水肥互作对滴灌红枣产量、品质与土壤养分的影响

张健利，王振华，*，陈 睿，王东旺，梁永辉，刘茹华

(1.石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832000；

2.现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆 石河子 832000；

3.农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室，新疆 石河子 832000)

红枣是一种营养丰富、保健价值极高的美味果品，具有适应性强、经济效益显著、耐盐碱、抗旱耐涝的特性[1]。我国是世界上最大的红枣生产与出口国，红枣种植面积和产量均占世界的98%以上[2]。红枣是新疆的特色林果，在当地农村经济和农业发展中发挥着重要作用。近年来，新疆各地的红枣种植面积已趋于稳定。然而，在红枣种植过程中，因管理较为粗放，长期和单一施用化肥的问题致使一些红枣田地养分失调、肥力下降，部分地域的化肥施用量超出当地枣园的需求，致使土壤结构破坏、土壤理化性质恶化，严重制约了红枣产量与品质的提升。南疆临近沙漠，年降水量少、蒸发量大，水资源短缺和灌溉用水不合理的问题制约着当地枣业的发展。因此，在南疆干旱地区水资源不足、且长期单一和过量施用化肥的情况下，探寻适宜红枣生产的新型高效水肥管理方式不仅有助于增产提质，还可以有效提升对水、肥资源的利用效率，对南疆红枣种植业的发展具有积极意义。

生物有机肥是一种新型的复合肥料，富含多种养分和有益微生物菌群[3]，具有提高土壤肥力、改良土壤理化性质、提升作物产量与品质的优点[4]。闫鹏科等[5]研究表明，施加生物有机肥可以降低土壤盐分含量和pH值，显著提高土壤碱解氮、速效钾、有效磷含量，且对枸杞增产提质的效果明显。李停锋等[6]向连作压砂田施入生物有机肥后发现，施肥可以提高压砂田土壤的肥力水平，显著提升压砂田西瓜的产量和品质。Habashy等[7]研究发现，向土壤中施加生物有机肥可显著提升土壤硝态氮、铵态氮和有机质含量，有效缓解土壤磷素缺失，有利于营造出适宜作物生长发育的土壤环境。Li等[8]经过2年的试验研究发现，与漫灌处理相比，滴灌灌水量为660 mm时，南疆地区红枣产量和水分利用效率显著提升。石培君等[9]研究发现，哈密地区滴灌红枣采用中水(900 mm)中肥(1 500 kg·hm-2)时，可以获得最高产量。上述2项研究均提出了适宜当地枣树的灌溉制度，并指出盲目增加灌水量并不是实现作物增产的有效途径。

综上，已有众多学者对滴灌条件下的水肥耦合效应开展了大量研究[10-11]，并建立了适宜不同地域的最优水肥灌溉制度[12-13]，但这些研究多集中于玉米[14]、小麦[12]、水稻[15-16]等作物上，且施用的肥料多为化肥，关于极端干旱地区滴灌红枣生产上水与生物有机肥耦合关系的研究甚少。为此，特开展田间试验，设置不同灌水量和生物有机肥施用量处理，探寻最佳水、肥用量及其与红枣产量、品质的关系，以期为南疆干旱区滴灌红枣农业水肥资源的高效利用和红枣产量与品质的进一步提升等提供理论参考。

1.1 试验地概况

试验于2021年4—11月在新疆昆玉市二二四团农七连进行(79°17′36″E，37°21′26″N，海拔1 289.9 m，气压877.8 hPa)。该地属暖温带极端干旱荒漠气候，多年平均降水量、蒸发量分别为33.4 mm、2 824 mm，全年日照时数约为2 610.6 h。该地土壤质地为砂质壤土，地下水埋深约为3 m，土壤黏粒含量小于10%。试验田0～150 cm土壤的平均容重为1.54 g·cm-3。试验前，0～150 cm土壤的理化性状如下：pH值8.24，铵态氮含量0.41 mg·kg-1，有效钾含量37.03 mg·kg-1，速效磷含量15.56 mg·kg-1，有机质含量9.35 g·kg-1，田间持水量14.73%(质量含水率)。

1.2 试验材料与设计

供试红枣品种为骏枣，树龄10 a。红枣南北行向定植，行长70 m，行距4 m，株距0.8 m。

供试生物有机肥为呱呱酵生物有机肥(有机质含量≥60%，有效活菌数≥0.2亿g-1，N、P2O5、K2O总含量≥5%)，采用有氧发酵工艺制得，原料为骨粉、豆饼、蘑菇渣等，含有16种微生物菌群，具有抑病、促肥、抗盐碱的效果，由新疆根力多生物科技有限公司生产。

采用“1行2管”的布置方式。滴灌带为单翼迷宫式滴灌带，滴头间距0.3 m，滴头流量3.2 L·h-1，2条滴灌带位于枣树两侧，距离枣树0.3 m。

试验地土壤以砂土为主，质地疏松，土壤保水保肥能力极差。在当地常规灌溉水平下，可通过降低灌水量来缓解土壤水分、养分流失的现状。为此，特设置2个灌溉水平[W1，6 000 m3·hm-2；
W2(当地常规灌溉水平)，6 600 m3·hm-2]和3个基肥水平(S1，1 200 kg·hm-2；
S2，1 650 kg·hm-2；
S3，2 100 kg·hm-2)，两两交互，同时设置不施加生物有机肥的2个对照(W1CK、W2CK)，共8个处理。每处理重复3次，每小区面积280 m2(4 m×70 m)。

生物有机肥作基肥，于枣树发芽前在枣树行单侧进行穴施(距离枣树0.4 m，穴深0.3 m，两穴之间距离0.5 m)。化肥统一作追肥，于每次灌水时随水施入。供试化肥及其用量如下：尿素(N含量46.4%)362.26 kg·hm-2，磷酸一铵(P2O5含量61%，N含量12%)254.72 kg·hm-2，磷酸二氢钾486.79 kg·hm-2(P2O5含量52%，K2O含量34%)。各处理的化肥用量相同。

依据当地生产实践，确定红枣种植的灌溉制度(全生育期171 d)：4月25日—5月31日，新梢期，灌溉、施肥2次(每次灌水量和施肥量相等，下同)，水和化肥的用量均占试验设计总量的20%；
6月1日—7月1日，花期，灌溉、施肥2次，水和化肥的用量均占试验设计总量的20%；
7月2日—8月6日，果实膨大期，灌溉、施肥3次，水和化肥的用量均占试验设计总量的30%；
8月7日—9月11日，白熟期，灌溉、施肥2次，水和化肥的用量均占试验设计总量的20%；
9月12日—10月17日，完熟期，灌溉、施肥1次，水和化肥的用量均占试验设计总量的10%。

于2021年4月15日施入生物有机肥，10月30日收获红枣。田间管理措施均按当地规范进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 红枣的梢长与梢粗

各处理挑选3株红枣并进行标记，分别用卷尺、游标卡尺测量红枣的梢长与梢粗。在红枣新梢萌芽后25 d开始第1次测定，之后每隔9 d检测1次。

1.3.2 叶绿素相对含量

于红枣的各个生育阶段，各处理随机选取长势相当的3棵枣树，在每棵枣树的上、中、下冠层分别挑选3片叶子，用SPAD-502 PLUS型叶绿素计(日本Konica Minolta)，于晴朗天气的11:00—13:00测定叶片叶绿素相对含量(SPAD值)。

1.3.3 土壤养分含量

于红枣完熟期，在距离枣树40 cm的两穴坑之间采集土样，采集深度0～150 cm。采用Clever Chem Anna全自动间断化学分析仪(德国DeChem-Tech)测定土壤铵态氮、有效钾、速效磷含量。其中，铵态氮含量用水杨酸钠法、有效钾含量用四苯硼钠法、速效磷含量用磷钼蓝法测定[17]。

1.3.4 红枣的产量与品质

于红枣完熟期，每处理挑选长势均匀的3株红枣树，测定单株产量。每棵枣树再选取3颗长势均匀的果实，分别用游标卡尺和电子秤(精度为0.01 g)测量果实的横径、纵径和单果质量。

于红枣完熟期，每处理挑选3株红枣树，在上、中、下冠层各取10颗红枣(共计30颗)，用于品质测定。其中，总糖含量、维生素C含量、总酸和可溶性固形物含量分别用斐林法、2，6-二氯靛酚滴定法、酸碱滴定法和WYT-1型手持糖度计(广州沪瑞明仪器有限公司)测定[18-19]。

1.4 数据处理

用Excel 2016软件整理数据，用SPSS Statistics 26软件对数据进行方差分析和相关性分析，用Origin 2017软件作图。

2.1 水肥互作对滴灌红枣生长的影响

不同处理下，红枣的梢长、梢粗均随时间推进(萌芽后25～79 d)而增长，但增幅呈先大后小的趋势(图1)。

柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。Bars marked without the same letters indicated significant difference at P<0.05. The same as below.图1 不同处理对滴灌红枣梢长和梢粗的影响Fig.1 Effect of different treatments on branch length and width of drip irrigated jujube

不同处理均在枣树萌芽后34～43 d梢长增幅最大。这可能是因为，随日期推进，红枣逐渐由营养生长进入到生殖生长阶段，因此梢长的增幅先增后降。萌芽后79 d，灌溉水平和基肥水平对红枣梢长的影响均达极显著水平(P<0.01)。梢长在W2水平下最大，较W1水平梢长增加12.61%。相同灌溉水平下，随生物有机肥施用量增加，梢长呈递增趋势。在W1灌溉水平下，与CK相比，增施生物有机肥后，梢长增加了4.33%～10.40%；
在W2灌溉水平下，与CK相比，增施生物有机肥后，梢长增加了5.45%～13.26%。

不同处理均在枣树萌芽后34～43 d梢粗增幅最大。萌芽后79 d，灌溉水平和基肥水平对红枣梢粗的影响均达极显著水平(P<0.01)。梢粗在W2水平下最大，较W1水平增加10.29%。相同灌溉水平下，随生物有机肥施用量增加，梢粗呈递增趋势。在W1灌溉水平下，与CK相比，增施生物有机肥后，梢粗增加了2.07%～7.30%；
在W2灌溉水平下，与CK相比，增施生物有机肥后，梢粗增加了4.44%～10.34%。

综上，在本试验条件下：灌溉水平越高，红枣的梢长、梢粗越大；
同一灌溉水平下，基肥水平越高，越有利于红枣的生长。

2.2 水肥互作对滴灌红枣叶绿素相对含量的影响

红枣叶片的叶绿素相对含量随生育期的推进呈现先增大后减小的趋势(表1)。各处理下，红枣叶片的叶绿素相对含量均在果实膨大期达到最大值。灌溉水平和基肥水平在各生育期均对叶绿素相对含量有极显著(P<0.01)影响，二者的交互作用仅在果实膨大期时对叶绿素相对含量有显著(P<0.05)影响。各生育期，相同基肥水平下，叶绿素相对含量随灌溉水平的增大而增加；
相同灌溉水平下，叶绿素相对含量随基肥水平的提高而增大。以果实膨大期为例，W2较W1处理的叶绿素相对含量增大了10.07%；
在W1灌溉水平下，施加生物有机肥各处理(W1S1、W1S2、W1S3)的叶绿素相对含量较CK分别增加了3.24%、6.25%和9.05%；
在W2灌溉水平下，施加生物有机肥各处理(W2S1、W2S2、W2S3)的叶绿素相对含量较CK分别增加了5.17%、8.99%和15.97%。在本试验条件下，相同基肥水平下，叶绿素相对含量随灌溉水平的增大而增大；
相同灌溉水平下，增施生物有机肥可提高红枣叶片的叶绿素相对含量，且基肥水平越高，叶绿素相对含量越高。

表1 不同处理下红枣不同生育期的叶绿素相对含量(SPAD值)

2.3 水肥互作对枣田土壤养分的影响

方差分析结果显示，基肥水平对土壤有效钾、速效磷和铵态氮含量均有极显著(P<0.01)影响，灌溉水平仅对土壤有效钾含量有极显著(P<0.01)影响，二者的交互作用对土壤有效钾、速效磷和铵态氮含量均无显著影响。

同一灌溉水平下，施用生物有机肥后，土壤有效钾、速效磷、铵态氮含量均呈升高趋势，且随生物有机肥施用量增加，0～150 cm土壤有效钾、速效磷、铵态氮含量均相应增加(表2)。在W1灌溉水平下，施加生物有机肥各处理(W1S1、W1S2、W1S3)0～150 cm土壤的有效钾含量较CK提升了14.72%～37.14%，速效磷含量较CK提升了9.76%～41.97%，铵态氮含量较CK提升了38.32%～73.63%；
在W2灌溉水平下，施加生物有机肥各处理(W2S1、W2S2、W2S3)0～150 cm土壤的有效钾含量较CK提升了14.67%～46.46%，速效磷含量较CK提升了25.45%～54.54%，铵态氮含量较CK提升了34.22%～93.22%。随灌水量增加，0～150 cm土壤的有效钾、速效磷、铵态氮含量均减少，W2较W1灌溉水平下0～150 cm土壤的有效钾、速效磷、铵态氮含量分别降低了11.90%、6.43%、2.21%。与W2CK处理相比，W1S3处理0～150 cm的土壤有效钾、速效磷、铵态氮含量分别提升了60.00%、66.27%、86.43%，且均差异显著(P<0.05)。

表2 不同处理对枣田土壤养分的影响

2.4 水肥互作对滴灌红枣果实形态和单株产量的影响

方差分析结果显示，灌溉水平和基肥水平对红枣的果实纵径、横径和单果质量、单株产量均有极显著(P<0.01)影响，二者的交互作用对单株产量无显著影响，对其他指标均有显著(P<0.05)影响。

相同基肥水平下，红枣果实形态指标(果实纵径、横径和单果质量)与单株产量均随灌溉水平的增加而增加(表3)，W2灌溉水平下的红枣纵径、横径、单果质量与单株产量较W1分别提升了7.04%、8.67%、18.34%和16.39%。同一灌溉水平下，红枣果实形态指标与单株产量均随生物有机肥施用量的增加而增加。在W1灌溉水平下，与CK处理相比，施加生物有机肥各处理(W1S1、W1S2、W1S3)的果实纵径提高了2.55%～7.95%，果实横径提高了2.10%～6.02%，单果质量提高了2.70%～15.41%，单株产量提高了4.65%～19.83%；
在W2灌溉水平下，与CK处理相比，施加生物有机肥各处理(W2S1、W2S2、W2S3)的果实纵径提高了4.90%～8.21%，果实横径提高了5.17%～10.82%，单果质量提高了10.96%～18.72%，单株产量提高了8.17%～19.08%。各处理之间相比：W2S3与W2S2、W1S3与W2CK的果实形态指标与单株产量均无显著差异。

表3 不同处理下的红枣果实形态与产量

2.5 水肥互作对滴灌红枣品质指标的影响

方差分析结果显示，除基肥水平对总酸的影响为显著(P<0.05)水平外，灌溉水平和基肥水平对滴灌红枣总糖、可溶性固形物、维生素C含量均有极显著(P<0.01)影响，二者的交互作用对总糖、可溶性固形物、维生素C含量有显著(P<0.05)影响。在相同基肥水平下，W2灌溉水平下红枣的总糖、可溶性固形物、总酸、维生素C含量均较W1灌溉水平下更高(表4)，分别提高了6.36%、5.86%、32.82%、16.96%。相同灌溉水平下，随生物有机肥施用量的增加，总糖、可溶性固形物、维生素C含量逐渐增大：在W1灌溉水平下，与CK处理相比，施加生物有机肥各处理(W1S1、W1S2、W1S3)的总糖、可溶性固形物、维生素C含量分别提升了2.49%～8.69%、1.62%～7.84%、3.81%～19.95%；
在W2灌溉水平下，与CK处理相比，施加生物有机肥各处理(W2S1、W2S2、W2S3)的总糖、可溶性固形物、维生素C含量分别提升了4.40%～6.41%、4.67%～6.40%、8.07%～14.15%。相同灌溉水平下，随生物有机肥施用量增加，总酸呈降低趋势：在W1灌溉水平下，与CK处理相比，施加生物有机肥各处理的总酸降低了2.88%～23.91%；
在W2灌溉水平下，较CK处理相比，施加生物有机肥各处理的总酸降低了8.17%～27.76%。各处理之间相比：W2S3与W2S2的品质指标均无显著差异；
W1S3的总糖、可溶性固形物含量显著(P<0.05)高于W2CK，总酸显著(P<0.05)低于W2CK，维生素C含量无显著差异。

表4 不同处理对红枣品质的影响

2.6 土壤养分与红枣品质、产量的相关性

相关性分析结果显示：土壤有效钾含量与速效磷、铵态氮含量呈极显著(P<0.01)正相关关系(表5)，与果实总酸含量呈极显著(P<0.01)负相关关系。土壤速效磷含量与铵态氮含量呈极显著(P<0.01)正相关关系，与果实总酸含量呈显著(P<0.05)负相关关系。果实总糖含量与可溶性固形物、维生素C含量，及果实纵径、果实横径、单果质量、单株产量呈极显著(P<0.01)正相关关系；
果实可溶性固形物含量与维生素C含量，及果实纵径、果实横径、单果质量、单株产量呈极显著(P<0.01)正相关关系；
果实维生素C含量与果实纵径、果实横径、单果质量、单株产量呈极显著(P<0.01)正相关关系，果实纵径、果实横径、单果质量、单株产量相互均呈极显著(P<0.01)正相关关系。

表5 土壤养分与红枣品质、产量等指标间相关性

研究表明，施用生物有机肥对番茄、枸杞、木薯等农作物的生长有明显的促进作用[20-22]。本研究发现，施用生物有机肥可促进红枣梢长、梢粗的增长。这可能是因为，生物有机肥作为一种新型复合肥料，不仅养分齐全，而且还含有大量的微生物菌群，可以减少病虫害的发生，为作物生长提供保证[23]。叶绿素含量影响作物对光能的吸收和转化，从而影响叶片的光合作用，进而制约产量形成[24]。本研究表明，施用生物有机肥可增加红枣叶片的叶绿素相对含量。这可能是因为，施肥后土壤速效养分含量提高[25]，而氮素又是构成植物氨基酸、维生素和叶绿素等物质的重要成分之一[5]。

研究表明，增施生物有机肥可显著提升土壤养分含量，且有利于作物根际微环境的改善，促进作物根系生长[6]。本研究表明，施加生物有机肥可提高0～150 cm土壤有效钾、速效磷、铵态氮含量，且随生物有机肥施用量增加，0～150 cm土壤有效钾、速效磷、铵态氮含量相应升高。本研究表明，W2灌溉水平下的土壤有效钾、速效磷、铵态氮含量较W1灌溉水平下降低。这可能是由于，在较高的灌水量下施加生物有机肥，更能促进植株对土壤中养分的吸收利用，故而土壤中积累的有效养分含量较低。另外，本试验中的土壤以砂土为主，土壤保水保肥能力较差，高灌溉水平也可能会造成部分土壤养分的流失。

一般来说，施用生物有机肥，可为土壤提供各种营养元素，且生物有机肥中的有益微生物在进入土壤定殖后，可发挥固氮和释放磷钾、增加作物根系吸收面积和抑制有害菌生长繁殖等作用[26]，进而为作物根系生长营造良好的环境，最终达到增产提质的目的。滴灌红枣在不同水肥条件下的产量和品质表现不尽相同。当水分不足时，适当增加灌水量有助于红枣产量的提升，但过高的水、肥施用量亦可能会引起红枣产量与品质的降低[27-28]。在本试验条件下，增施生物有机肥提高了红枣的产量，但施用过高的生物有机肥并不会促进其产量的进一步显著增加，如在W2灌溉水平下，当生物有机肥施用量从1 650 kg·hm-2增至2 100 kg·hm-2时，红枣产量不再显著增加。朱菜红等[29]研究表明，化肥与有机肥的施用量均应适量，有机肥施用量过高时可能会抑制植株根系微生物活性，使得作物根系对养分的吸收速率下降，最终导致作物减产。本研究中，在W2灌溉水平下，从产量判断，1 650 kg·hm-2的施肥量较为适宜。土壤养分对作物生长发育具有重要作用，甚至直接影响作物的品质[18]。本试验中，施加生物有机肥提高了红枣果实的总糖、可溶性固形物、维生素C含量，并一定程度上通过降低酸度，改善了口感，提高了红枣的品质。

综上，合理的水肥运筹是实现红枣增产提质的有效措施。本试验中，在当地常规灌溉水平下，施加1 650、2 100 kg·hm-2生物有机肥的红枣产量和品质无显著差异。因此，若采用该灌溉水平，建议施肥量为1 650 kg·hm-2。另外，本研究中，W1S3处理的红枣产量、品质等性状均不劣于甚至显著优于当地常规处理(W2CK)，因此用降低灌水量但配以高量生物有机肥的方案替代当地常规灌溉施肥方案也是可行的。综合考虑南疆地区干旱少雨、水资源匮乏，水肥易于流失的特点，在6 000 m3·hm-2的灌溉水平下增施2 100 kg·hm-2生物有机肥，是适宜替代当地常规灌溉施肥方法的。但要指明的是，本研究结果仅为1年的试验结果，而生物有机肥的作用效果较为缓慢，今后还需进一步开展长期研究，关注其对土壤理化性状和红枣生产的持续性影响。