宁夏“富士”苹果大量元素动态分析和需肥规律

闫鹏科，侯 婷，张 丽，左 达，孙 权，王 锐

（宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021）

苹果作为宁夏的主要产业之一，主栽品种有富士和金冠，截止2015年，宁夏苹果种植面积已超4.67万hm2，年产果量约50万t，产值10亿元以上，优质果率不足40%［1］。随着苹果产业的发展，相应问题也随之出现，比如在施肥管理过程中，果农们缺乏理论指导，凭借经验，注重化肥的施用，少施或不施有机肥，致使果园营养不均衡，肥料利用率降低，苹果产量和品质下降，继而影响宁夏苹果产业的健康发展。

氮、磷、钾被称为“植物营养三要素”，研究植物营养元素的分布规律，是平衡施肥的理论基础［2-3］。营养诊断技术是科学施肥的重要指导手段，有研究认为［4-5］对多年生植物进行营养诊断，植株养分诊断比土壤养分诊断更有效。植物不同器官元素动态分析可以对其潜在的营养状况进行诊断，根据养分状况可以分析其需肥规律［6］。不同器官所含营养元素的种类和数量不同，叶片对营养反应最敏感，植物对某一养分的需求状况直接从叶片营养元素的动态变化体现出［7］。刘小勇等［8］、李保国等［9］和韩秀梅等［10］对苹果叶矿质营养元素进行了研究，分析了叶矿质营养元素在不同生育期的动态变化；闫忠业等［11］研究了苹果果实营养元素含量变化与品质的关系，分析了果实中营养元素的周年动态变化。植物吸收利用氮磷钾的过程中，氮、磷、钾三者的比例直接影响着吸收利用量的多少和其生长状况［12-13］。许敏［14］对渭北红富士苹果园进行了系统的研究，分析了果园土壤养分、苹果叶片养分与产量三者之间的相互关系，明确了渭北红富士苹果叶养分丰缺状况，得出最佳推荐施肥量为 N 539.3 kg·hm-2，P2O5404.8 kg·hm-2，K2O 377.7 kg·hm-2，最佳施肥配比为 1.4∶1.07∶1.00。

为了提高苹果园土壤肥力，平衡果园营养，提高肥料利用率，促进苹果增产提质，本研究以宁夏主栽的“富士”苹果为对象，通过田间调查采样，分析不同时期树体不同器官大量营养元素的动态变化和需肥规律。明确不同生育期各器官大量营养元素动态变化、干物质累积和需肥规律，为宁夏苹果树的合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

该试验于2018年3月至9月在宁夏旱作节水高效农业科技园区进行，该园区位于宁夏中部干旱带，东经105°59′，北纬36°51′，属中温带干旱大陆性气候，常年干旱少雨，年降水量270 mm左右，年蒸发量2 200 mm左右，海拔约1 200 m，无霜期120～218 d，年平均气温8.6℃，≥10℃的积温约3 000℃，热量充足、昼夜温差大、水分蒸发强烈。试验面积0.4 hm2，供试果树是当地常规管理的6年生“富士”苹果，株行距3 m×4 m，具备滴灌条件，管理水平较高，全园清耕，3月初施羊粪4.3 t·hm-2，化肥采用水肥一体化施入，整个生育期，施尿素（N≥46%）1 800 kg·hm-2，磷酸一铵（N-P2O5-K2O：12-61-0）900 kg·hm-2，硫 酸钾（K2O≥52%）900 kg·hm-2。供试果园土壤为灰钙土，呈碱性，土壤有机质很低，随着土层的深度增加，有机质逐渐降低；全氮含量极低，全磷含量适中，碱解氮含量以20～40 cm土层最高，0～20 cm土层其次，40～60 cm土层最低；有效磷含量适中，并表现为由表层到深层逐渐递减；速效钾含量较高。基本理化性状见表1。

表1 土壤基本化学性质

1.2 采集时间及方法

采样时间：采样时期分别为萌芽期（3月24日）、盛花期（4月21日）、幼果期（5月23日）、生理落果期（6月20日）、膨大期（7月22日）、转色期（8月25日）和成熟期（9月23日），土壤样品在萌芽期采集1次，植株样品从盛花期到成熟期采集6次。

采样方法：土壤样品采用对角线法选定5点，即5棵树（5个重复），在每棵果树的树冠垂直投影半径的二分之一处，用剖面土样采集法，根据人为扰动和根系分布，分为3层（0～20、20～40和40～60 cm），采集15个基础土样；植株样品按不同器官（叶、茎、根、果实），每次采对角线法选定的5棵树，每棵树取叶样100片，取近似等体积的不同分枝的茎混合作为茎样，在0～60 cm土体内取近似等体积的粗根、中根和细根混合作为根样，每棵树在不同高度取大小相近的5个苹果作为果实样。

1.3 测定项目

1.3.1 体积测定

苹果树为合轴分枝，有主茎、一级分枝和二级分枝。每级分枝均近似看为圆台，每次采样均用游标卡尺测量各分枝二分之一处的直径记作d，其面积S=π（d/2）2，用卷尺测量其长度记作L，体积V=S×L，因为圆柱和圆台等高且圆柱底面半径是圆台两底面半径的等差中项，则圆柱体积与圆台相等。

1.3.2 密度测定

将三角瓶装满水，塞紧，用干洁的滤纸或纱布擦干瓶身外粘附的水分，称重记作M1，样品称重记M2，将样品放入加满水的三角瓶内，塞紧，称重记作M3（为防止样品表面产生气泡，可将样品在表面活性剂中浸一下，对密度的影响忽略不计），计算出样品的体积：V=（M1+M2+M3）/ρ水，式中ρ水为水的密度，标准状态下，ρ水=1 g·mL-1，则样品的密度计算式为：ρ=M2/V［15］。

1.3.3 质量测定

整棵树叶的干物质量=单叶重×叶片数，茎的干物质量M=V×ρ茎，根的干物质量=根冠比［16］×地上部干物质量=根冠比×（叶的干物质量+茎的干物质量+果的干物质量），果的干物质量=单果干物质量×果实个数。

1.3.4 植物样品测定

将采回的植株样品用蒸馏水冲干净，在烘箱105℃杀青0.5 h，然后在60～70℃下烘干，粉碎，用于测定植株的全氮、全磷和全钾的含量。采用HClO4-H2SO4消煮，用凯氏定氮法测定植株全氮含量；用钒钼黄比色法测定植株全磷含量；用火焰光度法测定植株全钾含量［17］。

1.3.5 土壤样品测定

将采回的土样风干、磨细，过1和0.25 mm筛，用于测定pH值、全盐、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮和全磷的含量，具体测定方法参照鲍士旦［17］方法；土壤pH值用PHS-25精密酸度计测定；全盐采用电导率仪测定；有机质采用重铬酸钾容量-外加热法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰光度法测定；全氮采用凯氏定氮法测定；全磷采用钼锑抗比色法测定。

1.4 数据处理

试验数据以Excel 2007软件整理数据并作图，采用SPSS 21软件进行方差分析，并用LSD法（α=0.05）进行多重比较，图表中数据为平均值±标准误。

2 结果与分析

2.1 不同时期各器官干物质量和积累量

由图1可知，在整个采样时间段内，苹果干物质量呈“S”型增加，盛花期干物质量最少，为60 708 kg·hm-2，成熟期干物质量最多，为127 359 kg·hm-2，较盛花期增加了109.8%。由表2可知，各生育期的干物质累积量不同，随生育期的推移干物质累积量呈先增加后减少，其大小顺序为：膨大期＞生理落果期＞转色期＞幼果期＞成熟期＞盛花期，膨大期干物质累积量为20 193 kg·hm-2，占整个生育期的28.73%，盛花期干物质累积量为3 639 kg·hm-2，占整个采样时间段的5.18%。整个生育期内各器官干物质累积量不同，叶、茎、果和根的干物质累积量分别占整个生育期的3.00%、21.31%、9.02%和66.67%；叶的干物质累积量在盛花期最大，成熟期最小，分别占整个生育期的33.69%和1.59%；茎的干物质累积量在生理落果期最大，为4 576 kg·hm-2，占整个生育期的30.51%；果在整个生育期内干物质累积量为6 343 kg·hm-2，各时期累积多少顺序为：膨大期＞转色期＞生理落果期＞成熟期＞幼果期；根在整个生育期内干物质累积量为46 860 kg·hm-2，各时期累积多少顺序为膨大期＞生理落果期＞转色期＞幼果期＞成熟期＞盛花期，分别占整个生育期内根的干物质累积量的28.73%、26.65%、18.71%、13.45%、7.28%和5.18%。

图1 干物质量变化

表2 各生育期干物质累积量及其占比

2.2 不同器官中氮含量及动态分析

由图2可知，在整个生育期内各器官氮含量基本呈下降趋势；同一器官不同时期，其氮含量不同；不同器官相同时期，其氮含量也不同，从盛花期到成熟期，各器官的氮含量大小顺序为：叶＞根＞果＞茎；叶的氮含量在盛花期最大，为33.52 g·kg-1，生理落果期到成熟期变化不大，变化范围在22.78～24.29 g·kg-1；茎的氮含量从盛花期到生理落果期逐渐降低，盛花期最大，为7.79 g·kg-1，生理落果期最小，为3.93 g·kg-1，从生理落果期到成熟期变化很小，变化范围在3.93～4.72 g·kg-1；根的氮含量在转色期之前变化呈“V”型，成熟期最小，为3.93 g·kg-1，较转色期下降了66.23%；果在整个生育期内氮含量逐渐降低，幼果期最大，为13.18 g·kg-1，成熟期最小，为4.23 g·kg-1，从幼果期到成熟期，下降了68.11%。

图2 不同器官中氮含量水平及动态分析

2.3 不同器官中磷含量及动态变化

由图3可知，在整个生育期内各器官的磷含量大小顺序为：叶＞根＞果＞茎；不同生育期各器官磷含量不同，叶的磷含量呈下降趋势，盛花期最大，为4.61 g·kg-1，成熟期最小，为1.9 g·kg-1，较盛花期降低了58.79%；茎的磷含量表现为先降低再升高再降低的趋势，膨大期最大，为1.24 g·kg-1，成熟期最小，为0.63 g·kg-1，比盛花期降低了47.93%，比膨大期降低了49.19%；根的磷含量先增加后降低，在转色期达到峰值，为2.91 g·kg-1，较盛花期、幼果期、生理落果期和膨大期分别增加了58.76%、40.89%、13.40%和13.06%，成熟期最小，为0.57 g·kg-1，较转色期降低了2.34 g·kg-1；果的磷含量呈降低趋势，幼果期最大，为1.71 g·kg-1，成熟期最小，为0.32 g·kg-1，与幼果期相比，生理落果期、膨大期、转色期和成熟期分别降低了12.87%、42.11%、41.52%和81.29%。

图3 不同器官中磷含量水平及动态分析

2.4 不同器官中钾含量及动态变化

由图4可知，在整个生育时期内各器官的钾含量大小顺序基本上为：叶＞果＞根＞茎；叶、茎和根在转色期均达到了峰值。叶的钾含量呈“M”型变化，在生理落果期和膨大期出现峰值，从转色期到成熟期下降了24.82%；茎的钾含量在盛花期最小，为1.3 g·kg-1，是转色期的21.78%，成熟期较转色期下降了20.27%；根从盛花期到生理落果期钾含量逐渐降低，从4.62 g·kg-1降到了2.85 g·kg-1，在转色期达到峰值，为6.63 g·kg-1，较盛花期、幼果期、生理落果期和膨大期分别增加了43.51%、121.00%、132.63%和94.43%，成熟期有所下降，较转色期下降了34.39%。果的钾含量呈先下降后上升的趋势，幼果期最大，为15.10 g·kg-1，膨大期最小，为11.22 g·kg-1，较幼果期和生理落果期分别下降25.70%和3.36%，转色期和成熟期相比膨大期钾含量分别增加了9.54%和26.92%。

图4 不同器官中钾含量水平及动态分析

2.5 各生育期苹果树需肥规律的确定

由表3可知，不同生育期苹果树对N、P2O5和K2O的需要量和比例不同，整个生育期内，N、P2O5和K2O的总需要量分别为961.91、371.30和484.87 kg·hm-2， 其 配 比 为2.59∶1.00∶1.31。N和P2O5在膨大期需要量最大，为294.50和116.01 kg·hm-2，分别占整个生育期的30.62%和31.24%，在成熟期需要量最小，为31.17和7.91 kg·hm-2，占整个生育期的3.24%和2.13%；K2O在转色期需要量最大，为142.76 kg·hm-2，占整个生育期的29.44%，其次为膨大期、生理落果期、幼果期、成熟期和盛花期，分别占整个生育期的26.53%、20.15%、9.18%、8.64%和6.06%。N∶P2O5∶K2O的比例随生育期的变化而变化，膨大期以前对N的需要量大，随生育期的推进，对P2O5和K2O的需要量逐渐增加，膨大期以后，随着果实的成熟，对K2O的需要量逐渐增加。

表3 各生育期苹果树的需肥量及比例

3 讨论

3.1 不同器官中大量元素含量水平及动态变化

植株的生育阶段是体内代谢活动阶段性在形态上的反应，在各生育阶段，不同器官所含营养元素的种类和数量不同。刘小勇等［8］研究表明，苹果不同枝类叶片氮、磷含量均呈下降趋势，钾含量呈先上升再下降，到果实成熟期再上升的趋势；闫忠业等［11］研究发现，随果龄的增加，果实中氮含量逐渐降低，磷含量先增加再降低再增加，钾含量先增加再降低；樊红柱等［18-20］研究认为，随着时间的推移，苹果树各器官氮含量基本呈下降的趋势，磷含量呈先下降后上升的趋势，钾含量呈基本下降的趋势。本研究表明，随生育期的推进，各器官氮含量基本呈下降趋势，其含量大小顺序为：叶＞根＞果＞茎；叶、茎和果的磷含量基本呈降低趋势，根的磷含量先增加后降低，在转色期达到峰值；叶、茎和根的钾含量先增加，在转色期达到最大，成熟期再降低，果实的钾含量先降低再升高，在膨大期出现了低谷。分析其原因是开花期以前氮为上年积累，含量高，多以氨基酸及蛋白质形态存在，结果后从营养生长转向生殖生长，树体中C/N值提高，氮含量降低，进入生殖生长以后，营养器官为生殖器官提供营养，故从盛花期到果实成熟期，各器官氮含量基本呈下降趋势［21］，果实成熟为氮素营养储备期，此时期氮素回流，苹果树主要以地上部储存为主，故根、叶和果实的氮含量减少，茎的氮含量增加。磷的运移速度慢，生理落果期以前果树器官建造主要利用树体贮存的磷素，磷的分配随生长中心的转移而转移，故茎、叶和果实的磷含量逐渐降低，根系吸收土壤中的磷，使得磷含量上升；从生理落果期到膨大期，磷从根系向茎运移；从膨大期到转色期，磷从茎向叶运移；成熟期各器官中磷素回流。钾在树体内移动性强，根系吸收后迅速分配到各个生长点，致使从盛花期到转色期各器官钾含量增加；从转色期到成熟期，果实中淀粉糖化，对钾的需求量大，此时根、茎和叶中的钾向果实移动，使得根、茎和叶的钾含量降低，果实的钾含量增加。

3.2 干物质量与需肥规律

干物质量的多少直接体现着植物获取能量的能力。本研究得出苹果干物质量呈“S”型增加，与Avanza等［22］和柴仲平等［23］研究结果相似，其原因是生长初期，光合面积小，根系不发达，生长速率慢；生长中期，随着光合面积的迅速扩大和庞大根系的建立，生长速率加快；生长后期，树体渐渐衰老，光合速率减慢，根系生长缓慢，生长减慢以至停止［24］。营养物质是植物生长发育、产量形成以及品质提高的物质基础［2，25-26］。氮、磷、钾三者的比例直接影响着植物吸收利用量的多少和树木的生长状况。许敏［14］研究表明，渭北红富士苹果最佳推荐施肥量为N 539.33 kg·hm-2，P2O5404.78 kg·hm-2，K2O 377.70 kg·hm-2，其最佳施肥配比为1.43∶1.07∶1.00。本研究表明，在整个生育期内，N、P2O5和K2O的总需要量分别为961.91、371.30和 484.87 kg·hm-2，其配比为 2.59∶1.00∶1.31。原因可能是树龄、土壤养分和管理水平不一致。不同品种，不同树龄，不同土壤类型，不同施肥方式，其肥料利用率不同。有关苹果树生长发育的具体施肥量及其施肥比例有待进一步研究。

4 结论

随生育期的推进，各器官的氮含量基本呈下降趋势；叶、茎和果的磷含量呈下降趋势，根的磷含量先增加后降低；叶、茎和根的钾含量先增加后降低，果实的钾含量先降低再升高；随生育期的推移，干物质量呈“S”型增加，干物质累积量先增加后减少；需肥量分别为：N 961.91 kg·hm-2，P2O5371.30 kg·hm-2，K2O 484.87 kg·hm-2，其配比为 2.59∶1.00∶1.31；不同生育时期对各种养分的需要量和比例不同，果实膨大期以前对N的需要量大，随生育期的推移，对P2O5和K2O的需要量逐渐增加，膨大期以后，随着果实的成熟，对K2O的需要量逐渐增加。