施肥对我国桃树产量与品质影响的整合分析

王日俊，刘文静，李梦琦，陈永亮，黄成东

（中国农业大学资源与环境学院，国家农业绿色发展研究院，植物-土壤相互作用教育部重点实验室，北京 100193）

桃（Prunus persica）原产于我国陕甘地区，据联合国粮食及农业组织统计，近年来我国桃树种植面积与产量均呈上升的趋势，2018年我国桃树种 植 面 积 达8.3×105hm2，总 产 量 达1.5×107t，桃树种植面积与总产量均位居世界第一［1］。随着人类生活水平的提高，人们越来越关注桃果品质与食用安全，而施肥是影响桃果产量和品质的重要因素［2-5］。在现代社会需求量增加和经济利益的驱动下，农户为了追求高产量，过量施用化肥，与前人研究推荐的施肥量相比，华北、西北和西南桃产区桃园节肥潜力为N 34.9×104t、P2O527.1×104t和K2O 4.37×104t［6］，而 过 量 施 肥 在桃果产量与品质方面并没有明显的改善作用［7-8］，反而会降低桃产量、品质和经济效益［9］，同时也会降低肥料利用率，造成资源浪费、环境污染加剧等问题［10］。因此，明确施肥对桃产量与品质的综合效应及其影响因素，对优化桃树养分管理、提高肥料利用率和保护生态环境具有重要意义。

在我国不同区域，前人已经开展了大量关于施肥对桃产量与品质影响的独立试验，也给出了合理的肥料用量。陈开富等［11］通过“3414”试验，确定了贵阳市艳红桃的最佳施肥量为N 230 kg/hm2、P2O574 kg/hm2、K2O 236 kg/hm2，氮、磷、钾肥平均增产率分别为4.7%、1.12%、3.55%。在四川省德阳市的桃树施肥试验表明，氮、磷、钾肥投入量为N 336 kg/hm2、P2O5168 kg/hm2、K2O 504 kg/hm2时，对桃果产量与品质增长的效应最好［12］。在北京平谷区的桃树优化施肥试验表明，N 150～300 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2和K2O 400 kg/hm2是当地适宜的施肥量［13］，节省氮肥51.6%、磷肥24.4%和钾肥12.3%［14］，对桃果品质有显著的正效应，还提高了经济效益。在河北省深州市桃园氮、磷、钾肥 投 入 量 为N 372 kg/hm2、P2O5163 kg/hm2、K2O 318 kg/hm2时，桃树增产44%［15］。还有研究结果显示，施肥较不施肥的桃产量与品质提高不显著，甚至降低［6］。但施肥试验结果均依赖于各研究区域特定的环境、土壤属性等条件，难以从全国尺度上准确回答施肥对桃树产量与品质的影响及其关键影响因素。为了将多个同类独立试验研究结果进行系统定量整合，采用文献整合分析方法对不同措施的效果及其影响因素作出评价［16］。目前国内还没有报道关于桃树施肥的整合分析。因此，通过整合中国知网已发表文献中的相关研究结果，分析施肥对桃产量与品质的综合效应，并定量分析土壤理化性质、施肥量、施肥措施、时间、树龄以及桃果成熟期等因素下施肥对桃产量的影响，探讨桃树增产提质的施肥条件，为桃树科学合理施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

数据来源于中国知网数据库，以“桃”和“产量”为主要关键词，检索田间试验的相关文献。基于以下标准对文献中试验数据进行筛选：（1）试验区域位于中国；（2）同一研究中必须包含大量元素（氮或磷或钾）施肥处理和不施任何肥料处理；（3）文中须列出不同处理的产量和品质均值及标准差，或者列出不同处理每个重复的产量和品质数据（重复数至少3次）；（4）试验研究的时间、桃树树龄、桃果成熟期、施肥量、施肥措施、土壤理化性质及其他研究背景方法等信息要清晰。基于以上标准，筛选出15篇文献，如果文献中包含多年、多点或多品种的数据，则将每一年、每个地点和每个品种所包含的各项产量品质数据均作为一组数据，共收集143组数据，从中获得桃果单果重、产量、维生素C、硬度、可滴定酸、可溶性固形物和糖酸比指标的数据分别为140、143、88、112、98、143和83组。汇总文献数据的时间跨度为2002～2019年，地理跨度包含了我国9个省市及自治区。在数据搜集过程中，如果数据以柱状图和折线图的形式展示，则采用图形数字化软件GetData Graph Digitizer 进行数字化转换后再提取。

1.2 数据分类

为了明确在不同条件下施肥对桃果产量的效应，从氮磷钾肥施用量、施肥措施、土壤理化性质、时间、树龄和桃果成熟期等方面进行亚组分析。氮肥（N）施用量（kg/hm2）划分为＜100、100～200、200～400、≥400；磷肥（P2O5）施用量（kg/hm2）划分为＜20、20～100、100～200、≥200；钾肥（K2O）施 用 量（kg/hm2）划 分 为＜50、50～250、250～500、≥500；施肥措施划分为单施化肥和有机无机配施；土壤pH划分为＜6.5、6.5～7.5、≥7.5；土壤有机质（g/kg）划分为＜10、10～20、≥20；土壤速效钾（mg/kg）划分为＜120、120～200、≥200；土壤有效磷（mg/kg）划分为＜20、20～40、≥40；土壤碱解氮（mg/kg）划分为＜60、60～120、≥120；试验年份划分为2002～2006、2006～2010、2010～2014、2014～2018；树龄（年）划分为≤5、6～9、≥10；桃果成熟期划分为早熟品种、中熟品种和晚熟品种。

1.3 数据处理及分析

1.3.1 标准差计算

在Meta分析中，各研究的标准偏差是一个重要参数，它主要用于计算各研究的权重。按照文献提供的信息，若原文献提供标准偏差时，直接提取文献中的数据；若原文献没有提供标准偏差但列出多个重复试验的数据时，根据常用方法计算标准偏差；若原文献既没有列出标准偏差也没有试验重复值，但包含了多年的试验数据时，可将多年数据看作试验重复，进行标准偏差计算［17］。

1.3.2 数据整合分析

利用Excel 2017分别建立桃产量和品质指标的数据库，将提取的数据分别保存。通过卡方分布检验，明确试验各处理之间及各试验结果是否存在异质性（处理间或不同研究结果间的变异是否由随机误差引起）。若纳入的各研究结果无异质性（P＞0.05），则采用固定效应模型（FEM）进行分析，相反，则采用随机效应模型（REM）［18］。通过卡方分布可知本研究数据检验符合REM（P＜0.05），且文献中数据来源于全国不同地区，有着不同的田间管理模式、桃树品种、土壤理化性质和生态气候条件等，各研究之间存在很大的变异，因此利用平衡权重的REM计算效应值，选择反应比作为效应量，反应比计算公式：

式中，X1为氮、磷或钾肥施肥处理桃产量与各品质的均值，X2为不施任何肥料处理的桃产量与各品质的均值。采用自然对数反应比［ln（R）］衡量施肥对桃产量与品质的影响程度，其计算公式为：

采用Metawin 2.1对每一组数据效应值进行计算权重加权平均值后得到其95%置信区间，如果效应值的95%置信区间均大于0，说明施肥对桃果产量与品质有显著的正效应；若置信区间均小于0，则说明施肥对桃果产量与品质具有显著的负效应；若置信区间包含0，则说明施肥对桃果产量与品质无显著影响。

为了便于对分析结果进行解释，将R转化为增长幅度E（E为负值时表示负增长），其计算公式为：

1.3.3 数据处理

采用Excel 2017进行记录和整理数据，采用SPSS 22.0和Metawin 2.1进行计算和统计分析，采用Origin 2018进行绘图，用Duncan法检验不同处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 施肥对桃产量与品质的综合效应

由图1可知，与不施肥相比，施肥对桃树单果重和产量均表现为显著的正效应。其中单果重ln（R）为0.1251（0.0998～0.1509），增长幅度为13.33% （10.49%～16.29%），产量ln （R）为0.2089（0.1747～0.245），增 长 幅 度 为23.23%（19.09%～27.76%）。在桃果品质方面，与不施肥相比，施肥对桃果品质各指标均达到显著水平。其中可溶性固形物ln（R）为0.0494（0.0313～0.0672），增长幅度为5.06%（3.18%～6.95%）。可滴定酸ln（R）为-0.0928（-0.1323～-0.0537），增长幅度为-9.11%（-12.39%～-5.23%）。硬度ln（R）为0.0405（0.0134～0.0671），增长幅度为4.13%（1.35%～6.94%）。糖酸比ln（R）为0.1982 （0.1468～0.2502），增长幅度为21.92%（15.81%～28.43%）。维生素C ln（R）为0.0740（0.0064～0.1364），增长幅度为7.68%（0.64%～14.61%）。

图1 施肥对桃产量与品质的综合效应

2.2 施肥水平与施肥措施对桃树产量效应的分析

由图2a可知，与不施肥相比，不同施氮量对桃树增产效应均达到显著的正效应。当施氮量为100～200 kg/hm2时，桃树增产效应较高，增产幅度为37.66%，施氮量＞200和＜100 kg/hm2的增产幅度分别为22.59%～27.65%和18.96%，但不同施氮量对桃树增产效应差异不显著（P＞0.05）。对于磷肥而言（图2b），不同施磷量对桃树增产效应均达到显著水平，但增产效应差异不显著（P＞0.05）。当施磷量为20～100 kg/hm2时，桃树表现出较高的增产效应，增产幅度为30.04%。其次是施磷量＞100 kg/hm2，增产幅度为20.61%～22.65%，而表现出最低增产效应的是施磷量＜20 kg/hm2，增产幅度为17.18%。对于钾肥而言（图2c），不同施钾量对桃树产量均达到显著的正效应，但增产效应差异也不显著（P＞0.05）。随着施钾量的增加，桃树的增产效应呈先增加后减少的趋势，当施钾量为250～500 kg/hm2时，桃树增产效应较高，增产幅度为28.70%，施钾量＜250和＞500 kg/hm2的增产幅度分别为9.77%～22.64%和15.96%。

以施肥措施为解释变量共收集143组数据，以不施肥为对照，分析单施化肥与有机无机肥配施对桃产量的影响。由图2d可知，与不施肥相比，单施化肥与有机无机肥配施对桃树产量均表现为显著的正效应，桃树增产幅度分别为20.06%和35.43%，其中有机无机肥配施较单施化肥产量提高了15.37%，但无显著差异。

2.3 土壤理化性质对桃产量效应的分析

土壤理化性质是影响作物产量与品质的重要因素。以土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾为解释变量分别收集94、116、84、122和122组数据，并划分为不同水平。计算结果表明（图3），与不施肥相比，施肥处理的桃树产量在不同土壤pH条件下均达到显著的正效应，但增产效应差异不显著，其中当pH处于6.5～7.5时，施肥的增产幅度较高（26.64%）。随着土壤有机质含量的变大，施肥对桃树的增产幅度逐渐增大，但增产效应差异不显著，当土壤有机质含量＞20 g/kg时，桃树增产效应较高（50.86%）。随着土壤碱解氮与土壤有效磷含量的变小，施肥对桃树的增产幅度反而均在逐渐增大。当碱解氮含量＜60 mg/kg和有效磷含量＜20 mg/kg时，施肥的增产效应均表现为较高，增产幅度分别为22.67%和29.98%。随着土壤速效钾含量的升高，施肥对桃产量效应呈先增加后减少的趋势，但不同土壤速效钾含量下施肥对桃树增产效应差异不显著，当土壤速效钾含量为120～200 mg/kg时，施肥的增产效应较高，增产幅度为28.63%。

图2 施肥水平与施肥措施对桃树产量效应的分析

图3 土壤理化性质对桃产量效应的分析

2.4 时间、树龄和桃果成熟期对桃产量效应的分析

以时间、树龄和桃果成熟期为解释变量，分别收集143、128和143组数据。由图4a可知，与不施肥相比，不同年份间施肥对桃产量均表现为显著的正效应，但增产效应差异不显著，其中2002～2006年间施肥对桃树增产效应较高，增产幅度为53.93%。从图4b来看，随着时间的推移，施肥处理的桃产量呈增长的趋势，且不同年份间施肥对桃产量的影响存在显著性差异（P＜0.05），其中2014～2018年施肥处理的桃产量较高。与不施肥相比，施肥对不同树龄桃树的增产效应均达到显著水平，但增产效应差异不显著，其中施肥对6～9年桃树增产效应较高，增产幅度为26.16%。从桃果成熟期来看，与不施肥相比，施肥对早中晚熟桃产量均表现为显著的正效应，但增产效应差异不显著，其中施肥对中熟品种桃果增产幅度较高（26.72%）。

图4 时间、树龄和成熟期对桃产量效应的分析及产量随时间的变化

2.5 桃果产量效应与品质效应的关系

图5 桃果产量效应与品质效应的关系

通过对桃果产量效应与各个品质指标效应进行回归分析与方差分析，用多项式拟合两者之间的关系（图5）。结果显示，随着桃果增产幅度的提高，可溶性固形物增长幅度呈先增加后减少的趋势，两者之间关系达到极显著水平（P＜0.001），当增产幅度为39.2%时，可溶性固形物增长幅度达到最大（6.15%）。同样，随着桃果增产幅度的提高，糖酸比增长幅度呈先增加后减少的趋势，两者之间关系达到显著水平（P＜0.05）；当增产幅度为62.15%时，糖酸比增长幅度达到最大（32.59%）。当桃果增产幅度增加时，维生素C增长幅度也随之增加，但两者之间没有存在显著关系（P＞0.05）。当桃果增产幅度增加时，可滴定酸增长幅度也在增加，且两者呈极显著相关的关系（P＜0.001）。

3 讨论

施肥是维持作物高产稳产、保障世界粮食安全的重要途径之一［19-20］。本研究表明，与不施肥相比，施肥显著提高了桃果产量、单果重、可溶性固形物、硬度、维生素C和糖酸比，显著降低了可滴定酸含量，与前人［12，21］研究施肥显著提高桃果产量与品质的结论相似。果树在生长过程中需要吸收大量的营养物质，施肥不仅供给果树吸收营养，还能补充因果树吸收而带走或随水分流失的养分［22］。而不施肥处理土壤养分被消耗且供应不足而导致桃树产量显著低于施肥处理，也间接反映施肥的重要性。

有研究表明，通过合理的养分管理，不仅能消除由于营养过剩带来的负面环境效应，同时可实现近30%的增产潜力［23］。桃树正常生长对钾肥需求量最大，氮肥需求仅次于钾肥，对磷肥需求量较少，投入适量的氮、磷、钾肥可提高桃树坐果率，增加果实产量，提高果实品质［24-27］，过量施用氮、磷、钾肥，反而降低桃树增产效应。当氮、磷、钾肥施用量为N 100～200 kg/hm2、P2O520～100 kg/hm2、K2O 250～500 kg/hm2时，桃树增产效应较高，这与国内外推荐氮、磷、钾肥施用量以及我国各地桃树施肥试验结果基本一致［28-32］。增施有机肥是果园优质丰产的重要措施［33］。与不施肥相比，有机无机肥配施比单施化肥对桃果的增产效应较高；与前人试验研究结果相似［34-36］，原因可能是单施化肥易造成养分淋洗损失，桃树根系不能及时吸收土壤中的养分，而有机肥含有多种养分以及有益微生物，与化肥配施后使土壤中养分趋于平衡，满足桃树生长所需，也提高了肥料的利用率［37］。此外，有机肥比化肥进一步改善了土壤孔隙度、有机质和各种养分等土壤理化性质，有利于桃树的生长发育，从而提高了果实的产量与品质。

土壤是我们当前培肥管理的主要对象。当土壤pH在6.5～7.5之间时，施肥对桃果产量效应表现较好，可能是土壤pH是影响土壤硝化作用和调节自然环境中物质间化学转化过程的关键因素之一［38］，高土壤pH下施肥会造成土壤中氨挥发和硝化作用显著增加，大量氮素以氨的形式挥发，造成氮损失［39］，影响果树的养分吸收，从而对果树产量造成影响。土壤有机质含量是表征土壤肥力的重要参数之一［40］，且与作物产量呈正相关关系［41］。一般优质果园要求有机质大于30 g/kg［8］。当土壤有机质低于10 g/kg时，施肥对桃果产量效应表现较低，原因可能是土壤有机质含量较低时，会降低土壤养分的有效性，造成养分补给不充分［42］，而土壤有机质含量较高时，有利于桃树吸收与容纳土壤中各种养分物质，提高养分利用率。当土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量较高时，施肥对桃果增产效应较低，可能是高肥力土壤供给桃树较多的速效养分，桃树本身的产量较高，施肥进一步提高桃树产量的空间较小，且超过桃树对养分需求量时，弱化了施肥对桃树的增产效应，也会降低肥料的当季利用率［43］。

与不施肥相比，施肥处理的桃果增产幅度在逐年下降，可能是随着时间的推移，农户为了追求产量与经济效益最大化，长期大量施肥，导致土壤综合肥力普遍提高，从而降低施肥的增产幅度。但施肥处理的桃果产量在逐年增加，且不同年份间施肥处理的桃果产量存在显著差异（P＜0.05），可能是我国桃树研究重点转向为养分管理对果实品质的影响和提高养分利用率等方面［44］，对桃树施肥技术研究的不断深入和优化以及各种新型高效肥料（缓控释肥、生物菌肥等）的广泛应用，还可能与土壤质量不断改善和土壤肥力普遍提高有关。施肥对不同树龄和不同成熟期桃树的增产效应均达到显著水平，即树龄大小和成熟期不影响施肥对桃树的增产效应。

4 结论

本研究通过桃树施肥相关文献的整合分析，揭示了施肥可显著提高桃果产量与品质。与不施肥相比，施肥显著提高桃果产量（23.23%）、单果重（13.33%）、可溶性固形物含量（5.06%）、硬度（4.13%）、糖酸比（21.92%）和维生素C含量（7.68%），显著降低了桃果可滴定酸含量（-8.86%）。

与不施肥相比，合理的施肥量与施肥措施可显著提高桃树产量，但氮、磷、钾肥不同施肥水平之间增产幅度差异不显著（P＞0.05）。有机无机肥配施比单施化肥的增产幅度提高了15.37%。

施肥对桃树增产效应的影响，与时间、树龄、桃果成熟期、土壤理化性质等密切相关。建议在指导农民施肥时应结合上述指标进行合理推荐，寻找科学的适合小农户种植管理模式的推荐施肥方法。此外，在保证桃树产量的同时，应结合施肥对桃果品质效应进行合理推荐施肥，进而探索协调桃果优质高产、桃园养分合理投入及桃园可持续生产的技术途径。