采收前15天施肥利于富士蘋果樹15N的吸收、分配及貯藏營養(yǎng)的積累

楊 安，李燕青，李 壯，程存剛，張艷珍，解 斌，張海棠

（中國農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質資源利用重點實驗室/遼寧省落葉果樹礦質營養(yǎng)與肥料高效利用重點實驗室/中國農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所果樹生物學綜合實驗室, 遼寧興城 125100）

蘋果樹是世界五大果樹( 柑橘樹、蘋果樹、葡萄樹、香蕉樹、梨樹) 之一，栽培歷史悠久[1]。2017年我國蘋果種植面積達到232.38 萬hm2，產(chǎn)量 4388.23萬t，種植規(guī)模世界第一[2-3]。遼西地區(qū)是遼寧省的兩大蘋果產(chǎn)區(qū)之一，該區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對遼寧省乃至全國蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展均有重要意義。施肥是影響蘋果產(chǎn)量和品質的主要因素之一。在主要施肥時期中，秋季施肥對樹體抗性、貯藏營養(yǎng)和來年成花結果的影響遠高于其它施肥時期[4-10]。前人利用15N示蹤技術對不同果樹，在不同時期、不同施肥量或不同施肥方式下氮肥的吸收利用規(guī)律做了大量研究。庫爾勒香梨在果實膨大期施肥更利于果實的生長，樹體生物量和對肥料的利用率在果實成熟期達到最高[9,11]。在櫻桃的研究中發(fā)現(xiàn)，晚秋葉施尿素可以提高樹體的貯藏營養(yǎng)水平[7]。在嘎啦蘋果上的研究表明，果實膨大期分次施氮可提高蘋果樹體對氮素的吸收利用能力[10]。不同枝形的蘋果對于肥料的利用率也不同，短枝型富士對于春季土施的氮肥的利用率要高于普通型[12]。對結果初期的黃冠梨研究發(fā)現(xiàn)，3年生幼果期梨樹當年吸收的氮中，肥料氮占26.2%，而吸收的土壤氮占73.8%[13]。在富士蘋果中的研究發(fā)現(xiàn)等量氮肥在關鍵物候期分次施用較春季一次性施用提高了葉片的肥料氮貢獻率，植株對15N尿素的利用率也顯著提高[14]。王富林等[15]在富士蘋果幼樹中的研究表明，從肥料中吸收的氮主要集中在葉片中，其次為根系、新稍和主干。在遼西地區(qū)生產(chǎn)中，果農(nóng)秋季施肥是在果實采收后進行，然而，處于高緯度的遼西地區(qū)，晚熟品種采收后，氣溫已然較低，果樹很快進入休眠期，施肥時間倉促。因此，確定合理的秋季施肥時間對本地區(qū)果業(yè)生產(chǎn)很有意義。前人的研究更側重于全年不同的施肥時間對蘋果樹生長的影響，忽視了秋施基肥時間的重要性。本試驗利用15N示蹤技術在相同的施氮水平下，研究不同的秋施肥時間富士蘋果樹對于15N的吸收、分配以及貯藏營養(yǎng)的影響，旨在獲得適宜的秋施肥時間，為該區(qū)合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設計與管理

試驗于2019年9—11月在遼寧興城中國農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所蘋果試驗園進行。試材為盆栽4年生煙富3/M26/山定子蘋果。

試驗開始前，選取15棵干粗和果實數(shù)量(4～7個)相對一致的盆栽果樹，根據(jù)樹體長勢將所有果樹分為3個區(qū)組。將選取好的盆栽果樹埋入土中，深度使定植盆中土壤與外界地表齊平。設置5個施肥日期，分別為采收前45天(9月10日)，施肥后15天平均氣溫為18.37℃；采收前30天(9月25日)，施肥后15天平均氣溫為16.5℃；采收前15天(10月10日)，施肥后15天平均氣溫為10.83℃；采收當天(10月25日)，施肥后15天平均氣溫為7.5℃；采收后15天(11月10日)，施肥后15天平均氣溫為2.17℃。施氮量按照N 0.5 g/kg干土，每盆干土重約20 kg，每盆總施氮量為10 g。供試尿素(N，46.4%) 21.55 g，其中15N 尿素 5 g (15N 豐度為10.1%)、普通尿素16.55 g。同時施入磷酸二氫鉀(P2O552.16%，K2O 34.38%) 20 g。施肥時先用工具將表層土與肥料混勻，然后澆水2 L。為了保證一致，每個施肥處理日所有盆栽果樹統(tǒng)一灌水2 L。10月初，利用紗網(wǎng)完全罩住植株，利用細繩收口，隨時收集落葉。

1.2 測定項目與方法

12月底，果樹完全進入休眠期后，將樹體解析分為葉片、果實、一年生枝韌皮部、一年生枝木質部、多年生枝韌皮部、多年生枝木質部、主干韌皮部、主干木質部、中間砧韌皮部、中間砧木質部、主根、側根、毛細根共13個部位。樣品按清水→洗滌劑→清水→1%鹽酸→3次去離子水順序沖洗后，105℃殺青30 min，隨后75℃烘干至恒重，電磨粉碎后混勻裝袋備用。

樣品全氮用凱氏定氮法測定。15N豐度用ZHT-03質譜計測定，樣品可溶性糖用蒽酮法測定，可溶性蛋白質用考馬斯亮藍G-250染色法測定。

Ndff指植株各器官從肥料中吸收分配到的15N量對該器官全氮量的貢獻率，反映了植株對肥料15N的吸收征調能力[16]。

Ndff (%)=(植物樣品中15N豐度?15N自然豐度)/(肥料中的15N豐度?15N自然豐度)×100；

各部位15N吸收量(mg)= 植株部位全氮含量(mg)×Ndff；

氮肥分配率(%)= 各器官從氮肥中吸收的氮量(mg)/總吸收氮量 (mg)×100；

各部位可溶性糖含量(g，干基)=植株干重(g)×樣品含糖量(%，干基)；

可溶性糖分配比例(%)=各器官含糖量(g)/植株總含糖量 (g)×100；

各部位可溶性蛋白含量(mg，干基)=植株干重(mg)×樣品可溶性蛋白含量(%，干基)；

可溶性蛋白分配比例(%)=各器官可溶性蛋白含量(mg)/植株總可溶性蛋白含量(mg)×100。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)用Excel整理計算后，進行單因素方差分析，LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同秋施肥時間對植株各器官Ndff (%)的影響

由表1可以看出，不同施肥時間下葉片和果實的Ndff值均低于其他部位，果實采收后施肥葉片的Ndff值與果實采收前相比呈下降的趨勢，最終只有0.32%。采收前45天、采收前30天、采收前15天施肥處理地上部除果實外其他組織的Ndff值與采收當天、采收后15天施肥處理有顯著差異。但是采收日之前3個施肥時間之間及采收當天和采后15天施肥時間之間的地上部其他組織Ndff值無顯著差異。地下部組織的Ndff值均在采收前15天施肥處理下最高，分別為主根5.96%、側根8.23%、毛細根10.21%，采收當天及采收后15天施肥處理地下部組織的Ndff值與果實采收前施肥處理相比呈下降趨勢。隨著葉片的枯萎脫落，葉片15N的含量變低。葉片和果實的15N吸收能力與植株其他部位相比明顯偏弱，在采收當天和采果后施肥植株各組織的15N征調能力與果實采收前施肥處理相比顯著降低。

表1 不同秋施肥時期對蘋果樹各器官Ndff (%)的影響Table 1 The Ndff (%) of apple organs as affected by autumn fertilizationdates

2.2 不同秋施肥時間對植株各器官15N吸收量及分配率的影響

各器官中15N的含量能夠反映植株對肥料的吸收能力，而各器官中15N占全株15N的百分比則能夠反映氮在樹體中的分布及在各器官中的分配情況，以及各器官對氮肥的需求規(guī)律。秋施肥時間不同，不同組織的15N吸收量和氮肥分配率不同。由表2可以看出，采收前45、30、15天施肥處理地上部各組織的15N吸收量高于采收當天和采收后15天的施肥處理。采收前45天施肥處理葉片(落葉)15N吸收量和氮肥分配率分別達到了32.55 mg和6.42%，顯著高于其他時間施肥處理。采收前45、30天施肥處理果實的15N分配率顯著高于采收前15天、采收當天、采收后15天的施肥處理，采收前45天施肥處理最高為0.91%。采收前45、30、15天施肥處理一年生枝木質部和多年生枝木質部的15N分配率與采收當天、采收后15天施肥處理有顯著差異，其它地上部各組織(一年生枝韌皮部、多年生枝韌皮部、主干韌皮部、主干木質部、中間砧韌皮部、中間砧木質部)的15N分配率在不同施肥時間無顯著差異。秋施肥不同時間對地下部主根、毛細根15N吸收量的影響沒有顯著差異，對側根的影響差異顯著。采收后15天施肥處理側根15N吸收量顯著低于采收前15天施肥處理，主根在不同施肥時間對15N的分配率無顯著差異，側根在采收當天施肥處理的15N分配率最高，與采收前45、30天施肥處理有顯著差異。采收當天、采收后15天施肥處理毛細根的15N分配率與采收前15天施肥處理有顯著差異。由表3可以看出，不同秋施肥時間對果樹15N吸收總量和15N利用率有顯著影響。采收前45、30、15天施肥處理的15N吸收總量和15N利用率顯著高于采收當天和采收后15天施肥處理。采收前15天施肥處理的15N吸收總量和利用率為最高值，分別為542.03 mg和23.36%。隨著果實的成熟和葉片的脫落，果實15N含量逐漸減少，果實采摘后，葉片的15N吸收略有增強。結果表明， 采收當天、采收后15天與采收前45、30、15天施肥處理相比植株地上部各組織對于15N的吸收能力有降低趨勢，不利于樹體對15N的吸收。不同施肥時間，地上部除果實和葉片外只有一年生枝木質部和多年生枝木質部的15N分配率發(fā)生變化。不同施肥時間對地下部主根和毛細根的15N吸收量影響較小，但對側根和毛細根的15N分配率有顯著影響。

表2 不同施肥時間植株各部位15N吸收量(mg)及分配率(%)Table 2 15N uptake anddistributionrate in different parts of plant in response to fertilizationdates

續(xù)表2 Table 2 continued

表3 不同施肥時間植株15N總吸收量及氮肥利用率Table 3 Total nitrogen uptake and nitrogen use efficiency of plants at different fertilization date

2.3 不同秋施肥時間對植株各器官可溶性糖分配的影響

由表4可以看出，施肥時間主要影響果樹側根中可溶性糖的分配。隨著施肥時間的延遲，果樹側根中可溶性糖含量呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢。采收后15天施肥處理側根可溶性糖含量顯著高于采收前15、30、45天施肥的處理，達到了14.26 g，植株其他部位的可溶性糖含量無顯著差異。不同秋施肥時期對于植株一年生枝韌皮部和中間砧韌皮部及側根可溶性糖的分配規(guī)律有著一定影響，采收前30天施肥處理一年生枝韌皮部的可溶性糖分配比例顯著低于采收前45天施肥處理。采收后15天施肥處理側根的可溶性糖分配比例顯著高于采收前3個施肥時期。由表5可以看出，對于植株整體而言，施肥時間對果樹地下部組織的可溶性糖含量及分配有顯著影響，隨著施肥時間的延遲地下部組織的可溶性糖含量及分配比例都先升高后降低再升高。采收后15天施肥處理地下部組織的可溶性糖含量及分配比例均顯著高于采收前45天施肥處理，分別為24.80 g和28.40%。因此，不同施肥時期對地下部組織和韌皮部的可溶性糖含量及分配影響較大，對于其他組織并無較大影響。在不同時間進行施肥，植株葉片(落葉)中的可溶性糖含量、分配比例無顯著差異，但在采收前15天施肥處理下，含量及比例最低為4.62 g和7.46%，植株損失的可溶性糖最低。

表4 不同施肥時間植株各部位可溶性糖含量及分配比例Table 4 Soluble sugar content anddistributionratio in different parts of plant as affected by fertilizationdates

續(xù)表4 Table 4 continued

表5 植株整體及地上地下部可溶性糖含量及分配比例Table 5 Soluble sugar content and distribution ratio of whole plant, aboveground and underground parts

2.4 不同秋施肥時間對植株各器官可溶性蛋白分配的影響

由表6可以看出，施肥時間主要影響可溶性蛋白在植株主干木質部和側根中的分配。主干木質部中可溶性蛋白含量在采收當天施肥處理時達到最高值為113.93 mg，主干木質部可溶蛋白的分配比例隨著施肥時間的延后呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。采收前15天和采收當天施肥處理主干木質部可溶性蛋白的分配比例顯著高于采收前45天和采收后15天施肥處理，分別為6.22%和6.09%。側根可溶性蛋白的分配比例在采收前15天、采收當天、采收后15天施肥處理之間沒有顯著差異，但均顯著高于采收前45天施肥處理。采收后15天施肥處理下側根中可溶性蛋白的分配比例達到最高值為17.33%。植株葉片中的可溶性蛋白含量、分配比例各施肥時間處理間無顯著差異，采收前15天施肥處理葉片(落葉)中可溶性蛋白含量及比例最低，分別為268.21 mg和15.58% (表6)，植株損失的可溶性蛋白最低。

表6 不同施肥時間植株各部位可溶性蛋白含量及分配比例Table 6 Soluble proteincontent anddistributionratio in different parts of plant in response to fertilizationdates

續(xù)表6 Table 6 continued

由表7可以看出，施肥時間對于果樹地下部組織的可溶性蛋白含量及分配有著一定影響，隨著施肥時間的延遲地下部組織的可溶性蛋白含量及分配比例都先升高后降低再升高。采收后15天施肥處理的地下部組織中可溶性蛋白含量及分配比例均顯著高于采收前45天施肥處理，達到了846.08 mg和40.64%。由此可見不同施肥時間對植株地下部中的可溶性蛋白含量及分配比例有顯著影響，對于植株其他部位可溶性蛋白含量及分配比例影響較小。

表7 植株整體及地上地下部可溶性蛋白含量及分配比例Table 7 Soluble protein content and distribution ratio of whole plant, aboveground and underground parts

3 討論

3.1 不同秋施肥時間對植株15N吸收分配的影響

在不同時間進行秋施肥，樹體對于肥料養(yǎng)分的吸收有著不同的效果。根系作為主要的營養(yǎng)吸收器官，對于果樹養(yǎng)分的攝取起著重要作用，溫度對于根系的活性以及生長有著顯著的影響。若土壤溫度過高，會加速根系組織的成熟，使根系木質化的部位基本達到根尖，進而降低根系表面的吸收速率。若土壤溫度過低，會抑制作物根系吸水，當氣候條件利于植株蒸騰時，地上部分呈現(xiàn)缺水甚至脫水狀態(tài)。此外，土壤溫度的改變也會對土壤養(yǎng)分以及土壤微生物產(chǎn)生影響，進而間接影響根系生長[17]。蘋果根系生長適宜的溫度為15℃～25℃[18]，當溫度低于8℃時根部的生長受到影響[19]，土壤溫度在 2℃～7℃時，可以抑制根系生長[20]。本研究發(fā)現(xiàn)采收前45天施肥之后15天的日平均氣溫為18.37℃，采收前30天施肥之后15天的日平均氣溫為16.5℃，采收前15天施肥之后15天的日平均氣溫為10.83℃，采收當天施肥之后15天的日平均氣溫為7.5℃，采收后15天施肥之后15天的日平均氣溫為2.17℃，由此可見在采收當天施肥后，氣溫降低，蘋果根系活力降低，吸收肥料的能力下降，導致植株整體的氮吸收量下降。另外從采收前45天施肥到采收前15天施肥，氣溫逐漸下降，但植株的氮吸收量逐漸上升，此期間果實逐漸成熟，在果實采摘后氮吸收量下降，由此推測果實的發(fā)育對于氮素的吸收有著一定的促進作用，前人研究中也發(fā)現(xiàn)果實采摘后植株對15N肥料的利用率略有下降[21]。對于多年生的果樹而言，由于地上部與地下部對果實發(fā)育后期光合產(chǎn)物存在競爭，光合產(chǎn)物主要運向果實這個“庫”器官，研究表明生殖器官對15N的競爭能力在果實成熟期最強[22-23]，15N分配受生長中心的支配，果實成熟期果實即為生長中心[24]。采收前45天施肥果實中的15N含量高于采收前15天施肥處理，且果實中的15N含量隨施肥時間后移呈降低趨勢，由于樹體采收前45天施肥比采收前15天施肥吸收肥料的時間更久，果實內15N累計含量更高。由數(shù)據(jù)可以看出根的15N含量最高，特別是側根和毛細根，根是冬季氮的主要儲存器官[25]。葉片脫落會造成樹體營養(yǎng)流失，隨著施肥時間推后葉片的Ndff值逐漸降低，推測是由于更多的葉片在施肥前已經(jīng)脫落，葉片對于肥料中的15N吸收量更低。

3.2 不同秋施肥時間對植株貯藏營養(yǎng)的影響

果樹秋施肥可以為果樹越冬提供養(yǎng)分，為樹體提供貯藏營養(yǎng)。果樹貯藏營養(yǎng)是指休眠期貯藏在根、干、枝中的養(yǎng)分，其水平的高低對果樹安全越冬和翌年新生器官的建造具有重要作用[26]。春季蘋果新生器官的生長發(fā)育所需的營養(yǎng)主要來源于前一年冬季的貯藏營養(yǎng)，而與當年春季吸收的營養(yǎng)關聯(lián)較少[12, 27-28]。果樹的產(chǎn)量與樹體中氮化物的貯藏量有關,與當年施氮無直接關系[29]。秋施肥對于果樹下一年的生長發(fā)育尤為重要。可溶性糖和可溶性蛋白是植株器官中的主要貯藏物質，通過測定結果可以看出，不同的秋施肥時間植株多數(shù)地上部各組織的可溶性糖含量之間沒有顯著的差異，中間砧韌皮部在采收后15天施肥其可溶性糖含量及分配比例最低，采收后15天施肥，地下部組織中的可溶性糖含量及分配比例都顯著高于采收前45天施肥處理，養(yǎng)分多數(shù)都以貯藏營養(yǎng)的形態(tài)留于根部。同時從可溶性蛋白的測定結果也能看出，地上部組織只有主干木質部的可溶性蛋白含量不同施肥時間處理間有顯著差異，呈先上升后下降的趨勢，地下部組織隨著施肥時期的延后可溶性蛋白的分配比例整體升高?？扇苄蕴呛涂扇苄缘鞍椎姆峙淝闆r表明，隨著施肥時間的推遲，貯藏營養(yǎng)在逐步向根系運輸。前人研究表明，果實采收后樹體開始進入氮素營養(yǎng)貯備期[30]，果樹開始養(yǎng)分回流，葉片中的養(yǎng)分轉移到樹體中貯藏起來，葉片作為果樹中最大的氮庫，其回流的氮占很大比重，另外在養(yǎng)分回流期間碳素貯藏營養(yǎng)集中表現(xiàn)向根系運輸，比例達50%以上[31]。本研究結果與前人的研究較為相符，根系的貯藏營養(yǎng)占比最大。

4 結論

不同秋施肥時間對果樹根系營養(yǎng)的吸收有著顯著影響，采收前15天進行秋施肥樹體對氮肥的吸收量最高并且利用率最高，此時期施肥葉片(落葉)中的15N含量更低，可溶性糖及可溶性蛋白含量也相對較低，養(yǎng)分回流更多，損失的營養(yǎng)最低，利于植株貯藏營養(yǎng)的積累。