“都克”藍(lán)莓成熟期礦質(zhì)營養(yǎng)元素積累和分配特性研究

劉紅弟，張紅軍

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/遼寧省落葉果樹礦質(zhì)營養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧興城，125100)

藍(lán)莓屬于杜鵑花科(Ericaceae)越桔屬(Vaccinium)植物，因其果實(shí)含有豐富的花青素、類黃酮等營養(yǎng)保健功能成分，具有抗癌、抗氧化、改善視力和記憶力等特殊功效而備受人們關(guān)注[1-4]。截至2020年底，遼寧省藍(lán)莓種植面積達(dá)0.78萬hm2，位于全國第二，總產(chǎn)量達(dá)3.50萬t，位于全國第四[5]，生產(chǎn)上對藍(lán)莓優(yōu)質(zhì)高效栽培技術(shù)的需求較急迫。礦質(zhì)營養(yǎng)元素是藍(lán)莓生長發(fā)育、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，與其他果樹樹種相比，藍(lán)莓具有獨(dú)特的礦質(zhì)營養(yǎng)特性，礦質(zhì)營養(yǎng)缺乏或過量均會(huì)對樹體生長產(chǎn)生不良影響[6]。定期開展土壤養(yǎng)分和植株礦質(zhì)營養(yǎng)檢測，指導(dǎo)合理施肥，是保障樹體健康生長、促進(jìn)養(yǎng)分高效利用和穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的有效途徑[7]。掌握果樹礦質(zhì)營養(yǎng)元素的積累和分配特性是指導(dǎo)合理施肥的重要條件之一。近年來在其他果樹樹種如柑桔[8]、葡萄[9]、梨[10]和核桃[11]等上已經(jīng)開展了樹體生物量調(diào)查和礦質(zhì)營養(yǎng)吸收分配特性的相關(guān)研究。我國在藍(lán)莓礦質(zhì)營養(yǎng)方面的研究主要集中在葉片礦質(zhì)營養(yǎng)含量適宜范圍[12]、葉片礦質(zhì)營養(yǎng)診斷[13]、葉片與土壤礦質(zhì)營養(yǎng)及果實(shí)品質(zhì)之間的關(guān)系[14-15]等，對樹體生物量構(gòu)成及營養(yǎng)特性的相關(guān)研究較少。北高叢藍(lán)莓V.corymbosum品種“都克”(Duke)以其早熟、成熟期集中、果實(shí)大小均勻、果粉好、品質(zhì)佳、耐儲運(yùn)等優(yōu)點(diǎn)成為遼寧省藍(lán)莓主栽品種之一[5]。本試驗(yàn)以“都克”為研究對象，通過整株樹體挖掘、組織解析和測定分析礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量的方法，對果實(shí)成熟期樹體礦質(zhì)營養(yǎng)元素積累和分配特性進(jìn)行研究，以期為藍(lán)莓生產(chǎn)中制定合理的施肥方案提供數(shù)據(jù)支撐和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況和試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2019年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所小漿果試驗(yàn)園(遼寧省興城市)內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤pH值為5.34，有機(jī)質(zhì)含量為5.88%，銨態(tài)氮含量為191.10 mg/kg，有效磷含量為145.94 mg/kg，速效鉀含量為411.75 mg/kg，交換性鈣含量為4 413.18 mg/kg，交換性鎂含量為686.63 mg/kg，鐵、錳、鋅、銅、硼和鉬元素含量分別為627.22、254.90、48.23、24.62、38.89和1.18 mg/kg。試驗(yàn)材料為5年生北高叢藍(lán)莓品種“都克”(組培苗培育)，采用無紡布袋種植模式和水肥一體化施肥管理模式，全年養(yǎng)分投入總量為N 253.50 kg/hm2、P2O530.00 kg/hm2、K2O 97.50 kg/hm2和MgO 45.00 kg/hm2。

1.2 植物樣品的測定方法

在果實(shí)成熟期(2019年7月11日)，選取3株長勢基本一致、樹體狀態(tài)良好的樣品樹進(jìn)行整株取樣調(diào)查。將挖取的完整植株分解為果實(shí)、葉片、1年生枝、多年生枝、根頸和根系等不同部分(器官)[16]，植株各部分(器官)經(jīng)沖洗晾干后先稱取鮮質(zhì)量，再經(jīng)過105 ℃ 殺青30 min、80 ℃烘干至恒重等處理后稱取干質(zhì)量，各部分(器官)的烘干樣品經(jīng)粉碎研磨過篩后，測定礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量(以干質(zhì)量計(jì))。N元素含量測定方法：樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，采用凱氏定氮儀(K9860，海能，中國)測定[9]；P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B和Mo等元素含量測定方法：樣品用微波消解儀進(jìn)行消解后，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICPE-9000，島津，日本)測定[9]。

1.3 統(tǒng)計(jì)與分析

相關(guān)計(jì)算式：樹體某部分某礦質(zhì)營養(yǎng)元素積累量(g)=某部分的生物量(kg)×某部分某礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量(g/kg)]；樹體某礦質(zhì)營養(yǎng)元素積累量(g)=∑[各部分生物量(kg)×各部分某礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量(g/kg)]；樹體某部分某礦質(zhì)營養(yǎng)元素分配率(%)=[某部分某礦質(zhì)營養(yǎng)元素積累量(g)/樹體某礦質(zhì)營養(yǎng)元素積累量(g)]×100%；生產(chǎn)1 000 kg果實(shí)樹體地上某部分某礦質(zhì)營養(yǎng)元素需求量(g)=[樹體地上某部分某礦質(zhì)元素積累量(g)/樹體果實(shí)鮮質(zhì)量(g)]×1 000 000(g)。

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素(One-way ANOVA)方差分析和Duncan法進(jìn)行差異顯著性分析(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹體各部分的鮮質(zhì)量和生物量

單株“都克”藍(lán)莓果實(shí)鮮質(zhì)量(產(chǎn)量)在1 130.65～1 322.65 g之間，平均為1 230.75 g，占全株鮮質(zhì)量的47.30%，顯著高于其他部分(器官)；其次依次是根系、葉片、根頸和多年生枝，分別占全株鮮質(zhì)量的15.69%、13.82%、10.16%和9.37%；1年生枝的鮮質(zhì)量最小，占全株鮮質(zhì)量的3.66%。單株“都克”藍(lán)莓樹體總生物量(干質(zhì)量)為915.77 g，各部分(器官)的生物量占比高低順序?yàn)椋焊?27.43%)>多年生枝(19.43%)≈果實(shí)(19.09%)≈根頸(17.49%)>葉片(10.62%)>1年生枝(5.94%)。葉片生物量與果實(shí)生物量的比值為1∶1.80。地上部(果實(shí)、葉片、1年生枝和多年生枝)生物量占比為55.08%，地下部(根頸和根系)生物量占比為44.92%，地上部與地下部生物量的比值為1∶0.82(見表1)。

表1 “都克”藍(lán)莓樹體各部分(器官)的鮮質(zhì)量和生物量

2.2 樹體各部分的礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量

測定結(jié)果可以看出，同一礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量在“都克”藍(lán)莓樹體不同部分之間均存在顯著差異，其中N、Ca、Mg、Mn、Zn和B元素含量在葉片中顯著高于其他部分，P元素含量在根系中最高，K元素含量在果實(shí)中最高，F(xiàn)e、Cu和Mo元素含量在根頸和根系中最高。不同礦質(zhì)營養(yǎng)元素在同一組織中的含量也有所差異，果實(shí)中含量最高的營養(yǎng)元素是N元素，其次是K元素；葉片、1年生枝和多年生枝中含量最高的營養(yǎng)元素是N元素，其次是Ca元素；根頸和根系中含量最高的營養(yǎng)元素是N元素，其次是P元素(見表2)。

表2 “都克”藍(lán)莓樹體各部分(器官)的礦質(zhì)元素含量(以干質(zhì)量計(jì))

2.3 樹體礦質(zhì)營養(yǎng)元素積累和分配特性

從“都克”藍(lán)莓果實(shí)成熟期樹體不同礦質(zhì)營養(yǎng)元素積累量來看，各礦質(zhì)營養(yǎng)元素的分配特性存在較大的差異。樹體N元素積累量最大，為8.94 g，N在樹體各部分的分配比率高低順序?yàn)椋焊?33.81%)>果實(shí)(21.74%)>葉片(17.96%)>多年生枝(12.78%)>根頸(8.84%)>1年生枝(4.87%)；樹體P元素積累量為4.63 g，其中53.08%分配在根系中，顯著高于其他部分；樹體K元素積累量為3.14 g，且主要分配在果實(shí)中，占33.27%；樹體Ca和Mg元素積累量分別為4.38和1.28 g，分配特性類似，主要積累在根系中，其次在葉片中；樹體Fe、Cu和Mo元素積累量分別為206.04、7.34和0.36 mg，分配特性相似，主要積累在根系中，其次在根頸中；樹體Mn和Zn元素積累量分別為109.71和15.05 mg，分配特性相似，主要積累在根系中，其次在多年生枝和根頸中；樹體B元素積累量為5.42 mg，主要積累在葉片中，占42.96%(見圖1)。

圖1 “都克”藍(lán)莓樹體各組織的礦質(zhì)營養(yǎng)元素分配比率

2.4 礦質(zhì)營養(yǎng)元素需求量

通過產(chǎn)量計(jì)算，“都克”藍(lán)莓生產(chǎn)1 000 kg果實(shí)樹體地上部對各礦質(zhì)營養(yǎng)元素的總需求量為N 4 161.65 g、P 1 249.34 g、K 1 686.59 g、Ca 2 154.75 g、Mg 508.63 g、Fe 37.68 g、Mn 42.23 g、Zn 6.47 g、Cu 2.27 g、B 3.30 g和Mo 0.12 g(見表3)。大中量元素以N作為參照，N、P、K、Ca、Mg的吸收比例為10.00∶3.00∶4.05∶5.18∶1.22；微量元素以Fe作為參照，F(xiàn)e、Mn、Zn、Cu、B、Mo的吸收比例為10.00∶11.21∶1.72∶0.60∶0.88∶0.03。收獲1 000 kg果實(shí)帶走的各礦質(zhì)營養(yǎng)元素量為N 1 583.94 g、P 362.92 g、K 850.92 g、Ca 595.40 g、Mg 171.37 g、Fe 4.25 g、Mn 2.92 g、Zn 1.55 g、Cu 0.44 g、B 1.06 g和Mo 0.04 g，分別占樹體地上部各礦質(zhì)營養(yǎng)元素總需求量的37.98%、28.80%、50.30%、27.91%、33.33%、11.28%、6.91%、23.96%、19.38%、32.12%和33.33%。

表3 “都克”藍(lán)莓生產(chǎn)1 000 kg果實(shí)樹體地上各部分對不同礦質(zhì)營養(yǎng)元素的需求量

3 討論與結(jié)論

生物量是衡量樹體生長狀況和內(nèi)部代謝強(qiáng)弱的重要指標(biāo)之一。在本試驗(yàn)條件下，“都克”藍(lán)莓單株樹體總生物量為915.77 g，地上部生物量與地下部生物量的比值為1∶0.82，這一結(jié)果與Pescie等[17]的研究結(jié)果(“奧尼爾”的根系生物量占整株生物量的50%，“明星”的根系生物量占整株生物量的65%)相似，由此可見，根系是藍(lán)莓樹體生物量積累的重要器官。葉片是果樹進(jìn)行光合作用的主要器官，果實(shí)是光合產(chǎn)物的分配器官，葉片生物量與果實(shí)生物量的比值(葉果比)是果樹修剪的重要參數(shù)之一[8]。梁智等[11]測定了核桃的葉果比為1∶1.47，胡偉芳等[8]測定了柑桔的葉果比為1∶3.60，樊紅柱等[18-20]測定了蘋果的葉果比為1∶2.63，本試驗(yàn)測定的“都克”藍(lán)莓葉果比為1∶1.80。可見，不同樹種適宜的葉果比和光合產(chǎn)出效率不同。

白永超等[14]研究表明，篤斯越桔葉片N、P、K、Cu及Zn元素含量對果實(shí)中礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量的影響顯著，用葉片礦質(zhì)營養(yǎng)診斷法可以確定樹體養(yǎng)分豐缺狀況。Hart等[21]通過采集大量的葉片和土壤樣品進(jìn)行養(yǎng)分分析，確定了高叢藍(lán)莓葉片礦質(zhì)營養(yǎng)含量的適宜范圍：N 1.76%～2.00%、P 0.10%～0.40%、K 0.41%～0.70%、Ca 0.41%～0.80%、Mg 0.13%～0.25%、Fe 61～200 mg/kg、Mn 30～350 mg/kg、Zn 8～30 mg/kg、Cu 5～15 mg/kg、B 31～80 mg/kg。以此對比本試驗(yàn)中“都克”藍(lán)莓葉片的礦質(zhì)營養(yǎng)含量，樹體N和B元素含量偏低，Ca元素含量偏高，其余礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量均處于適宜范圍。本試驗(yàn)條件下的土壤養(yǎng)分狀況為高肥力水平且沒有施加鈣肥，產(chǎn)生這一結(jié)果可能與藍(lán)莓樹體自身礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收和積累特性有關(guān)。

樹體礦質(zhì)營養(yǎng)元素積累特性是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，是合理施肥的重要依據(jù)[8]。樹體各部分的生物量和礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量均對營養(yǎng)元素積累量大小有較大的影響[22]。本試驗(yàn)條件下，N元素含量在“都克”藍(lán)莓樹體各部分中均為最高且遠(yuǎn)高于其他元素含量，因此N元素積累量最大。從礦質(zhì)營養(yǎng)分配特性來看，除了K元素主要向果實(shí)中分配，B元素主要向葉片中分配以外，其余礦質(zhì)營養(yǎng)元素均主要向根系中分配，其主要原因是根系的生物量在樹體總生物量中的占比最大。這一結(jié)果與柑桔中的研究結(jié)果類似[8]，但與其他果樹[23-24]上的研究結(jié)果存在差別。

通過產(chǎn)量計(jì)算，在本試驗(yàn)條件下，生產(chǎn)1 000 kg果實(shí)“都克”藍(lán)莓樹體地上部對礦質(zhì)營養(yǎng)元素需求量為N 4 161.65 g、P 1 249.34 g、K 1 686.59 g、Ca 2 154.75 g、Mg 508.63 g、Fe 37.68 g、Mn 42.23 g、Zn 6.47 g、Cu 2.27 g、B 3.30 g和Mo 0.12 g，對N、P、K、Ca、Mg元素需求量比例為10.00∶3.00∶4.05∶5.18∶1.22，對Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo元素需求量比例為10.00：11.21∶1.72∶0.60∶0.88∶0.03。這與Bryla等[25]確定的“藍(lán)豐”藍(lán)莓樹體礦質(zhì)營養(yǎng)需求特點(diǎn)(N、P、K、Ca、Mg元素需求比例為10∶0.66∶3.59∶2.41∶1.09，F(xiàn)e、Mn、Zn、Cu、B的需求比例為10.00∶43.15∶2.20∶0.78∶1.36)存在一定差異。分析產(chǎn)生差異的原因，可能與品種、樹齡和栽培條件等有一定關(guān)系。從以上結(jié)果可以看出，N元素是藍(lán)莓生長發(fā)育過程中不可缺少的營養(yǎng)元素，其次是Ca元素，F(xiàn)e和Mn的吸收和積累遠(yuǎn)大于其他微量元素。Korcak[26]指出，與其他果樹樹種相比，藍(lán)莓屬于嫌鈣植物，對Ca的需求量較低，因此在傳統(tǒng)施肥管理中存在不施鈣肥或鈣肥用量極少的現(xiàn)象。但本試驗(yàn)結(jié)果表明，藍(lán)莓樹體在果實(shí)成熟期對Ca元素的吸收積累量較高。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該根據(jù)樹體礦質(zhì)營養(yǎng)需求特性進(jìn)行平衡施肥。Strik等[27]研究結(jié)果表明，N和K營養(yǎng)元素是果實(shí)采收養(yǎng)分流失的主要元素，本試驗(yàn)也得到了同樣的結(jié)果，經(jīng)計(jì)算，收獲1 000 kg果實(shí)帶走的礦質(zhì)營養(yǎng)元素量占樹體各礦質(zhì)營養(yǎng)元素總需要(吸收)量的6.91%～50.30%，其中K元素(占比50.30%)是果實(shí)采收帶走相對最多的營養(yǎng)元素，其次是N元素(占比37.98%)。除果實(shí)采收帶走一部分養(yǎng)分以外，修剪也會(huì)帶走一些養(yǎng)分。因此，為了維持藍(lán)莓園土壤養(yǎng)分肥力和保障樹體正常生長發(fā)育，建議及時(shí)施用適量的肥料以補(bǔ)充果實(shí)采收和枝葉修剪帶走的部分養(yǎng)分，并對修剪的枝葉進(jìn)行還田，提高養(yǎng)分利用率。

未來還需要進(jìn)一步研究“都克”藍(lán)莓樹體在其他生長發(fā)育階段對礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收積累特性，以期為制定精準(zhǔn)的測土配方施肥方案提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為養(yǎng)分管理提供科學(xué)的指導(dǎo)。