雞糞部分替代化肥改善嘎拉蘋果外觀品質(zhì)和風(fēng)味

楊 安，程存剛，李 壯，李燕青*，車升國(guó)

（1 中國(guó)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(yíng)養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所果樹生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)室，遼寧興城 125100；2 菏澤市林業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，山東菏澤 274000）

我國(guó)蘋果栽植面積和產(chǎn)量均居世界第一位。據(jù)FAO 統(tǒng)計(jì)，世界蘋果種植面積約460 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量基本穩(wěn)定在8300～8700 萬(wàn)t；中國(guó)蘋果種植面積約190 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量基本穩(wěn)定在3900～4200 萬(wàn)t，分別占到世界蘋果種植面積和產(chǎn)量的41%和47%。中國(guó)蘋果產(chǎn)業(yè)在世界蘋果產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要地位，也成為推動(dòng)鄉(xiāng)村振興、農(nóng)民增收致富的特色產(chǎn)業(yè)和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。高品質(zhì)果品是果業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)涵之一[1-2]，也是消費(fèi)者更加關(guān)注的方面[3]。相關(guān)研究表明，蘋果品質(zhì)的影響因素眾多，品種、土壤特性、氣候因素、栽培管理措施、植保措施等均能影響果實(shí)品質(zhì)的形成[4-6]。其中，栽培管理措施中的施肥技術(shù)是影響蘋果品質(zhì)的關(guān)鍵，直接影響果實(shí)的大小、色澤、糖酸、香氣等品質(zhì)[7]。

相關(guān)研究表明，施用有機(jī)肥可明顯提高蘋果的單果重和產(chǎn)量[8-9]。巴西南部的兩年研究也證實(shí)，施用有機(jī)肥可使蘋果果實(shí)底色更黃，果皮紅色的百分比更高[10]。劉利民等[11]在黃河故道地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，果實(shí)可溶性固形物含量隨著施入有機(jī)肥量的增加而增加，雖然不同處理間的差異不顯著，但均高于對(duì)照處理。趙佐平等[12]與張鵬飛等[13]的研究結(jié)果證實(shí)，有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥配施處理與其他單獨(dú)施用不同肥料處理相比，能顯著提高果實(shí)的可溶性固形物、維生素C 含量，降低可滴定酸含量。

果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)較為復(fù)雜，主要是人的感覺器官對(duì)果實(shí)產(chǎn)生的感覺，包括味覺、嗅覺等。它是果實(shí)綜合品質(zhì)的重要組成部分，對(duì)消費(fèi)者選擇果品有著重要的引導(dǎo)作用。果實(shí)的風(fēng)味主要受果實(shí)中糖酸含量以及香氣物質(zhì)種類及其含量的影響[14-18]，其中有機(jī)糖酸主要包括蔗糖、果糖、山梨醇、葡萄糖、蘋果酸、奎寧酸、莽草酸，果實(shí)香氣物質(zhì)主要包括酯類、醇類、醛類、酮類、醚類、萜類和烷烴等。趙滿興等[19]研究表明，生物有機(jī)肥配合施用化肥能夠提高紅棗果實(shí)中還原性糖組分。另有研究證實(shí)，有機(jī)肥的施用能夠提高肥城桃果實(shí)中葡萄糖和蔗糖含量，降低蘋果酸、琥珀酸、酒石酸和總酸含量[20-21]。同時(shí)，王孝娣等[22]研究結(jié)果顯示，與化肥處理相比，施用有機(jī)肥會(huì)使蘋果芳香物質(zhì)種類更多、相對(duì)含量更高。有報(bào)道稱，雞糞和化肥配施能夠促進(jìn)甜瓜果實(shí)香氣物質(zhì)的合成[23]。但也有研究表明，有機(jī)肥無(wú)機(jī)肥配施與單獨(dú)施用化肥和有機(jī)肥相比，果實(shí)香氣的化合物并無(wú)顯著差異[24]。

目前，有關(guān)有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)水果品質(zhì)的影響已有大量研究，但不同施肥條件下果實(shí)品質(zhì)呈現(xiàn)的規(guī)律性變化，尤其雞糞替代不同比例的化肥對(duì)蘋果品質(zhì)影響的研究還鮮有報(bào)道。因此，考慮到環(huán)境保護(hù)、化肥減施等因素，深入研究化肥減量配施雞糞對(duì)蘋果果實(shí)品質(zhì)的影響，為果園科學(xué)施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)位于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所砬山綜合試驗(yàn)基地(120.73°E，40.70°N)。果園土壤類型為棕壤，質(zhì)地為沙土，建園前取試驗(yàn)地0—40 cm 土壤樣品，測(cè)定土壤基本理化性狀，其中土壤容重為1.51 g/cm3，pH 為6.05，電導(dǎo)率為0.08 μs/cm，土壤全氮含量為0.51 g/kg，速效氮含量為43.00 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為9.86 g/kg，有效磷含量為2.62 mg/kg，速效鉀含量為7.64 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以2017 年春季定植的‘嘎拉’/SH38/山定子(MaluspumilaMill/SH38/Malusbaccata(L.) Borkh.)蘋果為試材，開展長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)，設(shè)置6 個(gè)處理：不施肥對(duì)照(CK)、100%化肥(100%CF)、75%化肥+25% 雞糞(25% CHM)、50% 化肥+50% 雞糞(50% CHM)、25% 化肥+75% 雞糞(75% CHM)、100%雞糞(100% CHM)。每個(gè)處理選5 棵長(zhǎng)勢(shì)較為一致相鄰的蘋果樹，中間的3 棵樹作為試驗(yàn)樹，邊緣的2 棵樹作為保護(hù)樹。每個(gè)處理設(shè)置3 次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。肥料包括腐熟的雞糞和化學(xué)肥料[尿素(N 46%)，硫酸鉀( K2O 50%)，磷酸二銨(N 18%、P2O548%)]。雞糞氮含量在2017 年為1.93%，2018 年為2.83%，2019 年為3.45%，2020 年為2.97%。根據(jù)Wang 等[25]設(shè)置本試驗(yàn)幼樹期(2017—2018)的氮素用量為240 kg/hm2，2019—2020 年為480 kg/hm2。

雞糞用量根據(jù)其含氮量和氮肥用量計(jì)算。雞糞在秋季果實(shí)采收后落葉前一次性施用。化肥分3 個(gè)時(shí)期施用，1/3 的氮肥、1/4 的磷肥和1/5 的鉀肥在春季緩慢生長(zhǎng)期施用，1/3 的氮肥、1/4 的磷肥和3/5 的鉀肥在果實(shí)膨大期施用，1/3 的氮肥、1/2 的磷肥和1/5 的鉀肥在秋季果實(shí)采收后施用。肥料混合均勻后于果樹樹冠投影的中間位置開溝施入。2017—2020年的具體施肥量見表1。

表1 2017—2020 年各處理肥料具體施用量(kg/hm2)Table 1 Fertilizer application amount in the treatment from 2017 to 2020

1.3 樣品采集和測(cè)定方法

果實(shí)成熟后，分別從中間3 棵蘋果樹的東、西、南、北4 個(gè)方向均勻取樣，每個(gè)處理取具有代表性的果實(shí)20 個(gè)。其中10 個(gè)果實(shí)用于測(cè)量單果重、縱橫徑、果實(shí)硬度和色澤等指標(biāo)；10 個(gè)果實(shí)用于測(cè)定果實(shí)糖酸組分、香氣物質(zhì)種類及含量等。

單果重使用百分之一電子天平測(cè)定；縱橫徑使用游標(biāo)卡尺測(cè)定；果實(shí)色澤使用色差儀(NR20XE，中國(guó))測(cè)定；可溶性固形物采用數(shù)顯折光儀(PLA-1，日本)測(cè)定；可滴定酸采用905 全自動(dòng)電位滴定儀測(cè)定；糖組分采用ICS-5000 多功能離子色譜儀(美國(guó)，Thermo Fisher Scientific 公司)測(cè)定；酸組分采用高效液相色譜儀LC-10Avp (日本，島津公司)測(cè)定；果實(shí)香氣物質(zhì)種類及其含量采用TSQ Quantum XLS氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國(guó)，Thermo Fisher Scientific 公司)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

測(cè)定數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理；應(yīng)用SAS 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用最小顯著差數(shù)法(LSD) 進(jìn)行差異性分析(P<0.05)。采用Prims 8 軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 雞糞與化肥不同配施比例對(duì)果實(shí)單果重、縱橫徑和色澤的影響

施肥顯著影響“嘎拉”蘋果果實(shí)的單果重和縱橫徑；各施肥處理單果重、縱徑和橫徑均顯著高于不施肥的CK 處理(P<0.05，表2)。

100% CHM 處理果實(shí)單果重(172.82 g)顯著高于100%CF 處理(157.64 g)。雞糞配施化肥處理下，隨著雞糞替代化肥比例增加蘋果單果重呈上升趨勢(shì)，其中75% CHM 處理果實(shí)單果重(172.80 g)顯著高于25% CHM 和50% CHM 兩個(gè)處理。100% CHM 處理果實(shí)縱徑最大，為63.63 mm；雞糞配施化肥處理中，隨著雞糞替代化肥比例增加果實(shí)縱徑呈上升趨勢(shì)，其中75% CHM 處理果實(shí)縱徑達(dá)到63.21 mm，均高于25% CHM 和50% CHM 2 個(gè)處理。100% CHM 處理果實(shí)橫徑最大，為72.13 mm；雞糞配施化肥處理中，隨著雞糞比例增加果實(shí)橫徑呈上升趨勢(shì)，各處理間差異未達(dá)顯著水平。

果實(shí)色澤也是決定市場(chǎng)接受程度和消費(fèi)者選擇的關(guān)鍵因子。從表3 可以看出：果實(shí)色澤受不同施肥處理影響較小，其中陽(yáng)面果實(shí)色澤各指標(biāo)均無(wú)顯著差異；陰面果實(shí)的色調(diào)角在75% CHM 處理時(shí)顯著低于其余各處理，而色彩飽和度在75% CHM 處理最高，與50% CHM 處理有顯著差異。

表3 雞糞與化肥不同配施比例下蘋果果實(shí)色澤Table 3 The color of apple fruit under different substitution rates of chicken manure for chemical fertilizer

2.2 雞糞與化肥不同比例配施對(duì)果實(shí)可溶性固形物、可滴定酸及糖酸組分的影響

果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)受糖和酸含量及組分的影響很大，蘋果酸是蘋果特有的酸，是蘋果中酸味的主要來(lái)源，奎寧酸會(huì)影響蘋果果實(shí)澀味，在甜味的感知中起著重要作用[26]。施肥處理的果實(shí)總可溶性固形物(圖1A)和可滴定酸(圖1B)含量均高于不施肥處理。本研究中嘎拉蘋果果實(shí)中的糖類有多種組分，主要有4 種，包括山梨醇、葡萄糖、果糖和蔗糖，其中果糖和蔗糖的占比較高(圖1C～F)。有機(jī)酸組分主要有3 種，包括蘋果酸、奎寧酸、莽草酸(圖1 G～I(xiàn))，其中蘋果酸的比例最高，達(dá)95%以上，其余的酸含量都很低，與前人在其他品種中的研究結(jié)果[27-28]相似。果糖和蔗糖在糖類部分所占的比例較高，蘋果酸在有機(jī)酸部分的比例最高。25% CHM處理果實(shí)葡萄糖(圖1D) 含量顯著高于其余處理，75% CHM 和100% CHM 處理果實(shí)中蘋果酸(圖1G)含量顯著高于其他處理。

圖1 雞糞與化肥不同配施比例下果實(shí)可溶性固形物、可滴定酸和糖酸組分含量Fig.1 Contents of total soluble solids, titratable acid and sugar-acid ingredients of fruits under different chicken manure substitution rates for chemical fertilizer

2.3 雞糞與化肥不同比例配施對(duì)果實(shí)香氣物質(zhì)含量的影響

在嘎拉蘋果樣品中共鑒定出27 種揮發(fā)性香氣成分，如表4 所示，酯類占比最高，其次為醇類，少量醛類，極少量醚類和酮類。含量最高的3 種酯類物質(zhì)分別為乙酸丁酯、乙酸己酯和2-甲基丁基乙酸酯，含量最高的2 種醇類物質(zhì)分別為己醇和正丁醇，含量最高的醛類物質(zhì)為己醛。75% CHM 處理的果實(shí)酯類和醇類成分含量最高，分別為897.17 和209.30 μg/g，顯著高于其余各處理；25% CHM 處理果實(shí)醛類和醚類香氣成分含量最高，分別為48.20和6.76 μg/g，顯著高于其余各處理。

表4 雞糞與化肥不同配施下果實(shí)香氣物質(zhì)含量(μg/g)Table 4 Content of aromatic substances in fruits under different substitution rates of chicken manure for chemical fertilizer

隨著雞糞比例增加，果實(shí)乙酸丁酯、乙酸己酯、2-甲基丁基乙酸酯含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，75% CHM 處理3 種脂類成分含量分別為317.90、310.92、120.08 μg/g，75% CHM 顯著高于其余各處理。75% CHM 處理果實(shí)己醇、正丁醇含量分別為137.38、46.52 μg/g，也顯著高于其余各處理。己醛含量以25% CHM 處理最高，為11.25 μg/g，顯著高于50% CHM 和75% CHM 兩個(gè)處理。

2.4 主成分分析評(píng)價(jià)施肥處理對(duì)果實(shí)綜合品質(zhì)的影響

選取單果重、可溶性固形物、可滴定酸、蘋果酸、果糖、蔗糖、酯類物質(zhì)、醇類物質(zhì)、總香氣物質(zhì)共計(jì)9 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，其中主成分1 中主要包括單果重、可溶性固形物、可滴定酸、蘋果酸、果糖、酯類物質(zhì)、總香氣物質(zhì)，主成分2 中主要包括蔗糖和醇類物質(zhì)。結(jié)果表明，75% CHM 處理綜合得分最高，為0.6291，100% CHM 處理次之，為0.6198；CK 分?jǐn)?shù)最低，為-1.0388 (表5)。

表5 不同雞糞化肥施用比例處理的果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)主成分得分及綜合得分Table 5 Comprehensive scores of fruit quality calculated by principal for different chicken manure and chemical fertilizaer application ratio treatments

3 討論

3.1 不同施肥處理對(duì)果實(shí)單果重、縱橫徑及色澤的影響

相關(guān)調(diào)研表明，消費(fèi)者對(duì)果實(shí)外觀，特別是形狀、大小、顏色等非常重視[29]。本研究結(jié)果表明，單施雞糞、化肥以及雞糞化肥配施均能夠提高果實(shí)單果重。肥料的施用能夠提高土壤肥力，進(jìn)而提高樹體養(yǎng)分的吸收量提高單果重，但不同肥料對(duì)于養(yǎng)分的供給方式略有不同，化肥的養(yǎng)分較為單一且速效，而雞糞的養(yǎng)分較為復(fù)雜且肥料養(yǎng)分釋放速率與化肥不同。本研究中各施肥處理氮的總投入量相同，只是化肥與雞糞中的氮形態(tài)不同。75% CHM 處理果實(shí)單果重在各處理中最高，這一研究結(jié)果表明，化肥與雞糞配施肥料的養(yǎng)分釋放更利于果樹對(duì)于養(yǎng)分的吸收從而利于果實(shí)生長(zhǎng)。前人研究表明，有機(jī)肥的施用與其余肥料相比，果實(shí)單果重?zé)o明顯變化[30]，這可能與未固定養(yǎng)分投入量有關(guān)，而本試驗(yàn)固定了氮施用量，確保果實(shí)養(yǎng)分充足。同時(shí)果實(shí)的縱橫徑在各處理間的變化規(guī)律與單果重相似。但也有研究表明，果實(shí)形狀受施肥影響較小，主要由品種等其他因素決定[31]。

研究表明，果皮顏色是決定一個(gè)品種的市場(chǎng)接受度的首選性狀之一，蘋果的果實(shí)顏色主要由其底色所決定，其次是花青素沉積。光照、溫度、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、碳水化合物利用率等因素都會(huì)影響花青素的積累。光照強(qiáng)度和低溫對(duì)蘋果果皮中花青素的積累起著至關(guān)重要的作用[32]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同的施肥處理對(duì)于果實(shí)色澤影響較小。

3.2 不同施肥處理對(duì)果實(shí)可溶性固形物、可滴定酸及糖酸組分的影響

有研究表明，有機(jī)肥處理可以增加水果的可滴定酸含量[33]。在本研究中，所有肥料處理中水果的可滴定酸含量都高于不施肥處理，而且雞糞與化肥不同比例的處理中果實(shí)的可滴定酸含量都高于單獨(dú)施用化肥的處理，這與對(duì)檸檬的研究結(jié)果一致，即有機(jī)檸檬的可滴定酸濃度低于以常規(guī)方式種植的檸檬[34]。還有人認(rèn)為，有機(jī)肥可以降低水果的酸含量[35]，施用有機(jī)肥可以降低百香果的可滴定酸含量[36]，有機(jī)肥替代化肥可以降低蘋果果實(shí)的可滴定酸含量[37]。本研究結(jié)果表明，與單獨(dú)施用化肥相比，雞糞與化肥配施處理可以提高果實(shí)的果糖和蔗糖含量，并明顯提高果實(shí)的蘋果酸含量。該結(jié)果與以前對(duì)藍(lán)莓果實(shí)的研究[38]一致。

3.3 不同施肥處理對(duì)果實(shí)香氣物質(zhì)的影響

影響蘋果香氣的物質(zhì)主要由多種揮發(fā)性有機(jī)物組成，主要包括萜烯類、醛類、醇類、酯類、酮類及含硫化合物等。但是，并不是所有的揮發(fā)性物質(zhì)都會(huì)促成果實(shí)香氣的產(chǎn)生，只有當(dāng)其物質(zhì)含量達(dá)到一定數(shù)值才會(huì)對(duì)果實(shí)香氣產(chǎn)生影響。植物中香氣物質(zhì)的種類極其豐富，已鑒別出超過2000 種。前人研究表明不同施肥處理顯著影響了果實(shí)中香氣物質(zhì)的含量[24]，在紅棗上的研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)處理下的紅棗會(huì)有更高的糖、酸以及香氣物質(zhì)[39]。從初級(jí)代謝物到形成各種芳香族化合物至少有4 條途徑[40]。脂肪酸和氨基酸途徑是水果中合成酯類的兩條主要代謝途徑。酯類芳烴揮發(fā)物的產(chǎn)生受乙烯控制[41]。酯類是蘋果中最豐富的揮發(fā)性物質(zhì)。氮供應(yīng)在香氣的形成中起著作用，在缺氮的條件下，香氣的形成受到限制。脂肪酸和氨基酸是合成香氣物質(zhì)的重要底物[42]。因此，我們推測(cè)，氮肥的投入可以促進(jìn)果實(shí)中氨基酸等前體物質(zhì)的合成，進(jìn)而影響到香氣物質(zhì)的合成。本研究發(fā)現(xiàn)，在蘋果果實(shí)香氣物質(zhì)中酯類物質(zhì)占比極高，為75%左右，其次為醇類物質(zhì)，約占20%，其余為醛類、醚類、酮類物質(zhì)。酯類物質(zhì)中乙酸丁酯、乙酸己酯、2-甲基丁基乙酸酯含量較高。75% CHM 處理果實(shí)中上述3 種以及總酯類物質(zhì)含量最高，雞糞配施化肥處理酯類物質(zhì)含量顯著高于單施化肥以及CK 處理，說(shuō)明有機(jī)肥的施用能夠顯著提高果實(shí)中酯類物質(zhì)的積累。醇類物質(zhì)中己醇和正丁醇含量較高，其余醇類含量較低。75% CHM 處理果實(shí)中己醇正丁醇以及總醇類含量最高，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理果實(shí)中醇含量顯著高于單施化肥和CK 處理。果實(shí)中總香氣物質(zhì)含量也在75% CHM 處理更高，顯著高于單施化肥與CK 處理。因此，雞糞與化肥的不同配比對(duì)果實(shí)中多種香氣物質(zhì)的合成均有促進(jìn)作用，其中75% CHM 處理提升效果最為明顯。

4 結(jié)論

以適宜比例的雞糞替代化肥可提高果實(shí)外在品質(zhì)，增加單果重和果實(shí)體積，還可提升決定果品風(fēng)味的蘋果酸、酯類香氣物質(zhì)以及總香氣物質(zhì)含量。在供試條件下，雞糞與化肥按3∶1 的比例施用效果最佳。