梁潔　張馨予　于國康　趙先飛　趙紫嫣　劉宇　呂中一　張林森

摘 要：【目的】針對(duì)黃土高原旱地蘋果園灌水施肥利用率低、氮排放污染嚴(yán)重等現(xiàn)狀，探討不同水氮供應(yīng)對(duì)富士蘋果品質(zhì)、產(chǎn)量的影響，以及果園土壤氨揮發(fā)和氧化亞氮排放上的差異，為農(nóng)業(yè)合理施加氮肥和用水量提供一定的參考?！痉椒ā坑?022年以短枝富士蘋果樹為材料，以灌水和施氮量為變量，設(shè)置5個(gè)不同灌水處理：（W5）100%～-90%θ田、（W4）90%～-80%θ田、（W3）80%～-70%θ田、（W2）70%～-60%θ田、（W1）60%～-50%θ田，施氮量設(shè)置5個(gè)處理：N1（150 kg/ha）、N2（300 kg/ha）、N3（450 kg/ha）、N4（600 kg/ha）、N5（750 kg/ha），分析不同處理蘋果生理指標(biāo)、產(chǎn)量性狀及土壤氮素排放的變化?！窘Y(jié)果】不同施肥灌水處理下蘋果新梢生長長度隨灌水量和施氮量的增加而增加；施肥后發(fā)生了明顯的氣態(tài)氮排放，在施肥后1周內(nèi)出現(xiàn)揮發(fā)速率峰值。氮素添加明顯增加了NH3揮發(fā)累積量，而灌水量的增加則呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。NH3揮發(fā)最大量為W1N5，其整個(gè)生育觀測(cè)收集階段揮發(fā)總量達(dá)到了187.07 kg·hm-2；N2O 排放通量的峰值在施氮后立即出現(xiàn)，會(huì)在第3～4 d達(dá)到排放速率高峰，氮肥施入量越多，N2O 排放損失量越高，施氮量相同的水平下，灌水越少N2O 排放越高。W1N5的N2O排放速率達(dá)到最高，整個(gè)生育觀測(cè)收集階段排放總量達(dá)到了578.92 g·hm-2 ；不同水氮供應(yīng)的果實(shí)橫縱徑、單果質(zhì)量、大果率、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與酸度、產(chǎn)量之間均呈顯著（P<0.05）和極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系。氮素利用率與橫徑、大果率、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、產(chǎn)量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系。因此，水氮利用率與果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量之間關(guān)系密切。最高產(chǎn)量在 N3 水平獲得，N5 造成蘋果小幅度減產(chǎn)，W4N3 處理可以維持蘋果產(chǎn)量、提高品質(zhì)、獲得更高的水氮利用效率；建立灌溉量（W）、施氮量（N）與蘋果產(chǎn)量之間的二次多項(xiàng)式擬合水氮效應(yīng)方程為：Y=-0.151 1N2-1.240 3W2-0.075 3WN+162.607 5N+547.346 9W-4.1108×104，理論最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)水氮用量為施氮 486.78 kg·hm-2，灌水205.87 mm，最高產(chǎn)量 54 811.49 kg·hm-2?！窘Y(jié)論】綜合考慮蘋果增產(chǎn)、減少氣態(tài)氮排放、提高水氮利用率的前提和回歸方程的擬合情況，推薦灌水水平為（W4）90%～80%θ田、施氮水平為450 kg·hm2是黃土高原地區(qū)蘋果最優(yōu)的處理組合。

關(guān)鍵詞：蘋果；水氮供應(yīng)；氨揮發(fā)；氧化亞氮釋放；產(chǎn)量；水氮效應(yīng)方程

文章編號(hào)：2096-8108（2024）03-0008-10 中圖分類號(hào)：S661.1中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文獻(xiàn)標(biāo)志碼

Effects of Different Water and Nitrogen Supply on Quality and Yield of Fuji Apple and Nitrogen Emission from Orchard

LIANG Jie，ZHANG Xinyu，YU Guokang，ZHAO Xianfei，ZHAO Ziyan，LIU Yu，LV Zhongyi，ZHANG Linsen*

（College of Horticulture， Northwest A & F University， Yangling Shaanxi 712100， China）

Abstract： 【Objective】 Aiming at the current situation of low utilization rate of irrigation and fertilization and serious pollution of nitrogen emission in apple orchards in dryland areas of Loess Plateau， this study investigated the effects of different water and nitrogen supply on the quality and yield of Fuji apple， as well as the differences in ammonia volatilization and nitrous oxide emission in orchard soil， so as to provide certain references for rational application of nitrogen fertilizer and water consumption in agriculture. 【 Methods 】 In 2022， Fuji apple tree was used as the material， and 5 different irrigation treatments were set with irrigation water and nitrogen application as variables： （（W5）100%-90%θ田， （W4）90%-80%θ田， （W3）80%-70%θ田， （W2）70%-60%θ田， （W1）60%-50%θ田， the nitrogen application rate was set to 5 treatments： N1 （150 kg/ha）， N2 （300 kg/ha）， N3 （450 kg/ha）， N4 （600 kg/ha）and N5 （750 kg/ha）were used to analyze the changes of physiological indexes， yield traits and soil nitrogen emission of apples under different treatments. 【 Results 】 Under different fertilization and irrigation treatments， the growth length of new shoot increased with the increase of irrigation amount and nitrogen application amount. Significant gaseous nitrogen emission occurred after fertilization， and the peak volatilization rate appeared within 1 week after fertilization. Nitrogen addition obviously increased the NH3 volatilization accumulation， but the increase of irrigation water showed a decreasing trend. The maximum amount of NH3 volatilization was W1N5， and the total amount of volatilization reached 187.07 kg·hm-2 in the whole growth observation and collection stage. The peak of N2O emission flux appeared immediately after nitrogen application， and reached the peak emission rate in the 3rd to 4th day. The more nitrogen fertilizer application， the higher the N2O emission loss. Under the same nitrogen application level， the less irrigation water， the higher N2O emission. The N2O emission rate of W1N5 reached the highest， and the total emission of the whole growth observation and collection stage reached 578.92 g·hm-2. There were significant （P<0.05）and extremely significant （P<0.01）positive correlations between transverse and longitudinal diameter， single fruit weight， large fruit rate， soluble solids， acidity and yield of fruits with different water and nitrogen supply. There was significant positive correlation between N use rate and transverse diameter， large fruit rate， soluble solids and yield. Therefore， there is a close relationship between water and nitrogen utilization and fruit quality and yield. The highest yield was obtained at N3 level， N5 resulted in a small decrease in apple yield， and W4N3 treatment could maintain apple yield， improve apple quality and obtain higher water and nitrogen utilization efficiency. The quadratic polynomial fitting equation of water and nitrogen effect between irrigation amount （W）， nitrogen application amount （N）and apple yield was established as follows： Y=-0.151 1N2-1.240 3W2-0.075 3WN+162.607 5N+547.346 9W-4.110 8×104， the water and nitrogen dosage corresponding to the theoretical maximum yield was nitrogen application 486.78kg·hm-2， irrigation 205.87mm， The highest output is 54 811.49 kg·hm-2.【 Conclusion 】Therefore， considering the premise of increasing apple yield， reducing gaseous nitrogen emission and improving water and nitrogen utilization rate and the fitting of regression equation， it is recommended that irrigation level of （W4）90%～80%θ field and nitrogen application level of 450 kg·hm-2 is the optimal treatment combination for apples in the Loess Plateau.Keywords：apple; water and nitrogen supply; ammonia volatilization; nitrous oxide release; yield; water and nitrogen effect equation

陜西是中國最好的蘋果優(yōu)生地區(qū)，是世界上最大的蘋果種植集中區(qū)［1］。但目前陜西蘋果園施肥過量現(xiàn)象嚴(yán)重，陜西省蘋果平均每畝（667 m2）化肥使用量為74.8 kg，過量施肥占比超過80%，遠(yuǎn)高于世界平均水平［2］，該地區(qū)的干旱缺水和氮肥施用不當(dāng)嚴(yán)重限制了蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［3］。蘋果生產(chǎn)中氮肥使用不合理、施氮量過多，不僅導(dǎo)致氮素利用率低，而且?guī)淼两翟黾?、溫室效?yīng)加劇、土壤酸化等生態(tài)環(huán)境問題［4］。不同的水、氮供應(yīng)量及其動(dòng)態(tài)變化模式直接或間接影響樹體養(yǎng)分的含量和組成比，最終影響果樹的產(chǎn)量和品質(zhì)。在蘋果生產(chǎn)過程中，為了實(shí)現(xiàn)提高水氮利用率、促進(jìn)蘋果生產(chǎn)、減少氮排放污染等目標(biāo)，必須通過“以肥調(diào)水，以水促肥”二者的交互作用，確定適當(dāng)?shù)乃?yīng)量［5-7］。

研究表明，水氮耦合對(duì)作物生長發(fā)育有顯著影響［8］，但氮肥投入量的線性增加并未顯著提高作物產(chǎn)量；相反，會(huì)導(dǎo)致氮素利用效率的下降。農(nóng)田過量施氮對(duì)全球環(huán)境有很多負(fù)面影響，不利于可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［8］。與傳統(tǒng)的漫灌、溝灌等相比，滴灌施肥技術(shù)可以將水、肥均勻、適量、準(zhǔn)確地輸送到作物根部的土壤中。它不僅能有效提高氮素利用效率，還能改變土壤通氣、水分遷移和速效氮的分布等，從而影響土壤硝化和反硝化作用［9］。氮作為初級(jí)生產(chǎn)力的限制因素的相關(guān)性以及與生物地球化學(xué)流動(dòng)相關(guān)的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的氮排放相關(guān)的重要影響已得到充分證實(shí)［11］。通過適當(dāng)?shù)氖┑亢褪┑獣r(shí)間來減少氮排放，對(duì)改善未來的農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐具有很大的潛力［12］。目前大多研究是針對(duì)單一灌水因素、施氮因素或灌水技術(shù)因素等對(duì)蘋果生長的影響，以及基于不同回歸分析研究蘋果品質(zhì)［13］，而在達(dá)到適宜氮排放量的條件下考慮蘋果的最優(yōu)灌水和施氮的研究鮮見報(bào)道，且水氮耦合效應(yīng)回歸模擬還有待進(jìn)一步的探究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)為陜西省寶雞市千陽縣西北農(nóng)林科技大學(xué)寶雞千陽蘋果實(shí)驗(yàn)示范站（東經(jīng)107°59′48.5″，北緯 34°7′22.5″，海拔861 m），屬暖溫帶半大陸性氣候，年平均氣溫10.9 ℃，該區(qū)土層厚，晝夜溫差大，土壤容重1.31 g·cm-3，田間持水量為20.5%，pH為8.4，速效N、P和K的含量分別為8.91、17.92和292.00 mg/kg， 有機(jī)質(zhì)含量為11.14 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

2022年3月—10月在田間選取9年生長富 2號(hào)/M26/新疆野蘋果為試驗(yàn)材料，株行距為1 m×3 m，為種植密度每畝（667 m2）220株，以灌溉量和施氮量為一個(gè)試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行兩因素重復(fù)試驗(yàn)，共25個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)3個(gè)重復(fù)，在株間和行間結(jié)合開槽機(jī)等工具離樹干外緣60 cm處進(jìn)行挖槽，槽寬 20 cm，深1 m，然后將封接處理后厚度 1 mm 的土工膜放入槽中并回填原土用于防止水分和肥料的側(cè)向移動(dòng)［11］。

每個(gè)處理均隨機(jī)選取長勢(shì)良好、大小均一的3株蘋果樹，各處理重復(fù)3次。設(shè)置5個(gè)不同灌水處理：（W5）100%～90%θ田、（W4）90%～80%θ田、（W3）80%～70%θ田、（W2）70%～60%θ田、（W1）60%～50%θ田，全生育期灌溉量依次為：258 mm、216 mm、173 mm、130 mm、84 mm，施氮量設(shè)置5個(gè)處理：N1（150 kg/ha）、N2（300 kg/ha）、N3（450 kg/ha）、N4（600 kg/ha）、N5（750 kg/ha）。試驗(yàn)共設(shè)25個(gè)處理，另設(shè)CK不施氮灌水，氮肥采用硝酸銨鈣，分別于4月27日（40%）、6月1日（20%）、8月2日（40%）施入，其他肥料各水平設(shè)置一致，其余田間管理與當(dāng)?shù)毓麍@管理一致。

1.3 試驗(yàn)方法

于2022年3月，以果園0～40 cm土壤為試材進(jìn)行理化性質(zhì)測(cè)定（測(cè)定指標(biāo)包含：土壤含水量、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀）。2022年5月，從各處理試驗(yàn)樹上選擇當(dāng)年生新生枝條進(jìn)行取樣，于植株東、南、西、北各方位隨機(jī)選取長勢(shì)一致且有代表性的新梢，每株選定4個(gè)枝條，掛上植物標(biāo)簽做好標(biāo)記，最終計(jì)算當(dāng)年生新梢的平均長度。

采用通氣法測(cè)定土壤氨揮發(fā)［12］，選取水氮處理中、高、低組合進(jìn)行揮發(fā)規(guī)律測(cè)定。土壤NH3揮發(fā)速率計(jì)算公式為：

NH3 -N（kg·hm-2·d-1）=M/（A×D）×10-2（1）

其中，M是使用通氣法的單個(gè)設(shè)備每次測(cè)量的平均NH3揮發(fā)量（NH3-N，mg），A是收集裝置的橫截面積（m2），D是每次連續(xù)收集氣體的時(shí)間（d）。

土壤N2O排放通量采用靜態(tài)箱法進(jìn)行收集［13］，選取水氮處理中、高、低組合進(jìn)行排放規(guī)律測(cè)定。采用以下公式計(jì)算N2O的排放通量：

F（g·hm-2·d－1）=K×（P/P0）×（T0/T）×H×ρ×（dC/dT）（2）

式中，F(xiàn) 為氣體排放通量; k 為單位換算系數(shù); p 為采樣點(diǎn)氣壓（kPa）; T 為采樣時(shí)空氣的絕對(duì)溫度（K）; H 為采樣箱的高度（m）; ρ 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（T0 = 273 K，p0=101. 3 kPa）N2O氣體的密度（g·L－1）; dc/dt 為采樣時(shí)氣體濃度隨時(shí)間的變化率。

蘋果成熟期進(jìn)行采收，采摘后不同水氮處理隨機(jī)選取10個(gè)果實(shí)測(cè)定品質(zhì)。每株單獨(dú)稱重，計(jì)算平均值。根據(jù)單株產(chǎn)量累計(jì)計(jì)算出各處理產(chǎn)量，再根據(jù)各處理產(chǎn)量計(jì)算果園每公頃產(chǎn)量。調(diào)查果實(shí)不同大小類型的百分?jǐn)?shù)，大果率等于每棵樹上大于75 mm的果子占比。用電子天秤、游標(biāo)卡尺、硬度計(jì)、手持式酸度計(jì)、糖度計(jì)、色度儀分別測(cè)量果實(shí)質(zhì)量、果實(shí)橫縱徑、硬度、酸度（TA）、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TSS）、果色［14］。

本試驗(yàn)安裝以介電常數(shù)原理為基礎(chǔ)的傳感器—土壤墑情監(jiān)測(cè)儀，持續(xù)監(jiān)測(cè)土壤不同層次的水分含量，各水分處理的灌溉量由式（3）計(jì)算：

I（L）=0.001×γ×H×S（Fm-Fs）（3）

式中，I為每棵樹灌水量；γ為壤容重（g/cm3）；H為計(jì)劃濕潤層（40 cm）；S為單棵樹占地面積（取樹周100 cm占地面積）： Fm為灌水上限（分別為100%θ田、90%θ田、80%θ田、70%θ田、、60%θ田），F(xiàn)s 為實(shí)際土壤含水量。

灌溉水利用效率（Irrigation Water Use Efficiency ，以下簡稱IWUE）計(jì)算公式［15］如下：

IWUE（kg·m-3）=Y/W（4）

式中，Y為蘋果總產(chǎn)量（kg·hm-2）；W為累計(jì)灌水量（m3·hm-2）

氮肥農(nóng)學(xué)利用率（Nitrogen agronomic utilization efficiency，NAUE）［16］計(jì)算公式：

NAUE（kg·kg-1）=（Yn-Y0）/M（5）

式中，Yn 為施氮處理產(chǎn)量（kg·hm-2）；Y0為不施氮處理產(chǎn)量（kg·hm-2）；M為施氮量（kg·hm-2）。

1.4 數(shù)據(jù)整理與分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Office excel 2021分析，使用Origin 2023b繪圖軟件作圖及回歸方程擬合，利用IBM SPSS 25.0進(jìn)行顯著性和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮供應(yīng)對(duì)植株新梢生長長度的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明（見圖1），新梢長度隨著灌水量和施氮量的增加而增加，各水分處理對(duì)蘋果樹新梢生長長度的影響表現(xiàn)為W5處理略高于其他土壤水分水平，同一灌水水平下，新梢長度均在N5水平下達(dá)到了最高，該水平下的各處理W1N5、W2N5、W3N5、W4N5、W5N5的新梢長度比CK各增長了37.5%、51.06%、79.73%、105.85%、144.00%，其中W5N5水平下新梢長度達(dá)到了最高，為64.27 cm。新梢生長速率于6月—7月達(dá)到最快，7月漸慢，8月以后基本停止生長。

2.2 不同水氮供應(yīng)對(duì)土壤NH3揮發(fā)的影響

如圖2，各處理的NH3揮發(fā)量變化趨勢(shì)基本一致，在4月27日、6月1日、8月2日施肥后1周內(nèi)出現(xiàn)揮發(fā)速率峰值，然后逐漸下降，并維持在相對(duì)較低的水平。氮素添加明顯增加了累積NH3揮發(fā)量，而灌水量的增加則呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。NH3揮發(fā)于8月出現(xiàn)揮發(fā)高峰期，同一灌水水平下，NH3揮發(fā)最大量為6.74～9.82 （kg·hm-2·d-1），最高的為W1N5，較W3N5、W5N5的最大揮發(fā)速率分別增長了30.23%、45.70%，其整個(gè)生育觀測(cè)收集階段揮發(fā)總量達(dá)到了187.07 kg/hm2。

2.3 不同水氮供應(yīng)對(duì)土壤N2O釋放的影響

由圖3看出，N2O 排放通量的峰值總是在施氮后立即出現(xiàn)，會(huì)在第3～4 d達(dá)到排放速率高峰，氮肥施入量越多，N2O 排放損失量越高，施氮量相同的水平下，灌水越少N2O 排放越高。同一水分處理下，N5的N2O排放速率均達(dá)到最高，整個(gè)生育觀測(cè)收集階段排放總量依次為578.92、463.09、361.25 g/hm2 ，其中W1N5最高。各水分處理下N5的排放總量較N3、N1增加了92.60%、39.82%。各處理N2O 排放速率在8月6日出現(xiàn)最高點(diǎn)，之后逐漸降低，10月之后維持在較低排放速率下。

2.4 不同水氮供應(yīng)對(duì)果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量以及水氮利用效率的影響

2.4.1 外觀品質(zhì)

本試驗(yàn)條件下（見表1），水氮用量對(duì)蘋果的果形指數(shù)影響并不明顯，但對(duì)蘋果單果質(zhì)量與大果率（橫徑大于75 mm）具有極顯著影響（P<0.01），W3N3的平均單果質(zhì)量和大果率相比于其他處理均達(dá)到了最大值，分別為276.50 g和80.52%?？梢园l(fā)現(xiàn)，氮肥過量單果質(zhì)量和大果率也相應(yīng)降低。

2.4.2 內(nèi)在品質(zhì)

蘋果內(nèi)在品質(zhì)各指標(biāo)的指向性存在差異。如蘋果果肉硬度、可溶性固形物均屬于正向型指標(biāo)，即越大越好；可滴定酸為負(fù)向型指標(biāo)，即越小越好。對(duì)蘋果內(nèi)在品質(zhì)進(jìn)行方差分析（見表2）。施氮處理對(duì)蘋果果實(shí)硬度、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、酸度、果皮亮度指標(biāo)具有顯著（P<0.05）或極顯著（P<0.01）的影響，對(duì)果皮紅綠色度和黃青色度無顯著影響（P>0.05）。土壤水分處理對(duì)可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)和著色亮度和黃青度影響不顯著（P>0.05），對(duì)蘋果硬度、酸度、果皮亮度、果皮紅綠度有極顯著影響（P<0.01）。土壤水分和施氮量的交互效應(yīng)對(duì)蘋果硬度、可溶性固形物指標(biāo)、果皮黃綠色度影響不顯著（P>0.05）。

2.4.3 產(chǎn)量、水分利用效率和氮素利用效率

由表3可知，施氮量、灌水量以及施氮量和灌水量的交互效應(yīng)對(duì)蘋果產(chǎn)量、IWUE、NAUE均有極顯著影響（P<0.01）。各處理以W3N3產(chǎn)量最高，為56 662.67 kg·hm-2 ，除對(duì)照外，W1N1處理產(chǎn)量最低，與W1N1處理相比，其余處理產(chǎn)量增加 8.15%～185.45%，表明適量增加灌水和氮量有助于蘋果樹增產(chǎn)。

2.4.4 不同水氮供應(yīng)果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量以及水氮利用效率相關(guān)性分析影響

不同水氮供應(yīng)的果實(shí)橫縱徑、單果質(zhì)量、大果率、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及酸度與產(chǎn)量之間均呈顯著（P<0.05）和極顯著（P<0.01）正相關(guān)關(guān)系（見圖4）。氮素利用率與橫徑、大果率、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、產(chǎn)量之間存在顯著（P<0.05）正相關(guān)關(guān)系。因此，水氮利用率與果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量之間關(guān)系密切。

2.5 不同水氮供應(yīng)下蘋果產(chǎn)量回歸模擬的建立

為了更科學(xué)的分析水氮耦合各單因素和交互因素對(duì)蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，建立灌溉量（W）、施氮量（N）與蘋果產(chǎn)量之間的二次多項(xiàng)式逐步回歸模擬（見圖5），擬合水氮效應(yīng)方程（見表4），理論最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)水氮用量為施氮 486.78 kg·hm-2，灌水205.87 mm，最高產(chǎn)量 54 811.49 kg·hm-2，與本試驗(yàn) W4N3水平最為接近。但在對(duì)比品質(zhì)、產(chǎn)量相差不大的情況下，結(jié)合表3的水氮利用效率值和產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，W3N3表現(xiàn)更優(yōu)。

3 討論

為了進(jìn)一步提高作物產(chǎn)量，中國每年都在持續(xù)增加施氮量。然而，線性增加的氮投入并沒有使果樹產(chǎn)量大幅增加，導(dǎo)致氮利用效率 （NUE）急劇下降，尤其是NH3揮發(fā)損失［17］。過量施用氮肥導(dǎo)致的NH3揮發(fā)過量，對(duì)農(nóng)田以及全球環(huán)境造成嚴(yán)重干擾，包括大氣霧霾、酸雨、土壤酸化和地表水富營養(yǎng)化，增加氮沉降。氮肥水解產(chǎn)生的土壤NH4+-N易被土壤吸收，進(jìn)一步減緩NH3揮發(fā)；與其他處理相比，本研究中同一施氮水平下，NH3揮發(fā)損失量隨灌水量的增多而減少。一般而言，NH3 揮發(fā)隨時(shí)間增加，施肥后 3 d內(nèi)達(dá)到最大值，7 d后隨土壤吸收和植物對(duì) N 的吸收而減少，減少 NH3 揮發(fā)的關(guān)鍵時(shí)期是施肥后 7 d內(nèi)，這與本文的結(jié)果一致。在此期間，可以通過灌溉、使用緩釋氮肥和脲酶抑制劑或深施肥料來減輕 NH3 揮發(fā)。N2O是大氣中重要的溫室氣體之一，農(nóng)業(yè)中 N2O 是氮素排放的重要來源，能長期滯留在大氣中并參與多種光化學(xué)反應(yīng)，對(duì)臭氧層進(jìn)行破壞［18］。農(nóng)戶實(shí)踐中氮肥的過度施氮促進(jìn)了果樹生產(chǎn)，同樣也增加了果園N2O排放。許多研究報(bào)道N2O排放與施氮量呈二次指數(shù)相關(guān)［19］。在過量氮肥條件下，N2O排放的施氮量閾值為不高于400 kg/hm2，補(bǔ)充了N2O排放與氮肥施用之間的關(guān)系［20］。這與本研究推薦是施氮量N3較為接近。因此，在滿足產(chǎn)量品質(zhì)的前提下，通過調(diào)整氮肥量是減少 N2O 排放的有效措施。

水是提高水果品質(zhì)的媒介，作物不同生長期的適當(dāng)水分脅迫能夠控制植物新陳代謝，促進(jìn)無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的吸收、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化，促進(jìn)光合作用產(chǎn)物的積累，提高果實(shí)品質(zhì)。氮素含量是影響果實(shí)品質(zhì)形成的主要因素。適量施氮可提高果實(shí)中可溶性糖和維生素C的含量，增加果形指數(shù)和果皮亮度，降低可滴定酸的含量［21］。在本研究中發(fā)現(xiàn)，氮素利用率與可溶性固形物之間存在顯著（P<0.05）正相關(guān)關(guān)系。不同的供水情況可能改變了植物的源-庫關(guān)系，改變了水果中蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪和其他成分的水解度。極端缺水顯著降低了可溶性固形物的含量，這可能是由于過度的水分脅迫降低了果樹的生理活性，導(dǎo)致合成可溶性固形物的關(guān)鍵酶活性降低［22］，這與本文研究中灌水量與果實(shí)硬度存在極顯著（P<0.01）影響相符，且本文研究中發(fā)現(xiàn)果實(shí)硬度與水分利用效率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。虧缺灌溉顯著增加了果實(shí)的糖酸比，導(dǎo)致果實(shí)顏色變紅［23］。本文中灌水量與果實(shí)亮度以及果皮紅綠色度都存在極顯著關(guān)系（P<0.01）。

水和肥料的不合理管理嚴(yán)格限制了作物的生長，導(dǎo)致產(chǎn)量降低、質(zhì)量下降［24］。適當(dāng)?shù)耐寥浪趾偷貭顩r將改善作物根系的養(yǎng)分吸收能力，從而增加產(chǎn)量和水氮利用率。當(dāng)果樹營養(yǎng)生長和生殖生長發(fā)育平衡時(shí)，增施水氮可獲得較高的水分和氮素利用效率。相反，過多的水和氮投入會(huì)使?fàn)I養(yǎng)生長比生殖生長更旺盛，延緩果實(shí)的成熟進(jìn)程，降低產(chǎn)量和水氮利用效率［25］。研究結(jié)果表明，水分和氮素投入對(duì)蘋果產(chǎn)量、IWUE有重要影響。產(chǎn)量隨灌水量和施氮量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，水分利用效率、氮素利用效率隨灌水量的增加也而先增后減。水肥耦合有閾值響應(yīng)，當(dāng)水肥投入低于閾值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)。相反，當(dāng)水和氮的投入大于閾值時(shí)，作物產(chǎn)量的增加并不明顯，甚至可能減少［26］。在本研究中，W3N3處理的蘋果產(chǎn)量最高，而W1N1處理的產(chǎn)量最低。這可能是由于極端的水分虧缺降低了水分的化學(xué)活性，同時(shí)低氮的施用無法彌補(bǔ)樹內(nèi)養(yǎng)分的缺乏，土壤養(yǎng)分的吸收和運(yùn)輸能力降低，造成低產(chǎn)。

本文中，W3N3處理下，富士蘋果產(chǎn)量達(dá)到最高，這擬合水氮效應(yīng)方程得出的結(jié)果有所偏差。然而，綜合分析發(fā)現(xiàn)，與擬合水氮效應(yīng)方程結(jié)果接近的W4N3與W3N3的產(chǎn)量和品質(zhì)極為接近，但同一施氮水平下，氣態(tài)氮排放隨著灌溉量的增加而降低，W4N3處理的氮排放更低。另外，W4N3的水氮利用效率也優(yōu)于W3N3。綜合發(fā)現(xiàn)，W4N3處理的施氮量和灌溉量更具有價(jià)值。

4 結(jié)論

綜上所述，不同水氮供應(yīng)下富士蘋果的新梢生長、品質(zhì)、產(chǎn)量、 IWUE 和NAUE以及蘋果園的氣態(tài)氮排放獲得最優(yōu)解時(shí)，灌水量和施氮量組合最接近W4N3處理。建立灌溉量（W）、施氮量（N）與蘋果產(chǎn)量之間的二次多項(xiàng)式擬合水氮效應(yīng)方程為：Y=-0.1511N2-1.2403W2-0.0753WN+162.6075N+547.3469W-4.1108×104，理論最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)水氮用量為施氮 486.78 kg·hm-2，灌水205.87 mm，最高產(chǎn)量 54 811.49 kg·hm-2，與本試驗(yàn) W4N3水平也最為接近。因此，綜合考慮以蘋果增產(chǎn)、減少氣態(tài)氮排放、提高水氮利用率的前提下，建議灌水水平為（W4）90%～80%θ田，施氮水平為450 kg·hm-2為黃土高原地區(qū)蘋果最優(yōu)的處理組合。

參考文獻(xiàn)

［1］任佳佳，張朦朦，李巍. 我國蘋果區(qū)域分布特征及其供需優(yōu)化分析 ［J］. 中國果樹， 2023（5）： 123-126.

［2］劉俊松，吳雅萍，左思杰，等. 控釋肥養(yǎng)分釋放機(jī)理及其影響因素研究進(jìn)展 ［J］. 湖北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2020， 42（4）： 464-470.

［3］楊震，費(fèi)良軍，李哲，等.不同灌水技術(shù)下水氮耦合對(duì)山地蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)及水氮利用的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2023，37（3）：267-272.

［4］任飴華，豐艷廣，陳建明，等.水氮耦合對(duì)蘋果幼樹生長及～（15）N吸收利用的影響［J］.山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，47（5）：49-53.

［5］陳競(jìng)楠，邵孝侯，翟亞明，等.膜下滴灌水氮協(xié)作對(duì)烤煙水肥利用效率及土壤養(yǎng)分含量的影響［J］.節(jié)水灌溉，2017（12）：68-71.

［6］孫霞，柴仲平，蔣平安.水氮耦合對(duì)南疆紅富士蘋果產(chǎn)量的影響［J］.北方園藝，2011（2）：19-21.

［7］田歌，李慧峰，田蒙，等. 不同水肥一體化方式對(duì)蘋果氮素吸收利用特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 ［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2020， 31（6）： 1867-1874.

［8］何雪霞，胡笑濤，王文娥，等. 滴灌水肥一體化施氮量對(duì)關(guān)中半濕潤區(qū)葡萄園N2O排放的影響 ［J］. 節(jié)水灌溉， 2020（11）： 46-58.

［9］董丹，陳子菱.生物炭和脲酶抑制劑施用對(duì)潮土活性氮排放的影響［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2023（6）：136-145.

［10］曹錫磊，陳琦，杜湘婷.基于可見光回歸分析的蘋果糖度檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)［J］.現(xiàn)代信息科技，2021，5（20）：131-134.

［11］段宇敏. 水氮耦合對(duì)矮化自根砧蘋果園土壤養(yǎng)分及產(chǎn)量品質(zhì)的影響［D］. 陜西：西北農(nóng)林科技大學(xué)， 2018.

［12］萬雪薇，丁紫娟，聶江文，等. 不同施肥方式對(duì)再生稻田氨揮發(fā)及氮肥利用率的影響 ［J］. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2023， 54（12）： 3550-3560.

［13］王宇歆，錢思妍，楊蔚桐，等. 不同鹽度濱海鹽漬土壤N2O排放特征 ［J］. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2024， 47（2）： 253-263.

［14］趙先飛，張馨予，于國康，等. 短枝富士蘋果不同負(fù)載和灌水量對(duì)新梢生長、產(chǎn)量和灌水利用效率的影響 ［J］. 果樹學(xué)報(bào)， 2023， 40（9）： 1860-1870.

［15］趙爽，馬子清，張雨田，等.陜西渭北地區(qū)不同時(shí)期控水對(duì)蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率的影響［J］.北方園藝，2022（21）：38-43.

［16］陳紹民. 水肥一體化水氮用量對(duì)蘋果園氮素利用的影響及其供應(yīng)決策［D］.陜西：西北農(nóng)林科技大學(xué)， 2021.

［17］王家寶，鄔剛，袁嫚嫚，等.不同施氮量及施氮方式對(duì)水稻田氨揮發(fā)及氮肥利用率的影響［J］.中國土壤與肥料，2022（5）：10-17.

［18］馬銀麗，吉艷芝，李鑫，等.施氮水平對(duì)小麥-玉米輪作體系氨揮發(fā)與氧化亞氮排放的影響［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（2）：225-230.

［19］HOBEN J P， GEHL R J， MILLAR N， et al. Nonlinear nitrous oxide （N2O） response to nitrogen fertilizer in on-farm corn crops of the US Midwest［J］. Global Change Biology， 2011， 17（2）： 1140-1152.

［20］LIU C， WANG K， ZHANG X. Responses of N2O and CH4 fluxes to fertilizer nitrogen addition rates in an irrigated wheat-maize cropping system in northern China［J］.Biogeosciences，2012，9（ 2） ： 839-850．

［21］張建鍇，曹紅霞，潘小燕，等.基于產(chǎn)量和品質(zhì)的陜北蘋果滴灌水量和追施氮量優(yōu)化研究［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2020，38（5）：143-152.

［22］田歌，李慧峰，朱占玲，等.不同位置滴灌施氮對(duì)蘋果氮素利用及果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］.中國果樹，2020（1）：22-26.

［23］高傳彩，惠基運(yùn)，魏玉蘭，等.干旱及復(fù)水對(duì)‘紅富士蘋果生長及果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量的影響［J］.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，52（2）：194-200.

［24］代智光. 黃土高原涌泉根灌土壤水氮運(yùn)移特性與蘋果樹水氮耦合效應(yīng)研究［D］.陜西：西安理工大學(xué)，2019.

［25］張紹武. 基于根區(qū)土壤水氮分布的蘋果園滴灌施肥技術(shù)參數(shù)優(yōu)選研究［D］.陜西：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2019.

［26］刁海鵬，石興鵬.干旱地區(qū)水氮耦合對(duì)玉米生長及產(chǎn)量的影響［J］.吉林水利，2023（5）：70-74.

收稿日期：2024-02-15

基金項(xiàng)目：財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-27）;陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程項(xiàng)目（2015KTZDNY02-03）；陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023-YBNY-05）

第一作者簡介：梁 潔（1998-），女，碩士，主要從事果樹生理生態(tài)研究。E-mail：1723805545@qq.com

*通信作者：張林森（1964-），男，教授、碩士生導(dǎo)師，主要從事果樹生理生態(tài)研究。E-mail：linsenzhang@163.com