不同品種辣木全氮的動(dòng)態(tài)變化特征研究

陳永川，張祖兵，許木果，楊麗萍，趙春攀，龍繼明，李海泉

（云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南 景洪 666100）

辣木具有高鈣、高蛋白質(zhì)、高纖維、高維生素、低脂等特點(diǎn)，富含各類礦物質(zhì)和人體必需氨基酸，具有治療高血脂、高血壓、糖尿病，增強(qiáng)體力、抑制病菌、驅(qū)除寄生蟲(chóng)等功效。辣木的種子和葉子中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，其中辣木葉片中鈣和蛋白質(zhì)分別是牛奶的4倍和2倍，鉀是香蕉的3倍，鐵是菠菜的3倍 ，Vc是柑橘的7倍，胡蘿卜素是胡蘿卜的4倍。辣木葉在印度、菲律賓群島、夏威夷及部分非洲國(guó)家將其作為高營(yíng)養(yǎng)蔬菜，葉柄及辣木枝常被粉碎作為動(dòng)物蛋白飼料的添加劑［1-2］。

在國(guó)外辣木種植主要分布在印度、埃及、菲律賓、斯里蘭卡、泰國(guó)、馬來(lái)西亞、巴基斯坦、新加坡、古巴、尼日利亞、坦桑尼亞等國(guó)，種植總面積約4.7萬(wàn)hm2，其中最大生產(chǎn)國(guó)印度，種植面積約3.8萬(wàn)hm2。在我國(guó)主要分布在云南、海南、廣東、四川、福建、貴州以及臺(tái)灣等地，以企業(yè)為種植主體，種植總面積約6.7×103hm2（不含臺(tái)灣）［1］。全世界有辣木品種14個(gè)，迄今為止國(guó)內(nèi)外種植和推廣較多，且具有商業(yè)價(jià)值和開(kāi)發(fā)前景的主栽品種主要是多油辣木（M.oleifera Lam）、狹瓣辣木（M.stenopetala.）以及印度改良種‘PKM1'辣木［3］。目前辣木的種植和開(kāi)發(fā)已成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注熱點(diǎn)，研究主要集中在辣木營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、功能成分、藥用價(jià)值等用途方面［4-7］。但是不同辣木在不同生長(zhǎng)樹(shù)齡、不同采收時(shí)期和不同采收部位氮的動(dòng)態(tài)比較未見(jiàn)報(bào)道，而氮含量可能隨不同的品種和部位而不一樣。氮是影響辣木生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)元素，是所有的蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸和葉綠素的重要組成部分，是合成葉綠素和光合蛋白的主要成分。蛋白質(zhì)是葉片氮存在的主要形式，通常有71%～77%的葉片氮存在于蛋白質(zhì)中［8］，因此辣木蛋白質(zhì)含量高低與辣木氮含量有關(guān)。辣木中氮含量的高低可以反映辣木對(duì)土壤中氮的吸收和儲(chǔ)藏能力，而辣木莖、枝是辣木葉氮的源和庫(kù)。目前，對(duì)辣木中氮含量也主要局限于某一區(qū)域、某一時(shí)期的研究［9］。不同品種辣木由于生長(zhǎng)特性不同，在不同時(shí)期、不同采收部位中氮的吸收利用分配不同，其氮的含量可能不同。

因此，筆者對(duì)不同樹(shù)齡的‘多油辣木'、‘狹瓣辣木'和‘PKM1 辣木'在不同采收時(shí)期葉、莖、枝中氮含量及氮的生物累積量的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析研究，弄清不同辣木品種、不同樹(shù)齡、不同部位氮含量及累積量在不同時(shí)期動(dòng)態(tài)分布，以期進(jìn)一步為辣木養(yǎng)分施肥管理、開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)點(diǎn)選在云南西雙版納云南省熱帶作物科學(xué)研究所辣木品種試驗(yàn)示范基地進(jìn)行，其種植品種為多油辣木、狹瓣辣木和‘PKM1'辣木，生長(zhǎng)年限分別為3年和14年，株行距3 m×4 m。3年生辣木生長(zhǎng)高度約2～3 m，莖圍16～25 cm；14年生辣木生長(zhǎng)高度約4～5 m，莖圍70～100 cm。供試土壤為磚紅壤，理化性質(zhì)為pH值 5.52，全氮1.1 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)16.7 g·kg-1，有效磷184.9 mg·kg-1，速效鉀193.8 mg·kg-1。施肥種類為復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15），每株施0.5 kg，一般在3～5月環(huán)形溝施。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集

從2016年4～11月的每個(gè)月中旬（4～11月為辣木生長(zhǎng)期），分別采摘長(zhǎng)勢(shì)粗細(xì)大小一致3年生和14年生多油辣木、狹瓣辣木和‘PKM1'辣木梢（葉、葉柄）及枝條（15～20 cm），3次 重 復(fù)（ 每5株 樹(shù) 為1重 復(fù) ）。 并于11月測(cè)定辣木整株葉、莖（葉柄）、枝條生物量。辣木梢鮮樣分成葉和莖（葉柄）、枝剪短成2 cm稱重，經(jīng)烘箱105℃殺青30 min后，65～70℃烘干稱重，粉粹備用。

1.2.2 分析項(xiàng)目及測(cè)定方法

植株全氮：濃硫酸-過(guò)氧化氫消解，連續(xù)流動(dòng)注射分析儀測(cè)定［10］。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan 檢驗(yàn)方法進(jìn)行多重比較，差異顯著性為α=0.05水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹(shù)齡辣木品種全氮的年變化

表1顯示了3年和14年樹(shù)齡多油辣木、狹瓣辣木、‘PKM1'辣木葉、莖、枝中氮年變化特征。不同辣木品種由于生長(zhǎng)特性及遺傳特征差異，表現(xiàn)出不同品種、樹(shù)齡及采收部位氮含量不同。辣木全氮含量總體呈現(xiàn)葉＞莖＞枝，14年樹(shù)齡高于3年樹(shù)齡。不同辣木品種對(duì)氮的吸收累積能力不同，全氮含量葉表現(xiàn)為：多油辣木＞‘PKM1'辣木＞狹瓣辣木；莖表現(xiàn)為：‘PKM1'辣木和狹瓣辣木＞多油辣木；枝中氮含量受品種、樹(shù)齡的影響而呈現(xiàn)不同特征差異，3年樹(shù)齡呈現(xiàn)多油辣木、‘PKM1'辣木低于狹瓣辣木；14年樹(shù)齡呈現(xiàn)多油辣木高于‘PKM1'和狹瓣辣木。葉、枝中全氮累積量表現(xiàn)為：狹瓣辣木＞多油辣木＞‘PKM1'辣木；莖表現(xiàn)為：‘PKM1'辣木和狹瓣辣木＞多油辣木。但是由于辣木氮的累積量與氮含量和生物量有關(guān)，其辣木氮累積量呈現(xiàn)枝＞葉＞莖，14年樹(shù)齡相對(duì)較高，3年樹(shù)齡相對(duì)較低。狹瓣辣木和多油辣木氮的累積量最多，而狹瓣辣木葉和枝氮累積量都相對(duì)較高。

表1 不同樹(shù)齡辣木品種全氮的年變化特征比較

辣木對(duì)氮的吸收受品種、樹(shù)齡、季節(jié)的影響，其全氮含量呈現(xiàn)不同的年變化特征，變化范圍較大。不同樹(shù)齡品種葉中氮含量年變化分別為多油辣木38.97～64.81 g·kg-1、狹瓣辣木32.36～54.34 g·kg-1、‘PKM1'辣木 41.06 ～ 59.33 g·kg-1，年變異為9.5%～13.2%。莖中氮的變化分別為多油辣木16.50～33.63 g·kg-1、狹瓣辣木12.23～29.47 g·kg-1、‘PKM1'辣木16.48～38.78 g·kg-1，年變異為15.3%～29.8%。枝中氮的含量年變化分別為多油辣木10.36～35.75 g·kg-1、狹瓣辣木12.23～22.26 g·kg-1、‘PKM1'辣木 10.40 ～ 23.41 g·kg-1，年變異為20.4%～22.6%。

圖1 不同樹(shù)齡辣木品種全氮的動(dòng)態(tài)變化

以上結(jié)果表明了氮含量高低與采摘品種、部位、季節(jié)有關(guān)。葉中氮最高含量是最低氮含量的1.5倍；莖和枝中最高氮含量是最低氮含量2倍；葉中全氮含量是莖和枝的2～3倍，顯著高于莖和枝；莖和枝中氮的年變異最大，因?yàn)槿~是蛋白質(zhì)的主要合成器官，而蛋白質(zhì)的合成需要大量氮，而大部分的氮主要累積在枝中，因此枝是葉片氮的源和庫(kù)。樹(shù)齡越高、生物量越大，其樹(shù)體對(duì)氮含量吸收儲(chǔ)存累積越多，對(duì)葉片養(yǎng)分的供應(yīng)能力越強(qiáng)。

2.2 不同樹(shù)齡辣木品種全氮的月變化

圖1為3年樹(shù)齡和14年樹(shù)齡多油辣木、‘PKM1'辣木和狹瓣辣木葉、莖、枝中氮的月動(dòng)態(tài)變化特征，氮含量隨品種、樹(shù)齡、季節(jié)、部位而變化。

3年樹(shù)齡不同辣木品種中氮含量呈現(xiàn)葉＞莖＞枝，總體趨勢(shì)隨時(shí)間變化而逐漸降低，季節(jié)變化差異較大。葉中氮含量表現(xiàn)為4月和6月最高，5月和9～11月最低。狹瓣辣木與多油辣木、‘PKM1'辣木相比，葉中全氮含量隨時(shí)間下降幅度最大，4～8月較高，9～11月較低。氮含量高低可能與春、夏季辣木光合作用較強(qiáng)，氮吸收能力較強(qiáng)，而秋冬季溫度較低，光合作用較弱，氮吸收較弱有關(guān)。氮含量下降也可能與土壤中氮的供應(yīng)能力隨時(shí)間變化有關(guān)。多油辣木和‘PKM1'辣木品種葉中氮含量差異較小，但明顯高于狹瓣辣木。與葉相比，莖中全氮含量下降趨勢(shì)更為明顯，品種間氮含量隨時(shí)間變化而存在差異。枝中全氮的含量與莖含量變化具有類似趨勢(shì)，4～9月逐漸降低，9～11月逐漸升高。枝中呈現(xiàn)狹瓣辣木＞‘PKM1'辣木、多油辣木，差異較為明顯。

14年樹(shù)齡3個(gè)品種辣木葉、莖、枝全氮含量變化趨勢(shì)與3年樹(shù)齡辣木具有類似特征。全氮含量呈現(xiàn)葉＞莖＞枝，并隨時(shí)間變化逐漸降低。與葉相比，莖和枝中氮含量隨時(shí)間變化下降幅度最大。葉中氮含量呈現(xiàn)多油辣木＞‘PKM1'辣木＞狹瓣辣木。品種差異較為明顯，并表現(xiàn)為4月、6月最高，其他月份相對(duì)較低。與3年樹(shù)齡相比，多油辣木和‘PKM1'辣木葉中全氮含量與狹瓣辣木氮含量差異更顯著。多油辣木與‘PKM1'辣木葉氮含量隨時(shí)間變化而呈現(xiàn)不同特征差異。辣木莖中全氮含量5～9月呈現(xiàn)狹瓣辣木＞多油辣木和‘PKM1'辣木。多油辣木和‘PKM1'莖中含量差異較小。莖中氮的變異系數(shù)分別為‘PKM1'辣木29.8%＞多油辣木20.1%＞狹瓣辣木15.3%，而氮變異較大與氮含量下降幅度較大有關(guān)。3～6月辣木枝中全氮含量呈現(xiàn)多油辣木高于‘PKM1'辣木和狹瓣辣木，其他月份含量差異變化較大。

圖2 不同樹(shù)齡辣木品種全氮累積量動(dòng)態(tài)變化

以上結(jié)果表明：3年樹(shù)齡和14年樹(shù)齡辣木葉、莖、枝中全氮含量都具有類似的變化趨勢(shì)，總體趨勢(shì)氮含量葉＞莖＞枝，14年樹(shù)齡高于3年樹(shù)齡。葉中氮14年樹(shù)齡的變異小于3年樹(shù)齡。氮含量隨時(shí)間變化逐漸降低，4～8月較高、9～11月較低。莖和枝中氮含量下降幅度比葉更大，這可能與氮轉(zhuǎn)移到葉中有關(guān)；不同辣木品種由于生長(zhǎng)特性、遺傳差異、器官等的不同，其葉、莖、枝中全氮含量又具有不同的變化特征，且不同品種莖和枝中全氮含量隨時(shí)間變化差異較大。

2.3 不同樹(shù)齡辣木品種全氮累積量月變化

圖2為3年樹(shù)齡和14年樹(shù)齡多油辣木、‘PKM1'辣木和狹瓣辣木單株葉、莖、枝中氮的生物累積量月變化特征。氮累積量隨品種、樹(shù)齡、季節(jié)、部位而變化，并與氮含量和生物量相關(guān)。

3年樹(shù)齡和14年樹(shù)齡不同辣木品種中氮的生物累積量呈現(xiàn)枝＞葉＞莖，14年樹(shù)齡相對(duì)較高，3年樹(shù)齡相對(duì)較低。由于葉和莖的生物產(chǎn)量相對(duì)較小，其氮的累積量年變化差異也相對(duì)較小。但是狹瓣辣木葉和莖的生物量較大，其生物產(chǎn)量也相對(duì)較高，多油辣木和‘PKM1'辣木最低。與葉、莖相比，枝中氮累積量4～7月呈現(xiàn)先下降后升高，9～11月再升高的趨勢(shì)，尤其是多油辣木和‘PKM1'辣木最為明顯。而7～9月氮累積量下降，可能與氮被辣木果實(shí)采收帶走有關(guān)，也可能與主干生物量較大，大部分氮累積在主干有關(guān)。氮的累積量并不是呈現(xiàn)逐漸升高的曲線，可能是4～9月氮供應(yīng)辣木果實(shí)生長(zhǎng)，并且大部分氮被果實(shí)帶走。而9～11月辣木生長(zhǎng)相對(duì)緩慢，并且呈現(xiàn)落葉狀態(tài)，因此氮主要累積在枝條中，并呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。枝中氮的累積量：3年樹(shù)齡表現(xiàn)為狹瓣辣木＞多油辣木＞‘PKM1'辣木，14年樹(shù)齡表現(xiàn)為多油辣木＞狹瓣辣木、‘PKM1'辣木。多油辣木和‘PKM1'辣木葉和莖氮的累積量差異不明顯，這與兩個(gè)辣木品種葉和莖生物量差異較小有關(guān)。與多油辣木和‘PKM1'辣木相比，狹瓣辣木葉、莖、枝中氮含量相對(duì)較低（圖1），但是由于其生物量較大，因此氮的生物累積量較多（圖2）。

3 討論與結(jié)論

研究結(jié)果表明，辣木全氮含量受品種、樹(shù)齡、季節(jié)的影響，呈現(xiàn)明顯的動(dòng)態(tài)變化特性。辣木全氮含量總體呈現(xiàn)葉＞莖＞枝，14年樹(shù)齡高于3年樹(shù)齡，4～8月較高，9～11月較低的趨勢(shì)。辣木不同部位氮含量高低可能與辣木不同部位氮的運(yùn)轉(zhuǎn)分配、利用有關(guān)，也可能與品種、樹(shù)齡、季節(jié)影響有關(guān)，因此年變化差異較大。辣木葉中全氮含量較高，年平均含量達(dá)49 g·kg-1，是莖和枝中氮的2～3倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他植物氮的含量，顯示了辣木葉片對(duì)氮的高富集特性［10］。辣木氮含量的高低與辣木蛋白質(zhì)含量相關(guān)聯(lián)，并決定辣木中蛋白質(zhì)含量［11］。辣木葉片氮含量較高可能與辣木具有較強(qiáng)的光合能力有關(guān)。與莖和枝相比，葉片是光合作用的主要器官，大部分氮由枝和莖轉(zhuǎn)移到葉片中參與合成蛋白質(zhì)，因此葉片中氮含量較高。但是由于辣木枝的生物量較大，枝中氮的絕對(duì)累積量較高。14年樹(shù)齡辣木氮含量高于3年樹(shù)齡辣木，且枝的生物量最大，氮累積最多，表明樹(shù)齡越高，主干越粗其樹(shù)體對(duì)氮的吸收儲(chǔ)存越多，對(duì)養(yǎng)分的供應(yīng)能力越強(qiáng)。辣木枝的生物量最大，氮的累積量最多，進(jìn)一步表明枝是辣木葉氮的源和庫(kù)。辣木高氮的營(yíng)養(yǎng)特征證實(shí)辣木對(duì)氮的需求量較大，而研究結(jié)果顯示辣木氮隨時(shí)間變化呈現(xiàn)波動(dòng)，且具有逐漸降低的趨勢(shì)，這可能與土壤氮含量供應(yīng)能力不足有關(guān)，而辣木園土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮前期高、后期低。有研究認(rèn)為植物葉片氮磷比小于14，植物生長(zhǎng)更大程度受到氮素的限制作用［12］，而辣木葉片中的氮磷比大多小于14［9］。本研究結(jié)果表明辣木氮含量隨時(shí)間而下降，因此辣木生長(zhǎng)可能受氮素的影響更大，而保證土壤中氮供應(yīng)可能是提高辣木產(chǎn)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。

也有研究認(rèn)為辣木養(yǎng)分的變化與品種、生長(zhǎng)環(huán)境密切相關(guān)［4,5,7］。劉昌芬的研究也表明辣木養(yǎng)分隨地區(qū)差異而變化［3］。

辣木氮含量高低可能與不同辣木品種遺傳特性不同，對(duì)氮的吸收能力不同有關(guān)。葉為多油辣木＞PKM1辣木＞狹瓣辣木；莖為PKM1辣木和狹瓣辣木＞多油辣木；枝中氮含量受品種、樹(shù)齡的影響而呈現(xiàn)不同特征差異。但是由于狹瓣辣木葉和枝的生物量較大，葉和枝中氮的絕對(duì)累積量較高，因此狹瓣辣木對(duì)土壤中氮需求量較大。由于大量氮被辣木果實(shí)生長(zhǎng)帶走，并且主干生物量較大，氮主要積累在主干中，因此葉、莖、枝中氮的生物累積量并不是呈現(xiàn)逐漸升高的曲線。有關(guān)影響辣木不同部位氮的生物累積量原因還需進(jìn)一步研究。

辣木對(duì)氮的吸收除受樹(shù)齡、品種影響外，還與季節(jié)變化的影響有關(guān)。辣木氮含量隨時(shí)間變化而逐漸降低，變化范圍較大，總體趨勢(shì)4～8月較高，9～11月較低。辣木長(zhǎng)期吸收土壤養(yǎng)分，土壤肥力變化可能會(huì)影響辣木對(duì)養(yǎng)分吸收、累積。辣木施肥一般都在3～5月，因此辣木器官中氮逐漸降低可能也與前期土壤氮供應(yīng)充足，后期氮不足有關(guān)。而且不同時(shí)期光照、溫度和水分變化不一樣，西雙版納5～10月屬于雨季，土壤中氮移動(dòng)性較強(qiáng)，且溫度較高，光照充足，這都有利于辣木對(duì)氮的吸收利用。有研究也認(rèn)為季節(jié)、海拔都會(huì)影響辣木葉中的養(yǎng)分含量［4,7,13］，本結(jié)果也表明不同生長(zhǎng)季節(jié)變化會(huì)影響辣木氮含量。

目前，辣木-土壤系統(tǒng)中氮養(yǎng)分動(dòng)態(tài)遷移轉(zhuǎn)化及與其他養(yǎng)分的相互作用對(duì)辣木生長(zhǎng)的影響并不清楚，如何保證不同時(shí)期辣木養(yǎng)分平衡，提高辣木產(chǎn)量和品質(zhì)是目前需要解決的問(wèn)題。