灌水量和生物炭施加量对柑橘品质及水分利用效率的影响_李虎.pdf

节水灌溉Water Saving I灌水量和生物炭施加量对柑橘品质及水分利用效率的影响李虎1，朱士江1，2，徐文1，2，张明博3，冯雅婷1，谭学军4（1.三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；2.三峡库区生态环境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002；3.吉林水利电力职业学院，长春 130117；4.宜昌市东风渠灌区管理局，湖北 宜昌 443000）摘 要：为揭示不同水分管理模式下生物炭对鄂西地区柑橘品质及水分利用效率（WUE）的影响，以20 a生红肉脐橙为研究对象，于2018-2020年设置3种供水水平（W1：雨养模式；W2：果实膨大期3 L/周、转色増糖期1 L/周；W3：果实膨大期后9 L/周、转色増糖期3 L/周）和5种生物炭施加量水平（B0：0%；B1：4%；B2：8%；B3：12%；B4：16%）进行大田试验，研究灌水量和生物炭施加量对柑橘品质指标、产量及WUE的影响。结果表明：施炭量为0%12%时，单果重、果皮厚度、可食率、果汁率、可溶性固形物、VC、可滴定酸和固酸比等指标随施炭量增加显著提高（PB4W3B2W3B3W2B1W3B4W2B2W2B1W2。W2水分管理条件下，B2、B3、B4施炭处理相较于B1处理单果重增幅分别为 2.37%、7.45%、6.01%；B4 较 B3 处理，单果重降低了1.33%。W3水分管理条件下，B2、B3、B4施炭处理与B1处理对比的果实单果重涨幅为4.67%、18.4%、7.74%；B4较B3处理单果重则降低了9.02%。2种水分管理条件下B4较B3处理的单果重均呈降低趋势，表明生物炭对单果重的提升存在一个上限，过量施加生物炭会造成单果重降低，同时在2种水分管理中，施炭4%12%单果重均表现为随生物炭施用量增大而增大。B1、B2、B3、B4施炭水平下，W3水分管理条件下各施炭处理的单果重较 W2 分别增长了 6.16%、8.55%、17.01%、7.89%，表明本次试验W3水分管理对提高果实单果重效果最显著。从表1可知，施用生物炭对果实单果重有显著影响（P0.05）。果实横径与纵径也作为参考果实大小的重要指标，由图3可知，图2单果重及果形指数变化图Fig.2Changes of single fruit weight and fruit shape index图3果实横、纵径和果皮厚度变化Fig.3Changes of fruit transverse,longitudinal diameter and peel thickness86灌水量和生物炭施加量对柑橘品质及水分利用效率的影响 李虎 朱士江 徐文 等本次试验横径与纵径的变化与单果重的变化规律相同，因此不再赘述。果形指数是果实纵径与横径的比值，是果实外观的评测指标。本次各试验处理的果形指数变化相对稳定，较 CK 而言，并无显著变化，其中 B2W3 与 B3W3 较 CK 分别提升了0.03、0.02，其余处理较CK则平均降低了0.018，表明生物炭与供水对果形指数无明显影响。由图3可知，在W2处理中，果皮厚度随施炭量的增加而减少；在W3处理中，当施炭量达到8%16%时，果皮厚度随施炭量的增加而增大，这与生物炭对土壤肥力的固持、光合速率的增强以及提升树体养分吸收利用的机理有关。2.1.2柑橘的内在品质变化表 2和表 3分别为各处理柑橘果实的品质变化及其显著性。分析碳水耦合对于品质变化的显著性，除可溶固形物外，各组的P值小于0.05，各组品质指标均变化显著，炭水耦合对果实品质有积极的改进作用，但改善能力有一定限度，16%较12%施炭处理的各果实品质指标总体呈下降趋势。对表 2、表 3 中的数据进行分析，发现 B1W2、B1W3、B2W2、B2W3、B3W2、B3W3、B4W2、B4W3较CK组均有显著改善，其中可食率增加了 1.59%6.89%，以 B3W3 处理最优，B4W3次之；果汁率增加4.11%21.00%，以B4W3处理最优，B3W3次之；可溶性固形物增加0.81%9.68%，以B3W2处理最优，B4W2次之；VC增加了4.07%15.98%、，以B3W2处理最优，B4W2 次之；可滴定酸（总酸）降低了 5.75%26.44%，以 B3W3 处理最优，B4W3 次之；固酸比提高了9.52%43.61%，以B3W2处理最优，B4W3次之。各施炭水平下，W3处理的可食率、出汁率、可滴定酸及固酸比总体优于W2处理，而可溶性固形物与VC含量则相反（W2W3）；W1、W2与W3水分管理均在果实成熟前1个月停止灌水，表明适当的增加灌水量对柑橘果实品质的提升、风味的改善也是有帮助的，同时果实可溶性固形物与VC含量则表现出W2W3W1的规律，说明一定程度的缺水灌溉，可提高果实糖分及维生素C的累积。同一水分管理下，随生物炭施用的增多，上述各指标均受到显著改善，在0%12%施炭处理中，各品质指标呈显著增长；当施炭达到16%时，其改善能力开始趋于饱和，同时低于12%施炭处理。由此表明，柑橘园生物炭的施用应遵循适度原则，如果当施炭量继续增加（即16%），生物炭可能将对柑橘的优质生长产生抑制作用。本试验B3W3处理下的可食率、果汁率、可滴定酸、固酸比改善效果最优，而B3W2处理下的可溶性固形物与VC含量最高，可见B3（12%：2.178 kg/株）施炭量对柑橘果实品质而言效果最佳。与B3W2相比，B3W3的VC含量低2.6%，可溶性固形物低3.7%，总体差异性并不大。综上所述，可以认为B3W3、B3W2是果实品质效益最大化的炭水耦合模式。2.2不同供水条件下生物炭对产量及WUE的影响表4为不同处理的柑橘产量和WUE。从表4中可以看出柑橘单株产量与生物炭呈显著正相关（P0.05），同时与灌水量也呈显著正相关（PB3W2表1柑橘果实内外观品质方差分析显著性Tab.1Analysis of variance significance of appearance quality changes of navel orange fruit指标水分生物炭综合单果重/g0.1220.0310.045横径/cm0.1440.0300.048纵径/cm0.2630.0740.030果形指数0.4520.5270.616果皮厚度/cm0.4240.4320.922表2柑橘果实内在品质变化Tab.2Changes of inner quality of navel orange处理B0W1(CK)B1W2B1W3B2W2B2W3B3W2B3W3B4W2B4W3可食率/%71.163.08 c72.291.15 bc73.451.23 b72.563.04 bc74.192.68 ab74.762.08 ab76.060.55 a73.621.01 b74.811.05 ab果汁率/%42.340.79 d44.081.83 cd48.210.32 b45.152.00 c50.451.19 ab45.861.61 bc51.170.24 a46.370.50 bc51.230.53 a可溶性固形物含量/%12.400.07 b12.800.61 b12.500.55 b13.000.40 a12.700.36 b13.600.21 a13.100.20 a13.300.19 a12.900.47 b100 mL中维生素C（VC）含量/mg40.291.81 c42.230.43 bc41.931.11 bc44.470.81 ab43.841.57 b46.732.07 a45.512.27 ab46.281.95 a45.110.06 ab可滴定酸含量/%0.870.02 a0.820.01 ab0.790.02 b0.770.03 bc0.730.03 bc0.710.01 c0.640.01 d0.700.03 c0.670.02 cd固酸比14.250.55 d15.610.02 cd15.820.51 cd16.880.57 c17.400.58 bc19.150.40 b20.470.18 a19.000.56 b19.250.17 b表3柑橘果实内在品质方差分析显著性Tab.3Significance of variance analysis of internal quality changes of navel orange fruit指标水分生物炭综合可食率/%0.0010.0020.002果汁率/%0.0000.0200.032可溶性固形物含量/%0.6410.0060.191100 mL中维生素C（VC）含量/mg0.0330.0030.016可滴定酸含量/%0.0210.0060.010固酸比0.1120.0040.02187灌水量和生物炭施加量对柑橘品质及水分利用效率的影响 李虎 朱士江 徐文 等B4W3B4W2B2W3B2W2B1W3B1W2B0W1，其中各处理的 单 株 产 量 较 CK 分 别 增 加 了 43.69%、37.31%、35.74%、28.60%、25.06%、22.07%、18.59%、11.17%。W2与W3中各施炭处理的单株产量大小均表现为B3B4B2B1，表明 B3施炭量要优于 B4（16%：2.904 kg/株）施炭量处理，这与上一节品质分析的结论相一致。W2、W3水分管理的WUE大小表现均为B3B4B2B1，较无生物炭施用的CK 组，W2 各 组 分 别 提 高 了 4.38%、14.61%、28.92%、20.74%，W3 各 组 分 别 提 高 了 4.93%、10.66%、27.14%、20.11%，并且B4施炭量处理对WUE的提升效果开始减少，B3处理可以发挥最大化效益。各施炭处理的单株产量大小均表现为W3W2，WUE变化未达到显著水平；B3W3 处理的产量最高，WUE 也较高；B3W2的产量次之，但WUE最高。3讨 论生物炭对作物品质和产量的效应受生物质炭施加量的影响。李辉等25通过对旱塬区苹果施加不同量生物炭基肥，探讨了旱塬区苹果对不同量生物炭肥的响应，结果表明，施加1 950 g/株的生物质炭基肥可以最大限度地增长叶片矿质营养、叶绿素含量、果实品质和产量，施加生物炭基肥2 400 g/株的处理较1 950 g/株的果实品质、产量、叶绿素含量都有所下降；蒋惠等26探索了 6种生物炭施加量对砂糖桔品质和产量的影响，研究发现随生物炭施加量的增加，砂糖橘的产量和品质呈先升后降趋势，当施炭量为2.4 kg/株和3.6 kg/株时，果实产量和品质优于其他处理。本次研究结果表明，炭土比为12%时可显著提高柑橘单果重、可食率、可溶性固形物、可滴定酸、产量和WUE，炭土比为16%较12%各项果实品质指标和产量均略有下降，其原因是适量施用生物炭可改善土壤理化性质，促进养分吸收，提高肥料利用率，从而提高土壤生产力，使作物产量增加，同时影响碳水化合物在作物体内的的合成与分配，提高作物品质；过量使用生物炭会导致土壤团聚体数量减少，造成土壤理化性质降低，引起产量和品质降低。因此，过量施加生物炭反而会对作物的产量、品质和WUE造成负面效应。本研究中，8种炭水耦合处理与雨养灌溉处理相比改善了柑橘内在、外观品质，提高了产量和 WUE，这和杜兵杰等27报道的生物炭对亏缺灌溉下温室重壤土栽培番茄产量和品质的结论基本一致。生物炭和灌水量对产量的影响主要与生物炭本身的多孔结构含碳量有关，在土壤中添加后，改变了孔隙分布，增加了土壤微孔孔隙度，促进根系生长，有利于提高产量；同时，生物炭的含碳量极其丰富，改变了 C、N比例，从而影响了微生物的调控，进而影响产量28。本研究中，单施生物炭对柑橘产量增加值远低于炭水耦合处理，这是由于生物炭自身可被作物直接吸收的养分较少，但结合水与肥后，土壤肥力得到固持与补充，弥补了生物炭自身养分不能被直接利用的缺陷，因此对作物产量的提升效果显著。施用生物炭量和灌溉均影响生物炭的效果，进而对产量的影响不同。本研究中，通过2者对产量的多元线性回归模型分析，生物炭的标准化系数为