施氮过量对椪柑园土壤和树体矿质养分及果实品质的影响

李菲菲 黄成能 谢深喜 卢晓鹏

摘要：【目的】探明過量施用氮肥对椪柑园土壤和树体矿质养分及果实品质的影响，为柑橘生产上科学施用氮肥提供参考依据。【方法】以8年生太田椪柑为试验材料，进行连续施氮致树体氮含量过量处理，以正常施肥管理为对照（CK），监测土壤和树体矿质养分、叶片叶绿素含量及果实品质的变化情况。【结果】施氮过量的椪柑果园土壤pH明显低于适宜值（5.50～6.50），并使其他矿质养分含量受到不同程度影响；施氮过量的椪柑果实成熟期（盛花后195 d）土壤有机质含量为15.42 g/kg，显著高于CK（9.50 g/kg）（P<0.05，下同），碱解氮含量为323.92 mg/kg，高于适宜值（100.00～200.00 mg/kg），且显著高于CK（91.75 mg/kg）。施氮过量后椪柑果实成熟期叶片氮含量为3.12%，显著高于CK（2.62%），也致使其他养分含量发生不同程度变化；叶片叶绿素总量显著升高，盛花后165 d较CK增加73.3%；果实中氮含量显著升高，果实发育后期出现粗皮大果症状，并伴随着蔗糖含量小幅升高。相关性分析结果表明，土壤和叶片中的氮含量与果皮厚度呈显著正相关，果实氮含量与柠檬酸含量呈显著正相关。【结论】氮肥施用过量会打破椪柑园土壤、树体和果实中其他矿质养分的平衡，树体叶绿素含量升高，光合产物进一步积累，导致果实粗皮大果，因此生产上应依据果园营养状况合理施用氮肥。

关键词： 椪柑；施氮过量；矿质养分；叶绿素；果实品质

中图分类号： S666.1 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）04-0748-09

Effects of excessive nitrogen application on orchard soil and tree mineral nutrients and fruit quality of ponkan

LI Fei-fei1，2，3， HUANG Cheng-neng1，2，4， XIE Shen-xi1，2， LU Xiao-peng1，2*

（1College of Horticulture and Landscape， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China； 2Changsha Subcenter， National Center of Citrus Improvement， Changsha 410128， China； 3Institute of Horticultural， Hunan Academy of Agricultural Sciences， Changsha 410125， China； 4Qingyuan Station for Agricultural Technique Promotion， Qingyuan， Guangdong 511518， China）

Abstract：【Objective】To supply reference for applying nitrogen fertilizer scientifically in citrus production， this study revealed the effects of excessive nitrogen application on soil of ponkan orchards， mineral nutrients in ponkan tree and fruit quality. 【Method】Using eight-year-old Ota ponkan（Citrus reticulata Blanco cv. Ponkan） trees as materials，they were treated by excessive nitrogen application continuously. The pokan seedlings treated by ordinary fertilization were as control（CK）. Variation of mineral nutrients in soil and pokan seedlings， chlorophyll contents in leaf and fruit quality were monitored. 【Result】The result showed that soil pH in orchard with excessive nitrogen application was greatly lower than that optimum value（5.50-6.50）， and other mineral nutrients were also affected at different extents. At fruit mature stage（195 d after flowering）， the organic matter content in soil with excessive nitrogen application was 15.42 g/kg， significantly higher than that in CK soil 9.50 g/kg（P<0.05，the same below）. Available nitrogen in treatment soil was 323.92 mg/Kg， higher than optimum value（100.00-200.00 mg/kg） and significantly higher than CK（91.75 mg/kg）.With excessive nitrogen application treatment， leaf nitrogen content was 3.12% at fruit mature stage， significantly higher than 2.62% in CK； other mineral nutrients in ponkan leaves were also changed at various levels. Meanwhile， total chlorophyll in leaf increased significantly， and it rose by 73.3% compared to CK 165 d after full bloom. Nitrogen in fruit was also increased， the pokan had rough peel and large-size fruits after the fruit grew， and sucrose content in fruit also increased slightly. Correlation analysis suggested that there were significant positive correlations between soil and leaf nitrogen contents and fruit peel thickness， as well as between fruit nitrogen content and citrate content. 【Conclusion】Excessive nitrogen application breaks the balance of other nutrients in soil， trees and fruits in ponkan orchard. It also leads to chlorophylls content increase， photosynthate accumulation and ponkan fruit with rough peel and larget-size fruit. Therefore， nitrogen fertilizer should be used properly and scientifically in ponkan production.

Key words： ponkan； excessive nitrogen application； mineral nutrient； chlorophyll； fruit quality

0 引言

【研究意义】椪柑是我国主栽的鲜食柑橘类型之一，年产量占我国柑橘年总量的30%以上。在当前我国椪柑总量巨大的背景下，其果实品质不佳、价格低廉已成为制约柑橘产业发展的重要因素。氮素是植物必需的大量营养元素，不仅是果树生长发育的重要物质基础，还是影响果实品质形成的重要因子，不合理施用会导致果实品质下降（李晶等，2015；唐恒朋等，2016）。因此，探明氮肥过量施用对柑橘树体和果实品质的影响，对柑橘生产上科学施用氮肥及促进柑橘产业发展均具有重要意义。【前人研究进展】一定范围内，氮肥施用量与果树果实产量呈正相关已成为共识。适宜的氮素营养可提高果实品质，过量施用则降低果实品质。施氮可增加柑橘果实可溶性固形物，降低糖酸比，但过量施氮会引起果皮粗厚及果皮着色发育推迟（Obreza et al.，1999）；柑橘每公顷施350～500 kg氮肥，且萌芽肥、稳果肥和壮果肥按2∶2∶1比例分3次施用时，可显著提高果实的可食率、果汁率和可溶性固形物含量，并有效降低果实酸含量（袁霞，2015）；不少研究也表明，适量增施氮肥可提高柑橘产量，但不同柑橘类型的具体适量范围各不相同（Cantarella et al.，2003；曾伟男，2014）。赵智中等（2003）的研究结果显示，增施氮肥减少了柑橘囊瓣中光合产物的分配量，导致果实糖含量降低。鲁剑巍等（2004）研究发现，氮磷钾肥对柑橘树生长发育和果实产量及品质有明显影响，不施氮磷钾肥则柑橘果实产量明显下降，且果实品质指标尤其是外观品质受到严重影响。李彩等（2012）研究表明，一定范围内增施氮肥可显著提高纽荷尔脐橙叶片氮和叶绿素含量，同时可减少春、夏梢落叶。氮也是叶绿素的重要组成部分，在植物叶绿素合成、光合作用和碳水化合物合成方面发挥重要作用（陈雅君等，2013；黄成能等，2013）。曾伟男等（2015）的研究结果表明，适宜范围内增施氮肥可提高温州蜜柑叶片氮含量、叶绿素总量、游离氨基酸和可溶性蛋白质含量等指标，最终提高果实产量，氮肥在树体光合和产量形成中发挥重要作用。此外，在葡萄（Eynard et al.，2000）、苹果（Fallahi et al.，2000；艾立山，2014）、桃（杨清等，2012）、黑莓（杨海燕等，2016）等果树上的研究结果也表明，适当增施氮肥可提高树体叶片叶绿素含量和光合效率，但氮肥施用过量会导致果树叶片氮含量降低、光合效率下降（Cheng and Fuchigami，2000；黄成能等，2014）。【本研究切入点】前人关于氮肥影响柑橘树体发育和果实产量的研究较多，但关于影响果实品质的研究尤其是引起果实品质劣变的研究较少，氮肥施用过量导致果实品质劣变的具体机制尚不明确。【拟解决的关键问题】在8年生太田椪柑果实发育期进行连续施氮致树体氮含量过量，监测土壤和树体矿质养分、叶片叶绿素含量及果实品质的变化情况，分析施氮过量对椪柑果园土壤、叶片和果实矿质养分、叶绿素合成、果实外观及内在品质的影响，旨在为指导椪柑科学施肥及提高果实品质提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验材料为8年生太田椪柑（Citrus reticulata Blanco cv. Ota Ponkan），定植于国家柑橘改良中心长沙分中心基地。氮含量46.4%的尿素由中国石油化工股份有限公司巴陵分公司生产。周年施肥管理模式为春季萌芽前施有机肥2.5 kg/株，6和9月上旬分别施氮磷钾复合肥（15∶15∶15）0.5 kg/株。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 试验设计 试验设正常施肥管理为对照（CK），年施纯氮大于300 g/株为施氮过量（+N，约超过对照施用纯氮的两倍），两处理组各选生长健壮、长势一致的椪柑树3株。+N处理在的CK基础上分别于盛花后45、75、105、135和165 d施尿素500 g/株，施肥方式为尿素溶于水后浇施；CK除了正常施肥管理外，在上述时间点浇施等量的水。分别于盛花后45、75、105、135、165和195 d同时采取土壤、叶片和果实样品。取样时在每株树冠四周均匀采集叶片和果实样品，叶片采集当年生营养春梢顶部向下第1～3片叶；在树冠滴水线内侧10 cm，深10～40 cm土层取土样，每株对角线采2点样。同一处理各株的土壤和叶片分别以四分法取足量样品用于矿质营养分析。

1. 2. 2 葉绿素含量测定 采用乙醇浸提比色法（王学奎，2006）测定叶绿素含量。

1. 2. 3 土壤和植株矿质养分含量测定 参照鲍士旦（2000）的方法测定土壤矿质元素含量。其中，土壤pH采用pH仪电位法测定，有机质含量采用重铬酸钾—硫酸氧化法测定，碱解氮含量采用扩散法测定，有效磷含量采用碳酸氢钠—盐酸浸提—钼锑抗比色法测定；土壤有效钾采用乙酸铵浸提，有效铁、锰、铜、锌采用DTPA浸提，有效硼采用沸水浸提，均采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP）法测定含量。

完整的叶片和果实样品采摘后24 h内带回实验室，经去离子水洗净后105 ℃杀青15 min，再65 ℃烘干至恒重，研磨成粉后制成待测样品。氮含量采用硫酸—过氧化氢消煮—蒸馏法测定，磷含量采用硫酸—过氧化氢消煮—钒钼黄比色法测定，钾含量采用硫酸—过氧化氢消煮—火焰光度法测定。铁、锰、锌、铜、硼和钼含量均采用干灰化法制备样品，ICP法测定。

1. 2. 4 果实外观指标及果肉糖和有机酸含量测定

于盛花后75、105、135、165和195 d各取对照和处理组的6个果实，分别用天平称单果重及果肉重，以果肉重/单果重计算可食率，用游标卡尺分别测量横径、纵径和皮厚。果实糖酸含量采用高效液相色谱法（HPLC）测定，每株各取2个新鲜果实的一半，分离果肉后用粉碎机打成匀浆；称取3.0 g匀浆，加10.0 mL超纯水70 ℃水浴30 min，4000 r/min离心5 min，取上清液至25.0 mL容量瓶中，重复上述步骤1次后用超纯水定容至25.0 mL，即为待测液。具体测定步骤和参数参照肖玉明等（2014）的方法。糖酸含量测定重复3次。

1. 3 统计分析

试验数据采用Excel 2013和SAS 8.0进行统计分析，以Sigmaplot 10.0进行制图。

2 结果与分析

2. 1 施氮过量对椪柑园土壤矿质养分含量的影响

由表1可知，椪柑园施氮过量对土壤有机质和碱解氮含量影响较大，而对土壤中其他矿质养分含量影响各异。试验椪柑园土壤pH（3.74）较低，明显低于适宜值，属酸化土壤；+N处理除盛花后195 d的土壤pH显著高于CK外（P<0.05，下同），其他处理天数的pH均显著低于CK。随处理时间的延长，CK和+N处理的土壤有机质含量均呈明显下降趋势，但+N处理土壤有机质含量始终显著高于CK，盛花后195 d时，+N处理和CK的土壤有机质含量分别降至15.42和9.50 g/kg；CK的土壤碱解氮含量为34.93～112.24 mg/kg，大多低于适宜值，施氮过量处理的土壤碱解氮含量为94.08～323.92 mg/kg，大多高于适宜值；盛花后195 d，+N处理的土壤碱解氮含量为323.92 mg/kg，是CK土壤的3.5倍，处于过量水平。随着果实发育，土壤各矿质养分含量总体上表现为盛花后75～135 d和165～195 d两阶段下降，且后一阶段各养分含量大多较前期高。+N处理的土壤有效磷和有效钾含量多数时期显著低于CK，而有效铁、有效硼和有效锌含量多数时期高于CK；盛花后195 d，+N处理土壤有效锰和有效铜含量显著高于CK。说明过量施用氮肥可减缓椪柑园土壤有机质含量下降，但易造成土壤酸化、碱解氮含量过量和其他矿质养分含量失衡。

2. 2 施氮过量对椪柑树体和果实矿质养分含量的影响

2. 2. 1 叶片矿质养分含量 从表2可看出，+N处理椪柑叶片的养分含量发生了明显变化。随处理时间延长，CK的叶片氮含量呈下降趋势，而+N处理的叶片氮含量维持在较高水平，其中盛花后195 d， CK和+N处理的椪柑叶片氮含量分别为2.62%和3.12%，前者接近缺氮水平，后者高于适宜值；+N处理的椪柑叶片钾含量持续降低，且显著低于CK。在年生长发育周期内，椪柑叶片各养分含量也呈盛花后75～135 d和165～195 d两阶段的变化趋势，且后一阶段总体上含量较高；其中盛花后75～135 d，+N处理的椪柑叶片锌、铁、锰和铜含量均显著高于CK；盛花后165～195 d，+N处理的椪柑叶片锰和铜含量显著高于CK，而锌、铁和硼含量显著低于CK，钼含量变化不明显；随处理时间延长，CK和+N处理的椪柑叶片磷含量在盛花后195 d时相对稳定。可见，椪柑园过量施用氮肥后树体氮含量增加明显，其他养分含量呈明显的阶段性变化，含量变化各异。

2. 2. 2 果实矿质养分含量 从图1-A可看出，盛花后75～165 d，CK的椪柑果实氮含量持续降低，+N处理的椪柑果实氮含量持续升高，且在盛花后105～165 d显著高于CK；盛花后165～195 d，+N处理的果实氮含量迅速降低。从图1-B和图1-C可看出，CK和+N处理的果实磷含量在盛花后135～165 d出现明显的升高过程，钾含量在盛花后165～195 d呈明显的降低趋势；椪柑果实的磷和钾含量总体上较低，+N处理的果实钾含量在果实发育后期高于CK。说明椪柑园过量施用氮肥使得果实氮和钾含量明显增加，而磷含量变化较小。

2. 3 施氮过量对椪柑叶片叶绿素含量的影響

CK叶片叶绿素a含量于盛花后165 d达最高值（2.6 mg/g），之后快速下降；与CK相比，盛花后135、165和195 d +N处理的叶绿素a含量增高幅度分别为14.2%、40.4%和94.3%（图2-A）。+N处理的叶片叶绿素b含量始终高于CK，两处理的叶绿素b含量在盛花后75～135 d变化不明显，总体维持在0.8～1.0 mg/g水平，盛花后165 d之后迅速降低（图2-B）。在年生长发育周期内，CK和+N处理的椪柑叶片叶绿素总量均呈先升高后降低的变化趋势，在盛花后165 d（10月中旬）达最高值，且+N处理的叶绿素总量始终高于CK，较CK增加13.4%～73.3%，表明过量施用氮肥后椪柑树体叶片叶绿素含量显著升高。

2. 4 施氮过量对椪柑果实外观和内在品质的影响

2. 4. 1 果实外观品质 由图3可知，在盛花后75 d时，+N处理椪柑果实外观品质变化不明显，随着处理时间的延长，椪柑果实外观品质显著下降。盛花后135～165 d，+N处理的椪柑果实单果重和果肉重显著大于CK，可食率显著低于对照（图3-A～图3-C），果实横径和纵径也显著大于CK，其中果实发育后期纵径增加幅度明显（图3-D和图3-E）。果实发育期，CK的椪柑果实皮厚呈下降趋势，而+N处理的果实皮厚维持在3.0 mm左右，且在盛花后105 d后始终显著高于CK（图3-F）。表明过量施用氮肥后椪柑果实明显增大，总体外观品质下降。

2. 4. 2 果实内在品质 由图4可知，施氮过量后，椪柑果实的蔗糖含量显著升高，而果糖和葡萄糖含量变化较小。随果实发育，CK和+N处理的果实蔗糖含量均呈升高趋势，表现为果实发育初期（盛花后75～105 d）含量较低，发育中期（盛花后105～135 d）缓慢增加，发育后期（盛花后135～165 d）迅速升高；盛花后165～195 d，+N处理的果实蔗糖含量显著高于CK（图4-A）。CK和+N处理的果实果糖和葡萄糖含量变化模式相似，果实发育初期含量较低，后缓慢增加（图4-B和图4-C）。CK和+N处理的椪柑果实均以柠檬酸为主，含量均在前期持续升高，盛花后105～135 d维持最高水平，之后迅速下降至果实成熟；+N处理的果实柠檬酸含量仅在盛花后195 d时显著低于CK，其余时间段两处理间无显著差异（P>0.05，下同）（图4-D）。CK和+N处理的果实苹果酸含量均呈持续降低趋势，虽部分时间段内（盛花后105～135 d）差异显著，但整体含量较低，在果实发育后期含量均低于1.0 mg/gFW（图4-E）。表明过量施用氮肥对椪柑果实蔗糖和柠檬酸含量有一定影响，对其他果实内含物影响较小。

2. 5 氮素养分与果实品质的相关性分析结果

由表3可知，土壤、叶片和果实中氮含量与果实外观和内在品质形成存在不同程度的相关性。施用氮肥后，土壤和叶片中氮含量与果实皮厚呈显著正相关，与果实其他品质指标无显著相关性。果实中氮含量与单果重、果肉重、横径均呈显著负相关，与果实柠檬酸含量呈显著正相关，与果实纵径、皮厚和糖含量无显著相关性。

3 讨论

氮肥是柑橘园常用的大量元素肥料，对树体发育和果实形成均起重要作用。本研究中，过量施用氮肥的椪柑果园土壤和叶片矿质养分含量均出现盛花后75～135 d和165～195 d两个差异明显的变化阶段，与椪柑园常规管理时9月中旬施用复合肥有密切关系。本研究结果显示，椪柑园正常管理下土壤有机质含量在年生长周期内呈下降趋势，表明树体发育过程中大量吸收土壤有机质。+N处理的土壤有机质和碱解氮含量显著高于CK，表明土壤中充足的碱解氮优先被椪柑树体吸收利用，而缓效的有机质未被完全利用。除有机质和碱解氮外，土壤有效磷、有效钾、有效铁、有效铜、有效锌和有效锰等矿质含量在柑橘年生长周期不同阶段经过量施氮后均呈不同的变化模式，表明土壤中氮的丰缺程度对其他矿质养分的吸收利用均有影响。

氮是作物生长发育必需的营养元素，对作物产量和品质的影响需经过土壤、叶片和果实几个阶段才得以体现，其中最直观表现是树体叶片的变化。本研究中，+N处理的椪柑叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量迅速升高且始终高于CK，与黄成能等（2014）的研究结果一致，预示着果实产量和品质会有明显变化。盛花后165 d，树体叶绿素含量下降，与10月中旬以后气温下降导致叶绿素开始分解有关。过量施氮能显著提高椪柑叶片氮含量，盛花后75 d的叶片氮含量即高于适宜范围，表明土壤氮含量与叶片氮水平密切相关。盛花后195 d，CK和+N处理的椪柑叶片铁、锰、铜和硼含量均明显下降，可能与盛花后165～195 d（10月下旬～11月下旬）气温下降和叶绿素分解降低了树体吸收能力有关。盛花后75～165 d，CK的果实氮含量持续降低，而+N处理的果实氮含量持续升高，表明土壤和叶片中较高的氮含量可促进果实含氮化合物积累。

郭红艳等（2015）、曾伟男等（2015）、Brunetto等（2017）研究表明，适当增施氮肥可提高柑橘果实产量。本研究结果显示，+N处理的椪柑果实体积显著增加，同时伴随着果皮增厚和可食率下降，与土壤、叶片中氮含量与果实皮厚呈显著正相关有密切关系。因此，适当增施氮肥对柑橘果实产量的增加主要是果实体积的增大，而过量施用氮肥在促使果实体积迅速膨大的同时会伴随着粗皮大果出现。另一方面，有研究显示过量施用氮肥，尤其是果实发育后期施用氮肥过量使柑橘果实品质下降，主要表现为果实粗皮大果、糖含量降低等（赵智中等，2003；董燕和王正银，2004）。本研究结果表明，氮肥施用过量后椪柑果实粗皮大果明显，而果实蔗糖、果糖、葡萄糖、柠檬酸和苹果酸含量整体与CK保持一致的积累模式；盛花后165～195 d，+N处理的果实蔗糖含量显著高于CK，而其他糖、酸组分含量整体上与CK无显著差异；相关性分析结果表明，果实中氮含量与柠檬酸含量呈显著正相关。上述结果说明，椪柑园过量施用氮肥不仅诱导椪柑果实粗皮大果出现，还不利于果实内在品质形成。

果树的光合能力是产量和品质形成的基础，果实干物质90%以上来自叶片的光合产物。叶绿素含量与光合速率呈正相关，光合速率直接影響光合产物从而对果实品质造成一定影响（简水仙等，2011；李彩等，2012）。本研究中，过量施用氮肥后，椪柑叶片叶绿素含量显著升高，意味着树体光合效率及光合产物增加，是促使果实品质变化的重要因素。说明氮肥施用过量导致树体叶绿素含量升高和光合产物大量积累是促使椪柑果实品质变化的主要原因，而高量碳水化合物在果皮中的分配明显高于果肉，是果实表现外观粗皮大果而糖酸含量变化不大的主要原因。综上所述，椪柑园施氮过量后土壤、叶片和果实中的氮含量有不同程度升高，影响了土壤和叶片中其他矿质营养含量，提高了树体叶绿素含量，削弱了果实品质。

4 结论

氮肥施用过量会打破椪柑果园土壤、树体和果实中其他矿质养分的平衡，树体叶绿素含量升高，光合产物进一步积累，导致果实粗皮大果，因此 ，生产上应依据果园营养状况合理施用氮肥。

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（責任编辑 罗 丽）