三峡库区土壤含水量对柑橘园果实品质的影响

朱士江， 李虎， 徐文， 冯雅婷

（1.三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；2.三峡库区生态环境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002）

柑橘是世界上种植面积和年产量第一的水果，截至2019年，全球柑橘栽培面积约976万hm2，产量达1.93亿t[1-2]。中国柑橘生产已有4 000多年的历史，且资源丰富，品种齐全，面积和产量均居世界第一[3]。随着国际市场需求的增加，我国对柑橘的需求量逐年增加[2,4]。2019年种植面积及产量分别为262万hm2、4 584万t，较2018年分别净增长13万hm2和767万t[3]。

土壤含水量是制约柑橘生长发育、产量和果实品质的重要因素[5-7]。水分调节是目前公认提高果实品质的安全措施之一[8]。研究表明，适度的水分胁迫在抑制植物生长（包括枝梢、株高、叶片等）的同时能够提高果实生长速率[9-10]。Panigrahi等[11]研究表明，当灌水量为充分灌溉的1/2时，‘金诺橘’的产量较充分灌溉提高30%。张效星等[12]研究发现，在柑橘果实膨大期和转色增糖期轻度水分亏缺不会降低柑橘产量。周静等[13]研究表明，土壤水分为田间持水量的75%时有利于提高柑橘果实产量和品质。由此表明，土壤水分亏缺对柑橘果实品质、产量和水分利用效率具有显著影响，明确不同生育期土壤水分与品质的关系对精确管理土壤水分、制定灌溉方案具有重要意义。

目前，果树亏缺灌溉主要通过调控灌溉水量，定量研究其对果实品质的影响，但灌溉水除进入作物根系吸水层外，部分水量还通过渗漏和蒸发损失，导致二者关系产生偏差。因此，为探究不同土壤含水量对柑橘品质的影响，本研究以三峡库区柑橘园为试验对象，采用直接测定根系层土壤水分的方法，避免由渗漏和蒸发造成的影响，提高分析土壤不同程度水分亏缺与果实品质关系的精度，以期在保证果实品质的前提下，为实现三峡库区柑橘优质生产水分管理提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2020年在湖北省宜昌市仓屋榜柑橘试验站进行，该地区属亚热带季风性湿润气候，四季分明，水热同期。年平均降水量1 016 mm，年平均气温16.9 ℃，全年无霜期250～300 d。土壤有机质15.6 g·kg-1，全氮1.32 g·kg-1，全磷1.84 g·kg-1，pH 7.0，土壤容重1.30 g·cm-3，饱和质量含水量33.32%。

1.2 试验设计

试验以10年生‘宜昌蜜桔’果树为研究对象，其株行距为2.5 m×3.0 m，长势中庸。试验区采用常规管理的方法，灌溉方式为地面滴灌。柑橘全生育期191 d，包括萌芽开花期（3月15日—4月30日）、幼果期（5月1日—5月28日）、果实膨大期（5月29日—8月20日）、转色增糖期（8月21日—10月25日）、休眠期（11月—翌年2月）。采用单因素完全随机试验设计，参照以往该试验区的研究数据和文献资料[14]，结合当地柑桔的灌溉经验和耗水量，设置3组不同土壤含水率处理，分别为正常灌溉（T1）、轻度亏缺灌溉（T2）和中度亏缺灌溉（T3），每处理20次重复，具体各生育期的土壤含水率详见表1。

表1 不同处理在柑橘各生育期的土壤含水率Table 1 Soil moisture content index of citrus under different irrigation modes（%）

1.3 监测指标及方法

1.3.1 土壤含水量 采用烘干法[15]测定土壤含水率。选取60株生长均匀的健康柑橘树进行监测。全生育期每隔7 d测定1次，降雨和灌溉前后加测，以田间土壤墒情自动监测装置为辅助，传感器设于20、40、60 cm土层位置。首先，分别于萌芽开花期和幼果期测定土壤含水率，对土壤墒情装置监测值进行率定，构造墒情监测数据反演含水率的模型；然后，根据模型预测果实膨大期、转色增糖期的土壤含水率；最后，根据实测值与预测值的相对误差修正模型，并计算出全生育期逐日土壤含水率。

1.3.2 果实品质 选择各生育期内95%以上满足对应分组土壤含水率指标的柑橘树进行果实品质测定。依据柑橘成熟时间（10月底—11月中旬）进行果实采摘，共计30颗样点果树，每颗样点树果实分上、中、下3层采集，每层5颗。使用高效液相色谱法[16]测定总糖含量，采用NaOH滴定法[17]测定可滴定酸含量，使用手持折光仪测定可溶固形物含量，通过2,6-二氯酚靛酚法[18]测定Vc含量，以果实纵径与横径的比作为果形指数。

1.4 数据分析统计

利用Excel 2010和SPSS 22.0软件进行试验数据的差异显著性分析和主成分分析。运用隶属函数分析法对各项指标进行综合评价，首先，在封闭区间(0,1)内给出各指标对应的值，称为“单因素隶属度”，并对各指标进行单独评价；然后对各个因素的隶属度进行加权算术平均，计算综合隶属度，得到综合评价指标值。综合指标值越接近0评价越差，越接近1评价越好。将不同含水率处理的综合评价指标值进行排序，计算公式如下[19]。

式中，xi为第i指标的测定值，ximin为第i指标所有参试数据的最小值，ximax为第i指标所有参试数据的最大值。

2 结果与分析

2.1 土壤含水率模型

柑橘根系主要吸水层在10—30 cm，对往年实地监测20、40、60 cm以及全根系活动层的土壤含水率进行相关性分析，结果表明20—40 cm土层的土壤含水率与全根系活动层的相关性最高，达0.98以上，因此选取20—40 cm深度柑橘土壤含水率构建模型[20]。根据试验田中60颗柑橘树土壤含水率实测值，结合自动监测的逐日土壤含水率（土壤墒情）数据进行拟合，构建反演模型，结果（图1）表明，T1、T2和T3处理在关键生育期土壤含水率的拟合方程如下。

图1 不同处理下的实测及拟合土壤含水率Fig.1 Measured and fitted soil moisture content under different treatments

式中，S1、S2、S3分别为T1、T2、T3处理的拟合含水率，S墒为自动监测的土壤含水率。

3种含水率模型R2均大于0.7，其中T3处理拟合方程的R2最高，为0.76。

2.2 不同土壤含水量对果实品质的影响

对不同土壤含水率处理的柑橘果实品质进行分析，结果（表2）表明，土壤含水率对果型指数和总糖含量影响显著，但对果肉重、可食率及可溶固形物、可滴定酸和Vc含量无显著影响。T1处理的全果质量和果肉质量均最高，分别为868.03和680.59 g，较T2、T3处理分别显著增加44.07%、69.09%和43.7%、67.9%。T3处理果实的可食用率和果汁率最高，但与T1和T2处理差异不显著。T3处理的果形指数最高，显著高于T1处理，与T2处理差异不显著。T2处理可溶固形物含量最高，显著高于T1处理，与T3处理差异不显著。T3处理总糖含量最高，较T1、T2处理显著增加21.1%、8.9%。T2处理的可滴定酸和Vc含量均最高；T1处理次之；T3处理最低，显著低于其他处理。

表2 不同处理下柑橘的品质Table 2 Citrus quality in different treatments

2.3 果实品质的相关性分析

关于柑橘果实品质的评价指标有10种以上，包括单果重、果形指数、果肉硬度、可溶性固形物、可滴定酸、pH、维生素C、类胡萝卜素、固酸比等[21-22]，本研究选取10种品质评价指标与土壤含水率进行相关性分析，结果（表3）表明，幼果期土壤含水率与果形指数呈极显著正相关，相关系数为0.999；果实膨大期土壤含水率和总糖含量呈显著负相关，相关系数为0.998；转色增糖期土壤含水率与果形指数呈显著正相关，与总糖含量呈显著负相关。由此表明，幼果期和转色增糖期的土壤含水率越高，果型指数越高；果实膨大期和转色增糖期土壤含水率越低果实含糖量越高。

表3 柑橘品质相关性分析Table 3 Correlation analysis of citrus quality

2.4 柑橘品质指标隶属函数分析

水果的品质指标不仅是口感、果形等主观“模糊”指标，还包括糖、酸、维生素含量等客观“定量”指标。但单个品质指标很难准确反映果实的综合品质。如何客观、真实地评价水果的品质，是研究水质响应关系要解决的首要问题。因此，采用隶属函数法对不同水分处理下的柑橘品质进行综合评价。对3种不同土壤含水率处理柑橘的果汁质量、可食率、果汁率及可溶固形物、总糖、可滴定酸、Vc含量等风味品质进行综合分析，结果（表4）表明，各处理柑橘风味指标综合排序表现为T2＞T1＞T3，其中果汁质量随土壤含水率的降低而下降；可食率、果汁率和总糖随土壤含水率的降低而上升；可溶固形物、可滴定酸以及Vc含量的评分与综合评价排序一致。由此表明，一定范围内的水分亏缺对柑橘果实的风味品质有所提升，但过度缺水（土壤含水率在20%以下）会降低柑橘果实的风味品质。对3种不同土壤含水率处理柑橘的全果质量、果肉质量、果型指数等外观品质进行综合分析，结果（表5）表明，不同处理柑橘果实的外观品质表现为T1＞T2＞T3，其中，全果质量、果肉质量和果形指数均随土壤含水率的降低而降低。即外观品质综合评价值与土壤含水率变化趋势一致，随着土壤含水率的降低，柑橘果实的外观综合品质也随之降低。

表4 不同土壤含水量对果实风味品质指标的隶属函数综合分析Table 4 Comprehensive analysis of membership function of flavor quality indexes with different soil moisture content

表5 不同土壤含水量对果实外观品质指标的隶属函数综合分析Table 5 Comprehensive analysis of membership function of different soil moisture content appearance quality indicators

3 讨论

本研究在柑橘幼果期、果实膨大期和转色增糖期设置了3个不同土壤含水率处理，分析了不同处理下各品质指标与土壤含水率的关系，并通过隶属函数法对柑橘果实的风味品质和外观品质进行综合评价。结果表明，3种处理下柑橘幼果期的土壤含水率与果形指数呈极显著正相关；果实膨大期额土壤含水率和总糖含量呈显著负相关；转色增糖期的土壤含水率与果形指数呈显著正相关，与总糖含量呈显著负相关。随着土壤含水率的降低，柑橘全果质量、果肉质量和果汁质量均呈下降趋势，总糖含量呈上升趋势，可溶固形物含量为先上升后下降趋势。由此可见，在柑橘幼果期、果实膨大期和增糖期，土壤含水率控制在20%～23%果实风味品质最优；含水率为23%～26%时果实外观品质最优；含水率为17%～20%时果实风味品质和外观品质均较差。

关键生育期的土壤含水量直接影响作物的生长发育、产量和品质[23-24]，土壤水分含量过高或过低均会影响柑橘品质，果实的可溶性固形物含量是影响风味品质的关键因素[25]。本研究表明，随着土壤含水率的降低柑橘果实可溶固形物含量先增后减，表明不同含水率与可溶固形物呈非线性相关，二者间的关系有待进一步研究。刘素强[26]研究表明，不同水分亏缺灌溉处理对果实可溶性固形物含量无显著影响，与本研究结果存在差异。这可能是研究材料不一致，且其不同处理的水分差异较小，导致不同处理间可溶性固形物含量差异不显著。

柑橘关键生育期内土壤含水率不同会导致果实的风味品质和外形品质发生变化，增加土壤含水率可以提高柑橘外观品质，风味品质则呈现先升高后降低的趋势[27]。本研究表明，土壤含水量为20%～23%时果实风味品质最优；土壤含水率低于20%时外观品质和风味品质均较差。张效星等[12]研究表明重度缺水条件下柑橘产量大幅下降。综上所述，三峡库区柑橘种植的适宜土壤含水率为20%，土壤含水率过低会降低柑橘产量及品质。