式中：ET為梨棗樹全生育期耗水量；M為梨棗樹全生育期灌水量；W0為桶栽起始土壤儲水量；Wt為 收獲后的土壤儲水量。

水分利用效率的計算公式為：

WUE=Y/ET

(2)

式中：WUE為作物水分利用效率，kg/m3；Y為收獲后的棗產量，kg/株；ET為棗樹全生育期耗水量，m3/株。

1.4 數據處理及分析

使用Microsoft Excel 2007錄入數據；用IBM SPSS Statistics 20軟件進行方差分析、因子分析、回歸分析與多維偏好分析，多重比較采用Duncan’s新復極差法，顯著性水平為α=0.05，因子分析采用最大方差法進行旋轉；用SigmaPlot 10.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對梨棗樹產量、耗水量及WUE的影響

不同覆蓋方式與不同時期水分脅迫對梨棗樹產量耗水量以及WUE產生了顯著影響(圖1)。F0W2處理產量最低，F2W1處理產量最高；F1W3處理耗水最少，F0W0處理耗水最多； F0W2處理水分利用效率最低，F2W4處理水分利用效率最高。F2W4處理產量略低于最高產的F2W1(減少了1.79%)，但耗水量卻顯著減少了5.11%，其具有更高的水分利用效率。

圖1 不同處理的產量、耗水量和水分利用效率Fig.1 Yield, water consumption and WUE of different treatments

若僅考慮不同的覆蓋方式對梨棗樹產量及耗水情況的影響，從多重比較結果(表2)可以看出，地膜覆蓋和秸稈覆蓋均能顯著提高梨棗產量(p<0.05)，分別提高了41.5%和60.6%；秸稈覆蓋處理的產量略高于地膜覆蓋處理，但二者并無顯著差異。耗水量方面，地膜覆蓋與秸稈覆蓋處理均顯著低于無覆蓋處理；地膜覆蓋處理的耗水量略小于秸稈覆蓋處理，但并無顯著差異，這可能是由于地膜的透氣性差，水分散失較秸稈覆蓋更緩慢造成的[21]。地膜覆蓋處理與秸稈覆蓋處理的水分利用效率(WUE)均顯著高于無覆蓋情況(p<0.05)，分別提高了83.1%和87.9%；秸稈覆蓋雖然較地膜覆蓋有更高的產量，但耗水量卻高于地膜覆蓋處理，因此兩者的水分利用效率(WUE)并無顯著差異。

表2 不同覆蓋處理對產量、耗水量和WUE的影響Tab.2 Effect of different coverage treatments on yield,water consumption and WUE

注：同一列中不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05)，下同。

若僅考慮不同生育期水分脅迫對梨棗的產量及耗水情況的影響，多重比較結果表明(表3)，W2、W3處理的梨棗產量均因開花坐果期及果實膨大期的水分脅迫而顯著降低，萌芽展葉期脅迫(W1)與果實成熟期脅迫(W4)則未對梨棗產量產生顯著影響。相同覆蓋條件下，在不同生育期進行水分脅迫均能顯著降低棗樹全生育期的平均耗水量(P<0.05)；果實膨大期水分脅迫組全生育期的平均耗水量最小，較充分灌溉組平均耗水量減少了20.9%。水分利用效率受不同生育期水分脅迫的影響顯著，具體表現為：果實成熟期水分脅迫(W4)處理的水分利用效率最高，顯著高于充分灌溉(W0)處理(p<0.05)，相比提高了25.9%；開花坐果期的水分利用效率最低，且與充分灌溉處理無顯著差異，說明在開花坐果期進行虧缺灌溉并不能有效提高植株的水分利用效率；對果實膨大期進行水分脅迫，雖耗水量最小，但造成了較大程度的減產，因此該處理并沒有表現出較高的水分利用效率，與充分灌溉處理相比也無顯著差異。

表3 不同調虧模式對產量、耗水量和WUE的影響Tab.3 Effect of different deficit models on yield,water consumption and WUE

2.2 不同處理對梨棗果實品質影響的綜合分析

不同覆蓋處理以及不同生育期水分脅迫處理均能不同程度的影響棗果實品質，評價棗果實品質的指標較多，本試驗測定了棗果實的硬度、單果重、可溶性固形物(TSS)、有機酸、Vc含量、可溶性蛋白質含量以及口感得分共7個指標，各處理具體指標平均值見表4。由于指標較多，單項指標并不足以直接評價各處理對梨棗品質的影響，且各指標見還存在一定的相關關系，直接處理會造成信息重疊，可能會導致分析結果出現偏差，因此有必要對7個指標進行主成分分析。

表4 不同處理對梨棗品質指標的影響Tab.4 Effect of different treatments on quality index of lizao jujube

由主成分分析結果可以看出(表5)，特征值大于1的前兩個因子共提取出了原始數據89.76%的信息量，因此我們認為前兩個因子可以用來對棗品質進行綜合評價。由成分得分系數矩陣(表6)可得到兩個公因子的表達式如下：

表5 梨棗品質指標主成分提取結果Tab.5 Principal component extraction results of pear jujube quality index

表6 公因子主成分得分值Tab.6 Common factor principal component score

Y1=0.204Z硬度+0.195ZTSS+0.197ZVc-0.1Z蛋白-

0.079Z單果重+0.203Z糖酸比+0.204Z口感

(3)

Y2=-0.011Z硬度+0.239ZTSS+0.299ZVc+0.433Z蛋白+

0.495Z單果重+0.146Z糖酸比-0.179Z口感

(4)

依據公式(3)、(4)便可計算出各處理相應因子的得分，再根據兩個因子的方差貢獻率加權平均，即可得到各個處理的棗品質綜合得分值，得分結果見表7。

綜合評價結果表明，秸稈覆蓋下果實成熟期水分脅迫處理所對應的果實品質最好，其次為地膜覆蓋果實成熟期虧水處理；無覆蓋充分灌溉處理的果實品質最差。

在相同覆蓋情況下，果實成熟期水分脅迫處理的果實品質較其他時期水分脅迫處理更好，綜合得分顯著高于其他時期水分脅迫處理。在相同水分脅迫條件下，覆蓋處理的果實品質均優于無覆蓋處理，秸稈覆蓋處理優于地膜覆蓋處理，這可能是由于秸稈覆蓋不僅可以像地膜覆蓋一樣保墑保溫，同時還改善了桶栽梨棗樹的土壤結構，為梨棗果實的生長提供了更優的條件。

表7 不同處理棗品質綜合得分及排名Tab.7 Quality comprehensive scores and rankings of different treatments

2.3 不同處理對梨棗樹果實品質影響的偏好分析

由以上分析可以確定哪種處理可以得到最優的棗品質，但我們并不清楚不同的覆蓋處理以及不同生育期的水分脅迫處理究竟更傾向于影響哪些品質指標，為了能夠探究不同處理對棗品質具體的影響方向，進行了不同處理對棗品質影響的偏好分析，以期有針對性的指導棗樹的種植。

多維偏好分析結果(圖2)表明，7個棗品質指標主要分配在兩個維度上，這與之前的主成分分析結果一致；X方向的維度主要包括硬度、TSS、Vc、糖酸比以及口感得分，我們稱之為口感維度，Y方向的維度主要包含可溶蛋白和單果重，我們稱之為質量維度。

圖2 不同處理對棗品質影響的多維偏好分析Fig.2 Preference analysis of the effects of different treatments on jujube quality

不同時期水分脅迫處理對棗品質的影響偏好各不相同，果實膨大期水分脅迫主要對梨棗果實的可溶蛋白含量以及單果重產生了明顯的負效應，同時對口感維度上的各指標并沒有明顯的促進作用，因此在果實膨大期進行水分脅迫表現出了較差的果實品質。

開花坐果期的水分脅迫對兩個維度上的棗品質指標均存在一定的負效應，但作用不顯著，與充分灌溉基本保持了相同的品質，因此在綜合得分上也與充分灌水處理同處于較低水平。

果實成熟期與萌芽展葉期進行水分脅迫均會提升棗品質指標，但維度不同；萌芽展葉期水分脅迫雖然會顯著增加棗果實的可溶蛋白含量以及單果重，但卻對口感維度上的各項指標產生了一定的負效應，梨棗作為一種主要的鮮食棗，對棗品質的評價更多的注重于口感方向，因此萌芽展葉期水分脅迫處理的棗品質綜合得分排在了果實膨大期脅迫處理之后。相比之下，果實成熟期脅迫處理對口感維度的各項因子均產生了較強的正效應，大幅度提升了梨棗的果實品質。

不同的覆蓋處理對棗品質的影響偏好較為一致，區別僅在于影響的效應強弱。由圖2可以看出，不同的覆蓋處理對兩個維度的品質指標并沒有明確的偏好，且均表現為正效應；同時可以看出秸稈覆蓋處理較地膜覆蓋處理能更加明顯的提高棗的品質。

3 討 論

本研究結果表明秸稈覆蓋和地膜覆蓋均能顯著提高棗樹產量，相比無覆蓋處理分別增加了41.5%和60.6%；秸稈覆蓋處理的產量略高于地膜覆蓋處理，但二者無顯著差異。地面覆蓋可以避免土壤水分與環境的直接交換，減少棵間蒸發[22]，同時可以提高土壤溫度的平均值和最大值，為植株提供更優的生長環境[23]。有研究發現不同的地面覆蓋處理能有效提高渭北地區蘋果的產量[24]；相比于常規裸地，覆膜處理的冬小麥產量提高了25%左右[25]；這與本研究的結果一致。在本試驗中，秸稈覆蓋表現出了更優于地膜覆蓋的產量，這可能是由于秸稈覆蓋不僅能保墑增溫，同時還可以改善土壤結構、增加土壤肥力所導致的[26]。

本研究中，覆蓋處理均減少了梨棗樹的全生育期耗水量，且地膜覆蓋表現出了最少的耗水量(p<0.05)；秸稈覆蓋處理的耗水量略高于地膜覆蓋處理，但二者差異不顯著。從水分利用效率(WUE)角度來看，兩種覆蓋方式均能有效提高桶栽梨棗樹的水分利用效率，雖然秸稈處理的梨棗樹全生育期耗水量大于地膜覆蓋處理，但因其較高的產量使其表現出了高于地膜覆蓋處理的水分利用效率(p<0.05)。谷曉博等[27]的研究表明地膜覆蓋可以顯著提高冬油菜的水分利用效率，相比無覆蓋處理增加了53.86%，劉泉汝等[21]的研究結果發現，秸稈覆蓋可以提高夏玉米的水分利用效率達21.9%。本研究也得出了與之相似的結果。

從不同覆蓋處理對梨棗品質影響的因子分析結果中可以發現，覆蓋處理梨棗果實的品質綜合得分均優于同等水分脅迫情況的無覆蓋處理，且秸稈覆蓋處理表現出了更好的果實品質。夏冬等[21]研究發現，不同的覆蓋處理下的番茄品質顯著優于無覆蓋處理，且覆草處理的品質略優于單獨覆膜處理；這與本試驗的結果大同小異。從多維偏好分析結果可以看出，兩種覆蓋方式均對果實品質的各項指標表現出較強的正效應，但二者均未表現出影響梨棗果實品質指標的明顯偏好，說明兩種覆蓋方式改善果實品質的機理應幾乎一致；二者的區別僅在于秸稈覆蓋表現出了比地膜覆蓋更強的正效應。本試驗研究發現，不同生育期梨棗樹的水分脅迫會對梨棗產量產生影響。開花坐果期與果實膨大期水分脅迫處理的梨棗產量顯著低于充分灌溉處理。這應該是由于開花坐果期的水分脅迫會導致花蕾大量凋謝，影響植株的授粉[29]，因此造成減產；而果實膨大期是否充分灌溉是果實能否良好發育的關鍵[30]，果實膨大期進行水分脅迫導致梨棗樹果實發育較差，因此降低了總體產量。而萌芽展葉期和果實成熟期對梨棗樹進行水分脅迫并沒對產量造成顯著影響，有研究表明[31, 32]，在橄欖樹萌芽展葉期不灌溉，而在開花坐果期與果實膨大期充分灌水并不會導致減產，Cuevas等[33]發現，在枇杷樹的萌芽展葉期進行水分脅迫處理可以使其花期提前，提高經濟效益的同時并不會對產量造成顯著影響。這均與本研究的結果相似。

本研究中，除開花坐果期水分脅迫處理外，其余水分脅迫處理的灌溉水利用效率均顯著高于充分灌溉處理(P<0.05)。有研究表明，萌芽期中度水分脅迫和成熟期輕度水分脅迫均能有效提高延后栽培葡萄的灌溉水利用效率[34]，胡永祥[34]研究發現，萌芽展葉期中度虧水和果實成熟期中度虧水組合可以顯著增加矮化密植梨棗樹的灌溉水利用效率。本研究也得出了與之一致的結論。

本研究發現，不同生育期進行水分脅迫會對梨棗果實品質產生顯著影響，結合因子分析與多維偏好分析結果不難發現，各生育期水分脅迫對棗品質指標的影響有明顯的偏好。萌芽展葉期水分脅迫主要偏向于增加果實的單果質量以及可溶蛋白含量；這是由于萌芽展葉期的水分脅迫抑制了植株的營養生長，相當一部分的光合產物均累積在植株體內，在復水后由于樹體的補償效應使得光合速率在一定時段內大幅上升[36]，使得棗果實表現出更高的單果重以及更多的可溶蛋白含量。開花坐果期水分脅迫則對兩個維度上的棗品質指標均產生了一定的負效應，但與充分灌溉處理相比并無顯著差異，這是由于開花坐果期的水分脅迫會導致梨棗樹幼果脫落，但剩余的棗果實個體會有較比充分灌水處理更多的水分與養分[37]，雖會導致減產，但總體棗品質與充分灌溉相比并無較大差距。果實膨大期的水分脅迫主要對品質維度上的兩個棗果實品質指標產生了很強的負效應；這是由于果實膨大期是梨棗樹果實生長發育的重要時期，這一時期的水分虧缺會抑制棗果實果肉細胞的分裂，導致單果重明顯下滑，且較低的水分供給會降低棗樹的光合效率，減少光合產物的累積[38]。果實成熟期的水分脅迫則對口感維度上的5個因子產生了很強的正效應，有效的改善了梨棗的果實品質；在果實成熟期果肉細胞基本生長完成，進行水分脅迫并不會影響果實的大小，同時果實內的糖類增加，果實成熟期實施水分脅迫處理后，果實內的有機物降低了果肉細胞的水勢，促進了果肉細胞吸收水分以及養分的能力[14]，所以能顯著改善果實品質。

4 結 論

(1)地膜覆蓋處理與秸稈覆蓋處理均能增加桶栽梨棗的產量，相比無覆蓋處理提高了41.5%和60.6%，秸稈覆蓋處理的產量略高于地膜覆蓋處理，但二者無顯著差異。同時覆蓋處理的灌溉水利用效率也均高于未覆蓋處理。開花坐果期與果實膨大期進行水分脅迫會導致桶栽梨棗的產量顯著降低，萌芽展葉期與果實成熟期適當的水分虧缺并不會顯著影響桶栽梨棗的產量。果實成熟期進行水分脅迫可以顯著提高桶栽梨棗的水分利用效率，相比充分灌溉處理提高了25.9%。

(2)兩種覆蓋方式均能有效改善梨棗的果實品質，且秸稈覆蓋的改善效果更好；不同生育期水分脅迫對梨棗品質的改善作用強弱程度依次為果實成熟期>果實膨大期>萌芽展葉期>開花坐果期。不同時期水分脅迫對棗品質的影響有明顯偏好。開花坐果期與果實膨大期脅迫處理均偏向于對果實品質產生負效應；萌芽展葉期水分脅迫對果實品質的改善偏重于單果重、可溶蛋白維度，果實成熟期水分脅迫處理對棗品質的改善則偏重于對TSS、硬度、糖酸比等果實口感風味的維度，對于梨棗這種鮮食品種來說口感風味相比對更重要一些。但不同覆蓋方式對棗品質的影響并無明顯偏好。

綜上所述，秸稈覆蓋和果實成熟期水分脅迫處理(F2W4)在本試驗中的各項指標的綜合表現較好，能有效提高試驗中桶栽梨棗樹的產量、WUE，有效改善果實品質，因此，可以認為秸稈覆蓋結合果實成熟期適度虧水是本地區較優的梨棗樹栽培管理方式。另外，萌芽展葉期、開花坐果期和果實膨大期脅迫處理均偏向于對果實品質產生負效應，故應在此期間應避免水分脅迫，以免影響果實品質。但是，在果實成熟期進行脅迫處理，對口感維度的各項因子均產生了較強的正效應，大幅度的提升了梨棗的果實品質，故推薦在果實成熟期進行脅迫處理，以增強果實品質。

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