波罗蜜叶片矿质营养元素含量的年动态变化

任家兴，刘丽雅，毛 琪，吕庆芳，李映志，叶春海

(广东海洋大学农学院，广东 湛江 524088)

【研究意义】波罗蜜(ArtocarpusheterophyllusLam.)为桑科( Moraceae)波罗蜜属(Artocarpus)常绿乔木果树，植株高大、粗生，经济用途广泛，叶片可用于制饼、饲料，木材可制作家具，种子可煮后食用或提取淀粉，果实可用于鲜食或烹饪[1]，在我国海南、广东、广西、台湾、福建和云南等地广泛种植，以海南和广东两地居多[2]。我国波罗蜜传统上以房前屋后小规模栽培为主，随着优质新品种的引进和选育[3-5]以及消费者对新型水果的青睐，波罗蜜种植面积逐渐扩大，规模化商业种植园不断涌现[2]。矿质和非矿质营养是植物生长发育的必备条件，对作物产量和品质都有着直接的影响。除氮营养可通过根瘤固氮外，绝大多数植物必需营养养分都由根系吸收自土壤，耕作条件下，肥料是土壤矿质营养的主要来源。作物的养分需求和利用规律是制定科学可靠的施肥管理方案的重要依据[6]。【前人研究进展】国内外对波罗蜜养分需求和利用机制方面的研究还很薄弱，相关的研究报道非常少。国内仅见李移[7]等和白亭玉[8]两篇报道，前者对菠萝蜜果实各个部位的微量元素成分进行了分析，后者对海南不同区域菠萝蜜种植园土壤微量元素有效态含量及叶片中微量元素含量进行了分析，国外则未检索到相关文献。【本文研究切入点】本文分析了3个不同波罗蜜品系、2个不同叶位叶片3月至次年1月叶片矿质营养含量的周年动态变化，比较了不同品系及叶位叶片养分含量的差异及养分间的相关性，对波罗蜜植株养分需求和利用状态的评价方法进行了讨论。【拟解决的关键问题】该研究结果可为科学制订波罗蜜施肥方案提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

研究用材料为保存于广东海洋大学波罗蜜种质圃内的‘GHsj1804’、‘GHsj1806’和‘GHsj1808’3个品系。选取生长发育相对一致的‘GHsj1804’4株、‘GHsj1806’5株和‘GHsj1808’3株。3个品系菠萝蜜生长土壤为红壤土，每月的1日进行浇水施肥。在每株距地面1.5～1.7 m的高度，分别从东、西、南、北4个方位采集树冠外围4个枝条上的自顶向下第2和4叶位叶片。每株共采集8片叶，自3月至翌年1月每隔15 d采1次。

1.2 试验方法

叶片采集后，立即使用去离子水清洗，洗涤时间不超过2 min。将清洗干净且擦干水分的新鲜叶片置入烘箱内，100 ℃杀青20 min，80 ℃烘干至恒重，冷却后，用研钵磨碎，过100目筛，密封袋保存于干燥器中。

精确称取0.10～0.30 g磨碎后的叶样用H2SO4-H2O2消化法在红外消化炉内消煮，消化结束后定容，塑料试剂瓶内常温保存备用。全氮含量采用凯式定氮法[9]测定，速效磷含量采用钼锑抗比色法[9]测定，硼含量采用甲亚胺-H分光光度法[9]测定，钙、镁、铁、锌、钾含量采用原子吸收法测定[9]。

1.3 数据处理

采用R软件进行方差分析和Duncan’s多重比较，计算Pearson相关系数及其显著性；图表制作采用 Excel 2007完成。

2 结果与分析

2.1 波罗蜜不同株系和叶位营养元素含量的年动态变化

2.1.1 波罗蜜不同叶位氮元素含量的年动态变化 由图1可以看出，波罗蜜叶片氮元素含量在1月份略有升高，随后下降，2月份的含量为一年最低，进入3月份后，含量迅速升高为一年最高点，随后缓慢下降，在6月至12月份期间基本保持稳定，不同株系、不同叶位含量高峰和低峰的出现日期有稍许差异。各株系各叶位氮元素的年平均含量为13.39 g/kg(GHsj1808号株系第4位叶)至13.99 g/kg(GHsj1806号株系第2位叶)。

不同品系、不同叶位间的氮元素含量在3月16日、4月15日、4月30日、5月15日、7月31日、11月30日、12月15日和1月15日等时期存在显著差异(P<0.05)。其中，有4个时期(3月16日、4月15日、7月31日、12月15日)同一品系不同叶位间氮元素含量存在显著差异(P<0.05)。

2.1.2 波罗蜜不同叶位磷元素含量的年动态变化 由图2可以看出，波罗蜜叶片磷元素含量在3月份开始上升，至4月份达到一年最高峰，随后下降，至6月份到翌年3月份期间基本保持稳定。各株系、各叶位磷元素的年平均含量为1.34 g/kg(GHsj1804号株系第4位叶)至1.66 g/kg(GHsj1806号株系第2位叶)。

不同品系、不同叶位间的磷元素含量在3月16日、4月15日、4月30日、5月15日、6月15日、7月15日、7月31日、8月31日、9月15日、9月30日、10月15日、10月31日、11月30日、12月15日、12月31日和1月15日等时期存在显著差异(P<0.05)。其中，有6个时期(3月16日、4月15日、4月30日、5月15日、12月31日、1月15日)同一品系不同叶位间磷元素含量存在显著差异(P<0.05)。

图1 3个品系波罗蜜不同叶位叶片氮元素含量的年变化

图2 3个品系波罗蜜不同叶位叶片磷元素含量的年变化

2.1.3 波罗蜜不同叶位钾元素含量的年动态变化 由图3可以看出，波罗蜜叶片钾元素含量在1-3月份位一年最高峰，随后下降，3月16至12月31日期间的大部分时间保持稳定，在7月15日至11月15日期间出现波动。各株系、各叶位钾元素的年平均含量为2.82 g/kg(GHsj1806号株系第4位叶)至3.01 g/kg(GHsj1804号株系第2位叶)。

不同品系、不同叶位间的钾元素含量在3月31日、6月15日、9月15日、10月15日、11月30日、12月15日和12月31日等时期存在显著差异(P<0.05)。其中，有5个时期(3月31日、10月15日、11月30日、12月15日、12月31日)同一品系叶位间钾元素含量存在显著差异(P<0.05)。

2.1.4 波罗蜜不同叶位钙元素含量的年动态变化 由图4可以看出，波罗蜜叶片钙元素含量呈现波动式变化模式，在6月至11月期间，以15 d为周期呈现高低峰式的波动变化。GHsj1808号株系第4位叶的年平均钙含量最高，为3.17 g/kg；GHsj1804号株系第2位叶的年平均钙含量最低，为2.11 g/kg。

图4 3个品系波罗蜜不同叶位叶片钙元素含量的年变化

图5 3个品系波罗蜜不同叶位叶片镁元素含量的年变化

不同品系、不同叶位间的钙元素含量差异较大。总体来说，GHsj1804株系的第2和 4位叶在全年中，除1月15日外，均显著低于其他株系，2个叶位之间无显著差异；3个品系叶位间的钙元素含量均未检测到显著差异(P<0.05)。

2.1.5 波罗蜜不同叶位镁元素含量的年动态变化 由图5可以看出，波罗蜜叶片镁元素含量呈现三阶段的变化模式，1月至2月期间，叶片镁元素含量最低，3月份开始上升，3月16日至5月30日期间保持稳定，6月份继续上升，6月15日至12月31日期间保持稳定，随后下降。各株系、各叶位镁元素的年平均含量为0.51 g/kg(GHsj1806号株系第4位叶)至0.52 g/kg(GHsj1808号株系第4位叶)。

不同品系、不同叶位间的镁元素含量在3月16日、4月30日、6月30日、7月15日、7月31日、8月15日、8月31日、10月15日、10月31日、12月15日、10月31日和1月15日等时期存在显著差异(P<0.05)。其中，有2个时期(10月15日、1月15日)同一品系不同叶位间镁元素含量存在显著差异(P<0.05)。

2.1.6 波罗蜜不同叶位铁元素含量的年动态变化 由图6可以看出，波罗蜜叶片铁元素含量在3月份和7月份出现高峰，其他时期呈现较为缓和的稳定变化趋势。各株系、各叶位铁元素的年平均含量为0.18 g/kg(GHsj1808号株系第4位叶)至0.20 g/kg(GHsj1806号株系第4位叶)。

不同品系、不同叶位间的铁元素含量在5月15日、5月30日、6月15日、6月30日、7月15日、8月31日和10月15日等时期存在显著差异(P<0.05)。其中，有2个时期(6月30日、8月31日)叶位间铁元素含量存在显著差异(P<0.05)。

2.1.7 波罗蜜不同叶位锌元素含量的年动态变化 由图7可以看出，波罗蜜叶片锌元素含量的年变化有点类似钙元素的含量变化，1月份含量最高，随后下降，3至6月份保持稳定，7至11月份呈现波动式变化。各株系、各叶位锌元素的年平均含量为81.81 mg/kg(GHsj1806号株系第4位叶)至75.74 mg/kg(GHsj1804号株系第2位叶)。

图6 3个品系波罗蜜不同叶位叶片铁元素含量的年变化

图7 3个品系波罗蜜不同叶位叶片锌元素含量的年变化

不同品系、不同叶位间的锌元素含量在4月30日、6月15日、7月31日、10月15日、10月31日、11月30日、12月15日和1月15日等时期存在显著差异(P<0.05)。其中，在4个时期(4月30日、7月31日、10月15日、1月15日)同一品系不同叶位间锌元素含量存在显著差异(P<0.05)。

2.1.8 波罗蜜不同叶位硼元素含量的年动态变化 由图8可以看出，波罗蜜叶片硼元素含量的年变化出现了类似钙元素含量变化的波动模式，1至2月份含量最低，随后上升，随后下降，4至5月份稳定在较高水平，随后下降，6月份稳定在较低水平，进入7月份后，呈现波动式变化，直至1月份下降至低点。各株系、各叶位硼元素的年平均含量为6.82 mg/kg(GHsj1804号株系第4位叶)至6.67 mg/kg(GHsj1804号株系第2位叶)。

不同品系、不同叶位间的硼元素含量在3月1日、3月16日、4月30日、5月30日、6月15日、6月30日、7月15日、7月31日、8月15日和1月15日等时期存在显著差异(P<0.05)。其中，有3个时期(3月1日、7月31日、6月30日)同一品系不同叶位间存在显著差异(P<0.05)。

2.2 波罗蜜不同株系和叶位叶片营养元素含量年动态变化的相关性分析

由图9可以看出，同一品系、同一元素在不同叶位间的含量呈现极显著相关。在GHsj1804品系中，锌的相关系数最低(R= 0.71)，氮、磷、硼、钾和镁的相关系数最高(0.98～1.0)；在GHsj1806品系中，铁的相关系数最低(0.76)，硼、钾、镁、氮和锌的相关系数最高(0.96～0.98)；在GHsj1808品系中，除锌的相关系数较低外(0.78)，其余元素的相关系数都较高(0.94～1.0)。

不同元素间的相关系数同时在2个叶位中都达到显著水平时，才有可能具有更高的可靠性。在GHsj1804品系中，镁含量与钾含量呈现极显著负相关(-0.88～0.89)，氮含量与磷含量呈现极显著或显著正相关(0.53～0.61)，钾和镁含量分别与硼含量呈显著负相关(-0.47～0.53)和显著正相关(0.43～0.48)；在GHsj1806品系中，镁含量与钾含量呈现极显著负相关(-0.86～0.90)，锌含量与钙含量呈现极负相关(-0.67～0.72)，钾含量与锌含量呈显著或极显著正相关(0.48～0.58)，磷含量与氮含量呈极显著正相关(0.63～0.67)；在GHsj1808品系中，镁含量与钾含量呈现极显著负相关(-0.85)，氮含量与磷含量呈现极显著或显著正相关(0.50～0.69)，锌含量与钙含量呈极显著负相关(-0.70～0.75)。

图8 3个品系波罗蜜不同叶位叶片硼元素含量的年变化

叉号表明显著水平低于0.01

3 讨 论

叶片将根从土壤中吸收的营养物质进行贮藏，从而又会供给花、果实等的生长需求。叶片的营养状况可以反映土壤的供给能力、植株对营养元素的吸收以及需求利用等状况。

波罗蜜叶片营养元素周年动态变化的分析结果表明，不同元素具有不同的年动态变化模式，同一元素在不同株系间的年动态变化模式相似，但在某些时期，不同元素的含量在株系和叶位间有显著(P<0.05)差异。总体来看，氮、镁元素在生长季变化较为稳定，生长缓慢的冬季含量较低；磷元素在3-5月有1个含量高峰，这与苏艳丽[10]的试验结果相似，推测此时新梢、幼果细胞分裂，生长旺盛，消耗矿质营养较多；其他季节变化稳定；钾、铁元素在生长缓慢的冬季有1个含量高峰，生长季的含量变化较为稳定；钙、锌元素在生长后期呈现波动变化，全年没有明显的含量高峰；硼在生长缓慢的冬季含量最低，在生长季后期呈现波动变化。与本文类似，Singh等[11]的研究表明葡萄柚叶片冬季时具有较低的氮含量。波罗蜜冬季在树干进行花芽分化，冬季生长缓慢期叶片营养元素含量较低可能与树体吸收减少或向树干转运贮存有关[12]；钙、锌和硼在生长后期均呈现波动变化，其中钙为不可移动元素而锌和硼均为可移动元素，因此这种波动式变化可能与枝梢旺盛生长而元素积累慢有关。林敏娟等[13]发现黄金梨的叶片和果实中锌元素含量呈现波动式变化；徐叶挺[14]等发现扁桃叶片的B含量呈现锯齿状变化。王帅[15]等认为，元素较大的波动幅度可能与其在植株体内频繁运转有关。

从3个株系波罗蜜叶片营养元素的含量来看，波罗蜜对氮、钾和钙的需求最高。所有元素中，含量最高的为氮元素，平均含量为13.71 g/kg，变化幅度为7.07～18.25 g/kg(2.58倍)；含量最低的为硼元素，平均含量为6.73 mg/kg，变化幅度为1.77～9.90 mg/kg(5.58倍)；其他元素含量依次为钾元素，平均含量为2.94 g/kg，变化幅度为1.79～6.51 g/kg(3.63倍)；钙元素平均含量为2.79 g/kg，变化幅度为1.59～4.44 g/kg(2.80倍)；磷元素平均含量1.49 g/kg，变化幅度为1.04～2.64 g/kg(2.53倍)；镁元素平均含量为510.37 mg/kg，变化幅度为97.46～642.60 mg/kg(6.59倍)；铁元素平均含量为191.54 mg/kg，变化幅度为81.72～388.34 mg/kg(4.75倍)；锌元素的平均含量为79.40 mg/kg，变化幅度为48.73～179.59 mg/kg(3.69倍)。元素含量最低与最大值差距最大的是镁元素(6.59倍)，变化最小的是磷元素(2.53倍)。白亭玉等[8]的分析结果表明，海南波罗蜜叶片铁的含量均值为71.25 mg/kg，变化范围为57.30～85.20 mg/kg；锌的含量均值为23.89 mg/kg，变化范围为17.93～29.85 mg/kg，均低于本研究结果，可能与种植园土壤、气候、品种、植物生长状况等有关[16]。

菠萝各株系元素含量的相关性分析表明，同一品系不同叶位间的元素含量具有极显著的相关性，尽管其相关系数值在不同品系间存在差异。不同叶位间，氮、硼、钾在3个株系中都具有较高的相关系数，锌在2个株系中都具有最低的相关系数值。与此对应的是，在一年中有些时期，不同叶位间的营养元素含量存在显著差异(P<0.05)。

不同叶位间以及不同株系间各元素之间的相关关系存在差异。在2个叶位叶片内都存在显著或极显著相关性的元素有镁与钾、氮与磷、钾与硼、镁与硼、钾与锌、锌与钙。其中，3个株系都表现出镁与钾、氮与磷之间的极显著相关性，其他元素间的相关性仅在部分株系中存在。表明元素吸收之间的协同与拮抗可能受到多种因素的影响。不同作物所分析出的养分元素含量间的相关性可能存在差异。刘茂桥等[17]在铁核桃叶片中发现N、P、K 3种元素、Ca 与Fe含量间都呈现出极显著正相关；李宁等[18]在榛子叶片中发现Zn与Mg之间呈现负相关，K与Zn之间呈现正相关关系。夏国华等[19]的研究表明，在山核桃中，不同发育阶段，不同器官间矿质元素的相关性存在差异，认为不同发育阶段不同器官营养元素的协同与拮抗效应不同。

4 结 论

生产上常根据叶片分析来对植株的营养状况进行诊断，并据此提出了很多果树的叶片分析标准值[20]，通常结合叶片分析和土壤分析结果或根据叶片养分元素含量与产量及品质的相关性来制订施肥方案[21]。其中，叶片分析的采样阶段十分重要，除考虑作物生长发育阶段外，一般选用养分变化较为稳定的时期[22]，但其具体的时期和标准含量可能会因品种而异[23]。本文通过高密度采样时间点分析了不同叶位营养元素含量的年动态变化，从本研究结果来看，虽然不同株系和不同叶位具有相似的元素含量年变化模式，但不同株系和不同叶位之间的元素含量存在差异，因此在进行叶片分析时，要因地而异、因树而异。