寧夏“富士”蘋果大量元素動(dòng)態(tài)分析和需肥規(guī)律

閆鵬科，侯 婷，張 麗，左 達(dá)，孫 權(quán)，王 銳

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

蘋果作為寧夏的主要產(chǎn)業(yè)之一，主栽品種有富士和金冠，截止2015年，寧夏蘋果種植面積已超4.67萬(wàn)hm2，年產(chǎn)果量約50萬(wàn)t，產(chǎn)值10億元以上，優(yōu)質(zhì)果率不足40%［1］。隨著蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)問(wèn)題也隨之出現(xiàn)，比如在施肥管理過(guò)程中，果農(nóng)們?nèi)狈碚撝笇?dǎo)，憑借經(jīng)驗(yàn)，注重化肥的施用，少施或不施有機(jī)肥，致使果園營(yíng)養(yǎng)不均衡，肥料利用率降低，蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)下降，繼而影響寧夏蘋果產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

氮、磷、鉀被稱為“植物營(yíng)養(yǎng)三要素”，研究植物營(yíng)養(yǎng)元素的分布規(guī)律，是平衡施肥的理論基礎(chǔ)［2-3］。營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)是科學(xué)施肥的重要指導(dǎo)手段，有研究認(rèn)為［4-5］對(duì)多年生植物進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)診斷，植株養(yǎng)分診斷比土壤養(yǎng)分診斷更有效。植物不同器官元素動(dòng)態(tài)分析可以對(duì)其潛在的營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行診斷，根據(jù)養(yǎng)分狀況可以分析其需肥規(guī)律［6］。不同器官所含營(yíng)養(yǎng)元素的種類和數(shù)量不同，葉片對(duì)營(yíng)養(yǎng)反應(yīng)最敏感，植物對(duì)某一養(yǎng)分的需求狀況直接從葉片營(yíng)養(yǎng)元素的動(dòng)態(tài)變化體現(xiàn)出［7］。劉小勇等［8］、李保國(guó)等［9］和韓秀梅等［10］對(duì)蘋果葉礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行了研究，分析了葉礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素在不同生育期的動(dòng)態(tài)變化；閆忠業(yè)等［11］研究了蘋果果實(shí)營(yíng)養(yǎng)元素含量變化與品質(zhì)的關(guān)系，分析了果實(shí)中營(yíng)養(yǎng)元素的周年動(dòng)態(tài)變化。植物吸收利用氮磷鉀的過(guò)程中，氮、磷、鉀三者的比例直接影響著吸收利用量的多少和其生長(zhǎng)狀況［12-13］。許敏［14］對(duì)渭北紅富士蘋果園進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，分析了果園土壤養(yǎng)分、蘋果葉片養(yǎng)分與產(chǎn)量三者之間的相互關(guān)系，明確了渭北紅富士蘋果葉養(yǎng)分豐缺狀況，得出最佳推薦施肥量為 N 539.3 kg·hm-2，P2O5404.8 kg·hm-2，K2O 377.7 kg·hm-2，最佳施肥配比為 1.4∶1.07∶1.00。

為了提高蘋果園土壤肥力，平衡果園營(yíng)養(yǎng)，提高肥料利用率，促進(jìn)蘋果增產(chǎn)提質(zhì)，本研究以寧夏主栽的“富士”蘋果為對(duì)象，通過(guò)田間調(diào)查采樣，分析不同時(shí)期樹(shù)體不同器官大量營(yíng)養(yǎng)元素的動(dòng)態(tài)變化和需肥規(guī)律。明確不同生育期各器官大量營(yíng)養(yǎng)元素動(dòng)態(tài)變化、干物質(zhì)累積和需肥規(guī)律，為寧夏蘋果樹(shù)的合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

該試驗(yàn)于2018年3月至9月在寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園區(qū)進(jìn)行，該園區(qū)位于寧夏中部干旱帶，東經(jīng)105°59′，北緯36°51′，屬中溫帶干旱大陸性氣候，常年干旱少雨，年降水量270 mm左右，年蒸發(fā)量2 200 mm左右，海拔約1 200 m，無(wú)霜期120～218 d，年平均氣溫8.6℃，≥10℃的積溫約3 000℃，熱量充足、晝夜溫差大、水分蒸發(fā)強(qiáng)烈。試驗(yàn)面積0.4 hm2，供試果樹(shù)是當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理的6年生“富士”蘋果，株行距3 m×4 m，具備滴灌條件，管理水平較高，全園清耕，3月初施羊糞4.3 t·hm-2，化肥采用水肥一體化施入，整個(gè)生育期，施尿素（N≥46%）1 800 kg·hm-2，磷酸一銨（N-P2O5-K2O：12-61-0）900 kg·hm-2，硫 酸鉀（K2O≥52%）900 kg·hm-2。供試果園土壤為灰鈣土，呈堿性，土壤有機(jī)質(zhì)很低，隨著土層的深度增加，有機(jī)質(zhì)逐漸降低；全氮含量極低，全磷含量適中，堿解氮含量以20～40 cm土層最高，0～20 cm土層其次，40～60 cm土層最低；有效磷含量適中，并表現(xiàn)為由表層到深層逐漸遞減；速效鉀含量較高?；纠砘誀钜?jiàn)表1。

表1 土壤基本化學(xué)性質(zhì)

1.2 采集時(shí)間及方法

采樣時(shí)間：采樣時(shí)期分別為萌芽期（3月24日）、盛花期（4月21日）、幼果期（5月23日）、生理落果期（6月20日）、膨大期（7月22日）、轉(zhuǎn)色期（8月25日）和成熟期（9月23日），土壤樣品在萌芽期采集1次，植株樣品從盛花期到成熟期采集6次。

采樣方法：土壤樣品采用對(duì)角線法選定5點(diǎn)，即5棵樹(shù)（5個(gè)重復(fù)），在每棵果樹(shù)的樹(shù)冠垂直投影半徑的二分之一處，用剖面土樣采集法，根據(jù)人為擾動(dòng)和根系分布，分為3層（0～20、20～40和40～60 cm），采集15個(gè)基礎(chǔ)土樣；植株樣品按不同器官（葉、莖、根、果實(shí)），每次采對(duì)角線法選定的5棵樹(shù)，每棵樹(shù)取葉樣100片，取近似等體積的不同分枝的莖混合作為莖樣，在0～60 cm土體內(nèi)取近似等體積的粗根、中根和細(xì)根混合作為根樣，每棵樹(shù)在不同高度取大小相近的5個(gè)蘋果作為果實(shí)樣。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 體積測(cè)定

蘋果樹(shù)為合軸分枝，有主莖、一級(jí)分枝和二級(jí)分枝。每級(jí)分枝均近似看為圓臺(tái)，每次采樣均用游標(biāo)卡尺測(cè)量各分枝二分之一處的直徑記作d，其面積S=π（d/2）2，用卷尺測(cè)量其長(zhǎng)度記作L，體積V=S×L，因?yàn)閳A柱和圓臺(tái)等高且圓柱底面半徑是圓臺(tái)兩底面半徑的等差中項(xiàng)，則圓柱體積與圓臺(tái)相等。

1.3.2 密度測(cè)定

將三角瓶裝滿水，塞緊，用干潔的濾紙或紗布擦干瓶身外粘附的水分，稱重記作M1，樣品稱重記M2，將樣品放入加滿水的三角瓶?jī)?nèi)，塞緊，稱重記作M3（為防止樣品表面產(chǎn)生氣泡，可將樣品在表面活性劑中浸一下，對(duì)密度的影響忽略不計(jì)），計(jì)算出樣品的體積：V=（M1+M2+M3）/ρ水，式中ρ水為水的密度，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，ρ水=1 g·mL-1，則樣品的密度計(jì)算式為：ρ=M2/V［15］。

1.3.3 質(zhì)量測(cè)定

整棵樹(shù)葉的干物質(zhì)量=單葉重×葉片數(shù)，莖的干物質(zhì)量M=V×ρ莖，根的干物質(zhì)量=根冠比［16］×地上部干物質(zhì)量=根冠比×（葉的干物質(zhì)量+莖的干物質(zhì)量+果的干物質(zhì)量），果的干物質(zhì)量=單果干物質(zhì)量×果實(shí)個(gè)數(shù)。

1.3.4 植物樣品測(cè)定

將采回的植株樣品用蒸餾水沖干凈，在烘箱105℃殺青0.5 h，然后在60～70℃下烘干，粉碎，用于測(cè)定植株的全氮、全磷和全鉀的含量。采用HClO4-H2SO4消煮，用凱氏定氮法測(cè)定植株全氮含量；用釩鉬黃比色法測(cè)定植株全磷含量；用火焰光度法測(cè)定植株全鉀含量［17］。

1.3.5 土壤樣品測(cè)定

將采回的土樣風(fēng)干、磨細(xì)，過(guò)1和0.25 mm篩，用于測(cè)定pH值、全鹽、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮和全磷的含量，具體測(cè)定方法參照鮑士旦［17］方法；土壤pH值用PHS-25精密酸度計(jì)測(cè)定；全鹽采用電導(dǎo)率儀測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用火焰光度法測(cè)定；全氮采用凱氏定氮法測(cè)定；全磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以Excel 2007軟件整理數(shù)據(jù)并作圖，采用SPSS 21軟件進(jìn)行方差分析，并用LSD法（α=0.05）進(jìn)行多重比較，圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時(shí)期各器官干物質(zhì)量和積累量

由圖1可知，在整個(gè)采樣時(shí)間段內(nèi)，蘋果干物質(zhì)量呈“S”型增加，盛花期干物質(zhì)量最少，為60 708 kg·hm-2，成熟期干物質(zhì)量最多，為127 359 kg·hm-2，較盛花期增加了109.8%。由表2可知，各生育期的干物質(zhì)累積量不同，隨生育期的推移干物質(zhì)累積量呈先增加后減少，其大小順序?yàn)椋号虼笃冢旧砺涔冢巨D(zhuǎn)色期＞幼果期＞成熟期＞盛花期，膨大期干物質(zhì)累積量為20 193 kg·hm-2，占整個(gè)生育期的28.73%，盛花期干物質(zhì)累積量為3 639 kg·hm-2，占整個(gè)采樣時(shí)間段的5.18%。整個(gè)生育期內(nèi)各器官干物質(zhì)累積量不同，葉、莖、果和根的干物質(zhì)累積量分別占整個(gè)生育期的3.00%、21.31%、9.02%和66.67%；葉的干物質(zhì)累積量在盛花期最大，成熟期最小，分別占整個(gè)生育期的33.69%和1.59%；莖的干物質(zhì)累積量在生理落果期最大，為4 576 kg·hm-2，占整個(gè)生育期的30.51%；果在整個(gè)生育期內(nèi)干物質(zhì)累積量為6 343 kg·hm-2，各時(shí)期累積多少順序?yàn)椋号虼笃冢巨D(zhuǎn)色期＞生理落果期＞成熟期＞幼果期；根在整個(gè)生育期內(nèi)干物質(zhì)累積量為46 860 kg·hm-2，各時(shí)期累積多少順序?yàn)榕虼笃冢旧砺涔冢巨D(zhuǎn)色期＞幼果期＞成熟期＞盛花期，分別占整個(gè)生育期內(nèi)根的干物質(zhì)累積量的28.73%、26.65%、18.71%、13.45%、7.28%和5.18%。

圖1 干物質(zhì)量變化

表2 各生育期干物質(zhì)累積量及其占比

2.2 不同器官中氮含量及動(dòng)態(tài)分析

由圖2可知，在整個(gè)生育期內(nèi)各器官氮含量基本呈下降趨勢(shì)；同一器官不同時(shí)期，其氮含量不同；不同器官相同時(shí)期，其氮含量也不同，從盛花期到成熟期，各器官的氮含量大小順序?yàn)椋喝~＞根＞果＞莖；葉的氮含量在盛花期最大，為33.52 g·kg-1，生理落果期到成熟期變化不大，變化范圍在22.78～24.29 g·kg-1；莖的氮含量從盛花期到生理落果期逐漸降低，盛花期最大，為7.79 g·kg-1，生理落果期最小，為3.93 g·kg-1，從生理落果期到成熟期變化很小，變化范圍在3.93～4.72 g·kg-1；根的氮含量在轉(zhuǎn)色期之前變化呈“V”型，成熟期最小，為3.93 g·kg-1，較轉(zhuǎn)色期下降了66.23%；果在整個(gè)生育期內(nèi)氮含量逐漸降低，幼果期最大，為13.18 g·kg-1，成熟期最小，為4.23 g·kg-1，從幼果期到成熟期，下降了68.11%。

圖2 不同器官中氮含量水平及動(dòng)態(tài)分析

2.3 不同器官中磷含量及動(dòng)態(tài)變化

由圖3可知，在整個(gè)生育期內(nèi)各器官的磷含量大小順序?yàn)椋喝~＞根＞果＞莖；不同生育期各器官磷含量不同，葉的磷含量呈下降趨勢(shì)，盛花期最大，為4.61 g·kg-1，成熟期最小，為1.9 g·kg-1，較盛花期降低了58.79%；莖的磷含量表現(xiàn)為先降低再升高再降低的趨勢(shì)，膨大期最大，為1.24 g·kg-1，成熟期最小，為0.63 g·kg-1，比盛花期降低了47.93%，比膨大期降低了49.19%；根的磷含量先增加后降低，在轉(zhuǎn)色期達(dá)到峰值，為2.91 g·kg-1，較盛花期、幼果期、生理落果期和膨大期分別增加了58.76%、40.89%、13.40%和13.06%，成熟期最小，為0.57 g·kg-1，較轉(zhuǎn)色期降低了2.34 g·kg-1；果的磷含量呈降低趨勢(shì)，幼果期最大，為1.71 g·kg-1，成熟期最小，為0.32 g·kg-1，與幼果期相比，生理落果期、膨大期、轉(zhuǎn)色期和成熟期分別降低了12.87%、42.11%、41.52%和81.29%。

圖3 不同器官中磷含量水平及動(dòng)態(tài)分析

2.4 不同器官中鉀含量及動(dòng)態(tài)變化

由圖4可知，在整個(gè)生育時(shí)期內(nèi)各器官的鉀含量大小順序基本上為：葉＞果＞根＞莖；葉、莖和根在轉(zhuǎn)色期均達(dá)到了峰值。葉的鉀含量呈“M”型變化，在生理落果期和膨大期出現(xiàn)峰值，從轉(zhuǎn)色期到成熟期下降了24.82%；莖的鉀含量在盛花期最小，為1.3 g·kg-1，是轉(zhuǎn)色期的21.78%，成熟期較轉(zhuǎn)色期下降了20.27%；根從盛花期到生理落果期鉀含量逐漸降低，從4.62 g·kg-1降到了2.85 g·kg-1，在轉(zhuǎn)色期達(dá)到峰值，為6.63 g·kg-1，較盛花期、幼果期、生理落果期和膨大期分別增加了43.51%、121.00%、132.63%和94.43%，成熟期有所下降，較轉(zhuǎn)色期下降了34.39%。果的鉀含量呈先下降后上升的趨勢(shì)，幼果期最大，為15.10 g·kg-1，膨大期最小，為11.22 g·kg-1，較幼果期和生理落果期分別下降25.70%和3.36%，轉(zhuǎn)色期和成熟期相比膨大期鉀含量分別增加了9.54%和26.92%。

圖4 不同器官中鉀含量水平及動(dòng)態(tài)分析

2.5 各生育期蘋果樹(shù)需肥規(guī)律的確定

由表3可知，不同生育期蘋果樹(shù)對(duì)N、P2O5和K2O的需要量和比例不同，整個(gè)生育期內(nèi)，N、P2O5和K2O的總需要量分別為961.91、371.30和484.87 kg·hm-2， 其 配 比 為2.59∶1.00∶1.31。N和P2O5在膨大期需要量最大，為294.50和116.01 kg·hm-2，分別占整個(gè)生育期的30.62%和31.24%，在成熟期需要量最小，為31.17和7.91 kg·hm-2，占整個(gè)生育期的3.24%和2.13%；K2O在轉(zhuǎn)色期需要量最大，為142.76 kg·hm-2，占整個(gè)生育期的29.44%，其次為膨大期、生理落果期、幼果期、成熟期和盛花期，分別占整個(gè)生育期的26.53%、20.15%、9.18%、8.64%和6.06%。N∶P2O5∶K2O的比例隨生育期的變化而變化，膨大期以前對(duì)N的需要量大，隨生育期的推進(jìn)，對(duì)P2O5和K2O的需要量逐漸增加，膨大期以后，隨著果實(shí)的成熟，對(duì)K2O的需要量逐漸增加。

表3 各生育期蘋果樹(shù)的需肥量及比例

3 討論

3.1 不同器官中大量元素含量水平及動(dòng)態(tài)變化

植株的生育階段是體內(nèi)代謝活動(dòng)階段性在形態(tài)上的反應(yīng)，在各生育階段，不同器官所含營(yíng)養(yǎng)元素的種類和數(shù)量不同。劉小勇等［8］研究表明，蘋果不同枝類葉片氮、磷含量均呈下降趨勢(shì)，鉀含量呈先上升再下降，到果實(shí)成熟期再上升的趨勢(shì)；閆忠業(yè)等［11］研究發(fā)現(xiàn)，隨果齡的增加，果實(shí)中氮含量逐漸降低，磷含量先增加再降低再增加，鉀含量先增加再降低；樊紅柱等［18-20］研究認(rèn)為，隨著時(shí)間的推移，蘋果樹(shù)各器官氮含量基本呈下降的趨勢(shì)，磷含量呈先下降后上升的趨勢(shì)，鉀含量呈基本下降的趨勢(shì)。本研究表明，隨生育期的推進(jìn)，各器官氮含量基本呈下降趨勢(shì)，其含量大小順序?yàn)椋喝~＞根＞果＞莖；葉、莖和果的磷含量基本呈降低趨勢(shì)，根的磷含量先增加后降低，在轉(zhuǎn)色期達(dá)到峰值；葉、莖和根的鉀含量先增加，在轉(zhuǎn)色期達(dá)到最大，成熟期再降低，果實(shí)的鉀含量先降低再升高，在膨大期出現(xiàn)了低谷。分析其原因是開(kāi)花期以前氮為上年積累，含量高，多以氨基酸及蛋白質(zhì)形態(tài)存在，結(jié)果后從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)，樹(shù)體中C/N值提高，氮含量降低，進(jìn)入生殖生長(zhǎng)以后，營(yíng)養(yǎng)器官為生殖器官提供營(yíng)養(yǎng)，故從盛花期到果實(shí)成熟期，各器官氮含量基本呈下降趨勢(shì)［21］，果實(shí)成熟為氮素營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)備期，此時(shí)期氮素回流，蘋果樹(shù)主要以地上部?jī)?chǔ)存為主，故根、葉和果實(shí)的氮含量減少，莖的氮含量增加。磷的運(yùn)移速度慢，生理落果期以前果樹(shù)器官建造主要利用樹(shù)體貯存的磷素，磷的分配隨生長(zhǎng)中心的轉(zhuǎn)移而轉(zhuǎn)移，故莖、葉和果實(shí)的磷含量逐漸降低，根系吸收土壤中的磷，使得磷含量上升；從生理落果期到膨大期，磷從根系向莖運(yùn)移；從膨大期到轉(zhuǎn)色期，磷從莖向葉運(yùn)移；成熟期各器官中磷素回流。鉀在樹(shù)體內(nèi)移動(dòng)性強(qiáng)，根系吸收后迅速分配到各個(gè)生長(zhǎng)點(diǎn)，致使從盛花期到轉(zhuǎn)色期各器官鉀含量增加；從轉(zhuǎn)色期到成熟期，果實(shí)中淀粉糖化，對(duì)鉀的需求量大，此時(shí)根、莖和葉中的鉀向果實(shí)移動(dòng)，使得根、莖和葉的鉀含量降低，果實(shí)的鉀含量增加。

3.2 干物質(zhì)量與需肥規(guī)律

干物質(zhì)量的多少直接體現(xiàn)著植物獲取能量的能力。本研究得出蘋果干物質(zhì)量呈“S”型增加，與Avanza等［22］和柴仲平等［23］研究結(jié)果相似，其原因是生長(zhǎng)初期，光合面積小，根系不發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)速率慢；生長(zhǎng)中期，隨著光合面積的迅速擴(kuò)大和龐大根系的建立，生長(zhǎng)速率加快；生長(zhǎng)后期，樹(shù)體漸漸衰老，光合速率減慢，根系生長(zhǎng)緩慢，生長(zhǎng)減慢以至停止［24］。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是植物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成以及品質(zhì)提高的物質(zhì)基礎(chǔ)［2，25-26］。氮、磷、鉀三者的比例直接影響著植物吸收利用量的多少和樹(shù)木的生長(zhǎng)狀況。許敏［14］研究表明，渭北紅富士蘋果最佳推薦施肥量為N 539.33 kg·hm-2，P2O5404.78 kg·hm-2，K2O 377.70 kg·hm-2，其最佳施肥配比為1.43∶1.07∶1.00。本研究表明，在整個(gè)生育期內(nèi)，N、P2O5和K2O的總需要量分別為961.91、371.30和 484.87 kg·hm-2，其配比為 2.59∶1.00∶1.31。原因可能是樹(shù)齡、土壤養(yǎng)分和管理水平不一致。不同品種，不同樹(shù)齡，不同土壤類型，不同施肥方式，其肥料利用率不同。有關(guān)蘋果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的具體施肥量及其施肥比例有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

隨生育期的推進(jìn)，各器官的氮含量基本呈下降趨勢(shì)；葉、莖和果的磷含量呈下降趨勢(shì)，根的磷含量先增加后降低；葉、莖和根的鉀含量先增加后降低，果實(shí)的鉀含量先降低再升高；隨生育期的推移，干物質(zhì)量呈“S”型增加，干物質(zhì)累積量先增加后減少；需肥量分別為：N 961.91 kg·hm-2，P2O5371.30 kg·hm-2，K2O 484.87 kg·hm-2，其配比為 2.59∶1.00∶1.31；不同生育時(shí)期對(duì)各種養(yǎng)分的需要量和比例不同，果實(shí)膨大期以前對(duì)N的需要量大，隨生育期的推移，對(duì)P2O5和K2O的需要量逐漸增加，膨大期以后，隨著果實(shí)的成熟，對(duì)K2O的需要量逐漸增加。