学术服务内容

在线编辑 学术顾问

咨询率高的期刊

农业论文

冬枣园主要矿质元素含量变化及其与果实品质的关系

时间:2022年05月17日 所属分类:农业论文 点击次数:

摘要:【目的】研究冬枣园主要矿质元素含量和果实品质的关系。【方法】对不同果实发育期冬枣叶片和土壤中主要矿质元素含量进行测定,采用典型相关性分析法分析叶片和土壤中主要矿质元素含量与果实品质的相关性。【结果】冬枣叶片氮和磷含量总体呈下降趋势,最大降幅分别

  摘要:【目的】研究冬枣园主要矿质元素含量和果实品质的关系。【方法】对不同果实发育期冬枣叶片和土壤中主要矿质元素含量进行测定,采用典型相关性分析法分析叶片和土壤中主要矿质元素含量与果实品质的相关性。【结果】冬枣叶片氮和磷含量总体呈下降趋势,最大降幅分别出现在盛花期和末花期;叶片钾含量在末花期上升至最大值,在果实硬核期和白熟期出现较大降幅。随着果实发育,土壤氮、磷和钾含量呈先上升后下降的趋势,且速效氮在末花期以及有效磷和速效钾在果实硬核期降幅最大,分别为28.67%、17.38%和19.56%。营养枝叶和结果枝叶氮、磷含量与土壤全磷含量呈显著或极显著正相关;土壤有效磷和全氮含量与结果枝叶氮含量均呈显著正相关;果实可滴定酸含量与2种类型叶片氮含量呈显著或极显著正相关;2种类型叶片钾含量与果实硬度呈显著负相关、与果实可溶性糖含量和糖酸比均呈显著正相关;结果枝叶氮、磷含量分别与单果质量、可滴定酸含量呈显著正相关;果实可溶性固形物和维生素C含量均与结果枝叶钾含量呈显著正相关。【结论】土壤磷含量的变化对冬枣叶片氮、磷含量影响较大,结果枝叶氮、钾含量均对果实品质有较大影响。实际生产中,可适当在冬枣盛花期前增施氮肥和磷肥、在果实硬核期前增施钾肥以提高果实品质。

  关键词:冬枣;叶片;土壤;矿质元素;果实品质;相关性

果实品质

  矿质元素参与植物有机体代谢和调节机体酶活性,是作物生长、产量和品质形成的重要物质基础[1-2]。无论是糖和酸组分等内在品质,还是果实硬度和着色指数等外观品质都与矿质营养密切相关[3],如:苹果叶片钾和铁含量对果实硬度和糖酸比影响最大[4];枇杷叶片氮含量显著影响单果质量、可滴定酸和可溶性固形物含量[5];软枣猕猴桃叶片氮和钾含量与果实总固形物含量负相关性最大[6]。

  虽已有大量矿质营养与果实品质的关系研究,但大多局限于果树的单一器官(如叶片)或单一生长期(如果实成熟期),而树体矿质营养的分配中心随生长中心器官的转移而转移[7],矿质元素含量与果实品质的关系会发生相应变化。此外,土壤中矿质营养水平也影响果树生长和果实品质[8],但鲜有土壤和叶片矿质元素在果树不同生育期与果实品质关系的系统分析,不利于果树营养的科学管理。

  冬枣(Zizyphusjujuba‘Dongzao’)是中国独有的鲜食枣资源,不仅果实营养元素含量丰富,且具有较强的抗旱和抗盐碱能力,被国家林业和草原局列为生态经济型树种[9]。黄河三角洲独特的土壤盐渍化生态条件下孕育的沾化冬枣因品质较好而驰名中外,其栽培面积不断扩大,冬枣产业已成为当地经济发展和果农增收的重要支柱产业[10]。然而,滨海盐碱地区盐碱化程度较高,土壤营养条件较差。为追求高产和大果,冬枣生产过程中枣农主要凭经验和习惯偏施氮、磷、钾肥[11],易导致树体养分失衡,造成冬枣果实品质下降,严重制约了冬枣产业的发展。

  花期至采收前是果树养分需求的关键期和当年施肥发挥效用的有效期[12],这段时期的土壤和树体营养状况与果实品质密切相关。但关于冬枣叶片和土壤矿质元素与果实品质的关系尚不明确,而这正是指导冬枣园科学施肥的重要依据。为此,针对沾化冬枣果品质量持续下降这一实际问题,本研究分析了花期至采收前冬枣叶片和根层土壤主要矿质元素的变化特征及其与果实品质的关系,旨在明晰根层土壤和树体矿质元素对果实品质的影响,以期为盐碱生境下冬枣的合理和精准施肥以及果实品质的提高提供理论依据。

  1材料与方法

  1.1 试验区概况

  试验于2020年5—10月在山东省滨州市沾化区泊头镇冬枣园试验基地(N37°38′,E118°4′)进行。试验点地处鲁北平原,位于黄河经济带和渤海湾经济圈交汇带,属于暖温带半干旱东亚季风气候,年均温14.10 ℃,年均降水量575.7 mm。年内降水量季节分配不均,雨季一般始于6月末、7月初,结束于8月中下旬。

  供试土壤为盐化潮土,处理前0~20 cm土壤容重为1.22 g/cm,有机质含量24.89 g/kg,全氮含量1.86 g/kg,速效氮含量133.34 mg/kg,有效磷含量47.04 mg/kg,速效钾含量186.46 mg/kg,土壤含盐量1.76 g/kg。试验点冬枣园中等管理水平,为保证冬枣树体对养分的需求,于萌芽期(4月16日)和坐果期(6月9日)分2次施用尿素、磷酸一铵和硫酸钾,纯氮、磷(以P2O5计)和钾(以K2O计)总计施用量均为250 kg/hm2,施肥后立即浇水。其他栽培管理(如抹芽和环剥等)保持一致。

  1.2 样品采集

  选取长势基本一致、无病虫害的12年生沾化冬枣1号为试材,砧木为酸枣,株行距为2.0 m×4.0 m,平均胸径7.83 cm,平均树高2.59 m。枣园面积20 hm2,2020年亩产1400kg,单株产量17.5 kg。选取36株冬枣树,每株挂牌标记作为固定重复采样的标志。根据沾化冬枣物候期,选取始花期(5月21日)、盛花期(6月20日)、末花期(7月21日)、硬核期(8月22日)、白熟期(9月18日)和成熟期(10月15日)采样,每个生长期在每株采样树树冠中部的东、西、南、北和内膛5个方位各选取结果枝和营养枝上生长良好的成熟叶片20片,分别混合后作为1个样品。果实成熟期每株采样树摘取5个方位冬枣果实30个。

  采集叶片和果实的同时,在样株树冠滴水线下的东、南、西、北4个方向挖取冬枣根系集中分布层(0~30 cm)的土壤2 kg混匀。叶片用自封袋带回实验室,经105 ℃杀青15 min,80 ℃恒温烘干、粉碎,60目过筛后储存于干燥器中备用;土壤用自封袋带回实验室,去除根系及砾石等杂物后风干,一部分储存于−20 ℃冰箱中备用,一部分研磨并过100目筛后用密封袋保存备用;果实使用冷藏盒带回实验室,储存于−80 ℃冰箱中用于果实品质分析。1.3 测定指标及方法

  采用元素分析仪(Vario MACRO cube,德国Elmentar)测定冬枣叶片氮含量,电感耦合等离子体光谱仪ICP-OES测定冬枣叶片磷和钾含量[10]。土壤全氮采用凯氏定氮法测定,全磷采用硫酸—高氯酸消煮—钼锑抗比色法测定,全钾采用NaOH熔融后火焰光度法测定[13];土壤速效氮用2 mol/L氯化钾提取,采用流动注射分析仪(AA3,德国SEAL公司)分析[14];土壤有效磷和速效钾分别采用钼蓝比色法和醋酸铵法测定[15]。

  冬枣产量测定以田间实际收获产量为准,用电子天平称取果实单果质量;采用手握式果实硬度计测定果实硬度,果实可滴定酸含量采用NaOH直接滴定法测定,可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定,维生素C含量采用2,6-二氯靛酚蓝法测定[16];可溶性固形物采用手持式糖量计测定。

  1.4 数据处理及分析

  采用Excel 2010处理原始数据;数据的统计分析、主要矿质元素含量的单因素方差分析以及主要矿质元素含量与果实品质间的Pearson相关性分析采用SPSS 19.0完成。

  2结果与分析

  2.1 冬枣不同类型叶片主要矿质元素含量的变化

  冬枣始花期2种类型叶片氮含量最高,随后呈下降趋势。与前一时期相比,叶片氮含量在盛花期和末花期的降幅相对较大,其中营养枝叶分别下降18.50%和15.48%,结果枝叶分别下降25.08%和19.52%;至白熟期2种类型叶片氮含量有小幅度回升;果实成熟期冬枣营养枝叶和结果枝叶氮含量均又下降到最低值,分别为28.90和28.31 g/kg,两者间无显著差异。在整个果实发育期,除始花期结果枝叶氮含量显著高于营养枝叶,其他时期则均低于营养枝叶。

  随着果实发育,2种类型叶片磷含量呈下降趋势,且在各果实发育期之间差异达显著水平(P<0.05)。至果实成熟期,营养枝叶和结果枝叶磷含量均下降到最低值,分别为2.11和1.97 g/kg。与前一时期相比,2种类型叶片磷含量在末花期和果实硬核期的降幅相对较大,其中营养枝叶降幅分别为9.98%和8.53%,结果枝叶降幅分别为11.64%和10.33%。在同一果实发育期,营养枝叶磷含量均高于结果枝叶,且在果实硬核期和白熟期差异达显著水平(P<0.05)。

  在整个果实发育期,冬枣2种类型叶片钾含量均呈先上升后下降的趋势,末花期时上升至最大值,营养枝叶和结果枝叶分别为27.99和29.57 g/kg,并在果实硬核期和白熟期出现相对较大的降幅,其中营养枝叶分别降低16.98%和17.31%,结果枝叶分别降低24.90%和20.50%。不同果实发育期,结果枝叶钾含量差异均达显著水平(P<0.05)。同一果实发育期,除末花期营养枝叶钾含量显著低于结果枝叶外,其他时期则均高于结果枝叶。

  2.2 冬枣园根层土壤主要矿质元素含量的变化

  果实发育期冬枣根层土壤3种速效态养分含量均呈先上升后下降的趋势,均在盛花期上升至最高值,在果实成熟期降至最低值。盛花期后土壤速效氮含量在不同果实发育期之间差异显著(P<0.05),与前一时期相比,其在末花期和果实硬核期出现相对较大的降幅,分别为28.67%和25.83%。盛花期至果实成熟期,与前一时期相比,土壤有效磷含量的降幅分别为15.46%、17.38%、13.04%和10.19%,但果实硬核期后差异不显著。土壤速效钾含量在各果实发育期之间差异均达显著水平(P<0.05),其在果实硬核期和白熟期的降幅度相对较大,分别为19.56%和14.97%。

  冬枣园根层土壤3种全量养分含量的动态变化趋势与速效态养分相同,但变化幅度明显小于速效态养分。盛花期至果实成熟期,土壤全氮含量降幅分别为14.30%、12.35%、9.74%和8.11%,且在各果实发育期之间差异达显著水平(P<0.05)。

  始花期至盛花期土壤全磷含量上升12.46%,盛花期后呈缓慢下降的趋势,与前一时期相比,其在末花期和果实硬核期的降幅相对较大,分别为8.30%和9.06%,果实硬核期后土壤全磷含量在不同果实发育期之间差异不显著。盛花期至果实成熟期,土壤全钾含量在各果实发育期之间差异显著(P<0.05),与前一时期相比,其降幅分别为7.69%、10.73%、8.13%和7.22%。

  2.3 成熟期冬枣的果实品质

  7个品质指标中,冬枣植株的糖酸比和可滴定酸含量的差异较大,其变异系数分别达7.76%和7.26%;单果质量和维生素C含量的变异系数次之,其他果实品质指标间的差异相对较小,果实硬度的变异系数仅为3.17%。

  2.4 冬枣叶片与根层土壤主要矿质元素含量的相关性

  果实发育期冬枣根层土壤与2种类型叶片中氮、磷和钾元素动态变化之间的相关性不同。其中,结果枝叶氮含量与土壤有效磷、全氮和全磷含量均呈显著正相关;结果枝叶磷含量分别与土壤全磷和全钾含量呈极显著和显著正相关;营养枝叶氮和磷含量均与土壤全磷含量呈显著正相关;其他指标间的相关性均不显著。总体上看,土壤磷含量变化对冬枣叶片氮、磷含量的影响较为明显,结果枝叶与土壤养分含量变化的相关性高于营养枝叶。

  2.5 冬枣叶片及根层土壤主要矿质元素含量与果实品质的相关性

  冬枣单果质量与结果枝叶氮含量的正相关性最大;果实硬度与2种类型叶片钾含量均呈显著负相关,而与叶片氮、磷含量无显著相关性;果实可滴定酸含量与2种类型叶片氮含量呈显著或极显著正相关,与结果枝叶磷含量呈显著正相关;果实可溶性糖含量与2种类型叶片钾含量均呈显著正相关;果实可溶性固形物含量和维生素C含量均与结果枝叶钾含量呈显著正相关。

  糖酸比与2种类型叶片氮含量呈显著负相关,而与2种类型叶片钾含量呈显著正相关。其他叶片主要矿质元素含量和果实品质指标无显著相关性。总体上看,冬枣单果质量和酸含量主要受叶片氮含量的影响,而果实硬度和含糖量主要受叶片钾含量的影响,且结果枝叶对果实品质的影响更显著。

  根层土壤3种速效态养分和全量养分含量与果实品质指标间相关系数的绝对值均较小。相对于叶片矿质元素,根层土壤主要肥力因子对果实品质的直接影响相对较弱,根层土壤氮、磷、钾含量与冬枣果实品质指标均无显著相关性。

  3讨论

  3.1 冬枣果实发育期叶片和土壤主要矿质元素含量的变化特征

  叶片矿质元素的变化规律在一定程度上反映了树体对矿质营养的需求特性[17]。冬枣盛花期至末花期,旺盛的生殖生长需要消耗大量的营养物质,叶片中氮元素不断迁移至生殖器官,导致其降幅相对较明显。

  末花期至坐果期光合产物大量由叶片转运到果实,由于磷能加强光合作用和碳水化合物的合成与运转[18],此段时期对磷的需求量稳步增加,表现为叶片磷含量急剧下降。至果实成熟期,随着叶片衰老和养分回流,叶片氮和磷含量缓慢降至最低值。而叶片钾含量在果实硬核期和白熟期的降幅相对较大,这可能是由于钾能促进淀粉转化为糖,可提高果实含糖量[19],果实成熟前果实营养物质的积累和转化对钾的需求增大,致使叶片中钾元素大量输往果实。

  基于冬枣叶片主要矿质元素的转运规律,可在冬枣盛花期前适当增施氮肥和磷肥,以保证开花坐果对养分的需求,减少生理落果。果实硬核期前可适当增施钾肥,以促进果实成熟,提高果实品质。果树生殖生长期间,花和果实作为矿质元素和光合产物的分配中心消耗大量营养,与距离其最近的健康叶片存在较强的库源关系[10]。本研究中,盛花期后冬枣结果枝叶氮和磷含量始终低于营养枝叶,果实硬核期至成熟期结果枝叶钾含量也低于营养枝叶,说明结果枝叶作为最近的养分“源”可能为果实发育提供了更多的养分。

  从开花坐果至果实成熟,结果枝叶的负荷重于营养枝叶,需要为花芽分化和果实发育等提供营养,其矿质元素含量的变化特征在一定程度上更好地反映了冬枣果实发育各阶段对不同矿质营养的需求规律。因此,结果枝叶矿质元素含量的变化可作为果树养分管理的重要依据,这与对薄壳山核桃[20]和油茶[21]的研究结果一致。花期至果实成熟期是果树矿质营养需求的关键期,土壤矿质营养水平对树体养分积累有主导作用[22]。经追肥后,冬枣根层土壤氮、磷和钾含量升至最高值,之后随果实的发育均呈降低的趋势。

  和氮相比,磷和钾更易在土壤中保持和固定,损失相对较低[23],因而土壤有效磷和速效钾含量的降幅均低于速效氮。而冬枣叶片对氮、磷和钾的消耗与转运促进了根系对养分的吸收,导致速效氮在冬枣末花期、有效磷在果实硬核期以及速效钾在果实硬核期和白熟期分别出现较大降幅。根层土壤全量养分和速效养分的变化趋势相同,仅降幅低于速效养分。

  中国果树生产中不少果农偏重氮、磷、钾肥的施用,对中微量元素少施或不施,盲目施肥不仅增加生产成本,加重果园病害,降低果实品质,还会导致地表和地下水污染、土壤酸化以及温室效应加剧等生态环境问题[24]。因此,生产上应明确果树年周期关键节点的需肥特性和土壤养分丰缺状况,科学制定施肥策略,提质增效减少施肥带来的环境问题。

  3.2 土壤和叶片主要矿质元素间及其与冬枣果实品质的关系

  果园土壤和果树各器官矿质元素间存在协同或拮抗等复杂关系,但果树品种、生态因子以及肥水管理水平的不同导致土壤和叶片矿质元素间的关系表现不一。如:苹果园叶片氮和磷含量分别与表层土壤全氮和全磷含量呈显著正相关[25];温州蜜柑园土壤有效磷和速效钾含量分别与叶片对应元素呈显著正相关[26];枇杷园叶片中矿质元素含量受土壤中磷和钾元素的影响显著[17]。

  而对甜橙[27]和猕猴桃[28]的研究则表明土壤和叶片大多数相应营养元素间无显著相关性。本研究中,冬枣根层土壤磷含量的变化显著影响叶片氮和磷含量,土壤全氮和全钾含量的变化与结果枝叶对应元素的相关性较强,研究结论和前人有一致之处。但简单的相关性分析难以揭示冬枣树体与土壤矿质元素间的作用机制,尚需进一步研究。作为矿质营养元素的源头,栽培土壤中营养的丰缺程度与果实品质的优劣有密切关系[19,29]。

  江苏不同产地枇杷园种植的同一枇杷品种,其果实品质与土壤矿质元素间的关系有显著差异[5,30];梨园土壤大量元素含量与可溶性糖、总酸和维生素C含量等梨果品质间未表现显著相关性[31];而山东苹果园土壤氮、磷、钾含量与果实糖和酸含量显著相关[32]。本研究中,冬枣根层土壤肥力因子和果实品质间无显著相关性。土壤矿质元素与果实品质间的关系可能与树种、品种、栽培环境以及树体养分吸收利用差异较大有关。

  此外,冬枣树体从土壤中吸收的营养元素部分会累积在营养器官(新梢、叶片)和贮藏器官(多年生枝、中心干、根)中,可能一定程度上减弱了土壤矿质养分对果实品质的直接影响,导致土壤矿质元素和果实品质未呈线性相关。叶片是果实矿质营养的直接供给源,对果实品质的形成至关重要。

  苹果叶片磷含量与果实可滴定酸含量呈显著正相关[4],叶片钾含量充足可提高果实含糖量[25];而猕猴桃叶片氮和钾含量与果实总固形物含量存在极显著负相关关系[6]。说明叶片矿质元素和果实品质间的关系错综复杂,存在不同程度的相关性[33]。本研究发现:冬枣叶片氮含量显著影响冬枣单果质量;叶片钾含量高易导致果实硬度下降,而果实可溶性糖和维生素C含量升高;叶片氮和磷含量与果实可滴定酸含量的正相关性最大,而与果实可溶性糖含量的负相关性最大。

  此外,冬枣结果枝叶和果实品质指标的相关系数高于营养枝叶,这与结果枝叶距离果实最近、与果实间的“库—源”关系较强有关[7]。

  在婆枣园[34]和橘园[19]也发现:叶片和果实中某些在植物生理生化过程中作用相似的元素表现出较强的规律性。因此,可通过对冬枣结果枝叶片进行营养诊断,适度配合土壤分析,发现栽培管理中的限制因子,实现树体的营养平衡,在提高果实品质的同时也有利于减少冬枣园测土配方施肥的盲目性。

  4结论

  随着果实发育,冬枣叶片氮和磷含量总体呈下降趋势,分别在盛花期和果实硬核期降幅最大;叶片钾含量呈先上升后下降的趋势,在果实硬核期和白熟期降幅较大。根层土壤氮含量在末花期、磷和钾含量在果实硬核期出现最大降幅,且根层土壤磷含量的变化显著影响叶片氮和磷含量的积累。果实品质受结果枝叶氮和钾含量的调控更为显著,但根层土壤主要矿质元素含量的变化对果实品质的影响较小。建议实际生产中,可适当在冬枣盛花期前增施氮肥和磷肥、在果实硬核期前增施钾肥,以提高果品质量。

  [参考文献 ]

  BRUNETTO G, MELO G W, TOSELLI M, et al. Therole of mineral nutrition on yields and fruit quality ingrapevine, pear and apple[J].

  Revista Brasileira De Fruticultura, 2015, 37: 1089. DOI:10.1590/0100-2945-103/15.

  [1] BRATASEVEC K, SOVILOTTI P, VODOPIVEC B M.Soil and foliar fertilization affects mineral contents inVitisviniferaL. cv. ‘rebula’ leaves[J].

  [2] Journal of SoilScience and Plant Nutrition, 2013, 13(3): 650. DOI:10.4067/S0718-95162013005000052.SOUZA E L, ARGENTA L C, ROMBALDI C V, et al.Diagnosis of fruit quality and mineral contents of ‘Fuyu’persimmon produced in Southern Brazil[J]. Acta Horticulturae, 2012, 934: 775. DOI:10.17660/ActaHortic.2012.934.102.

  [3] CASERO T, BENAVIDES A, PUY J, et al. Relationships between leaf and fruit nutrients and fruit quality attributes in golden smoothee apples using multivariate regression techniques[J]. Journal of Plant Nutrition, 2004,27(2): 313. DOI:10.1081/PLN-120027656.

  [5]黄霄, 姚丹, 陆爱华, 等. 江苏不同产地‘白玉’枇杷果实品质与果实和土壤中矿质元素含量的相关性分析[J].植物资源与环境学报, 2018, 27(2): 85. DOI:10.3969/j.issn.1674-7895.2018.02.11.

  [6]魏丽红, 翟秋喜. 软枣猕猴桃叶片矿质元素变化与果实品质的关系[J]. 北方园艺, 2019(2): 60. DOI:10.11937/bfyy.20180996.

  [7]张守仕, 彭福田, 齐玉吉, 等. 不同养分供应方式对盆栽桃树生长及其氮素吸收、分配的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(1): 156. DOI:10.11674/zwyf.2015.0117.

  [8]姜远茂, 张宏彦, 张福锁. 北方落叶果树养分资源综合管理理论与实践[M]. 北京: 中国农业大学出版社,2007.

  作者:彭 玲1, 宋爱云1, 董林水1, 王新亮2