滴灌条件下水-氮-钾亏缺调控对西南季节性干旱区晚熟柑橘生产的影响

《Journal of Agriculture and Food Research》：Effects of water, nitrogen, and potassium deficit management under drip irrigation on late-maturing citrus production in seasonally arid regions of Southwest China

　　

滴灌条件下的水-氮-钾亏缺调控（water-nitrogen-potassium deficit regulation with drip irrigation, WNKRDI）是一种精准的水-养分管理模式。研究人员探究其对晚熟柑橘产量和品质的影响具有科学和实践意义。在本研究中，以常规水肥管理作为对照处理（CK）。实验处理涉及所有生长阶段的两种水分亏缺水平（WD20%和WD40%），在萌芽展叶期（阶段I）和幼果期（阶段II）设置三种氮（N）亏缺水平（ND20%、ND40%和ND60%），以及在果实膨大期（阶段III）和成熟期（阶段IV）设置三种钾（K）亏缺水平（KD20%、KD40%和KD60%）。结果表明，水分是影响阶段II果实物理品质的主要因素，其中WD20%保持了果实外观，而WD40%则表现出显著的抑制作用。氮有利于提高柑橘的营养价值，其中II-WD20%ND20%处理提高了维生素C（Vc）含量并促进了酚类物质（香草酸、丁香酸、narirutin和didymin）的积累。水-钾亏缺管理在提升晚熟柑橘风味方面发挥了重要作用。III-WD20%KD20%和IV-WD20%KD40%处理分别使柑橘果实酸度显著降低11.27%～44.12%，糖含量增加9.01%～19.42%。这种调控可能有助于蔗糖磷酸合酶（sucrose phosphate synthase, SPS）和蔗糖合酶（sucrose synthase, SUS）的活性，从而促进糖的合成和积累。此外，水分是影响柑橘产量和水-养分利用效率的主要驱动因素，且表现为WD20%>WD40%。基于逼近理想解排序法结合熵权法（entropy-TOPSIS），阶段特异性组合I-WD20%ND40%、II-WD20%ND20%、III-WD20%KD20%和IV-WD20%KD40%被确定为推荐策略。该管理模式有效提高了晚熟柑橘的产量、品质和水-养分利用效率。因此，这些发现为西南季节性干旱区晚熟柑橘的节水节肥和提质增效提供了重要指导。

**论文解读：滴灌水氮钾亏缺调控对西南季节性干旱区晚熟柑橘生产的影响**

**研究背景与问题**
柑橘是世界重要水果作物，中国西南地区是核心产区之一，但该区域长期受季节性干旱与洪涝影响，传统水肥管理模式导致水资源浪费、养分分布不均和肥料损失严重。在全球气候变化和水资源短缺背景下，优化水肥管理对提升柑橘可持续高效生产至关重要。目前，滴灌条件下水-氮-钾亏缺调控对晚熟柑橘产量、品质及水肥利用效率的协同作用机制尚不明确，不同生长阶段的最优亏缺阈值存在研究空白。因此，本研究旨在探究滴灌水-氮-钾亏缺调控（WNKRDI）在不同生育阶段对晚熟柑橘产量、品质及水-养分利用效率的影响，提出节水减肥、提质增效的最佳管理模式。该论文发表在《Journal of Agriculture and Food Research》。

**主要技术方法**
研究人员于2023-2024年在四川省眉山市仁寿县（29°55′N, 104°17′E）的柑橘园开展田间试验，供试材料为8年生晚熟‘大雅’柑橘。采用区组设计，设置2个水分亏缺水平（WD20%、WD40%，占对照灌溉量的20%和40%）贯穿所有生长阶段，萌芽展叶期（阶段I）和幼果期（阶段II）各设3个氮亏缺水平（ND20%、ND40%、ND60%），果实膨大期（阶段III）和成熟期（阶段IV）各设3个钾亏缺水平（KD20%、KD40%、KD60%），以常规水肥管理为对照（CK）。利用低压滴灌系统进行水肥一体化，降水通过遮雨棚排除。关键测定指标包括：果实物理品质（体积、重量、硬度、含水量）、化学品质（维生素C Vc、总可溶性固形物TSS、可滴定酸TA、总糖、可溶性糖、酚类化合物）、关键酶活性（抗坏血酸过氧化物酶APX、抗坏血酸氧化酶AAO、柠檬酸合酶CS、蔗糖磷酸合酶SPS、蔗糖合酶SUS），以及产量、氮偏生产力（PFPN）、钾偏生产力（PFPK）和灌溉水生产力（WPI）。采用熵权-TOPSIS法进行综合评价。

**研究结果**

**3.1 物理品质**
水分是影响柑橘物理品质的关键因素，尤其在早期生长阶段（阶段I和II）。WD20%处理对果实物理品质形成无显著负面影响，而WD40%处理则显著抑制果实体积、重量、硬度和含水量。阶段II中，水分和氮均显著影响果实体积和硬度，II-WD20%ND20%处理达到最大值。阶段III中WD20%的负面影响不显著，阶段IV中果实体积、重量和硬度随钾用量增加先升后降，IV-WD20%KD40%处理达到峰值。

**3.2 化学品质**
阶段II中，水分和氮显著影响Vc含量，II-WD20%ND20%处理使Vc含量提高23.24%。阶段III中，水分显著影响TA和TSS，III-WD20%KD20%处理使TA降低11.27%～44.12%，TSS提高19.17%～22.31%。可溶性糖含量顺序为蔗糖>葡萄糖>果糖。阶段II中，II-WD20%ND20%处理使葡萄糖提高3.03%～16.61%，总糖含量最高（85.10～99.70 mg/g）。阶段III和IV中，III-WD20%KD20%和IV-WD20%KD40%处理显著提高总糖含量（分别增加14.16%～19.42%和9.01%）。

**3.3 酚类化合物**
阶段II中，水分和氮显著影响香草酸、丁香酸、narirutin和didymin含量，II-WD20%ND20%处理使这些酚类物质分别增加12.96%～48.42%、17.39%～35.63%、9.70%～53.06%和44.16%。阶段III和IV中，水-钾耦合显著影响酚类物质，III-WD20%KD20%和IV-WD20%KD40%处理使香草酸、丁香酸、芦丁、narirutin和didymin显著增加。

**3.4 关键酶活性**
阶段II中，氮显著影响APX活性，II-WD20%ND20%处理使APX提高53.85%～62.50%，而AAO活性下降28.67%～63.39%。SPS和SUS活性在早期阶段受水分和氮显著影响，I-WD20%ND20%和II-WD20%ND20%处理使SPS提高86.77%～168.52%，SUS提高28.39%～66.23%。阶段III中，水、钾及水-钾耦合显著影响SPS活性，III-WD20%KD20%处理使SPS和SUS活性分别提高97.15%～116.65%和58.16%～85.28%。阶段IV中，IV-WD20%KD40%和IV-WD20%KD20%处理使SPS平均提高72.92%和70.35%，SUS平均提高36.69%和36.66%。

**3.5 产量与水-养分利用效率**
水分是影响产量和水-养分利用效率的主要驱动因素，表现为WD20%>WD40%。I-WD20%ND40%处理使产量、PFPN、PFPK和WPI分别提高6.17%～27.23%、20.05%～54.15%、6.16%～27.24%和8.71%～31.88%。IV-WD20%KD40%处理使产量、PFPN、PFPK和WPI分别提高7.12%～17.38%、7.11%～17.36%、14.84%～41.88%和8.89%～20.64%。

**3.6 相关性分析**
Mantel检验显示，灌溉量与果实外观、含水量、Vc及APX、AAO呈强正相关（Mantel’s p≤0.001）；氮与总糖、可溶性糖及SPS、SUS显著相关；钾与可溶性糖、CS、SPS、SUS正相关。熵权-TOPSIS综合评价表明，阶段I、II、III、IV的最优处理分别为I-WD20%ND40%、II-WD20%ND20%、III-WD20%KD20%和IV-WD20%KD40%，该组合策略的综合评价指数最高。

**讨论与结论**
讨论部分指出：早期生长阶段，适度水分亏缺（WD20%）通过提高气孔密度和抗氧化酶活性维持果实物理品质，严重亏缺（WD40%）则抑制光合作用；适度氮亏缺通过降低叶面积指数增加冠层辐射吸收，促进Vc合成，同时调控APX和AAO活性维持Vc含量，并激活苯丙烷代谢途径增加酚类物质积累。后期生长阶段，水-钾亏缺协同调控碳分配和光合同化物转运，通过提高SPS和SUS活性促进蔗糖代谢和糖积累，并降低有机酸含量；钾还通过调节渗透压为酚类合成提供有利环境。总体而言，适度水-氮-钾亏缺调控通过刺激初生和次生代谢、提高光合羧化效率，显著提升产量、品质和资源利用效率。

研究结论（翻译自原文）：滴灌条件下的水-氮-钾亏缺调控（WNKRDI）在不同生长阶段对晚熟柑橘品质提升具有综合效应。早期生长阶段，水分是影响果实物理品质的主要因素，轻度水分亏缺（WD20%）无负面影响，严重亏缺（WD40%）则产生抑制。适量氮通过调控维生素C（Vc）合成、相关酶（APX和AAO）活性及酚类物质积累提高营养价值，过度的水-养分亏缺显著抑制酚类合成与积累。后期生长阶段（阶段III和IV）是糖代谢关键期，调控水-钾亏缺管理通过刺激蔗糖磷酸合酶（SPS）和蔗糖合酶（SUS）活性维持糖酸平衡并促进糖合成与积累。此外，水分是影响柑橘产量和水-养分利用效率的主要驱动因素，表现为WD20%>WD40%。重要的是，基于逼近理想解排序法结合熵权法（entropy-TOPSIS），处理组合I-WD20%ND40%、II-WD20%ND20%、III-WD20%KD20%和IV-WD20%KD40%被确定为晚熟柑橘果园的推荐策略，旨在减少水肥投入、提高作物产量和品质、提升资源利用效率。这些发现系统评估了WNKRDI对晚熟柑橘生产的调控效应，为优化水肥管理策略、支持西南季节性干旱区晚熟柑橘可持续生产提供了技术指导。