關(guān)鍵詞:蘋(píng)果;含海藻酸水溶肥;產(chǎn)量;果實(shí)品質(zhì);養(yǎng)分吸收;土壤養(yǎng)分
中圖分類(lèi)號(hào):S661.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1009-9980(2023)02-0242-10
目前我國(guó)是世界上最大的蘋(píng)果生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó),據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì),2019 年蘋(píng)果種植面積為197.81 萬(wàn)hm2,產(chǎn)量達(dá)4 242.54 萬(wàn)t[1],已成為主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民經(jīng)濟(jì)增收的支柱產(chǎn)業(yè)。近年來(lái),由于盲目追求高產(chǎn)而引發(fā)的不合理施肥現(xiàn)象普遍存在,嚴(yán)重制約著蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。據(jù)調(diào)查,我國(guó)蘋(píng)果園單位面積投入純氮用量是發(fā)達(dá)國(guó)家的2.45~3.27 倍[2],而化肥施用過(guò)量,不僅造成肥料浪費(fèi)、利用率降低、土壤板結(jié)等問(wèn)題,還引起果樹(shù)養(yǎng)分失調(diào),導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)下降,直接影響經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[3-4]。因此,為提高園區(qū)產(chǎn)量,改善果實(shí)品質(zhì),在肥料中添加增效物質(zhì)是實(shí)現(xiàn)園區(qū)減肥增效的重要途徑。
海藻酸是以海洋藻類(lèi)為原料經(jīng)過(guò)一定工藝提取的多糖,為植物提供主要的能量代謝,具有強(qiáng)化細(xì)胞壁、提高作物生長(zhǎng)速率、增強(qiáng)植物抗逆的功能[5]。同時(shí),海藻酸本身有一定黏性,能改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),提高土壤通氣性,增加微生物群落多樣性、活化土壤養(yǎng)分、提高肥料利用率[6]。在草莓[7]、西瓜[8]、梨[9]、葡萄[10-11]和桃[12]上的研究結(jié)果表明,海藻肥能夠提高坐果率,增加果實(shí)單果質(zhì)量和產(chǎn)量,提高果實(shí)品質(zhì)和養(yǎng)分吸收,改善葡萄色澤和風(fēng)味,提高桃和葡萄香氣物質(zhì)種類(lèi)和相對(duì)含量,降低氮磷鉀養(yǎng)分的投入,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義和巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。但關(guān)于含海藻酸水溶肥在蘋(píng)果生產(chǎn)上減肥提質(zhì)的應(yīng)用效果鮮有報(bào)道,是否可以連續(xù)2 a(年)減少氮磷鉀用量還不清楚。
筆者在本研究中以含海藻酸水溶肥為試驗(yàn)材料,選用新紅星蘋(píng)果為試材,分別以常規(guī)施肥和傳統(tǒng)水溶肥為對(duì)照,初步研究含海藻酸水溶肥對(duì)蘋(píng)果長(zhǎng)勢(shì)、果實(shí)品質(zhì)、養(yǎng)分吸收和根域土壤養(yǎng)分等方面的影響,探討含海藻酸水溶肥在蘋(píng)果上化肥減施增效的潛力,以期為推進(jìn)當(dāng)?shù)靥O(píng)果產(chǎn)業(yè)綠色高效發(fā)展提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。
1 材料和方法
1.1 試驗(yàn)材料
于2017 年和2018 年在河南省新鄉(xiāng)市原陽(yáng)縣鹽店莊蘋(píng)果園進(jìn)行。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年平均氣溫14 ℃,濕度68%,降雨量656.3 mm,日照時(shí)數(shù)1 928.5 h,無(wú)霜期220 d。土壤為砂壤土,基本性狀:有機(jī)質(zhì)含量(w,后同)4.9 g?kg-1,全氮含量4.26 mg?g-1,有效磷含量75.79 mg?kg-1,速效鉀含量293.87 mg?kg-1,pH 7.50。
供試材料:品種為蘋(píng)果新紅星,樹(shù)齡8 年,株行距為2 m×4 m。
供試肥料:常規(guī)施肥的氮、磷、鉀分別采用尿素(含N 46%)、普通過(guò)磷酸鈣(含P2O5 12%)和氯化鉀(含K2O 62%)。傳統(tǒng)水溶肥中,所用氮肥為尿素(N含量46.0%)和硝酸鉀(N 含量13.5% ,K2O 含量46%),磷肥和鉀肥為KH2PO4(P2O5含量52%,K2O含量34%),其中鉀肥不足用硝酸鉀補(bǔ)充。含海藻酸水溶肥中海藻酸為3%,其為海藻提取物(海藻提取物含量為60%,海藻酸含量為6.5%)與傳統(tǒng)水溶肥原料氮磷鉀復(fù)配而成。同一施肥時(shí)期,兩種水溶肥氮磷鉀用量和配比一致(表1)。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
設(shè)置5 個(gè)處理,3 次重復(fù),單株小區(qū),隨機(jī)排列。處理分別為:常規(guī)施肥、傳統(tǒng)水溶肥、含海藻酸水溶肥、減施25%的含海藻酸水溶肥、減施50%的含海藻酸水溶肥,為了方便描述將其分別簡(jiǎn)化為NPK(C)、NPK(F)、NPK(HF)、3/4NPK(HF)和1/2NPK(HF),減施25%和50%是氮磷鉀純養(yǎng)分施入量減施25%和50%。分別于萌芽期(30%)、第一次膨大期(30%)、第二次膨大期(20%)和采果前期(20%)4 個(gè)時(shí)期施入,其他田間管理措施與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)管理保持一致。具體試驗(yàn)處理及氮磷鉀施用量見(jiàn)表1。
1.3 施肥方法
常規(guī)施肥采用開(kāi)溝施肥,水溶肥處理均采用簡(jiǎn)易裝置的水肥一體化施肥技術(shù),即每次施肥前均在樹(shù)冠周?chē)稳胍欢w積的水,再將肥料溶于一定體積的純水中,攪拌均勻,使其完全溶解,然后以相同流速緩慢滴入根冠四周土壤,最后再滴入一定體積的水,全程模擬水肥一體化施肥過(guò)程。
1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法
1.4.1 取樣方法 2017年和2018年8月果實(shí)成熟時(shí),隨機(jī)采集新梢中上部葉片,每株樹(shù)采集20 枚功能葉,并在樹(shù)體東、西、南、北4 個(gè)方向隨機(jī)采集15 個(gè)果實(shí),組成混合樣帶回實(shí)驗(yàn)室。一部分用于果實(shí)養(yǎng)分含量測(cè)定,另一部分用于果實(shí)品質(zhì)分析。2018 年9 月,在離樹(shù)干2/3 樹(shù)冠投影處采集0~20 cm 和20~40 cm土壤樣品,用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定。
1.4.2 指標(biāo)測(cè)定 產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)測(cè)定:實(shí)測(cè)單株果實(shí)數(shù)量和單果質(zhì)量,計(jì)算產(chǎn)量。果實(shí)硬度采用GY-1 型硬度儀測(cè)定;可溶性固形物含量(SSC)采用手持?jǐn)?shù)字折射儀(PR-101,Atago,日本)測(cè)定;可滴定酸含量采用NaOH 滴定法測(cè)定[13]。L、a 和b 值均采用便攜式色差儀(CR-400,Konica Minolta,日本)測(cè)定,再根據(jù)以上數(shù)值計(jì)算色澤飽和度C值和色度角h°值。C=(a2+b2)1/2;h° =arctan(b /a)/6.282 3×360°(a≥0 且b≥0);h°=arctan(b /a)/6.282 3×360°+180°(a<0 且b>0)[14-15]。
養(yǎng)分含量測(cè)定:采用H2SO4-H2O2消煮[13],全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀(Clever Chem 380,德國(guó))測(cè)定葉片和果實(shí)N含量和P 含量,火焰光度計(jì)測(cè)定葉片和果實(shí)K含量。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法,硝態(tài)氮用酚二磺酸比色法,銨態(tài)氮用2 mol·L-1 KCl 浸提-靛酚藍(lán)比色法,有效磷采用0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提法,速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法[16]。
1.5 數(shù)據(jù)分析
采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與作圖;SPSS 17.0 進(jìn)行單因素方差分析與綜合得分分析,以p<0.05 作為顯著性的標(biāo)準(zhǔn)。
2 結(jié)果與分析
2.1 蘋(píng)果生長(zhǎng)參數(shù)和產(chǎn)量
不同處理蘋(píng)果生長(zhǎng)參數(shù)和產(chǎn)量見(jiàn)表2。與NPK(C)相比,連續(xù)2 a 含海藻酸水溶肥處理均增加百葉鮮質(zhì)量和葉面積,且除2017 年葉面積外,1/2NPK(HF)處理均達(dá)顯著差異。同時(shí),含海藻酸水溶肥減施(3/4NPK(HF)、1/2NPK(HF))處理百葉鮮質(zhì)量和葉面積均高于NPK(HF)處理,其中2018 年1/2NPK(HF)處理差異顯著,而減施處理間差異不顯著。與NPK(C)和NPK(F)處理相比,2017 年含海藻酸水溶肥處理增加蘋(píng)果單果質(zhì)量,2018 年單果質(zhì)量反而降低,且連續(xù)2 a 含海藻酸水溶肥減施處理單果質(zhì)量均高于NPK(HF)處理,但差異不顯著。連續(xù)2 a 含海藻酸水溶肥減施處理產(chǎn)量與NPK(C)和NPK(F)無(wú)顯著差異(由于2018 年倒春寒,導(dǎo)致蘋(píng)果產(chǎn)量大幅減產(chǎn)),且3/4NPK(HF)處理產(chǎn)量均最高。
2.2 蘋(píng)果果實(shí)品質(zhì)
不同處理蘋(píng)果果實(shí)品質(zhì)見(jiàn)圖1。與NPK(C)相比,2017 年含海藻酸水溶肥處理增加可溶性固形物含量,其中,3/4NPK(HF)處理可溶性固形物含量最高,較NPK(C)顯著增加10.43%;而2018 年含海藻酸水溶肥減施處理可溶性固形物含量低于其他處理,其中,1/2NPK(HF)處理可溶性固形物含量最低,顯著低于NPK(F)和NPK(HF)。除2018 年1/2NPK(HF)處理外,含海藻酸水溶肥處理較NPK(F)降低了可滴定酸含量,增加了固酸比,其中,2017年3/4NPK(HF)處理固酸比最高,較NPK(F)顯著增加40.91%;同時(shí),2017 年含海藻酸水溶肥減施處理固酸比較NPK(HF)增加,但差異不顯著;2018 年減施處理固酸比較NPK(HF)降低,且1/2NPK(HF)差異顯著。此外,2017 年1/2NPK(HF)硬度最高,且顯著高于其他處理,與NPK(F)相比,2018 年含海藻酸水溶肥處理顯著增加果實(shí)硬度,其中,3/4NPK(HF)處理硬度最高,但與NPK(HF)和1/2NPK(HF)差異不顯著。綜上所述,與NPK(C)相比,2017 年含海由此可知,與NPK(C)和NPK(F)處理相比,3/4NPK(HF)處理能增加百葉鮮質(zhì)量、葉面積和產(chǎn)量,促進(jìn)樹(shù)體生長(zhǎng)。藻酸水溶肥減施均能提高可溶性固形物含量和固酸比,改善果實(shí)品質(zhì);到2018 年3/4NPK(HF)仍能保證果實(shí)品質(zhì),但1/2NPK(HF)顯著增加蘋(píng)果酸度,降低固酸比,不利于果實(shí)品質(zhì)提升。
不同處理蘋(píng)果果皮色澤見(jiàn)表3。連續(xù)2 a 含海藻酸水溶肥處理色澤飽和度均高于NPK(C)處理,其中,2017 年含海藻酸水溶肥處理色澤飽和度顯著增加。除色澤飽和度外,連續(xù)2 a 含海藻酸水溶肥減施處理果皮亮度和色度角均低于其他處理,其中,2018 年1/2NPK(HF)處理果皮亮度和色度角最低,顯著低于其他處理。在含海藻酸水溶肥處理中,3/4NPK(HF)處理和1/2NPK(HF)處理均能降低果實(shí)色度角,增加果皮紅色覆蓋面積,由此可見(jiàn),含海藻酸水溶肥減施能促進(jìn)果皮著色。
2.3 葉片和果實(shí)氮磷鉀含量
不同處理葉片養(yǎng)分含量見(jiàn)圖2。與NPK(C)處理相比,連續(xù)2 a 含海藻酸水溶肥處理均能增加葉片氮含量,但差異不顯著。2017 年各施肥處理葉片磷含量無(wú)顯著差異,但2018 年含海藻酸水溶肥處理葉片磷含量顯著增加,其中,3/4NPK(HF)處理葉片磷含量最高,較NPK(C)處理和NPK(F)處理分別顯著增加29.02%和31.46%,且含海藻酸水溶肥處理間差異不顯著。同時(shí),與NPK(C)和NPK(F)處理相比,2017 年含海藻酸水溶肥降低了葉片鉀含量,其中,3/4NPK(HF)處理葉片鉀含量最低,且顯著低于NPK(C)和NPK(F)處理;2018 年含海藻酸水溶肥處理增加了葉片鉀含量,其中3/4NPK(HF)處理葉片鉀含量最高,較NPK(F)處理顯著提高2.86%。由此說(shuō)明,2017 年含海藻酸水溶肥減施不影響葉片氮磷含量,到2018 年含海藻酸水溶肥減施增加葉片磷鉀含量,且以3/4NPK(HF)處理效果最佳。
不同處理果實(shí)養(yǎng)分含量見(jiàn)圖3。連續(xù)2 a NPK(HF)處理果實(shí)氮含量高于NPK(C)和NPK(F)處理,其中2018 年NPK(HF)處理較NPK(C)處理顯著增加33.97%;2017 年含海藻酸水溶肥減施處理降低果實(shí)氮含量,到2018 年果實(shí)氮含量反而增加,其中,2017 年1/2NPK(HF)處理果實(shí)氮含量最低,顯著低于NPK(F)和NPK(HF)處理;2018 年3/4NPK(HF)處理果實(shí)氮含量最高,顯著高于其他處理。除2017年3/4NPK(HF)處理果實(shí)磷含量較NPK(C)和NPK(F)顯著降低外,其他處理果實(shí)磷含量無(wú)顯著差異。同時(shí),2017 年3/4NPK(HF)處理果實(shí)鉀含量最高,且除NPK(F)外,顯著高于其他處理,2018 年各處理間果實(shí)鉀含量差異不顯著。
2.4 蘋(píng)果根域土壤養(yǎng)分含量
不同處理土壤養(yǎng)分含量見(jiàn)表4。含海藻酸水溶肥降低了土層>20~40 cm 有機(jī)質(zhì)含量,其中NPK(HF)處理有機(jī)質(zhì)最低,較NPK(C)顯著降低60%。與NPK(C)處理相比,含海藻酸水溶肥能增加土層0~20 cm和>20~40 cm硝態(tài)氮含量,其中NPK(HF)和1/2NPK(HF)處理土層>20~40 cm硝態(tài)氮含量增加顯著;且在含海藻酸水溶肥處理中,20~40 cm 土層3/4NPK(HF)處理硝態(tài)氮含量最低,較NPK(HF)和1/2NPK(HF)處理分別顯著降低28.31% 和32.46%。除NPK(HF)處理外,含海藻酸水溶肥處理土層0~20 cm 和>20~40 cm 銨態(tài)氮含量均高于NPK(C)和NPK(F)處理,且含海藻酸水溶肥減施處理銨態(tài)氮含量較NPK(F)處理顯著增加,但減施處理間無(wú)顯著差異。含海藻酸水溶肥減施處理土層0~20 cm有效磷和速效鉀含量均高于NPK(C)處理,其中速效鉀含量達(dá)顯著差異水平;同時(shí),減施處理土層0~20 cm 有效磷含量與NPK(HF)處理間無(wú)顯著差異??梢?jiàn),含海藻酸水溶肥減施處理均能增加土層0~20 cm 硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量,增加了土壤有效成分。
2.5 主成分分析
對(duì)蘋(píng)果生長(zhǎng)參數(shù)、產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)和色澤以及葉片和果實(shí)養(yǎng)分進(jìn)行主成分分析,所得特征值、方差貢獻(xiàn)率、累計(jì)方差貢獻(xiàn)率如表5 所示。結(jié)果表明,連續(xù)2 a,前4 個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率均為100%,說(shuō)明分析結(jié)果基本包含了所測(cè)指標(biāo)的全部信息。根據(jù)隸屬函數(shù)平均值的大小對(duì)5 個(gè)處理進(jìn)行排序(表6),結(jié)果表明,連續(xù)2 a,3/4NPK(HF)處理的綜合得分均最高,分別為2.03 和1.64,綜合排名均第一,說(shuō)明連續(xù)2 a含海藻酸水溶肥減施25%的綜合效果最好。
3 討論
3.1 不同處理對(duì)蘋(píng)果生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響
本試驗(yàn)條件下,與常規(guī)施肥相比,含海藻酸水溶肥能增加百葉鮮質(zhì)量和葉面積,促進(jìn)樹(shù)體的生長(zhǎng),這與賈文紅[17]研究結(jié)果類(lèi)似,即海藻酸水溶肥能增加設(shè)施小果型西瓜的葉長(zhǎng),增強(qiáng)植株長(zhǎng)勢(shì)。分析其原因,可能是含海藻酸水溶肥中海藻類(lèi)含有大量活性物質(zhì),可以促進(jìn)植物莖部維管束細(xì)胞生長(zhǎng),并促進(jìn)其對(duì)無(wú)機(jī)養(yǎng)分、水分和光合產(chǎn)物的運(yùn)輸,刺激植物體內(nèi)非特異性活性因子的產(chǎn)生以及調(diào)節(jié)內(nèi)源激素的平衡,從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育[18-19]。同時(shí),筆者在本研究中還發(fā)現(xiàn),連續(xù)2 a 含海藻酸水溶肥減施25%和50%處理均能保證蘋(píng)果產(chǎn)量,且在第2 年呈增加趨勢(shì),這與筆者在黃金梨[9]和葡萄[20]的研究結(jié)果類(lèi)似,可能因?yàn)楹T逅峄罨寥鲤B(yǎng)分,增強(qiáng)樹(shù)體從土壤中攝取養(yǎng)分能力,促進(jìn)葉片對(duì)磷、鉀養(yǎng)分吸收,進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)的效果[7]。
3.2 不同處理對(duì)果實(shí)品質(zhì)和色澤的影響
諸多研究表明,施用海藻類(lèi)物質(zhì)肥料能提高果實(shí)品質(zhì)[7-12]。筆者在本研究中也得到了類(lèi)似結(jié)論,即連續(xù)2 a 施用含海藻酸水溶肥能增加果實(shí)可溶性固形物含量,降低可滴定酸含量,提高蘋(píng)果果實(shí)品質(zhì)??赡芤?yàn)楹T孱?lèi)物質(zhì)提高了果樹(shù)體內(nèi)酶的活性,加快果樹(shù)新陳代謝,促進(jìn)果實(shí)中干物質(zhì)和糖的積累,從而改善果實(shí)品質(zhì)[10]。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn),與含海藻酸水溶肥相比,2017 年含海藻酸水溶肥減施25%和50%處理的果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)差異不顯著,而在2018 年含海藻酸水溶肥減施50%處理顯著降低了可溶性固形物含量和固酸比,導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)下降,可能由于在2017 年含海藻酸水溶肥減施50%處理下,果樹(shù)生長(zhǎng)主要依賴(lài)于果園當(dāng)年土壤肥力,到2018 年該處理下果樹(shù)對(duì)外源性化肥投入的依賴(lài)性強(qiáng),所以施肥量減少50%對(duì)果實(shí)品質(zhì)有不利影響。此外,筆者還發(fā)現(xiàn),連續(xù)2 a 含海藻酸水溶肥減施處理較常規(guī)施肥均增加了果實(shí)色澤飽和度,降低了果皮色度角,這與袁璐[21]和于會(huì)麗等[10 ,12]使用海藻肥或海藻提取物復(fù)合制劑在葡萄和桃上的研究結(jié)果一致??赡芘c海藻酸中富含單糖和多糖物質(zhì)有關(guān),糖類(lèi)物質(zhì)作為一種信號(hào)分子,激活花色苷合成的啟動(dòng)因子,從而達(dá)到調(diào)控花色苷合成的目的,促進(jìn)著色[22]。
3.3 不同處理對(duì)土壤和蘋(píng)果養(yǎng)分的影響
海藻酸是寡糖類(lèi)物質(zhì),可活化土壤養(yǎng)分,促進(jìn)作物對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收[23-24]。筆者發(fā)現(xiàn),與常規(guī)處理相比,2018 年含海藻酸水溶肥處理顯著增加了果實(shí)氮、葉片磷以及土壤0~20 cm 有效磷和速效鉀含量,分析其原因,一方面可能是海藻酸能提高土壤Ca2-P 和Al-P 含量,降低土壤磷的固定,從而提高土壤中磷的有效性[25-27];另一方面,海藻酸進(jìn)入土壤后降低了土壤的pH值,促進(jìn)土壤中難溶性磷酸鹽的溶解,提高了土壤的供磷水平,進(jìn)而促進(jìn)葉片對(duì)磷元素的吸收[28-29]。同時(shí),海藻酸能降低鉀離子與其他陽(yáng)離子的比值,釋放出鉀離子,進(jìn)而增加土壤速效鉀含量[30]。本研究還表明,與含海藻酸水溶肥相比,含海藻酸水溶肥減施處理在2017 年顯著降低了果實(shí)氮含量,到2018 年反而增加,可能與土壤硝態(tài)氮含量有關(guān),即2017年含海藻酸水溶肥減施25%和50%處理土壤硝態(tài)氮含量分別為3.44 mg·kg-1和2.13 mg·kg-1,低于2018年土壤硝態(tài)氮含量,從而影響果實(shí)氮養(yǎng)分吸收。
4 結(jié)論
(1)連續(xù)2 a 含海藻酸水溶肥減施25%和50%均能增加百葉鮮質(zhì)量和葉面積,促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育,穩(wěn)定蘋(píng)果產(chǎn)量。
(2)第1 年含海藻酸水溶肥減施25%和50%均能提升果實(shí)品質(zhì),促進(jìn)果皮著色;到第2 年含海藻酸水溶肥減施25%仍能保證果實(shí)品質(zhì),但減施50%不利于果實(shí)品質(zhì)的形成。
(3)連續(xù)2 a 含海藻酸水溶肥減施25%和50%均能增加果實(shí)鉀含量,促進(jìn)果實(shí)對(duì)鉀元素的吸收。同時(shí),含海藻酸水溶肥減施25%和50%增加了根域土壤0~20 cm 銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量,提高了土壤有效養(yǎng)分含量。