無患子媛華不同物候期養(yǎng)分需求特征研究

劉俊濤 陳義勇 王立憲 任立文 曹秋麗 王冕之 鄭玉琳 翁學(xué)煌 趙鵬麗 賈黎明

關(guān)鍵詞：無患子；無性系；葉片礦質(zhì)元素；物候期；動(dòng)態(tài)變化

無患子（Sapindus mukorossi Gaertn.）為無患子科無患子屬落葉喬木，種植范圍廣泛，栽培歷史悠久[1-2]。無患子春季花期，夏秋果期，具有較高的利用價(jià)值，其果皮富含皂苷約20%，同時(shí)也是集生物質(zhì)能源、生物化工、綠化美化等功能于一體的多功能原料樹種[3]。無患子主要分布于我國淮河流域以南地區(qū)，集中種植于我國的東部和南部以及西南部地區(qū)，其在印度和美國等國家也有分布[4-5]。近年來，無患子產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展迅速，僅福建省種植面積達(dá)到2 萬hm2。從福建省眾多優(yōu)良品種中選育出媛華新品種，正在逐漸發(fā)展成為福建建寧地區(qū)的主推品種。該品種具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗病蟲等特點(diǎn)，也能夠自然矮化，深受種植企業(yè)和種植戶的歡迎，擁有廣闊的市場(chǎng)前景。但在實(shí)際生產(chǎn)上對(duì)其營養(yǎng)特性的了解較少，不利于林地施肥管理。葉片作為樹體重要的營養(yǎng)器官，對(duì)樹體營養(yǎng)狀況反應(yīng)敏感，葉片分析診斷被開發(fā)為診斷樹木營養(yǎng)狀況的手段[6-7]；近年來，葉片營養(yǎng)診斷被確定為未來施肥需求的推薦方法[8-11]。因此，探討無患子無性系葉片的養(yǎng)分含量變化規(guī)律并進(jìn)行養(yǎng)分診斷，對(duì)制定科學(xué)施肥技術(shù)，從而提高其產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要的指導(dǎo)意義。

葉片礦物質(zhì)營養(yǎng)元素對(duì)果樹生長、產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)具有重要的作用[7]。植物葉片礦物質(zhì)元素含量的吸收和利用主要受樹木本身（反映果樹樹體的營養(yǎng)狀況）以及外部環(huán)境（果樹林地土壤的供肥能力）的影響，是果樹養(yǎng)分管理的重要依據(jù)[12-13]。國內(nèi)外學(xué)者在經(jīng)濟(jì)林關(guān)鍵物候期營養(yǎng)需求規(guī)律做了大量的研究，主要集中在蘋果（Malus pumilaMill.）、藍(lán)莓（Vaccinium spp.）、杧果（MangiferaindicaL.）、臍橙[Citrus sinensis （L.） Osbeck]、葡萄（Vitis vinifera L.）和板栗（Castanea mollissima）等果樹[14-19]。由于不同品種和不同關(guān)鍵時(shí)期的營養(yǎng)特性不同，需肥規(guī)律也存在明顯差異[20-22]?？祵Ｃ绲萚16]研究認(rèn)為，宜在每年1 月采集第1 蓬葉進(jìn)行帕拉英達(dá)芒果葉片營養(yǎng)診斷。袁紫倩等[23]研究薄殼山核桃馬漢葉片主要礦質(zhì)營養(yǎng)元素生育期動(dòng)態(tài)變化特征，結(jié)果表明，葉片中N 與P 含量間呈極顯著正相關(guān)，N 與Ca 和P 與Ca 含量間呈極顯著負(fù)相關(guān)，P 與K 呈顯著正相關(guān)，葉片對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收具有明顯季節(jié)性，其中開花授粉期對(duì)N、P、K、Cu 的需求量較大，坐果期和果實(shí)膨大期對(duì)N、P、K 的需求量較大。而板栗在開花授粉期對(duì)N、P、K、Ca、B 與果實(shí)膨大期對(duì)N、P、K、Ca 需求量較大；果實(shí)發(fā)育期間板栗對(duì)Fe和Mn 的需求有持續(xù)增加的趨勢(shì)；不同物候期板栗對(duì)Cu 和Mn 的需求量變化較小[19]。九葉青花椒葉片中大、中量元素N 和P、K 之間均呈極顯著正相關(guān)，Ca 和N、P 之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)。N 和K 之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)建議施肥以N、K、Ca、P 肥為主，B、Zn、Mg 肥為輔，在花椒開花授粉和坐果期適當(dāng)補(bǔ)充追肥[24]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)無患子原料林的研究主要在品種選育、林產(chǎn)品產(chǎn)量提升、修枝整形等方面[25-28]。目前國內(nèi)對(duì)無患子無性系葉片礦質(zhì)元素含量的研究鮮有報(bào)道，導(dǎo)致不同樹齡無患子無性系的葉片營養(yǎng)診斷時(shí)期不明，因此難以準(zhǔn)確地診斷無患子無性系營養(yǎng)虧缺程度，致使福建建寧地區(qū)主產(chǎn)區(qū)無患子原料林的施肥管理帶有盲目性，未做到科學(xué)配方施肥，因此，有必要探究無患子無性系關(guān)鍵物候期營養(yǎng)需求規(guī)律。本研究以不同樹齡（5、6、7 a）無患子媛華原料林為研究對(duì)象，對(duì)葉片養(yǎng)分進(jìn)行不同關(guān)鍵時(shí)期跟蹤采樣，探究無患子媛華不同物候期葉片礦物質(zhì)元素動(dòng)態(tài)變化規(guī)律以及養(yǎng)分需求規(guī)律，以期為無患子養(yǎng)分管理和合理施肥管理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在有“中國無患子之鄉(xiāng)”之稱的福建建寧，于2021 年建成無患子國家級(jí)種質(zhì)資源庫。屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，又兼有大陸性山地氣候特點(diǎn)，年均氣溫17.0 ℃，年均降雨量1792 mm，多集中在春夏兩季，年均相對(duì)濕度84%。試驗(yàn)地土壤為砂質(zhì)黏壤土，土壤養(yǎng)分有機(jī)碳含量為7.75 g/kg，全氮含量為1.40 g/kg，全磷含量為0.36 g/kg，全鉀含量為27.95 g/kg，速效鉀含量為48.16 mg/kg，有效磷含量為1.32 mg/kg，堿解氮含量為36.01 mg/kg[28] ， 交換性鈣含量為90.13 mg/kg，交換性鎂含量為88.67 mg/kg，有效銅含量為0.52 mg/kg，有鋅含量為0.99 mg/kg，有效鐵含量為29.46 mg/kg ， 有效硼含量為0.25 mg/kg。在2020 年該試驗(yàn)樣地在試驗(yàn)期間無施肥，避免施肥對(duì)樹體養(yǎng)分的影響。媛華原料林于2014 年、2015 年、2016 年分別在1 年生苗木砧上嫁接。選取立地條件較為一致和生長健康的的無患子媛華原料林為研究對(duì)象，2017 年開始移栽造林，株行距為4 m×4 m，栽植密度為600～650株/hm2，試驗(yàn)林地采用統(tǒng)一的營林管護(hù)措施：全年除草3 次，5、6、7、9 每月除草1 次；全年殺蟲5 次，4、6、9 月每月噴施殺蟲劑1 次，7 月噴施殺蟲劑2 次。媛華原料林基本特征見表1。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理 2020 年，選取樹齡5、6、7 a的原料林為試驗(yàn)對(duì)象。將無患子生殖生長的關(guān)鍵物候期分為6 個(gè)階段：展葉期、花序抽生末期、花期末、果實(shí)膨大初期、果實(shí)轉(zhuǎn)色期和果實(shí)成熟期[29-30]。從樣樹中進(jìn)行取樣。取樣方法在展葉期到果實(shí)成熟期各單株樹冠四方外圍中上部采集健康的結(jié)果枝頂端的葉片20～30 片，105 ℃殺青30 min，然后在70 ℃恒溫下烘干，粉碎過l mm篩，將干粉干燥保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定[31]；全磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定[32]；全鉀含量采用火焰光度法測(cè)定[32]；鈣、鎂、鐵、硫、鋅元素含量等采用AAS 法[33]；硼元素含量采用干灰化-甲亞胺比色法[33]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016 和SPSS 21.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 2018 軟件作圖。使用SPSS 21.0 軟件進(jìn)行單向分組資料的方差分析（Oneway ANOVA）和新復(fù)極差法（Duncans）多重比較，使用Pearson 相關(guān)性分析一元線性相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同物候期媛華無患子原料林葉片養(yǎng)分含量動(dòng)態(tài)變化

結(jié)果如圖1 所示，自展葉期到果實(shí)成熟期，無患子原料林葉片中元素N 和P 的含量呈下降-上升-下降趨勢(shì)。N 和P 元素含量的最高值均出現(xiàn)在果實(shí)膨大初期，最低值均出現(xiàn)在花序抽生末期；P 含量在果實(shí)轉(zhuǎn)色期和果實(shí)成熟期之間無顯著差異，N 含量則有顯著差異。進(jìn)入坐果期，葉片中的N、P 含量迅速升高；進(jìn)入果實(shí)轉(zhuǎn)色期，N、P含量迅速下降，尤其是N 的降幅最大。在整個(gè)生長發(fā)育過程中，葉片中K、Ca、Mg 等含量總體呈現(xiàn)升高-降低趨勢(shì)，K、Ca、Mg 含量的最高值均出現(xiàn)在果實(shí)膨大初期；K 含量顯著高于其他關(guān)鍵生育期，且在其余生育期（花序抽生期、花期末、果實(shí)轉(zhuǎn)色期、果實(shí)成熟期）之間無顯著差異；Ca 和Mg 含量在展葉期和果實(shí)膨大初期存在顯著差異；進(jìn)入果實(shí)發(fā)育初期，特別是膨大期，葉片K、Ca、Mg 等含量急劇升高，而且K、Ca 含量升幅較大，當(dāng)果實(shí)逐漸成熟時(shí)，葉片中K 含量明顯下降；S 含量全年無顯著變化。說明無患子在花序抽生期對(duì)N、P 的需求較高；在果實(shí)發(fā)育期仍需大量N、P、K、Ca、Mg 元素，S 元素在整個(gè)無患子關(guān)鍵生育期的需求不高。

在無患子葉片微量元素中（圖2），自展葉期到果實(shí)轉(zhuǎn)色期，無患子原料林葉片中元素Fe 含量呈逐漸升高趨勢(shì)，F(xiàn)e 元素的含量最高值出現(xiàn)在果實(shí)轉(zhuǎn)色期，并顯著高于其余生育期，且前3 個(gè)時(shí)期無顯著差異，從展葉期到花期末，無患子結(jié)果枝葉片B 含量急劇降低，并在花期末達(dá)到最低，且顯著低于其他生育期（P<0.05），相反，Zn 元素含量在花期末達(dá)到最高，在花序抽生期最低，其在花序抽生期與展葉期、花期末、果實(shí)膨大初期存在顯著差異（P<0.05），其他時(shí)期無差異。說明無患子在花器官發(fā)育期對(duì)B 和Zn 的需求較高；進(jìn)入果實(shí)發(fā)育期對(duì)Fe 的需求較高。

2.2 不同樹齡媛華無患子原料林葉片養(yǎng)分元素含量差異

由表2 可知，不同樹齡原料林葉片大量元素中的N、K 元素含量和微量元素中的Zn、B 元素含量的均值差異均不顯著，但P、Ca、S、Mg、Fe 元素含量的均值存在不同程度的顯著差異，尤其7 a 樹齡原料林葉片P、Mg、Fe 含量顯著高于5 a 樹齡。

2.3 不同林齡無患子葉片中9 種礦質(zhì)營養(yǎng)元素間相關(guān)分析

如表3 所示，5、6、7 a 三個(gè)樹齡葉片中N 含量和P、K、Mg 等含量之間均呈顯著正相關(guān)，Ca含量和K、Fe 含量之間均呈顯著正相關(guān)，S 含量和Zn 含量之間呈負(fù)相關(guān)，Zn 含量和B 含量之間呈負(fù)相關(guān)，表明大量元素與微量元素含量間也存在較強(qiáng)的相關(guān)性。同理，在5 a 樹齡原料林中，葉片N 含量與S 含量呈顯著負(fù)相關(guān)，而K 含量與Zn 含量呈負(fù)相關(guān)，說明各個(gè)元素間關(guān)系較為密切。因此，無患子人工林植株各營養(yǎng)元素間吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)存在不同程度的協(xié)同或拮抗作用。

3 討論

葉片礦物質(zhì)營養(yǎng)元素對(duì)果樹生長、產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)具有重要的作用。葉片的營養(yǎng)狀況可以反映土壤的供給能力、植株對(duì)營養(yǎng)元素的吸收以及需求利用。N 元素是生長發(fā)育必需元素，是組成蛋白質(zhì)的主要成分，被稱為生命元素[34]。本研究結(jié)果表明，無患子葉片Ｎ含量在整個(gè)不同關(guān)鍵期（物候關(guān)鍵期）呈下降-上升-下降趨勢(shì)。在花器官發(fā)育時(shí)期，N 含量降低，說明新梢生長，花原基分化，花芽形成會(huì)消耗大量的N 元素。這與曹尚銀等[35]研究果樹花芽分化機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)花芽分化及雄花序發(fā)育過程中需要消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)果基本一致。相關(guān)研究表明，果樹在發(fā)芽分化機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)花芽分化及雄花序發(fā)育過程中需要消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì)[36-37]。這與本研究的結(jié)果基本一致。無患子進(jìn)入坐果期，果實(shí)逐漸發(fā)育膨大，會(huì)消耗大量的N 元素，導(dǎo)致葉片中Ｎ含量急劇下降。這與陳在新等[38]的研究結(jié)果相似，因?yàn)樵诠麑?shí)發(fā)育過程，需要葉片通過光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)和能量，由葉片養(yǎng)分物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到果實(shí)，造成果實(shí)光合產(chǎn)物的積累。無患子葉片P 含量的變化趨勢(shì)與N 含量相似，說明無患子在花芽分化期需要消耗大量的P，也意味著P 元素對(duì)花器官發(fā)育起到很重要的作用，P 肥應(yīng)在花芽分化前施用。在整個(gè)生長發(fā)育過程中，K 含量總體呈現(xiàn)升高-降低趨勢(shì)。從展葉期開始，葉面積逐漸增大，葉色漸漸加深，光合作用逐漸增強(qiáng)，需K 量逐漸增加，隨著關(guān)鍵物候期樹體的生長，葉片K 含量逐漸降低，這是因?yàn)镵 素與樹體生命活動(dòng)代謝過程有著密切關(guān)系，并為多種酶的活化劑，參與糖和淀粉的合成、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化，致使葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)被消耗[39-40]。說明在該時(shí)期追施K 肥有助于促進(jìn)果實(shí)膨大。進(jìn)入果實(shí)生長發(fā)育末期，樹體逐漸進(jìn)入休眠期，葉片老化、氣孔導(dǎo)度降低[41]，導(dǎo)致含量降低，也有研究表明增施Ca 肥可有效減少果實(shí)采后病害，也可延長儲(chǔ)存時(shí)間[42-43]。其機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。Mg 是葉綠素的成分，又是核糖核酸聚合酶等多種酶的活化劑[34]。研究結(jié)果表明，媛華無患子葉片中Mg 含量隨著關(guān)鍵物候時(shí)期呈現(xiàn)升高－降低。這可能是因?yàn)镸g 移動(dòng)性較強(qiáng)，隨著無患子樹體的葉幕逐漸建成，葉片逐漸成熟，Mg 漸漸儲(chǔ)存到葉片中，葉片發(fā)揮Mg 的儲(chǔ)存庫作用，生理分化結(jié)束后，Mg 用于形態(tài)分化，導(dǎo)致含量降低[34]。這與鄭誠樂等[44]研究結(jié)果相似。Zn 是許多酶所必需的元素，并且在DNA 轉(zhuǎn)錄、維持生物膜完整性，抗逆性等過程中起著重要作用[45]。葉片中Zn元素是可移動(dòng)元素，Zn 含量在不同的關(guān)鍵物候期波動(dòng)幅度不大，這與王衍安等[46]的研究結(jié)果一致。從無患子展葉期到果實(shí)轉(zhuǎn)色期，葉片中的Fe含量升高，表明無患子樹體需要充足的Fe 元素，在果實(shí)發(fā)育期間，許多生理過程需要葉片通過光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)和能量，其中Fe 元素直接參與葉片的光合作用過程，葉片保持較高的Fe 含量，對(duì)于提高葉片光合作用進(jìn)而保證樹體生長發(fā)育正常進(jìn)行有重要作用。B 可以參與作物體內(nèi)碳水化合物的運(yùn)輸和代謝，涉及細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和滲透調(diào)節(jié)等生理過程。在開花授粉期間，無患子人工林葉片B 含量急劇降低，在花期末有一個(gè)低谷，這與B 元素有促進(jìn)花芽器官分化的作用有關(guān)[47]。B元素對(duì)無患子的生理作用密切相關(guān)，B 元素參與花芽分化，導(dǎo)致葉片中的B 元素轉(zhuǎn)運(yùn)到花芽中，造成B 元素大量消耗，該時(shí)期注意追施硼肥。總之，在花器官的發(fā)育過程中，N、P、Zn、B 元素在葉片和花之間的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及分配較為活躍和頻繁；S、Fe、K、Ca、Mg 元素在葉片和花之間的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及分配水平較低。在果器官的發(fā)育過程中，N、P、K、Fe、Ca、Mg 元素在葉片和果之間的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及分配較為活躍和頻繁；S、Zn、B 元素在葉片和果之間的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及分配水平較低。植物礦質(zhì)離子間存在復(fù)雜的相互作用關(guān)系，而且在不同植物或樹種間表現(xiàn)不同[48-50]。本研究結(jié)果表明，無患子葉片中N 元素含量和K、P、Mg 元素含量之間均呈顯著正相關(guān)，這與袁紫倩等[23]研究結(jié)果一致。Ca 含量和K、Fe 含量之間均呈顯著正相關(guān)，S 含量和Zn 含量之間呈負(fù)相關(guān)，Zn 元含量和B 含量之間呈負(fù)相關(guān)，這與陳強(qiáng)等[15]對(duì)藍(lán)莓葉片營養(yǎng)分析的研究結(jié)果不一致，其原因可能是不同樹種對(duì)養(yǎng)分的需求不同而導(dǎo)致營養(yǎng)元素間相互作用的差異。

綜上所述，在無患子的生產(chǎn)栽培上，應(yīng)考慮各元素間的關(guān)聯(lián)，在花序抽生末期，應(yīng)及早追施氮肥、磷肥和硼肥；在坐果期要適量追肥，同時(shí)結(jié)合追施微肥。坐果期（6—7 月底）可作為葉片營養(yǎng)診斷的適宜時(shí)期；在今后的研究中，應(yīng)深入研究媛華無患子不同器官礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收利用能力，制定針對(duì)媛華無患子葉片營養(yǎng)診斷的標(biāo)準(zhǔn)，采取測(cè)土配方施肥方案，為媛華無患子無性系養(yǎng)分管理提供科學(xué)依據(jù)。