水肥一體化對山地鮮桑椹商品性狀的影響

王 謝，張建華，唐 甜

（1四川省農業科學院土壤肥料研究所，成都 610066；2農業農村部西南山地農業環境重點實驗室，成都 610066）

0 引言

特色農業是在市場經濟環境中，以農業產業結構優化調整和因地制宜綜合開發為基礎，圍繞著提高農產品的市場比較優勢和競爭力的目標，依托區域內的特色優勢農業自然資源，實行集約化、效益化、生態化的生產經營模式，對于推動農戶增收、開拓農產品市場、加快農業產業化進程、提高區域農業開發的經濟效益和整體素質、使農業實現全面發展具有重要意義[1]。果桑是從桑科桑屬植物中選育出以收獲桑椹為主要目的栽培品種[2]。隨著桑樹多元化利用的不斷深入，果桑栽培成為現代栽桑學研究的一個重要方向和研究熱點。但相對于其他果樹而言，果桑栽培的系統化研究的起步相對較晚，許多領域的研究尚處于空白階段，特別是在水肥管理與調控方面。

目前，公認的果桑品質最好的栽培地區為四川省的德昌縣和鹽邊縣，它們被中國蠶學會授予了“中國果桑之鄉”的榮譽稱號。德昌縣和鹽邊縣果桑產業的核心區為典型的亞熱帶干熱河谷氣候。正是在這種獨特的光熱資源條件下，發展起來的以果桑為優勢作物（經濟林木）的旱地農（林）業生態系統，具有特定的區域優勢。但于此同時，該區域蠶桑生產也面臨著水資源短缺和肥料利用率不高的主要生產問題。針對上述問題，作者在該地區進行了適用于果葉兼用型桑園的滴灌水肥一體化灌溉施肥技術試驗。

水肥一體化技術，作為一種節水、節肥、高產、高效的農業工程技術，可實現水分和養分在時間和空間的同步，不僅大大提高水肥利用率，還可以增加作物產量，進而增加農民經濟收入[3]。與傳統的管理方式相比，滴灌水肥一體化技術可以根據作物需求通過微噴灌系統將水肥施入作物根區，使水分和養分在土壤中均勻分布，達到農田局部集中施肥和灌水的效果，以保證養分被根系快速吸收，大幅度提高肥料的利用率，降低了因過量施肥而造成的環境污染風險[4]。滴灌施肥是當前現代農業“一號技術”。農業農村部辦公廳印發的《推進水肥一體化實施方案（2016—2020 年）》[5]文件，明確了當前新形勢下推進滴灌施肥技術發展的總體思路和目標任務[4]。因此，把握國內干熱河谷區果桑產業發展的生態需求，融合滴灌施肥關鍵技術，發展以水肥有效利用為核心的特色果桑產業，才能精準構建與區域水肥資源承載能力相適應的適水、適肥果桑生產體系。

為此，筆者以鹽邊縣不同成熟度的鮮桑椹為研究對象，基于滴灌水肥一體化技術，選擇坡地上的坡面和溝道兩側2種微地形，以區分2種土壤水分背景，并在此基礎上探索水肥協同效應對不同成熟度鮮桑椹商品性狀的影響，以期揭示影響鮮桑椹商品性狀的水肥調控機制，為干熱河谷雨養區果桑園施肥灌溉管理制度的制定提供理論依據，幫助果農獲得更大經濟效益。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于四川省攀枝花市鹽邊縣國勝鄉，該鄉地處101°49′—101°68′E，26°39′—27°25′N，屬以山地地貌為主的中高山區，為亞熱帶向溫帶過渡型氣候，氣候溫和，雨量充足，四季分明，立體氣候明顯，光熱條件較好。常年平均氣溫16.6℃，年降雨量1200～2000 mm。無霜期250 天以上，日照時間2273 h。試驗點設于該鄉新村，101°31'—36.01"E、26°56'—59.83"N，海拔1287～1310 m，其中1—4月基本無降雨。

1.2 試驗處理

試驗材料為果葉兼用型桑樹品種‘云桑2 號’，水肥一體化處理2018年1—4月每月灌溉施肥1次，共計4 次。水肥一體化所用的肥料氮磷鉀比例為16:10:30。由于區域地形復雜，加之水肥一體化為大面積工程技術，覆蓋面積大，因此，本研究首先將研究區按照微地形差異劃分為相對濕潤的溝道及兩旁區域(W)和相對干旱的坡面區域(D)，再根據是否布設有水肥一體化（沒有則標記為N，有則標記為F）劃分為坡面雨養區(DN)、坡面灌溉施肥區(DF)、溝道兩旁雨養區(WN)和溝道兩旁灌溉施肥區(WF)。研究中坡面雨養區(DN)和溝道兩旁雨養區(WN)根據當地桑園管理習慣不施肥不灌溉。而坡面灌溉施肥區(DF)和溝道兩旁灌溉施肥區(WF)則利用同一套水肥一體化設備同時進行灌溉和施肥。

1.3 數據測量

2018年4月11日在每個研究區域隨機設置3個樣地，這3 個樣地都在區域的內部，與區域邊緣相距5 m以上，且每個樣地內包含連續的桑樹5株，要求連續的5株桑樹呈線性直線排列。在每棵樹上選擇1根枝條，并從該枝條隨機摘取10個紫黑色的成熟桑椹，并根據成熟度將其劃分為剛成熟、正成熟、過成熟3 個等級。過成熟的桑椹，在采集時一碰就掉，果粒表皮開始有皺紋，即有疲軟萎蔫相；正成熟的桑椹，桑果采摘相對輕松，果粒飽滿，有光亮度，有即將撐破的感覺；剛成熟的桑椹，采摘需要用力，果粒均勻，平整，比正成熟的桑椹略硬。用游標卡尺測鮮桑椹的果長(L0)和果徑(W0)，用電子稱稱鮮桑椹的質量(M)，用糖度計測鮮桑椹的糖度(S)。用圓柱體體積計算公式計算鮮桑椹的粗略體積，見式(1)。用果長與果徑之比得到鮮桑椹的果形指數，見式(2)。用質量與體積之比得到鮮桑椹的密度，見式(3)。

1.4 統計分析

按試驗區統計剛成熟、正成熟和過成熟桑椹樣品的數量，探索水肥一體化和微地形對桑椹成熟度結構的影響。以鮮桑椹的長度、徑寬、質量、體積、密度和糖度為因變量，以探索水肥一體化、微地形和桑椹成熟度為自變量，利用方差分析揭示桑椹鮮果經濟性狀對水肥一體化、微地形和桑椹成熟度的響應情況。基于方差分析的結果，利用多重比較分析顯著響應的性狀指標之間的差異程度，并用箱型圖進行表示。利用NMDS 模型對鮮桑椹的長度、徑寬、質量、體積、密度和糖度性質進行排序分析，探索影響鮮桑椹商品性狀的主要因素。所有計算基于軟件R project 3.4.3，計算中所有的置信度水平取95%。箱型圖的繪制基于軟件Origin 9.0。

2 結果與分析

2.1 水肥一體化和微地形對成熟期的影響

由表1可知，在2018年4月上中旬，無論是坡面雨養區(DN)還是溝道兩旁雨養區(WN)，有50%以上紫黑色桑椹處于正成熟階段。而此時，在坡面灌溉施肥區(DF)和溝道兩旁灌溉施肥區(WF)，則有約50%的紫黑色桑椹處于過成熟階段。這暗示灌溉施肥可以影響桑椹結果的物候特征，加速桑椹成熟。

表1 不同處理下不同成熟度的桑葚樣品數量及其占比

2.2 水肥一體化和微地形對鮮桑椹外形的影響

由表2 可知，水肥一體化、微地形、水肥一體化和微地形的交互作用對鮮桑椹的果長、果徑、體積和果形指數具有顯著的影響(P<0.05)。由圖1可知，相對于其他處理而言，坡面雨養區(DN)鮮桑椹的果長、果徑和體積都是最小的。其中就平均值而言，DN 的果長分別 比DF、WF 和WN 短13.73%(3.84 mm)、18.69%(5.55 mm)和15.56%(4.45 mm)；DN 的果徑分別比DF、WF 和WN 小11.02%(1.52 mm)、13.18%(1.86 mm)和16.39%(2.41 mm)；DN的體積分別比DF、WF和WN小31.61% (1.32 cm3)、38.46% (1.79 cm3) 和 41.22%(2.01 cm3)；DN 的果形指數分別比DF、WF 和WN 小3.23%(2.03)、6.32%(2.10)和-0.57(1.96)。

由表2可知，成熟度可以顯著影響鮮桑椹的果長、果徑和體積(P<0.01)。由圖1 可知，在體積和果長上，除WN表現為正成熟>過成熟>剛成熟外，其余皆表現為過成熟>正成熟>剛成熟；在果徑上，WF和WN表現為正成熟>過成熟>剛成熟，而DF和DN表現為過成熟>正成熟>剛成熟。而成熟度對鮮桑椹果形指數的影響不顯著(P=0.11)。

2.3 水肥一體化施肥和微地形對鮮桑椹質量的影響

由表2 可知，水肥一體化施肥、微地形、水肥一體化施肥和微地形的交互作用以及成熟度對鮮桑椹質量具有極顯著影響(P<0.01)。由圖1 可知，坡面雨養區(DN)鮮桑椹的平均質量最輕，為2.95 g。其中就平均值而言，DN 的鮮桑椹質量分別比DF、WF 和WN 輕30.73%(1.31 g)、37.60%(1.78 g)和37.88%(1.80 g)。在DF和WF區，成熟度越高，桑椹的質量越高；在DN區，過成熟的桑椹質量顯著高于剛成熟和正成熟的桑椹質量；在WN區，正成熟的桑椹質量顯著高于過成熟和剛成熟的桑椹質量。

2.4 水肥一體化施肥和微地形對鮮桑椹密度的影響

由表2 可知，鮮桑椹的密度ρ受到水肥一體化施肥、微地形和桑果成熟度的極顯著影響(P<0.01)。由圖1可知，相對于其他處理而言，WN區鮮桑椹的平均密度最低，為0.98 g/cm3。其中就平均值而言，WN的鮮桑椹密度分別比DF、DN 和WF 輕4.03%(0.04 g/cm3)、5.32%(0.05 g/cm3)和3.82%(0.04 g/cm3)。在DF 和WF區，成熟度越高，桑椹密度越高；在DN區，過成熟的桑椹密度顯著高于剛成熟和正成熟的桑椹密度；在WN區，正成熟的桑椹密度顯著高于過成熟和剛成熟的桑椹密度。

2.5 水肥一體化施肥和微地形對鮮桑椹糖度的影響

由表2 可知，水肥一體化施肥、微地形、水肥一體化施肥和微地形的交互作用以及桑果成熟度對鮮桑椹糖度S具有極顯著的影響(P<0.05)。由圖1可知，溝道兩旁灌溉施肥區(WF)鮮桑椹的平均糖度最高，平均值為16.63%，分別是DF、DN 和WN 的1.04、1.11 和1.27倍，反映了水肥一體化施肥和微地形對鮮桑椹的交互效應顯著。就成熟度而言，平均糖度最高的是WF 的過成熟桑椹，平均糖度高達18.01%，而最低的是WN的剛成熟桑椹，平均糖度僅為11.76%。由此可見灌溉施肥和成熟度對于糖度的影響較大，特別是在相對濕潤地區(W)，其綜合效果可減少6.25 個糖度單位。最后，無論是WN 和WF，還是DN 和DF，以過成熟的鮮桑椹糖度最高，且顯著高于正成熟和剛成熟桑椹。然而，在DF、DN 和WF 區，正成熟桑椹與剛成熟桑椹的糖度差異不顯著，在WN 區正成熟桑椹與剛成熟桑椹的糖度差異顯著，相差0.94個糖度單位。

2.6 影響鮮桑椹商品性狀的主要因素

NMDS 分析結果（圖2，stress 值為0.016）表明，本研究中影響鮮桑椹商品性狀的3個因子（水肥一體化、微地形和成熟度）都對鮮桑椹商品性狀具有顯著影響(P<0.05)。圖2 中，軸1(NMDS1)可解釋78.77%的總方差，其主要與體積和質量呈顯著正向關系，相關系數分別為0.13和0.15，與糖度、密度和果形指數呈顯著負相關關系，相關系數分別為-0.080、-0.079和-0.074；而軸2(NMDS2)可解釋9.19%的總方差，其主要與果徑和密度呈負相關關系，相關系數分別為-0.056 和-0.045，與糖度呈正相關關系，相關系數為0.042。因此，由圖2 的NMDS1可知，DN 區和WN 區桑椹的商品性狀的差異主要是外形和糖度的差異，WN 區的桑椹糖度低外形大，DN區的桑椹糖度高外形小；DF則介于兩者之間。由圖2的NMDS2可知，WF區桑椹與DF區桑椹的商品性狀有一定的差異，但差異不大。

3 結論

最優質的桑椹產區為干熱河谷地區，降雨量相對較少，且降雨的時間和空間與桑椹生產對水分需求的時間和空間不匹配，基本不具備雨養條件。所以，一種適用于干旱山區的果桑水肥一體化技術是未來果桑輕簡化發展、高質量節約生產所應具備的基礎生產條件。

如何科學地進行土肥水的綜合管理是優質桑椹生產的關鍵。在水肥一體化工程技術背景下，水分和肥料耦合對于山地桑椹商品性狀的影響主要包括2個方面：（1）灌溉增加了桑椹的產量，降低了桑椹品質。（2）灌溉中同時施肥補償了部分品質的損失，從而實現了增產保質甚至提質的農業生產目標。

4 討論

眾所周知，水分和肥料是影響旱地農業生產的主要脅迫因子，水分和肥料既是影響旱地農業生產的主要脅迫因子，也是一對聯因互補、不可分割的協同作用體[6]，在作物產量和品質形成方面扮演著重要的角色[7]。以肥調水，以水促肥，充分發揮水肥的協同效應是提高水肥利用率的關鍵[6]。本研究結果發現，水分和養分的供給對于桑椹商品性狀的影響具有明顯的分工，即水分供應促使桑椹產量提高是通過增加其體積和質量實現的，養分供應促使桑椹的品質提升是通過改善其糖度實現的。據文獻[8]報道，桑椹中水分和總糖分別占85.6%±0.9%和14.1%±0.8%。從這點上看，滴灌水肥一體化在旱區桑園的應用調控了桑椹內部占比最大的2 個組分，表明滴灌水肥一體化在提高桑椹產量和提升桑椹品質上的作用是值得肯定。在杏樹[9]、釀酒葡萄[10]、蘋果[11]、灰棗[12]等相關滴灌技術的研究中也得出了相似的結論。

表2 不同處理下桑葚商品性狀對水肥一體化、微地形和成熟度的響應情況

通識認為，水分含量越高，桑椹滋味越趨于平淡；總糖含量越高，桑椹越甜。但在水分和總糖同時增加的情況下，單一的水分含量和總糖含量已經不足以詮釋桑椹糖度在水肥條件下提升的定量化意義。鑒于桑椹中可溶性固形物主要由糖構成，筆者認為在未來有必要用桑椹總糖含量與桑椹水含量之比反映桑椹商品經濟性質中甜的概念，并通過分子和分母部分的增加來定量權衡水和肥在提質和增產上的協同關系或權衡關系。

在未來的果桑生產中，如何權衡水分和養分的科學關系，可以看作是“如何設定水肥一體化的最佳營養液配比”這一技術問題，更直接的說法就是的基于水肥一體化的配方施肥。通過平衡營養液可以實現對植物營養的調控。本研究中通過施用自行研制的高鉀水溶性肥料實現了桑椹的產量和糖度的提高。在其他作物上也有相似的研究結論。楊小振等[13]在研究西瓜時指出，適宜的水肥組合可使西瓜生長健壯、光合作用強、優質高產、且水分利用效率較高。鄧蘭生等[14]研究玉米時指出，滴灌施用液體肥可明顯促進甜玉米的生長，提高養分的累積量，從而提高產量和改善品質。邢英英等[15]研究番茄時指出，低水中肥處理可獲得最大的維生素C、可溶性糖和番茄紅素含量以及較高的水分利用率；高水中肥能獲得最高的番茄產量和較高的氮肥利用率。吳立峰等[16]研究棉花時指出，從節水和生態可持續發展角度看，灌水量80%ETC、施肥中等量是最佳滴灌施肥策略。李志軍等[17]在研究黃瓜時也指出，灌水量80%ETC、施肥中等量是佳滴灌施肥策，不僅能保證黃瓜的產量，還能獲得較好的品質。嚴程明等[18]在研究菠蘿時指出，滴灌施肥可實現菠蘿增產39.04%，果實內在品質無下降，商品品質得到大幅度提高。巫彬芳等[19]研究煙草時指出，在滴灌條件下，1 kg 土施鉀量為5.4～7.2 g 時，可促進煙草對鉀肥的吸收，有利于煙葉產量的提高、品質的改善。張杰在研究葡萄時指出，用滴灌施肥技術，并根據葡萄生育期養分需求（前期補充氮磷，膨大期后適當增施鉀肥），能夠顯著提高葡萄產量，改善果實品質，降低養分淋失，增加農民經濟收益[20]。奚輝等[21]在研究茄子時指出，滴灌施肥不僅可以促進茄子的生長，增產43.4%，還可以提高果實的可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低總酸度和硝酸鹽含量，改善茄子果實品質。臧小平等[22]在研究紅毛丹時指出，滴灌施肥對紅毛丹果實的增產率達24.84%，對果實內在品質（可溶性固形物、Vc、固酸比）有顯著的提高。李憑峰等[23]在研究櫻桃時指出，水肥條件能顯著提高櫻桃果實品質，適當灌水量以及較低施肥量能提高可溶性總糖含量。這些研究結果都反映出了一個共同的問題——滴灌施肥技術是一種理想的水肥管理模式，但合理的施肥量也必須引起重視[24]。因此，建立科學的配套灌溉的配方施肥技術，提出安全高效的灌溉水肥調控措施對于推動現代農業灌溉工程的可持續發展具有重要意義[25]。