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刘小勇，任 静，孔 芬，韩富军，彭 海， 李建明，李 强,贾军平，温有福
(1.甘肃省农业科学院林果花卉研究所，甘肃 兰州 730070；
2.静宁县果树果品研究所，甘肃 静宁 743400; 3.静宁县果业服务中心，甘肃 静宁 743400)
干旱是影响我国北方地区果树生长发育的主要因素之一。地面覆盖较好地解决了果园春夏干旱缺水等实际问题，在旱区果园水肥高效利用、提高果实产量和改善品质等方面具有显著效果[1-2]。作为旱区果园有效的土壤覆盖方式，覆沙与其它覆盖物一样具有保墒、增温和改善树体生长、提高果品质量等积极作用[3]，在旱作区苹果高效生产和可持续发展中发挥着重要作用。
在果树生长发育的诸多影响因素中，矿质营养对提高果实产量、改善果实品质的作用很大。其中，氮素营养对果树器官建造、物质代谢、生化过程、果实产量和品质的形成具有不可替代的作用[4]。研究表明，施氮量、施氮时期均显著影响作物产量和品质，且在一定范围内，随着施用量的增加，影响作用增强[5]；
过量施氮则会导致树体营养生长过旺、果实品质下降等[6]。在生产实践中，盲目施氮和过量施氮现象严重，对甘肃陇东地区苹果园施肥情况的调查结果表明，氮肥施用量高达600～900 kg·hm-2，远高于国外苹果主产区[7]，而土壤中全氮含量仍处于较低水平(0.54～1.0 g·kg-1)[8]，说明氮素利用效率低，氮素营养损失严重[9]。
地面覆盖有益于提高干旱地区果园土壤肥料利用效率、减少氮素损失[10]，对苹果树的生长发育具有促进作用[11-12]。与清耕制果园相比，果园覆草可提高土壤氮含量23.3%[13]。合理施氮对提高覆沙苹果园土壤酶活性、促进氮素吸收、改善果实品质等方面具有显著作用[14]。本文以甘肃苹果主产区陇东地区长期覆沙苹果园为研究对象，通过不同氮素调控，探寻覆沙下氮素水平对苹果产量和品质的影响，旨在筛选出最佳施氮量和施肥方法。对比分析覆沙果园和常规清耕园苹果果实色度变化特征，为黄土高原地区苹果园精准施氮、合理耕作提供依据和指导。
1.1 试验地概况
试验地选在甘肃省静宁县治平乡雷沟村山台地覆沙苹果园，以清耕园为对照，试验果园面积1 500 m2，供试品种为成纪1号，砧木为山定子(M.beccataBorkh)，定植株距3.0 m，行距4.0 m，每667 m2栽植55株。试验园常规施肥以大三元复合肥(N∶P∶K=28∶10∶7，三门峡龙飞生物工程有限公司生产)为主，每年施肥两次，每株约4 kg，基本不施其他化肥和有机肥。试验果园属山旱地雨养区，有补充灌溉条件，但灌溉成本较高，正常年份不进行灌水。近三年平均产量保持在3 500 kg·667m-2以上。果园管理精细，果实品质良好。覆沙园位于35°16.539′N，105°38.585′E，海拔1 540 m，2000年春季幼树栽植完成后，在全园地表均匀覆设一层细河沙，厚度约5 cm，以后每5 a左右更换新沙一次，最近1次换沙时间是2015年。清耕园位于35°16.477′N，105°38.559′E，海拔1 522 m，与覆沙园临近，为同一农户管理，栽培管理水平与技术方法相同。
1.2 试验设计
采用裂区试验设计方法，主区为两种耕作方式：覆沙(SM)和清耕(CT)；
副区为5个氮素水平：每株施用量分别为0(N1)、109 g(N2)、218 g(N3)、327 g(N4)和436 g(N5)，配施等量的磷(P2O5，145 g)、钾(K2O，87 g)和有机肥6.5 kg。氮磷钾配比按照1.5∶1.0∶0.6计算，其比例及用量是在当地常规施肥基础上，结合我们前期研究结果确定。氮肥分别于3月下旬、6月初和9月中旬分3个时期按照4∶4∶2比例施入，钾肥同时按照2∶4∶4比例分3次施入，磷肥和有机肥于9月中旬第三次施肥时一次性施入。单株重复3次，共30株，其中覆沙、清耕处理各15株。处理间设置隔离株和保护行。试验于2016年布置，2017—2018年进行重复试验。
试验用氮、磷、钾肥分别为尿素(含N 46.4%，宁夏银川石化分公司生产)、过磷酸钙(含P2O512%，湖北宜化化工股份有限公司生产)和硫酸钾(含K2O 51%，湖北宜化化工股份有限公司生产)，有机肥总养分≥5%、有机质45%(静宁县辰宇生态农业开发有限责任公司生产)。试验处理及施肥量见表1。
表1 试验设计Table 1 Test design
1.3 采样与测定
于果实成熟期进行采样，每个处理均选择树冠外沿东南方向、1.5～2.0 m高度的正常发育果实60个，将采收的果实随机分成两组，每组30个，第一组于采收后即进行各项指标的测定，第二组存放于当地冷库(0±1)℃，于90 d后进行测定。单果重用电子天平(0.1 g)测定；
果实纵横径用数显卡尺(0～200 mm，0.01 mm)测量，计算出果形指数(纵径/横径)；
果实硬度和可溶性固形物分别用GY-1型果实硬度计(0.1 kg·cm-2)和数显手持测糖仪(0.1%)测定；
可滴定酸、Vc含量和总糖含量分别采用NaOH滴定法、2,6—二氯酚靛酚滴定法和蒽酮比色法测定；
果实水分含量用烘干法测定。
2019年果实成熟期从覆沙园和清耕园各选取果实50个，采样部位和方法同上。于采收期和冷库贮藏180 d后分别测定果实色度变化值。果实色度用CHROMA METER CR-400便携式手持色度计(KONICA MINOLTA，INC. JAPAN)测定，分别测定每个果实的向阳面和背阴面，测出L*、a*和b*值。计算出果实色泽饱和度C*(Chroma)[15]、色度角h°(hue angle)[16]和果实颜色指数FCI (Fruit color index)[17]。L*值表示果实颜色亮度(L*=100 为白色，L*=0 为黑色)；
a*正值表示红色度、负值表示绿色程度；
b*正值表示黄色度、负值表示蓝色程度。
h°=arctangentb*/a*
FCI=(180-h°)/(L*+C*)
1.4 数据分析
试验结果用Microsoft Excel 2010统计，采用spss 21.0软件进行数据分析。
2.1 不同处理苹果平均单果重变化
由图1可见，两种耕作方式相同施氮量下，覆沙各处理平均单果重显著高于清耕，而不施氮处理二者间差异不显著。不同处理均表现随着施氮量的增加单果重增加，SM5最高、SM4次之，CT2最低。覆沙处理少量施氮(N2)与不施氮(N1)单果重差异不显著，N3施氮量，单果重较N1显著增加，当施氮量达到N5时，单果重最高且显著高于N3。与不施氮相比，清耕处理N2果实重量显著降低，随着施氮量增加，果实重量增加不显著，但当施氮量达到N5时，显著高于N2，而与N1差异不显著。
注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。Note: Different lowercase letters mean significant differences (P<0.05). The same as below.图1 不同处理苹果平均单果重Fig.1 Average apple single fruit weight of different treatments
冷藏90 d后，不同处理果实重量均有不同程度降低，相同施氮量覆沙各处理仍显著高于清耕处理，覆沙处理间N3与N5和N4差异不显著，说明N3施氮量有利于减小果实冷藏过程中重量损失。清耕各处理冷藏期果实重量变化趋势与成熟期一致，即随着施氮量增加单果重增大。
2.2 不同处理苹果果形指数变化
相同施氮量覆沙处理果实纵横径均显著高于清耕处理，二者果形指数差异不显著。两种耕作方式不施氮条件下果实纵横径和果形指数差异均不显著。随着施氮量的增加，不同处理果实纵径和横径呈增大的变化趋势，果实体积增大；
果形指数则呈增加-减少的变化特征。覆沙处理N3果形指数显著高于N1和N2，但与N4和N5差异不显著，而清耕处理N3和N4显著高于N1，与N2和N5差异不显著。结果表明，适量施氮有利于果形指数的提高(图2～4)。
图2 不同处理苹果纵径Fig.2 Apple longitudinal diameter of different treatment
图3 不同处理苹果横径Fig.3 Apple equatorial diameter of different treatment
图4 不同处理苹果果形指数Fig.4 Apple fruit shape index of different treatment
果实冷藏90 d后，不同处理果实纵径、横径和果形指数稍有降低，相同施氮量覆沙处理显著高于清耕处理，与成熟期果实一致。覆沙处理间、清耕处理间不同施氮量果形指数差异均不显著。
2.3 不同处理苹果硬度变化
由图5可见，苹果果实向阳面硬度随着施氮量的增加而降低，SM2最高，CT5最低，少量施氮能显著提高果实硬度。不施氮处理和N2、N3和N4水平下，覆沙与清耕果实硬度差异不显著，而当施氮量达到N5时，覆沙处理显著高于清耕，说明果园地面覆沙提高了氮素利用效率[12]，将多余的氮素吸收利用，从而减轻了过量氮素对果实硬度的影响。果实冷藏90 d后，覆沙各处理果实硬度均显著高于清耕处理，而施氮量对果实硬度的影响作用减弱，覆沙处理不同氮量间差异不显著，而清耕处理间果实硬度随施氮量增加有增大趋势。
图5 不同处理苹果阳面硬度Fig.5 Hardness of the sunny side of apple under different treatment
由图6可见，苹果果实背阴面硬度随施氮量呈下降-上升的变化趋势，不施氮或较少施氮情况下，清耕处理果实硬度高于覆沙，而随着施氮量增大至N3时，覆沙处理显著高于清耕，说明在高氮情况下，覆沙处理更有利于氮素营养的吸收利用，保持果实硬度。果实冷藏90 d后，不同处理果实硬度随施氮量增加呈增加趋势，相同施氮量覆沙处理果实硬度显著高于清耕；
地面覆沙有利于果实硬度的增加。
图6 不同处理苹果阴面硬度Fig.6 Hardness of the dark side of apple under different treatment
综合分析向阳面和背阴面果实硬度变化特征，不同处理间差异显著(图7)。在氮量较小情况下，清耕处理果实硬度显著高于覆沙，随着施氮量增加至N4时，二者趋于一致，当施氮量至N5时，覆沙处理高于清耕。果实冷藏90 d后，覆沙各处理果实硬度均显著高于清耕。随着施氮量增加，覆沙园呈降-升特征，而清耕园呈升-降特征。
图7 不同处理苹果平均硬度Fig.7 Average hardness of apple under different treatment under different treatment
2.4 不同处理苹果可溶性固形物含量变化
适量施氮，有利于苹果向阳面可溶性固形物含量的提高，CT3显著高于其他处理，而CT5最低，说明在清耕条件下适量施氮有利于果实可溶性固形物的积累，而当施氮量达到N5时，可溶性固形物含量则显著降低(图8～9)。覆沙和清耕处理果实向阳面可溶性固形物含量随着施氮量增加而呈升-降的变化特征，不施氮或少量施氮覆沙处理高于清耕，当施氮量至N3、N4时，覆沙处理低于清耕，当施氮量达到N5时，二者没有显著差异。果实冷藏90 d后，不同处理果实可溶性固形物含量随施氮量增加仍表现为先升后降的特征，覆沙处理N4氮量时为最大值，而清耕处理N3时最大；
在N3氮量下，覆沙和清耕差异不显著，而其他氮量下覆沙处理均显著高于清耕。
图8 不同处理苹果阳面可溶性固形物含量Fig.8 Soluble solid content of the sunny side of apple under different treatment
果实背阴面可溶性固形物含量与向阳面变化特征相同，即随着施氮量增加，可溶性固形物含量也表现为先升后降的特征，CT3最高、CT5最低；
不施氮和N5施氮量均为覆沙处理高于清耕，而N3处理清耕高于覆沙。果实冷藏90 d后，除N3氮量二者差异不显著外，其余处理覆沙均显著高于清耕(图9)。
图9 不同处理苹果阴面可溶性固形物含量Fig.9 Soluble solid content of the dark side of apple under different treatment
综合分析果实向阳面和背阴面可溶性固形物含量(图10)，不施氮覆沙处理显著高于清耕园，而N3和N4下清耕显著高于覆沙，其他氮量下二者差异不显著。果实冷藏90 d后，这种规律发生了变化，除N3下二者差异不显著外，其余各处理均表现为覆沙园大于清耕园。说明地面覆沙有利于降低苹果果实可溶性固形物的流失。
图10 不同处理苹果平均可溶性固形物含量Fig.10 Average soluble solid content of apple under different treatment
2.5 不同处理苹果总糖、有机酸和Vc含量变化
不同施氮量和土壤耕作方式均对苹果总糖、有机酸和Vc含量等品质产生影响。由表2可见，适量施氮有利于提高苹果总糖、有机酸和Vc含量，覆沙果园这种效应尤为明显。果实总糖和Vc含量均以SM3最高、CT3最低，而有机酸含量CT3最高、SM5次之。随着施氮量的增加，总糖含量呈先增加再降低特征，但这种变化并不十分规律。两种土壤耕作方式下，不施氮和N2的总糖和Vc含量差异均不显著，但随着施氮量的增加，其含量呈上升-降低的特征，覆沙和清耕处理施氮量分别至N3和N4时达到最高，清耕园达到峰值需要更多氮量。果实有机酸含量随着施氮量的增加不同耕作方式表现不同，覆沙处理呈增加趋势，N5时最高，但处理间差异不显著；
而清耕园呈先升后降趋势，N3时最高。各处理果实水分含量差异不显著。
表2 不同处理苹果总糖、有机酸、Vc含量变化Table 2 Changes of total sugar, organic acid and Vc content in apple under different treatment
冷藏90d后，不同处理果实总糖含量大幅度提升，增幅达2.47～3.29倍；
果实中Vc含量和有机酸含量则大幅度降低，分别降低55.7%～82.7%和18.2%～50.3%。总糖含量SM2增幅最大、CT1最小，Vc含量CT2降幅最大、CT5最小，有机酸含量为CT1降幅最大、SM1最小。随着施氮量增加，覆沙处理总糖含量呈先升后降特征，N3水平最高，而清耕处理呈增大趋势，N5最高；
相同施氮量覆沙处理显著高于清耕，但二者N5水平差异不显著。Vc含量随施氮量增加而增大，N5时最大；
当施氮量较低时，覆沙处理高于清耕，当施氮量达到N4、N5时，二者差异不显著。覆沙和清耕处理有机酸含量均随施氮量增加而增加，但其增幅逐渐降低，当氮量达到N2及以上时，二者差异不显著。
2.6 覆沙条件下苹果果皮色度的变化特征
果皮色度包括果实的亮度(L*)、红色度(a*)和黄色度(b*)，由此可计算出果实色泽饱和度(C*)、色度角(h°)和果实颜色指数(FCI)等，果皮色度是影响苹果外观品质的主要指标之一，不同耕作方式影响了苹果果实色度变化。
成熟期两种耕作方式比较：果实向阳面L*、a*、b*值及C*、h°和FCI等值差异均不显著；
而果实背阴面覆沙处理的a*值及C*、FCI值极显著、显著高于清耕，L*和b*值显著、h°值极显著低于清耕，说明覆沙提高了果实背阴面红色度、色泽饱和度和果实颜色指数，降低了果实阴面和阳面色度差异，使果面着色更加均匀一致。同时果园覆沙增大了果实阳面L*值范围及变异系数，降低了a*和b*值范围及变异系数，覆沙果实背阴面a*和b*值显著降低，因此降低了其红色和黄色度个体差异，使苹果个体间色度更加整齐一致。果实色泽饱和度和颜色指数越高，表明果实越鲜艳；
而果实色度角越小，表示果实颜色越红。因此，覆沙苹果果实颜色比清耕果实更鲜红(表3)。
果实向阳面和背阴面色度比较：果实向阳面a*值及C*、FCI等指标极显著高于果实背阴面，而L*、b*值及h°值则极显著低于背阴面(表3)。说明果实向阳面接受更多的阳光，其色度比背阴面更加鲜红。试验表明，果实向阳面L*值的变异系数与背阴面相差不大，而a*和b*值变异系数显著小于背阴面。
表3 不同耕作方式下成熟期苹果色度变化Table 3 Variation of apple chromaticity at harvest time under different tillage methods
贮藏180 d后，两种耕作方式比较：果实向阳面覆沙处理的L*、a*和b*值以及C*、h°和FCI值与清耕处理差异均不显著；
而覆沙果实背阴面的a*值和FCI显著高于清耕，L*、b*和h°值显著低于清耕，二者C*值差异不显著(表4)。
表4 不同耕作方式下采后180 d苹果色度变化Table 4 Apple chromaticity variation of postharvest 180 days under different tillage methods
果实向阳面和背阴面色度比较：果实向阳面a*和FCI值极显著高于背阴面，而L*、b*值及h°极显著低于背阴面，二者C*值差异不显著。果实向阳面L*和b*值的变异系数与背阴面相差不大，而a*值变异系数显著小于背阴面。对比成熟期，果实存放180 d后，不同耕作方式及阴面和阳面的L*和a*值均为降低趋势，而b*值升高幅度较大。低温贮藏一定程度上减弱了不同栽培措施和果实阴阳面色度的差异。
3.1 耕作方式对苹果果实品质的影响
不同耕作方式因改变果园土壤环境而对果树生长发育产生影响。覆盖能减少土壤蒸发、增加水分入渗、改善半干旱地区果园的土壤水分环境和苹果产量[17-18]。研究表明，覆盖提高了苹果园土壤综合肥力指数[19]，具有提高苹果单果重、可溶性固形物和Vc含量、降低果实可滴定酸含量[20]等诸多作用。本试验表明，果园覆沙显著提高了苹果可溶性固形物含量，降低了有机酸含量，这与上述结论[20]一致。覆沙配施氮素显著提高了苹果单果重和果实纵横径，但在不施氮条件下，覆沙与清耕间差异并不显著，这可能与上述试验地气候和土壤条件不同有关。本试验在低氮条件下两种耕作方式间果实阳面硬度没有显著差异，当施氮量达到N5时，覆沙处理显著高于清耕，这可能由于果园覆沙提高了氮素利用效率，将果实多余的氮素吸收利用，从而减轻了过量氮素对果实硬度的影响；
而覆沙同时降低了苹果果实背阴面的硬度，这可能与果实较低浓度的细胞壁钙积累等有关[21-22]，较弱光与覆沙共同作用加速了果实阴面细胞壁钙的吸收转移，降低了果胶甲酯酶(PME)活性，而提高了抗坏血酸含量和相关酶活性[23]，从而降低了果实硬度，本试验也证明，覆沙能提高果实中Vc含量，其相互作用机理有待于进一步研究。
果皮颜色是苹果外观质量和商品性的重要指标之一。苹果果皮的颜色是由花青苷决定的，而花青苷的合成受光照、温度和营养等环境因素的影响[24]。研究表明，合理的树体结构、树体营养水平以及果实着色期铺设反光膜、摘叶和转果等栽培技术措施均会影响果实着色[25]。本试验结果表明，覆沙处理果实向阳面的L*、a*、b*值及C*、h°和FCI等与清耕差异均不显著，但果实背阴面的a*值及C*、FCI值极显著、显著高于清耕，而L*和b*值显著、h°值极显著低于清耕，说明果园覆沙主要提高了果实背阴面红色度、色泽饱和度和果实颜色指数，减弱了果实阴面和阳面色差，使果面着色更趋于均匀一致。
3.2 氮素水平与果实品质的关系
氮素是果树生长发育最重要的营养元素之一，合理施氮和施氮方式能促进果实的生长发育，显著提高果实可溶性固形物和抗坏血酸含量，降低可滴定酸含量[26]；
而过量施氮不仅会导致树体营养生长过度，也会降低果实的品质、影响果实产量[27]。本试验结果表明，施氮对苹果果实品质的影响作用不同，随着施氮量的增加，苹果平均单果重、纵径和横径增大，从而增大了果实重量和体积；
果形指数则随施氮量增加呈“升高-降低”的变化特征，表明过量施氮降低了果形指数；
因果实受光程度和光强的影响，导致果实阴阳面硬度变化趋势不同，果实阳面硬度随着施氮量的增加而降低，而背阴面则呈“下降-上升”的变化趋势，这种变化可能与光照强度[28]、果实酶活性[29]等对果实硬度的影响有关。其果实氮素积累或吸收特征、相关酶活性与硬度变化的作用机制有待于进一步研究。果实可溶性固形物、有机酸和Vc含量随施氮量增加均呈“升-降”的变化趋势；
适量施氮，有利于果实可溶性固形物、有机酸和Vc含量的增加，而当过量施氮时，其含量又会显著降低，这与相关研究结论[30]一致。
3.3 贮藏期苹果品质变化
低温贮藏是果实保鲜最有效的方法之一。低温可抑制果实呼吸作用和乙烯的释放，有利于保持果实生理代谢和营养物质的相对稳定，延缓衰老和腐烂，抑制组织褐变，延长贮藏和货架期[31]。所以，低温贮藏是保持果实品质，提高经济效益的有效途径。
果实冷藏后，其果皮色度和内在品质均会发生变化。研究表明，冷藏果实内在品质也会发生变化，猕猴桃果实随贮藏期的延长，其可溶性固形物和总糖含量增加[32]，冷藏后果实硬度、有机酸和Vc含量显著降低[31-33]。本试验表明，与成熟期相比，苹果果实L*值和a*值显著降低，分别降低4.79%(清耕果实阴面)～10.40%(清耕果实阳面)和11.20%(清耕果实阳面)～27.01%(覆沙果实阴面)；
而果实b*值显著升高51.65%(覆沙果实阳面)～75.29%(清耕果实阴面)。果实贮藏90 d后，其硬度、有机酸和Vc含量降低，这与上述结论一致。本试验表明，低温贮藏减弱或降低了施氮量和耕作方式对果实有机酸、Vc含量以及阴面硬度的影响作用，其处理间差异显著性降低，这种综合作用结果的相互影响关系有待于进一步验证。
1)地面覆沙能显著提高苹果单果重、果实纵横径、硬度和可溶性固形物含量，改善果实着色程度，提高果实背阴面a*、C*和FCI值，降低其红色度和黄色度个体差异，果实阴阳面着色和个体间色度趋于一致，覆沙苹果果实更鲜红。
2)随着施氮量的增加，苹果单果重、果实纵横径增大，果形指数、可溶性固形物、总糖、Vc含量均呈“升-降”的变化特征，果实向阳面硬度降低。适量施氮有利于苹果果形指数、总糖、有机酸和Vc含量以及向阳面可溶性固形物的提高。综合分析认为，施氮量为N3时，果实品质最优。
3)耕作方式和施氮量不同果实贮藏品质变化规律和程度不同。覆沙处理贮藏期果实硬度和可溶性固形物含量维持在较高水平，保持了果实阴面红色度，FCI提高。冷藏90 d后，不同处理果实总糖含量大幅度提升，Vc含量和有机酸含量则大幅度降低。低温贮藏减弱或降低了施氮量和耕作方式对果实有机酸、Vc含量以及阴面硬度的影响。
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