灌溉与施肥调控光合性能与养分吸收促进设施冬枣营养生长与果实发育的机制研究

《Scientia Horticulturae》：Irrigation and fertilization improved vegetative growth and fruit development of winter jujube in plastic shed production through enhanced photosynthetic capacity and nutrient uptake

本研究针对南疆干旱区设施冬枣生产中水肥管理粗放的问题，通过两年田间试验，系统探究了不同灌溉量（基于作物蒸发蒸腾量ETc的60%-120%）与施肥量（N-P-K，192-96-150至384-192-300 kg ha?1）耦合对冬枣养分吸收、光合特性、生长指标及果实发育的影响。结果表明，W2F2处理（80% ETc配合256-128-200 kg ha?1施肥）能有效抑制营养生长过旺，促进果实发育，并通过结构方程模型揭示氮含量是影响果实体积与重量的首要因子。该研究为南疆设施冬枣高效水肥管理提供了理论依据与技术支撑。

　　

在南疆广袤的绿洲农业区，冬枣（Ziziphus jujuba Mill. cv. Dongzao）因其脆甜的果肉和丰富的维生素C、类黄酮含量而成为高经济价值的特色果树。然而，该地区降雨稀少、蒸发强烈的极端干旱气候，使得作物生长几乎完全依赖灌溉。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，还可能引发土壤退化与环境风险。如何在塑料大棚这一广泛应用的设施栽培模式下，精准调控水肥供应，以协调冬枣的营养生长与生殖生长，实现节水减肥、提质增效，成为当地产业可持续发展的关键难题。

为了破解这一难题，研究人员于2023至2024年在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实验。研究设置了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-F₄，N-P-K养分总量依次递增），共计16个处理，系统观测了冬枣的养分含量、光合参数、生长指标及果实发育动态。研究成果发表在园艺学知名期刊《Scientia Horticulturae》上。

本研究采用的关键技术方法主要包括：基于蒸发皿法动态计算作物需水量（ET_c）并实施精准滴灌施肥；使用LI-6400便携式光合作用系统测定叶片光合生理参数（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；运用Logistic方程拟合果实体积增长动态；并利用结构方程模型（SEM）解析各性状间的因果关系。所有数据均进行方差分析和多重比较。

3.1. 冬枣养分含量

研究结果显示，灌溉与施肥显著影响冬枣各器官的氮、磷、钾含量。在相同施肥水平下，茎、叶的氮含量随灌溉量增加呈先增后降趋势，W₂或W₃处理下含量较高。例如，2024年，W₂处理下茎的平均氮含量较W₁提升7.04%。果实磷、钾含量对肥料的响应更为明显，F₃处理（320-160-250 kg ha^?1）往往能获得较高的磷、钾含量。这表明适度的水肥供应能优化养分在植物体内的分配与积累。

3.2. 生理参数

光合性能对水肥调控十分敏感。净光合速率（Pn）和气孔导度（g_s）在W₂或W₃灌溉水平下表现最佳，例如W₂F₃处理在2023年获得了最高Pn值（7.31 μmol m^?2s^?1）。蒸腾速率（Tr）对水肥的敏感性高于Pn，导致W₂处理下的瞬时水分利用效率（WUE_i）较高。这说明适度水分亏缺（如W₂）可能通过调节气孔行为，在维持一定光合作用的同时减少水分蒸腾，从而提高水分利用效率。

3.3. 修剪量与相对叶绿素含量

灌溉与施肥对修剪量（营养生长量的表征）具有极显著影响。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。而相对叶绿素含量（SPAD）则随灌溉量增加呈下降趋势，可能与稀释效应或营养代谢改变有关。

3.4. 新梢与果穗

新梢长度和直径、果穗长度和直径的生长动态表明，W₂和W₃灌溉水平配合F₂或F₃施肥水平最有利于冬枣的健壮生长。过度灌溉（W₄）或过量施肥（F₄）反而会抑制新梢和果穗的发育。

3.5. 果实发育与重量

通过Logistic方程拟合发现，冬枣果实体积积累呈现“慢-快-慢”的S型曲线特征。快速膨大期开始时间（t₁）在花后55.47至71.59天，结束时间（t₂）在82.96至114.17天。单果鲜重随施肥量增加先增后降，W₄F₂处理在2023年、W₂F₃处理在2024年分别获得最大单果鲜重（23.06 g和25.52 g）。这表明高水高肥并非总能带来最大果实，适度的水肥供应（如W₂F₂）更有利于物质向果实积累。

3.6. 多指标间统计关系

结构方程模型（SEM）量化了各因素对果实产量的影响路径。分析揭示，氮含量是影响果实体积和重量的最主要直接因子（标准化路径系数分别为0.836和0.715）。光合指标通过正效应影响果实体积（路径系数0.448）。然而，生长指标（如新梢长度）对果实重量存在间接负效应，表明营养生长过旺会与果实争夺养分。磷、钾含量也通过直接或间接途径正效应果实发育。

综上所述，本研究表明，在南疆塑料大棚冬枣栽培中，采用80% ET_c的灌溉量配合256-128-200 kg ha^?1（N-P-K）的施肥量（W₂F₂）是较为理想的水肥管理模式。该模式能通过增强冬枣的光合能力、促进养分（尤其是氮）吸收与利用，并抑制过度的营养生长，从而有效协调枣树的生长平衡，最终促进果实发育并提高单果重量。这项研究不仅明确了水肥耦合影响冬枣产量形成的关键生理机制，也为干旱区设施果树的高效水肥管理提供了重要的理论依据和实践指导，对推动当地冬枣产业的可持续发展具有重要意义。