覆盖对苹果生育期叶片和果实矿质元素含量变化的影响

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（中国农业科学院 a.果树研究所；b.农业部园艺作物种质资源利用重点实验室；c.辽宁省落叶果树矿质营养与肥料高效利用重点实验室，辽宁 兴城 125100）

中国是世界第一苹果生产大国，2017年我国苹果产量和栽培面积分别占世界苹果总产量和栽培总面积的49.8%和45.0%[1]。近年来，随着农村人口老龄化趋势的加重和果园土壤环境的恶化，果园地面传统管理方式已不能适应果园的健康发展，果园地面生草、秸秆等覆盖方式正在逐渐取代清耕制。果园地面覆盖不仅可以保持土壤温度和水分的稳定，改善土壤理化性质，增加土壤有机质和矿质元素含量，提高果树根系对养分的吸收转运速率[2-4]；地面覆盖还能提高苹果的果实品质，增加果实中矿质元素的含量，但不同覆盖材料间其覆盖效果存在差异[5]。目前，关于苹果园地面覆盖对土壤理化性质和果实品质的影响方面已有较多的研究报道[6-8]，而不同覆盖材料对苹果生长周期叶片和果实中矿质元素含量的影响情况的研究报道较少。充足的矿质营养元素是苹果正常生长所需的重要养分元素，果树生育过程中矿质元素的含量变化不仅影响树体的生长发育，还影响着果实品质的形成[9]。

辽西为我国落叶果树最适宜生产的地区之一。传统的清耕制度导致土壤地力减退，果园生态退化等问题加剧。因此，研究不同覆盖条件下果树叶片和果实中矿质元素含量的变化情况，不仅能够比较分析不同覆盖材料对果实生长发育和果实中矿质元素的影响差异，还能为果园选择合适的地面覆盖材料提供理论依据。为此，本研究以‘华红’苹果为试材，研究了苹果园地布覆盖、稻壳炭覆盖、秸秆覆盖和生草覆盖处理下苹果生长发育各个时期果实的生长状态、叶片和果实中矿质元素的含量变化情况，比较了不同覆盖材料对苹果叶片和果实中矿质元素含量的影响差异。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在中国农业科学院果树研究所砬山果树试验园（40°16′N、120°06′E）进行。该试验园位于辽西地区，年平均气温8.7 ℃，年降水量500 ～600 mm，无霜期约有175 d。试材为12年生‘华红’（砧木为‘山定子’），行株距为4 m×3 m。砬山苹果示范园的土壤pH 值为7.05，有机质含量为10.81 g·kg-1，土壤碱解氮、速效磷与速效钾的含量分别为71.11、72.08 和125.62 mg·kg-1。

试验以清耕（CK）为对照，2012年春季设地布覆盖（I）、稻壳炭覆盖（II）、秸秆覆盖（III）和生草覆盖（IV）共4 个处理，每个覆盖处理各试验6 棵树。地布覆盖（I）：采用宽度为90 cm的黑色园艺地布覆盖树盘，以行内两株苹果树为中线，将地布覆盖于树的两侧，覆盖宽度为180 cm。稻壳炭覆盖（II）：将炭化好的稻壳覆盖在树盘下，覆盖厚度为15 cm，宽度为180 cm。秸秆覆盖（III）：以玉米秸秆为覆盖材料，将整株玉米秸秆平铺在树盘下，覆盖厚度为15 cm，宽度为180 cm。生草覆盖（IV）：树盘下自然生草，当草长至50 cm左右高时，用割草机刈割后覆盖在树盘内。于春季每隔2 a 更换1 次新的地布，于每年春季测量稻壳炭和秸秆的厚度，并补充至15 cm 厚；试验期间所有覆盖处理的其他管理措施一致。

1.2 测定项目及测定方法

分别于2018年的6月1日、7月1日、8月1日、9月1日、10月1日采集苹果叶片和果实样本。在树体外围分别采集新梢中部成熟叶片和果实。每株苹果树各采集40 片叶片和20 个果实，将每2 株树的样品混合成1 个样品，每个处理各重复3 次。先将采集的果实称重并记录果实质量，然后将叶片和果实用蒸馏水洗净、擦干，于105 ℃下杀青30 min，于80 ℃下烘干至恒重，再用高速万能粉碎机粉碎，过60 目筛，最后用密封袋包装好保存于干燥器中以备用。

采用凯氏定氮法测定叶片和果实中的氮（N）含量；钒钼黄比色法测定磷（P）含量；采用原子吸收分光光度法测定钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）的含量；以电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）测定硼（B）、铁（Fe）、锰（Mn）和铜（Cu）的含量。

1.3 数据处理

采用Statgraphics Plus（STN，St.Louis，MO，USA）软件统计和分析苹果各生长发育时期果实质量、叶片和果实中矿质元素含量的测定数据，利用OriginPro 8.5 软件绘图。

2 结果与分析

2.1 覆盖对果实生长的影响

不同处理对苹果单果质量的影响情况见表1。由表1可知，各个发育时期苹果的果实质量，4 种覆盖处理均高于清耕。6月1日采摘的苹果果实质量，4 种覆盖处理均显著高于清耕；不同处理方式的果实质量由高到低依次为：生草覆盖＞秸秆覆盖和稻壳炭覆盖＞地布覆盖＞清耕。7月1日采摘的苹果果实质量，地布覆盖处理比清耕高21.9%，其他3 种覆盖处理与清耕间均无显著差异。8月1日和9月1日采摘的苹果果实质量，4 种覆盖处理均显著高于清耕，但各处理间的差异不显著。10月1日采摘的苹果果实质量，生草覆盖处理显著高于清耕，而其他覆盖处理与清耕间均无显著差异。

表1 不同处理对果实质量的影响†Table1 Effect of different mulching materials on fruit mass

2.2 覆盖对苹果叶片中大量元素含量的影响

不同处理对叶片中氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）元素含量的影响情况如图1所示。由图1可知，4 种覆盖处理对苹果树各个生长时期叶片中大量和矿质元素含量的影响不同。

由图1A 可知，苹果树生长季前期，4 种覆盖处理苹果叶片中的N 含量均较高，之后其含量均呈波动变化趋势。6月1日和9月1日所采的所有覆盖处理的苹果叶片N 含量均显著高于清耕（CK）的，6月1日所采4 种覆盖处理的叶片N 含量的差异不显著，9月所采秸秆覆盖的叶片其N 含量最高，达到2.29%；除地布覆盖外，7月1日和8月1日所采的其他3 种覆盖处理的叶片N 含量均显著高于清耕的，但此3 种覆盖处理间叶片N 含量的差异不显著；10月1日所采各处理的叶片N 含量由高到低表现为：秸秆覆盖和生草覆盖＞稻壳炭覆盖＞地布覆盖＞清耕。

由图1B 可知，4 种覆盖处理苹果叶片的P 含量在其生长前期均最高，7—9月叶片P 含量均保持稳定，10月均降低。6—9月生草覆盖的苹果树其叶片P 含量最高，其次是秸秆覆盖的；地布覆盖的苹果树在各个生长时期其叶片中的P 含量与清耕的相比均无显著差异；9月稻壳炭覆盖的苹果树其叶片P 含量比清耕的高16.22%，而在其他生长时期其含量与清耕的相比均无显著差异。10月各处理的叶片P 含量与清耕的相比无显著差异。6—10月各处理苹果叶片的平均P 含量由高到低表现为：生草覆盖＞秸秆覆盖＞稻壳炭覆盖＞地布覆盖＞清耕。

由图1C 可知，生长季所有覆盖处理苹果叶片的K 含量均保持稳定，覆盖对叶片K 含量的影响较大，其表现为：生草覆盖和秸秆覆盖的苹果树在各个生长时期叶片中的K 含量均显著高于清耕的；除7月外，稻壳炭覆盖的其他各个时期苹果叶片的K 含量也都高于清耕的；地布覆盖的叶片K含量，仅有9月和10月的含量均显著高于清耕的，其他生长时期的含量与清耕的相比均无显著差异。6—10月各处理苹果叶片的平均K 含量由高到低表现为：生草覆盖＞秸秆覆盖＞稻壳炭覆盖＞地布覆盖＞清耕。

由图1D—E 可知，在苹果树的生长前期，所有覆盖处理叶片中的Ca 含量均较低，随后增加并保持稳定；而在苹果树的各个生长时期，4 种处理苹果叶片Mg 含量的变化都不大。所有覆盖处理苹果叶片中Ca 和Mg 的含量均显著高于清耕的，且不同处理间苹果各个生长时期叶片中Ca 和Mg的含量也都存在差异；6—10月各处理的苹果叶片Ca 和Mg 的含量由高到低均表现为：生草覆盖＞秸秆覆盖＞稻壳炭覆盖＞地布覆盖＞清耕。

图1 不同处理对叶片中氮、磷、钾、钙和镁元素含量的影响Fig.1 Effects of different mulching materials on the contents of N,P,K,Ca and Mg in leaves

2.3 覆盖对苹果叶片中微量元素含量的影响

4 种覆盖材料对苹果叶片中微量元素硼（B）、铁（Fe）、锰（Mn）和铜（Cu）含量的影响情况如图2所示。由图2可知，各处理的苹果叶片中各微量元素的含量均存在差异。

由图2A 可知，各处理苹果叶片的B 含量，生长前期和后期的含量均低于生长中期的含量。6、7 和10月取样的所有覆盖处理叶片的B 含量与清耕的差异均不显著；8月和9月取样的生草覆盖和地布覆盖的叶片其B 含量均显著高于清耕的。各处理叶片的B 含量由高到低总体表现为：生草覆盖＞地布覆盖＞秸秆覆盖＞稻壳炭覆盖＞清耕。

由图2B 可知，苹果叶片中的Fe 含量，在其生长前期最高，在其生长的中后期均保持稳定，且所有覆盖处理的苹果树在其各个生长时期叶片中的Fe 含量均显著高于清耕的。在苹果树的各个生长时期，4 种覆盖处理间叶片中的Fe 含量均存在差异。6月1日和10月1日所采叶片的Fe 含量，稻壳炭覆盖处理的显著高于其他处理的；7月1日所采叶片的Fe 含量，秸秆覆盖处理的最高，达到250.8 mg·kg-1；8月1日所采叶片的Fe 含量，生草覆盖处理的最高，达到237.7 mg·kg-1；9月1日所采叶片的Fe 含量，与地布覆盖处理的相比，稻壳炭、秸秆与生草覆盖处理的叶片Fe 含量分别高12.7%、13.9%和16.1%。6—10月各处理苹果叶片的平均Fe 含量由高到低表现为：稻壳炭覆盖＞生草覆盖＞秸秆覆盖＞地布覆盖＞清耕。

由图2C 可知，苹果生长季各处理的叶片Mn含量均表现出先升高后降低的变化趋势。地布覆盖的苹果叶片Mn 含量，7月1日所采叶样的Mn含量显著高于清耕的，而9月1日所采叶样的Mn含量却比清耕的低4.2%，其他日期所采叶样的Mn 含量与清耕的相比均无显著差异；稻壳炭覆盖的苹果叶片Mn 含量，8月和9月所采叶样的与清耕的相比均无显著差异，其他时期所采叶样的均显著高于清耕的；秸秆覆盖的苹果叶片Mn 含量，除8月外其余各个日期所采叶样的也都显著高于清耕的；生草覆盖的苹果树在其各个生长时期叶片中的Mn 含量均显著高于清耕的。6—10月各处理苹果叶片的平均Mn 含量由高到低表现为：秸秆覆盖＞生草覆盖＞稻壳炭覆盖＞地布覆盖＞清耕。

由图2D 可知，各处理的苹果叶片Cu 含量，6—7月的均高于8—10月的，与清耕的相比，各覆盖处理的叶片Cu 含量均有显著增加。6月秸秆覆盖的叶片Cu 含量最高，达到11.08 mg·kg-1；7月和10月生草覆盖的叶片Cu 含量均最高；8月各处理间叶片中的Cu 含量无显著差异；9月地布覆盖的叶片Cu 含量最高。6—10月各处理苹果叶片的平均Cu 含量由高到低表现为：生草覆盖＞秸秆覆盖＞地布覆盖＞稻壳炭覆盖＞清耕。

2.4 覆盖对苹果果实中大量元素含量的影响

不同处理对果实中氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）元素含量的影响情况如图3所示。由图3可知，各处理果实中氮、磷、钾和钙、镁元素的含量随着果实的生长发育而有规律性地变化，总体表现为：幼果期各处理果实中大量元素的含量均最高，随着果实的不断发育，果实中矿质元素的含量均逐渐降低。4 种覆盖处理对苹果果实中矿质元素含量的影响存在差异，试验期内各处理果实的平均N 含量由高到低依次为：秸秆覆盖＞生草覆盖＞地布覆盖＞稻壳炭覆盖和清耕。果实中P、K 和Mg 的含量，所有覆盖处理的均高于清耕的，秸秆覆盖的最高，其余各处理的由高到低依次为：生草覆盖＞稻壳炭覆盖＞地布覆盖。果实中的Ca 含量，生草覆盖的最高，其余各处理的由高到低依次为：秸秆覆盖＞稻壳炭覆盖＞地布覆盖＞清耕。这一结果说明，4 种地面覆盖材料对苹果果实中大量元素含量的影响各不相同。

由图3A 可知，6月和8月所采苹果果实中的N 含量，4 种覆盖处理的比清耕的高14.54%～32.08%；7月所采苹果果实中的N 含量，除秸秆覆盖外的其他各处理与清耕的差异均不显著；9月苹果果实中的N 含量，地布覆盖和稻壳炭覆盖的与清耕的相比均无显著差异，而其余覆盖处理的均显著高于清耕的；10月所采苹果果实中的N 含量，地布覆盖的比清耕的低19.70%，其他各处理的与清耕的相比均无显著差异。

由图3B 可知，覆盖对苹果果实P 含量的影响较小，地布覆盖的苹果各个发育时期果实中的P 含量与清耕的相比均无显著差异；稻壳炭覆盖的苹果果实中的P 含量，7月与10月所采果实的P 含量比清耕的分别高30.00%和20.00%，其他发育时期所采果实的P 含量与清耕的相比均无显著差异；6月与9月所采秸秆覆盖的苹果，以及6、7 和10月所采生草覆盖的苹果，其果实中的P 含量均显著高于清耕的，而其他时期秸秆覆盖和生草覆盖的苹果与清耕的苹果其果实P 含量的差异均不显著。

由图3C 可知，不同覆盖处理对果实K 含量的影响却不同。除10月所采秸秆覆盖的苹果外，秸秆覆盖和生草覆盖的各个发育时期的果实其K 含量均高于清耕的；6月和9月所采地布覆盖的苹果及6—8月所采稻壳炭覆盖的苹果，其果实中的K含量均显著高于清耕的。

图2 不同处理对叶片中硼、铁、锰和铜含量的影响Fig.2 Effects of different mulching materials on the contents of B,Fe,Mn and Cu in leaves

由图3D 可知，覆盖能显著增加果实中Ca 和Mg 的含量，随着果实的发育，所有处理的果实其Ca 和Mg 的含量均降低。秸秆覆盖和生草覆盖的苹果在各个发育时期果实中的Ca 含量均显著高于清耕的，且生草覆盖＞秸秆覆盖；除6月和10月外，其他时期地布覆盖的苹果果实中的Ca 含量均显著高于清耕的；稻壳炭覆盖的苹果果实中的Ca 含量，8月和9月的Ca 含量与同期清耕的相比均无显著差异，而其他时期的Ca 含量均高于清耕的。

由图3E 可知，在除8月外的各个发育时期，稻壳炭覆盖、秸秆覆盖和生草覆盖的苹果果实中的Mg 含量均显著高于清耕的；6月和9月地布覆盖的苹果果实中的Mg 含量均显著高于清耕的，而其他发育时期地布覆盖和清耕之间果实中的Mg 含量均无显著差异。

2.5 覆盖对苹果果实中微量元素含量的影响

不同处理对果实中微量元素硼（B）、铁（Fe）、锰（Mn）和铜（Cu）含量的影响情况如图4所示。由图4可知，在果实发育前期，除B 以外，各处理果实中Fe、Mn 和Cu 的含量均最高，之后均逐渐降低。4 种覆盖处理对果实中各种微量元素含量的影响存在差异。6—10月生草覆盖的苹果果实中Fe、Mn 和Cu 的平均含量均最高，而秸秆覆盖的苹果果实中的B 含量最高。

由图4A 可知，4 种覆盖处理各个发育时期果实中B 含量的变化均较小，6月和10月所有处理的果实其B 含量均显著高于清耕的；8月稻壳炭覆盖的果实其B 含量比清耕的高10.80%，而其他处理7月和8月的果实其B 含量与清耕的相比均无显著差异；9月除地布覆盖外的其他各处理的果实其B含量比清耕的高1 8.39%～26.36%。

在各个发育时期所采秸秆覆盖和生草覆盖的苹果、8月和9月所采地布覆盖的苹果、6月所采稻壳炭覆盖的苹果，其果实中的Fe 含量均显著高于清耕的（图4B）。地布覆盖的苹果，7月与10月果实中的Mn 含量比清耕的分别低18.75%和16.02%，而8月果实中的Mn 含量比清耕的高15.15%，其他发育时期果实中的Mn 含量与清耕的相比均无显著差异；稻壳炭覆盖的苹果，8月和10月果实中的Mn 含量与清耕的相比均无显著差异，其他各个发育时期果实中的Mn 含量均显著高于清耕的；生草覆盖的苹果，除7月外的其他各个发育时期果实中的Mn 含量均显著高于清耕的（图4C）。各处理果实中的Cu 含量随着果实的不断生长发育均逐渐降低，但在各个发育时期各处理果实的Cu 含量均高于清耕的，且生草覆盖处理的果实其Cu 含量最高（图4D）。

图3 不同处理对果实中氮、磷、钾、钙和镁元素含量的影响Fig.3 Effects of different mulching materials on the contents of N,P,K,Ca and Mg in fruits

3 结论与讨论

果园地面覆盖可以有效调节土壤微域环境，改善土壤的理化性状，促进果树生长和果实品质的形成[7,10]。李文杨等[11]研究发现，覆盖能够增加信阳五月鲜桃果实的单果质量；与清耕相比，覆盖能够增加苹果的单果质量[7]。本研究结果与此相同：4 种覆盖处理的苹果在各个发育时期其单果质量均高于清耕的，6月生草覆盖的果实单质量最大，其余各个发育时期4 种覆盖处理间果实单果质量的差异均不显著。研究结果表明，4 种覆盖材料均能促进‘华红’苹果果实的生长发育。

图4 不同处理对果实中硼、铁、锰和铜含量的影响Fig.4 Effects of different mulching materials on the content of B,Fe,Mn and Cu in fruits

研究中发现，6—10月所有覆盖处理的苹果叶片中矿质元素的含量变化均存在差异。各处理叶片中的N 含量均呈波动变化趋势；其P、K 和Cu含量，在生长季前期均增高，而在生长季后期均降低；各处理叶片中B 和Mn 的含量，前期均低，中期均升高，后期均降低；各处理叶片中Fe 含量的变化趋势与B 和Mn 含量的变化趋势相反。而李保国等[12]研究发现，6月中下旬红富士苹果叶片中N、P、K 和Ca 的含量均最低，这可能与土壤供给量和树体本身养分贮藏量均有关系。花生秆+稻草覆盖、油茶壳覆盖、黑地膜等覆盖处理下油茶树体中的N 素含量均高于对照的，说明覆盖能够促进树体对N 素的积累[13]。研究结果表明，4 种覆盖处理苹果叶片中的N 素含量在其各个生长发育时期均有增加。地布覆盖、秸秆覆盖等处理方式均可为苹果的生长发育营造适宜的土壤微环境，增加土壤有机质和矿质元素的含量，促进植株生长发育，提高叶片矿质元素含量[14-15]。尚册[16]研究发现，地布覆盖显著增加了2年生富士苹果叶片中K、Ca、B、Mn、Cu 和Fe 的含量。秸秆覆盖下苹果叶片中各种矿质元素的含量均有增加，且其覆盖效果显著优于地膜覆盖效果[17]。研究中还发现，地布覆盖的叶片中各种矿质元素含量均低于其他3 种覆盖处理的。造成这一结果的原因可能是，园艺地布导热能力强，使得土壤温度超过根系生长的最适温度，从而抑制了根系的活力，不利于根系对养分的吸收，导致叶片中各种矿质元素含量均有所降低[7]。研究结果表明，除Fe 和Mn 以外，生草覆盖的叶片其他矿质元素含量均高于秸秆和稻壳炭覆盖的。造成这一结果的原因可能是，生草覆盖后，土壤微生物数量有所增加，土壤酶活性较高，有利于土壤养分的转化[18]，从而促进植株对矿质元素的吸收。除Fe 以外，秸秆覆盖的叶片中其他矿质元素的含量均高于稻壳炭覆盖的。以上结果说明，覆盖能够增加叶片中矿质元素的含量，4 种覆盖处理中，生草覆盖的效果最为明显，其次是秸秆覆盖。

随着果实的不断生长，矿质元素消耗增加，果实中各种矿质元素的含量均不断减少[19]。陈隆升等[20]研究发现，随着油茶果实的生长发育，生长后期果实中N、P、K、Mg、Cu、Fe、Zn 的含量均低于其在生长前期的含量。研究中发现，随着苹果果实的膨大，果实中N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn 和Cu 的含量均呈降低的变化趋势。研究中还发现，在试验测定时期内，各种矿质元素的含量，叶片均高于果实。覆盖还能增加果实中各种矿质元素的含量。可能因为，覆盖改善了土壤环境，提高了根系对土壤养分的利用效率，促进了苹果枝叶的生长，增强了枝叶向果实供应养分的能力[7,21]。周江涛等[21]研究发现，生草覆盖下‘华红’苹果成熟果实中N、P 和Fe 的含量均高于地布等覆盖处理的。本研究得出了相同的结果，秸秆覆盖的苹果果实中N、P、K、Mg 和B 的含量均最高，其次是生草覆盖的；生草覆盖的苹果果实中Ca、Fe、Mn 和Cu 的含量均最高；除果实中N、Mn 和Cu 的含量以外，6—10月地布覆盖的其他6 种矿质元素的平均含量均低于其他3 种覆盖处理的。这一结果说明，覆盖能够增加苹果果实中矿质元素的含量，生草覆盖和秸秆覆盖的效果均较明显。

地面覆盖对果树生长发育的综合效应体现在土壤温湿度、土壤理化性状、树体生长发育、矿质元素的吸收转运、树体贮藏养分和果实产量等方面，本研究重点关注了不同覆盖材料对苹果叶片和果实中矿质元素含量的影响情况，没有考虑其他因素，可能存在一定的局限性。今后应开展地面覆盖对果树生长影响的综合性研究，以期通过综合评价筛选出合适的覆盖材料，从而为果园地面的科学管理提供理论参考依据。