摘要
以‘秦脆’苹果为试验材料，在滴灌条件下设置氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）、钙（CaO）和镁（MgO） 五因素四水平正交试验 L16（45 ），4 个施用水平分别为各肥料原料基础用量的倍数，即 0、0.5、1.0、1.5 倍，并以试验地常规施肥为对照（CK），共 17 个处理。系统探究不同施肥组合对苹果产量和品质的影响，为滴灌栽培苹果提供施肥理论依据和技术参考。利用方差分析和主成分分析法对各配方施肥处理的产量和果实品质进行综合评价，通过极差分析得出 N、P2O5、K2O、CaO 和 MgO 肥的最佳施用配比。结果表明，不同配方施肥处理能显著提高‘秦脆’的产量和果实品质。不同配方施肥处理中，T13（N 360.00 kg/hm2 、K2O 360.00 kg/hm2 、CaO 49.00 kg/hm2 、MgO 15.00 kg/hm2 ）处理的产量最高，为 70.36 t/hm2 ，其后依次为 T7（N 120.00 kg/hm2 、P2O5 195.00 kg/hm2 、K2O 360.00 kg/hm2 、MgO 7.50 kg/hm2 ）和 T6（N 120.00 kg/hm2 、P2O5 97.50 kg/hm2 、CaO 147.00 kg/hm2 、MgO 15.00 kg/hm2 ）处理，分别较 CK 处理增产 24.69 和 20.42 t/hm2 。主成分分析结果表明，T2（P2O5 97.50 kg/hm2 、K2O 120.00 kg/hm2 、CaO 49.00 kg/hm2 、MgO 7.50 kg/hm2 ）处理对还原糖含量和去皮硬度的提高有较强作用，其还原糖含量为 48.87 mg/g，去皮硬度为 4.16 kg/cm2 ；T5（N 120.00 kg/hm2 、K2O 120.00 kg/hm2 、CaO 98.00 kg/hm2 、MgO 22.50 kg/hm2 ）处理对可滴定酸含量和产量的提高有较强作用，其可滴定酸含量为 0.22%，产量为 55.21 t/hm2 ；T6 处理对可溶性糖含量、还原糖含量和维生素 C（Vc）含量的提高有较强作用，其含量分别为 14.84%、51.34 mg/g、8.54 mg/100 g；T7 处理对总花青素含量和单果质量的提高有较强作用，其总花青素含量为 0.13 mg/g，单果质量为 255.27 g；T15（N 360.00 kg/hm2 、P2O5 195.00 kg/hm2 、K2O 120.00 kg/hm2 、CaO 147.00 kg/hm2 ）处理对 Vc 含量和总蛋白质含量的提高有较强作用，其含量分别为 5.14 mg/100 g、131.41 mg/g。不同配方施肥处理对果实产量和品质综合评价最高的为 T6 处理，说明在所有施肥组合中 T6 处理对增产、改善和提升果实品质方面具有较好的综合效果。
Abstract
Using‘QinCui’apple as the test material，a five-factor［nitrogen（N）, phosphorus（P2O5），potassium（K2O）， calcium（CaO）and magnesium（MgO）］four-level orthogonal experiment L16（45）was conducted under drip-irrigation. The four application levels were set as multiples（0，0.5，1.0，and 1.5 times）of the baseline fertilization rate for each fertilizer, with conventional field fertilization serving as the control（CK），totaling 17 treatments. This study systematically investigated the effects of different fertilization combinations on apple yield and quality. The aim was to provide theoretical and technical references for fertilization in drip-irrigated apple cultivation. A comprehensive evaluation of yield and fruit quality under various fertilization treatments was conducted using variance analysis and principal component analysis（PCA）. The optimal fertilization ratios of N，P2O5，K2O，CaO and MgO were determined through range analysis. The results showed that different fertilization treatments significantly improved the yield and quality of‘QinCui’apples. The highest yield was observed in T13（N 360.00 kg/hm2 ，K2O 360.00 kg/hm2 ，CaO 49.00 kg/hm2 ，MgO 15.00 kg/hm2 ）treatment，reaching 70.36 t/hm2 ，followed by T7（N 120.00 kg/hm2 ，P2O5 195.00 kg/hm2 ，K2O 360.00 kg/hm2 ，MgO 7.50 kg/hm2 ）and T6（N 120.00 kg/hm2 ，P2O5 97.50 kg/hm2 ，CaO 147.00 kg/hm2 ，MgO 15.00 kg/hm2 ）treatments，with yield increases of 24.69 and 20.42 t/hm2 ，respectively，compared to CK. PCA results indicated that the T2（P2O5 97.50 kg/hm2 ，K2O 120.00 kg/ hm2 ，CaO 49.00 kg/hm2 ，MgO 7.50 kg/hm2 ）treatment significantly enhanced the reducing sugar content（48.87 mg/g） and peeled firmness（4.16 kg/cm2 ）. T5（N 120.00 kg/hm2 ，K2O 120.00 kg/hm2 ，CaO 98.00 kg/hm2 ，MgO 22.50 kg/ hm2 ）treatment significantly improved titratable acid content（0.22%）and yield（55.21 t/hm2 ）. T6 treatment showed strong effects on increasing soluble sugar content（14.84%），reducing sugar content（51.34 mg/100 g），and vitamin C（Vc）content（8.54 mg/100 g）. T7 treatment significantly improved total anthocyanin content（0.13 mg/g）and single fruit weight（255.27 g）. T15（N 360.00 kg/hm2 ，P2O5 195.00 kg/hm2 ，K2O 120.00 kg/hm2 ，CaO 147.00 kg/hm2 ） demonstrated significant effects on increasing Vc content（5.14 mg/100 g）and total protein content（131.41 mg/g）. Among the treatments，the comprehensive evaluation of fruit yield and quality was the highest in T6 treatment，indicating that T6 treatment had the best overall effect on increasing yield and improving fruit quality among all fertilization combinations.
‘秦脆’苹果果实大、果肉细脆、多汁，且适应能力强、栽培效益好，被广泛推广种植[1]。苹果富含糖、膳食纤维、维生素和矿物质等多种营养物质，在防衰老、糖尿病、高血压疾病等方面都具有较好的作用[2-3]。糖、酸、维生素 C（Vc）等营养物质的累积与栽培品种、肥水管理、气候条件有关[4]。因此，通过栽培管理方式提高苹果产量和果实品质成为近年来的关注热点。
施肥是果树生产栽培过程中重要的管理措施之一，施肥量是影响果树产量和品质的重要因素[5]。在苹果生长发育过程中，不同生育期所需养分不同，因此，根据苹果生长特性配合施用化肥是使苹果增产优质的重要手段。已有研究表明，配方施肥可促进苹果养分吸收，提高果实品质和产量[6]。研究表明，氮、磷、钾肥的施用量分别为405.9、 267.0、30.9 kg/hm2 时‘红富士’苹果产量达最大值[7]。张杰等[8] 研究发现，将菌肥与化肥配施，在化肥施用减量 40%～60% 的情况下，苹果果实品质及产量达到最佳效果。王乐幸等[9]研究表明，增施糖醇钙和硅能够提高‘瑞阳’苹果可溶性固形物含量、果实硬度和单果质量。陈海宁等[10]通过硅钙钾镁肥和黄腐酸钾配施发现，苹果单果质量、可溶性固形物含量、Vc 含量、果实硬度和产量分别提高了 11.8%、10.2%、16.8%、12.3% 和 14.8%。因此，合理的施肥量和施肥配比是苹果产业可持续发展的重要基础。当前，关于苹果肥料配施的研究虽取得部分进展，但多数集中于大量元素[11-13]，对中量元素的研究较少，因此，研究如何进行合理的肥水管理才能使得苹果优质高产显得极其重要。
本研究以‘秦脆’苹果为研究对象，探究滴灌条件下 N、P2O5、K2O、CaO 和 MgO 不同配比施肥对‘秦脆’产量及果实品质的影响，为当地生产高产优质的苹果提供适宜的施肥配方。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2024 年 4—10 月在新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州伊宁县萨地克于孜村进行。伊宁县属温带大陆性干旱气候，光照充足，昼夜温差大，年平均气温 9～11.1℃，无霜期 163 d。果园土壤类型为砂壤土，土壤基本理化性质见表1。
1.2 供试材料
试验以 4 年生‘秦脆’苹果为研究材料，砧木为 M9T337，株行距 1.1 m×3.5 m。选取植株长势一致、无病虫害、挂果正常的苹果树进行挂牌标记。氮肥选用水溶性尿素（中国石油天然气股份有限公司，N 46%），磷肥选用磷酸一铵（湖北省黄麦岭磷化工有限责任公司，P2O5 49%），钾肥选用硫酸钾（国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司，K2O 52%），钙肥选用水溶性钙肥（成都华宏生物科技有限公司，CaO 20%），镁肥选用水溶性硫酸镁 （成都华宏生物科技有限公司，MgO 9.5%）。
表1试验地土壤理化性质
1.3 试验设计
试验采用滴灌方式进行，按照五因素四水平正交实验设计，即 N、P、K、Ca、Mg5 个施肥因子、4 个施用水平（每公顷各肥料原料的基础用量的倍数，记为 1、2、3、4；1 水平为常规施肥量的 0 倍，2 水平为常规施肥量的 0.5 倍，3 水平为常规施肥量的 1 倍，4 水平为常规施肥量的 1.5 倍），并以试验地常规施肥处理作为对照组（CK），共 17 个处理，每个处理重复 3 次，3 株为 1 次重复。
本试验配方肥基于 60000.0 kg/hm2 果实的产量目标[14-16]，设定每公顷 N、P2O5、K2O、CaO 和 MgO 肥原料的基础用量分别为 240、195、240、98 和 15 kg。施肥均沿苹果种植方向采用滴灌方式施入，于各生育期前配制 N、P、K、Ca、Mg5 种元素水溶肥（表2、表3），将肥料灌入施肥袋中，将施肥袋上的插头插入距离树干 30 cm 处，使得肥料滴到苹果根部位置，被植物所吸收利用。
1.4 果实品质指标测定
测定不同处理‘秦脆’果实品质，于 2024 年 10 月对每个处理的苹果进行采摘，从东、南、西、北 4 个方向，上、中、下 3 层采摘，每层采摘 3～5 个。使用电子天平称量果实重量，结果取其平均值，记为平均单果质量，并统计单株结果数，计算产量；将果实表面擦净，采用 3 nh 便携式色差仪测定果实表面的色泽，并计算出色泽指数 （CCI），色泽以亮度值（L*）、红绿值（a*）、黄蓝值（b*）3 项指标表示，其中 a*、b* 绝对值越大，表示颜色越深[17]。其中 CCI=1000×a*/（L*×b*）。
表2试验设计肥料施用量
表3各生育期施肥配比
参考王学奎[18]的《植物生理生化实验原理和技术》测量生理指标。用 PAL-1 便携式数显折光仪测定可溶性固形物含量；采用蒽酮比色法、氢氧化钠滴定法、2，6-二氯靛酚滴定法分别测定可溶性糖含量、可滴定酸含量、Vc 含量；还原糖采用 3，5-二硝基水杨酸法测定；总蛋白质采用 BCA 法测定； 采用 Folin-酚法、硝酸铝-氢氧化钠显色法、pH 示差法分别测定果皮总酚、总黄酮、总花青素含量； 使用 GY-4 型果实硬度计测量果实中部带皮、去皮硬度。
1.5 数据处理
采用 Excel 2021 进行数据统计，使用 Origin 2023 绘图、SPSS 25.0 对数据进行显著性分析和主成分分析，采用 SPSSAU 在线分析软件设计正交试验并进行极差分析。
依文献[19]所述，采用标准化处理后的数据进行主成分分析，并计算综合指标的隶属函数值、权重值和综合评价 F 值。
(1)
(2)
(3)
2 结果与分析
2.1 不同配方施肥处理对果实产量的影响
对不同配方施肥处理下‘秦脆’的平均单果质量（图1）和产量（图2）进行分析，结果表明，‘秦脆’果实的平均单果质量在 199.50 g（T1 处理）～255.80 g（T13 处理），除 T1、T2 和 T4 处理外，其他施肥处理的平均单果质量均高于 CK 处理，T13、T7 处理的单果质量显著高于 CK 处理 （P<0.05），较 CK 处理分别增加 13.96%、13.73%。 T1、T9、T11、T15 处理较 CK 处理分别减产 20.67%、16.03%、4.69%、4.16%，其余处理产量均高于 CK 处理。其中，T13 处理的产量最高，为 70.36 t/hm2，其后依次为 T7 和 T6 处理，较 CK 处理分别增产 24.69 和 20.42 t/hm2。
图1不同配方施肥处理下‘秦脆’果实的平均单果质量
注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。
图2不同配方施肥处理下‘秦脆’的产量
2.2 不同配方施肥处理对果实色泽的影响
不同配方施肥对‘秦脆’果实色泽影响如表4所示。果皮亮度值为 71.82（T16 处理）～86.02（T10处理），T10、T5 和 T3 处理的亮度值较 CK 处理有所提高。a*、b* 值在各处理中均为正值，T12 处理的果皮 a* 值最大，为 42.61，其后依次为 T2、T6 和 T3 处理，说明这 4 个处理的果实色调较其他处理偏红；黄蓝值方面，T12、T16、T9、T6 和 T7 处理的 b* 值较 CK 处理有所下降，果实色调偏蓝，其他处理果实色调偏黄。‘秦脆’果实色泽指数均为正值，且不同配方施肥处理‘秦脆’果实的色泽指数差异显著。
表4不同配方施肥处理‘秦脆’果实的色泽指数
注：L* 为亮度值，a* 为红绿值，b* 为黄蓝值，CCI 为色泽指数。表中数据小写字母不同表示各处理间差异显著（P<0.05）。下同。
2.3 不同配方施肥处理对果实品质的影响
2.3.1 不同配方施肥处理对‘秦脆’果实糖、酸含量的影响
糖、酸含量是评价果实品质的重要指标。由表5可知，不同配方施肥处理下‘秦脆’的可溶性固形物含量、可溶性糖含量和可滴定酸含量均存在显著差异。各处理的可溶性固形物含量均高于 CK 处理，T12、T6 和 T15 处理的可溶性固形物含量较高，分别为 15.54%、15.21% 和 15.04%。除 T1 处理外，其余处理可溶性糖含量均高于 CK 处理，且可溶性糖含量最高的是 T6 处理，为 14.84%； T15、T9 和 T11 处理的可滴定酸含量最低，分别为 0.09%、0.11% 和 0.12%。
2.3.2 不同配方施肥处理对果实营养物质的影响
对不同施肥处理下‘秦脆’果实的营养物质进行分析（表6），结果表明，不同施肥处理的 Vc 含量为 1.25（T3 处理）～8.54 mg/100 g（T6 处理），除 T1 和 T3 处理，其余处理 Vc 含量均高于 CK 处理。总酚含量最高的是 T7 处理，为 6.99 mg/g；最低的为 T15 处理，为 3.22 mg/g。各处理的总黄酮含量为 3.77（T15 处理）～7.67 mg/g（T7 处理）， T7、T12 处理总黄酮含量显著高于其他处理。总花青素含量最高的是 T7 处理，为 0.13 mg/g；最低的是 T15 处理，为 0.02 mg/g。除 T1、T3 处理，其余处理总蛋白质含量均高于 CK 处理，且总蛋白质含量为 82.73（T1 处理）～131.41 mg/g（T15 处理）。 T12 处理的还原糖含量最高，为 54.74 mg/g，其后依次为 T6、T2 和 T14 处理，分别较 CK 处理增加了 25.85%、19.80% 和 17.14%。
表5不同配方施肥处理下‘秦脆’果实的糖、酸含量
表6不同配方施肥处理下‘秦脆’果实营养物质的含量
2.3.3 不同配方施肥处理对果实硬度的影响
不同配方施肥处理对‘秦脆’果实硬度的影响如图3所示。果实平均带皮硬度为 5.79 kg/cm2，其中带皮硬度最大的为 T16 处理，为 6.65 kg/cm2，较 CK 处理增加了 10.81%，最小的为 T3 处理，为 4.87 kg/cm2。果实去皮硬度为 3.94（T3 处理）～5.58 kg/cm2 （T12 处理），T12、T16、T10、T6、T8 和 T13 处理果实去皮硬度均高于 CK 处理，较 CK 处理分别增加了 16.17%、13.08%、6.98%、2.86%、2.63% 和 1.54%。
2.4 不同配方施肥处理对‘秦脆’品质影响的评价
对不同配方施肥处理的果实品质指标进行主成分分析（表7），可筛选出反映苹果果实品质的关键性状。依据最小特征值 >1 的原则，共筛选 5 个主成分（PC1~PC5），它们的特征值分别为3.85 1、2.367、1.905、1.700、1.064，累计贡献率为 83.751%，即这 5 个主成分基本能反映原始因子 83.751% 的信息。
将标准化值代入上述 5 个主成分，得到各样本 5 个主成分得分，利用隶属函数对 5 个主成分得分进行标准化处理，计算出 5 个主成分的权重系数，得到各样本的综合得分值，并排序（表8）。
由主成分得分可知，F1 中不同处理得分表现为 T7 处理最高，说明 T7 处理对总花青素含量和单果质量的提高有较强作用，其总花青素含量为 0.13 mg/g，单果质量为 255.27 g；F2 中不同处理得分表现为 T6 处理最高，说明 T6 处理对可溶性糖含量、还原糖含量和 Vc 含量的提高有较强作用，其含量分别为 14.84%、51.34 mg/g、8.54 mg/100 g；F3 中不同处理得分表现为 T15 处理最高，说明 T15 处理对 Vc 含量和总蛋白质含量的提高有较强作用，其含量分别为 5.14 mg/100 g 和 131.41 mg/ g；F4 中不同处理得分表现为 T2 处理最高，说明 T2 处理对还原糖含量和去皮硬度的提高有较强作用，其还原糖含量为 48.87 mg/g，去皮硬度为 4.16 kg/cm2；F5 中不同处理得分表现为 T5 处理最高，说明 T5 处理对可滴定酸含量和产量的提高有较强作用，其可滴定酸含量为 0.22%，产量为 55.21 t/hm2。不同配方施肥处理果实品质综合评价 T6 处理最高，说明 T6 处理在所有施肥处理中效果最佳，且在改善和提升果实品质方面具有较好的综合效果。
图3不同配方施肥处理下‘秦脆’果实的带皮硬度和去皮硬度
表7主成分载荷矩阵
表8综合得分排名
续表
2.5 不同配方施肥处理对‘秦脆’产量和品质指标的影响力排序及最佳理论配比
由表9可知，N 元素对果实单果质量、产量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、Vc 含量和总蛋白质含量的影响较大，P 元素对果实总花青素含量、还原糖含量和带皮硬度的影响较大，Ca 元素对果实总酚含量、总黄酮含量和去皮硬度的影响较大，Mg 元素对果实可溶性固形物含量的影响较大。N 和 Ca 元素对果实可溶性糖含量和 Vc 含量的影响较大。Ca、Mg 和 N 元素对果实的总酚含量和总黄酮含量的影响较大。各元素对单果质量和产量的影响力排名均为 N>K>Mg>P>Ca。
表9‘秦脆’果实品质最佳时的元素影响力及最佳理论施肥配比
注：N、P、K、Ca、Mg 后的 1、2、3、4 分别代表各肥料的施用水平，即每公顷各肥料原料的基础用量的倍数，即 0、0.5、1、1.5 倍。
3 讨论
在果树生长过程中，合理配施肥料使树体养分平衡供应，能促进果树生长、增加产量，是提高果树经济收益的重要途径[20]。史沉鱼[21]的研究表明，氨、磷、锌肥在 48.0、30.0、32 g/ 株时苹果产量可达 48.7 kg/ 株。刘萍等[22]对 10 年生富士苹果进行灌水施肥处理，结果表明，灌水量在 223.2 m3 /hm2、施肥量在 1050.0 kg/hm2 时，果实产量达到最大，并增加纯收益。本研究表明，不同比例 N、P、K、 Ca、Mg 肥配施显著影响‘秦脆’苹果的单果质量和产量，在当地供试土壤条件下，‘秦脆’对肥料的需求水平依次为 N>K>Mg>P>Ca，T13、T7 和 T6 处理的果实产量显著高于其他处理，进一步表明合理施肥在促进苹果生长方面的作用，以及平衡施肥在苹果栽培过程中的重要性。
肥料配施可以提高肥料的利用率，在一定程度上减少资源浪费，并降低环境污染，还能显著提高苹果产量、单果重、果实硬度、可溶性固形物含量等指标[23-24]。刘苗苗[25]通过施用不同氮、磷、钾配比肥料发现，合理施肥能够改善苹果果实硬度，提高果实含糖量和单果质量，并增产 33.56%。王爱玲等[26]研究发现，配方施肥提高了苹果的单果质量、纵径和横径，除可滴定酸含量降低外，可溶性固形物含量、果实硬度和 Vc 含量均有提高。上述研究均表明，不同肥料配施对苹果果实品质有不同的影响。本研究结果表明，不同配方施肥处理能显著影响‘秦脆’果实品质。对产量和果实品质指标进行主成分分析，结果表明，综合评分最高的为 T6 处理，说明本试验中提高‘秦脆’果实产量和综合品质的最佳施用组合是 N 120.00 kg/hm2、 P2O5 97.50 kg/hm2、CaO 147.00 kg/hm2、MgO 15.00 kg/hm2。
4 结论
合理的滴灌配方施肥可以提高苹果产量，促进果实营养物质吸收。与常规处理相比，肥料配施可以提高‘秦脆’苹果产量、单果质量和果实品质，说明 N、P、K、Ca、Mg 对各品质指标均有影响。不同配方施肥处理产量和果实品质综合评价最高的为 T6 处理（N 120.00 kg/hm2、P2O5 97.50 kg/hm2、 CaO 147.00 kg/hm2、MgO 15.00 kg/hm2），说明 T6 处理有助于‘秦脆’提高果实产量、改善果实品质。