李俊杰,張 績,萬連杰,周 翔,鄭永強,呂 強,謝讓金,馬巖巖,鄧 烈,易時來*
(1.西南大學柑桔研究所/中國農(nóng)業(yè)科學院柑桔研究所,重慶 400712;2.國家柑桔工程技術研究中心,重慶 400712;3.中化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司,北京 100033)
湖北省秭歸縣地處我國三峽庫區(qū)、長江流域甜橙優(yōu)勢生產(chǎn)帶[1],2018年柑橘種植面積達2.28萬hm2,產(chǎn)量達60.15萬t[2],秭歸臍橙成為全縣農(nóng)業(yè)特色品牌。但果園存在立地條件差、部分土壤肥力不足、栽培管理粗放、單產(chǎn)較低、品質(zhì)不高等問題,在一定程度上制約了秭歸臍橙優(yōu)質(zhì)高效與可持續(xù)健康發(fā)展[1]。國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn),溫州蜜柑、甜橙、琯溪蜜柚、‘紐荷爾’臍橙園等樹體養(yǎng)分狀況、果實品質(zhì)均與果園土壤養(yǎng)分存在密切關系[3-7]。魯劍巍等[8]通過紅壤地區(qū)早熟溫州蜜桔的試驗發(fā)現(xiàn),合理施用氮磷鉀能提高其產(chǎn)量及品質(zhì)。曹勝等[9-10]研究發(fā)現(xiàn),溫州蜜柑果實礦質(zhì)營養(yǎng)成分與果園土壤養(yǎng)分間具有90.59%的相關性,果實全鈣、全鎂含量受土壤pH及土壤交換性鎂等影響。凌麗俐等[11]的研究表明,贛南臍橙果實總酸含量與葉片氮含量顯著正相關,氮肥過量誘導果實酸度增加。阮科等[12]研究發(fā)現(xiàn)奉節(jié)臍橙果園土壤及葉片鎂含量極度缺乏,無一達到適宜生長水平。魯劍巍等[13]對湖北省柑橘園土壤養(yǎng)分進行了分級研究,隨后鮑江峰等[7]對湖北省秭歸等地臍橙果實品質(zhì)進行了研究,但由于秭歸臍橙園長期盲目性、經(jīng)驗性、甚至濫用與撒施化肥,較大地影響了樹體生長、果實產(chǎn)量品質(zhì)、土壤肥力水平等。目前針對秭歸臍橙果園土壤、植株養(yǎng)分與果實品質(zhì)等系統(tǒng)性的研究鮮有報道,且多數(shù)研究主要集中在“土壤與葉片營養(yǎng)”、“土壤營養(yǎng)與果實品質(zhì)”和“葉片營養(yǎng)與果實品質(zhì)”等單一性方面,未針對“土壤養(yǎng)分-葉片養(yǎng)分-果實養(yǎng)分-果實品質(zhì)”的相互關系開展系統(tǒng)研究。因此,弄清秭歸臍橙果園養(yǎng)分狀況與品質(zhì)水平,系統(tǒng)研究分析“土壤養(yǎng)分-葉片養(yǎng)分-果實養(yǎng)分-果實品質(zhì)”相互之間的關系,針對性提出科學合理的施肥技術,為實現(xiàn)秭歸臍橙優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論與技術支撐,對實現(xiàn)秭歸臍橙優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)和促進產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展意義重大。
2019年11~12月在湖北省秭歸縣兩河口鎮(zhèn)、沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)、郭家壩鎮(zhèn)、歸州鎮(zhèn)等‘紐荷爾’臍橙主產(chǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn),選擇71個典型的‘紐荷爾’臍橙果園進行定位定點調(diào)研和采樣,樹齡與砧木相同,樹齡15年,砧木為枳殼,每公頃栽植1200株。各個果園多用45%的氮磷鉀復合肥,調(diào)查所得各果園所用養(yǎng)分為:N 1015.28 kg/hm2、P2O5551.04 kg/hm2、K2O 1072.02 kg/hm2,果園肥料施用過量,養(yǎng)分施用量分別為國內(nèi)成年結(jié)果樹推薦施肥量[14]的2.26、2.20和2.68倍。
1.1.1 土壤樣品采集
土壤樣品采用“S”形布點取樣法采集,每個果園選擇有代表性的柑橘植株10株,在樹冠滴水線施肥溝、穴外側(cè)10~20 cm處,除去土壤表面雜物,利用采土器采集0~40 cm土層的土壤,每株對稱采集2個點,共采集20個點的土壤進行混合,除去樣品中混雜的根系和石礫等,按四分法獲取1 kg左右的土壤樣品,統(tǒng)一編號,帶回實驗室自然風干,粉碎、研磨制樣,分別過0.85、0.15 mm尼龍篩后,自封袋密封保存,用于實驗分析。
1.1.2 葉片樣品采集
對應土壤取樣的柑橘植株,于樹冠外圍中部位置處的東、南、西、北4個方位,隨機選取當年生的春梢營養(yǎng)枝,采集春梢頂端往下第3片正常葉片,每株樹采集20片葉,10株樹的葉片樣品混合為一份樣品,每份樣品共采集200片葉。新鮮葉片樣品保存在低溫環(huán)境,立即帶回實驗室,經(jīng)自來水和去離子水清洗,105 ℃殺青30 min,75 ℃烘干至恒重,將樣品粉碎并保存在干燥器中。
1.1.3 果實樣品采集
每個果園對應采集葉片的10株柑橘樹,沿每株樹樹冠中部東、南、西、北4個方位共隨機采集4個果實,共采集40個果子混合成一個樣品。從71個果園的果樣中隨機選取46個果實樣品,每個果實樣品的一半果子經(jīng)清洗擦干后,測定果面色差、糖酸等內(nèi)外品質(zhì)。每個果樣的另一半果子的果皮經(jīng)殺青、烘干、粉碎制樣,果渣與果汁經(jīng)高速破壁機粉碎成勻漿后稱取5 g左右用于氮、磷、鉀等養(yǎng)分測定,同步稱取20 g左右測定樣品含水量[15-16]。
1.2.1 土壤營養(yǎng)指標測定
土壤養(yǎng)分測定參照《土壤農(nóng)化分析》[15]進行,電位法測定土壤pH值(土水比1∶2.5);重鉻酸鉀容量法-外加熱測定土壤有機質(zhì);堿解擴散法測定土壤堿解氮;碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷;乙酸銨浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀。
1.2.2 葉片和果實營養(yǎng)元素測定
葉片、果實樣品采用H2SO4-H2O2消煮,半微量凱氏定氮法測定氮含量、鉬銻抗比色法測定磷含量、火焰光度法測定鉀含量。其中,果實將果皮與果肉分開分別處理測定養(yǎng)分,根據(jù)果肉勻漿含水量計算果肉干基養(yǎng)分含量[果肉干基養(yǎng)分含量=果肉鮮樣養(yǎng)分含量×(1-果肉含水率)]。整果干基養(yǎng)分含量計算公式如下:
其中,L為整果養(yǎng)分含量,干基,%;Y為1 t鮮果養(yǎng)分帶走量(吸收量),kg;A為果肉(鮮)養(yǎng)分含量,%;B為果肉占比,%;C為果皮(干)養(yǎng)分含量,%;D為果皮含水率,%;E為果肉含水率,%;100為養(yǎng)分含量單位%換算成kg/kg;1000為噸果重量,kg;
1.2.3 果實品質(zhì)測定
采用稱量-均值法測定果實單果重;卷尺測量-均值法測定果實縱橫徑;比值法計算果實果形指數(shù);CR-10手持色差計測定果實表面色差(Lab色差模型法,L值為明亮度,數(shù)值越大果面亮度越大;a為紅綠色階,正值為紅色,數(shù)值越大果面紅色越深,負值為綠色,數(shù)值越小果面綠色越深;b為黃藍色階,正值為黃色,數(shù)值越大果面黃色越深,負值為藍色,數(shù)值越小果面藍色越深);數(shù)顯果實硬度計(GY-4)邵氏硬度測量法測定果實硬度;PAL-1手持式數(shù)顯折射儀折光法測定果實可溶性固形物含量;酸堿中和滴定法測定果實可滴定酸含量;比值法計算果實固酸比;2,6-二氯靛酚鈉滴定法測定果實維生素C含量;稱重-比值法測定果實出汁率和可食率。具體測定方法參照馬小川等[3]、鮑江峰等[7]、魯劍巍等[8]、鮑士旦等[15]、楊江波等[16]的果實品質(zhì)分析方法。
1.3.1 柑橘園土壤有效養(yǎng)分分級標準
柑橘適宜生長在微酸性的土壤上,其最適pH值為5.5~6.5,不宜種植在強酸或強堿性的土壤上。具體土壤pH值分級標準參照蘇婷婷等[17],其中,強酸性土壤的pH值不高于4.5、酸性土壤的pH值為4.5~5.5、弱酸性土壤的pH值為5.5~6.5、中性土壤的pH值為6.5~7.5、堿性土壤的pH值為7.5~8.5、強堿性土壤的pH值高于8.5。
柑橘園土壤有機質(zhì)分級標準參照魯劍巍等[13]。其中,土壤有機質(zhì)含量不高于5 g/kg,為缺乏水平;5~10 g/kg,為低量水平;10~15 g/kg,為偏低水平;15~30 g/kg,為適宜水平;大于30 g/kg,為豐富水平。
柑橘園土壤氮、磷、鉀分級狀況參照莊伊美等[18]、魯劍巍等[13]制定,具體如表1所示。
表1 柑橘園土壤有效養(yǎng)分豐缺標準 (mg/kg)
1.3.2 柑橘園4~6月齡營養(yǎng)枝春梢葉片養(yǎng)分分級標準
柑橘園春梢葉片有效養(yǎng)分分級標準參照何天富[19]、淳長品等[20],并將葉片養(yǎng)分分為5個等級:缺乏、低量、適宜、高量、過量,具體標準如表2所示。
表2 柑橘園4~6月齡營養(yǎng)枝春梢葉片養(yǎng)分分級標準 (%)
1.3.3 柑橘果實品質(zhì)分級標準
柑橘果實品質(zhì)參照國家標準GB/T 21488-2008臍橙,具體見表3。根據(jù)臍橙橫徑大小分級如下:60~70 mm為S,70~75 mm為M,75~80 mm為L,80~85 mm為2L,85~90 mm為3L,90~100 mm為4L,對于不在等級范圍內(nèi)的果實統(tǒng)稱為等外級果。
表3 臍橙果實品質(zhì)分級標準
采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理、SPSS 20.0統(tǒng)計分析、Graphpad prism 8.0作圖。
2.1.1 土壤pH值與有機質(zhì)含量
秭歸臍橙果園土壤pH值如圖1所示,土壤整體呈偏酸性,pH值平均為4.88,變幅為4.16~5.72,僅4.3%的土壤pH值處于最適宜生長的范圍內(nèi),不適宜柑橘生長的酸性及強酸性土壤比例達95.8%。秭歸臍橙果園土壤有機質(zhì)含量大多處于適宜水平,其比例達97.9%,平均含量為21.51 g/kg。
圖1 土壤pH值及有機質(zhì)含量頻數(shù)分布
2.1.2 土壤養(yǎng)分含量與分級水平
如表4所示,秭歸臍橙園土壤氮磷鉀有效養(yǎng)分水平呈現(xiàn)不同趨勢,具體表現(xiàn)為土壤堿解氮、有效磷較低或缺乏,速效鉀處于適宜甚至過量水平。秭歸臍橙園土壤堿解氮含量均值為111.99 mg/kg,39.4%果園土壤堿解氮處于適宜水平,54.9%比例果園土壤堿解氮含量處于低量水平;土壤有效磷含量平均為35.14 mg/kg,變異程度較大,變異系數(shù)為96.54%,其中54.9%的土壤有效磷含量處于適量水平,33.9%的土壤有效磷處于低量及缺乏水平;果園土壤速效鉀平均含量為242.02 mg/kg,其中35.2%的土壤速效鉀處于適量水平,57.7%的土壤速效鉀含量處于高量與過量水平。
表4 土壤養(yǎng)分含量及頻數(shù)分布
秭歸臍橙園春梢葉片養(yǎng)分含量水平如表5所示。葉片氮、磷、鉀含量平均值分別為2.45、0.13、1.41 mg/kg,分別有59.1%、46.5%的果園春梢葉片氮、磷含量處于低量及缺乏水平,葉片鉀含量與葉片氮、磷含量呈現(xiàn)相反的趨勢,即葉片鉀含量處于適量水平的果園占54.9%,38.0%的果園葉片鉀處于高量及過量水平。
表5 葉片營養(yǎng)狀況及頻數(shù)分布
2.3.1 秭歸臍橙果實品質(zhì)及等級分析
秭歸臍橙果實各品質(zhì)指標情況如表6所示。
表6 秭歸臍橙果實內(nèi)外品質(zhì)指標
根據(jù)臍橙果實品質(zhì)分級標準分析,如圖2所示。從圖2(a)可以看出,秭歸臍橙果實可溶性固形物及果皮厚度均符合優(yōu)等果的要求,其占比分別為100%和100%;從果實固酸比進行評價,其中優(yōu)等果24.5%、一等果比例38.8%、等外級果22.4%,主要由于果實可滴定酸含量偏高,導致果實固酸比不符合優(yōu)級果要求;從圖2(b)可以看出,秭歸臍橙果實可食率僅14.3%的比例達到等級果的要求;從圖2(c)可以看出,果實橫徑頻數(shù)分布基本呈正態(tài)分布趨勢,以M級的果實最多,所占比例為49.0%,其次是S級和L級,占比分別為26.5%和16.3%。
圖2 秭歸臍橙果實品質(zhì)分級頻數(shù)分布
2.3.2 秭歸臍橙果實氮磷鉀含量及養(yǎng)分帶走量
從表7可以看出,秭歸臍橙果實的氮含量相對最高,其次是鉀,磷含量相對最低。根據(jù)果皮養(yǎng)分含量及含水量、果肉養(yǎng)分含量及其二者的比重,可分別計算出每生產(chǎn)1 t鮮果時氮、磷、鉀的吸收量(帶走量)分別為1.92、0.14、1.73 kg。
表7 秭歸臍橙果實養(yǎng)分含量及養(yǎng)分帶走量
2.4.1 土壤與葉片氮、磷、鉀水平對果實氮、磷、鉀吸收的影響
如表8所示,土壤氮、磷、鉀含量與果實氮、磷、鉀養(yǎng)分之間相關性均不顯著。葉片氮含量與果實氮含量呈顯著負相關(-0.299**),葉片磷含量與果實氮、磷、鉀含量之間均有顯著或極顯著正相關關系。
表8 土壤與葉片養(yǎng)分水平對果實養(yǎng)分的吸收的影響
2.4.2 土壤、葉片、果實的氮、磷、鉀水平對果實品質(zhì)的影響
如表9所示,果實單果重與果實磷含量之間具有顯著正相關性(0.363*),與葉片磷含量、果實鉀含量更是表現(xiàn)為極顯著正相關(0.418**、0.393**)。果實果形指數(shù)與果實磷、鉀含量之間表現(xiàn)為顯著負相關(-0.367*、-0.366*)。
表9 養(yǎng)分與果實品質(zhì)間的相關性
果實硬度與葉片鉀含量、果實氮含量和果實鉀含量呈現(xiàn)顯著正相關(0.294*、0.373*、0.363*),與果實磷含量呈現(xiàn)極顯著正相關(0.426**)。果面紅綠色a與果實氮、磷、鉀之間表現(xiàn)為負相關,其中與果實氮含量為顯著負相關(-0.365*),與果實磷含量、鉀含量為極顯著負相關(-0.449*、-0.423**);果面明亮度、果面黃藍色b與土壤、葉片、果實氮、磷、鉀無顯著相關性。
但果實可溶性固形物與葉片磷含量、果實磷含量、果實鉀含量表現(xiàn)為極顯著負相關(-0.397**、-0.387**、-0.408**)。果 實 中 維 生 素C含 量 與 葉片磷含量呈顯著負相關(-0.317**)。果實可食率與果實氮含量、果實磷含量呈極顯著正相關(0.381**、0.430**),與果實鉀含量具有顯著正相關性(0.291*)。果實出汁率與葉片鉀含量表現(xiàn)出顯著正相關(0.334*)。果實可滴定酸、固酸比與土壤、葉片、果實氮、磷、鉀含量均無顯著相關性。
通過土壤與葉片營養(yǎng)診斷施肥是當前柑橘科學施肥不可或缺的一環(huán),但傳統(tǒng)的測土配方施肥過于單一,不能準確地表現(xiàn)柑橘生產(chǎn)中所面臨的各項復雜的問題[21]。土壤養(yǎng)分分析可了解土壤供肥特性,葉片營養(yǎng)分析則是針對果樹生長過程中樹體對養(yǎng)分的吸收及分配能力[3,22],通過“土壤養(yǎng)分-葉片養(yǎng)分-果實養(yǎng)分-果實品質(zhì)”多項結(jié)合的方式能夠全面了解果樹生長的營養(yǎng)水平狀況,能夠有效指導果農(nóng)精準調(diào)控施肥方案,減少肥料浪費,促進農(nóng)業(yè)綠色健康發(fā)展。
柑橘最適宜于pH值為5.5~6.5的弱酸性土壤環(huán)境中生長[13]。秭歸縣臍橙園的土壤整體偏酸性,有95.8%的樣品土壤pH值小于5.5,其中12.8%的土壤為不適宜柑橘生長的強酸性土壤。土壤酸化會引發(fā)土壤養(yǎng)分的缺乏,土壤淋溶作用變強,造成土壤中鈣、鎂等養(yǎng)分大量流失。研究表明,鈣、鎂缺乏會導致果實裂果、酸度增加、可溶性固形物降低等品質(zhì)問題,并且影響果實對其他養(yǎng)分的吸收[23-24]。土壤酸化可能是由于栽培管理中長期單一施用化肥所致,建議通過合理施用石灰和增施有機肥等方法調(diào)節(jié)土壤的酸堿度,改良土壤結(jié)構,進而促進果園土壤中無效礦質(zhì)元素的有效化,降低果實可滴定酸含量,提高果實品質(zhì)[25]。秭歸果園土壤有機質(zhì)適宜,平均含量達21.51 g/kg,但與國外豐產(chǎn)果園有機質(zhì)含量20~60 g/kg[17]還存在一定差距,仍需進一步重視有機肥的施用。秭歸臍橙有54.9%的果園土壤堿解氮含量處于低量水平,33.9%的果園土壤有效磷處于低量或缺乏水平,這可能與果園土壤的pH值、成土母質(zhì)、地形地貌、氣候條件和果農(nóng)習慣施肥情況等有關[26]。強酸性土壤中的鋁離子大量釋放,從而導致土壤磷具有被固定失效的風險。秭歸臍橙大多分布在丘陵山區(qū),加之大多果農(nóng)習慣撒施化肥,水土肥流失嚴重,使得氮素揮發(fā)或隨水土徑流損失[27]。秭歸臍橙果園土壤速效鉀含量偏高,可能是由于果農(nóng)過度重視作為“品質(zhì)元素”的鉀,盲目過量偏施鉀肥所致。
柑橘葉片養(yǎng)分狀況真實地反映樹體的養(yǎng)分吸收利用情況,其豐缺程度與土壤肥力、施肥情況等息息相關。秭歸臍橙葉片氮、磷含量表現(xiàn)缺乏,與果園土壤中的氮、磷缺乏有關,可能與秭歸臍橙果園的成土母質(zhì)、地形地貌以及長期單一撒施化肥等因素有關[26]。
秭歸臍橙果實可溶性固形物、可滴定酸含量和維生素C含量分別為14.83%、1.59%和65.42 mg/mL,與18年前鮑江峰等[7]調(diào)查的秭歸臍橙品質(zhì)相比發(fā)生了較大變化,其中可溶性固形物、可滴定酸和維生素C含量平均值分別提高了22.56%、89.28%和24.30%,果實出汁率相比提高了19.49%,果皮厚度減少了0.55 mm。經(jīng)過近20年的栽培管理,秭歸臍橙果實品質(zhì)有了較大提高,與秭歸臍橙樹齡、施肥及土壤pH值改變等有關。黃振東等[28]研究表明,果實可溶性固形物含量與土壤pH值呈顯著負相關,適當降低土壤pH值有利于提高果實可溶性固形物含量。秭歸臍橙長期單一施用化肥不利于果實可滴定酸含量的降低,同時果農(nóng)片面追求品質(zhì)元素鉀而盲目過量施用鉀肥,據(jù)相關研究表明,鉀肥過量反而使果實酸度增加[29]。果實氮、磷、鉀含量整體相對較低,尤其是磷素的積累不足,影響了果實品質(zhì)的形成,可能與秭歸臍橙果園土壤和葉片磷素缺乏與轉(zhuǎn)運有關。果實氮素較低可能與土壤中氮淋溶流失有關,氮素易經(jīng)雨水帶走導致土壤氮缺乏,影響根系對養(yǎng)分的利用。樹體氮、磷的缺乏影響葉片葉綠素的形成,降低光合效率及光合產(chǎn)物的形成[18-19]。果實鉀積累與土壤速效鉀呈正相關,與曹勝等[9]研究一致。此外,果實養(yǎng)分吸收可能與土壤中微量元素豐缺、經(jīng)緯度、海拔、施肥方式、果實產(chǎn)量和品種特性等因素相關[12]。因此,弄清秭歸臍橙果實養(yǎng)分的吸收利用及其“以果定肥”“以產(chǎn)定肥”施肥管理下的科學合理精準施肥作用與意義重大。
果園土壤是柑橘生命活動必需的重要場所,前人在土壤與柑橘植株營養(yǎng)方面做了一定研究。秭歸土壤、葉片氮磷鉀與果實氮磷鉀等的相關性分析結(jié)果與前人研究[30-31]基本一致,葉片與果實養(yǎng)分吸收之間存在不同的拮抗或協(xié)同作用,其中果實氮、磷、鉀的積累與葉片磷含量具有顯著正相關關系,可能與葉片中磷元素參與光合作用不同程度促進果實成熟過程中氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)運與累積有關;果實氮與葉片氮素呈相關,可能與果實成熟過程中氮素從成熟葉片向果實轉(zhuǎn)移有關。
秭歸臍橙果實品質(zhì)與土壤、葉片及果實養(yǎng)分之間相關性系統(tǒng)分析可知,果實氮、磷、鉀養(yǎng)分含量對果實品質(zhì)的形成影響較大,與單果重、果實硬度、可食率、果面紅綠色、可溶性固形物等果實品質(zhì)多為顯著性相關,可能與果實品質(zhì)形成過程中果實氮、磷、鉀積累對果實膨大、果皮細胞壁發(fā)育、果實糖分積累有關[28,32-33]。
秭歸‘紐荷爾’臍橙果園土壤存在酸化的趨勢,土壤堿解氮含量普遍偏低;部分果園土壤有效磷水平較低甚至缺乏;絕大部分果園土壤有效鉀含量豐富。部分果園春梢葉片的氮、磷含量較低,鉀含量偏高;果實可溶性固形物較高,但果實偏酸、可食率較低、果實大小不一等問題突出;果實中氮、磷、鉀與葉片中磷顯著正相關,同時影響果實單果重、可溶性固形物、硬度等大部分品質(zhì)形成。因此,建議秭歸‘紐荷爾’臍橙栽培管理上應重視酸性土壤的石灰改良與生理堿性肥料的使用,同時通過增施或深施有機肥改良土壤結(jié)構,增強樹體養(yǎng)分吸收能力;適當增施氮、磷肥,減輕鉀肥的過量偏施,減少單一肥料的使用,減輕土壤、樹體及環(huán)境負擔;根據(jù)“土壤養(yǎng)分-葉片養(yǎng)分-果實養(yǎng)分-果實品質(zhì)”相互關系,采取“以果定肥”“以產(chǎn)定肥”施肥管理技術模式實現(xiàn)精準合理施肥,有效防止盲目過量施肥造成生態(tài)環(huán)境的污染,從而促進秭歸臍橙產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效與可持續(xù)的健康發(fā)展。