滴灌条件下不同磷钾肥配比对苹果品质的影响及综合评价

刘艳武，郭向红，杨 凯，续海红，孙西欢，马娟娟，雷 涛，贺琦琦

(1.太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024； 2.山西省农业科学院果树研究所，太原 030100)

0 引 言

中国是苹果生产大国，数据显示我国苹果的种植面积以及产量约占世界的一半[1]。近年来，生产商及消费者对于苹果生产的要求不仅局限于高产，更多的是追求优质。然而在实际的果园管理中，由于灌溉方式以及施肥量的不合理，不仅浪费水肥资源、扩大经济成本，也严重制约了苹果品质的提升。因此，研究不同的施肥种类、施肥方式以及施肥量对于苹果产业的发展以及增产增质具有重要的现实意义。

大量试验研究表明，磷和钾是果树生长发育所需的两种重要矿质元素，磷肥能够促进果树的生长和结果，提高叶片中的叶绿素含量与矿质含量，加强作物的光合作用，促进碳水化合物的转化，提高作物中的可溶性固形物含量[2-7]；钾更是被称为“品质”元素，钾肥能够增强果树对矿质元素的吸收，改善树体的营养情况，对于果实pH值、可溶性固形物含量、糖酸比以及单株产量等品质指标具有明显的促进效果[8-14]。

虽然前人关于果树施用磷钾肥已经开展了大量研究，但是大部分研究集中于单施磷肥或单施钾肥对果树生理生长以及产量品质的影响，在磷钾肥混合施用对果树的影响方面，二者不同配比对于苹果树生理生长及产量品质的影响研究还比较少。因此本试验采用滴灌施肥方式，研究不同磷钾肥配比对8年生SH矮砧苹果品质的影响，并通过主成分分析得到适宜的磷钾肥施用水平，以期为果园施肥管理以及优质苹果的培育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验于山西省农科院果树研究所节水灌溉示范果园进行。该果园位于山西省太谷县西南部，地理位置为东经112°32′，北纬37°23′，平均海拔781.9 m，年平均气温9.8 ℃，霜冻期为十月上旬至次年四月中旬，无霜期175 d，年平均降雨量450 mm，属典型的暖温带季风影响下的大陆性半干旱气候类型[15]。试验区土质以砂壤土为主，土壤体积质量为1.47 g/cm3，饱和含水率为0.492 cm3/cm3，田间持水量为0.247 cm3/cm3。试验区为南北向，果树种植规格为4 m×2 m，灌水水源为地下水，试验对象为8年生SH矮砧苹果树。

1.2 试验设计

为研究滴灌条件下不同磷钾肥配比对苹果品质的影响，本试验以磷肥与钾肥的施肥量作为控制因子，各设置三个施肥水平：磷肥，P1：49 kg/hm2、P2：70 kg/hm2、P3 ：91 kg/hm2(生物磷，P2O5含量60%)；钾肥，K1：70 kg/hm2、K2：100 kg/hm2、 K3：130 kg/hm2(生物钾，K2O含量52%)。试验设有5个滴灌处理：P1K2、P2K2、P3K3、P2K1、P2K3，和地面灌溉对照组CK(P2K2)，每个处理3组重复。各处理灌水下限为田间持水量的60%，灌水上限为田间持水量的90%。此外，各处理均施用了总量相等的氮肥100 kg/hm2(硝酸铵溶液，总N含量为32%)，分别在果树萌芽期、新梢旺长期和果实膨大期同磷钾肥一起施入，3种肥料每个生育期的施用量均为总量的1/3。

1.3 测定项目与方法

从各处理中选取长势一致且无病虫害的三棵树为试验树，在果实成熟期从每棵树的各个方向共取15颗果实用于品质的测定，结果取平均值。单果重用电子天平进行称量、果形指数用游标卡尺进行测定、果肉硬度采用英国产TA-XTPLUS物性测试仪测定、可溶性固形物用日本产PAL-1糖度计测定、酸度用韩国产835N酸度计测定。

1.4 数据处理

通过Excle2013对数据进行处理，用 Origin2019进行作图，用SPSS22.0进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同磷钾肥配比对果实品质的影响

2.1.1 不同磷钾肥配比对单果重的影响

单果重是用来评价苹果外观品质的重要指标，不同磷钾肥配比苹果单果重对比情况如图1所示。由图1可知，不同磷钾肥配比及施肥方式对苹果单果重值影响不同，整体上表现为： P2K3>P2K2>P3K2>CK >P1K2 >P2K1，P2K3处理的单果重值最大(220 g)，较P2K2、P3K2、CK、P1K2、P2K1处理分别高出1.38%、8.37%、9.45%、11.68%、13.40%，P2K1处理的单果重值最小(194 g)。钾肥施用量相同时，对比P1K2、P2K2、P3K2处理可知，随着磷肥施用量的增加，单果重值呈现先增大后减小的趋势，P2K2处理的单果重值最大(217 g)，较P1K2、P3K2分别高出10.15%和6.90%；磷肥施用量相同时，对比P2K1、P2K2、P2K3处理可知，随着钾肥施用量的增加，单果重值持续增大，P2K3处理的单果重值最大，较P2K1、P2K2处理分别高出13.40%和1.38%。磷钾肥施用量相同时，对比P2K2处理与CK处理可知，与CK相比，P2K2处理可提高苹果单果重，较CK提高了7.96%。由此可知，滴灌施肥比传统的地面灌溉更有利于苹果树果实的生长发育，提高苹果单果重这一外观品质；适当增加磷钾肥的施用量可使苹果的单果重值得到显著提高，过量的施用磷肥时苹果的单果重值会有明显的减小趋势；P2K2、P2K3处理的磷钾肥配比均可显著增加苹果单果重值，二者对单果重值的影响差别较小。

图1 不同磷钾肥配比苹果单果重对比

2.1.2 不同磷钾肥配比对果形指数的影响

果形指数是用来评价苹果外观品质的重要指标，不同磷钾肥配比苹果果形指数对比情况如图2所示。由图2可知，不同磷钾肥配比及施肥方式对苹果果形指数的影响不同，整体上表现为：P2K2>P2K3>P1K2>CK >P3K2 >P2K1，P2K2处理的苹果果形指数值最大(0.825)，较P2K3、P1K2、CK、P3K2、P2K1分别高出2.10%、2.48%、3.77%、3.90%、4.70%，P2K1处理的苹果果形指数值最小(0.788)。钾肥施用量相同时，对比P1K2、P2K2、P3K2处理可知，随着磷肥施用量的增加，果形指数值呈现先增大后减小的趋势，P2K2处理的果形指数值最大，较P1K2、P3K2分别高出2.48%和3.90%；磷肥施用量相同时，对比P2K1、P2K2、P2K3处理可知，随着钾肥施用量的增加，果形指数值呈现先增大后减小的趋势，P2K2处理的苹果果形指数值最大，较P2K1、P2K3处理分别高出4.70%、2.10%。磷钾肥施用量相同时，对比P2K2处理与CK处理可知，与CK相比，P2K2处理可提高苹果果形指数值，较CK提高了3.77%。由此可知，滴灌施肥比传统的地面灌溉更有利于苹果树果实的生长发育，提高苹果果形指数这一外观品质；适当的增加磷钾肥施用量可使苹果的果形得到明显的改善及优化，过量的施用磷钾肥会明显地降低苹果果形指数值；P2K2处理的磷钾肥配比可显著增加苹果果形指数值。

图2 不同磷钾肥配比苹果果形指数对比

2.1.3 不同磷钾肥配比对果肉硬度的影响

果肉硬度指的是果肉受压时的抗力，是用来评价苹果内在品质的重要指标[15]。不同磷钾肥配比苹果果肉硬度对比情况如图3所示。由图3可知，不同磷钾肥配比及施肥方式对苹果的果肉硬度值影响不同，整体上表现为：P2K2>P3K2>P2K3>CK >P2K1 >P1K2，P2K2处理苹果果肉硬度值最大(11.2N)，较P3K2、P2K3、CK 、P2K1、P1K2分别高出6.67%、7.69%、10.89%、21.74%、33.33%，P1K2处理苹果果肉硬度值最小(8.4N)。钾肥施用量相同时，对比P1K2、P2K2、P3K2处理可知，随着磷肥施用量的增加，果肉硬度值呈现先增大后减小的趋势，P2K2处理苹果果肉硬度值最大，较P1K2、P3K2分别高出33.33%和6.67%；磷肥施用量相同时，对比P2K1、P2K2、P2K3处理可知，随着钾肥施用量的增加，果肉硬度值呈现先增大后减小的趋势， P2K2处理苹果果肉硬度值最大，较P2K1、P2K3处理分别高出21.74%和7.69%。磷钾肥施用量相同时，对比P2K2处理与CK处理可知，与CK相比，P2K2处理可显著提高苹果果肉硬度值，较CK提高了10.89%。由此可知，滴灌施肥比传统的地面灌溉更有助于改善苹果的果肉硬度这一内在品质；适宜的磷钾肥施用量可使苹果的果肉硬度值得到明显的提高，过量的施用磷钾肥会明显地降低苹果的果肉硬度值；P2K2处理的磷钾肥配比可显著增大苹果的果肉硬度值。

图3 不同磷钾肥配比苹果果肉硬度对比

2.1.4 不同磷钾肥配比对可溶性固形物的影响

可溶性固形物主要是用来反映果实的甜度，是评价苹果口感品质的重要指标[15]。不同磷钾肥配比苹果的可溶性固形物含量对比情况如图4所示。由图4可知，不同磷钾肥配比及施肥方式对苹果的可溶性固形物含量影响不同，整体上表现为：P2K3>P2K2>CK>P3K2 >P1K2>P2K1，P2K3处理果实可溶性固形物含量最高(14.67%)，较P2K2、CK、P3K2、P1K2、P2K1分别高出0.41%、2.95%、4.04%、6.30%、11.98%，P2K1处理苹果的可溶性固形物含量最低(13.10%)。钾肥施用量相同时，对比P1K2、P2K2、P3K2处理可知，随着磷肥施用量的增加，可溶性固形物含量呈现先增大后减小的趋势，P2K2处理苹果的可溶性固形物含量最高(14.61%)，较P1K2、P3K2分别高出5.87%和3.62%；磷肥施用量相同时，对比P2K1、P2K2、P2K3处理可知，随着钾肥施用量的增加，苹果可溶性固形物含量持续增大，P2K3处理苹果可溶性固形物含量最高，较P2K1、P2K2处理分别高出11.98%和0.41%。磷钾肥施用量相同时，对比P2K2处理与CK处理可知，与CK相比，P2K2处理可显著提高苹果的可溶性固形物含量，较CK提高了2.53%。由此可知，滴灌施肥比传统的地面灌溉更有助于改善苹果的可溶性固形物含量这一内在品质；适宜的磷钾肥施用量可明显提高苹果的可溶性固形物含量，过量的施用磷肥会明显地降低苹果的可溶性固形物含量；P2K2、P2K3处理的磷钾肥配比均可显著增加苹果的可溶性固形物含量，二者对苹果可溶性固形物含量的影响区别较小。

图4 不同磷钾肥配比苹果可溶性固形物含量对比

2.1.5 不同磷钾肥配比对酸度的影响

酸度是指果实中各类酸性物质的总和，是用来评价苹果口感品质的重要指标[15]。不同磷钾肥配比苹果的酸度值对比情况如图5所示。由图5可知，不同磷钾肥配比及施肥方式对苹果的酸度值影响不同，整体上表现为：P2K3

图5 不同磷钾肥配比苹果酸度对比情况

2.2 综合评价

本文苹果品质的评价指标包括：单果重(X1)、果形指数(X2)、果肉硬度(X3)、可溶性固形物(X4)和酸度(X5)，每个指标反映的最优磷钾肥施肥配比均不同，各个指标在评价体系中所占的比重也均不相同，因此需综合考虑各个指标，进行综合评价。主成分分析即是一种综合评价方法，它是通过降维的思想，将多个评价指标简化为少数综合指标的统计分析方法。该方法在保留了大部分原信息量的基础上，使得指标数目降到最小，更能简洁、直观的说明实际问题[16,17]。

利用SPSS 22.0软件对标准化以后的6个处理的指标数据进行主成分分析，结果见表1。由表1可知，前两个主成分因子的累积方差贡献率达到87.949%，综合了大部分的评价指标信息，指标信息损失量仅为12.051%，因此可用这两个主成分代替上述5个苹果品质评价指标。由表2可知，第1主成分F1主要反映单果重(X1)、可溶性固形物(X4)、酸度(X5)3个指标的影响，前两者在第1主成分上呈正向分布，第三者在第1主成分上呈负向分布；第2主成分F2主要反映果形指数(X2)、果肉硬度(X3)2个指标的影响，二者在第2主成分上均呈正向分布。

根据表1及表2中的特征值以及因子载荷矩阵数据，计算得到各主成分得分模型表达式如式(1)和式(2)所示。然后以两个主成分各自的方差贡献率作为权重，可计算得到综合主成分F得分模型如式(3)所示。

F1=0.502X1+0.245X2+0.266X3+0.471X4-0.436X5

(1)

F2=0.068X1+0.671X2+0.690X3+0.082X4+0.148X5

(2)

F=0.757F1+0.243F2

(3)

通过式(1)、式(2)和式(3)将每个处理各主成分得分、综合主成分得分以及排名情况进行计算，所得结果如表3所示。由表3可知，第1主成分得分排名为：P2K3>P2K2>CK>P3K2>P1K2>P2K1；第2主成分F2得分排名为：P2K2>P2K3>P3K2>CK>P1K2>P2K1；综合主成分F得分排名为：P2K2>P2K3>CK>P3K2> P1K2>P2K1。因此，结合施肥量以及经济角度认为，滴灌条件下P2K2处理的磷钾肥配比最有利于提高苹果树的果实品质。

表1 特征值与累积方差贡献率

表2 因子载荷矩阵

表3 不同处理苹果品质综合评价结果

3 结 论

(1)各处理中，P2K3处理苹果的单果重及可溶性固形物含量值最大，酸度值最小；P2K2处理苹果的果形指数及果肉硬度值最大。

(2)滴灌施肥比传统的地面灌溉更有利于苹果树果实的生长发育，可明显提高苹果单果重、果形指数、果肉硬度、可溶性固形物、酸度这些品质指标。

(3)对苹果的品质指标进行主成分分析，综合考虑施肥量以及经济效益，分析认为滴灌条件下，P2K2处理(P2：70 kg/hm2、K2：100 kg/hm2)的磷钾肥配比最有利于提高苹果树的果实品质。