枸杞产量和品质水肥效应研究进展

马 波，田军仓

(1. 宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021； 2. 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021；3. 教育部旱区现代农业水资源高效利用工程研究中心，银川 750021)

由于枸杞具有药食同源的特性，越来越得到广泛引用，这引起枸杞需求量不断增大，在我国枸杞种植面积也逐年增加，至2016年，枸杞种植面积达13.3 万hm2[1]，种植区域遍布13个省、市、自治区[2]。虽然枸杞种植区域越来越广，面积越来越大，但枸杞生产中要达到优质高产依然存在许多需要解决的科学问题。

枸杞产量、品质除了受到地域、气候和气象条件等因素影响外，还直接受到土壤水分、养分的影响。相对来说土壤水分和枸杞产量衡量指标单一，关系简单，而土壤养分(大量元素如氮、磷、钾、有机质等，微量元素如铁、锌、锰等)和枸杞品质衡量指标众多(包括：总糖、多糖、甜菜碱、β-胡萝卜素、黄酮等)，要明确土壤养分和品质指标之间的关系，是一个十分复杂的科学问题，这就为科学研究和实际生产提出了一个难题，如何获得理想的产量，各品质指标达到什么程度才算优质，学者们进行了很多研究。事实上，作物生产中要做到质、量并举具有一定的难度，然而，生产的目的就是要优质高产，这就要求产量和品质指标达到一定程度的耦合，也即获取最优的“综合指标”。本文详细分析学者们有关灌水技术、灌水定额(或灌溉定额)、土壤水分、肥料组合、施肥量以及水肥耦合作用对枸杞产量、品质影响的研究，总结以往研究所选取的方法、材料和获得的结果进行分析，以期为枸杞优质高产、水肥管理及以后的研究提供参考。

1 枸杞产量、品质水分效应研究进展

1.1 土壤水分对枸杞产量、品质影响的研究

干旱胁迫会引起作物生理特征的变化，不同生育阶段干旱胁迫会对枸杞造成不同的影响，青果期干旱胁迫会降低枸杞叶片酸性转化酶(NI)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)的活性[3，4]，色变期和成熟期干旱胁迫会降低叶片酸性转化酶(AI)和蔗糖合成酶(SS)的活性[3]，但色变期和成熟期干旱胁迫会提高叶片酸性转化酶(NI)的活性[3]，随水分胁迫的加强，合成酶活性呈上升趋势，枸杞青果期叶片蔗糖含量降低[3]，但轻度干旱胁迫可提高枸杞色变期叶片果糖和蔗糖含量[3，5]，不同程度干旱胁迫红果期果实己糖、蔗糖含量差异显著[4]，但中度或重度干旱胁迫则不利于成熟期果糖和蔗糖积累[5]。枸杞果实全生育期转化酶活性保持在较高水平，呈先上升后下降趋势，红果期其活性下降保证了蔗糖的积累[4]，可见水分胁迫愈重愈有利于蔗糖积累[4]，亏缺灌溉提高了果实中己糖积累，改善了果实品质，但严重亏缺会降低果实产量[4]。

干旱胁迫降低了枸杞青果期叶片淀粉含量，但成熟期叶片淀粉含量随着干旱加重而增加[3]。轻度干旱胁迫能促进枸杞成熟期叶片水分利用率提高，有利于光合同化物输送到果实中[3]。灌水定额为6 795 m3/hm2时水分利用效率为0.40 kg/m3，可获得理想的产量，和对照相比节水32.5%，减产仅为11.31%，可选为适宜的灌水定额[6]，干旱胁迫或亏缺灌溉会造成枸杞叶绿素含量降低[6,7]。

干旱胁迫造成的枸杞产量、品质指标耦合效应在于：一定程度的干旱胁迫有助于枸杞糖类合成，也会增加枸杞叶片淀粉量，但会明显降低枸杞产量。

过多或灌水不足均会造成减产。当其他条件相同时，按照田间持水率(θf)倍数控制土壤水分，水分下限春梢生长期0.50θf、始花期和盛花期0.65θf、盛果期0.65θf、秋果期0.55θf，上限均为0.95θf时可获得最高产量[8]。2年试验结果分别为2 208.15和2 571.3 kg/hm2，但对果实氨基酸来说，盛花期和盛果期土壤水分下限为0.75θf时可获得最高氨基酸含量，分别为5.99%和7.14%，土壤水分降低更有利于枸杞多糖和甜菜碱的合成[8]。过多灌水造成土壤水分增加，也会引起枸杞减产，但在枸杞与其他作物间作时需要提高枸杞根区土壤水分才能保障枸杞获得高产[9]。不同土壤埋深水分差异也会对枸杞产量和品质有所影响，80 cm土壤含水量对果实百粒质量影响较大，而40 cm土壤含水量对多糖和总糖质量分数影响较大[10]。

1.2 灌溉对枸杞产量、品质影响的研究

土壤水分受到灌水技术、灌溉定额以及灌水频率等因素的影响。灌溉定额对枸杞产量和品质的影响是确定枸杞全生育期灌水的依据，灌水技术也会影响灌溉水对土壤水分的影响，进而影响枸杞的蒸散量。研究表明与常规灌溉定额5 100 m3/hm2相比较，滴灌条件下灌溉定额为2 100 m3/hm2时“宁杞1号”产量提高极显著(p<0.01)，总糖质量分数提高3.82%，“宁杞7号”灌溉定额为4 350 m3/hm2时甜菜碱及总糖质量分数最高[11]。郑艳军等进行了滴灌条件下灌溉定额为810～2 430 m3/hm2的枸杞产量和品质研究，发现灌溉定额为1 620 m3/hm2时枸杞产量、总糖、甜菜碱、胡萝卜素含量均最高[12,13]。

增加灌溉定额一定程度会增加枸杞产量，但当灌溉定额达到一定水平时继续增加灌溉定额增产效果不再显著，与灌溉定额4 806 m3/hm2比较，灌溉定额为5 778 m3/hm2时枸杞增产效果不显著[14]。一定程度上枸杞产量会随灌溉定额增加而增加，但过多灌水会影响枸杞多糖和甜菜碱[15]。

调节灌水频率对枸杞产量和品质也有所影响，郑国保等研究表明耗水量为600.68 mm时可获得最高产量，品质也较好，同时研究发现，灌溉定额一定时增加灌水次数枸杞多糖含量显著增加，但产量减少，土壤水分亏缺可促进枸杞果实糖分的积累，增加总糖含量。灌水次数越少，单次灌水量较大不利于枸杞总黄酮的积累[16]。

滴灌能够有效节约枸杞灌溉用水，滴灌条件下过多灌水反而会降低产量[17]。不同品种枸杞品质指标受灌溉定额影响不同，水分亏缺可以提高品质指标，但会影响枸杞产量，所以确定产量、品质指标耦合阈值对于调控枸杞灌溉方案有直接作用。

1.3 研究所选材料和方法

如图1所示，对所选取文献的研究材料和方法进行分析发现，从图1(a)看出，主要研究的枸杞品种为“宁杞1号”和“宁杞7号”，分别占所选有关水因素总文献的43.75%和25%[图1(a)]，而对其他品种研究的文献较少，从已有研究文献中分析发现“宁杞4号”、“宁杞5号”、“宁农0901”和“宁农0909”研究文献比例均为6.25%(图1)。

从图1(b)可以看出，以往的研究主要选取灌溉定额作为土壤水分控制因素，而将土壤水分上、下限作为研究因素的较少。

从图1(c)可以看出，采用滴灌技术的研究较多，而且主要针对“宁杞7号”，而漫灌主要是针对“宁杞1号”，可以推断，近年来枸杞栽培的品种趋向于“宁杞7号”，而灌水技术也趋向于滴灌。

图1 水因素枸杞产量、品质文献归类[3-5，8-17]

2 枸杞产量、品质养分效应研究进展

土壤养分对作物产量和品质有着直接影响，要协调作物产量和品质均达到理想的效果，就要进行合理的养分调节，所以，有必要根据养分对作物生长及品质的影响制定合理的施肥方案，这对作物优质高产具有指导作用。

2.1 土壤养分对枸杞产量、品质影响的研究

作物利用的养分一部分源自土壤已有养分，另一部分通过追施肥料提供，研究土壤自有养分含量以及作物对土壤已有养分的利用是保障作物产量和品质以及合理追肥的关键，也是提高土地利用效率的有效途径，所以研究不同条件的土壤养分对枸杞产量和品质影响是合理施肥的基础。

许兴、牛艳、张宁等[18-21]在宁夏地区的研究发现枸杞多糖累积与速效磷呈线性负相关，与盐分呈线性正相关，总糖含量与土壤盐分呈线性正相关，与速效氮呈显著负相关，与速效磷呈极显著负相关，β-胡萝卜素与肥力因子中的速效氮、速效磷均呈线性负相关，与土壤盐分呈负相关，与土壤中的Na+和Cl-呈极显著负相关，与有机质无显著相关性，甜菜碱与速效磷、速效钾和盐分呈正相关，与有机质无显著相关性[20,21]，可溶性蛋白质与速效磷和pH均呈线性负相关，Vc与土壤碱解氮呈线性正相关，与速效钾呈线性负相关[20,21]。可见，过高的土壤肥力虽然有利于提高枸杞产量，但对枸杞品质具有一定的限制作用。

2.2 施肥对枸杞产量、品质影响的研究

氮、磷、钾合理配比除了能够提高养分利用效率，也能有效提高枸杞产量和品质。次生盐渍化土壤条件下氮、磷、钾肥施用量分别为300～553、255～476、270～368 kg/hm2时，产量在3 900～4 200 kg/hm2，氮、磷、钾施肥量分别为553、475、368 kg/hm2时产量最高[22]。春梢生长期N∶P2O5∶K2O为1∶0.5∶0.5，结果期N∶P2O5∶K2O为1∶1∶1可获得较高的产量[23]，沙壤土条件下成龄枸杞施尿素900 kg/hm2、磷酸二铵667.5 kg/hm2，硫酸钾540 kg/hm2时枸杞产量可达3 823 kg/hm2[22]。

在宁夏中宁研究发现氮肥施用量在1 200 kg/hm2时可获得最佳甜菜碱累积量，再多施肥反而降低枸杞果实甜菜碱含量[24-26]。施氮量1 500 kg/hm2的处理黄酮含量最高，为0.109 mg/g，而且枸杞果实黄酮含量随施氮量的增加而提高[26]。施氮量300 kg/hm2的处理多糖含量最高，为0.073 mg/g；施氮量1 200 kg/hm2的处理多糖含量显著低于其他施氮处理，为5.74%，因此施用氮肥越多对枸杞果实中多糖含量的形成和积累越不利[24，26]。 施氮量1 500 kg/hm2时总糖含量最高，为0.537 mg/g，显著高于施氮肥少的处理，但与施氮量1 200 kg/hm2时差异不显著；不施氮肥处理的总糖含量最低，仅为0.421 mg/g，因此，施氮量越多，对枸杞果实中总糖含量的形成与积累越有利，但超过1 200 kg/hm2后增加不明显[26]。当施氮量在600～900 kg/hm2时对枸杞类胡萝卜素等次生代谢物质的形成和积累有利，施氮量大于900 kg/hm2时不利于枸杞果实类胡萝卜素的积累[26]。枸杞果实Vc含量、可溶性糖含量与施氮量呈正相关，而与施磷、钾量呈负相关[25]。

早期学者用86RbC1标记进行的盆栽和大田枸杞施钾试验，发现在富钾土壤中施氮、磷肥的同时施钾肥可增产110%左右，施钾肥对其他养分的吸收有促进作用[28]。钾元素不参与枸杞体内有机物的组成，但参与有机糖、淀粉的合成、运输和转化[27]。

随着枸杞生长发育，全氮含量总体呈先升后降，春梢期、盛花期为需氮关键期，全磷含量总体趋势为先下降后上升，全氮含量总体呈先降后升再降的趋势。春梢期、盛果期对磷的需求均高，全磷含量总体趋势为先降后升再降。全钾含量总体为先下降后升高，在盛花期时最低，初果期、盛果期时又逐渐增高，说明枸杞坐果期需要大量吸收和积累钾素[29,30]。

施用有机肥能够显著提高枸杞总产量和枸杞多糖、蛋白质、黄酮含量[31,32]。目前所施用的有机肥主要是直接利用动物粪便或者是利用动物粪便加工而成的有机肥。这两种有机肥施用在枸杞产量和品质方面均有研究，施用羊粪或生物有机肥可使枸杞增产50%以上，同样，施用羊粪对枸杞可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量的增加效果最佳[33]。然而施用有机肥对枸杞品质的影响不是单向的，当有机肥施量从0增加到1.2 万kg/hm2时枸杞可溶性固形物含量随施肥量的增加先增加后降低，施量为9 000 kg/hm2时枸杞可溶性固形物含量最高，达20.33%，同样，枸杞多糖含量随施肥量的增加先增加后降低，施量为9 000 kg/hm2时多糖含量最高，达3.75%，而枸杞Vc含量随施肥量的增加而增加，施量为1.2 万kg/hm2时Vc含量最高，达301.06 mg/kg[34]。

李永梅等[35]研究发现与施肥量2 100 kg/hm2相比，施有机肥量1 500 kg/hm2时枸杞干果总糖、多糖含量最高，配施有机肥枸杞多糖含量积累效果较好。

在柴达木地区研究发现，施用有机肥能够明显增加枸杞产量，同时，枸杞多糖、总糖和氨基酸质量分数比施用化肥分别提高39.72%、9.25%和5.95%，同样，增施有机肥处理总糖、枸杞多糖、粗脂肪和粗蛋白均有所提高[36,37]。增施生态有机肥能提高枸杞单果重15.25%；枸杞果实纵、横径提高了8.19%和10.67%，产量提高了25.43%[37]。

施用有机肥是提高土壤有机质的有效的措施，化肥配施有机肥具有明显的增产作用，有机肥与化肥配施比等量的单施化肥效果好[38]。施用农家肥能够提高枸杞千粒重、百叶重以及产量，同时也可以提高枸杞品质：牛粪有利于枸杞糖的积累，鸡粪有利于枸杞黄酮的积累，沼渣-沼液冲施肥有利于枸杞类胡萝卜素的积累[39]。

追施腐殖酸能够明显提高枸杞产量，同时也会显著提高枸杞蛋白质含量和胡萝卜素含量[40]。

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2.3 微量元素对枸杞产量、品质影响的研究

对枸杞生长及品质的影响，除了大量元素外，微量元素也有一定的作用。研究表明叶面喷施浓度为0.05%～0.15%的稀土1～2次能够提高枸杞产量[41]。在枸杞叶面喷施硫酸亚铁、硫酸铜，能够有效增加枸杞产量及品质，但随着浓度升高其累积量呈下降趋势，最终确定出铁-铜适宜的喷施浓度为0.10%铁+0.05%铜[42]。枸杞缺铁会使新梢顶端幼叶叶片变黄，随着缺铁加重，叶脉逐渐变黄，以至叶片干枯脱落，缺硼会降低坐果率、造成落花落果，进而降低产量和品质，缺锌会引起枸杞小叶病[27]。研究没有明确提出品质指标与产量耦合对微量元素的响应关系。

2.4 研究材料与方法

如图2所示，对所选文献进行分析发现，在施肥及土壤养分对枸杞产量和品质影响的研究方面，研究品种最多的是“宁杞1号”，占到所选文献的66.67%，其次是“宁杞7号”，文献比例为16.67%， “大麻叶”为早期品种，近年来研究较少，同样“宁杞2号”和“宁杞5号”研究也相对较少。所采用的施肥方法主要是沟施和穴施，而水肥一体化施肥研究较少，可见未来研究的主要问题可以趋向于水肥一体化的研究。

图2 枸杞肥料试验文献归类[18-23,24,29,31-38,40]

3 水肥交互作用对枸杞产量、品质影响的研究

作物生长以及品质的形成受到土壤水分和养分的共同作用，一定条件的水分、养分耦合效应才能对枸杞生长和品质形成具有作用，所以，对于枸杞水肥耦合研究是协调好枸杞产量、品质以及水肥资源有效利用的关键问题，有学者通过水肥生产函数最大值求解，发现柴达木地区施肥量和灌水量分别为607.50和5 010.00 kg/hm2时枸杞产量可达到1 136.85 kg/hm2，仅从产量角度评价，中水平施肥量和灌水量最佳，可取得较高的产量[43]。

用微咸水滴灌时，水氮互作条件下灌溉定额2 850 m3/hm2、施氮量750 kg/hm2组合枸杞产量最高，为 5 547.22 kg/hm2[44]。同一施氮水平时，增加灌溉定额会降低枸杞产量，灌溉定额相同时增施氮肥能明显增加枸杞产量[44]。

4 研究品质结果分析

对于枸杞品质的研究，从以往文献中可以看出，主要指标如表1所示，表中为各文献研究结果中各指标的最高含量，可以看出多糖含量变化范围较大，文献中最大与最小之差为55 mg/g，甜菜碱变化范围也较大，文献中最大值比最小值高51.7%，总糖含量变化范围较小，最大值比最小值仅高6.1%，总酸含量最大值比最小值高26.1%，黄酮含量值接近0.70 mg/g，类胡萝卜素含量均高于0.60 mg/g，蛋白质含量可达200 mg/g，氨基酸含量可达7.0%以上，Vc含量变化范围较大，而枸杞可溶性固形物均高于20%。

5 枸杞产量、品质水肥效应研究发展趋势

从已有的研究来看，在水分方面的研究主要是水分胁迫、灌溉定额以及灌水技术对枸杞生长及品质的影响研究，在肥料方面的研究主要是土壤养分含量、施肥量、肥料类型等对枸杞生长和品质的影响，而土壤水分-养分交互作用对枸杞产量、品质的影响研究较少，也没有建立有关土壤水分-养分指标与枸杞产量、品质多指标耦合之间的数值关系，用于指导灌溉和施肥精准计算。

表1 枸杞品质指标文献参考最大值

已有研究均表明多指标均达到最优很难实现，所以根据本人所在研究团队已有研究提出了“综合指标增量最优”的概念，也即通过水-肥调控，在某一指标达到最优前提下，其他指标增量(或正或负)之和达到最大，这样可以达到多指标的最优耦合，即可以确定该目标条件的多指标耦合的水肥条件，用于科学研究和实际生产参考。要明确土壤水分-养分与枸杞产量-品质多指标耦合之间的关系，并且能够高效、快速的预测产量、品质，有效调节土壤水分和养分，就要建立水肥耦合枸杞产量、品质数值关系。灌水技术、灌溉制度、施肥均是为了调节土壤水分、养分所采取的措施，直接影响枸杞产量、品质，所以对于枸杞产量、品质指标耦合的土壤水分、养分交互作用的研究能够从机理上说明水分、养分与枸杞产量和品质指标的关系，对于达到某一产量-品质指标耦合目标有直接参考和借鉴作用，也可为精准灌溉、合理施肥提供参考。

枸杞产量、品质多指标耦合水肥效应研究趋势有以下3个方面：

(1)基于产量-品质多指标耦合的水分-养分交互作用研究。通过调节土壤水分、养分获得理想产量和优良品质是枸杞生产的目标，从文献分析可以看出水分、养分对产量和品质指标影响趋势不完全一致，所以很难做到产量和品质指标同时达到最优，这里提出“产量-品质综合指标增量最优”概念，用来表示最为理想的产量、品质状况。作物产量、品质是土壤水分、养分交互作用的结果，水分、养分交互良好，可以获得理想的产量和优良的品质，同时可提高作物的水分、养分利用效率，如果水分、养分交互失衡，会使作物减产、品质降低[45-47]。

研究一定条件下枸杞产量、品质指标对土壤水分-养分交互作用的响应，明确产量和品质指标和土壤水分-养分的响应关系，获取产量-品质综合指标达到最优时的土壤水分-养分适宜范围，为建立枸杞产量-品质综合指标和土壤水分-养分含量准确关系提供依据。

(2)基于产量-品质多指标耦合的水肥效应数值模拟研究。有效预测一定条件的作物产量和品质是精准农业发展的趋势，也是学者们研究的热点科学问题，尤其是对于作物品质的预测能够降低作物品质检测的损失，又可以快速预知作物品质，对生产效益做出评估。

水分、养分对枸杞产量、品质的影响不是用单一指标能够表达清楚，而需要多个指标来表达，如品质的表达就有多个指标，养分是一个综合因素，不仅有大量元素，还有各种微量元素，仅从响应关系或者机理研究是不能最大限度解决好枸杞产量、品质与土壤水分、养分的关系的，所以要建立较为复杂的数值模型来进行计算，通过模型计算对枸杞产量、品质进行预测，进而对灌溉和施肥方案进行优化。

(3)无人机高光谱水分-养分诊断、产量-品质预测研究。通过传统方法获取土壤水分、养分、枸杞品质指标具有较高的精度，但这些方法程序复杂、时间慢，且具有一定的果实损耗，不能大范围进行全面、快速诊断和预测，近年来，随着高光谱遥感技术的发展与完善，利用高光谱数据对土壤水分、养分、枸杞养分、枸杞品质指标进行大范围、无损、实时、快捷检测是枸杞水肥效应研究的一种趋势[48,49]。

还可以根据“特征光谱参数-叶片色谱-产量、品质指标”这一技术路径，建立基于高光谱参数的枸杞产量、品质的预报模型[50]。

可见，在机理、响应关系及数值模拟的基础上借助于无人机高光谱水分-养分诊断、产量-品质预测研究，能够高效快速的获得土壤水分、养分信息，为获取枸杞优质高产提供更为高效的生产参考。