酒泉早酥紅梨果實品質與土壤養分的多元分析及優化方案

摘 要：【目的】探究酒泉早酥紅梨園土壤養分對果實品質的影響，提出適宜生產優質早酥紅梨的土壤養分優化方案，為實現早酥紅梨的高質量發展提供理論依據。【方法】測定酒泉市肅州區和敦煌市早酥紅梨的果實品質和土壤養分，采用描述性統計分析、相關分析和線性回歸分析等方法，篩選出影響早酥紅梨果實品質的主要土壤養分因子；通過建立果實品質與土壤養分關系的線性規劃方程，求解獲得早酥紅梨果品最優時的土壤養分優化方案。【結果】酒泉早酥紅梨園土壤特征為偏堿性，有機質、堿解氮含量偏低，有效磷、速效鉀含量處于中等水平，交換性鈣、交換性鎂含量偏高，土壤肥力系數為1.18，土壤肥力等級為三級，屬于一般；通過相關分析、回歸分析篩選出影響早酥紅梨果實品質的主要土壤養分因子為有機質、有效磷、速效鉀，建立線性規劃方程組求解得出早酥紅梨品質達到最優時的土壤優化方案為：土壤有機質含量為21.44 g/kg、堿解氮43.96 ～ 44.46 mg/kg、有效磷30.86 ～ 55.99 mg/kg、速效鉀105.67 mg/kg、交換性鈣11.68 ～ 13.29 g/kg、交換性鎂0.77 ～ 1.38 g/kg。【結論】在管理酒泉早酥紅梨園時，根據實際情況，改良土壤鹽堿度，增施有機肥，適時適量施用氮、磷、鉀肥，減少鈣、鎂肥，達到科學配方施肥技術標準，以實現早酥紅梨高產、優質、高效的可持續發展目標。

關鍵詞：早酥紅梨；果實品質；土壤養分；多元分析；優化方案

中圖分類號：S661.2 文獻標志碼：A 文章編號：1003—8981（2024）01—0099—08

早酥紅梨是早熟、脆肉的優良梨品種早酥梨的紅色芽變品種，其幼葉、花、莖皮和果實顏色均為紅色，極具觀賞價值，并保持了早酥梨抗性強、適應性廣和果實品質優良等特點。河西走廊是梨樹的適生區，具有悠久的栽培歷史，順治十四年（公元1657 年）分巡西寧道按察司副使楊春茂編著的《重刊甘鎮志》中記載：“梨河西皆有，唯肅州、西寧獨佳”[1]。

自早酥紅梨引種至酒泉地區后就呈現出較強的適應性和出色的品種特性，目前已成為酒泉市梨品種繼代更新、產業可持續發展的主栽品種。為持續推進早酥紅梨產業高質量、可持續發展，早酥紅梨高品質栽培成為亟待研究的課題。

土壤是植物賴以生存的基礎和根本，梨園土壤的養分狀況對梨樹的生長狀況和果實品質有直接影響，也是制定梨園土壤養分管理和合理施肥方案的重要依據之一[2]。果實品質受基因型、栽培環境和管理措施的綜合影響，生態因子是除遺傳特性以外影響果實品質形成的主要決定因素[3]，土壤是僅次于氣候對果實品質起重要生態作用的自然生態因素[4]。甘肅酒泉位于河西走廊西端，是典型的干旱荒漠區，擁有豐富的光熱資源，土壤為荒漠土，其結構較差，鹽堿化程度高，有機質含量低，其脆弱性和低穩定性易受到人類活動的影響，且因早酥紅梨生產以家庭農戶生產經營模式居多，盲目追求產量，過度施用農藥化肥，進一步加劇了土壤退化，造成果品品質下降，形成了惡性循環。因此深入探究梨園土壤養分含量及其特征成為提升早酥紅梨果實品質的關鍵因素。

近年來，我國果樹研究者在研究果實品質與土壤養分之間的關系方面做了大量工作，向仰州等[5] 發現，有機肥、氮、磷、鉀肥配施可以改善刺梨果實的品質；郝國偉等[6] 發現，配比施氮、磷、鉀肥可以增加玉露香梨果實中維生素C、可溶性固形物和可溶性糖的含量；趙靜等[7] 研究發現，土壤pH 值與黃金梨果實中的可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比呈極顯著相關，且土壤pH 值較低則果實中的石細胞少；魏樹偉等[8] 研究方發現，菌渣覆蓋和自然生草能明顯提升梨園土壤有機質、速效營養含量，并明顯改善梨果實的風味品質；但尚未見到系統地研究梨園土壤養分含量及與梨果實品質之間關系的文獻報道。本研究選取酒泉市肅州區和敦煌市早酥紅梨果園作為研究對象，測定梨園土壤養分指標和早酥紅梨果實品質指標，采取相關分析和回歸分析法探究酒泉市土壤養分對果實品質的作用機理，建立線性規劃方程求解獲得早酥紅梨果品最優時的土壤養分優化方案，為促進河西走廊干旱荒漠區生態環境可持續發展和早酥紅梨高品質生產中的土壤養分科學管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

酒泉市肅州區、敦煌市位于河西走廊西端，肅州區年平均氣溫7.3 ℃，≥ 1 ℃有效積溫2 950 ℃，年平均降水量70 ～ 100 mm，年蒸發量2 149 mm，年日照時數3 033 h，年無霜期140 d；敦煌市年平均氣溫9.3 ℃，≥ 1 ℃有效積3 490 ℃，年平均降水量36.9 ～ 69 mm，年蒸發量2 490 ～3 522 mm，年日照時數3 247 h，年無霜期159 d；研究區均為典型溫帶大陸性氣候，土壤為荒漠土。

1.2 樣品采集

選取甘肅省酒泉市肅州區、敦煌市種植早酥紅梨7 ～ 10 年的6 個果園， 這6 個果園位置及地理坐標分別為肅州區西洞鎮西洞村二組（39°41′04.7190″N，98°23′44.8246″E）、肅州區丁家壩園藝場一站（39°46′26.1883″N，98°22′10.9429″E）、肅州區果園鎮酒泉市林草科學研究所試驗基地（39°46′43.2633″N，98°30′18.9917″E）、敦煌市黃渠鎮清水村十組（40°15′17.2337″N，94°42′10.1659″E）、敦煌市莫高鎮涇橋村三組（40°09′46.4 571″N，94°42′48.2649″E）、敦煌市肅州鎮肅州廟村二組（40°10′10.0517″N，94°39′11.4 636″E）， 單個果園面積不低于0.2 hm2，每個果園采用中心五點法選擇5 棵生長勢良好的早酥紅梨樹，每棵樹在相同高度的東、西、南、北4 個方向各選擇1 個枝條，取枝條中間早酥紅梨1 個，每棵樹取樣果實重量不少于1 kg，取樣果套上網套，裝入冰盒帶回實驗室。在取樣果樹樹冠外圍滴水線東、南、西、北的4 個方位，采集0 ～ 40 cm 土層的土樣，去雜混合均勻，取1 kg 土樣裝入自封袋中帶回實驗室，用作土壤養分測定。

1.3 測定方法

土壤養分指標測定：pH 值采用（1∶2.5 土水比）電極法；有機質采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）；全氮采用凱式定氮法- 半微量滴定法；堿解氮采用氫氧化鈉堿解擴散半微量滴定法；有效磷采用Olsen 法；速效鉀采用乙酸銨提取火焰光度計法；交換性鈣、鎂采用乙酸銨提取火焰原子吸收法[9]。

果實品質指標測定：單果質量采用電子天平測定，縱橫經采用游標卡尺測定，硬度采用硬度計法，水分采用二次烘干法，可溶性總糖采用斐林試劑滴定法，可溶性固形物采用旋光儀法，可滴定酸采用酸堿滴定法，維生素C 采用熒光比色法測定[10]；蛋白質采用考馬斯亮藍G-250 染色法[11]。

1.3 數據處理

運用WPS 軟件對早酥紅梨果實品質、土壤養分指標數據進行整理和初步分析，運用SPSS27 軟件對早酥紅梨果實品質與果園土壤養分指標進行多元分析，應用Lingo18.0 軟件進行線性規劃最優值的求解。

2 結果與分析

2.1 早酥紅梨樣地土壤養分基本特征

酒泉市早酥紅梨果園樣地土壤養分概況如表1 所示，對指標進行描述性統計分析表明，研究區早酥紅梨園土壤的pH 值平均值為8.35，屬于堿性土壤；有機質、全氮平均含量分別為14.09、0.96 g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀平均含量分別為44.46、30.86、105.67 mg/kg，交換性鈣、鎂分別是11.68、0.77 g/kg。由表2 可知，根據全國第二次土壤普查養分分級標準，取樣的早酥紅梨園土壤有機質、全氮含量達到四級標準，堿解氮含量達到五級標準，有效磷含量達到二級標準，速效鉀含量達到三級標準。本研究采用內梅羅（Nemoro）公式進行綜合肥力分析[12]，取樣早酥紅梨園土壤肥力系數為1.18，根據土壤肥力等級劃分，土壤肥力等級為三級，屬于一般；因此本研究中早酥紅梨園的土壤較為貧瘠。

2.2 早酥紅梨果實品質基本特征

由表3 顯示，對選取早酥紅梨果果實品質進行描述性統計分析，平均單果質量213.69 g，縱橫經、果形指數分別是79.05、71.23 mm、1.11，硬度為8.33，維生素C 含量為40.33 mg/kg，水分、可溶性糖、可溶性固形物、可滴定酸、蛋白質分別為87.44%、7.78%、10.8%、0.5%、2.47%。經查閱相關文獻，酒泉地區所產早酥紅梨果實的可溶性固形物最高可達14.25，明顯高于湖南瀏陽[13]、內蒙古巴彥淖爾[14]、甘肅張掖[15] 等地所產的早酥紅梨；果實硬度略低于內蒙古巴彥淖爾[14]，但明顯高于湖南瀏陽[13]；果實水分含量略低于甘肅張掖[15]；果實維生素C 含量均低于湖南瀏陽[13]、甘肅張掖[15]。

2.3 不同早酥紅梨產地土壤養分和果實品質的比較分析

由表4 可知，敦煌市早酥紅梨園土壤的pH 值大于肅州區早酥紅梨園，土壤堿性特征更明顯；且土壤中速效鉀、有效磷含量分別高于和低于肅州區早酥紅梨園，但沒有顯著差異；其土壤中交換性鈣含量與肅州區早酥紅梨園有顯著性差異，土壤中交換性鎂含量與肅州區早酥紅梨園有極顯著差異；敦煌市早酥紅梨園土壤有機質、全氮、堿解氮含量低于肅州區早酥紅梨園，且存在極顯著差異。

由表5 可知，敦煌市所產早酥紅梨單果質量、果形指數、可滴定酸、維生素C、蛋白質等均低于肅州區產區，但沒有顯著性差異；敦煌市產區早酥紅梨的果實硬度、水分低于肅州區產區，且存在極顯著差異；敦煌市產區早酥紅梨可溶性糖高于肅州區產區，且存在顯著差異；敦煌市產區早酥紅梨可溶性固形物高于肅州區產區，且存在極顯著性差異。因此，不同土壤環境條件下所形成的早酥紅梨果實品質有所不同。

2.4 早酥紅梨果園土壤養分因子之間的相關性分析

由表6 可知，土壤各養分之間相互影響，且具有一定的相關性，土壤有機質與全氮（0.939**）、堿解氮（0.907**）呈極顯著正相關，全氮與堿解氮（0.967**）呈極顯著正相關，交換性鈣與交換性鎂（0.842**）呈極顯著正相關，pH 值與交換性鈣（0.622*）呈顯著正相關；pH 值與有效磷（-0.976**）呈極顯著負相關，交換性鎂與有機質（-0.584*）、堿解氮（-0.585*）呈顯著負相關，堿解氮與速效鉀（-0.702*）呈顯著負相關，其他養分之間存在正或負相關，但相關性不顯著。

2.5 早酥紅梨果實品質與土壤養分的相關性分析

由表7 可知，酒泉早酥紅梨果實品質與土壤養分之間存在一定的相關性，果形指數與有機質（0.480**）、全氮（0.627**）、堿解氮（0.613**）呈極顯著正相關；果實水分與有機質（0.502**）、全氮（0.581**）、堿解氮（0.563**）呈極顯著正相關；果實硬度與全氮（0.491**）、堿解氮（0.489**）呈極顯著正相關，與有機質（0.462*）呈顯著正相關；果實蛋白質與有效磷（0.463**）呈極顯著正相關；果形指數與速效鉀（-0.548**）呈極顯著負相關，與有效磷（-0.370*）呈顯著負相關；果實硬度與交換性鎂（-0.490**）呈極顯著負相關，與pH 值（-0.374*）、速效鉀（-0.396*）、交換性鈣（-0.376*）呈顯著負相關；果實水分與速效鉀（-0.482**）呈極顯著負相關，與交換性鎂（-0.421*）呈顯著負相關；可溶性固形物與堿解氮（-0.391*）呈顯著負相關；蛋白質與pH 值（-0.389*）呈顯著負相關；由此說明土壤pH 值過高或過度施用氮肥、鉀肥，對果實品質也可能造成不利影響，其他早酥紅梨品質指標與土壤養分指標存在一定的相關性，但相關性不顯著。

2.6 土壤養分對果實品質影響的因子篩選和回歸方程建立

由表7 可知，不同早酥紅梨果實品質指標與不同土壤養分指標之間存在相關性，存在大量信息重疊，不能明確表示出早酥紅梨果實品質主要受到那些土壤養分指標的影響，劉科鵬等[16]、陳紅玉等[17] 也認為土壤養分含量及其交互作用對果實品質的影響錯綜復雜，簡單的相關分析不能客觀地反映土壤養分對果實品質的作用機理，需要在單因子分析的基礎上進行多元回歸分析，分析出影響果實品質的主要土壤養分因子。通過線性回歸分析，建立了線性回歸方程如表8 所示，并對回歸關系進行顯著性檢驗，達到顯著性水平，則表明建立的回歸方程成立。經過逐步回歸分析，早酥紅梨可溶性糖、可滴定酸、維生素C 與土壤養分之間的回歸關系不顯著，成立回歸方程沒有意義。表8 顯示，早酥紅梨果實單果質量、果形指數、硬度、水分主要受土壤有機質、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂影響可溶性固形物主要受土壤堿解氮影響，蛋白質主要受土壤有機質、有效磷、速效鉀影響。

2.7 早酥紅梨園土壤養分含量優化方案

為進一步探明酒泉早酥紅梨果實品質達到最優時的土壤養分含量范圍，以所調查的早酥紅梨果實某一品質最大值（Zmax）為目標函數， 其他品質指標、土壤養分指標為約束條件，建立求解果實品質指標最大時的線性規劃方程組。本研究參照曹勝等[18] 的方法，當求解某一果實品質因子最大時，確保其他果實品質因素達到優質，同時給定土壤養分指標一定的約束范圍；果實品質指標約束下限為早酥紅梨取樣果實平均值，土壤養分指標的約束值以取樣果園最大值為上限，下限為取樣果園土壤的平均值，以pH 值5.8 ～ 8.5 為早酥紅梨適宜生長的土壤pH 值范圍。

酒泉早酥紅梨果實品質與土壤養分線性規劃方程組，以果實可溶性固形物最大值（Zmax6）為例：

Zmax6=11.943-0.026x4

137.849+3.46x2+1.873**x5-1.136*x6-31.393x7+593.777**x8 ≥ 213.69

0.027+0.01*x2-0.001x5-0.001x6+0.117x7-0.379x8 ≥ 1.11

-11.065+0.141*x2+0.04x5+0.008x6+1.863x7-8.286x8 ≥ 8.33

55.446+0.21**x2+0.056*x5+0.009x6+2.887*x7-9.545x8 ≥ 87.44

0.308-0.003x2+0.002*x5-0.001x6 ≥ 0.25其中：14.09 ≤ x2 ≤ 21.44；44.46 ≤ x4 ≤ 67.44；30.86 ≤ x5 ≤ 55.28；105.67 ≤ x6 ≤ 121.50；11.68 ≤x7 ≤ 12.45；0.77 ≤ x8 ≤ 0.93。

應用相同方法，可建立求解單果質量最大值（Zmax1）、果形指數最大值（Zmax2）、硬度最大值（Zmax3）、水分最大值（Zmax4）、蛋白質最大值（Zmax9）的線性規劃方程。當早酥紅梨園土壤養分（X）含量為最適值時，即土壤有機質含量為21.44 g/kg、堿解氮43.96 ～ 44.46 mg/kg、有效磷30.86 ～ 55.99 mg/kg、速效鉀105.67 mg/kg、交換性鈣11.68 ～ 13.29 g/kg、交換性鎂0.77 ～1.38 g/kg，早酥紅梨各品質指標均為最大值，即單果質量299.53 g、果形指數1.2、硬度9.19 kg/cm2、水分含量為88.64%、可溶性固形物含量為10.78%、蛋白質含量為0.28%。

3 討 論

參照《全國第二次土壤普查養分分級標準》和相關研究發現，梨喜中性偏酸的土壤，但在pH值5.8 ～ 8.5 條件下均可生長[19]，梨園土壤有機質含量的適宜值為10 ～ 25 g/kg[20]， 堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂適宜值分別為60 ～ 130、10 ～ 40、65 ～ 200、200 ～ 1400、40 ～ 100 mg/kg [21]。本研究區早酥紅梨園土壤pH平均值達8.35、最高可達9.10，有機質含量平均值為14.09 g/kg、最低為10.42 g/kg， 堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂含量平均值分別為44.46、30.86、105.67、11680、770 mg/kg。因此酒泉早酥紅梨園土壤的總體特征為偏堿性，有機質、堿解氮含量偏低，有效磷、速效鉀含量處于中等水平，交換性鈣、交換性鎂含量偏高，是適宜值最大限值的7 ～ 8 倍。果園土壤養分間關系十分復雜，且存在協同與拮抗作用[21]，土壤pH 過高或過低均會加劇元素間的相互作用[22-23]，本研究中早酥紅梨園土壤pH 值偏大，且交換性鈣、交換性鎂含量較高，經相關性分析，pH 值、交換性鈣、交換性鎂與有機質、全氮、堿解氮、有效磷為負相關，雖未呈現出極顯著負相關，但說明土壤pH 值、交換性鈣、交換性鎂含量過高，對土壤中有機質、全氮、堿解氮、有效磷含量和吸收利用存在一定程度的影響。因此，酒泉早酥紅梨園通過增施有機肥、使用酸性肥料和土壤改良劑、改變大水漫灌等方式，有效改良土壤鹽堿度，緩解土壤元素間的拮抗作用，促進土壤養分高效利用。

土壤是果樹礦質營養的來源，其營養豐缺程度與果樹的生長和結果狀況關系密切[4]。為了探明酒泉早酥紅梨果實品質與土壤養分之間的關系，對其9 個果實品質指標和8 個土壤指標進行了簡單的相關性分析，研究結果發現，一個土壤養分指標與多個果實品質之間存在相關，且土壤養分間呈顯著相關的系數大多大于0.7，說明存在多重共線性問題，因此簡單相關分析在一定程度上可能無法客觀、準確、全面地反映酒泉早酥紅梨果實品質與土壤養分之間的關系。于是又采用了線性回歸分析，篩選出影響早酥紅梨果實品質的土壤養分因子，并建立了回歸方程，果實品質與土壤養分之間存在相關關系的，則建立的回歸方程有顯著性，反之則不然，這與向仰州等[5] 對影響刺梨果實品質的主要土壤養分因子篩選和回歸方程建立的研究結果基本一致；且研究結果表明酒泉早酥紅梨園土壤有機質、速效鉀、有效磷是果園施肥關注的重點，這與國內研究者對蘋果[24]、灰棗[25] 等的研究結果一致。

施肥是補充果園土壤養分的最有效手段，科學配方施肥是果實提質增效、減少環境污染、降低生產成本的關鍵措施。本研究通過線性規劃求解得到了酒泉早酥紅梨果實品質最優時的土壤養分優化方案，優化方案中土壤有機質含量21.44 g/kg是本研究中土壤有機質實測值的最大值，酒泉超過50% 的早酥紅梨園土壤有機質含量為10.5 g/kg；優化方案中土壤堿解氮含量43.96 ～ 44.46 mg/kg，在《全國第二次土壤普查養分分級標準》中為五級標準，且遠低于梨園土壤堿解氮適宜值60 ～130 mg/kg[21]，因此本研究的優化方案僅是一個理論值，還需根據各個果園土壤養分的實際情況進行田間驗證和調整，最終達到梨園科學配方施肥和提升梨果實品質的目的。

本研究選取土壤大量養分元素多、微量元素少，且優化方案中土壤養分因子指標適宜范圍為理論值，結合本研究區土壤pH 值、鈣元素含量過高的特點，應對土壤鹽分相關指標進行研究分析。因此，下一步研究擬將土壤微量元素、鹽堿化程度對果實品質的影響、對優化方案進行生產驗證和進一步優化等作為重點內容。

4 結 論

酒泉早酥紅梨園土壤特征呈現為土壤偏堿性，有機質、堿解氮含量偏低，有效磷、速效鉀含量處于中等水平，交換性鈣、交換性鎂含量偏高，土壤肥力系數為1.18，土壤肥力等級為三級，屬于一般；不同早酥紅梨園土壤養分含量不同導致早酥紅梨品質指標也存在顯著差異，不同早酥紅梨果實品質指標受土壤各養分因子的綜合影響，經相關回歸分析，篩選出影響早酥紅梨果實品質的主要土壤養分因子為有機質、有效磷、速效鉀，通過建立線性規劃方程組求解出當土壤有機質含量為21.44 g/kg、堿解氮43.96 ～ 44.46 mg/kg、有效磷30.86 ～ 55.99 mg/kg、速效鉀105.67 mg/kg、交換性鈣11.68 ～ 13.29 g/kg、交換性鎂0.77 ～1.38 g/kg，早酥紅梨品質達到最優。參照這一理論值，酒泉早酥紅梨園在管理中，根據實際情況，改良土壤鹽堿度，增施有機肥，適時適量施用氮、磷、鉀肥，減少鈣、鎂肥，達到科學配方施肥技術標準，以實現酒泉早酥紅梨高產、優質、高效的可持續發展目標。

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[ 本文編校：趙 坤]

基金項目：甘肅省隴原青年創新創業人才（個人）項目（甘組通字〔2021〕17 號）。