三峽庫區(qū)土壤含水量對(duì)柑橘園果實(shí)品質(zhì)的影響

朱士江， 李虎， 徐文， 馮雅婷

（1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002）

柑橘是世界上種植面積和年產(chǎn)量第一的水果，截至2019年，全球柑橘栽培面積約976萬hm2，產(chǎn)量達(dá)1.93億t[1-2]。中國柑橘生產(chǎn)已有4 000多年的歷史，且資源豐富，品種齊全，面積和產(chǎn)量均居世界第一[3]。隨著國際市場(chǎng)需求的增加，我國對(duì)柑橘的需求量逐年增加[2,4]。2019年種植面積及產(chǎn)量分別為262萬hm2、4 584萬t，較2018年分別凈增長(zhǎng)13萬hm2和767萬t[3]。

土壤含水量是制約柑橘生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)的重要因素[5-7]。水分調(diào)節(jié)是目前公認(rèn)提高果實(shí)品質(zhì)的安全措施之一[8]。研究表明，適度的水分脅迫在抑制植物生長(zhǎng)（包括枝梢、株高、葉片等）的同時(shí)能夠提高果實(shí)生長(zhǎng)速率[9-10]。Panigrahi等[11]研究表明，當(dāng)灌水量為充分灌溉的1/2時(shí)，‘金諾橘’的產(chǎn)量較充分灌溉提高30%。張效星等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在柑橘果實(shí)膨大期和轉(zhuǎn)色增糖期輕度水分虧缺不會(huì)降低柑橘產(chǎn)量。周靜等[13]研究表明，土壤水分為田間持水量的75%時(shí)有利于提高柑橘果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)。由此表明，土壤水分虧缺對(duì)柑橘果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量和水分利用效率具有顯著影響，明確不同生育期土壤水分與品質(zhì)的關(guān)系對(duì)精確管理土壤水分、制定灌溉方案具有重要意義。

目前，果樹虧缺灌溉主要通過調(diào)控灌溉水量，定量研究其對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響，但灌溉水除進(jìn)入作物根系吸水層外，部分水量還通過滲漏和蒸發(fā)損失，導(dǎo)致二者關(guān)系產(chǎn)生偏差。因此，為探究不同土壤含水量對(duì)柑橘品質(zhì)的影響，本研究以三峽庫區(qū)柑橘園為試驗(yàn)對(duì)象，采用直接測(cè)定根系層土壤水分的方法，避免由滲漏和蒸發(fā)造成的影響，提高分析土壤不同程度水分虧缺與果實(shí)品質(zhì)關(guān)系的精度，以期在保證果實(shí)品質(zhì)的前提下，為實(shí)現(xiàn)三峽庫區(qū)柑橘優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)水分管理提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2020年在湖北省宜昌市倉屋榜柑橘試驗(yàn)站進(jìn)行，該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，四季分明，水熱同期。年平均降水量1 016 mm，年平均氣溫16.9 ℃，全年無霜期250～300 d。土壤有機(jī)質(zhì)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，飽和質(zhì)量含水量33.32%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以10年生‘宜昌蜜桔’果樹為研究對(duì)象，其株行距為2.5 m×3.0 m，長(zhǎng)勢(shì)中庸。試驗(yàn)區(qū)采用常規(guī)管理的方法，灌溉方式為地面滴灌。柑橘全生育期191 d，包括萌芽開花期（3月15日—4月30日）、幼果期（5月1日—5月28日）、果實(shí)膨大期（5月29日—8月20日）、轉(zhuǎn)色增糖期（8月21日—10月25日）、休眠期（11月—翌年2月）。采用單因素完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，參照以往該試驗(yàn)區(qū)的研究數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)資料[14]，結(jié)合當(dāng)?shù)馗探鄣墓喔冉?jīng)驗(yàn)和耗水量，設(shè)置3組不同土壤含水率處理，分別為正常灌溉（T1）、輕度虧缺灌溉（T2）和中度虧缺灌溉（T3），每處理20次重復(fù)，具體各生育期的土壤含水率詳見表1。

表1 不同處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 監(jiān)測(cè)指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤含水量 采用烘干法[15]測(cè)定土壤含水率。選取60株生長(zhǎng)均勻的健康柑橘樹進(jìn)行監(jiān)測(cè)。全生育期每隔7 d測(cè)定1次，降雨和灌溉前后加測(cè)，以田間土壤墑情自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置為輔助，傳感器設(shè)于20、40、60 cm土層位置。首先，分別于萌芽開花期和幼果期測(cè)定土壤含水率，對(duì)土壤墑情裝置監(jiān)測(cè)值進(jìn)行率定，構(gòu)造墑情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反演含水率的模型；然后，根據(jù)模型預(yù)測(cè)果實(shí)膨大期、轉(zhuǎn)色增糖期的土壤含水率；最后，根據(jù)實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差修正模型，并計(jì)算出全生育期逐日土壤含水率。

1.3.2 果實(shí)品質(zhì) 選擇各生育期內(nèi)95%以上滿足對(duì)應(yīng)分組土壤含水率指標(biāo)的柑橘樹進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)測(cè)定。依據(jù)柑橘成熟時(shí)間（10月底—11月中旬）進(jìn)行果實(shí)采摘，共計(jì)30顆樣點(diǎn)果樹，每顆樣點(diǎn)樹果實(shí)分上、中、下3層采集，每層5顆。使用高效液相色譜法[16]測(cè)定總糖含量，采用NaOH滴定法[17]測(cè)定可滴定酸含量，使用手持折光儀測(cè)定可溶固形物含量，通過2,6-二氯酚靛酚法[18]測(cè)定Vc含量，以果實(shí)縱徑與橫徑的比作為果形指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)

利用Excel 2010和SPSS 22.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異顯著性分析和主成分分析。運(yùn)用隸屬函數(shù)分析法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，首先，在封閉區(qū)間(0,1)內(nèi)給出各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的值，稱為“單因素隸屬度”，并對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行單獨(dú)評(píng)價(jià)；然后對(duì)各個(gè)因素的隸屬度進(jìn)行加權(quán)算術(shù)平均，計(jì)算綜合隸屬度，得到綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值。綜合指標(biāo)值越接近0評(píng)價(jià)越差，越接近1評(píng)價(jià)越好。將不同含水率處理的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值進(jìn)行排序，計(jì)算公式如下[19]。

式中，xi為第i指標(biāo)的測(cè)定值，ximin為第i指標(biāo)所有參試數(shù)據(jù)的最小值，ximax為第i指標(biāo)所有參試數(shù)據(jù)的最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水率模型

柑橘根系主要吸水層在10—30 cm，對(duì)往年實(shí)地監(jiān)測(cè)20、40、60 cm以及全根系活動(dòng)層的土壤含水率進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明20—40 cm土層的土壤含水率與全根系活動(dòng)層的相關(guān)性最高，達(dá)0.98以上，因此選取20—40 cm深度柑橘土壤含水率構(gòu)建模型[20]。根據(jù)試驗(yàn)田中60顆柑橘樹土壤含水率實(shí)測(cè)值，結(jié)合自動(dòng)監(jiān)測(cè)的逐日土壤含水率（土壤墑情）數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，構(gòu)建反演模型，結(jié)果（圖1）表明，T1、T2和T3處理在關(guān)鍵生育期土壤含水率的擬合方程如下。

圖1 不同處理下的實(shí)測(cè)及擬合土壤含水率Fig.1 Measured and fitted soil moisture content under different treatments

式中，S1、S2、S3分別為T1、T2、T3處理的擬合含水率，S墑為自動(dòng)監(jiān)測(cè)的土壤含水率。

3種含水率模型R2均大于0.7，其中T3處理擬合方程的R2最高，為0.76。

2.2 不同土壤含水量對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

對(duì)不同土壤含水率處理的柑橘果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果（表2）表明，土壤含水率對(duì)果型指數(shù)和總糖含量影響顯著，但對(duì)果肉重、可食率及可溶固形物、可滴定酸和Vc含量無顯著影響。T1處理的全果質(zhì)量和果肉質(zhì)量均最高，分別為868.03和680.59 g，較T2、T3處理分別顯著增加44.07%、69.09%和43.7%、67.9%。T3處理果實(shí)的可食用率和果汁率最高，但與T1和T2處理差異不顯著。T3處理的果形指數(shù)最高，顯著高于T1處理，與T2處理差異不顯著。T2處理可溶固形物含量最高，顯著高于T1處理，與T3處理差異不顯著。T3處理總糖含量最高，較T1、T2處理顯著增加21.1%、8.9%。T2處理的可滴定酸和Vc含量均最高；T1處理次之；T3處理最低，顯著低于其他處理。

表2 不同處理下柑橘的品質(zhì)Table 2 Citrus quality in different treatments

2.3 果實(shí)品質(zhì)的相關(guān)性分析

關(guān)于柑橘果實(shí)品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)有10種以上，包括單果重、果形指數(shù)、果肉硬度、可溶性固形物、可滴定酸、pH、維生素C、類胡蘿卜素、固酸比等[21-22]，本研究選取10種品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)與土壤含水率進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表3）表明，幼果期土壤含水率與果形指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.999；果實(shí)膨大期土壤含水率和總糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.998；轉(zhuǎn)色增糖期土壤含水率與果形指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與總糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)。由此表明，幼果期和轉(zhuǎn)色增糖期的土壤含水率越高，果型指數(shù)越高；果實(shí)膨大期和轉(zhuǎn)色增糖期土壤含水率越低果實(shí)含糖量越高。

表3 柑橘品質(zhì)相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of citrus quality

2.4 柑橘品質(zhì)指標(biāo)隸屬函數(shù)分析

水果的品質(zhì)指標(biāo)不僅是口感、果形等主觀“模糊”指標(biāo)，還包括糖、酸、維生素含量等客觀“定量”指標(biāo)。但單個(gè)品質(zhì)指標(biāo)很難準(zhǔn)確反映果實(shí)的綜合品質(zhì)。如何客觀、真實(shí)地評(píng)價(jià)水果的品質(zhì)，是研究水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系要解決的首要問題。因此，采用隸屬函數(shù)法對(duì)不同水分處理下的柑橘品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。對(duì)3種不同土壤含水率處理柑橘的果汁質(zhì)量、可食率、果汁率及可溶固形物、總糖、可滴定酸、Vc含量等風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行綜合分析，結(jié)果（表4）表明，各處理柑橘風(fēng)味指標(biāo)綜合排序表現(xiàn)為T2＞T1＞T3，其中果汁質(zhì)量隨土壤含水率的降低而下降；可食率、果汁率和總糖隨土壤含水率的降低而上升；可溶固形物、可滴定酸以及Vc含量的評(píng)分與綜合評(píng)價(jià)排序一致。由此表明，一定范圍內(nèi)的水分虧缺對(duì)柑橘果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)有所提升，但過度缺水（土壤含水率在20%以下）會(huì)降低柑橘果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)。對(duì)3種不同土壤含水率處理柑橘的全果質(zhì)量、果肉質(zhì)量、果型指數(shù)等外觀品質(zhì)進(jìn)行綜合分析，結(jié)果（表5）表明，不同處理柑橘果實(shí)的外觀品質(zhì)表現(xiàn)為T1＞T2＞T3，其中，全果質(zhì)量、果肉質(zhì)量和果形指數(shù)均隨土壤含水率的降低而降低。即外觀品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)值與土壤含水率變化趨勢(shì)一致，隨著土壤含水率的降低，柑橘果實(shí)的外觀綜合品質(zhì)也隨之降低。

表4 不同土壤含水量對(duì)果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)綜合分析Table 4 Comprehensive analysis of membership function of flavor quality indexes with different soil moisture content

表5 不同土壤含水量對(duì)果實(shí)外觀品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)綜合分析Table 5 Comprehensive analysis of membership function of different soil moisture content appearance quality indicators

3 討論

本研究在柑橘幼果期、果實(shí)膨大期和轉(zhuǎn)色增糖期設(shè)置了3個(gè)不同土壤含水率處理，分析了不同處理下各品質(zhì)指標(biāo)與土壤含水率的關(guān)系，并通過隸屬函數(shù)法對(duì)柑橘果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)和外觀品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，3種處理下柑橘幼果期的土壤含水率與果形指數(shù)呈極顯著正相關(guān)；果實(shí)膨大期額土壤含水率和總糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)；轉(zhuǎn)色增糖期的土壤含水率與果形指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與總糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)。隨著土壤含水率的降低，柑橘全果質(zhì)量、果肉質(zhì)量和果汁質(zhì)量均呈下降趨勢(shì)，總糖含量呈上升趨勢(shì)，可溶固形物含量為先上升后下降趨勢(shì)。由此可見，在柑橘幼果期、果實(shí)膨大期和增糖期，土壤含水率控制在20%～23%果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)最優(yōu)；含水率為23%～26%時(shí)果實(shí)外觀品質(zhì)最優(yōu)；含水率為17%～20%時(shí)果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)和外觀品質(zhì)均較差。

關(guān)鍵生育期的土壤含水量直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)[23-24]，土壤水分含量過高或過低均會(huì)影響柑橘品質(zhì)，果實(shí)的可溶性固形物含量是影響風(fēng)味品質(zhì)的關(guān)鍵因素[25]。本研究表明，隨著土壤含水率的降低柑橘果實(shí)可溶固形物含量先增后減，表明不同含水率與可溶固形物呈非線性相關(guān)，二者間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。劉素強(qiáng)[26]研究表明，不同水分虧缺灌溉處理對(duì)果實(shí)可溶性固形物含量無顯著影響，與本研究結(jié)果存在差異。這可能是研究材料不一致，且其不同處理的水分差異較小，導(dǎo)致不同處理間可溶性固形物含量差異不顯著。

柑橘關(guān)鍵生育期內(nèi)土壤含水率不同會(huì)導(dǎo)致果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)和外形品質(zhì)發(fā)生變化，增加土壤含水率可以提高柑橘外觀品質(zhì)，風(fēng)味品質(zhì)則呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)[27]。本研究表明，土壤含水量為20%～23%時(shí)果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)最優(yōu)；土壤含水率低于20%時(shí)外觀品質(zhì)和風(fēng)味品質(zhì)均較差。張效星等[12]研究表明重度缺水條件下柑橘產(chǎn)量大幅下降。綜上所述，三峽庫區(qū)柑橘種植的適宜土壤含水率為20%，土壤含水率過低會(huì)降低柑橘產(chǎn)量及品質(zhì)。