施肥對我國桃樹產量與品質影響的整合分析

王日俊，劉文靜，李夢琦，陳永亮，黃成東

（中國農業大學資源與環境學院，國家農業綠色發展研究院，植物-土壤相互作用教育部重點實驗室，北京 100193）

桃（Prunus persica）原產于我國陜甘地區，據聯合國糧食及農業組織統計，近年來我國桃樹種植面積與產量均呈上升的趨勢，2018年我國桃樹種 植 面 積 達8.3×105hm2，總 產 量 達1.5×107t，桃樹種植面積與總產量均位居世界第一［1］。隨著人類生活水平的提高，人們越來越關注桃果品質與食用安全，而施肥是影響桃果產量和品質的重要因素［2-5］。在現代社會需求量增加和經濟利益的驅動下，農戶為了追求高產量，過量施用化肥，與前人研究推薦的施肥量相比，華北、西北和西南桃產區桃園節肥潛力為N 34.9×104t、P2O527.1×104t和K2O 4.37×104t［6］，而 過 量 施 肥 在桃果產量與品質方面并沒有明顯的改善作用［7-8］，反而會降低桃產量、品質和經濟效益［9］，同時也會降低肥料利用率，造成資源浪費、環境污染加劇等問題［10］。因此，明確施肥對桃產量與品質的綜合效應及其影響因素，對優化桃樹養分管理、提高肥料利用率和保護生態環境具有重要意義。

在我國不同區域，前人已經開展了大量關于施肥對桃產量與品質影響的獨立試驗，也給出了合理的肥料用量。陳開富等［11］通過“3414”試驗，確定了貴陽市艷紅桃的最佳施肥量為N 230 kg/hm2、P2O574 kg/hm2、K2O 236 kg/hm2，氮、磷、鉀肥平均增產率分別為4.7%、1.12%、3.55%。在四川省德陽市的桃樹施肥試驗表明，氮、磷、鉀肥投入量為N 336 kg/hm2、P2O5168 kg/hm2、K2O 504 kg/hm2時，對桃果產量與品質增長的效應最好［12］。在北京平谷區的桃樹優化施肥試驗表明，N 150～300 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2和K2O 400 kg/hm2是當地適宜的施肥量［13］，節省氮肥51.6%、磷肥24.4%和鉀肥12.3%［14］，對桃果品質有顯著的正效應，還提高了經濟效益。在河北省深州市桃園氮、磷、鉀肥 投 入 量 為N 372 kg/hm2、P2O5163 kg/hm2、K2O 318 kg/hm2時，桃樹增產44%［15］。還有研究結果顯示，施肥較不施肥的桃產量與品質提高不顯著，甚至降低［6］。但施肥試驗結果均依賴于各研究區域特定的環境、土壤屬性等條件，難以從全國尺度上準確回答施肥對桃樹產量與品質的影響及其關鍵影響因素。為了將多個同類獨立試驗研究結果進行系統定量整合，采用文獻整合分析方法對不同措施的效果及其影響因素作出評價［16］。目前國內還沒有報道關于桃樹施肥的整合分析。因此，通過整合中國知網已發表文獻中的相關研究結果，分析施肥對桃產量與品質的綜合效應，并定量分析土壤理化性質、施肥量、施肥措施、時間、樹齡以及桃果成熟期等因素下施肥對桃產量的影響，探討桃樹增產提質的施肥條件，為桃樹科學合理施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 數據來源

數據來源于中國知網數據庫，以“桃”和“產量”為主要關鍵詞，檢索田間試驗的相關文獻。基于以下標準對文獻中試驗數據進行篩選：（1）試驗區域位于中國；（2）同一研究中必須包含大量元素（氮或磷或鉀）施肥處理和不施任何肥料處理；（3）文中須列出不同處理的產量和品質均值及標準差，或者列出不同處理每個重復的產量和品質數據（重復數至少3次）；（4）試驗研究的時間、桃樹樹齡、桃果成熟期、施肥量、施肥措施、土壤理化性質及其他研究背景方法等信息要清晰。基于以上標準，篩選出15篇文獻，如果文獻中包含多年、多點或多品種的數據，則將每一年、每個地點和每個品種所包含的各項產量品質數據均作為一組數據，共收集143組數據，從中獲得桃果單果重、產量、維生素C、硬度、可滴定酸、可溶性固形物和糖酸比指標的數據分別為140、143、88、112、98、143和83組。匯總文獻數據的時間跨度為2002～2019年，地理跨度包含了我國9個省市及自治區。在數據搜集過程中，如果數據以柱狀圖和折線圖的形式展示，則采用圖形數字化軟件GetData Graph Digitizer 進行數字化轉換后再提取。

1.2 數據分類

為了明確在不同條件下施肥對桃果產量的效應，從氮磷鉀肥施用量、施肥措施、土壤理化性質、時間、樹齡和桃果成熟期等方面進行亞組分析。氮肥（N）施用量（kg/hm2）劃分為＜100、100～200、200～400、≥400；磷肥（P2O5）施用量（kg/hm2）劃分為＜20、20～100、100～200、≥200；鉀肥（K2O）施 用 量（kg/hm2）劃 分 為＜50、50～250、250～500、≥500；施肥措施劃分為單施化肥和有機無機配施；土壤pH劃分為＜6.5、6.5～7.5、≥7.5；土壤有機質（g/kg）劃分為＜10、10～20、≥20；土壤速效鉀（mg/kg）劃分為＜120、120～200、≥200；土壤有效磷（mg/kg）劃分為＜20、20～40、≥40；土壤堿解氮（mg/kg）劃分為＜60、60～120、≥120；試驗年份劃分為2002～2006、2006～2010、2010～2014、2014～2018；樹齡（年）劃分為≤5、6～9、≥10；桃果成熟期劃分為早熟品種、中熟品種和晚熟品種。

1.3 數據處理及分析

1.3.1 標準差計算

在Meta分析中，各研究的標準偏差是一個重要參數，它主要用于計算各研究的權重。按照文獻提供的信息，若原文獻提供標準偏差時，直接提取文獻中的數據；若原文獻沒有提供標準偏差但列出多個重復試驗的數據時，根據常用方法計算標準偏差；若原文獻既沒有列出標準偏差也沒有試驗重復值，但包含了多年的試驗數據時，可將多年數據看作試驗重復，進行標準偏差計算［17］。

1.3.2 數據整合分析

利用Excel 2017分別建立桃產量和品質指標的數據庫，將提取的數據分別保存。通過卡方分布檢驗，明確試驗各處理之間及各試驗結果是否存在異質性（處理間或不同研究結果間的變異是否由隨機誤差引起）。若納入的各研究結果無異質性（P＞0.05），則采用固定效應模型（FEM）進行分析，相反，則采用隨機效應模型（REM）［18］。通過卡方分布可知本研究數據檢驗符合REM（P＜0.05），且文獻中數據來源于全國不同地區，有著不同的田間管理模式、桃樹品種、土壤理化性質和生態氣候條件等，各研究之間存在很大的變異，因此利用平衡權重的REM計算效應值，選擇反應比作為效應量，反應比計算公式：

式中，X1為氮、磷或鉀肥施肥處理桃產量與各品質的均值，X2為不施任何肥料處理的桃產量與各品質的均值。采用自然對數反應比［ln（R）］衡量施肥對桃產量與品質的影響程度，其計算公式為：

采用Metawin 2.1對每一組數據效應值進行計算權重加權平均值后得到其95%置信區間，如果效應值的95%置信區間均大于0，說明施肥對桃果產量與品質有顯著的正效應；若置信區間均小于0，則說明施肥對桃果產量與品質具有顯著的負效應；若置信區間包含0，則說明施肥對桃果產量與品質無顯著影響。

為了便于對分析結果進行解釋，將R轉化為增長幅度E（E為負值時表示負增長），其計算公式為：

1.3.3 數據處理

采用Excel 2017進行記錄和整理數據，采用SPSS 22.0和Metawin 2.1進行計算和統計分析，采用Origin 2018進行繪圖，用Duncan法檢驗不同處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 施肥對桃產量與品質的綜合效應

由圖1可知，與不施肥相比，施肥對桃樹單果重和產量均表現為顯著的正效應。其中單果重ln（R）為0.1251（0.0998～0.1509），增長幅度為13.33% （10.49%～16.29%），產量ln （R）為0.2089（0.1747～0.245），增 長 幅 度 為23.23%（19.09%～27.76%）。在桃果品質方面，與不施肥相比，施肥對桃果品質各指標均達到顯著水平。其中可溶性固形物ln（R）為0.0494（0.0313～0.0672），增長幅度為5.06%（3.18%～6.95%）。可滴定酸ln（R）為-0.0928（-0.1323～-0.0537），增長幅度為-9.11%（-12.39%～-5.23%）。硬度ln（R）為0.0405（0.0134～0.0671），增長幅度為4.13%（1.35%～6.94%）。糖酸比ln（R）為0.1982 （0.1468～0.2502），增長幅度為21.92%（15.81%～28.43%）。維生素C ln（R）為0.0740（0.0064～0.1364），增長幅度為7.68%（0.64%～14.61%）。

圖1 施肥對桃產量與品質的綜合效應

2.2 施肥水平與施肥措施對桃樹產量效應的分析

由圖2a可知，與不施肥相比，不同施氮量對桃樹增產效應均達到顯著的正效應。當施氮量為100～200 kg/hm2時，桃樹增產效應較高，增產幅度為37.66%，施氮量＞200和＜100 kg/hm2的增產幅度分別為22.59%～27.65%和18.96%，但不同施氮量對桃樹增產效應差異不顯著（P＞0.05）。對于磷肥而言（圖2b），不同施磷量對桃樹增產效應均達到顯著水平，但增產效應差異不顯著（P＞0.05）。當施磷量為20～100 kg/hm2時，桃樹表現出較高的增產效應，增產幅度為30.04%。其次是施磷量＞100 kg/hm2，增產幅度為20.61%～22.65%，而表現出最低增產效應的是施磷量＜20 kg/hm2，增產幅度為17.18%。對于鉀肥而言（圖2c），不同施鉀量對桃樹產量均達到顯著的正效應，但增產效應差異也不顯著（P＞0.05）。隨著施鉀量的增加，桃樹的增產效應呈先增加后減少的趨勢，當施鉀量為250～500 kg/hm2時，桃樹增產效應較高，增產幅度為28.70%，施鉀量＜250和＞500 kg/hm2的增產幅度分別為9.77%～22.64%和15.96%。

以施肥措施為解釋變量共收集143組數據，以不施肥為對照，分析單施化肥與有機無機肥配施對桃產量的影響。由圖2d可知，與不施肥相比，單施化肥與有機無機肥配施對桃樹產量均表現為顯著的正效應，桃樹增產幅度分別為20.06%和35.43%，其中有機無機肥配施較單施化肥產量提高了15.37%，但無顯著差異。

2.3 土壤理化性質對桃產量效應的分析

土壤理化性質是影響作物產量與品質的重要因素。以土壤pH、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀為解釋變量分別收集94、116、84、122和122組數據，并劃分為不同水平。計算結果表明（圖3），與不施肥相比，施肥處理的桃樹產量在不同土壤pH條件下均達到顯著的正效應，但增產效應差異不顯著，其中當pH處于6.5～7.5時，施肥的增產幅度較高（26.64%）。隨著土壤有機質含量的變大，施肥對桃樹的增產幅度逐漸增大，但增產效應差異不顯著，當土壤有機質含量＞20 g/kg時，桃樹增產效應較高（50.86%）。隨著土壤堿解氮與土壤有效磷含量的變小，施肥對桃樹的增產幅度反而均在逐漸增大。當堿解氮含量＜60 mg/kg和有效磷含量＜20 mg/kg時，施肥的增產效應均表現為較高，增產幅度分別為22.67%和29.98%。隨著土壤速效鉀含量的升高，施肥對桃產量效應呈先增加后減少的趨勢，但不同土壤速效鉀含量下施肥對桃樹增產效應差異不顯著，當土壤速效鉀含量為120～200 mg/kg時，施肥的增產效應較高，增產幅度為28.63%。

圖2 施肥水平與施肥措施對桃樹產量效應的分析

圖3 土壤理化性質對桃產量效應的分析

2.4 時間、樹齡和桃果成熟期對桃產量效應的分析

以時間、樹齡和桃果成熟期為解釋變量，分別收集143、128和143組數據。由圖4a可知，與不施肥相比，不同年份間施肥對桃產量均表現為顯著的正效應，但增產效應差異不顯著，其中2002～2006年間施肥對桃樹增產效應較高，增產幅度為53.93%。從圖4b來看，隨著時間的推移，施肥處理的桃產量呈增長的趨勢，且不同年份間施肥對桃產量的影響存在顯著性差異（P＜0.05），其中2014～2018年施肥處理的桃產量較高。與不施肥相比，施肥對不同樹齡桃樹的增產效應均達到顯著水平，但增產效應差異不顯著，其中施肥對6～9年桃樹增產效應較高，增產幅度為26.16%。從桃果成熟期來看，與不施肥相比，施肥對早中晚熟桃產量均表現為顯著的正效應，但增產效應差異不顯著，其中施肥對中熟品種桃果增產幅度較高（26.72%）。

圖4 時間、樹齡和成熟期對桃產量效應的分析及產量隨時間的變化

2.5 桃果產量效應與品質效應的關系

圖5 桃果產量效應與品質效應的關系

通過對桃果產量效應與各個品質指標效應進行回歸分析與方差分析，用多項式擬合兩者之間的關系（圖5）。結果顯示，隨著桃果增產幅度的提高，可溶性固形物增長幅度呈先增加后減少的趨勢，兩者之間關系達到極顯著水平（P＜0.001），當增產幅度為39.2%時，可溶性固形物增長幅度達到最大（6.15%）。同樣，隨著桃果增產幅度的提高，糖酸比增長幅度呈先增加后減少的趨勢，兩者之間關系達到顯著水平（P＜0.05）；當增產幅度為62.15%時，糖酸比增長幅度達到最大（32.59%）。當桃果增產幅度增加時，維生素C增長幅度也隨之增加，但兩者之間沒有存在顯著關系（P＞0.05）。當桃果增產幅度增加時，可滴定酸增長幅度也在增加，且兩者呈極顯著相關的關系（P＜0.001）。

3 討論

施肥是維持作物高產穩產、保障世界糧食安全的重要途徑之一［19-20］。本研究表明，與不施肥相比，施肥顯著提高了桃果產量、單果重、可溶性固形物、硬度、維生素C和糖酸比，顯著降低了可滴定酸含量，與前人［12，21］研究施肥顯著提高桃果產量與品質的結論相似。果樹在生長過程中需要吸收大量的營養物質，施肥不僅供給果樹吸收營養，還能補充因果樹吸收而帶走或隨水分流失的養分［22］。而不施肥處理土壤養分被消耗且供應不足而導致桃樹產量顯著低于施肥處理，也間接反映施肥的重要性。

有研究表明，通過合理的養分管理，不僅能消除由于營養過剩帶來的負面環境效應，同時可實現近30%的增產潛力［23］。桃樹正常生長對鉀肥需求量最大，氮肥需求僅次于鉀肥，對磷肥需求量較少，投入適量的氮、磷、鉀肥可提高桃樹坐果率，增加果實產量，提高果實品質［24-27］，過量施用氮、磷、鉀肥，反而降低桃樹增產效應。當氮、磷、鉀肥施用量為N 100～200 kg/hm2、P2O520～100 kg/hm2、K2O 250～500 kg/hm2時，桃樹增產效應較高，這與國內外推薦氮、磷、鉀肥施用量以及我國各地桃樹施肥試驗結果基本一致［28-32］。增施有機肥是果園優質豐產的重要措施［33］。與不施肥相比，有機無機肥配施比單施化肥對桃果的增產效應較高；與前人試驗研究結果相似［34-36］，原因可能是單施化肥易造成養分淋洗損失，桃樹根系不能及時吸收土壤中的養分，而有機肥含有多種養分以及有益微生物，與化肥配施后使土壤中養分趨于平衡，滿足桃樹生長所需，也提高了肥料的利用率［37］。此外，有機肥比化肥進一步改善了土壤孔隙度、有機質和各種養分等土壤理化性質，有利于桃樹的生長發育，從而提高了果實的產量與品質。

土壤是我們當前培肥管理的主要對象。當土壤pH在6.5～7.5之間時，施肥對桃果產量效應表現較好，可能是土壤pH是影響土壤硝化作用和調節自然環境中物質間化學轉化過程的關鍵因素之一［38］，高土壤pH下施肥會造成土壤中氨揮發和硝化作用顯著增加，大量氮素以氨的形式揮發，造成氮損失［39］，影響果樹的養分吸收，從而對果樹產量造成影響。土壤有機質含量是表征土壤肥力的重要參數之一［40］，且與作物產量呈正相關關系［41］。一般優質果園要求有機質大于30 g/kg［8］。當土壤有機質低于10 g/kg時，施肥對桃果產量效應表現較低，原因可能是土壤有機質含量較低時，會降低土壤養分的有效性，造成養分補給不充分［42］，而土壤有機質含量較高時，有利于桃樹吸收與容納土壤中各種養分物質，提高養分利用率。當土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量較高時，施肥對桃果增產效應較低，可能是高肥力土壤供給桃樹較多的速效養分，桃樹本身的產量較高，施肥進一步提高桃樹產量的空間較小，且超過桃樹對養分需求量時，弱化了施肥對桃樹的增產效應，也會降低肥料的當季利用率［43］。

與不施肥相比，施肥處理的桃果增產幅度在逐年下降，可能是隨著時間的推移，農戶為了追求產量與經濟效益最大化，長期大量施肥，導致土壤綜合肥力普遍提高，從而降低施肥的增產幅度。但施肥處理的桃果產量在逐年增加，且不同年份間施肥處理的桃果產量存在顯著差異（P＜0.05），可能是我國桃樹研究重點轉向為養分管理對果實品質的影響和提高養分利用率等方面［44］，對桃樹施肥技術研究的不斷深入和優化以及各種新型高效肥料（緩控釋肥、生物菌肥等）的廣泛應用，還可能與土壤質量不斷改善和土壤肥力普遍提高有關。施肥對不同樹齡和不同成熟期桃樹的增產效應均達到顯著水平，即樹齡大小和成熟期不影響施肥對桃樹的增產效應。

4 結論

本研究通過桃樹施肥相關文獻的整合分析，揭示了施肥可顯著提高桃果產量與品質。與不施肥相比，施肥顯著提高桃果產量（23.23%）、單果重（13.33%）、可溶性固形物含量（5.06%）、硬度（4.13%）、糖酸比（21.92%）和維生素C含量（7.68%），顯著降低了桃果可滴定酸含量（-8.86%）。

與不施肥相比，合理的施肥量與施肥措施可顯著提高桃樹產量，但氮、磷、鉀肥不同施肥水平之間增產幅度差異不顯著（P＞0.05）。有機無機肥配施比單施化肥的增產幅度提高了15.37%。

施肥對桃樹增產效應的影響，與時間、樹齡、桃果成熟期、土壤理化性質等密切相關。建議在指導農民施肥時應結合上述指標進行合理推薦，尋找科學的適合小農戶種植管理模式的推薦施肥方法。此外，在保證桃樹產量的同時，應結合施肥對桃果品質效應進行合理推薦施肥，進而探索協調桃果優質高產、桃園養分合理投入及桃園可持續生產的技術途徑。