微生物水溶肥對贛南臍橙品質及重金屬含量的影響

婁 偉,李夢媛,嚴 翔,牛王翠,常書政,李 航,陳慈相,習建龍,陳兆星,柳嘉程,張油兵,宋志青,肖亞卿

(1 贛州市柑桔科學研究所,江西贛州,341000;2 贛州市果業(yè)發(fā)展中心,江西贛州,341000;3 深圳耐菲農(nóng)業(yè)生物科技有限公司,廣東深圳,518000)

贛南地區(qū)位于江西省南部、中亞熱帶南緣,是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部確定的九大“優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品區(qū)劃布局規(guī)劃”中的“柑桔優(yōu)勢區(qū)域”,適宜臍橙生長[1]。2021年贛南臍橙的總種植面積為11.67 萬hm2(175萬畝),總產(chǎn)量為1 50萬t,作為地理標志產(chǎn)品的贛南臍橙以品牌價值681.85億元位列全國區(qū)域品牌(地理標志產(chǎn)品)第六位,水果類區(qū)域品牌第一[2],且贛南臍橙95%以上為11—12月成熟的紐荷爾臍橙[3]。

土壤養(yǎng)分是作物營養(yǎng)的主要來源,贛南地區(qū)臍橙園背景區(qū)和種植區(qū)土壤普遍存在酸化嚴重、有效鈣和有效鎂含量不足、微量元素缺乏等問題[4]。贛南地區(qū)臍橙園土壤存在部分重金屬超標樣本,且潛在中等污染風險比例達到了50%以上[5-6]。在土壤方面,贛南地區(qū)臍橙園目前突出的問題主要是土壤退化現(xiàn)象及重金屬等生態(tài)污染日益嚴重。主要原因是化肥施用量過高,施用年限長。化肥長期施用,既不利于土壤微生物種群穩(wěn)定,也會造成土壤酶活性降低和重金屬積累,從而影響臍橙植株正常生長,危害果實品質安全[7-9]。根際微生物是重金屬與植物接觸的第一道防線,在增強植物重金屬脅迫耐性中發(fā)揮了重要作用[10]。通過提高土壤有益微生物種群數(shù)量,維護土壤微生物生態(tài),是提高贛南臍橙品質,保障贛南臍橙產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展必不可少的手段。

深圳耐菲農(nóng)業(yè)生物科技有限公司生產(chǎn)的一款棕色粉狀水溶性肥料,添加了中微量元素與生物菌。以該水溶肥為試驗用微生物水溶肥,參照深圳耐菲農(nóng)業(yè)生物科技有限公司多年經(jīng)驗總結的用法和用量,開展了相關試驗,旨在研究微生物水溶肥對贛南臍橙生長及品質、重金屬含量的影響,進而為贛南臍橙提質增效降污的水溶肥調控措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料試驗于2020—2021年在贛州市信豐縣大塘埠鎮(zhèn)開展。果園土壤為沙質黃壤,pH值4.2,有機質21.65 g/kg,堿解氮100 mg/kg,有效磷133 mg/kg,有效鉀112 mg/kg,有效鈣479.4 mg/kg,有效鎂182 mg/kg,有效鐵1.6 mg/kg,有效錳5.4 mg/kg,有效鋅2.2 mg/kg,有效銅0.9 mg/kg,全鉛94.76 mg/kg,全鎘0.52 mg/kg,全鉻20.85 mg/kg,全汞0.12 mg/kg,全砷12.66 mg/kg。土壤肥力中等,未受重金屬污染。

供試枳砧紐荷爾臍橙于2013年春定植,株行距為4 m×4 m,每667 m2定植40株。

供試微生物水溶性肥由深圳耐菲農(nóng)業(yè)生物科技有限公司研制,登記證號:農(nóng)肥(2015)準字4078號。肥料形態(tài)為棕色粉劑,除水溶性氮磷鉀達50%(N-P2O5-K2O為23-12-15)外,鐵、硼、鋅和鉬等微量元素含量達0.2%～3.0%,有效生物菌為枯草芽孢桿菌和哈茨木霉菌,含量為(2.6～2.9)×107CFU/g。

1.2 方法設2個處理:T1,果農(nóng)習慣施肥;T2,施用微生物水溶肥。每個處理設置3個重復,共6個小區(qū)。隨機選取長勢一致的連續(xù)5株臍橙作為一個小區(qū),小區(qū)面積為80 m2。各處理施肥時間、施肥種類、施肥方法見表1。T1和T2的主要區(qū)別:T1在5月、7月和8月主要以三元素復合肥撒施或用花生枯水沖施,T2于5—8月每月以微生物水溶肥溶于清水后沖施。T1和T2處理2020年和2021年分別為同一批樹。

表1 贛南臍橙微生物水溶肥施肥試驗設計

于2020年11月18日和2021年11月17日分別對各試驗區(qū)臍橙進行收獲。收獲前,調查每株的掛果量。每株在樹冠外圍距離地面1.8 m左右東、南、西、北各方位隨機采1個果,每個重復(即各試驗小區(qū))5株樹共隨機采集果實20個。根據(jù)《柑桔鮮果檢驗方法》(GB/T 8210—2011)的要求測定果實橫徑、單果質量、可食率和可滴定酸;用數(shù)顯式糖度計(型號PAL-1,日本愛拓)測定可溶性固形物含量;依據(jù)《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》(GB 5009.86—2016)中的2,6-二氯靛酚滴定法測定L(+)-抗壞血酸(具生物活性的維生素C)含量。掛果量乘以單果質量為單株產(chǎn)量,可溶性固形物含量與可滴定酸的比值為固酸比。

每個重復(各試驗小區(qū))隨機采集臍橙果實10個作為一個樣品,依據(jù)《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中相關檢測方法測定鉛、鉻、鎘、汞、砷的含量。2020年測定了臍橙可食部位(果肉)中重金屬含量,由于僅檢測到鉛,且含量較低,故2021年度測定了整果(將果肉和果皮作為整體)中重金屬的含量。

2021年度,每個重復隨機采集5個臍橙,將5個果實清洗干凈,提取方法參照張海朋方法[11]:用手術刀片將黃皮層分離,立即用液氮冷凍處理,保存在-80 ℃冰箱,作為一個樣品備檢。取樣品在液氮冷凍條件下磨成細粉,稱取0.2 g樣品置于2 mL離心管中,加入500 μL含有43.7 μg/mL壬酸甲酯(內標)的甲基叔丁基醚后旋渦混勻,混合液置于超聲波儀清洗儀中4 ℃萃取1 h,然后在4 ℃離心機中,12 000×g離心10 min,取1 mL上清液,0.2 μm微孔過濾后進上樣瓶,利用氣質聯(lián)用(GC-MS)儀,測定果實黃皮層揮發(fā)性物質含量。原始數(shù)據(jù)用Xcalibur軟件處理,揮發(fā)性物質定性基于NIST質譜數(shù)據(jù)庫,結合內標壬酸甲酯對各物質進行相對定量。

1.3 數(shù)據(jù)分析采用軟件DPS 19.05進行,按單因素完全隨機試驗設計試驗進行方差分析,采Tukey法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 果實產(chǎn)量及外觀在《臍橙》(GB/T 21488—2008)標準中,橫徑70.0～75.0 mm為M級(標準果),75.0～80.0mm為L級(優(yōu)質果),80.0～85.0mm為2L級(精品果)[12]。因此,掛果量、單果質量、橫徑是衡量臍橙產(chǎn)量、外觀質量及果形的重要指標。施用微生物水溶肥對臍橙產(chǎn)量指標及果實橫徑的影響見表2?？梢?與對照(習慣施肥)相比,2021年施用微生物水溶肥處理提高了臍橙掛果量和產(chǎn)量,掛果量增幅為48.88%,產(chǎn)量增幅為46.77%;施用微生物水溶肥處理對臍橙單果質量及果實橫徑影響不顯著,整體而言,果實均達到了優(yōu)質果與精品果標準。

表2 不同施肥處理臍橙的產(chǎn)量指標及果實橫徑

2.2 果實品質指標及可食率從表3看出,與對照相比,施用微生物水溶肥對果實可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、維生素C含量和可食率的影響均不顯著。

表3 不同施肥處理臍橙果實品質指標及可食率

2.3 果實重金屬含量從表4看出,2020年,果實可食部位(果肉)重金屬只檢測到了鉛,與對照相比,施用微生物水溶肥后鉛含量降低了36.46%,達到了顯著水平。2021年,整果檢測到了鉛、鉻和砷,施用微生物水溶肥后整果鉛、鉻、砷含量降幅分別為27.46%、43.27%和11.90%,且全部達到了顯著水平。說明,施用微生物水溶肥可顯著抑制臍橙果實對重金屬鉛、鉻和砷的累積。

表4 不同施肥處理臍橙果實重金屬含量 mg/kg

2.4 果實黃皮層揮發(fā)性物質如表5所示,經(jīng)過兩年不同施肥,2個處理臍橙黃皮層共測定出52種揮發(fā)性物質。習慣施肥(T1)和施用微生物水溶肥(T2)處理的黃皮層揮發(fā)性物質總含量分別為(16 897.23±3 502.79)和(19 653.04±2 324.26) μg/g,施用微生物水溶肥比習慣施肥高了16.31%。2個處理黃皮層揮發(fā)性物質均以D-檸檬烯含量最高,其次是β-月桂烯,在T1中占比分別為91.10%、3.10%,在T2中占比分別為89.57%和3.13%。T1和T2處理黃皮層共有的揮發(fā)性物質為47種,醋酸香茅酯僅在T1處理黃皮層中測出,萜品烯-4-醇、順式-檸檬烯氧化物、反式法尼醇和4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯僅在T2處理黃皮層中測出。在47種共有物質中,與T1相比,T2的(E)-β-法呢烯和植物醇含量極顯著降低;T2的反式-β-羅勒烯、γ-萜品烯、薄荷醛、古巴烯、β-蓽澄茄油烯、雪松烯、γ-依蘭油烯、α-法呢烯、十一醛、十二醛含量提高顯著,T2的γ-杜松烯和瓦倫烯含量提高極顯著,其余33種共有物質兩處理間差異不顯著。

表5 不同施肥處理下臍橙黃皮層揮發(fā)性物質

3 討論與結論

本研究表明,參照推薦用量施用微生物水溶肥,可以顯著提高臍橙掛果量和產(chǎn)量,增幅分別為28.61%和30.78%;對果實各品質指標無顯著影響;降低了果實重金屬含量,其中,可食部位(果肉)鉛降低了36.46%,整果的鉛、鉻和砷含量分別降低了27.44%、43.27%和11.90%;提高了果實黃皮層揮發(fā)性物質總含量,增幅為16.31%,其中臍橙果實特征性香氣物質瓦倫烯的含量極顯著提高,增幅為30.44%。在試驗中發(fā)現(xiàn),施用微生物水溶肥對臍橙樹勢影響不大,原因可能在于果農(nóng)日常管理水平較高,樹勢整體一致。值得一提的是,本試驗所用微生物水溶肥在茶葉上應用,可使茶葉產(chǎn)量平均增加13.4%;茶葉香氣和滋味明顯高于不施肥和常規(guī)施肥,感官審評得分最高[13]。

彭良志等[14]以特羅維它臍橙為對象的研究表明,氮肥和鉀肥全部滴灌、磷肥每兩年一次挖溝土施的施肥方法,可以取代人工多次撒施的施肥方法,在樹體生長和結果方面達到或超過每年撒施10次肥的效果,特別是在對提高果實產(chǎn)量方面,增產(chǎn)效果顯著,滴灌施肥可顯著提高果實產(chǎn)量,試驗前3年平均產(chǎn)量比對照提高46.0%～90.96%,5年平均比對照提高29.4%～36.5%。本試驗紐荷爾臍橙施用微生物水溶肥相比習慣施肥的增產(chǎn)幅度與此相近。有研究表明,枯草芽孢桿菌液態(tài)微生物肥能提高紐荷爾臍橙單果質量,有利于成熟期果實降酸,能提高固酸比和出汁率,有助于臍橙增產(chǎn)提質[15]。臍橙園土壤多種微生物與土壤有機質呈正相關,土壤有機質與臍橙品質指標還原糖、可溶性固形物含量成正相關,因此,土壤微生物活性與臍橙品質指標存在正相關性[16]。在習慣追肥基礎上追施中微量元素肥料對提高臍橙產(chǎn)量和改善果實品質的效果較好[17]。本試驗所用微生物水溶肥,既添加了中微量元素,又包含有效生物菌,但與習慣施肥相比未表現(xiàn)出改善果實品質的作用,其原因有待進步研究分析。

有研究表明,接種植物根際促生菌能減輕重金屬對植物的毒害作用,在重金屬脅迫下,植物根際促生菌可以與植物根系結合產(chǎn)生胞外聚合物以絡合重金屬,或通過誘導脅迫相關基因和蛋白表達增強植物生理代謝作用,從而促進植物生長,并增強其抗逆性[18,19]。比如:土生空團菌(Cenococcumgeophilun)、蠟蘑屬真菌(Laccariasp.)和豆馬勃屬真菌(Pisolithussp.)

可提高寄主(樟子松)的生物量、光合作用和養(yǎng)分吸收等,將重金屬滯留于根部,保護地上部分[20]。在調查的22個贛南臍橙園中,7個果園(占比31.8%)的5種重金屬(鉛、鎘、鉻、汞和砷)均處于清潔等級、無污染;10個果園(占比45.5%)存在1～4種重金屬污染,污染等級最高為輕度;2個果園(占比9.0%)存在重金屬(鎘或砷)污染,等級最高達偏中度;3個果園(占比13.6%)存在重金屬(砷,或者砷和汞)污染,等級最高達中度,其中,僅砷污染達中度果園的鉻和汞污染等級還達到偏中度[21]。植物對重金屬危害的適應性表現(xiàn)為避性和抗性,如:根系螯合劑的分泌有助于阻礙重金屬的跨膜運輸,植物鰲合蛋白絡合作用等將重金屬趨避或提高自身抗性[22,23]。本試驗結果表明,施用微生物水溶肥降低了贛南臍橙果實重金屬的含量,可能與微生物-土壤-柑桔互作相關。施用微生物水溶肥降低臍橙果實重金屬含量的機理有待進一步研究分析。

倍半萜烯類物質中的瓦倫烯是甜橙果實的特征性香氣物質[24, 25,26]。在本試驗中,施用微生物水溶肥2年后,紐荷爾臍橙果實(黃皮層)瓦倫烯含量比習慣施肥提高了30.44%,差異達到極顯著水平。施用微生物水溶肥能提高紐荷爾臍橙果實香氣物質含量,改善香氣品質。

在本試驗周期內,施用微生物水溶肥在提高臍橙產(chǎn)量、提升臍橙果實特征性香氣物質和降低重金屬含量方面具有較好的效果。長期施用微生物水溶肥對臍橙各項指標及果園土壤生態(tài)因子的影響尚需監(jiān)測論證。