周小杰，呂廷波*，邢 猛，宋仁友，付鑫法

（1.石河子大學 水利建筑工程學院，新疆 石河子 832000；2.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室，新疆 石河子 832000）

0 引 言

【研究意義】南疆紅棗種植區(qū)土壤主要為沙土或沙壤土，保水保肥能力差。由于施肥不合理，導致肥料利用率低下、棗樹產(chǎn)量下降和果實品質(zhì)差等問題，其中二級果及以上等級比例的降低極大影響駿棗的經(jīng)濟價值。研究滴灌條件下駿棗節(jié)水節(jié)肥、提質(zhì)增效的水肥管理技術(shù)，為南疆地區(qū)駿棗生產(chǎn)提供節(jié)水節(jié)肥優(yōu)質(zhì)的水肥配比模式，提高駿棗經(jīng)濟價值，具有良好的現(xiàn)實意義。【研究進展】棗原產(chǎn)于中國，為我國特有的經(jīng)濟樹種,國外很多國家都從中國引種栽培，中國駿棗主要為山西駿棗和新疆駿棗[1]。近年來，國內(nèi)外學者進行了諸多紅棗相關(guān)研究[2-4]，Li 等[5]研究了棗樹根系分布對灌溉水有效利用系數(shù)的影響；Ye 等[6]研究了有機肥對梨棗水分利用、光合特性及果實品質(zhì)的影響；水分虧缺脅迫對棗果實品質(zhì)的影響[7]。其中在滴灌條件下對紅棗的研究取得了大量成果，關(guān)于灌水量對紅棗影響方面，有不同灌水下限、調(diào)虧灌溉及不同灌溉定額等對紅棗產(chǎn)量的影響[8-13]。胡家?guī)浀萚12]在新疆阿拉爾研究得出灌水量為1 050 mm 時，紅棗產(chǎn)量、水分利用效率最優(yōu)。在施肥量對紅棗影響方面，主要側(cè)重于施氮量和全生育期施肥量研究[14-15]，滴灌條件下矮化密植棗樹試驗中得出適宜施肥區(qū)間：N（271.36～374.88 kg/hm2）、P2O5（128.36～217.94 kg/hm2）、K2O（124.44～228.58 kg/hm2）[16]。胡安焱等[17]在新疆阿克蘇地區(qū)研究認為，灌水對紅棗產(chǎn)量的影響效應(yīng)大于施肥，水肥耦合顯著增加紅棗產(chǎn)量。宋亞偉等[18]對駿棗商品果率、外觀品質(zhì)、制干品質(zhì)和果實品級進行相關(guān)研究。此外，學者[19-20]通過紅棗水肥試驗得出其最優(yōu)水肥配比與灌水施肥制度。王振華等[21]通過運用二元回歸分析及歸一化方法，建立水肥關(guān)系模型并獲得南疆沙區(qū)成齡紅棗適宜水肥投入范圍?！厩腥朦c】目前大部分研究在建立水肥投入為自變量、紅棗果實指標為因變量時，雖然研究的指標較多，但關(guān)于水肥供應(yīng)對駿棗優(yōu)劣果率的影響研究較少。本研究以駿棗等級比例為突破點，將探究駿棗產(chǎn)量與果實等級之間的關(guān)系作為重點?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以南疆和田地區(qū)矮化密植駿棗為研究對象，針對南疆駿棗水肥管理模式粗放問題，研究南疆滴灌不同水肥管理對紅棗產(chǎn)量及等級品質(zhì)的影響，建立不同水肥管理方法與產(chǎn)量、等級的數(shù)學模型，探索該地區(qū)駿棗生產(chǎn)的最佳水肥管理模式，以期為矮化密植駿棗生產(chǎn)的適宜水肥管理提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2021 年4—10 月在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第十四師昆玉市224 團7 連（79°29'N，37°35'E）進行。該地區(qū)海拔1 263.2 m，為典型的溫帶大陸性氣候，年均氣溫為12.3 ℃，年均降水量為33.4 mm，年均蒸發(fā)量為2 825 mm，年均無霜期為214 d，最大凍土深度0.7 m。該地土壤質(zhì)地為沙壤土，1.5 m 土層內(nèi)平均土壤干體積質(zhì)量1.55 g/cm3、pH 值為8.16，平均地下水埋深3 m。每次灌水前檢測灌溉用水，pH 值平均為6.91。土壤理化性質(zhì)如下，有機質(zhì)量為6.83 g/kg，銨態(tài)氮量為0.45 mg/kg，硝態(tài)氮量為29.32 mg/kg，速效磷量為13.76 mg/kg，有效鉀量為39.81 mg/kg。試驗區(qū)主要氣象要素見圖1。

圖1 2021 年試驗區(qū)氣象要素Fig.1 Meteorological elements of the test site in 2021

1.2 田間試驗設(shè)置

研究對象為10 a 成齡駿棗，2010 年種植，次年嫁接，棗樹株行距1 m×4 m。棗樹平均株高2 m、干周（離地面20 cm 處）40 cm、冠幅1.82 m。滴灌施肥由小型施肥罐和水表精確控制，滴灌帶采用1 行2管布置模式，分別位于棗樹兩側(cè)，距樹干60 cm。滴頭為單翼迷宮式，滴灌帶外徑16 mm，壁厚0.30 mm，滴頭間距30 cm，流量3.2 L/h。

1.3 試驗設(shè)計

通過文獻[13]和參考農(nóng)戶經(jīng)驗，按照當?shù)剞r(nóng)藝管理措施，以常規(guī)滴灌施肥為對照組，其灌水量為770 mm，施肥量為1 125 kg/hm2。采用水、肥雙因素三水平處理方法，灌溉定額分別為：540 mm（W1）、630 mm（W2）、720 mm（W3）。使用肥料為尿素（含N 46%），磷酸一銨（含P2O560.85%，N 12.17%），硫酸鉀（含K2O 52%）。施肥量采用N∶P2O5∶K2O=4∶2∶3 的比例，分別為562.5 kg/hm2（F1）、810 kg/hm2（F2）、1 080 kg/hm2（F3）。具體水肥處理方案如表1所示，共10 個處理，3 次重復(fù)，30 個小區(qū)，小區(qū)長70 m，寬4 m。各小區(qū)之間保留一行棗樹作為保護行。

表1 試驗方案Table 1 Experimental design

灌水開始后0.5 h 施肥，灌水停止前0.5 h 施肥結(jié)束。駿棗全生育期灌水和施肥情況如表2 所示。

表2 駿棗全生育期灌水施肥量Table 2 The amount of irrigation and fertilization in the whole growth period of Junzao

1.4 試驗測定項目與方法

1.4.1 產(chǎn)量、果品等級及外觀品質(zhì)

產(chǎn)量：在棗樹進入收獲期后，按照小區(qū)取樣，各處理隨機選取9 棵樹，分別稱量每棵樹的紅棗產(chǎn)量，將9 棵樹產(chǎn)量的平均值作為每個處理棗樹的產(chǎn)量。

果品等級：紅棗果品樣本依據(jù)前人[22]研究將收集的樣本熱風干燥（濕基含水率〔25±6〕%）處理后，根據(jù)駿棗長徑分為5 個品級：特級（36 mm 以上）、一級（32～36 mm）、二級（28～32 mm)、三級（24～28 mm）、四級（20～24 mm）。將每個處理的紅棗使用分級機器進行果品分級。

單果質(zhì)量：將駿棗稱質(zhì)量分級后，按照每一棵棗樹隨機選取15 顆的標準采用稱質(zhì)量法測出不同處理平均單果質(zhì)量。

駿棗縱橫徑：將駿棗稱質(zhì)量分級后，按照每一棵棗樹隨機選取15 顆的標準采用游標卡尺測出不同處理平均駿棗縱橫徑。

1.4.2 灌溉水分利用效率與肥料偏生產(chǎn)力

灌溉水分利用效率（IWUE，kg/m3）[23]計算式為：

式中：Y為駿棗產(chǎn)量（kg/hm2）；W為駿棗灌水量（mm）。灌水量：1 mm=10.005 m3/hm2。

肥料偏生產(chǎn)力（PFP，kg/kg）[23]計算式為：

式中：F為投入的N、P2O5和K2O 總質(zhì)量（kg/hm2）。

1.4.3 相關(guān)性分析

將灌水施肥的數(shù)學模型計算得出的產(chǎn)量、等級預(yù)測值與實測值進行相關(guān)性分析，指標包括顯著性差異（P）、決定系數(shù)（R2）、均方根誤差（RMSE）、歸一化均方誤差（NRMSE），RMSE和NRMSE按式（1）—式（2）計算。

式中：Ya為實測值；Yb為預(yù)測值；Yc為實測值平均值；RMSE大小代表偏差程度，RMSE越小，精確程度越高；NRMSE＜10%為極好，10%～20%為良好，20%～30%為中等，≥30%為差[21]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2018，Matlab 2019 和SPSS 25 進行處理（雙因素分析和Duncan 法（P=0.05）進行多重比較），圖表分別采用Excel 2018 和Origin 2018繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥配比對滴灌駿棗產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

如表3 所示，灌水量對駿棗產(chǎn)量、單果質(zhì)量、駿棗縱橫徑影響達到顯著水平（P＜0.05），對IWUE達到極顯著水平（P＜0.01），施肥量對PFP、單果質(zhì)量、駿棗縱橫徑達到極顯著水平（P＜0.01）。水肥交互作用對駿棗產(chǎn)量、IWUE和PFP的影響均達到極顯著水平（P＜0.01）。W1F1 處理產(chǎn)量、駿棗縱橫徑值最低，其W1F1 處理產(chǎn)量和橫徑與CK 均具有顯著性差異（P＜0.05），較CK 產(chǎn)量和橫徑分別減少25.29%、8.1%。W3F1 處理單果質(zhì)量最低，與CK 具有顯著性差異（P＜0.05），較CK 減少24.09%。W2F3 處理的駿棗產(chǎn)量和IWUE最高，與CK具有顯著性差異（P＜0.05），較CK 產(chǎn)量和IWUE分別提高13.92%、39.13%。W3F1處理PFP最高，與CK 具有顯著性差異（P＜0.05），較CK 提高91.53%。W2F2 處理單果質(zhì)量、駿棗縱橫徑最高，其中單果質(zhì)量、縱徑與CK 均具有顯著性差異（P＜0.05），較CK 分別提高10.3%、10.54%。

表3 不同水肥配比滴灌駿棗產(chǎn)量和品質(zhì)Table 3 Yield and quality of Junzao under drip irrigation with different water and fertilizer ratios

W2、W3 處理下產(chǎn)量與IWUE均表現(xiàn)為F3 處理＞F2 處理＞F1 處理；W1 處理下產(chǎn)量與IWUE表現(xiàn)為F2 處理＞F3 處理＞F1 處理；單果質(zhì)量、駿棗縱橫徑在同一灌水處理下，均表現(xiàn)為F2 處理＞F3 處理＞F1處理。產(chǎn)量在F1 處理下表現(xiàn)為W3 處理＞W(wǎng)2 處理＞W(wǎng)1 處理；在F2、F3 處理下表現(xiàn)為W2 處理＞W(wǎng)3 處理＞W(wǎng)1 處理。IWUE在F1、F2 處理下表現(xiàn)為W2 處理＞W(wǎng)1 處理＞W(wǎng)3 處理；在F3 處理下表現(xiàn)為W2 處理＞W(wǎng)3 處理＞W(wǎng)1 處理。單果質(zhì)量、駿棗縱橫徑在F2 處理下均表現(xiàn)為W2 處理＞W(wǎng)3 處理＞W(wǎng)1 處理，單果質(zhì)量在F1、F3 處理下表現(xiàn)為W2 處理＞W(wǎng)1 處理＞W(wǎng)3 處理。以上結(jié)果表明，灌水量是作物產(chǎn)量的基本保證，在W2、W3 水平下，作物產(chǎn)量隨施肥量的提高而增加，在同一施肥水平下，過高或過低的灌水量抑制駿棗產(chǎn)量、單果質(zhì)量和駿棗縱橫徑，W1 處理與F1 處理產(chǎn)量、單果質(zhì)量和駿棗縱橫徑相比其他處理極大減少，適宜的水肥配比能進一步提高產(chǎn)量和品質(zhì)。PFP除W1F3 處理略低于CK 外，其余處理與IWUE所有處理皆大于CK。在同一灌水水平下，PFP表現(xiàn)為隨施肥量提高而遞減。

2.2 水肥配比對滴灌駿棗等級比例的影響

將駿棗根據(jù)長徑分成5 個等級，其中優(yōu)級果包括特級果、一級果，劣級果包括三級、四級果[20]。由表4 可知，灌水和施肥對駿棗等級比例的影響均達到顯著水平（P＜0.05），水肥交互作用對駿棗等級比例除四級果率外均達到極顯著水平（P＜0.01）；對四級果率達到顯著水平（P＜0.05）。W2F2 處理優(yōu)級果率（38.19%）最高；劣級果率（14.22%）最低，其特級果率、一級果率與CK 均具有顯著性差異，較CK分別增加95.58%、59.58%；其三級果率和四級果率與CK 均具有顯著性差異，較CK 分別減少65.65%、71.09%。W3F1 處理劣級果率（60.82%）最高；優(yōu)級果率（11.11%）最低，其三級果率和四級果率與CK均具有顯著性差異，較CK分別增加56.45%、36.43.%；其特級果率、一級果率與CK 均具有顯著性差異，較CK 分別減少55.37%、50.36%。W1F2 處理二級果率最高，與W2F2 處理和CK 均具有顯著性差異，較W2F2 處理、CK 分別增加6.14%、37.82%。

表4 不同水肥配比駿棗等級比例Table 4 Different water and fertilizer ratios drip irrigation Junzao grade ratio

對于灌溉量水平，除W1 處理的一級果率和W3處理二級果率外，其他處理的特級果率、一級果率、二級果率在同一灌水水平中均表現(xiàn)為F2 處理＞F3 處理＞F1 處理；在同一灌水水平中，劣級果率除W1處理的三級果率外，均呈F1處理＞F3處理＞F2處理。對于施肥量水平，在同一施肥水平中，劣級果率呈現(xiàn)為W3 處理＞W(wǎng)1 處理＞W(wǎng)2 處理。優(yōu)級果率在F1 處理中，呈現(xiàn)為W1 處理＞W(wǎng)2 處理＞W(wǎng)3 處理；在F2、F3 處理中，呈現(xiàn)為W2 處理＞W(wǎng)3 處理＞W(wǎng)1 處理。W1 特級果率均小于CK。

2.3 滴灌駿棗水肥配比模型優(yōu)化

如表5 所示，建立的二元二次回歸方程以不同水肥配比作為自變量，以駿棗指標作為因變量。通過MATLAB 軟件運算，其中灌水量、施肥量的下限分別為W1、F1 處理，灌水施肥的上限為CK 的灌水、施肥量，得出回歸方程的極值，及其所對應(yīng)的灌水、施肥量。通過分析可知，不同水肥配比對各駿棗指標達到極顯著水平（P＜0.01），決定系數(shù)大于0.80。其中在滿足Y1～4方程最大值時對應(yīng)的灌水、施肥量接近，而其他方程滿足最大值對應(yīng)的灌水、施肥量與上述方程相差較大。即不同指標無法同時達到最大，PFP、二～四級果率、單果質(zhì)量、駿棗縱橫徑與其他指標適宜的水肥區(qū)間具有一定差異，因此不單獨列出回歸方程，在綜合評價中只考慮產(chǎn)量、IWUE、特級果率和一級果率。

表5 不同水肥配比投入與產(chǎn)量，等級指標的回歸模型Table 5 Regression model of input and yield and grade index of different water and fertilizer ratios

通過將本試驗實際駿棗水肥數(shù)據(jù)與駿棗產(chǎn)量、駿棗等級比例建立的數(shù)學模型，求得預(yù)測值并進行相關(guān)性分析，對比實測值與預(yù)測值的擬合程度（表6）。從表6 可以看出，產(chǎn)量和等級比例的實測值與預(yù)測值相關(guān)性良好，NRMSE值在20%之內(nèi)（良好），決定系數(shù)R2在0.889 以上。相對水分利用效率和果品率。圖中白色區(qū)域為最大值，灰色區(qū)域為最小值，在相對值0.9 以上可接受區(qū)域駿棗指標出現(xiàn)重合區(qū)域，本試驗進行數(shù)據(jù)分析時將該重合區(qū)域作為合理的可接受范圍。

表6 模型預(yù)測值與實測的駿棗產(chǎn)量及等級比例對比Table 6 Comparison of the predicted value of the model with the measured yield and grade ratio of Junzao

根據(jù)參數(shù)估計的似然函數(shù)組合方法，共有加法組合方式C1、乘法組合方式C2和均方組合方式C3，用3 種組合方式對產(chǎn)量、灌溉水分利用效率、特級果率和一級果率重合區(qū)域進行計算，求出3 種組合最優(yōu)灌水施肥值，以C1、C2、C3中灌水施肥值的極值作為最優(yōu)灌水施肥區(qū)間。

為了進行直接比較，將駿棗指標歸一化處理，即各處理值與其極值之比，得出灌水施肥量與相對產(chǎn)量、相對灌溉水分利用效率、相對特級果率和相對一級果率的關(guān)系圖。圖2 為不同水肥處理的駿棗相對產(chǎn)量、

圖2 不同水肥處理的駿棗相對產(chǎn)量、相對水分利用效率和果品率Fig.2 Relative yield, relative water use efficiency and fruit rate of Junzao under different water and fertilizer treatments

表7 不同組合及其所需灌水量和施肥量Table 7 Different combinations and their corresponding irrigation and fertilizer amounts

式中：Yi為相對產(chǎn)量、相對灌溉水分利用效率、相對特級果率和相對一級果率；K為目標個數(shù)。

3 討 論

滴灌下的施肥方法關(guān)鍵在于“以水促肥、以肥調(diào)水”，合理的灌水施肥量能在提高作物產(chǎn)量的同時有利于品質(zhì)的提高，達到節(jié)水節(jié)肥的作用，使作物經(jīng)濟效益更高[21,24]。本試驗條件下，不同灌水施肥量對駿棗的產(chǎn)量和品質(zhì)影響不同，適宜的水肥配比能進一步提高產(chǎn)量和品質(zhì)。胡安焱等[17]認為，適宜水肥配比情況下，紅棗產(chǎn)量受水肥交互作用影響明顯增加，這與本研究結(jié)論相同。在駿棗生長前期，適宜的水分起到充分運移氮素至駿棗根部合理位置作用，而氮素可以促進駿棗對水分的吸收。扁青永等[19]在常年漫灌棗地改滴灌條件下的試驗得出，改用滴灌方式下灌水為820 mm，氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）肥施肥量分別為200、100、150 kg/hm2時紅棗產(chǎn)量最高，本文在W2F2 處理下產(chǎn)量更高，滴灌與漫灌相比，能讓水肥集中在棗樹根部，提高棗樹對養(yǎng)分的吸收，采取漫灌改為滴灌的棗樹與滴灌棗樹需水需肥量存在差異。南疆駿棗種植區(qū)域多為沙壤土，高灌水量會導致氮素淋失，影響駿棗吸收養(yǎng)分[25]。本試驗結(jié)果認為，在灌水量一致情況下，施肥量的增加在提高產(chǎn)量的同時PFP顯著降低。高施氮量導致駿棗果樹新梢和棗吊徒長，導致坐果率降低，最終影響產(chǎn)量、單果質(zhì)量和縱橫徑[26]。在本試驗中，灌水對駿棗產(chǎn)量的影響達到差異顯著性水平，水肥耦合作用對駿棗產(chǎn)量的影響達到極顯著水平，這與扁青永等[20]的研究結(jié)果相同。不同水肥條件對紅棗的產(chǎn)量表現(xiàn)不同，適當增加灌水量有利提高紅棗產(chǎn)量、單果質(zhì)量和縱橫徑，但過高的水肥使用量會減少紅棗產(chǎn)量、單果質(zhì)量和縱橫徑[27-28]。本試驗中水肥交互作用對駿棗產(chǎn)量、IWUE、PFP影響具有極顯著差異，這與多位學者研究結(jié)果一致[17-19]。

低水低肥，高水高肥等不合理的水肥供應(yīng)策略皆容易出現(xiàn)駿棗低等級果占比過高，導致駿棗商品性過低，最終影響駿棗的品質(zhì)。胡家?guī)浀萚12]研究得出，灌水量的增加使紅棗等級果率呈波動性變化，可能是不同試驗地點和處理（灌水單因素）的差異性導致對駿棗各等級果率的影響不同。在駿棗幼果膨大期前灌水充足，施肥量不足情況下會導致貪青，駿棗生長前期缺少鉀、鈣等元素，果皮厚度和韌性差；施肥量過高情況下，生長后期過量的鉀肥會導致駿棗裂果情況的出現(xiàn)。本試驗中W2F3 處理和W3F3 處理產(chǎn)量分別高于W2F2 處理與W3F2 處理，但整體等級比例卻相反，這與付詩寧等[29]研究相似。當灌水量和施肥量不斷增加情況下，駿棗出現(xiàn)徒長情況[21]，造成大量開花結(jié)果，導致生育后期果實養(yǎng)分跟不上，果實不飽滿，從而等級比例降低。在滿足高產(chǎn)的條件下，高施肥不利于果品等級的進一步提高，合理的水肥配比是提高駿棗商品性的關(guān)鍵因素，在追求產(chǎn)量的同時，提高駿棗商品性對駿棗產(chǎn)品競爭力起到關(guān)鍵作用。

水肥耦合在滴灌條件下存在閾值反應(yīng)，達到閾值之前，增加水肥投入具有增產(chǎn)，提質(zhì)增效的作用；高于閾值，將導致作物減產(chǎn)，品質(zhì)降低[30]。多位學者[31-33]通過建立灌水肥料投入與作物指標回歸方程，將目標函數(shù)進行歸一化處理，運用空間方法，分別在80%、85%和95%的重疊區(qū)域?qū)で笞罴压嗨┓蕝^(qū)間，對提高作物水肥管理水平具有很好的作用。王振華等[18]通過數(shù)學模型分析認為滴灌紅棗適宜的水肥投入范圍分別為651～806 mm 和708～810 kg/hm2，其中N（311～345 kg/hm2），P2O5（156～178 kg/hm2），K2O（233～267 kg/hm2），與本試驗在90%的重合區(qū)域得出最佳灌水施肥區(qū)間研究結(jié)論相似，表明適宜的灌水施肥區(qū)間，在達到高產(chǎn)高效的同時，能夠起到節(jié)水節(jié)肥的作用。本試驗研究結(jié)論能為和田地區(qū)滴灌駿棗的適宜水肥配比提供借鑒。本研究只進行了1 a 的試驗，在后續(xù)的研究中可結(jié)合其他品質(zhì)指標，進一步完善。

4 結(jié) 論

1）本試驗條件下W2F3 處理駿棗產(chǎn)量（10 114.12 kg/hm2）與IWUE（1.6 kg/m3）最高；W3F1 處理PFP（14.94 kg/kg）最優(yōu)；W2F2 處理單果質(zhì)量（14.56 g）、縱徑（52.98 mm）、橫徑（31.94 mm）最優(yōu)；W2F2處理優(yōu)級果率（38.19%）最高。

2）施肥量一致，低灌水量條件下，產(chǎn)量、單果質(zhì)量、駿棗縱橫徑極大程度降低。灌水量一致情況下，施肥量過低，駿棗果品等級極大程度降低。適宜的水肥投入，是提高產(chǎn)量、果品等級、品質(zhì)的關(guān)鍵。

3）通過建立不同水肥配比與產(chǎn)量、駿棗等級的數(shù)學模型，結(jié)合駿棗提質(zhì)增效目標綜合考慮，得出和田滴灌駿棗適宜的水肥配比區(qū)間為639.21～642.85 mm 和842.36～864.04 kg/hm2，其中N（374.38～384.02 kg/hm2，P2O5（187.19～192.01 kg/hm2），K2O（280.79～288.02 kg/hm2）。

（作者聲明本文無實際或潛在的利益沖突）