施氮對元帥系俄矮2號蘋果果實生長發(fā)育及品質(zhì)的影響

張睿臣，曹雪璟，馬宗桓，李文芳，毛娟，陳佰鴻

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

俄矮2號是元帥蘋果的第五代芽變短枝型品種，具有果型碩大端莊、色澤嫣紅鮮亮、果頂五棱分明、味道香甜的特點，主要在甘肅天水和山西運城地區(qū)種植[1-3].氮素是植物必需的大量營養(yǎng)元素之一，是果樹生長的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對果樹的器官建造、物質(zhì)代謝、生化過程、果實品質(zhì)的形成等都有不可替代的作用，被稱為“生命元素”[4].

關(guān)于施氮水平對果實品質(zhì)的影響已有較為廣泛的研究.研究表明，施氮對果實單果質(zhì)量、縱徑、橫徑和果形指數(shù)具有顯著影響，增施氮肥果實外在品質(zhì)均相應(yīng)提升，但過量施氮導(dǎo)致果實硬度下降，不利于果實的貯藏[5].施氮能促進(jìn)火龍果果實的生長，且施氮對果實縱徑影響小于橫徑[6].研究發(fā)現(xiàn)隨著氮素施用量增加，紅富士蘋果果實中可溶性固形物和維生素C含量先增加后降低，可滴定酸含量顯著升高[7].溫志靜等[8]對嘎啦蘋果的研究表明，適宜的氮素有助于果糖、葡萄糖和蔗糖的合成.

天水地處黃土高原西南部，屬暖溫帶半濕潤半干旱氣候，是我國短枝型元帥蘋果栽培面積和產(chǎn)量最多的地區(qū)[9].但對天水地區(qū)果園調(diào)查發(fā)現(xiàn)，果農(nóng)為了達(dá)到高產(chǎn)的目的，濫用氮肥的現(xiàn)象比較普遍，不僅導(dǎo)致生產(chǎn)成本劇增，果實品質(zhì)嚴(yán)重下降，而且加劇了果園土壤的氮素環(huán)境負(fù)荷，使果園土壤質(zhì)量下降，保肥能力差[10-11].因此，本研究以元帥系短枝型品種俄矮2號為試驗材料，尿素為氮源，研究不同施用量對矮化蘋果果實發(fā)育及品質(zhì)的影響，明確黃土高原矮化蘋果樹對氮素的需求和利用特點，為氮肥的合理施用和果實品質(zhì)的提高提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗在甘肅省天水市麥積區(qū)花牛蘋果試驗基地(N 39°92′，E 116°40′)開展，海拔1 400 m，年平均氣溫10.7 ℃，年降水量500 mm左右，無霜期170 d左右.試驗果園土壤有機(jī)質(zhì)含量14.60 g/kg，全氮1.23 g/kg，堿解氮118.75 mg/kg，全磷1.36 g/kg，速效磷68.73 mg/kg，全鉀38.74 g/kg，速效鉀401.10 g/kg.土壤pH為8.28.

1.2 供試材料

供試品種為元帥系短枝型俄矮2號，樹齡為8 a，砧木為山定子(Malusbaccata)，株行距為2 m×4 m，樹形為自由紡錘形.果園無灌溉條件，采用行內(nèi)覆2.5 m寬的地布保墑控草.秋季果園施入腐熟羊糞30 m3/hm2、過磷酸鈣(P2O5≥12%)300 kg/hm2及氯化鉀(K2O≥52%)525 kg/hm2.果園其他管理措施依照果農(nóng)常規(guī)管理進(jìn)行.

1.3 試驗設(shè)計

以生產(chǎn)中常用的尿素為氮肥，設(shè)以下4個施N水平：全年尿素施入量分別為150(T1)、300(T2)和600 kg/hm2(T3)，以不施氮肥作為對照(CK).分別在萌芽期(4月10日)施入全年施氮量的50%、果實膨大期(6月25日)施入30%，果實成熟前一周(8月25日)施入20%.選擇長勢相近的3株果樹作為一個處理，單株為一個重復(fù).從花后20 d開始，每個重復(fù)在果樹相近高度的東、南、西、北四個部位分別選取兩個果實進(jìn)行標(biāo)記并測量記錄其初始數(shù)據(jù)，每個處理共標(biāo)記24個果實，之后每隔15 d分別測定標(biāo)記果實的縱橫徑，并計算果形指數(shù).同樣，從花后30 d開始，按照前面所述的方法每個處理選取24個果實，每隔30 d測定果實硬度、可溶性固形物、可滴定酸、維生素C(VC)和淀粉含量，采用高效液相色譜法(HPLC)測定果實可溶性糖含量，并在9月30日成熟采收全部果實，測定株產(chǎn).

1.4 試驗方法

1.4.1 果實縱橫徑、硬度及單果質(zhì)量的測定 采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量果實的縱橫徑，并計算果形指數(shù)；用1%的電子天平測定單果質(zhì)量，果實硬度用GY-4數(shù)顯式水果硬度計(浙江托普儀器有限公司)測定.

1.4.2 果實可溶性固形物、可滴定酸、VC和淀粉含量測定 果實可溶性固形物采用TD-35手持式數(shù)字折光糖度計(浙江托普儀器有限公司)測定；可滴定酸含量用NaOH中和滴定法測定[12]，并計算固酸比；VC含量用2，6-二氯靛酚滴定法測定[13]；淀粉采用酸水解法測定[14].

1.4.3 果實可溶性糖含量測定 蘋果剝?nèi)スず鬁?zhǔn)確稱取1.0 g置入研缽中，加入5 mL去離子水研磨至勻漿，然后轉(zhuǎn)入離心管中，12 000 r/min離心15 min，吸取上清液用去離子水定容至50 mL，然后用0.22 μm水相濾膜過濾后加入樣品瓶中待測.

高效液相色譜為Waters 1525，配備2707型自動進(jìn)樣器，檢測器為2414示差折光檢測器(美國Waters公司).高效液相色譜條件為：柱溫80 ℃，流動相：超純水，檢測池溫度35 ℃，流速0.6 mL/min，進(jìn)樣量為10 μL.采用外標(biāo)法進(jìn)行樣品糖含量的確定，所有標(biāo)準(zhǔn)品均購自Sigma公司.

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并作圖，用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用Duncan法進(jìn)行方差分析.α=0.05為顯著相關(guān)，α=0.01為極顯著相關(guān).

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對果實生長發(fā)育的影響

由圖1-A和1-B可知，隨施氮水平提升果實橫徑基本表現(xiàn)為升高趨勢，T1處理果實橫徑在整個時期與對照均無顯著差異，T2和T3處理果實橫徑在花后20～50 d與對照無顯著差異.在花后65、80、95、115、130和145 d，T2處理果實橫徑較對照分別高9.1%、9.45%、8.77%、9.97%、9.34%和9.95%；T3處理較對照分別高11.1%、9.83%、9.33%、8.03%、6.84%和8.04%，且與對照差異顯著.在花后50、65、95、130和145 d，隨著施氮水平提升，縱徑呈先增加后降低的趨勢，且均在T1處理下為最高，較對照分別高4.92%、2.02%、2.7%、3.38%和1.27%，各施氮處理間縱徑均無顯著差異.

由圖1-C可知，在整個生育期內(nèi)，各處理果形指數(shù)均表現(xiàn)為逐漸降低.除花后130 d，其余時期果形指數(shù)均表現(xiàn)為T1>T2>CK>T3，其中T1和T2處理果形指數(shù)無顯著差異，較對照分別增加2.6%～10.9%和1.4%～10.1%.在花后35、50和65 d時，T3處理果形指數(shù)顯著低于對照，其余各時期T3處理果形指數(shù)與對照均無顯著差異.

2.2 施氮對果實硬度、可溶性固形物、VC、可滴定酸、固酸比及淀粉含量的影響

由圖2-A可知，全生育期果實硬度呈先增加后降低的趨勢，施氮處理硬度均高于對照.與T1和T3處理相比，T2處理顯著提高了花后30 d時果實硬度，較T1和T3處理分別增加5.27%和6.12%.花后90、120和150 d，與對照相比，T1和T2處理顯著提高了果實硬度，以T2處理硬度為最高，較對照分別增加9.48%、5.37%和7.24%.由此可見，T2處理可顯著提高果實硬度.

各施氮處理在花后60、90、120和150 d時可溶性固形物含量均高于對照(圖2-B).花后60和120 d，與對照相比，T2處理顯著提高了可溶性固形物含量，較對照分別提高10.38%和11.53%.T2和T3處理顯著提高了花后90 d時可溶性固形物含量，以T2處理為最高，較對照增加8.85%.花后150 d，T2處理可溶性固形物含量顯著高于其他施氮處理，較T1和T3處理分別增加6.82%和7.63%.

圖中數(shù)據(jù)為同期不同字母表示不同處理間在0.05水平存在顯著性的差異(P<0.05).Data are presented as the means ± standard error.The different letters in each sampling time indicate significant differences in different treatments at 0.05 level(P<0.05).圖1 施氮對果實生長發(fā)育的影響Figure 1 Influence of nitrogen application on fruit growth and development

由圖2-C可知，各施氮處理在花后60、90、120和150 d時VC含量均高于對照.花后60和90 d，各施氮處理VC含量較對照顯著提高，T1、T2和T3處理無顯著差異.與T1和T3處理相比，T2處理顯著提高了花后120 d時VC含量，較T1和T3處理分別提高1.52%和6.4%.花后150 d，與對照相比，T1和T2處理顯著提高了VC含量，以T2處理為最高，較對照提高12.26%，T3處理與對照差異不顯著.

由圖2-D可知，整個生育期內(nèi)果實可滴定酸含量呈逐漸降低的趨勢.花后30 d，T1處理可滴定酸含量顯著高于其他處理.花后60、90、120和150 d，隨著施氮量的增加，可滴定酸含量呈先增加后降低的趨勢，均在T2處理下達(dá)到最高，較對照分別增加10.8%、31.47%、28.98%和29.91%.與對照相比，T3處理顯著降低了花后60、120和150 d可滴定酸含量.

由圖2-E可知，隨著果實的成熟，固酸比呈慢-快-慢的趨勢逐漸升高.花后30 d，各處理固酸比無顯著差異.花后60 d，與對照相比，T2和T3處理固酸比顯著增加，較對照分別提高25.69%和36.26%，T1處理與對照無顯著差異.花后90 d，各施氮處理固酸比顯著高于對照，以T2處理最高，為75.35，是對照的1.45倍.花后120 d和150 d，固酸比隨著施氮量的增加而提高，在T3處理下均為最高，較對照分別提高53.67%和54.65%，與T2處理無顯著差異.

由圖2-F可知，全生育期內(nèi)淀粉含量呈先增加后降低的趨勢.花后30 d和60 d，各施氮處理淀粉含量均低于對照且各施氮處理間無顯著差異.花后90、120和150 d，隨著施氮水平逐漸提升，各施氮處理淀粉含量呈先上升后降低的趨勢，均在T2處理達(dá)到最高，較對照分別增加28.1%、14.17%和25.3%，T2與T3處理無顯著差異.

2.3 施氮對果實可溶性糖含量的影響

各處理果實中可溶性糖含量測定結(jié)果(圖3)顯示，隨著生育時期的推進(jìn)，果糖、葡萄糖和蔗糖含量逐漸增加，山梨醇含量逐漸降低.由圖3-A和圖3-B可知，與對照相比，T2處理在花后60、90、120和150 d時顯著增加了果糖和葡萄糖含量，較對照分別增加16.44%、25.87%、9.1%、12.99%和15.57%、12.21%、13.42%、12.84%；T1處理在花后90 d和150 d時果糖含量顯著增加,較對照分別增加11.67%和10.16%；T3處理在花后120 d時葡萄糖含量顯著高于對照，其余時期與對照均無顯著差異.

圖中數(shù)據(jù)為同期不同字母表示不同處理間在0.05水平存在顯著性的差異(P<0.05).Data are presented as the means ± standard error.The different letters in each sampling time indicate significant differences in different treatments at 0.05 level(P<0.05).圖2 施氮對果實硬度、可溶性固形物、VC、可滴定酸、固酸比和淀粉含量的影響Figure 2 Influence of nitrogen application on hardness,soluble solids,VC,titratable acids,ratio of soluble solids content to acid content and starch content in the fruits

由圖3-C可知，全生育期內(nèi)T3處理蔗糖含量顯著高于其他處理.與對照相比，T2和T3處理顯著提高了花后60 d時蔗糖含量，以T3處理含量最高，為對照的1.25倍，T1處理與對照無顯著差異.與T1和T2處理相比，T3處理顯著提高了花后90 d時蔗糖含量，較T1和T2處理分別提高7.87%和5.11%.花后120和150 d，與對照相比，各施氮處理顯著提高了蔗糖含量，以T3處理為最高，較對照分別增加12.55%和16.43%.

由圖3-D可知，山梨醇含量隨著生育時期延長而逐漸降低，高氮水平的T3處理，其山梨醇含量最高.花后30和60 d，與對照相比，T2和T3處理山梨醇含量顯著提高，較對照分別提高9.01%、10.07%和13.69%、22.26%.T3處理顯著提高了花后90 d和120 d時山梨醇含量，兩個時期分別為5.56、3.81 mg/g，花后150 d，T3處理山梨醇含量顯著高于其他施氮處理，與對照相比，增加了15.16%，T1處理與對照無顯著差異.

2.4 施氮對果實產(chǎn)量的影響

由表1知，不同施氮處理后，果實個數(shù)、平均單果質(zhì)量和產(chǎn)量均不同程度高于對照，且隨著施氮量增加呈先增加后降低的趨勢.與對照相比，T2處理果實個數(shù)顯著提高，較對照提高10.16%，與T1和T3處理無顯著差異.果實平均單果質(zhì)量在T2處理下達(dá)到最高，為318.58 g，較T1和CK分別提高8.79%和13.52%，與T3處理無顯著差異.與對照相比，T2處理顯著提高了產(chǎn)量，為107.87 t/hm2，較對照提高25.06%，與T3處理差異不顯著.

圖中數(shù)據(jù)為同期不同字母表示不同處理間在0.05水平存在顯著性的差異(P<0.05).Data are presented as the means ± standard error.The different letters in each sampling time indicate significant differences in different treatments at 0.05 level(P<0.05).圖3 施氮對果糖、葡萄糖、山梨醇和蔗糖含量的影響Figure 3 Influence of nitrogen application on fructose,glucose,sorbitol and sucrose contents in the fruits

表1 施氮對果實產(chǎn)量的影響

3 討論

蘋果果形指數(shù)與果實大小是蘋果外觀品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，它與遺傳基因和果實發(fā)育的營養(yǎng)水平及所處的生態(tài)條件有關(guān)[15].陳慶浩[16]以伏梨為研究對象，發(fā)現(xiàn)施氮對果實橫徑的增長和果形指數(shù)變化有顯著作用，且有利于果實細(xì)胞分裂和果實肥大.在甜瓜中研究發(fā)現(xiàn)，隨著氮肥施用量的增加，果實橫徑和縱徑均呈先增加后降低的趨勢，而各處理縱徑與對照相比差異均不顯著[17].本研究發(fā)現(xiàn)施氮處理提高了果實橫徑大小，在花后65、80、95、115、130和145 d時，果實橫徑在全年施氮量600 kg/hm2時表現(xiàn)為最大；在花后50、65、95、130和145 d時，T2處理的果實縱徑高于其他處理，這表明適宜的氮素對果實縱橫徑的增長均具有一定作用.果形指數(shù)在大部分時期表現(xiàn)為T1>T2>CK>T3，可能是由于氮肥施用量增加，促進(jìn)了果實碳水化合物的形成，為果實膨大提供了充足的有機(jī)化合物，進(jìn)而影響果實大小，但氮素施用過量不利于改善果形指數(shù)[18].

氮素是果樹必需礦質(zhì)元素中的核心元素，在一定范圍內(nèi)其施用量與果實的品質(zhì)密切相關(guān)[19].據(jù)報道，釀酒葡萄蛇龍珠在氮肥施用量為300 kg/hm2時植株生長較好，且果實品質(zhì)和產(chǎn)量均顯著增加[20].在菠蘿上，施氮均能顯著提高單果質(zhì)量和產(chǎn)量，其中375 kg/hm2尿素處理單果質(zhì)量顯著高于其他處理，較對照增加36.77%[21].本試驗結(jié)果表明，果實產(chǎn)量在300 kg/hm2的施氮量時達(dá)到最高；果實硬度是衡量果實采收、鮮食、運輸、貯藏的重要指標(biāo)，本試驗中各時期果實硬度均隨著施氮水平的提升而增加，但是超過300 kg/hm2氮素施用量后果實硬度開始下降，可能是由于過量施氮影響了果實中鈣含量的積累[22]，進(jìn)而導(dǎo)致果實硬度下降，這與李丙智等[7]在紅富士蘋果和孟月華等[23]在八月脆梨上研究結(jié)果相似.有研究認(rèn)為，氮素施用不足或過量都不利于果實品質(zhì)的提高，適量施用氮肥可增加果實中可溶性固形物和VC含量，口感最佳[24].朱清華等[25]在油桃上研究表明，可溶性固形物含量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，可滴定酸含量顯著升高.本研究表明，在花后60、90、120和150 d時，施300 kg/hm2的氮肥果實中可溶性固形物、VC和可滴定酸含量均達(dá)到最高.本試驗中對照處理淀粉含量在花后60 d時達(dá)到最高，而各施氮處理淀粉含量的最大值出現(xiàn)在花后90 d，說明施氮延長了淀粉合成和降解時間，花后60 d，各處理淀粉含量排序依次為CK>T2>T1>T3，原因是對照處理淀粉含量在花后60 d時合成到最高值，而各施氮處理的淀粉還處于合成階段，花后90 d，各處理淀粉含量依次為T2>T3>T1>CK，這是由于對照處理的淀粉已經(jīng)開始降解，而各施氮處理淀粉合成達(dá)到最高，這與溫志靜等[26]在嘎拉蘋果上研究結(jié)果相似.

糖的含量、組成及糖酸比與果實風(fēng)味品質(zhì)密切相關(guān).果實成熟變甜的過程主要依賴于蔗糖、果糖和葡萄糖在液泡中的大量積累，尤其是果糖和蔗糖[27].果糖是最甜的可溶性糖，對果實的風(fēng)味品質(zhì)具有重要影響，山梨醇是蘋果主要的光合作用產(chǎn)物運輸形式和可溶性儲藏物質(zhì)，起著其他植物中蔗糖的作用，且隨著果實成熟迅速轉(zhuǎn)化為其他形式的糖[28].有研究表明，適量的氮肥能夠提高果實的蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇的含量，過量施用氮肥會使果糖和葡萄糖含量下降從而導(dǎo)致總糖含量下降[29].本試驗結(jié)果表明，隨著果實生育期延長，果糖、葡萄糖和蔗糖含量呈上升趨勢，山梨糖醇含量逐漸降低且在花后150 d時降至最低.果糖和葡萄糖含量在大部分時期表現(xiàn)為施300 kg/hm2的氮肥達(dá)到最高，而施600 kg/hm2的氮肥山梨醇和蔗糖含量積累最多.

4 結(jié)論

300 kg/hm2氮肥處理，單果質(zhì)量、硬度、可溶性固形物、VC、可滴定酸、淀粉和產(chǎn)量均達(dá)到最高，果糖和葡萄糖含量積累最多，能夠顯著改善果實品質(zhì)，為果實發(fā)育和品質(zhì)形成的合理施肥量.