基于熵权-层次分析法的冬枣水肥耦合优化：平衡生化与感官属性的综合品质评价

《Scientia Horticulturae》：Optimizing kiwifruit cultivar selection through integrated quality evaluation: An entropy weighted-analytic hierarchy process approach for balancing biochemical and sensory attributes

为解决干旱区设施冬枣生产中水肥管理粗放导致的营养吸收效率低、光合性能受限及果实发育不良等问题，研究人员开展了为期两年的棚栽冬枣滴灌施肥试验，设置了4个灌溉水平（W1–W4，基于作物蒸发蒸腾量ETc的60%–120%）和4个施肥水平（F1–F4，N-P-K为192-96-150至384-192-300 kg ha?1）。结果表明，W2F2处理（80% ETc+256-128-200 kg ha?1）能显著提高叶片氮含量、净光合速率（Pn）及果实体积与单果重，同时抑制营养生长过旺。结构方程模型（SEM）进一步揭示氮含量是影响果实体积（路径系数0.836）和重量（0.715）的主要因子。该研究为干旱区设施冬枣高效水肥管理提供了理论依据和技术参数。

　　

在中国新疆南部这片干旱少雨的土地上，冬枣（Ziziphus jujuba Mill. cv. Dongzao）因其脆甜的果肉和丰富的维生素C、类黄酮含量而备受消费者青睐，已成为当地重要的经济果树。然而，该地区降水稀少、蒸发强烈，农业生产高度依赖灌溉。与此同时，农户为追求高产往往盲目过量施肥，不仅浪费资源，还可能加剧土壤盐渍化等环境问题。塑料大棚栽培作为一种能够改善微气候、调节土壤水热盐动态的现代农业技术，在此地广泛应用，但大棚内特殊的环境对水肥管理提出了更高要求。如何在大棚内实现冬枣的高效、节水、优质生产，成为一个亟待解决的科学与实际问题。

为此，西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室的研究团队在2023至2024年，于新疆图木舒克地区的塑料大棚内，开展了一项为期两年的田间试验。研究旨在探究不同滴灌施肥策略对冬枣营养状况、光合性能、生长发育及果实产量与品质的影响，并利用结构方程模型（SEM）量化各因素间的因果关系，最终为棚栽冬枣制定最优的水肥管理策略。

研究人员设置了4个灌溉水平（W₁: 60% ET_c, W₂: 80% ET_c, W₃: 100% ET_c, W₄: 120% ET_c）和4个施肥水平（F₁: 192-96-150 kg ha^?1, F₂: 256-128-200 kg ha^?1, F₃: 320-160-250 kg ha^?1, F₄: 384-192-300 kg ha^?1），共16个处理，每个处理3次重复。研究的关键技术方法包括：利用20厘米蒸发皿测定日蒸发量（E_pan）并结合作物系数（K_cp）计算灌溉量；使用LI-6400便携式光合作用系统测定叶片光合参数（净光合速率Pn、气孔导度g_s、蒸腾速率Tr、瞬时水分利用效率WUE_i）；采用化学分析方法测定植株各器官（茎、叶、果实）的全氮（N）、全磷（P）、全钾（K）含量；定期测量新梢长度与粗度、果穗性状、果实纵横径并计算果实体积；利用Logistic方程拟合果实体积动态生长过程；并最终运用结构方程模型解析营养吸收、光合作用、营养生长与果实产量之间的直接与间接路径。

3.1. 冬枣养分含量

研究分析了茎、叶、果实中氮、磷、钾的含量。结果表明，水肥处理对冬枣各器官的养分含量有显著影响。在相同施肥水平下，茎、叶的氮含量随灌溉量的增加多呈先升后降趋势，W₂或W₃处理往往能获得较高的氮含量。例如，2024年，W₂F₂处理的叶片氮含量达到36.79 g kg^–1。磷含量变化规律类似，适宜的灌溉（W₂或W₃）和施肥（F₂或F₃）有利于磷在叶片和果实中的积累。钾含量对水肥的响应因器官和年份略有差异，但总体上，W₂F₂或W₃F₃等中度水肥处理在提升果实钾含量方面表现较好。这表明适度的水肥供应是保证冬枣树体营养平衡的关键。

3.2. 生理参数

光合参数是反映树体生理状态的重要指标。研究发现，净光合速率（Pn）、气孔导度（g_s）和瞬时水分利用效率（WUE_i）均对水肥处理敏感。在相同施肥条件下，这些参数通常随灌溉量的增加呈先增后减的趋势，W₂处理（80% ET_c）的光合性能最佳。例如，2023年W₂F₃处理的Pn达到7.31 μmol m^–2s^–1。过量灌溉（W₄）或过量施肥（F₄）反而会抑制光合作用。蒸腾速率（Tr）则随灌溉量增加而升高。这表明适度的水分胁迫（如W₂）有助于提高水分利用效率，而过量灌溉虽增加蒸腾但未必能同步提升光合产出。

3.3. 修剪量与相对叶绿素含量

修剪量是调控营养生长的重要手段。水肥处理对修剪量有极显著影响（P < 0.01）。总体而言，W₂处理在多数施肥水平下能产生较高的修剪量，表明其促进了适度的营养生长。而过高灌溉（W₄）或过高施肥（F₄）下的修剪量反而有所下降。叶片相对叶绿素含量（SPAD）总体随灌溉量增加呈下降趋势，说明适度控水有利于叶绿素的积累。W₁F₁处理在两年中的平均SPAD值最高（2023年42.73, 2024年45.21）。

3.4. 新梢与果穗

新梢长度和粗度以及果穗长度和粗度是衡量树体生长势的重要指标。新梢长度在开花至坐果期（5月初至6月下旬）快速增加，之后趋于稳定。W₂处理在不同施肥水平下普遍能获得较长和较粗的新梢。果穗性状对水肥的响应与新梢类似，但最佳处理组合有所不同，如果穗长度在2023年以W₄处理较高，2024年以W₃处理较高。这表明生殖生长对水肥的需求与营养生长存在差异，需要平衡调控。

3.5. 果实发育与重量

利用Logistic方程成功拟合了果实体积随开花后天数（DAF）的动态变化（R²> 0.9866）。果实体积积累呈现“慢-快-慢”的单峰曲线特征。快速膨大期开始时间（t₁）在55.47至71.59 DAF之间，结束时间（t₂）在82.96至114.17 DAF之间。W₄F₂（2023年）和W₄F₃（2024年）处理的果实体积积累速率最大。单果鲜重和干重受水肥影响显著，通常随施肥量增加先增后降。2023年，W₄F₂处理单果鲜重最大（23.06 g）；2024年，W₂F₃处理单果鲜重最大（25.52 g）。这表明适宜的水肥组合（如W₂F₂或W₂F₃）最有利于果实干物质积累和产量形成。

3.6. 多指标间统计关系

Pearson相关分析显示，茎、叶、果的氮、磷、钾含量，光合参数（Pn, g_s, WUE_i），生长指标（SPAD, 修剪量, 新梢长），果实体积和单果重之间存在显著正相关关系。结构方程模型（SEM）进一步揭示了各因素间的因果路径：氮含量对果实体积（路径系数0.836）和单果重（0.715）有直接正向效应；磷含量也对果实体积（0.416）和单果重（0.485）有直接正向效应；光合指标通过正向影响果实体积（0.448）间接促进单果重；而营养生长指标（如新梢长）则对果实体积（-0.184）和单果重（-0.563）产生间接负效应，表明过旺的营养生长会消耗光合产物，不利于果实发育。

本研究通过两年田间试验，系统阐明了滴灌施肥对塑料大棚冬枣营养吸收、光合特性、生长动态及果实产量形成的调控作用。研究发现，80% ET_c灌溉水平（W₂）配合256-128-200 kg ha^?1的施肥量（F₂）是新疆南部棚栽冬枣较优的水肥管理模式。该组合能有效协调冬枣的营养生长与生殖生长，促进树体对氮、磷、钾养分的吸收与利用，维持较高的光合性能和水肥利用效率，最终实现果实体积与单果重的协同提高。结构方程模型量化了氮素养分在驱动果实发育中的核心地位，同时揭示了抑制过量营养生长对于促进果实增产的重要性。该研究为干旱区设施冬枣的高效、节水、优质生产提供了重要的理论依据和技术参数，对促进当地枣产业可持续发展具有重要意义。研究成果发表于《Scientia Horticulturae》。