水肥耦合對核桃光合特性及產量和品質的效應

doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.05.013

摘" 要：【目的】分析水肥耦合對11年生溫185核桃光合特性、產量和品質的差異，分析核桃適宜水肥調控閾值，研究提高核桃光合特性、產量及品質的適宜水肥組合，為新疆阿克蘇地區溫宿縣核桃水肥管理提供一定的理論依據。

【方法】以溫185核桃為材料，設置不同梯度的水肥耦合模式，研究水肥耦合對核桃光合特性、產量和果實品質的效應。

【結果】同等肥力條件下，隨著灌溉量增加，核桃葉片Pn值、產量和果實品質指標均呈逐漸上升的趨勢，并且各指標之間差異性顯著（P＜0.05）。同等灌溉量下，低水時，隨著施肥量的增加，核桃葉片Pn值及產量，果實的品質均呈先上升后下降的趨勢；中水及高水時，隨著施肥量的增加，核桃葉片Pn值及產量，果實品質總體呈上升趨勢，但各指標之間差異性不顯著（P＞0.05）。各水肥耦合處理下，核桃葉片Pn值及產量，果實品質指標均高于對照處理。

【結論】新疆阿克蘇地區溫宿縣沙壤土適宜澆水量為3.92 m3/株，施肥量為5.50 kg/株。不同水肥組合對溫185核桃光合作用、產量和果實品質具有顯著影響，水肥耦合處理均可以提高溫185核桃的光合特性、產量與品質。

關鍵詞：核桃；水肥耦合；多元二次回歸方程

中圖分類號：S664.1""" 文獻標志碼：A""" 文章編號：1001-4330（2024）05-1151-09

收稿日期（Received）：

2023-09-19

基金項目：

新疆維吾爾自治區重大科技專項（2021A02002-2）；新疆維吾爾自治區自然科學基金項目（2022D01A180）；2021年新疆維吾爾自治區天山英才計劃（第三期）

作者簡介：

周光輝（1996-），男，河南通許人，碩士研究生，研究方向為森林培育，（E-mail）2392704217@qq.com

通訊作者：

陳虹（1981-），女，四川南充人，教授，博士，研究方向為果樹栽培與生理，（E-mail）ch333999@126.com

0" 引 言

【研究意義】水和肥料是果樹生長發育的兩個重要因素，二者耦合關系對果樹生長發育既相互制約又相互促進，水肥的合理利用是作物生長、產量與品質和水肥利用效率提高的關鍵因素［1-2］。核桃屬于喜光樹種，光合作用是樹體生長發育的基礎，不同水肥耦合處理可影響核桃葉片光合特性。研究水肥耦合對核桃光合特性及產量和品質的影響，對實現核桃高產優質及高效栽培有實際意義。【前人研究進展】通過多元二次回歸構建了水肥耦合效應、枸杞產量光合效應方程，得出適宜灌水量為82.24 m3/667m2，最適宜施氮量為16.24 kg/667m2，最適宜施鉀量為32.71 kg/667m2［3］，此方法在玉米［4］、棉花［5］、辣椒［6］等作物上有運用，合理灌水量和施肥量，可提高作物產量和養分吸收效率［7-10］。科學合理的水肥管理有效地促進了植物的生長發育，并提高其產量與果實品質［11-12］。研究中多采用多元二次多項式反映水肥兩因子與果樹凈光合速率、產量、品質的關系，通過計算臨界值確定果樹適宜的水肥量參數［13］。【本研究切入點】新疆南疆盆地的核桃生產管理中，若水與肥料營養結構搭配不協調則影響產量和品質［14-15］，而且核桃水肥利用效率低［15］。需要研究水肥耦合對核桃光合特性及產量品質的效應。

【擬解決的關鍵問題】以溫185核桃為材料，研究不同梯度水肥耦合與核桃凈光合特性、產量、品質的關系，建立多元二次方程，分析新疆阿克蘇地區溫宿縣沙壤土條件下適宜水肥耦合參數，為核桃高產優質高效栽培提供理論依據與技術支持。

1" 材料與方法

1.1" 材 料

試驗在新疆佳木果樹學國家長期科研基地（80°31′58″ E，41°15′22″ N，阿克蘇地區溫宿縣）進行，年降水稀少，晝夜溫差大。試驗區面積0.27 hm2，年均溫度10.10℃，年降雨量65.40 mm，年均無霜期185 d，土壤類型為沙壤土，0～60 cm土層土壤有機質9.212 g/kg、水解性氮18.541 mg/kg、全氮0.353 g/kg、有效磷18.56 mg/kg、速效鉀90.98 mg/kg，土壤田間持水量為22.03%，樹齡11 a，平均冠幅為4.74±1.4 （m），平均樹高為5.25±1.2 （m），平均株產量為9.25 kg/株，株行距5 m×6 m，南北行向。供試核桃品種為溫185。

1.2" 方 法

1.2.1" 試驗設計

選擇二因素三水平隨機區組設計［12-13］，9個處理，每個處理9次重復，共81棵樹；以無水無肥為對照，設置3次重復。選擇長勢一致的溫185核桃進行水肥耦合處理。施肥量設定3個梯度：高肥（H）（6.92 kg/株）、中肥（M）（5.75 kg/株）、低肥（L）（4.61 kg/株），供試肥料為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 46%）、硫酸鉀（含K2O 51%），其中肥料比例為3∶2∶1，于萌芽期及果實速生期分2次施入。生育期內灌水定額分別為5 280、3 690、2 640 m3/hm2，分別于坐果期、果實膨大期、果實硬核期、油脂轉化期灌溉4次，折合每次每株灌水量約為高水（H）4 m3/株、中水（M）3 m3/株、低水（L）2 m3/株。表1

1.2.2" 測定指標

1.2.2.1" 光合參數

采用Li-6800便攜式光合儀測定葉片凈光合速率值［Pn，μmol/（m2s）］，于溫185核桃成熟期8月中旬測定光合參數，測定時選擇12：00～14：00晴朗無云的天氣選取頂葉測定。

1.2.2.2" 單株產量

核桃果實成熟后，統計各株果實數量，并進行采收（單株隨機采取20個果實），堆漚、剝皮和晾曬等。當晾曬中核桃重量無變化時，稱重，計算單株產量。

1.2.2.3" 品質

單果重（g）：果實成熟期每處理3組重復分別采摘果實30個，用電子天平（精度：1/1000）稱量果實重量，計算平均單果重。

出仁率（%）：果仁重/單果重×100%；

油脂（%）：采用索氏提取法測定［16-17］；

蛋白質（C，g/kg）：采用考馬斯亮藍法測定［18］。

1.3" 數據處理

試驗數據均以Microsoft Excel 2007軟件處理，圖表采用Microsoft Excel 2007繪制。以SPSS 23.0統計分析，對各指標使用單因素方差分析法，通過多元二次方程構建溫185核桃水肥效應回歸方程，并對回歸方程進行檢驗［19-20］。通過線性數學規劃方法求解灌水量與施肥量參數［21］。

2" 結果與分析

2.1" 不同水肥耦合處理對核桃葉片Pn值及產量的影響

研究表明，隨著施入水肥量的增加，核桃葉片Pn值整體呈逐漸增大的趨勢。水、肥、水肥交互對核桃葉片Pn值均具有極顯著影響（P＜0.01）。同等肥力條件下，不同灌水量處理對葉片Pn值變化趨勢的影響一致，葉片Pn值表現為隨著灌水量的增加而增加，各處理間葉片Pn值存在顯著差異（P＜0.05），高水相較于低水分別增加23.69%、23.47%和35.74%。在同等灌水量條件下，低肥處理時，葉片Pn值隨著施肥量的增加，葉片Pn值呈先上升后下降的趨勢，中肥相較于高肥增加2.56%，中水及高水處理下，隨著施肥量增加而增加，高肥相較于低肥分別增加9.42%和9.22%。

隨著施入水肥量的增加，核桃產量整體呈逐漸增加的趨勢。水、肥、水肥交互對核桃產量均具有極顯著影響（P＜0.01）。同等肥力條件下，不同灌水量處理對核桃產量變化趨勢的影響一致，核桃產量表現為隨著灌水量的增加而增加，各處理間核桃產量存在顯著差異（P＜0.05），高水相較于低水分別增加4.91%、4.92%和9.51%。在同等灌水量條件下，低肥處理時，核桃產量隨著施肥量的增加，核桃產量呈先上升后下降的趨勢，中肥相較于高肥增加3.77%，中水及高水處理下，隨著施肥量增加而增加，高肥相較于低肥分別增加1.56%和1.97%。表2～4

2.2" 不同水肥耦合處理對果實品質的影響

研究表明，水、肥、水肥交互對核桃果實品質均達到極顯著影響（P＜0.01）。在同等肥力條件下，不同灌水量處理對單果重、出仁率、油脂變化趨勢的影響一致，均隨著灌水量的增加而增加，并存在顯著差異（P＜0.05）；高水相較于低水分別增加21.87%、5.51%、6.42%、22.31%、4.99%、6.52%、35.09%、6.76%和7.68%。在同等灌水量條件下，低肥處理時，隨著施肥量的增加，單果重、出仁率、油脂均呈先上升后下降的趨勢，中肥相較于高肥分別增加2.58%、1.14%、0.93%，中水及高水處理下，單果重、出仁率均隨著施肥量增加而增加，高肥相較于低肥分別增加0.85%、10.29%、0.61%和8.20%。在同等肥力條件下，蛋白質含量隨著灌溉量的增加呈現先上升后下降的趨勢，中水較低水處理分別增加5.11%、5.37%和12.11%，在同等灌水量條件下，隨著施肥量的增加而減少，低水、中水及高水條件下，低肥較高肥處理分別增加9.61%、3.17%和4.08%。表5，表6

2.3" 水肥耦合處理對溫185核桃產量品質水肥方程效應比較

研究表明，葉片Pn值（Pn）、果實單果重（W）、單株果實產量（G）、出仁率（Y）、油脂含量（E）、蛋白質（C）與水、肥及耦合效應多元二次方程分別為：

log10PnΛ=0.747+0.081W-0.013W2+0.028F-0.003F2+0.008WF.

log10WΛ=0.819+0.069W-0.011W2+0.024F-0.003F2+0.009WF.

log10GΛ=0.918+0.027W-0.005W2+0.054F-0.006F2+0.003WF.

log10YΛ=1.741+0.017W-0.002W2+0.013F-0.001F2+0.001WF.

log10EΛ=1.748+0.026W-0.003W2+0.008 7F-0.001F2+0.001WF.

log10CΛ=2.329+0.104W-0.010W2-0.032F+0.005F2-0.005WF.

核桃葉片Pn值（Pn）、果實單果重（W）、單株果實產量（G）、出仁率（Y）、油脂含量（E）、蛋白質（C）的R2分別0.991、0.992、0.991、0.995、0.995、0.929，擬合度較好；P值分別為0.200、0.186、0.184、0.200、0.200、0.200，均大于0.05。德賓-沃森檢驗獨立性，德賓-沃森DW檢驗結果分別為1.908、1.833、2.147、1.814、2.314、2.005，均在1.662～2.338，殘差之間相互獨立，殘差表現為方差齊性，該回歸方程可用，灌水量、施肥量與產量及果實品質之間存在顯著的回歸關系，且其各自的最大殘差絕對值均小于3σ。

沙壤土條件下，核桃葉片Pn值、單果重、單株產量、出仁率、油脂、可溶性蛋白質的常用對數均與水（W）、肥（F）、水的單乘（W×W）、肥的單乘（F×F）、水肥交互（W×F）之間的線性關系假設成立，并且其方程各自的最大殘差絕對值均小于其3σ，分別為0.012 0、0.017 7、0.023、0.005 2、0.005 8、0.017 0，不同水肥耦合試驗下核桃果實的單株產量、單果重、出仁率、蛋白質、油脂含量的常用對數無奇異值。

在土壤類型為沙壤土時，溫185核桃葉片Pn值（Pn）、果實單果重（W）、單株果實產量（G）、出仁率（Y）、油脂含量（E）、蛋白質（C）分別在灌水量小于2.47、3.14、2.70、4.25、4.33和5.25 m3/株，施肥量小于11.50、4.00、4.50、6.67、6.50、5.00和5.75 kg/株時，對溫185核桃的葉片Pn值（Pn）、果實單果重（W）、單株果實產量（G）、出仁率（Y）、油脂含量（E）、蛋白質（C）存在正效應，反之則存在負效應。水肥交互（W×F）對核桃單株果實產量（G）、核桃葉片Pn值（Pn）、果實單果重（W）、出仁率（Y）、油脂含量（E）均表現為正效應，對蛋白質（C）表現為負效應。

2.4" 灌水量與施肥量綜合決策目標函數的建立與求解

研究表明，以不同水肥耦合的單株產量回歸方程、果實品質回歸方程的最大單項期望值作為灌水量與施肥量的約束條件，進行規劃求解。

目標方程：Max：Z=8.094+0.328W-0.048W2+0.096F-0.009 5F2+0.005WF.

約束條件：2.47≤W≤5.25 m3/株;

4.00≤F≤11.50 kg/株;

W：3.92 m3/株，F：5.50 kg/株。

將單株產量效應回歸、單果重效應回歸、出仁率效應回歸方程、油脂效應回歸、可溶性蛋白效應回歸期望值達到的最大解與目標函數（綜合函數）達到最大的解分別帶入各個方程中，得出整體最優項核桃葉片Pn值、單株產量、單果重、出仁率、油脂含量、蛋白質分別為11.89 μmol/（m2·s）、13.28 kg、13.37 g、68.19%、68.75%、171.44 mg/g，各指標的估計值均在試驗允許范圍內，由目標函數和約束條件所求得的整體最優解是有效的。灌水量為W：3.92 m3/株時，施肥總量為F：5.50 kg/株時，為適宜水肥處理。

3" 討 論

3.1

多元二次模型其計量準確性和真實性非其他方法所能比擬，是當前國內外實現計量水肥的主要技術方法［22-24］。核桃葉片光合作用的強弱同時也可間接地反映核桃樹的生理狀態［25］。研究結果表明，核桃葉片的Pn值適宜灌水量為3.12 m3/株，施肥量小于6.67 kg/株時，對溫185核桃葉片的Pn值可達到最大值；當小于或者大于適宜灌水量、施肥量時溫185核桃葉片的Pn值均會下降，土壤含水量過低引起作物供水不足，且氣孔蒸騰旺盛，會降低氣孔導度和CO2同化率，或者導致氣孔關閉，從而影響光合作用和蒸騰作用［26-27］，同時灌水或施肥過多過少均引起葉綠體色素含量的降低，均不利于提高植物光合速率［28］，與前人在研究枸杞光合作用時得到的結論一致［29］。研究結果表明，水肥耦合處理均可以增加溫185核桃的單株產量，根據多元二次方程得出產量適宜灌水量為2.70 m3/株，施肥量小于4.50 kg/株，對溫185核桃的單株產量可達到最大值；當小于或者大于適宜灌水量、施肥量時溫185核桃單株產量均會下降，當施肥量過低時引起肥料供應不足，造成果樹減產，但施肥量過高時，則引起肥害同樣可造成減產［30］。當灌溉量過低時，土壤中的肥料得不到充足的釋放，造成植物水分及養分供應不足，從而造成減產［31］，在灌溉量過高狀況下，根系生長受抑，吸收活力下降、喪失，不可避免地導致樹體生理過程紊亂，樹體生產力降低，從而降低果樹產量［32］，與前人在研究紅棗產量時結論一致［12］。

3.2

單果重、出仁率均是衡量果實外在品質的重要指標之一，研究表明，水肥耦合處理可增加果實的單果重與出仁率［33-34］，研究結果表明，水肥耦合處理可以增加果實單果重，當灌水量為3.14 m3/株、施肥量為4.00 kg/株時為單果重的最優水肥參數，出仁率的適宜灌水量為4.25 m3/株，適宜肥量為6.50 kg/株，超過或低于該值則會對核桃單果重產生影響。前人在研究鴨梨［35］試驗中得到了相同的結論，與適宜的水肥條件下，植物根系通過對土壤中養分的吸收，增加了有機物的積累，進而使單果重增大，水與肥充分結合使植物根系吸收大量養分，使核仁更加飽滿，進而增加出仁率［36］。當灌水量及施肥量過低時，果實細胞的膨大未得到充足的水分與養分，從而降低單果重［37］及出仁率［38］，當灌水量或施肥量過高時，則顯著抑制土壤脲酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性，從而降低養分對果實的供應，進而造成果實品質下降［39］。

3.3

油脂和蛋白質是核桃仁中的主要營養成分，是評價核桃營養品質的重要指標［40］。研究結果表明，溫185核桃的油脂含量適宜灌水量為4.33 m3/株、施肥量為3.50 kg/株，當大于或者小于該灌水量與施肥量時，對溫185核桃的油脂含量造成影響，水肥交互作用對核桃油脂含量效應顯著（P＜0.05）。并且研究進一步證實，核桃的油脂含量隨著灌水量的增高而升高，其中無水無肥與低水低肥處理下的核桃油脂含量顯著低于中水低肥與高水低肥處理下的核桃油脂含量。核桃除含有營養價值極高的油脂外，還含有豐富的優質蛋白質，其可消化率達87.2%［40］。水肥耦合處理可以顯著提高油葵［41］、板栗［42］、桃［43］等的蛋白質含量，并且蛋白質含量隨著灌水量與施肥量的增加而增加。蛋白質含量與灌水量與施肥量之間存在正相關作用，即在適宜的水肥條件下，植物根系會吸收較多營養物質，以促進果實發育，提高果實品質，從而增加果實蛋白質含量［44］。在水分及養分含量過高時，均會增強土壤對養分的固定，降低土壤養分的移動性，進而造成果實品質的降低［45］，當灌水量及施肥量不足時，均降低果實品質，可能與植物因受干旱及養分脅迫，導致其根系吸水不足，植物難以完成自身發育，影響果實品質，進而降低果實品質有關［41］，與研究結果一致。

4" 結 論

水肥耦合處理可顯著提升溫185核桃光合作用、產量及品質，高水高肥處理為最優處理，新疆阿克蘇地區溫宿縣沙壤土適宜的灌水量應為3.92 m3/株，適宜施肥量為5.50 kg/株。

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Study on the effect of water-fertilizer coupling on photosynthetic properties yield quality of walnut

ZHOU Guanghui1，2， CHEN Feng1，SUN Shouxia1， LYU Wei1， PIAO Hanqi1，2， HAO Jinlian1，2， ZHANG Shubin1，CHEN Hong1

（1. Collage of Forestry amp; Landscape Architecture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China; 2.Jiamu National Key Tree Species Base of Pomology in Xinjiang，Aksu Xinjiang 843101， China）

Abstract：【Objective】 To explore the effects of different water and fertilizer treatments on the yield and quality of Wen185 walnuts， determine the optimal water and fertilizer regulation thresholds for the fruit tree and ascertain the optimal water and fertilizer combinations to improve walnut yield in the hope of providing some knowledge for understanding the coupling relationship of water and fertilizer in the trees in Xinjiang.

【Methods】 Wen 185 walnut was taken as the test species and different water and fertilizer and their interaction gradients were set to study their effects on walnut photosynthetic， yield and fruit quality.

【Results】 Under the same fertility condition， with the increase of irrigation quantity， walnut leaf Pn value， yield and fruit quality indexes showed a increasing trend， and the difference was significant （Plt;0.05）. Under the same irrigation amount， in low water， with the increase of fertilization， the walnut leaf Pn value and yield， the quality of fruit increased first and then decreased; in medium water and high water， with the increase of fertilization， the walnut leaf Pn value and yield， fruit quality showed an upward trend， but the difference was not significant （Pgt; 0.05）.

【Conclusion】 The suitable watering amount was 3.92 m3/plant and fertilizer application amount was 5.50 kg/plant in sandy soil of Wensu County， Aksu，Xinjing.Water and fertilizer have great influence on the yield and fruit quality of Wen 185 walnut， and water and fertilizer coupling treatments can improve the photosynthesis， yield and quality of the walnut.

Key words：walnut; water-fertilizer coupling; membership quadratic regression equation

Fund projects：Major R amp; D Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region（2021A02002-2）；National Natural Science Foundation of China（2022D01A180）；2021 Tianshan Talent Program of the Autonomous Region （Phase III）

Correspondence author： CHEN Hong（1981-），female， from Nanchong，Sichuan，doctor，professor，research direction： fruit tree cultivation and physiology，（E-mail）ch333999@126.com