滴灌臍橙產(chǎn)量和品質(zhì)的水肥生產(chǎn)函數(shù)研究

鄧慶玲,崔寧博,陳 飛,李小孟,胡笑濤,黎秋剛,官 民,李明紅,曾 云,王 燕

(1．四川大學(xué)水利水電學(xué)院,水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室,四川 成都 610065;2．瀘州市經(jīng)濟作物站,四川 瀘州 646000;3．西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室,陜西 楊凌 712100)

‘紐荷爾’臍橙(Newhall navel orange)產(chǎn)量穩(wěn)定,環(huán)境適應(yīng)性良好,在重慶、江西、四川、湖北、湖南和廣西地區(qū)廣泛栽培。作為我國栽培面積最大的臍橙品種,其肉質(zhì)脆嫩多汁,酸甜可口,深受種植者、商家和消費者青睞[1]。此外,臍橙果實中富含維生素C、糖類、氨基酸等多種人體必需的營養(yǎng)物質(zhì)及膳食纖維,可預(yù)防壞血病和提高人體免疫力[2]。南方山丘區(qū)作為‘紐荷爾’臍橙主產(chǎn)區(qū)之一,降雨量大但時空分布不均,頻發(fā)的季節(jié)性干旱和工程性缺水仍嚴(yán)重限制臍橙生產(chǎn)。此外,大多數(shù)果園仍然采用大水漫灌方式,嚴(yán)重降低了臍橙產(chǎn)量和品質(zhì)。因此,模擬臍橙果實產(chǎn)量、品質(zhì)與水肥耦合的關(guān)系,實現(xiàn)臍橙綠色高效發(fā)展是亟待解決的問題。

作物生長發(fā)育過程中,果實物理結(jié)構(gòu)的形成和果實品質(zhì)主要化學(xué)成分的累積、分解不完全同步,致使其不僅與可利用水量有關(guān),更取決于灌溉水在不同生長階段的分配[3]。為了量化不同生育期水分與作物產(chǎn)量之間的關(guān)系,作物水分生產(chǎn)函數(shù)被廣泛研究[4],主要概括為加法模型(如Blank、Singh、Stewart模型)和乘法模型(如Jensen、Minhas、Rao模型)。前者認(rèn)為各階段虧缺灌溉對作物產(chǎn)量的影響是獨立的,忽略了各階段的交互效應(yīng),這也是加法模型模擬精度較低的原因之一;而乘法模型在一定程度上彌補了加法模型的不足,認(rèn)為不同生長階段水分虧缺對作物生長發(fā)育的影響是相互的,這也更符合作物生長發(fā)育對水分虧缺的響應(yīng)規(guī)律[5]。前人已對水分生產(chǎn)函數(shù)在不同谷物類作物和蔬菜上的應(yīng)用進(jìn)行了研究。尹希等[6]使用Jensen、Minhas和Blank等5種水分生產(chǎn)函數(shù)模型研究了南方旱稻的水分-產(chǎn)量關(guān)系;汪順生等[7]和邵穎[8]分別建立了寬溝條件下冬小麥全生育期與分生育階段的水分生產(chǎn)函數(shù),并利用動態(tài)規(guī)劃法優(yōu)化了陜西涇惠渠灌區(qū)冬小麥灌溉制度;陶延懷等[9]對5種水分生產(chǎn)函數(shù)模型進(jìn)行分析評價,推薦Minhas模型模擬非充分灌溉條件下大豆產(chǎn)量;任秋實等[10]利用水分生產(chǎn)函數(shù)研究了不同生育期水分虧缺處理對寧夏揚黃灌區(qū)馬鈴薯作物耗水量和產(chǎn)量的影響;陳盛等[11]構(gòu)建作物鹽分生產(chǎn)函數(shù)研究了番茄產(chǎn)量與鹽分的關(guān)系。

綜上所述,水分生產(chǎn)函數(shù)能夠量化作物產(chǎn)量與不同生長階段耗水量的關(guān)系,有利于農(nóng)業(yè)用水管理,提高水分利用率,實現(xiàn)作物節(jié)水、提質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)的目的。然而上述研究大多僅考慮了水分對作物產(chǎn)量的影響,對肥料的涉及較少;此外,由于果實品質(zhì)對水肥一體化的響應(yīng)規(guī)律復(fù)雜,致使模擬果實品質(zhì)與不同階段水肥關(guān)系的研究也鮮有報道。隨著農(nóng)業(yè)管理措施的升級以及消費者對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高,作物水分品質(zhì)函數(shù)的相關(guān)研究亟待開展。因此,本研究旨在構(gòu)建W×F-Jensen/Minhas/Rao模型模擬臍橙產(chǎn)量和果實品質(zhì)與不同生育期滴灌水肥一體化的響應(yīng)關(guān)系,評價W×F-Jensen/Minhas/Rao模型對滴灌水肥一體化下臍橙產(chǎn)量和果實品質(zhì)的預(yù)測性能,進(jìn)而提出最優(yōu)水肥-產(chǎn)量/品質(zhì)模型以量化臍橙產(chǎn)量和果實品質(zhì)與不同生育期水肥耦合的關(guān)系。研究可為南方季節(jié)性干旱區(qū)臍橙生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020年4月—2021年12月在四川省瀘州市江陽區(qū)黃艤鎮(zhèn)進(jìn)行,試驗地土壤類型為壤土,土質(zhì)松細(xì)度適中,結(jié)構(gòu)良好,田間持水量為35%(體積含水率),pH為6.0。黃艤鎮(zhèn)海拔243 m,氣候溫和,年平均氣溫17.6℃,年日照時數(shù)1 077.4 h,年平均降水量約1 000 mm,試驗區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施良好,采用壟土栽培。

1.2 試驗設(shè)計

試驗柑橘品種為7年生‘紐荷爾’臍橙,砧木為香橙,分別在抽梢開花期、幼果期、果實膨大期和果實成熟期4個生育期設(shè)置高水(HW)和低水(LW)2個虧水處理(灌水量分別為對照處理的70%和55%),高肥(HF)、中肥(MF)和低肥(LF)3個施肥處理(施肥量分別為對照處理的80%、60%和40%),以正常水肥管理為對照(CK)。CK處理單次灌水定額分別為:抽梢開花期(I)136.43 m3·hm-2、幼果期(II)204.65 m3·hm-2、果實膨大期(III)272.86 m3·hm-2、果實成熟期(IV)136.43 m3·hm-2;施肥量按照安杰農(nóng)業(yè)有限公司提供的水溶肥配方施加:I期純N、P、K分別為34.2、34.2、34.2 kg·hm-2,II期分別為18.0、45.5、18.0 kg·hm-2,III期分別為200.0、200.0、395.0 kg·hm-2,IV期分別為75.5、185.5、210.5 kg·hm-2。水肥耦合處理組合分別為:低水低肥(LWLF)、低水中肥(LWMF)、低水高肥(LWHF)、高水低肥(HWLF)、高水中肥(HWMF)、高水高肥(HWHF)。根據(jù)當(dāng)?shù)毓喔冉?jīng)驗和指導(dǎo),將田間持水量的60%作為本研究中CK處理的灌溉施肥下限,其他處理灌溉施肥時間與CK處理相同,施肥量為等量均次施加。每3棵樹為1個小區(qū),每個處理3個小區(qū),各處理單次灌水量及次數(shù)和各生育期總施肥量見表1。

表1 滴灌臍橙不同水肥一體化處理各生育期灌水量及施肥量Table 1 Irrigation and fertilizer amount of different treatments for navel orange at different growth stage under drip irrigation

試驗在避雨條件下進(jìn)行,相鄰地塊用寬30 cm、深60 cm的排水溝隔離,以防止土壤水分的橫向交換。試驗區(qū)果樹等間距布置,株行距2.5 m×3.0 m,株高2.25～2.53 m,株徑21～23 cm,為避免處理間相互影響,采用保護行隔離。試驗采用滴灌,灌水毛管采用Φ16規(guī)格,每個處理安裝1根滴管,以40 cm為半徑繞樹周圍環(huán)形布置,每棵樹設(shè)10個滴頭,滴頭間距25 cm,滴頭為內(nèi)嵌式,滴頭型號采用壓力補償式滴頭,滴頭流量為1.6 L·h-1,工作水頭為7～8 m。其余農(nóng)藝管理措施均相同。

1.3 土壤含水率測定

以直徑為4 cm的土鉆在滴頭下方附近5～10 cm處取0～60 cm土壤(間隔10 cm),采用烘干法測定土壤含水率,恒溫箱溫度設(shè)定110℃,烘干時間為24 h。

1.4 產(chǎn)量測定

測量每個處理每棵樹的產(chǎn)量并折算為公頃產(chǎn)量,測產(chǎn)時間與當(dāng)?shù)夭烧獣r間相同。

1.5 品質(zhì)測定

果實成熟后,同一天分別在各小區(qū)每棵樹的上、中和下部各取一個果實為待測樣。用分析天平測其平均質(zhì)量作為單果質(zhì)量;采用烘干法測定果實含水量,鮮果在105℃干燥30 min,再在70℃干燥至恒重;分光光度法測定果實維生素C和可溶性糖含量;使用0.1 mol·L-1NaOH溶液滴定法測定果實可滴定酸含量。

1.6 耗水量計算

采用式(1)計算柑橘耗水量:

ETa=I+P+U-Rf-D+Wo-Wf

(1)

式中,ETa為柑橘的耗水量(mm);I為灌水量(mm);P為降水量(mm);U為地下水補給量(mm);Rf為地表徑流(mm);D為深層滲漏(mm);Wo和Wf分別為各階段開始和結(jié)束時的土壤含水量(mm)。試驗在避雨條件下進(jìn)行,沒有降雨;灌溉方式為滴灌,因此忽略徑流和深層滲漏;地下水埋深超過12 m,忽略地下水補給,即P=0,Rf=0,U=0,D=0。上式可簡化為:

ETa=I+Wo-Wf

(2)

1.7 生產(chǎn)函數(shù)模型

(1)W×F-Jensen模型參考了Jensen模型[12],計算式為:

(3)

式中,γi為W×F-Jensen模型不同生育期水分敏感指數(shù);ai為W×F-Jensen模型不同生育期肥料敏感指數(shù);i為生育期編號;模擬產(chǎn)量時Ya、Ym分別為各處理和充分灌溉施肥的產(chǎn)量(kg·hm-2),模擬品質(zhì)時Ya、Ym分別為各處理和充分灌溉施肥的果實品質(zhì);ETa、ETm分別為各處理、充分灌溉的耗水量(mm);Fa、Fm分別為各處理和充分灌溉的施肥量(kg·hm-2);n為作物生育期數(shù),本研究中取n=4。

(2)W×F-Minhas模型參考了Minhas模型[13],計算式為:

(4)

式中,δi為W×F-Minhas模型不同生育期水分敏感指數(shù);bi為W×F-Minhas模型不同生育期肥料敏感指數(shù)。

(3)W×F-Rao模型參考了Rao模型[13],計算式為:

(5)

式中,λi為W×F-Rao模型不同生育期水分敏感指數(shù);ci為W×F-Rao模型不同生育期肥料敏感指數(shù)。

1.8 模型敏感性分析

本研究對W×F-Jensen/Minhas/Rao模型模擬臍橙產(chǎn)量和品質(zhì)時求解得到的水、肥敏感指數(shù)進(jìn)行敏感性分析,進(jìn)而探明其穩(wěn)定性。不同生育期相對耗水量和施肥量均為0.7,水、肥敏感指數(shù)為本文1.7小節(jié)獲得的相應(yīng)基礎(chǔ)值。水、肥敏感指數(shù)以±5%的間隔在±20%的范圍內(nèi)調(diào)整,其他因素保持不變。模型對某一因子的敏感性由歸一化敏感性指數(shù)(SC)量化,Chen等[14]對SC的定義如下:

(6)

式中,S為各因素初始值模擬的產(chǎn)量或果實品質(zhì)參數(shù)相對值;ΔS為初始水(肥)敏感指數(shù)增加ΔP后產(chǎn)量/品質(zhì)的改變量;ΔP為水(肥)敏感指數(shù)的改變量;P是水/肥敏感指數(shù)的初始值。最終SC值為整個波動范圍內(nèi)的平均值。

1.9 模型評價

基于2021年4月—2021年12月的田間實測數(shù)據(jù)驗證水肥-產(chǎn)量/品質(zhì)模型性能,包括以下統(tǒng)計指標(biāo):線性回歸系數(shù)(b)、決定系數(shù)(R2)、均方根誤差(RMSE)、平均絕對誤差(AAE)、建模效率(EF)和一致性指數(shù)(dIA)評價模型的性能,計算公式分別如式(7)～(12)所示:

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

2 結(jié)果與分析

2.1 W×F-Jensen/Minhas/Rao模型水、肥敏感指數(shù)求解

表2為2020年4—12月田間實測數(shù)據(jù)求解得到的臍橙W×F-Jensen/Minhas/Rao模型模擬產(chǎn)量時不同生育階段的水、肥敏感系數(shù)以及模型擬合的決定系數(shù)R2。由表2看出,模擬產(chǎn)量時,W×F-Jensen/Minhas/Rao模型的最大水分敏感系數(shù)均出現(xiàn)在III期,其次為II期,這表明果實膨大期水分虧缺對臍橙產(chǎn)量影響最大,是其需水關(guān)鍵期。3種水肥生產(chǎn)模型的肥料敏感系數(shù)最大值也均出現(xiàn)在Ⅲ期,最小值在IV期,表明果實膨大期也是臍橙需肥關(guān)鍵期。3種水肥模型均能較好地擬合臍橙產(chǎn)量與不同生育期水肥的關(guān)系(R2=0.79～0.86),其中W×F-Minhas模型表現(xiàn)最佳。

表3為2020年4—12月田間實測數(shù)據(jù)求解得到的臍橙W×F-Jensen/Minhas/Rao模型模擬時果實品質(zhì)(單果質(zhì)量、果實含水量、可溶性糖、維生素C和可滴定酸)時不同生育期水、肥敏感系數(shù)及模型擬合的決定系數(shù)R2。W×F-Jensen和W×F-Minhas模型模擬果實品質(zhì)時的水分敏感指數(shù)表明,單果質(zhì)量對III期水分虧缺最敏感,而W×F-Rao模型表明其對I期最敏感。3個水肥模型的敏感指數(shù)均表明,臍橙果實含水量和可溶性糖對III期水、肥虧缺最敏感,說明果實膨大期水分虧缺對臍橙果實含水量和可溶性糖影響最大,是其需水需肥關(guān)鍵期。果實維生素C和可滴定酸含量分別對III期和II期水分虧缺最敏感,均對IV期肥料虧缺最敏感。此外,由表3可知,W×F-Jensen/Minhas/Rao模型均能很好地擬合單果質(zhì)量、果實含水量和可滴定酸與不同生育期水肥耦合的關(guān)系,R2分別達(dá)到了0.88～0.88、0.90～0.93和0.80～0.91。W×F-Jensen和W×F-Minhas模型在擬合可溶性糖與不同生育期水肥耦合關(guān)系時表現(xiàn)較好,R2分別為0.57和0.64;W×F-Minhas和W×F-Rao模型在擬合維生素C與不同生育期水肥耦合關(guān)系時表現(xiàn)較好,R2分別為0.52和0.53。

表3 滴灌臍橙果實品質(zhì)W×F-Jensen/Minhas/Rao模型水、肥敏感指數(shù)Table 3 Water and fertilizer deficit sensitivity index of W×F-Jensen/Minhas/Rao for navel orange fruit quality under drip irrigation

2.2 模型表現(xiàn)

基于2021年4—12月獲得的田間實測數(shù)據(jù),驗證了臍橙W×F-Jensen/Minhas/Rao模型模擬產(chǎn)量和果實品質(zhì)時的性能(表4)。結(jié)果表明,W×F-Jensen/Minhas/Rao模型均能較好的模擬臍橙產(chǎn)量(b=0.99,R2=0.76～0.90,RMSE=0.030～0.045,AAE=0.023～0.036,EF=0.74～0.88,dIA=0.91～0.96),各模型都具有較高的精度,其中W×F-Minhas模型表現(xiàn)最佳。綜上所述,推薦用W×F-Minhas模型模擬臍橙產(chǎn)量。

表4 滴灌臍橙產(chǎn)量、品質(zhì)W×F-Jensen/Minhas/Rao模型擬合優(yōu)度評價指標(biāo)Table 4 Goodness-of-fit index of W×F-Jensen/Minhas/Rao models of navel orange yield and fruit quality under drip irrigation

W×F-Jensen/Minhas/Rao模型均能很好地模擬臍橙果實含水量(b為1.00～1.01,R2為0.87～0.94,RMSE為0.010～0.011,AAE為0.008～0.009,EF為0.85～0.88,dIA為0.96～0.97);較好地模擬單果質(zhì)量和可滴定酸含量(b為0.98～1.00,R2為0.54～0.65,RMSE為0.026～0.050,AAE為0.023～0.040,EF為0.42～0.65,dIA=0.86～0.92)。W×F-Jensen模型在模擬維生素C含量時表現(xiàn)較差(b=0.99,R2=0.47,RMSE=0.116,AAE=0.08,EF=0.47,dIA=0.76),而W×F-Minhas和W×F-Rao模型表現(xiàn)相對較好(R2>0.50)。3個水肥模型在模擬可溶性糖時表現(xiàn)較差(b為0.96～0.97,R2為0.33～0.46,RMSE為0.112～0.116,AAE為0.077～0.080,EF為0.20～0.29,dIA為0.76～0.79);其中W×F-Minhas模型表現(xiàn)相對最好(R2=0.46)。綜上所述,推薦用W×F-Minhas模型來模擬臍橙果實品質(zhì)。

2.3 模型敏感性分析

表5為對W×F-Jensen/Minhas/Rao模型模擬產(chǎn)量和品質(zhì)時求解得到的水、肥敏感指數(shù)進(jìn)行敏感性分析的結(jié)果。結(jié)果表明,W×F-Jensen/Minhas/Rao模型對模擬產(chǎn)量時求解的Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ期的水、肥敏感指數(shù)不敏感,SC絕對值分別為0.007～0.033,0.010～0.050和0.001～0.031;3種模型均對Ⅲ期的水分虧缺敏感指數(shù)較敏感,SC絕對值為0.057～0.080。W×F-Jensen和W×F-Rao模型對Ⅲ期的肥料敏感指數(shù)不敏感,SC絕對值為0.024～0.040,W×F-Minhas模型較敏感,SC絕對值為0.053。

W×F-Jensen/Minhas/Rao模型對模擬單果質(zhì)量和果實含水量時求解的Ⅱ期和Ⅳ期水分虧缺敏感指數(shù)及Ⅰ-Ⅳ期肥料敏感指數(shù)不敏感,SC絕對值為0.001～0.022。W×F-Jensen/Minhas/Rao模型對模擬可溶性糖時求解的水分虧缺敏感指數(shù)均不敏感,SC絕對值為0.006～0.034。在模擬維生素C時,W×F-Minhas模型對IV期水分虧缺敏感指數(shù)不敏感,SC絕對值為0.108,對Ⅰ期、Ⅱ期和Ⅲ期的肥料敏感指數(shù)不敏感,SC絕對值為0.004～0.008。在模擬可滴定酸時,W×F-Minhas模型對Ⅰ期和Ⅲ期的水、肥敏感指數(shù)不敏感,SC絕對值為0.008～0.021。

3 討 論

3.1 W×F-Minhas模型在臍橙產(chǎn)量模擬方面的應(yīng)用

目前,有關(guān)水分生產(chǎn)函數(shù)的研究主要集中于小麥、玉米和水稻等大田作物[15-18],對果樹的研究較少。通過比較W×F-Jensen/Minhas/Rao模型模擬產(chǎn)量時的水、肥敏感指數(shù)發(fā)現(xiàn),果實膨大期水、肥虧缺對臍橙產(chǎn)量影響最大,而成熟期較小。這表明果實膨大期是臍橙需水需肥關(guān)鍵階段,水肥虧缺會導(dǎo)致臍橙產(chǎn)量顯著降低,而成熟期適度水肥虧缺能夠達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥和穩(wěn)產(chǎn)的目的。陳瑛等[19]也得到了相似的結(jié)論,果實膨大期對水分虧缺最敏感,而果實成熟期最不敏感,但其未考慮肥料對臍橙產(chǎn)量的影響。通過比較3個模型的回歸系數(shù)(b)、誤差指標(biāo)(RMSE和AEE)和建模質(zhì)量(EF和dIA)發(fā)現(xiàn),本研究建立的W×F-Jensen/Minhas/Rao模型能夠較好地模擬臍橙產(chǎn)量(R2=0.79～0.86,RMSE=0.030～0.045),其中W×F-Minhas模型表現(xiàn)最佳。這歸因于兩個方面:(1)影響臍橙產(chǎn)量的關(guān)鍵階段為抽梢開花期,幼果期和果實膨大期,且它們對水肥虧缺的響應(yīng)具有一致性。臍橙抽梢開花期水肥虧缺加劇了6月下旬的生理落果,導(dǎo)致收獲時果實數(shù)量顯著減少進(jìn)而降低產(chǎn)量;幼果期和果實膨大期水肥虧缺分別通過影響臍橙果實汁囊細(xì)胞分裂和吸水膨脹降低臍橙果實成熟時單果質(zhì)量,進(jìn)而影響產(chǎn)量[20]。(2)本研究構(gòu)建的W×F-Jensen/Minhas/Rao模型繼承了水分生產(chǎn)函數(shù)的特點,意味著水肥虧缺越顯著產(chǎn)量越低,這符合本研究臍橙產(chǎn)量對水肥虧缺的響應(yīng)規(guī)律。Chen等[14]和張和喜等[21]對番茄和玉米的研究也得到類似結(jié)果,產(chǎn)量與耗水量為正相關(guān)關(guān)系,水分生產(chǎn)函數(shù)能夠很好地模擬作物產(chǎn)量與不同生育期耗水量的關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn),3個模型對模擬臍橙產(chǎn)量時求解的抽梢開花期、幼果期和果實成熟期水、肥敏感指數(shù)的敏感性均較弱。這表明本研究構(gòu)建的W×F-Jensen/Minhas/Rao模型具有魯棒性,由于數(shù)據(jù)采集、擬合或模擬等原因引起的水、肥敏感指數(shù)的輕微偏差對結(jié)果不會產(chǎn)生顯著影響。綜上所述,推薦W×F-Minhas模型模擬臍橙產(chǎn)量與不同生育期水肥耦合關(guān)系。

3.2 W×F-Minhas模型在臍橙果實品質(zhì)參數(shù)模擬方面的應(yīng)用

本研究發(fā)現(xiàn),臍橙單果質(zhì)量、果實含水量和可溶性糖對Ⅲ期水分虧缺和肥料變化最敏感,維生素C對Ⅲ期水分虧缺和IV期肥料變化最敏感。這與冉梽乂[22]2020年在四川省蒲江縣的研究結(jié)果類似,單果質(zhì)量和維生素C在果實膨大期對水肥的敏感性最高,可滴定酸在果實成熟期對水肥的敏感性最高。本研究建立的W×F-Jensen/Minhas/Rao模型均能較好地模擬臍橙單果質(zhì)量和果實含水量(R2為0.64～0.94,RMSE為0.01～0.05),其中W×F-Rao和W×F-Minhas模型分別在模擬單果質(zhì)量和果實含水量時表現(xiàn)最好。這是因為單果質(zhì)量和果實含水量是產(chǎn)量的重要構(gòu)成部分,它們對水分虧缺的響應(yīng)規(guī)律與產(chǎn)量相似,隨著水分虧缺的加劇呈單調(diào)變化[20]。3個模型在模擬可滴定酸時也表現(xiàn)較好(R2為0.54～0.65,RMSE為0.026～0.033),其中W×F-Minhas模型效果最佳。W×F-Jensen/Rao模型模擬可溶性糖和維生素C時表現(xiàn)較差,而W×F-Minhas模型模擬在模擬可溶性糖和維生素C時表現(xiàn)相對較好(R2分別為0.46和0.50)。盡管W×F-Minhas在模擬臍橙果實化學(xué)品質(zhì)(可溶性糖、可滴定酸和維生素C)時有可接受的表現(xiàn),但相對于產(chǎn)量和果實物理品質(zhì)(單果質(zhì)量和果實含水量)仍較差。這是由于臍橙果實化學(xué)品質(zhì)(可溶性糖、可滴定酸和維生素C)對水肥耦合的響應(yīng)較為復(fù)雜。適度水、肥虧缺有利于改善果實品質(zhì),但重度虧缺會直接影響Rubisco活化酶活性,抑制葉片光合能力[23],從而降低果實品質(zhì)。此外,適度水肥虧缺往往引起果實品質(zhì)的提高,這意味著在求解水、肥敏感指數(shù)時把CK處理下的品質(zhì)作為潛在最高品質(zhì)可能是導(dǎo)致模擬精度不高原因之一。由模型敏感性結(jié)果可知,W×F-Minhas模型在模擬臍橙果實品質(zhì)時對水、肥敏感指數(shù)的敏感性較低,表明本研究建立的模型相對穩(wěn)定。綜合模型預(yù)測性能和敏感性分析,建議采用W×F-Minhas模型模擬臍橙果實品質(zhì)與不同生育期水分耦合的關(guān)系。

3.3 W×F-Jensen/Minhas/Rao模型的意義及局限性

本研究在水分生產(chǎn)函數(shù)的基礎(chǔ)上引入了“肥”因子,構(gòu)建了W×F-Jensen/Minhas/Rao模型。這3個水肥-產(chǎn)量/果實品質(zhì)模型的提出不僅有助于優(yōu)化臍橙灌溉制度、提高水肥利用率,也為西南臍橙產(chǎn)業(yè)應(yīng)對季節(jié)性干旱、工程性缺水和極端天氣事件提供了依據(jù)。然而,由于本研究僅為單階段水肥虧缺處理,所構(gòu)建的模型在實際生產(chǎn)中的表現(xiàn)需進(jìn)一步驗證。此外,由于本研究構(gòu)建的模型僅為經(jīng)驗?zāi)Ｐ?可能適合于研究區(qū)或具有相似土壤、氣候類型的地區(qū),而對于環(huán)境條件差異較大的地區(qū)表現(xiàn)可能較差。因此,在未來的研究中應(yīng)該從葉片生理、果實生長和果實內(nèi)部化學(xué)指標(biāo)形成過程考慮臍橙產(chǎn)量和果實品質(zhì)對不同生育期水肥耦合的響應(yīng)關(guān)系以改進(jìn)模型,以達(dá)到廣泛推廣和應(yīng)用的目的。

4 結(jié) 論

1)臍橙產(chǎn)量、單果質(zhì)量、果實含水量和可溶性糖均對果實膨大期水分虧缺和肥料變化最敏感;維生素C對果實膨大期的水分虧缺最敏感,對果實成熟期的肥料變化最敏感;可滴定酸對幼果期的水分虧缺最敏感,對果實成熟期的肥料變化最敏感。

2)W×F-Jensen、W×F-Minhas和W×F-Rao模型均能較好地模擬臍橙產(chǎn)量、單果質(zhì)量、果實含水量和可滴定酸與不同生育期水肥耦合的關(guān)系,R2分別為0.76～0.90、0.64～0.65、0.87～0.94和0.54～0.65,其中W×F-Minhas表現(xiàn)最佳且較為穩(wěn)定;W×F-Minhas和W×F-Rao模型在模擬維生素C時表現(xiàn)較好(R2>0.5)。綜上所述,推薦W×F-Minhas模型模擬臍橙產(chǎn)量和果實品質(zhì)與不同生育期滴灌水肥耦合的關(guān)系。