doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.05.013
摘" 要：【目的】分析水肥耦合对11年生温185核桃光合特性、产量和品质的差异，分析核桃适宜水肥调控阈值，研究提高核桃光合特性、产量及品质的适宜水肥组合，为新疆阿克苏地区温宿县核桃水肥管理提供一定的理论依据。
【方法】以温185核桃为材料，设置不同梯度的水肥耦合模式，研究水肥耦合对核桃光合特性、产量和果实品质的效应。
【结果】同等肥力条件下，随着灌溉量增加，核桃叶片Pn值、产量和果实品质指标均呈逐渐上升的趋势，并且各指标之间差异性显著（P＜0.05）。同等灌溉量下，低水时，随着施肥量的增加，核桃叶片Pn值及产量，果实的品质均呈先上升后下降的趋势；中水及高水时，随着施肥量的增加，核桃叶片Pn值及产量，果实品质总体呈上升趋势，但各指标之间差异性不显著（P＞0.05）。各水肥耦合处理下，核桃叶片Pn值及产量，果实品质指标均高于对照处理。
【结论】新疆阿克苏地区温宿县沙壤土适宜浇水量为3.92 m3/株，施肥量为5.50 kg/株。不同水肥组合对温185核桃光合作用、产量和果实品质具有显著影响，水肥耦合处理均可以提高温185核桃的光合特性、产量与品质。
关键词：核桃；水肥耦合；多元二次回归方程
中图分类号：S664.1""" 文献标志码：A""" 文章编号：1001-4330（2024）05-1151-09
收稿日期（Received）：
2023-09-19
基金项目：
新疆维吾尔自治区重大科技专项（2021A02002-2）；新疆维吾尔自治区自然科学基金项目（2022D01A180）；2021年新疆维吾尔自治区天山英才计划（第三期）
作者简介：
周光辉（1996-），男，河南通许人，硕士研究生，研究方向为森林培育，（E-mail）2392704217@qq.com
通讯作者：
陈虹（1981-），女，四川南充人，教授，博士，研究方向为果树栽培与生理，（E-mail）ch333999@126.com
0" 引 言
【研究意义】水和肥料是果树生长发育的两个重要因素，二者耦合关系对果树生长发育既相互制约又相互促进，水肥的合理利用是作物生长、产量与品质和水肥利用效率提高的关键因素［1-2］。核桃属于喜光树种，光合作用是树体生长发育的基础，不同水肥耦合处理可影响核桃叶片光合特性。研究水肥耦合对核桃光合特性及产量和品质的影响，对实现核桃高产优质及高效栽培有实际意义。【前人研究进展】通过多元二次回归构建了水肥耦合效应、枸杞产量光合效应方程，得出适宜灌水量为82.24 m3/667m2，最适宜施氮量为16.24 kg/667m2，最适宜施钾量为32.71 kg/667m2［3］，此方法在玉米［4］、棉花［5］、辣椒［6］等作物上有运用，合理灌水量和施肥量，可提高作物产量和养分吸收效率［7-10］。科学合理的水肥管理有效地促进了植物的生长发育，并提高其产量与果实品质［11-12］。研究中多采用多元二次多项式反映水肥两因子与果树净光合速率、产量、品质的关系，通过计算临界值确定果树适宜的水肥量参数［13］。【本研究切入点】新疆南疆盆地的核桃生产管理中，若水与肥料营养结构搭配不协调则影响产量和品质［14-15］，而且核桃水肥利用效率低［15］。需要研究水肥耦合对核桃光合特性及产量品质的效应。
【拟解决的关键问题】以温185核桃为材料，研究不同梯度水肥耦合与核桃净光合特性、产量、品质的关系，建立多元二次方程，分析新疆阿克苏地区温宿县沙壤土条件下适宜水肥耦合参数，为核桃高产优质高效栽培提供理论依据与技术支持。
1" 材料与方法
1.1" 材 料
试验在新疆佳木果树学国家长期科研基地（80°31′58″ E，41°15′22″ N，阿克苏地区温宿县）进行，年降水稀少，昼夜温差大。试验区面积0.27 hm2，年均温度10.10℃，年降雨量65.40 mm，年均无霜期185 d，土壤类型为沙壤土，0～60 cm土层土壤有机质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、速效钾90.98 mg/kg，土壤田间持水量为22.03%，树龄11 a，平均冠幅为4.74±1.4 （m），平均树高为5.25±1.2 （m），平均株产量为9.25 kg/株，株行距5 m×6 m，南北行向。供试核桃品种为温185。
1.2" 方 法
1.2.1" 试验设计
选择二因素三水平随机区组设计［12-13］，9个处理，每个处理9次重复，共81棵树；以无水无肥为对照，设置3次重复。选择长势一致的温185核桃进行水肥耦合处理。施肥量设定3个梯度：高肥（H）（6.92 kg/株）、中肥（M）（5.75 kg/株）、低肥（L）（4.61 kg/株），供试肥料为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 46%）、硫酸钾（含K2O 51%），其中肥料比例为3∶2∶1，于萌芽期及果实速生期分2次施入。生育期内灌水定额分别为5 280、3 690、2 640 m3/hm2，分别于坐果期、果实膨大期、果实硬核期、油脂转化期灌溉4次，折合每次每株灌水量约为高水（H）4 m3/株、中水（M）3 m3/株、低水（L）2 m3/株。表1
1.2.2" 测定指标
1.2.2.1" 光合参数
采用Li-6800便携式光合仪测定叶片净光合速率值［Pn，μmol/（m2s）］，于温185核桃成熟期8月中旬测定光合参数，测定时选择12：00～14：00晴朗无云的天气选取顶叶测定。
1.2.2.2" 单株产量
核桃果实成熟后，统计各株果实数量，并进行采收（单株随机采取20个果实），堆沤、剥皮和晾晒等。当晾晒中核桃重量无变化时，称重，计算单株产量。
1.2.2.3" 品质
单果重（g）：果实成熟期每处理3组重复分别采摘果实30个，用电子天平（精度：1/1000）称量果实重量，计算平均单果重。
出仁率（%）：果仁重/单果重×100%；
油脂（%）：采用索氏提取法测定［16-17］；
蛋白质（C，g/kg）：采用考马斯亮蓝法测定［18］。
1.3" 数据处理
试验数据均以Microsoft Excel 2007软件处理，图表采用Microsoft Excel 2007绘制。以SPSS 23.0统计分析，对各指标使用单因素方差分析法，通过多元二次方程构建温185核桃水肥效应回归方程，并对回归方程进行检验［19-20］。通过线性数学规划方法求解灌水量与施肥量参数［21］。
2" 结果与分析
2.1" 不同水肥耦合处理对核桃叶片Pn值及产量的影响
研究表明，随着施入水肥量的增加，核桃叶片Pn值整体呈逐渐增大的趋势。水、肥、水肥交互对核桃叶片Pn值均具有极显著影响（P＜0.01）。同等肥力条件下，不同灌水量处理对叶片Pn值变化趋势的影响一致，叶片Pn值表现为随着灌水量的增加而增加，各处理间叶片Pn值存在显著差异（P＜0.05），高水相较于低水分别增加23.69%、23.47%和35.74%。在同等灌水量条件下，低肥处理时，叶片Pn值随着施肥量的增加，叶片Pn值呈先上升后下降的趋势，中肥相较于高肥增加2.56%，中水及高水处理下，随着施肥量增加而增加，高肥相较于低肥分别增加9.42%和9.22%。
随着施入水肥量的增加，核桃产量整体呈逐渐增加的趋势。水、肥、水肥交互对核桃产量均具有极显著影响（P＜0.01）。同等肥力条件下，不同灌水量处理对核桃产量变化趋势的影响一致，核桃产量表现为随着灌水量的增加而增加，各处理间核桃产量存在显著差异（P＜0.05），高水相较于低水分别增加4.91%、4.92%和9.51%。在同等灌水量条件下，低肥处理时，核桃产量随着施肥量的增加，核桃产量呈先上升后下降的趋势，中肥相较于高肥增加3.77%，中水及高水处理下，随着施肥量增加而增加，高肥相较于低肥分别增加1.56%和1.97%。表2～4
2.2" 不同水肥耦合处理对果实品质的影响
研究表明，水、肥、水肥交互对核桃果实品质均达到极显著影响（P＜0.01）。在同等肥力条件下，不同灌水量处理对单果重、出仁率、油脂变化趋势的影响一致，均随着灌水量的增加而增加，并存在显著差异（P＜0.05）；高水相较于低水分别增加21.87%、5.51%、6.42%、22.31%、4.99%、6.52%、35.09%、6.76%和7.68%。在同等灌水量条件下，低肥处理时，随着施肥量的增加，单果重、出仁率、油脂均呈先上升后下降的趋势，中肥相较于高肥分别增加2.58%、1.14%、0.93%，中水及高水处理下，单果重、出仁率均随着施肥量增加而增加，高肥相较于低肥分别增加0.85%、10.29%、0.61%和8.20%。在同等肥力条件下，蛋白质含量随着灌溉量的增加呈现先上升后下降的趋势，中水较低水处理分别增加5.11%、5.37%和12.11%，在同等灌水量条件下，随着施肥量的增加而减少，低水、中水及高水条件下，低肥较高肥处理分别增加9.61%、3.17%和4.08%。表5，表6
2.3" 水肥耦合处理对温185核桃产量品质水肥方程效应比较
研究表明，叶片Pn值（Pn）、果实单果重（W）、单株果实产量（G）、出仁率（Y）、油脂含量（E）、蛋白质（C）与水、肥及耦合效应多元二次方程分别为：
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.
核桃叶片Pn值（Pn）、果实单果重（W）、单株果实产量（G）、出仁率（Y）、油脂含量（E）、蛋白质（C）的R2分别0.991、0.992、0.991、0.995、0.995、0.929，拟合度较好；P值分别为0.200、0.186、0.184、0.200、0.200、0.200，均大于0.05。德宾-沃森检验独立性，德宾-沃森DW检验结果分别为1.908、1.833、2.147、1.814、2.314、2.005，均在1.662～2.338，残差之间相互独立，残差表现为方差齐性，该回归方程可用，灌水量、施肥量与产量及果实品质之间存在显著的回归关系，且其各自的最大残差绝对值均小于3σ。
沙壤土条件下，核桃叶片Pn值、单果重、单株产量、出仁率、油脂、可溶性蛋白质的常用对数均与水（W）、肥（F）、水的单乘（W×W）、肥的单乘（F×F）、水肥交互（W×F）之间的线性关系假设成立，并且其方程各自的最大残差绝对值均小于其3σ，分别为0.012 0、0.017 7、0.023、0.005 2、0.005 8、0.017 0，不同水肥耦合试验下核桃果实的单株产量、单果重、出仁率、蛋白质、油脂含量的常用对数无奇异值。
在土壤类型为沙壤土时，温185核桃叶片Pn值（Pn）、果实单果重（W）、单株果实产量（G）、出仁率（Y）、油脂含量（E）、蛋白质（C）分别在灌水量小于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/株时，对温185核桃的叶片Pn值（Pn）、果实单果重（W）、单株果实产量（G）、出仁率（Y）、油脂含量（E）、蛋白质（C）存在正效应，反之则存在负效应。水肥交互（W×F）对核桃单株果实产量（G）、核桃叶片Pn值（Pn）、果实单果重（W）、出仁率（Y）、油脂含量（E）均表现为正效应，对蛋白质（C）表现为负效应。
2.4" 灌水量与施肥量综合决策目标函数的建立与求解
研究表明，以不同水肥耦合的单株产量回归方程、果实品质回归方程的最大单项期望值作为灌水量与施肥量的约束条件，进行规划求解。
目标方程：Max：Z=8.094+0.328W-0.048W2+0.096F-0.009 5F2+0.005WF.
约束条件：2.47≤W≤5.25 m3/株;
4.00≤F≤11.50 kg/株;
W：3.92 m3/株，F：5.50 kg/株。
将单株产量效应回归、单果重效应回归、出仁率效应回归方程、油脂效应回归、可溶性蛋白效应回归期望值达到的最大解与目标函数（综合函数）达到最大的解分别带入各个方程中，得出整体最优项核桃叶片Pn值、单株产量、单果重、出仁率、油脂含量、蛋白质分别为11.89 μmol/（m2·s）、13.28 kg、13.37 g、68.19%、68.75%、171.44 mg/g，各指标的估计值均在试验允许范围内，由目标函数和约束条件所求得的整体最优解是有效的。灌水量为W：3.92 m3/株时，施肥总量为F：5.50 kg/株时，为适宜水肥处理。
3" 讨 论
3.1
多元二次模型其计量准确性和真实性非其他方法所能比拟，是当前国内外实现计量水肥的主要技术方法［22-24］。核桃叶片光合作用的强弱同时也可间接地反映核桃树的生理状态［25］。研究结果表明，核桃叶片的Pn值适宜灌水量为3.12 m3/株，施肥量小于6.67 kg/株时，对温185核桃叶片的Pn值可达到最大值；当小于或者大于适宜灌水量、施肥量时温185核桃叶片的Pn值均会下降，土壤含水量过低引起作物供水不足，且气孔蒸腾旺盛，会降低气孔导度和CO2同化率，或者导致气孔关闭，从而影响光合作用和蒸腾作用［26-27］，同时灌水或施肥过多过少均引起叶绿体色素含量的降低，均不利于提高植物光合速率［28］，与前人在研究枸杞光合作用时得到的结论一致［29］。研究结果表明，水肥耦合处理均可以增加温185核桃的单株产量，根据多元二次方程得出产量适宜灌水量为2.70 m3/株，施肥量小于4.50 kg/株，对温185核桃的单株产量可达到最大值；当小于或者大于适宜灌水量、施肥量时温185核桃单株产量均会下降，当施肥量过低时引起肥料供应不足，造成果树减产，但施肥量过高时，则引起肥害同样可造成减产［30］。当灌溉量过低时，土壤中的肥料得不到充足的释放，造成植物水分及养分供应不足，从而造成减产［31］，在灌溉量过高状况下，根系生长受抑，吸收活力下降、丧失，不可避免地导致树体生理过程紊乱，树体生产力降低，从而降低果树产量［32］，与前人在研究红枣产量时结论一致［12］。
3.2
单果重、出仁率均是衡量果实外在品质的重要指标之一，研究表明，水肥耦合处理可增加果实的单果重与出仁率［33-34］，研究结果表明，水肥耦合处理可以增加果实单果重，当灌水量为3.14 m3/株、施肥量为4.00 kg/株时为单果重的最优水肥参数，出仁率的适宜灌水量为4.25 m3/株，适宜肥量为6.50 kg/株，超过或低于该值则会对核桃单果重产生影响。前人在研究鸭梨［35］试验中得到了相同的结论，与适宜的水肥条件下，植物根系通过对土壤中养分的吸收，增加了有机物的积累，进而使单果重增大，水与肥充分结合使植物根系吸收大量养分，使核仁更加饱满，进而增加出仁率［36］。当灌水量及施肥量过低时，果实细胞的膨大未得到充足的水分与养分，从而降低单果重［37］及出仁率［38］，当灌水量或施肥量过高时，则显著抑制土壤脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性，从而降低养分对果实的供应，进而造成果实品质下降［39］。
3.3
油脂和蛋白质是核桃仁中的主要营养成分，是评价核桃营养品质的重要指标［40］。研究结果表明，温185核桃的油脂含量适宜灌水量为4.33 m3/株、施肥量为3.50 kg/株，当大于或者小于该灌水量与施肥量时，对温185核桃的油脂含量造成影响，水肥交互作用对核桃油脂含量效应显著（P＜0.05）。并且研究进一步证实，核桃的油脂含量随着灌水量的增高而升高，其中无水无肥与低水低肥处理下的核桃油脂含量显著低于中水低肥与高水低肥处理下的核桃油脂含量。核桃除含有营养价值极高的油脂外，还含有丰富的优质蛋白质，其可消化率达87.2%［40］。水肥耦合处理可以显著提高油葵［41］、板栗［42］、桃［43］等的蛋白质含量，并且蛋白质含量随着灌水量与施肥量的增加而增加。蛋白质含量与灌水量与施肥量之间存在正相关作用，即在适宜的水肥条件下，植物根系会吸收较多营养物质，以促进果实发育，提高果实品质，从而增加果实蛋白质含量［44］。在水分及养分含量过高时，均会增强土壤对养分的固定，降低土壤养分的移动性，进而造成果实品质的降低［45］，当灌水量及施肥量不足时，均降低果实品质，可能与植物因受干旱及养分胁迫，导致其根系吸水不足，植物难以完成自身发育，影响果实品质，进而降低果实品质有关［41］，与研究结果一致。
4" 结 论
水肥耦合处理可显著提升温185核桃光合作用、产量及品质，高水高肥处理为最优处理，新疆阿克苏地区温宿县沙壤土适宜的灌水量应为3.92 m3/株，适宜施肥量为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
