礦質(zhì)元素與“恭城水柿”頂腐病發(fā)生研究

徐 陽(yáng) ，鄧全恩 ，吳開(kāi)云 ，龔榜初 *，陳學(xué)初 ，莫明全 ，童靜亮

（1.中國(guó)林科院亞熱帶林業(yè)研究所，杭州 311400；2.浙江省林木育種技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 311400；3.恭城瑤族自治縣農(nóng)業(yè)局水果站，桂林 542500；4.平樂(lè)縣農(nóng)業(yè)局水果站，桂林 542400；5.蘭溪市木材運(yùn)輸巡查大隊(duì)，浙江 金華 321100）

柿（Diospyros kaki Thunb.）是著名的鐵桿莊稼，一年種植多年收益[1]。近年來(lái)我國(guó)柿產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，僅廣西恭城一縣，恭城水柿（Diospyros.kaki Thunb‘Gongchengshuishi’）種植面積高達(dá)2.5萬(wàn)hm2以上，產(chǎn)值7億多元，是當(dāng)?shù)刂匾?jīng)濟(jì)支柱，在精確扶貧中發(fā)揮了重要作用[2-10]。然而柿規(guī)模化生產(chǎn)以后，各種新型病蟲(chóng)害頻發(fā)，極不利于柿產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。如，新型病害柿果頂腐病，發(fā)病后果頂變黑，快速軟化落果，失去商品價(jià)值，導(dǎo)致果園大量減產(chǎn)、絕產(chǎn)[2-4]。據(jù)調(diào)查，恭城水柿主產(chǎn)區(qū)廣西恭城、平樂(lè)兩縣約3.3萬(wàn)hm2柿園，每年因頂腐病損失近2億多元[2]。該病已成為柿產(chǎn)業(yè)中亟須解決的實(shí)際問(wèn)題。

目前，國(guó)外未見(jiàn)該病報(bào)道。自恭城水柿頂腐病2010年集中爆發(fā)后[4]，我國(guó)柿從業(yè)人員對(duì)頂腐病發(fā)病規(guī)律進(jìn)行了細(xì)致調(diào)查與總結(jié)。結(jié)果表明柿頂腐病具有明顯生理性病害特點(diǎn)：柿果第二次膨大期集中發(fā)生；病發(fā)果園無(wú)發(fā)病中心；病害部位均在果頂1/3范圍內(nèi)，病發(fā)部位未檢測(cè)到病原菌；樹(shù)冠外側(cè)果相對(duì)內(nèi)膛果易發(fā)，大果相對(duì)小果易發(fā)[2，4-5]。

在此基礎(chǔ)上，學(xué)者們對(duì)柿頂腐病病因展開(kāi)研究。全金成等[6-7]推測(cè)該病產(chǎn)生可能與硼缺乏有關(guān)。而楊長(zhǎng)林等[3，8]根據(jù)根補(bǔ)施石灰對(duì)頂腐病具有較明顯的防治效果，推測(cè)該病癥發(fā)生可能與鈣缺失有關(guān)。孫寧?kù)o等[9-10]認(rèn)為該病和鈣硼均有一定的關(guān)系，其中與鈣的關(guān)系更為密切?？傊?，目前認(rèn)定該病為缺素造成的生理性病害，但尚未明確具體缺素病因，也較少同時(shí)關(guān)注土壤、樹(shù)體、果實(shí)主要礦質(zhì)元素含量及其比值與柿頂腐病的發(fā)生關(guān)系，于之相應(yīng)的防治技術(shù)體系尚未建立。

據(jù)此，本試驗(yàn)以恭城水柿為材料，對(duì)主產(chǎn)區(qū)不同發(fā)病柿園、土壤、葉片及果實(shí)中主要礦質(zhì)元素運(yùn)用多重比較、相關(guān)分析、多元回歸、通徑分析等方法進(jìn)行系統(tǒng)分析，探索果實(shí)、葉片及土壤礦質(zhì)元素含量與柿頂腐病之間的關(guān)系，以期明確水柿頂腐病病因，為科學(xué)防治提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

恭城縣與其相鄰的平樂(lè)縣是恭城水柿主產(chǎn)區(qū)，兩縣產(chǎn)量約占廣西全省的70%左右[5]。2014—2015年間對(duì)廣西桂林市內(nèi)，恭城縣、平樂(lè)縣相鄰村鎮(zhèn)的21個(gè)恭城水柿園進(jìn)行調(diào)查。采樣地均屬亞熱帶季風(fēng)氣候，土壤環(huán)境為山間平原地區(qū)，土層深厚，黃壤，主要成分為黏土。各果園按“S”形選取15～20株樹(shù)病果率，各樹(shù)平均病果率視為該園發(fā)病率，并按發(fā)病率范圍劃分果園發(fā)病等級(jí)（見(jiàn)表1）。

1.2 礦質(zhì)元素測(cè)定

在各柿園中，對(duì)所選柿樹(shù)進(jìn)行取樣測(cè)定。每株樹(shù)冠中上部外圍4個(gè)方向共取12個(gè)果實(shí)，并于每株樹(shù)樹(shù)冠中上部的東、南、西、北4個(gè)方向選取樹(shù)冠外圍中上部健壯營(yíng)養(yǎng)枝1枝。從每枝自上而下第4～6葉片中，選取成熟、健康、完整的功能葉片各2片，每株取8片。其中，果實(shí)取果實(shí)頂部樣本，各果園樣本充分混合后進(jìn)行礦質(zhì)元素測(cè)定。每柿園按“S”形取土樣5點(diǎn)，四分法留土0.5 kg。委托國(guó)家林業(yè)局經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（杭州）進(jìn)行樣本指標(biāo)檢測(cè)，其中，土壤中水解性氮采用堿解-擴(kuò)散法測(cè)定[11]150，土壤速效鉀[11]194、交換性鈣[11]197、交換性鎂[11]197、交換性錳含量[11]209采用乙酸銨浸取-原子吸收分光光度法測(cè)定，土壤有效硼含量采用沸水浸取-亞甲胺分光光度法測(cè)定[11]221-223，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定[11]107，pH采用電位法測(cè)定[11]126。果實(shí)和葉片，氮含量測(cè)定采用H2SO4-H2O2消煮后，用凱氏定氮法測(cè)定[11]309，鉀含量用火焰光度計(jì)法測(cè)定[11]315，鈣、鎂含量用濕灰化-原子吸收分光光度法測(cè)定[11]318-322，硼含量用干灰化-姜黃素分光光度法測(cè)定[11]326。

表1 樣品發(fā)病等級(jí)分類(lèi)情況Table1 The overview of disease grade sample classification base on top rot occurrence ratio

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 16.0和EXCEL軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所得數(shù)據(jù)均用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示，用DUNCAN新復(fù)極差法比較差異顯著性（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同發(fā)病等級(jí)間礦質(zhì)元素多重比較分析

由表2、表3可知，2級(jí)病害柿園土壤pH平均為4.07，顯著低于 0級(jí)柿園（4.35）和 1級(jí)柿園（4.35）。隨著發(fā)病程度加劇，土壤水解性氮、水解性氮/交換性鈣、水解性氮/交換性鎂、水解性氮/交換性錳、水解性氮/有效硼、速效鉀/交換性鈣呈增大趨勢(shì)，土壤有機(jī)質(zhì)、交換性鎂/交換性錳值呈減少的趨勢(shì)，但均未達(dá)到顯著水平。

由表4、表5可知，2級(jí)病害柿園中柿葉片硼平均含量為28.1 mg/kg，顯著低于0級(jí)和1級(jí)。但1級(jí)病害柿葉片硼含量，平均為43.04 mg/kg，也顯著最高也顯著高于0級(jí)柿園葉片硼含量（37.36 mg/kg）。而葉片鈣含量與發(fā)病程度負(fù)相關(guān)的規(guī)律性更加明顯，其中0級(jí)病害柿園葉片鈣含量平均為17.2 mg/kg，顯著最高，1級(jí)病害柿園葉片鈣含量為13.33 mg/kg，顯著高于2級(jí)病害柿園葉片鈣含量（12.43 mg/kg），而顯著低于0級(jí)病害柿園。葉片鉀含量、氮/鈣、鉀/鈣、鉀/鎂、錳/硼值隨著柿園發(fā)病程度加深，呈增大的趨勢(shì)，但未達(dá)到顯著水平。

表2 不同頂腐病發(fā)病等級(jí)柿園土壤主要礦質(zhì)元素含量Table2 Contents of main mineral elements in soils within different top rot disease grade persimmon orchards

表3 不同頂腐病發(fā)病等級(jí)柿園土壤主要礦質(zhì)元素間比值Table3 Ratios of main mineral elements in soils within different top rot disease grade persimmon orchards

由表6、表7可知，0級(jí)病害、1級(jí)病害、2級(jí)病害柿園的果肉鎂含量分別為0.46、0.51、0.52 mg/kg，氮/鈣值分別為 5.32、5.67、5.8，鈣/錳值分別為 0.36、0.53、0.67，鉀/錳值分別為 4.22、6.29、8.02，總體上隨柿園發(fā)病程度加深，呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。而果肉鉀含量（9.84、8.51、8.32 mg/kg）、鉀/鎂值（22.1、17.86、16.75）呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，但果實(shí)各項(xiàng)指標(biāo)多重比較中均未存在顯著差異。

2.2 土壤、葉片、果實(shí)礦質(zhì)元素與頂腐病發(fā)病率相關(guān)性分析

多重比較結(jié)果顯示，只有較少的礦質(zhì)元素指標(biāo)在各病級(jí)樣本間存在顯著差異。為進(jìn)一步分析土壤、葉片、果實(shí)礦質(zhì)元素與柿果頂腐病發(fā)生間關(guān)系，本文繼續(xù)進(jìn)行頂腐病發(fā)病率與礦質(zhì)元素間相關(guān)性分析。結(jié)果表明，發(fā)病率主要和土壤與葉片礦質(zhì)元素指標(biāo)存在顯著相關(guān)。如表8所示，發(fā)病率與土壤pH存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.667 7；與土壤速效鉀/交換性鈣值極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.564 1；與水解性氮/交換性鈣顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.506 8。同時(shí)，表8也顯示發(fā)病率與葉片硼元素顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.480 1；而與葉片中氮/硼、鎂/硼值存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為 0.638 7、0.541；與葉片中鉀/硼、鈣/硼值顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.424 3、0.428 3。而發(fā)病率和果實(shí)礦質(zhì)元素間并未檢測(cè)到顯著相關(guān)關(guān)系。

表4 不同頂腐病發(fā)病等級(jí)柿葉主要礦質(zhì)元素含量Table4 Contents of main mineral elements in persimmon leaves with different top rot disease grade

表5 不同頂腐病發(fā)病等級(jí)柿葉主要礦質(zhì)元素間比值Table5 Ratios of main mineral elements in persimmon leaves with different top rot disease grade

表6 不同頂腐病發(fā)病等級(jí)柿果主要礦質(zhì)元素含量Table6 Contents of main mineral elements in persimmon fruits with different top rot disease grade

表7 不同頂腐病發(fā)病等級(jí)柿果主要礦質(zhì)元素含量比值Table7 Ratios of main mineral elements in persimmon fruits with different top rot disease grade

表8 頂腐病發(fā)病率與礦質(zhì)元素含量及比值間相關(guān)系數(shù)Table8 Correlation coefficient among the contents and ratios of main mineral elements and top rot disease rates

2.3 土壤、葉片、果實(shí)礦質(zhì)元素與頂腐病發(fā)生多元回歸及通徑分析

前文結(jié)果表明，柿果頂腐病發(fā)生受多種礦質(zhì)元素指標(biāo)共同影響，需在簡(jiǎn)單相關(guān)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行多元回歸及通徑分析。據(jù)此，以土壤、葉片、果實(shí)中礦質(zhì)元素共21個(gè)檢測(cè)值為自變量，以發(fā)病率為因變量，進(jìn)行逐步回歸分析，得出發(fā)病率最優(yōu)方程:

對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果達(dá)到顯著性差異水平，表明建立的方程穩(wěn)定性較好。由回歸方程可知，當(dāng)其他變量固定時(shí)，柿園內(nèi)土壤交換性鎂（X4）、土壤 pH（X8）、柿葉片氮含量（X9）、柿葉鈣含量（X11）、柿葉錳含量（X13）變化 1個(gè)單位，柿園頂腐病的發(fā)病率分別變化 0.962、-136.549、-7.288、-5.197、-0.024個(gè)單位，其中土壤pH對(duì)柿園頂腐病的發(fā)生影響最大。

通徑系數(shù)的絕對(duì)值大小反映了各礦質(zhì)元素指標(biāo)對(duì)頂腐病發(fā)病率影響的大小。如表9所示，柿園土壤交換性鎂（X4）、土壤 pH（X8）、柿葉片氮含量（X9）、柿葉鈣含量（X11）、柿葉錳含量（X13）均對(duì)發(fā)病率有較大影響。各礦質(zhì)元素對(duì)頂腐病發(fā)病率直接貢獻(xiàn)大小依次為：土壤 pH（-1.222）＞柿葉鈣含量（-0.824）＞土壤交換性鎂含量（0.783）＞柿葉片氮含量（-0.667）＞柿葉錳含量（0.568）。其中土壤pH、柿葉鈣含量、柿葉片氮含量、和柿葉錳含量對(duì)頂腐病發(fā)病率的直接貢獻(xiàn)為負(fù)值，土壤交換性鎂對(duì)頂腐病發(fā)病率的直接貢獻(xiàn)為正值。各樣本中礦質(zhì)元素含量除直接作用影響頂腐病發(fā)生率大小變化外，還通過(guò)與其相關(guān)的其他自變量間接引起發(fā)病率的變化。土壤交換性鎂及葉片錳元素雖對(duì)頂腐病發(fā)生存在較大影響，但土壤交換性鎂間接作用為0.674，葉片錳元素間接作用為0.343，表明兩者對(duì)發(fā)病率均存在較大間接影響。其中土壤交換性鎂主要存在與柿葉鈣含量的間接正效應(yīng)（0.449），葉片錳元素的間接正效應(yīng)主要存在與柿葉氮含量間（0.177）。另外，土壤pH和柿葉鈣含量均通過(guò)土壤交換性鎂含量存在較大負(fù)效應(yīng)（分別為-0.379、-0.472），但兩者與其他元素間均存在正效應(yīng)，并且土壤pH和柿葉鈣含量分別與發(fā)病率的間接影響也相應(yīng)較小，間接作用分別為-0.109、-0.194，表明兩者影響頂腐病發(fā)病率主要是通過(guò)直接效應(yīng)。

表9 水柿頂腐病發(fā)病率與土壤、葉片、果實(shí)主要礦質(zhì)元素的通徑分析Table9 Path analysis between top rot disease rates and main mineral elements in fruits，leaves and soil

3 討論與結(jié)論

柿頂腐病是近年出現(xiàn)的一種新型生理性病害，發(fā)病后柿果頂部變黑，失去商品價(jià)值，柿園大量減產(chǎn)、絕產(chǎn)。然而，病因目前尚未明了，相應(yīng)的防治技術(shù)體系也尚未建立。本研究通過(guò)對(duì)桂林市不同發(fā)病程度的恭城水柿園中柿果、葉片及土壤進(jìn)行礦質(zhì)元素測(cè)定，以探索果實(shí)、葉片及土壤礦質(zhì)元素含量與柿頂腐病發(fā)生的關(guān)系，為柿頂腐病的防治提供可靠的理論參考。

以往研究表明恭城水柿頂腐病發(fā)生與鈣元素關(guān)系密切[3，8]，本文結(jié)果也同樣顯示葉片鈣含量與恭城水柿頂腐病發(fā)病率顯著負(fù)相關(guān)，隨發(fā)病程度加深而顯著降低。但本文并未檢測(cè)到，孫寧?kù)o研究中[10]恭城水柿頂腐病與果實(shí)鈣含量及硼含量的顯著關(guān)系。而番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）臍腐病[12-14]、蘋(píng)果（Malus pumila Mill.）苦痘病[15-16]、辣椒（Capsicum annuum linn.）臍腐病[17-18]等生理性缺鈣癥的研究中，也與本文一樣，未檢測(cè)到病害與果實(shí)鈣含量的顯著關(guān)系[12-13，15-16，18]。綜合本文病果及病樹(shù)（葉片）中含有較高N/Ca，K/Ca趨勢(shì)的結(jié)果，柿頂腐病的發(fā)生或許和番茄、蘋(píng)果和辣椒生理性缺鈣癥一樣，果實(shí)中單一的含鈣低并不一定導(dǎo)致病癥的發(fā)生，還與果實(shí)或樹(shù)體中鉀[12，15]、氮[12-13，20]、鎂[15，19]等其他元素的含量有關(guān)。

土壤是樹(shù)體養(yǎng)分主要來(lái)源，而番茄、蘋(píng)果缺鈣生理性病害發(fā)生時(shí)，往往土壤中并不缺乏鈣，而土壤中較低的pH與較高的鉀和氮含量，均不利于植物對(duì)鈣的吸收，從而導(dǎo)致樹(shù)體缺鈣[12-13，16，18，20]。本文結(jié)果同樣顯示頂腐病與土壤硼元素、鈣元素關(guān)系均不顯著，發(fā)病率卻與土壤pH極顯著負(fù)相關(guān)，與土壤速效鉀/交換性鈣值、水解性氮/交換性鈣值顯著正相關(guān)。

同時(shí)，生產(chǎn)中通過(guò)根施用石灰，一是直接補(bǔ)鈣，二是通過(guò)提高土壤pH促進(jìn)柿樹(shù)鈣吸收，可以減輕柿頂腐病病情[3，8]。此外蘋(píng)果苦痘病研究中發(fā)現(xiàn)，氮肥施用過(guò)多，導(dǎo)致葉片含量增高，葉片生長(zhǎng)迅速，加劇了葉片與果實(shí)爭(zhēng)鈣，進(jìn)而加劇頂腐病的發(fā)生[21-22]，本文也同樣表明頂腐病發(fā)生與葉片中氮含量呈顯著直接負(fù)相關(guān)。這些結(jié)論均顯示顯示柿果頂腐病與生理性缺鈣關(guān)系密切。

本文與全金成等研究[6-7]同樣也發(fā)現(xiàn)頂腐病發(fā)病率與葉片硼含量顯著負(fù)相關(guān)。但本研究多元回歸分析及通徑分析中，硼與病害發(fā)生的關(guān)系并不顯著，并且1級(jí)病害柿葉片硼含量顯著高于0級(jí)病害柿葉。這些暗示，硼與柿頂腐病的關(guān)系或許在一定發(fā)病范圍內(nèi)較為密切，在一定硼濃度范圍內(nèi)，硼可以促進(jìn)鈣的吸收，增強(qiáng)鈣在植物體內(nèi)（特別是向果實(shí)部位）的移動(dòng)性[23-24]。因此筆者推測(cè)頂腐病與硼的關(guān)系不如與鈣緊密[9-10]，缺硼或許并不是頂腐病的直接病因，而是通過(guò)影響鈣的吸收運(yùn)輸，從而間接影響頂腐病發(fā)生率。也正如，硼肥的施用只在一定范圍內(nèi)對(duì)恭城水柿頂腐病有一定的防治效果[6-7]。然而，硼與柿頂腐病的關(guān)系是否只在一定硼濃度或頂腐病發(fā)病率范圍內(nèi)較為顯著，仍需進(jìn)一步深入研究。

據(jù)此，筆者初步認(rèn)為恭城水柿頂腐病發(fā)生與鈣關(guān)系密切，實(shí)際生產(chǎn)中，酸化、高鎂、高氮的土壤環(huán)境均不利于柿樹(shù)對(duì)鈣的吸收，從而導(dǎo)致恭城水柿樹(shù)體缺鈣（葉片鈣濃度下降）、出現(xiàn)樹(shù)體礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)失衡及生理性缺鈣（葉片中較高的N/Ca、K/Ca值，果實(shí)中較高的N/Ca值）。而鈣具有維持離子平衡、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和膜功能等功能，是細(xì)胞分裂和增長(zhǎng)所必需，當(dāng)嚴(yán)重生理性缺鈣時(shí)，果肉細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)普遍解體，細(xì)胞內(nèi)的分室化作用消失[12，20，24-26]，表現(xiàn)為果實(shí)褐變，進(jìn)而易發(fā)生（或加?。╉敻?。同時(shí)土壤中較高氮元素加劇了葉片與果實(shí)爭(zhēng)鈣，加劇了恭城水柿頂腐病的發(fā)生，在一定硼濃度范圍內(nèi)，硼促進(jìn)鈣的吸收，增強(qiáng)鈣在植物體內(nèi)的移動(dòng)性，可減輕了頂腐病癥狀。這也啟示我們?cè)诠С撬辽a(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)土壤pH較低、鎂含量較高、葉片氮含量較高，葉片鈣、硼含量較低時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重及時(shí)進(jìn)行頂腐病防治，在補(bǔ)鈣同時(shí)要注重土壤其他元素的協(xié)調(diào)。