紐荷爾臍橙高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的磷鉀最佳配比研究

朱宗瑛，李 明，張長明，譚啟玲,2*，胡承孝,2，謝合平

（1 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢 430070；2 新型肥料湖北省工程實(shí)驗(yàn)室/華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心，湖北武漢 430070；3 夷陵區(qū)特產(chǎn)技術(shù)推廣中心，湖北宜昌 443100）

2011年中國柑橘種植面積和產(chǎn)量己經(jīng)超過美國和巴西，成為世界第一大柑橘生產(chǎn)國[1–2]。近年來我國柑橘生產(chǎn)已由供求基本平衡變?yōu)榫植抗┻^于求，因此改善果實(shí)品質(zhì)尤為重要。紐荷爾臍橙口感甘甜、營養(yǎng)豐富，深受消費(fèi)者青睞。磷是柑橘生長必需的大量元素之一，在降低柑橘果實(shí)有機(jī)酸、提高果實(shí)糖酸比方面有重要作用[3–4]。鉀被譽(yù)為“品質(zhì)元素”，合理施鉀可提高柑橘果實(shí)單果重，增加維生素C和糖含量[5–6]。鉀肥合理施用可以增強(qiáng)甘薯等作物中蔗糖代謝相關(guān)酶的活性[7–11]，進(jìn)而提高果實(shí)中蔗糖含量，達(dá)到改善作物品質(zhì)的作用。單施磷、鉀肥均可提高柑橘產(chǎn)量和品質(zhì)[8]，磷鉀配施對溫州蜜柑產(chǎn)量提高和品質(zhì)改善的效果優(yōu)于磷鉀肥單施[9]；在木薯上的研究也表明，磷鉀配施效果優(yōu)于磷鉀單施效果[10]。目前，國內(nèi)外磷鉀單施對柑橘果實(shí)品質(zhì)指標(biāo) (可溶性固形物、可滴定酸、固酸比和維生素C) 影響研究較多，而磷鉀配施對紐荷爾臍橙可溶性糖及主要有機(jī)酸影響的研究較少。本試驗(yàn)在合理施氮量0.80 kg/株的基礎(chǔ)上，以紐荷爾臍橙為試驗(yàn)材料，設(shè)置不同磷鉀配比處理，探討氮磷鉀肥配施對紐荷爾臍橙果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)及糖酸積累的影響，旨在優(yōu)化紐荷爾臍橙的施肥配方，為實(shí)現(xiàn)紐荷爾臍橙優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

2007年12月在湖北省秭歸縣王家橋村18～20年樹齡枳殼砧木的紐荷爾臍橙園開展田間試驗(yàn)。試驗(yàn)地為山區(qū)丘陵地貌，成土母質(zhì)為紫色頁巖。柑橘園土壤基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)8.42 g/kg、堿解氮113.91 mg/kg、有效磷 108.4 mg/kg、速效鉀 219.51 mg/kg、pH值5.94。除有機(jī)質(zhì)在缺乏范圍，其他指標(biāo)均為適宜。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)磷肥設(shè)P0、P1、P2、P3四個(gè)水平，P2O5施用量依次為0、0.20、0.40和0.60 kg/株；鉀肥設(shè)K0、K1、K2、K3四個(gè)水平，K2O 施用量依次為 0、0.25、0.50 和 0.75 kg/株。各處理施氮 (N) 量均為0.80 kg/株。采用“3414”試驗(yàn)方案 (固定氮水平)，共計(jì)7個(gè)處理。每個(gè)處理8株樹，4次重復(fù)。供試肥料為尿素 (N 46%)、磷酸二氫銨 (P2O544%，N 11%)和硫酸鉀 (K2O 50%)，分3次溝施，萌芽肥 (每年3月上旬施40%氮、60%磷、30%鉀)，保果肥 (每年5月中下旬30%氮、40%磷、50%鉀)，壯果肥(每年8月中旬30%氮、20%鉀)。于2012年11月26日 (處理后第5年) 臍橙成熟期調(diào)查掛果數(shù)，每株選樹冠中部外圍果實(shí)4個(gè)，取用適量果肉組織，用液氮保存后帶回實(shí)驗(yàn)室，–70℃超低溫冰箱保存，測定品質(zhì)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

果實(shí)可溶性固形物含量用手持?jǐn)?shù)顯糖量計(jì)測定；可滴定酸含量用0.1 mol/L NaOH中和滴定法測定；維生素C含量用2,6-二氯靛酚鈉滴定法測定[11]。

果實(shí)果糖、葡萄糖和蔗糖的測定：準(zhǔn)確稱取果肉樣品1 g，放入研缽在微波爐殺酶30 s，加入5 mL 90%乙醇勻漿，10000 g離心15 min，殘?jiān)尤? mL 90%乙醇再提取2次，合并上清液于90℃水浴鍋水浴蒸干，用水定容至10 mL，經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾，高效液相色譜儀測定 (Agilent 1200LC，RID 示差檢測器，CNW NH2色譜柱 (4.6 × 250 mm，5 μm)，流動相乙腈∶水 = 7∶3，流速 1 mL/min，柱溫 35℃，進(jìn)樣量 10 μL)[12]。

果實(shí)檸檬酸的測定：準(zhǔn)確稱取果肉樣品1 g，用5 mL 0.2% 偏磷酸冰浴研磨，10000 × g 離心 15 min，殘?jiān)尤? mL 0.2%偏磷酸再次提取，合并上清液，定容至10 mL，經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾，高效液相色譜儀測定 [Agilent 1200LC，RID示差檢測器，色譜柱 Athena C18 (4.6 mm × 250 mm，5 μm)，流動相0.2%偏磷酸，流速1 mL/min，柱溫35℃，進(jìn)樣量 10 μL][13–14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用 Microsoft Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan法進(jìn)行多重比較，Origin 2017 進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷鉀配比對紐荷爾臍橙果實(shí)產(chǎn)量的影響

由表1可知，各處理中，P2K3處理產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理。K2水平下，產(chǎn)量隨磷肥施用量的增加呈先增后降的變化規(guī)律，P2K2處理產(chǎn)量顯著高于其他處理，較P0K2處理產(chǎn)量提高44.6%。根據(jù)果實(shí)產(chǎn)量與磷肥施用量的回歸方程 y = –2500x2+2240.2x + 1278.05 (r = 0.867)，得出果實(shí)產(chǎn)量理論最大值對應(yīng)的磷肥施用量為0.45 kg/株，其值最接近P2處理磷肥施用量。各鉀肥處理中，P2K3處理產(chǎn)量最高，較P2K0顯著提高24.6%。

2.2 不同磷鉀配比對紐荷爾臍橙果實(shí)品質(zhì)的影響

2.2.1 不同磷鉀配比對紐荷爾臍橙果實(shí)品質(zhì)的影響 各磷肥處理中，P2K2處理果實(shí)可溶性固形物含量最高，顯著高于其他處理 (表2)。根據(jù)果實(shí)可溶性固形物含量與磷肥施用量的回歸方程 y = –126.0x3+112.5x2– 23.7x + 12.1 (r = 1.000)，得出果實(shí)可溶性固形物理論最大值對應(yīng)的磷肥施用量為0.46 kg/株，其值最接近P2處理磷肥施用量。P2水平下，果實(shí)可溶性固形物含量隨鉀肥用量的增加先上升后下降，P2K2處理含量最高，顯著高于其他處理；根據(jù)果實(shí)可溶性固形物含量與鉀肥施用量的回歸方程y =–5.4x2+ 4.91x + 10.88 (r = 0.732)，得出果實(shí)可溶性固形物理論最大值對應(yīng)的鉀肥施用量為0.45 kg/株，其值最接近K2處理鉀肥施用量。各磷鉀配比處理中，P2K2處理果實(shí)可溶性固形物含量最高，且顯著高于其他處理。

表1 不同磷鉀配比下的紐荷爾臍橙產(chǎn)量 (kg/tree)Table1 Yield of ‘Newhall’ navel Orange under different ratios of P and K fertilizers

由表2可知，增施磷肥，各處理果實(shí)可滴定酸含量較P0K2處理均有降低，其中P1K2和P3K2處理顯著降低；根據(jù)果實(shí)可滴定酸含量與磷肥施用量的回歸方程 y = 0.75x2– 0.61x + 0.94 (r = 0.688)，得出果實(shí)可滴定酸理論最小值對應(yīng)的磷肥施用量為0.41 kg/株，其值最接近P2處理磷肥施用量。鉀肥處理中，P2K1處理果實(shí)可滴定酸含量低于P2K0處理，P2K2處理果實(shí)可滴定酸含量顯著高于P2K0和P2K1處理；根據(jù)果實(shí)可滴定酸含量與鉀肥施用量的回歸方程 y = –0.4x2+ 0.43x + 0.70 (r = 0.647)，得出果實(shí)可滴定酸理論最大值對應(yīng)的鉀肥施用量為0.54 kg/株，其值最接近K2處理鉀肥施用量。各磷鉀配比中，P2K1處理果實(shí)可滴定酸含量最低，顯著低于P0K2和P2K2處理。

表2 不同磷鉀配比下紐荷爾臍橙果實(shí)品質(zhì)Table2 Fruit quality of Newhall navel orange under different ratios of P and K

由表2可知，P2K1處理果實(shí)固酸比最高，P2K0處理次之，兩處理均顯著高于P0K2處理，與其他處理無顯著差異。分別在K2、P2水平下增施磷肥、鉀肥，各處理果實(shí)固酸比均無顯著差異。

表2可知，各磷肥處理中，果實(shí)Vc含量在P2K2處理最高，顯著高于其他處理；P2水平下，隨鉀肥用量增加果實(shí)Vc含量先上升后下降，P2K2處理果實(shí)Vc含量最高，與其他處理差異顯著。各磷鉀配比中，P2K2處理果實(shí)Vc含量最高，顯著高于其他處理。

2.2.2 不同磷鉀配比對紐荷爾臍橙果實(shí)檸檬酸及可溶性糖積累的影響 由圖1可知，各處理中，P0K2處理果實(shí)檸檬酸含量最高，顯著高于其他處理 (除P1K2處理)，P2K1處理果實(shí)檸檬酸含量最低。K2水平下，增施磷肥果實(shí)檸檬酸含量先下降后上升，在P2K2處理果實(shí)檸檬酸含量最低，顯著低于P0K2處理。P2水平下，果實(shí)檸檬酸含量隨鉀肥施用量的增加呈增加趨勢，各處理差異不顯著。

各處理中，P2K2處理果實(shí)果糖含量最高，顯著高于P2K0處理，與其他處理差異不顯著 (圖1)。K2水平下，果實(shí)果糖含量隨磷肥施用量的增加呈先增后降的趨勢，各處理差異不顯著。P2水平下，果實(shí)果糖含量隨鉀肥施肥量的增加先上升后下降，P2K2處理果實(shí)果糖含量達(dá)到最高，較P2K0顯著提高23.8%。

圖1 不同磷鉀配比紐荷爾臍橙檸檬酸和可溶性糖含量Fig.1 The citric acid and soluble sugar content of Newhall navel orange under different ratios of P and K fertilizers[注（Note）：P0、P1、P2、P3代表 P2O5 施用量依次為 0、0.20、0.40 和 0.60 kg/株,K0、K1、K2、K3 代表 K2O 施用量依次為 0、0.25、0.50 和 0.75 kg/株.方柱上不同字母表示處理間差異顯著 (P＜0.05).P0、P1、P2、P3 represent applying P2O5 at 0,0.20,0.40 and 0.60 kg/tree; K0,K1,K2 and K3 represent applying K2O at 0、0.25、0.50 和 0.75 kg/tree.Different letters above the bars indicate significant differences among treatments at the 0.05 level.]

各處理中，P2K3處理果實(shí)葡萄糖含量最高，顯著高于其他處理 (圖1)。K2水平下，果實(shí)葡萄糖含量隨磷肥用量的增加先上升后下降，P2K2處理果實(shí)葡萄糖含量最高，較P2K0顯著提高20.8%。P2水平下，果實(shí)葡萄糖隨鉀肥用量的增加而增加，P2K2和P2K3處理果實(shí)葡萄糖含量較P2K0分別顯著提高33.2%和66.4%。

由圖1可知，各處理中，P2K2處理果實(shí)蔗糖含量最高，顯著高于P0K2、P2K0、P2K1處理。K2水平下，果實(shí)蔗糖含量隨磷肥用量的增加先上升后下降，P2K2處理果實(shí)蔗糖含量最高，較P0K2顯著提高12.5%。P2水平下，果實(shí)蔗糖含量隨鉀肥用量的增加亦呈先增后降的變化規(guī)律，果實(shí)蔗糖含量P2K1、P2K2和P2K3處理較P2K0分別顯著增加10.7%、25.1%和23.4%。

2.2.3 紐荷爾臍橙果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)指標(biāo)的建立 將臍橙果實(shí)可溶性固形物、可滴定酸、固酸比、Vc、檸檬酸、果糖、葡萄糖及蔗糖含量，分別用X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8表示，對這8個(gè)品質(zhì)指標(biāo)先進(jìn)行主成分分析提取，根據(jù)提取的各主成分對各品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合打分，以綜合得分進(jìn)行聚類分析，將7個(gè)處理果實(shí)的品質(zhì)進(jìn)行分類。

通過對8個(gè)因子進(jìn)行主成分提取，得到主要代表紐荷爾臍橙果實(shí)糖、酸各含量指標(biāo)、固酸比指標(biāo)及可溶性固形物與Vc含量指標(biāo)的3個(gè)主成分，其貢獻(xiàn)率分別為44.6%、29.2%、17.0% (表3)，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到90.7%，因此，用這3個(gè)主成分即可對果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行可信性評價(jià)。以各主成分特征值的貢獻(xiàn)率為分配系數(shù)，構(gòu)建紐荷爾臍橙果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)模型為：Y = 0.49Y1+ 0.32Y2+ 0.19Y3，式中 Y1、Y2、Y3分別代表第1、2、3主成分的線性組合。

表3 主成分特征值、貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率及特征向量Table3 Principal component eigenvalue, contribution rate, cumulative contribution rate and eigenvector

表4是根據(jù)臍橙果實(shí)品質(zhì)綜合評價(jià)模型，對各處理果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)得出的各處理主成分綜合得分，其排序結(jié)果表現(xiàn)為：P2K2＞ P0K2＞ P2K3＞P3K2＞ P2K1＞ P1K2＞ P2K0，其中 P2K2處理的得分為7個(gè)處理中最高，其品質(zhì)也相對最好。

聚類結(jié)果如圖2所示，可將果實(shí)品質(zhì)分為3個(gè)類群，類群一包含P2K2處理，其可溶性固形物、維生素C、果糖、蔗糖含量在3個(gè)類群中均是最高的，固酸比、葡萄糖含量相對較高，其風(fēng)味和營養(yǎng)品質(zhì)均屬較優(yōu)；類群二包含P2K0處理，其固酸比較高，但可溶性固形物、可滴定酸、Vc、檸檬酸、果糖、葡萄糖及蔗糖的含量均比較低，因此果實(shí)的風(fēng)味和營養(yǎng)價(jià)值不高，品質(zhì)較差；類群三包含P0K2、P1K2、P3K2、P2K1、P2K3處理，與類群一和類群二相比較，檸檬酸、可溶性固形物、可滴定酸、Vc、果糖、葡萄糖、蔗糖含量相對較高，其品質(zhì)介于類群一和類群二之間。綜合分析，可基本判定P2K2構(gòu)成的類群一品質(zhì)較優(yōu)，P2K0構(gòu)成的類群二品質(zhì)較差，P0K2、P1K2、P3K2、P2K1、P2K3構(gòu)成的類群三品質(zhì)中等；即各處理品質(zhì)排序?yàn)?P2K2＞ P0K2、P1K2、P3K2、P2K1、P2K3＞ P2K0。

表4 各處理主成分綜合得分Table4 Comprehensive scores of the treatments obtained by principal component method

圖2 不同磷鉀配比紐荷爾臍橙果實(shí)品質(zhì)評價(jià)因子聚類分析Fig.2 Component cluster analysis on fruit quality of ‘Newhall’ navel orange under different P and K ratios[注（Note）：P0、P1、P2、P3代表 P2O5施用量依次為 0、0.20、0.40 和 0.60 kg/株,K0、K1、K2、K3 代表 K2O 施用量依次為 0、0.25、0.50 和 0.75 kg/株 P0、P1、P2、P3 represent applying P2O5 at 0,0.20,0.40 and 0.60 kg/tree; K0,K1,K2 and K3 represent applying K2O at 0,0.25,0.50,0.75 kg/tree.]

3 討論

磷是植物體內(nèi)ATP主要組成成分，缺磷會導(dǎo)致植株光合作用受阻[15]，造成果實(shí)減產(chǎn)、糖積累下降及可滴定酸上升，果實(shí)品質(zhì)變差[16]。研究表明，供磷水平過低或過高，會導(dǎo)致椪柑果實(shí)產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降[13]；導(dǎo)致紐荷爾臍橙幼樹葉片中磷、鎂、錳和銅元素的缺乏或過量累積，同時(shí)不利于氮、鉀、鐵、鋅和硼元素的吸收[17–18]；還會降低庫爾勒香梨葉綠素含量和葉面積指數(shù)，造成產(chǎn)量下降[19]。磷肥 (P2O5) 施用量在0.62 kg/株范圍內(nèi)，溫州蜜柑果實(shí)糖含量隨磷肥用量增加而上升，當(dāng)施用量高于0.62 kg/株時(shí)，果實(shí)中糖的積累則會降低[23]。本試驗(yàn)條件下，施磷(P2O5)0.40 kg/株時(shí)，紐荷爾臍橙產(chǎn)量最高，品質(zhì)最佳，因此適宜磷肥 (P2O5) 用量為 0.40 kg/株；根據(jù)紐荷爾臍橙產(chǎn)量、可溶性固形物、可滴定酸含量與施磷量函數(shù)關(guān)系，可得施磷 (P2O5) 量分別為0.45、0.46 kg/株時(shí)，產(chǎn)量、果實(shí)可溶性固形物含量最高，施磷(P2O5) 量0.41 kg/株時(shí)，果實(shí)可滴定酸含量最低，綜合試驗(yàn)設(shè)計(jì)和理論施肥量得紐荷爾臍橙推薦施磷量為 0.41～0.46 kg/(tree·a)。

鉀可以促進(jìn)酶的活化，提高植物細(xì)胞膜的運(yùn)輸能力，促進(jìn)光合作用產(chǎn)物向儲藏器官運(yùn)輸，增加“庫”的儲存量[20]。適量鉀肥供應(yīng)，能提高柑橘產(chǎn)量、果實(shí)可溶性固形物和Vc含量，降低酸含量[21]；顯著提高甘薯產(chǎn)量和可溶性糖含量[7]；超過鉀適量值，夏玉米籽粒淀粉含量及積累速率會降低[22]。柑橘果實(shí)中有機(jī)酸含量與柑橘葉片中鉀含量具有正相關(guān)性[23–24]，鉀過量會導(dǎo)致柑橘果實(shí)著色差、果皮變厚、出汁率降低及有機(jī)酸升高等癥狀[25]。鉀肥對臍橙產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究表明，施鉀 (K2O) 量250 kg/hm2時(shí)，羅臍35號產(chǎn)量和可溶性固形物含量最高，施鉀量 (K2O) 超過 250 kg/hm2，果實(shí)產(chǎn)量和可溶性固形物含量均有下降趨勢[26]。本研究表明，紐荷爾臍橙產(chǎn)量會隨施鉀量的增加持續(xù)增加，在0.75 kg/株時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，此時(shí)果實(shí)可溶性固形物和Vc含量均較低，果實(shí)品質(zhì)較差。果農(nóng)過度施用鉀肥以追求最高產(chǎn)量，但消費(fèi)者更注重其品質(zhì)。本試驗(yàn)條件下，施鉀(K2O) 量0.50 kg/株時(shí)，紐荷爾臍橙產(chǎn)量較高，果實(shí)品質(zhì)最佳，因此適宜鉀肥 (K2O) 用量為 0.50 kg/株；根據(jù)紐荷爾臍橙產(chǎn)量、可溶性固形物、可滴定酸含量與施鉀量的函數(shù)關(guān)系，可得施鉀 (K2O) 量0.75 kg/株時(shí)產(chǎn)量最高，施鉀 (K2O) 量分別為0.45、0.54 kg/株時(shí)，果實(shí)可溶性固形物和可滴定酸含量最高，綜合試驗(yàn)設(shè)計(jì)和理論施肥量得紐荷爾臍橙推薦施鉀(K2O) 量為 0.45～0.50 kg/(tree·a)。

氮磷鉀肥合理配施，可以顯著提高西瓜[27]、甘蔗[28]、菠蘿[29]等的產(chǎn)量，改善其品質(zhì)。已有研究結(jié)果中，柑橘最佳施肥量和施肥比例不盡相同。南豐蜜桔合適的N、P2O5、K2O用量分別為0.68、0.31、0.50 kg/株，相應(yīng)的 N∶P2O5∶K2O比例為1∶0.46∶0.74[30]；羅伯遜臍橙合適的N、P2O5、K2O用量分別為0.80、0.40、0.75 kg/株，相應(yīng)的N∶P2O5∶K2O比例為1∶0.5∶0.94[31]；6年樹齡的哈姆林果樹優(yōu)化N、P2O5、K2O用量分別為：0.53、0.52、0.43 kg/株，相應(yīng)的 N∶P2O5∶K2O 比例為1∶0.98∶0.83[32]；這些差異主要與土壤基礎(chǔ)肥力、試驗(yàn)品種、柑橘樹齡等不同有密切關(guān)系。

4 結(jié)論

1) 施用適量磷、鉀肥可提高紐荷爾臍橙果實(shí)產(chǎn)量，過高磷肥投入果實(shí)產(chǎn)量有下降趨勢。適量磷肥供應(yīng)可顯著提高紐荷爾臍橙果實(shí)可溶性固形物和Vc含量，提高果實(shí)果糖、葡萄糖及蔗糖含量，有利于降低果實(shí)可滴定酸和檸檬酸含量。

2) 施用鉀肥可提高果實(shí)可溶性固形物、Vc、果糖、葡萄糖及蔗糖含量；鉀肥供應(yīng)量過高會使果實(shí)可滴定酸和檸檬酸含量升高，降低其改善品質(zhì)的效果，低鉀供應(yīng)果實(shí)可滴定酸和檸檬酸含量有下降趨勢。

3) 在施氮 0.8 kg/(tree·a) 基礎(chǔ)上，磷肥 (P2O5)、鉀肥 (K2O) 用量分別為 0.40 和 0.50 kg/(tree·a) 時(shí)，可增加紐荷爾臍橙產(chǎn)量，提高果實(shí)可溶性固形物、維生素C、固酸比及可溶性糖含量，降低可滴定酸和檸檬酸含量。以紐荷爾臍橙產(chǎn)量較高、果實(shí)風(fēng)味最佳為目標(biāo)，推薦18～20樹齡紐荷爾臍橙磷肥(P2O5)、鉀肥 (K2O) 施用量分別為 0.41～0.46 和0.45～0.50 kg/(tree·a)，相應(yīng)的 N∶P2O5∶K2O 比例為1∶0.51～0.58∶0.56～0.63。