基于灰棗產(chǎn)量和品質(zhì)的水氮耦合效應(yīng)研究

柴仲平，王雪梅，孫 霞，蔣平安，蘆修文

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊830052；2.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊 830054）

棗樹(shù)原產(chǎn)于我國(guó)［1－2］，是我國(guó)特有的經(jīng)濟(jì)樹(shù)種之一［3］，主要的木本糧食樹(shù)種，素有“鐵桿莊稼”之稱［4］。棗果營(yíng)養(yǎng)十分豐富，是滋補(bǔ)佳品。目前棗果己被加工為各種系列產(chǎn)品，受到國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者的普遍歡迎。棗樹(shù)具有防風(fēng)、固沙、降低風(fēng)速、調(diào)節(jié)氣溫、防止和減輕干熱風(fēng)的作用［5］，又以脅地作用小、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)成為理想的農(nóng)田林網(wǎng)樹(shù)種，也是林糧間作發(fā)展立體農(nóng)業(yè)的優(yōu)良樹(shù)種。西北干旱荒漠地區(qū)，光熱資源充足，晝夜溫差大，適宜棗樹(shù)栽培的小氣候較好。但由于北方地區(qū)氣候干燥，降水量少，有限降水使棗樹(shù)生長(zhǎng)期內(nèi)不可避免地出現(xiàn)水分虧缺。水分不足必然影響土壤養(yǎng)分的運(yùn)移和向植物的供應(yīng)。因此，如何充分利用和發(fā)揮有限的灌溉條件來(lái)提高肥料的利用效率和棗樹(shù)果實(shí)的產(chǎn)量及品質(zhì)，探討水肥耦合效應(yīng)，研究以肥促水，以水調(diào)肥的水肥管理措施，就成為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益和干旱區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然途徑。本研究利用滴灌方式科學(xué)調(diào)控棗樹(shù)生育期內(nèi)養(yǎng)分的攝入，探索滴灌條件下不同水氮處理對(duì)灰棗產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，通過(guò)水肥模型的建立與分析，確定以產(chǎn)量和品質(zhì)為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最佳灌水量和施肥量，以期協(xié)調(diào)棗樹(shù)和土壤水肥條件的關(guān)系，促進(jìn)棗樹(shù)協(xié)同利用土壤中有效水肥資源，獲得穩(wěn)定的生產(chǎn)效應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選在新疆兵團(tuán)農(nóng)一師九團(tuán)二營(yíng)十三連（40°34′00″N，81°17′15″E），海拔1 012.62 m，地處亞歐大陸腹地的塔里木河畔，受塔克拉瑪干沙漠的影響，屬典型的大陸性極端干旱荒漠氣候類型，平均年降水量42.4 mm左右，年蒸發(fā)量2 110.5 mm，相對(duì)空氣濕度50%，年均總輻射9 733 MJ／m2，年均氣溫10.7℃，≥10℃活動(dòng)積溫約為4 113.1℃，極端最低氣溫－28.4℃，無(wú)霜期約為197 d。試驗(yàn)地棗園土壤類型為風(fēng)沙土，土壤表層有機(jī)質(zhì)含量5.85 g／kg，堿解氮17.44 mg／kg，速效磷11.48 mg／kg，速效鉀72.57 mg／kg，全氮0.27 g／kg，全磷0.61 g／kg，全鉀3.08 g／kg。

1.2 研究材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究選擇棗樹(shù)為研究對(duì)象，進(jìn)行生育期滴灌灌水和施N、P2O5、K2O肥試驗(yàn)。滴灌施P2O5（225 kg／hm2）與 K2O（37.5 kg／hm2）為固定值，而以滴灌水量與施N量為決策變量采用二因子五水平正交組合設(shè)計(jì)，m＝2的場(chǎng)合下，共設(shè)9個(gè)小區(qū)（表1），每小區(qū)9株樹(shù)。氮肥選用“昆侖”尿素（N含量46%），磷肥選用云南“三環(huán)”磷酸一銨（P2O5含量64%），鉀肥選用新疆“羅布泊”硫酸鉀（K2O含量50%）。萌芽－開(kāi)花期滴灌施入70%的氮肥、40%的磷肥、30%的鉀肥，果實(shí)生長(zhǎng)期滴灌施入30%的氮肥、60%的磷肥，70%的鉀肥。全生育期共灌水7次，每次灌水量相同，萌芽及新梢生長(zhǎng)期灌水4次（萌芽前、萌芽后、新梢生長(zhǎng)、開(kāi)花前），果實(shí)生長(zhǎng)期灌水3次（坐果期、果實(shí)膨大期、果實(shí)成熟期）。供試樹(shù)種為5 a樹(shù)齡的灰棗（Huizao jujube），棗樹(shù)株行距1.5 m×3 m，樹(shù)高1.8 m，地徑6.2 cm。9個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的立地條件相同，土壤水分、肥力等條件相近，樹(shù)勢(shì)均生長(zhǎng)良好。

1.3 測(cè)定方法

于果實(shí)成熟期（10月上旬）進(jìn)行測(cè)產(chǎn)并采收果實(shí)樣品備室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析。（1）產(chǎn)量測(cè)定：每處理隨機(jī)測(cè)3株單產(chǎn)，折算產(chǎn)量；每個(gè)處理隨機(jī)取鮮果10個(gè)，分別稱重，取平均值即為單果重；（2）品質(zhì)測(cè)定：于棗樹(shù)樹(shù)冠東南方向外緣、中上部果形與色澤都相對(duì)較好的果實(shí)中取樣，鮮果采回后在室內(nèi)通風(fēng)處自然晾干，還原糖采用直接滴定法測(cè)定［6］；Vc含量采用2，6－二氯靛酚反滴定法測(cè)定［7］；蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮法測(cè)定［8］。

表1 水氮耦合試驗(yàn)方案

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用 Microsoft Excel、DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析并完成制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮耦合對(duì)灰棗產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

由表2可以看出，不同水氮處理對(duì)灰棗單果重、產(chǎn)量及品質(zhì)均產(chǎn)生影響。單果重最大值10.70g，出現(xiàn)在灌水和氮肥都相對(duì)虧缺的第4組處理，最小值9.24 g，出現(xiàn)在灌水極豐而氮肥適中的第5組處理。說(shuō)明土壤水分過(guò)高不利于灰棗果實(shí)單果重的提高；產(chǎn)量最高值9 048 kg／hm2，出現(xiàn)在灌水和氮肥都適中的第9組處理，最小值6 127 kg／hm2，出現(xiàn)在灌水適中而氮肥極度缺乏的第8組處理。說(shuō)明土壤中氮素虧缺會(huì)影響灰棗的產(chǎn)量，引起棗樹(shù)減產(chǎn)；最大單果重和產(chǎn)量并未出現(xiàn)在同一處理，主要是由于不同處理?xiàng)棙?shù)單株座果數(shù)的不同而引起的。還原糖、Vc和蛋白質(zhì)是衡量棗果營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的三個(gè)重要指標(biāo)，其含量高低決定棗果的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和口感，進(jìn)而影響棗果的商品價(jià)值。還原糖最大含量為405.6 g／kg，出現(xiàn)在灌水量和氮肥都相對(duì)虧缺的第4組處理，最小含量為377.9 g／kg，出現(xiàn)在灌水量和氮肥都相對(duì)豐富的第1組處理。說(shuō)明土壤水分和氮素含量過(guò)高會(huì)降低棗果含糖量；Vc最大含量3 772.4 mg／kg，出現(xiàn)在灌水量和氮肥都相對(duì)適中的第9組處理，最小含量3 598.6 mg／kg，出現(xiàn)在灌水量和氮肥都相對(duì)豐富的第1組處理。說(shuō)明土壤水分和氮素含量過(guò)高也會(huì)降低棗果Vc含量；蛋白質(zhì)最大含量3.10%，出現(xiàn)在灌水適中而氮肥極豐的第7組處理，最小含量2.25%，出現(xiàn)在灌水適中而氮肥極度缺乏的第8組處理。說(shuō)明隨著施入氮肥量的增多棗果中蛋白質(zhì)的含量也會(huì)相應(yīng)增加。

表2 不同水氮處理的灰棗產(chǎn)量與品質(zhì)

2.2 水氮耦合模型建立

當(dāng)前，旱作農(nóng)田水肥耦合效應(yīng)模型大多采用多元回歸方程，即以水分和不同的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或肥料為自變量，以產(chǎn)量和品質(zhì)為因變量建立水肥回歸模型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，提出不同產(chǎn)量水平下各因素的最佳組合。

2.2.1 產(chǎn)量效應(yīng)模型 將灰棗產(chǎn)量（Y1）與灌溉水量（X1）、氮肥施入量（X2）進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸分析，得關(guān)系式：

（R＝0.9477，F(xiàn)＝5.2872，顯著水平p＝0.1005，剩余標(biāo)準(zhǔn)差S＝30.4173，調(diào)整后的相關(guān)系數(shù)Ra＝0.8534）；通過(guò)模型分析得出以灰棗產(chǎn)量為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)時(shí)，各個(gè)因素的最佳組合為：灰棗產(chǎn)量（Y1）9 159 kg／hm2，灌溉水量（X1）5 607 m3／hm2，氮肥施入量（X2）374.40 kg／hm2。水、氮二因素對(duì)灰棗產(chǎn)量的作用順序?yàn)椋菏┑?＞ 灌水量，水氮之間具有協(xié)同效應(yīng)。

2.2.2 糖度效應(yīng)模型 將灰棗還原糖含量（Y2）與灌溉水量（X1）、氮肥施入量（X2）進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸分析，得關(guān)系式：（R＝0.9319，F(xiàn)＝6.5980，顯著水平p＝0.0474，

剩余標(biāo)準(zhǔn)差S＝0.4262，調(diào)整后的相關(guān)系數(shù)Ra＝0.8584）；通過(guò)模型分析得出以灰棗糖度為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)時(shí)，各個(gè)因素的最佳組合為：灰棗還原糖含量（Y2）

403.1 g／kg，灌溉水量（X1）2 340 m3／hm2，氮肥施入量（X2）220.95 kg／hm2。水、氮二因素對(duì)灰棗糖度的作用順序?yàn)椋菏┑浚竟嗨?，水氮之間交互作用不明顯。

2.2.3 Vc效應(yīng)模型 將灰棗Vc含量（Y3）與灌溉水量（X1）、氮肥施入量（X2）進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸分析，得關(guān)系式：

（R＝0.9119，F(xiàn)＝4.9398，顯著水平p＝0.0755，剩余標(biāo)準(zhǔn)差S＝3.0988，調(diào)整后的相關(guān)系數(shù)Ra＝0.8144）；通過(guò)模型分析得出以灰棗Vc含量為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)時(shí)，各個(gè)因素的最佳組合為：灰棗Vc含量（Y3）3 775.6 mg／kg，灌溉水量（X1）4 618 m3／hm2，氮肥施入量（X2）313.35 kg／hm2。水、氮二因素對(duì)灰棗 Vc含量的作用順序?yàn)椋菏┑?＞ 灌水量，水氮之間交互作用不明顯。

2.2.4 蛋白質(zhì)效應(yīng)模型 將灰棗蛋白質(zhì)含量（Y4）與灌溉水量（X1）、氮肥施入量（X2）進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸分析，得關(guān)系式：

（R＝0.8987，F(xiàn)＝4.1991，顯著水平p＝0.0968，剩余標(biāo)準(zhǔn)差S＝0.2019，調(diào)整后的相關(guān)系數(shù)Ra＝0.7844）；通過(guò)模型分析得出以灰棗蛋白質(zhì)含量為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)時(shí)，各個(gè)因素的最佳組合為：灰棗蛋白質(zhì)含量（Y4）3.12%，灌溉水量（X1）6 000 m3／hm2，氮肥施入量（X2）400.05 kg／hm2。水、氮二因素對(duì)灰棗蛋白質(zhì)含量的作用順序?yàn)椋菏┑浚竟嗨?，水氮之間交互作用不明顯。

3 討論

水肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中投入的兩大主要因素，也是可以調(diào)控的兩大重要技術(shù)措施。俗話說(shuō)“有收無(wú)收在于水，收多收少在于肥”。充分說(shuō)明水分和養(yǎng)分對(duì)作物生長(zhǎng)的作用不是孤立的，而是相互影響的。本研究針對(duì)滴灌條件下基于產(chǎn)量和品質(zhì)的灰棗水氮耦合模型建立與分析，結(jié)果表明不同水氮處理對(duì)灰棗果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)均產(chǎn)生了一定影響。在設(shè)計(jì)水平范圍內(nèi)，增加土壤含水量會(huì)降低灰棗果實(shí)的單果重，適量增施氮肥能提高灰棗果實(shí)產(chǎn)量；水和氮的產(chǎn)量效應(yīng)趨勢(shì)均呈拋物線形，水的正效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)都相對(duì)明顯，而氮肥的正效應(yīng)明顯，負(fù)效應(yīng)平緩，這與蔣萬(wàn)峰［9］等人的研究結(jié)果相吻合。土壤中水分和氮素含量過(guò)高會(huì)降低灰棗果實(shí)還原糖與Vc含量，而蛋白質(zhì)的含量卻隨著土壤中氮肥量的增加而增加，這與曹毅［10］等人的研究結(jié)果相似。新疆地處干旱區(qū)，棗樹(shù)生長(zhǎng)期氣溫高、降水少，特別是沙質(zhì)土壤中有效營(yíng)養(yǎng)成分普遍缺乏，因此凡是增加土壤水分和肥料投入的技術(shù)措施均會(huì)對(duì)棗樹(shù)產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生影響，所以選擇正確的灌溉方式、定額及肥料種類和用量進(jìn)行灌水施肥意義尤為重要。本研究?jī)H設(shè)計(jì)水、氮二因素在灰棗生產(chǎn)上進(jìn)行初步研究，至于其它不同的肥料搭配對(duì)灰棗還會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？尚有待進(jìn)一步的研究與探討。

4 結(jié)論

在新疆南部環(huán)塔里木盆地沙質(zhì)土壤灰棗生產(chǎn)區(qū)，滴灌條件下合理灌水和施肥對(duì)提高灰棗果實(shí)產(chǎn)量與改善品質(zhì)有較大作用。在設(shè)計(jì)水平范圍內(nèi)，增加土壤含水量會(huì)降低灰棗果實(shí)的單果重，適量增施氮肥能提高灰棗果實(shí)產(chǎn)量；土壤水分和氮素含量過(guò)高會(huì)降低灰棗果實(shí)還原糖與Vc含量，蛋白質(zhì)的含量卻隨著土壤中氮肥量的增加而增加；水、氮二因素對(duì)灰棗產(chǎn)量、糖度、Vc、蛋白質(zhì)含量的作用順序均為：施氮量＞灌水量，水氮對(duì)產(chǎn)量具有協(xié)同效應(yīng)，對(duì)灰棗還原糖、Vc和蛋白質(zhì)含量交互作用不明顯；在滴灌施P2O5（225 kg／hm2）與 K2O（37.5 kg／hm2）為前提的條件下，以灰棗產(chǎn)量和品質(zhì)為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，推薦滴灌灌水量和施氮量分別為：4 500～5 250 m3／hm2和225～375 kg／hm2。

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