不同覆盖方式与调亏模式对梨枣产量及品质的影响

李昱鹏，李援农，陈朋朋

(西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点试验室，陕西 杨凌 712100)

0 引 言

枣树(Ziziphus jujube Mill.)是我国的特有果树，具有耐贫瘠、耐旱的特性，在我国西北地区广泛种植。但干旱缺水仍是制约西北地区农林业发展的重要因素，如何用有限的水资源获得更多的产量及更优的品质依然是西北地区发展高效节水农林业需解决的关键问题。地面覆盖技术能够有效调节土壤水分状态，降低土壤蒸发，提高土壤含水率，增加土壤温度，提高作物水分利用效率[1-4]，是一种土壤保墒保温的重要措施；现阶段比较成熟的地面覆盖技术主要包括塑料地膜覆盖、降解膜覆盖、秸秆覆盖等。同时，调亏灌溉(Regulated deficit irrigation，RDI)是一种当前比较成熟的植物生理节水技术[5, 6]，现阶段的研究重点为调亏灌溉对产量以及品质的影响[7, 8]，对此国内外已经进行了大量研究[9-13]。Verreynne[9-13]等发现适当的水分胁迫可以提高柑橘的可溶性固形物(TSS)含量；马福生等[15]研究表明对温室梨枣树进行果实成熟期水分胁迫可以提高果实的TTS与有机酸含量，改善了枣的品质；Gelly等[16]研究发现，适当的调亏灌溉可以使桃子提前成熟，并且有更好的品质表现，Motilva等[17]的研究也发现适当生育期的水分胁迫可以使果实成熟提前，以获得更高的商业价值。梨枣是我国枣树中稀有的名贵鲜食品种，经济价值高；目前关于不同覆盖和不同生育期水分胁迫对梨枣产量及品质影响已有相关报道[18-20]，但已有的研究并没有探究覆盖和调亏灌溉对枣品质具体指标的影响偏好。本研究基于2017年的温室桶栽梨枣试验，通过对比不同覆盖方式和不同生育期水分胁迫对桶栽梨枣的产量、水分利用效率以及枣品质的综合影响，利用因子分析以及多维偏好分析方法，探究不同覆盖方式以及不同生育期水分胁迫处理对梨枣树产量及品质的影响偏好，以期对设施梨枣生产提供更有针对性的理论依据以及更为科学的覆盖和调亏灌溉模式。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年4月1日至9月25日在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室进行，试验站地处34°18′N，108°40′E，海拔高度521 m，属暖温带半湿润半干旱气候区，年均日照时数2 163 h，无霜期210 d，年均气温12.5 ℃，年均降水量632 mm，其中75%的降水集中在7-9月，年蒸发量1 500 mm。试验用土壤为中壤土，0～100 cm土层平均土壤干容重为1.35 g/cm3，田间持水率23%，凋萎系数8.5%。

1.2 试验材料及设计

试验用地膜为无色透明聚乙烯塑料膜，厚度0.015 mm；秸秆为小麦秸秆，长度10 cm，覆盖厚度为10 cm。供试枣树为5年生矮化密植梨枣树(2015年10月将3年生梨枣嫁接树苗移栽入桶中培养备用)，试验用塑料桶口内径40 cm，底内径35 cm，高度50 cm；试验用土为中壤土，按容重1.21 g/cm3(含蛭石)装入桶内，装土至桶口下10 cm处；测得桶内田间持水率为24.7%，桶内土壤肥力均一。供试桶栽梨枣树均置于移动式遮雨棚下，遮雨棚内通风良好，降雨时用遮雨棚遮蔽，无降雨时移开遮雨棚；枣树管理方式与当地高产技术水平保持一致。枣树的整个生育期划为4个阶段，分别为萌芽展叶期(4月1日至5月14日)、开花坐果期(5月15日至6月30日)、果实膨大期(7月1日至8月15日)、果实成熟期(8月16日至9月25日)。

试验设覆盖情况和灌水情况两个试验因素。覆盖设置3水平，分别为无覆盖(F0)、地膜覆盖(F1)和秸秆覆盖(F2)。灌水情况分为充分灌溉组与水分胁迫组，各覆盖处理均有充分灌溉对照组；当各覆盖对照组的土壤含水率降低到灌水下限60%田间持水率时，充分灌溉组(W0)全生育期按灌溉上限85%田间持水率进行灌溉；水分胁迫组按照不同生育期分别进行水分胁迫处理，分别为萌芽展叶期胁迫(W1)、开花坐果期胁迫(W2)、果实膨大期胁迫(W3)、果实成熟期胁迫(W4)，灌溉水量为对照组的1/2。具体处理实施方案见表1。试验共设15个处理，每处理3个重复，各处理完全随机排列。

表1 试验因素及水平与实施量Tab.1 Factors and levels of orthogonal Exp. design

注：“1”表示充分灌溉，“1/2”表示进行水分胁迫。

1.3 测定项目及方法

收获当天，各处理都在树冠上确定3个方向，每个方向上采摘具有代表性的果实5个，每棵树共采摘15个果实作为样本用于测定果实品质。

使用硬度计测定果实硬度，在果实中部测定；采用称重法测定枣果实的平均单果质量。使用WYT-1型手持糖量计测定可溶性固形物(TSS)；NaOH滴定法测定果实有机酸含量；糖酸比为果实中可溶性固形物与有机酸的比值；2,6二氯靛酚滴定法测定果实Vc含量；考马斯亮蓝比色法测定果实的可溶性蛋白。口感风味分值由多位专家打分后取平均值(满分10分)。

枣树生育期耗水量计算公式为：

ET=W0+M-Wt

(1)

式中：ET为梨枣树全生育期耗水量；M为梨枣树全生育期灌水量；W0为桶栽起始土壤储水量；Wt为 收获后的土壤储水量。

水分利用效率的计算公式为：

WUE=Y/ET

(2)

式中：WUE为作物水分利用效率，kg/m3；Y为收获后的枣产量，kg/株；ET为枣树全生育期耗水量，m3/株。

1.4 数据处理及分析

使用Microsoft Excel 2007录入数据；用IBM SPSS Statistics 20软件进行方差分析、因子分析、回归分析与多维偏好分析，多重比较采用Duncan’s新复极差法，显著性水平为α=0.05，因子分析采用最大方差法进行旋转；用SigmaPlot 10.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对梨枣树产量、耗水量及WUE的影响

不同覆盖方式与不同时期水分胁迫对梨枣树产量耗水量以及WUE产生了显著影响(图1)。F0W2处理产量最低，F2W1处理产量最高；F1W3处理耗水最少，F0W0处理耗水最多； F0W2处理水分利用效率最低，F2W4处理水分利用效率最高。F2W4处理产量略低于最高产的F2W1(减少了1.79%)，但耗水量却显著减少了5.11%，其具有更高的水分利用效率。

图1 不同处理的产量、耗水量和水分利用效率Fig.1 Yield, water consumption and WUE of different treatments

若仅考虑不同的覆盖方式对梨枣树产量及耗水情况的影响，从多重比较结果(表2)可以看出，地膜覆盖和秸秆覆盖均能显著提高梨枣产量(p<0.05)，分别提高了41.5%和60.6%；秸秆覆盖处理的产量略高于地膜覆盖处理，但二者并无显著差异。耗水量方面，地膜覆盖与秸秆覆盖处理均显著低于无覆盖处理；地膜覆盖处理的耗水量略小于秸秆覆盖处理，但并无显著差异，这可能是由于地膜的透气性差，水分散失较秸秆覆盖更缓慢造成的[21]。地膜覆盖处理与秸秆覆盖处理的水分利用效率(WUE)均显著高于无覆盖情况(p<0.05)，分别提高了83.1%和87.9%；秸秆覆盖虽然较地膜覆盖有更高的产量，但耗水量却高于地膜覆盖处理，因此两者的水分利用效率(WUE)并无显著差异。

表2 不同覆盖处理对产量、耗水量和WUE的影响Tab.2 Effect of different coverage treatments on yield,water consumption and WUE

注：同一列中不同小写字母代表差异显著(P<0.05)，下同。

若仅考虑不同生育期水分胁迫对梨枣的产量及耗水情况的影响，多重比较结果表明(表3)，W2、W3处理的梨枣产量均因开花坐果期及果实膨大期的水分胁迫而显著降低，萌芽展叶期胁迫(W1)与果实成熟期胁迫(W4)则未对梨枣产量产生显著影响。相同覆盖条件下，在不同生育期进行水分胁迫均能显著降低枣树全生育期的平均耗水量(P<0.05)；果实膨大期水分胁迫组全生育期的平均耗水量最小，较充分灌溉组平均耗水量减少了20.9%。水分利用效率受不同生育期水分胁迫的影响显著，具体表现为：果实成熟期水分胁迫(W4)处理的水分利用效率最高，显著高于充分灌溉(W0)处理(p<0.05)，相比提高了25.9%；开花坐果期的水分利用效率最低，且与充分灌溉处理无显著差异，说明在开花坐果期进行亏缺灌溉并不能有效提高植株的水分利用效率；对果实膨大期进行水分胁迫，虽耗水量最小，但造成了较大程度的减产，因此该处理并没有表现出较高的水分利用效率，与充分灌溉处理相比也无显著差异。

表3 不同调亏模式对产量、耗水量和WUE的影响Tab.3 Effect of different deficit models on yield,water consumption and WUE

2.2 不同处理对梨枣果实品质影响的综合分析

不同覆盖处理以及不同生育期水分胁迫处理均能不同程度的影响枣果实品质，评价枣果实品质的指标较多，本试验测定了枣果实的硬度、单果重、可溶性固形物(TSS)、有机酸、Vc含量、可溶性蛋白质含量以及口感得分共7个指标，各处理具体指标平均值见表4。由于指标较多，单项指标并不足以直接评价各处理对梨枣品质的影响，且各指标见还存在一定的相关关系，直接处理会造成信息重叠，可能会导致分析结果出现偏差，因此有必要对7个指标进行主成分分析。

表4 不同处理对梨枣品质指标的影响Tab.4 Effect of different treatments on quality index of lizao jujube

由主成分分析结果可以看出(表5)，特征值大于1的前两个因子共提取出了原始数据89.76%的信息量，因此我们认为前两个因子可以用来对枣品质进行综合评价。由成分得分系数矩阵(表6)可得到两个公因子的表达式如下：

表5 梨枣品质指标主成分提取结果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单果重+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单果重+0.146Z糖酸比-0.179Z口感

(4)

依据公式(3)、(4)便可计算出各处理相应因子的得分，再根据两个因子的方差贡献率加权平均，即可得到各个处理的枣品质综合得分值，得分结果见表7。

综合评价结果表明，秸秆覆盖下果实成熟期水分胁迫处理所对应的果实品质最好，其次为地膜覆盖果实成熟期亏水处理；无覆盖充分灌溉处理的果实品质最差。

在相同覆盖情况下，果实成熟期水分胁迫处理的果实品质较其他时期水分胁迫处理更好，综合得分显著高于其他时期水分胁迫处理。在相同水分胁迫条件下，覆盖处理的果实品质均优于无覆盖处理，秸秆覆盖处理优于地膜覆盖处理，这可能是由于秸秆覆盖不仅可以像地膜覆盖一样保墒保温，同时还改善了桶栽梨枣树的土壤结构，为梨枣果实的生长提供了更优的条件。

表7 不同处理枣品质综合得分及排名Tab.7 Quality comprehensive scores and rankings of different treatments

2.3 不同处理对梨枣树果实品质影响的偏好分析

由以上分析可以确定哪种处理可以得到最优的枣品质，但我们并不清楚不同的覆盖处理以及不同生育期的水分胁迫处理究竟更倾向于影响哪些品质指标，为了能够探究不同处理对枣品质具体的影响方向，进行了不同处理对枣品质影响的偏好分析，以期有针对性的指导枣树的种植。

多维偏好分析结果(图2)表明，7个枣品质指标主要分配在两个维度上，这与之前的主成分分析结果一致；X方向的维度主要包括硬度、TSS、Vc、糖酸比以及口感得分，我们称之为口感维度，Y方向的维度主要包含可溶蛋白和单果重，我们称之为质量维度。

图2 不同处理对枣品质影响的多维偏好分析Fig.2 Preference analysis of the effects of different treatments on jujube quality

不同时期水分胁迫处理对枣品质的影响偏好各不相同，果实膨大期水分胁迫主要对梨枣果实的可溶蛋白含量以及单果重产生了明显的负效应，同时对口感维度上的各指标并没有明显的促进作用，因此在果实膨大期进行水分胁迫表现出了较差的果实品质。

开花坐果期的水分胁迫对两个维度上的枣品质指标均存在一定的负效应，但作用不显著，与充分灌溉基本保持了相同的品质，因此在综合得分上也与充分灌水处理同处于较低水平。

果实成熟期与萌芽展叶期进行水分胁迫均会提升枣品质指标，但维度不同；萌芽展叶期水分胁迫虽然会显著增加枣果实的可溶蛋白含量以及单果重，但却对口感维度上的各项指标产生了一定的负效应，梨枣作为一种主要的鲜食枣，对枣品质的评价更多的注重于口感方向，因此萌芽展叶期水分胁迫处理的枣品质综合得分排在了果实膨大期胁迫处理之后。相比之下，果实成熟期胁迫处理对口感维度的各项因子均产生了较强的正效应，大幅度提升了梨枣的果实品质。

不同的覆盖处理对枣品质的影响偏好较为一致，区别仅在于影响的效应强弱。由图2可以看出，不同的覆盖处理对两个维度的品质指标并没有明确的偏好，且均表现为正效应；同时可以看出秸秆覆盖处理较地膜覆盖处理能更加明显的提高枣的品质。

3 讨 论

本研究结果表明秸秆覆盖和地膜覆盖均能显著提高枣树产量，相比无覆盖处理分别增加了41.5%和60.6%；秸秆覆盖处理的产量略高于地膜覆盖处理，但二者无显著差异。地面覆盖可以避免土壤水分与环境的直接交换，减少棵间蒸发[22]，同时可以提高土壤温度的平均值和最大值，为植株提供更优的生长环境[23]。有研究发现不同的地面覆盖处理能有效提高渭北地区苹果的产量[24]；相比于常规裸地，覆膜处理的冬小麦产量提高了25%左右[25]；这与本研究的结果一致。在本试验中，秸秆覆盖表现出了更优于地膜覆盖的产量，这可能是由于秸秆覆盖不仅能保墒增温，同时还可以改善土壤结构、增加土壤肥力所导致的[26]。

本研究中，覆盖处理均减少了梨枣树的全生育期耗水量，且地膜覆盖表现出了最少的耗水量(p<0.05)；秸秆覆盖处理的耗水量略高于地膜覆盖处理，但二者差异不显著。从水分利用效率(WUE)角度来看，两种覆盖方式均能有效提高桶栽梨枣树的水分利用效率，虽然秸秆处理的梨枣树全生育期耗水量大于地膜覆盖处理，但因其较高的产量使其表现出了高于地膜覆盖处理的水分利用效率(p<0.05)。谷晓博等[27]的研究表明地膜覆盖可以显著提高冬油菜的水分利用效率，相比无覆盖处理增加了53.86%，刘泉汝等[21]的研究结果发现，秸秆覆盖可以提高夏玉米的水分利用效率达21.9%。本研究也得出了与之相似的结果。

从不同覆盖处理对梨枣品质影响的因子分析结果中可以发现，覆盖处理梨枣果实的品质综合得分均优于同等水分胁迫情况的无覆盖处理，且秸秆覆盖处理表现出了更好的果实品质。夏冬等[21]研究发现，不同的覆盖处理下的番茄品质显著优于无覆盖处理，且覆草处理的品质略优于单独覆膜处理；这与本试验的结果大同小异。从多维偏好分析结果可以看出，两种覆盖方式均对果实品质的各项指标表现出较强的正效应，但二者均未表现出影响梨枣果实品质指标的明显偏好，说明两种覆盖方式改善果实品质的机理应几乎一致；二者的区别仅在于秸秆覆盖表现出了比地膜覆盖更强的正效应。本试验研究发现，不同生育期梨枣树的水分胁迫会对梨枣产量产生影响。开花坐果期与果实膨大期水分胁迫处理的梨枣产量显著低于充分灌溉处理。这应该是由于开花坐果期的水分胁迫会导致花蕾大量凋谢，影响植株的授粉[29]，因此造成减产；而果实膨大期是否充分灌溉是果实能否良好发育的关键[30]，果实膨大期进行水分胁迫导致梨枣树果实发育较差，因此降低了总体产量。而萌芽展叶期和果实成熟期对梨枣树进行水分胁迫并没对产量造成显著影响，有研究表明[31, 32]，在橄榄树萌芽展叶期不灌溉，而在开花坐果期与果实膨大期充分灌水并不会导致减产，Cuevas等[33]发现，在枇杷树的萌芽展叶期进行水分胁迫处理可以使其花期提前，提高经济效益的同时并不会对产量造成显著影响。这均与本研究的结果相似。

本研究中，除开花坐果期水分胁迫处理外，其余水分胁迫处理的灌溉水利用效率均显著高于充分灌溉处理(P<0.05)。有研究表明，萌芽期中度水分胁迫和成熟期轻度水分胁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]研究发现，萌芽展叶期中度亏水和果实成熟期中度亏水组合可以显著增加矮化密植梨枣树的灌溉水利用效率。本研究也得出了与之一致的结论。

本研究发现，不同生育期进行水分胁迫会对梨枣果实品质产生显著影响，结合因子分析与多维偏好分析结果不难发现，各生育期水分胁迫对枣品质指标的影响有明显的偏好。萌芽展叶期水分胁迫主要偏向于增加果实的单果质量以及可溶蛋白含量；这是由于萌芽展叶期的水分胁迫抑制了植株的营养生长，相当一部分的光合产物均累积在植株体内，在复水后由于树体的补偿效应使得光合速率在一定时段内大幅上升[36]，使得枣果实表现出更高的单果重以及更多的可溶蛋白含量。开花坐果期水分胁迫则对两个维度上的枣品质指标均产生了一定的负效应，但与充分灌溉处理相比并无显著差异，这是由于开花坐果期的水分胁迫会导致梨枣树幼果脱落，但剩余的枣果实个体会有较比充分灌水处理更多的水分与养分[37]，虽会导致减产，但总体枣品质与充分灌溉相比并无较大差距。果实膨大期的水分胁迫主要对品质维度上的两个枣果实品质指标产生了很强的负效应；这是由于果实膨大期是梨枣树果实生长发育的重要时期，这一时期的水分亏缺会抑制枣果实果肉细胞的分裂，导致单果重明显下滑，且较低的水分供给会降低枣树的光合效率，减少光合产物的累积[38]。果实成熟期的水分胁迫则对口感维度上的5个因子产生了很强的正效应，有效的改善了梨枣的果实品质；在果实成熟期果肉细胞基本生长完成，进行水分胁迫并不会影响果实的大小，同时果实内的糖类增加，果实成熟期实施水分胁迫处理后，果实内的有机物降低了果肉细胞的水势，促进了果肉细胞吸收水分以及养分的能力[14]，所以能显著改善果实品质。

4 结 论

(1)地膜覆盖处理与秸秆覆盖处理均能增加桶栽梨枣的产量，相比无覆盖处理提高了41.5%和60.6%，秸秆覆盖处理的产量略高于地膜覆盖处理，但二者无显著差异。同时覆盖处理的灌溉水利用效率也均高于未覆盖处理。开花坐果期与果实膨大期进行水分胁迫会导致桶栽梨枣的产量显著降低，萌芽展叶期与果实成熟期适当的水分亏缺并不会显著影响桶栽梨枣的产量。果实成熟期进行水分胁迫可以显著提高桶栽梨枣的水分利用效率，相比充分灌溉处理提高了25.9%。

(2)两种覆盖方式均能有效改善梨枣的果实品质，且秸秆覆盖的改善效果更好；不同生育期水分胁迫对梨枣品质的改善作用强弱程度依次为果实成熟期>果实膨大期>萌芽展叶期>开花坐果期。不同时期水分胁迫对枣品质的影响有明显偏好。开花坐果期与果实膨大期胁迫处理均偏向于对果实品质产生负效应；萌芽展叶期水分胁迫对果实品质的改善偏重于单果重、可溶蛋白维度，果实成熟期水分胁迫处理对枣品质的改善则偏重于对TSS、硬度、糖酸比等果实口感风味的维度，对于梨枣这种鲜食品种来说口感风味相比对更重要一些。但不同覆盖方式对枣品质的影响并无明显偏好。

综上所述，秸秆覆盖和果实成熟期水分胁迫处理(F2W4)在本试验中的各项指标的综合表现较好，能有效提高试验中桶栽梨枣树的产量、WUE，有效改善果实品质，因此，可以认为秸秆覆盖结合果实成熟期适度亏水是本地区较优的梨枣树栽培管理方式。另外，萌芽展叶期、开花坐果期和果实膨大期胁迫处理均偏向于对果实品质产生负效应，故应在此期间应避免水分胁迫，以免影响果实品质。但是，在果实成熟期进行胁迫处理，对口感维度的各项因子均产生了较强的正效应，大幅度的提升了梨枣的果实品质，故推荐在果实成熟期进行胁迫处理，以增强果实品质。

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