施氮对元帅系俄矮2号苹果果实生长发育及品质的影响

2021-02-24张睿臣曹雪璟马宗桓李文芳毛娟陈佰鸿

甘肃农业大学学报 2021年6期

张睿臣，曹雪璟，马宗桓，李文芳，毛娟，陈佰鸿

(甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070)

俄矮2号是元帅苹果的第五代芽变短枝型品种，具有果型硕大端庄、色泽嫣红鲜亮、果顶五棱分明、味道香甜的特点，主要在甘肃天水和山西运城地区种植[1-3].氮素是植物必需的大量营养元素之一，是果树生长的重要物质基础，对果树的器官建造、物质代谢、生化过程、果实品质的形成等都有不可替代的作用，被称为“生命元素”[4].

关于施氮水平对果实品质的影响已有较为广泛的研究.研究表明，施氮对果实单果质量、纵径、横径和果形指数具有显著影响，增施氮肥果实外在品质均相应提升，但过量施氮导致果实硬度下降，不利于果实的贮藏[5].施氮能促进火龙果果实的生长，且施氮对果实纵径影响小于横径[6].研究发现随着氮素施用量增加，红富士苹果果实中可溶性固形物和维生素C含量先增加后降低，可滴定酸含量显著升高[7].温志静等[8]对嘎啦苹果的研究表明，适宜的氮素有助于果糖、葡萄糖和蔗糖的合成.

天水地处黄土高原西南部，属暖温带半湿润半干旱气候，是我国短枝型元帅苹果栽培面积和产量最多的地区[9].但对天水地区果园调查发现，果农为了达到高产的目的，滥用氮肥的现象比较普遍，不仅导致生产成本剧增，果实品质严重下降，而且加剧了果园土壤的氮素环境负荷，使果园土壤质量下降，保肥能力差[10-11].因此，本研究以元帅系短枝型品种俄矮2号为试验材料，尿素为氮源，研究不同施用量对矮化苹果果实发育及品质的影响，明确黄土高原矮化苹果树对氮素的需求和利用特点，为氮肥的合理施用和果实品质的提高提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验在甘肃省天水市麦积区花牛苹果试验基地(N 39°92′，E 116°40′)开展，海拔1 400 m，年平均气温10.7 ℃，年降水量500 mm左右，无霜期170 d左右.试验果园土壤有机质含量14.60 g/kg，全氮1.23 g/kg，碱解氮118.75 mg/kg，全磷1.36 g/kg，速效磷68.73 mg/kg，全钾38.74 g/kg，速效钾401.10 g/kg.土壤pH为8.28.

1.2 供试材料

供试品种为元帅系短枝型俄矮2号，树龄为8 a，砧木为山定子(Malusbaccata)，株行距为2 m×4 m，树形为自由纺锤形.果园无灌溉条件，采用行内覆2.5 m宽的地布保墒控草.秋季果园施入腐熟羊粪30 m3/hm2、过磷酸钙(P2O5≥12%)300 kg/hm2及氯化钾(K2O≥52%)525 kg/hm2.果园其他管理措施依照果农常规管理进行.

1.3 试验设计

以生产中常用的尿素为氮肥，设以下4个施N水平：全年尿素施入量分别为150(T1)、300(T2)和600 kg/hm2(T3)，以不施氮肥作为对照(CK).分别在萌芽期(4月10日)施入全年施氮量的50%、果实膨大期(6月25日)施入30%，果实成熟前一周(8月25日)施入20%.选择长势相近的3株果树作为一个处理，单株为一个重复.从花后20 d开始，每个重复在果树相近高度的东、南、西、北四个部位分别选取两个果实进行标记并测量记录其初始数据，每个处理共标记24个果实，之后每隔15 d分别测定标记果实的纵横径，并计算果形指数.同样，从花后30 d开始，按照前面所述的方法每个处理选取24个果实，每隔30 d测定果实硬度、可溶性固形物、可滴定酸、维生素C(VC)和淀粉含量，采用高效液相色谱法(HPLC)测定果实可溶性糖含量，并在9月30日成熟采收全部果实，测定株产.

1.4 试验方法

1.4.1 果实纵横径、硬度及单果质量的测定采用数显游标卡尺测量果实的纵横径，并计算果形指数；用1%的电子天平测定单果质量，果实硬度用GY-4数显式水果硬度计(浙江托普仪器有限公司)测定.

1.4.2 果实可溶性固形物、可滴定酸、VC和淀粉含量测定果实可溶性固形物采用TD-35手持式数字折光糖度计(浙江托普仪器有限公司)测定；可滴定酸含量用NaOH中和滴定法测定[12]，并计算固酸比；VC含量用2，6-二氯靛酚滴定法测定[13]；淀粉采用酸水解法测定[14].

1.4.3 果实可溶性糖含量测定苹果剥去果皮后准确称取1.0 g置入研钵中，加入5 mL去离子水研磨至匀浆，然后转入离心管中，12 000 r/min离心15 min，吸取上清液用去离子水定容至50 mL，然后用0.22 μm水相滤膜过滤后加入样品瓶中待测.

高效液相色谱为Waters 1525，配备2707型自动进样器，检测器为2414示差折光检测器(美国Waters公司).高效液相色谱条件为：柱温80 ℃，流动相：超纯水，检测池温度35 ℃，流速0.6 mL/min，进样量为10 μL.采用外标法进行样品糖含量的确定，所有标准品均购自Sigma公司.

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel软件进行数据整理并作图，用SPSS 22.0对数据进行统计分析，采用Duncan法进行方差分析.α=0.05为显著相关，α=0.01为极显著相关.

2 结果与分析

2.1 施氮对果实生长发育的影响

由图1-A和1-B可知，随施氮水平提升果实横径基本表现为升高趋势，T1处理果实横径在整个时期与对照均无显著差异，T2和T3处理果实横径在花后20～50 d与对照无显著差异.在花后65、80、95、115、130和145 d，T2处理果实横径较对照分别高9.1%、9.45%、8.77%、9.97%、9.34%和9.95%；T3处理较对照分别高11.1%、9.83%、9.33%、8.03%、6.84%和8.04%，且与对照差异显著.在花后50、65、95、130和145 d，随着施氮水平提升，纵径呈先增加后降低的趋势，且均在T1处理下为最高，较对照分别高4.92%、2.02%、2.7%、3.38%和1.27%，各施氮处理间纵径均无显著差异.

由图1-C可知，在整个生育期内，各处理果形指数均表现为逐渐降低.除花后130 d，其余时期果形指数均表现为T1>T2>CK>T3，其中T1和T2处理果形指数无显著差异，较对照分别增加2.6%～10.9%和1.4%～10.1%.在花后35、50和65 d时，T3处理果形指数显著低于对照，其余各时期T3处理果形指数与对照均无显著差异.

2.2 施氮对果实硬度、可溶性固形物、VC、可滴定酸、固酸比及淀粉含量的影响

由图2-A可知，全生育期果实硬度呈先增加后降低的趋势，施氮处理硬度均高于对照.与T1和T3处理相比，T2处理显著提高了花后30 d时果实硬度，较T1和T3处理分别增加5.27%和6.12%.花后90、120和150 d，与对照相比，T1和T2处理显著提高了果实硬度，以T2处理硬度为最高，较对照分别增加9.48%、5.37%和7.24%.由此可见，T2处理可显著提高果实硬度.

各施氮处理在花后60、90、120和150 d时可溶性固形物含量均高于对照(图2-B).花后60和120 d，与对照相比，T2处理显著提高了可溶性固形物含量，较对照分别提高10.38%和11.53%.T2和T3处理显著提高了花后90 d时可溶性固形物含量，以T2处理为最高，较对照增加8.85%.花后150 d，T2处理可溶性固形物含量显著高于其他施氮处理，较T1和T3处理分别增加6.82%和7.63%.

图中数据为同期不同字母表示不同处理间在0.05水平存在显著性的差异(P<0.05).Data are presented as the means ± standard error.The different letters in each sampling time indicate significant differences in different treatments at 0.05 level(P<0.05).图1 施氮对果实生长发育的影响Figure 1 Influence of nitrogen application on fruit growth and development

由图2-C可知，各施氮处理在花后60、90、120和150 d时VC含量均高于对照.花后60和90 d，各施氮处理VC含量较对照显著提高，T1、T2和T3处理无显著差异.与T1和T3处理相比，T2处理显著提高了花后120 d时VC含量，较T1和T3处理分别提高1.52%和6.4%.花后150 d，与对照相比，T1和T2处理显著提高了VC含量，以T2处理为最高，较对照提高12.26%，T3处理与对照差异不显著.

由图2-D可知，整个生育期内果实可滴定酸含量呈逐渐降低的趋势.花后30 d，T1处理可滴定酸含量显著高于其他处理.花后60、90、120和150 d，随着施氮量的增加，可滴定酸含量呈先增加后降低的趋势，均在T2处理下达到最高，较对照分别增加10.8%、31.47%、28.98%和29.91%.与对照相比，T3处理显著降低了花后60、120和150 d可滴定酸含量.

由图2-E可知，随着果实的成熟，固酸比呈慢-快-慢的趋势逐渐升高.花后30 d，各处理固酸比无显著差异.花后60 d，与对照相比，T2和T3处理固酸比显著增加，较对照分别提高25.69%和36.26%，T1处理与对照无显著差异.花后90 d，各施氮处理固酸比显著高于对照，以T2处理最高，为75.35，是对照的1.45倍.花后120 d和150 d，固酸比随着施氮量的增加而提高，在T3处理下均为最高，较对照分别提高53.67%和54.65%，与T2处理无显著差异.

由图2-F可知，全生育期内淀粉含量呈先增加后降低的趋势.花后30 d和60 d，各施氮处理淀粉含量均低于对照且各施氮处理间无显著差异.花后90、120和150 d，随着施氮水平逐渐提升，各施氮处理淀粉含量呈先上升后降低的趋势，均在T2处理达到最高，较对照分别增加28.1%、14.17%和25.3%，T2与T3处理无显著差异.

2.3 施氮对果实可溶性糖含量的影响

各处理果实中可溶性糖含量测定结果(图3)显示，随着生育时期的推进，果糖、葡萄糖和蔗糖含量逐渐增加，山梨醇含量逐渐降低.由图3-A和图3-B可知，与对照相比，T2处理在花后60、90、120和150 d时显著增加了果糖和葡萄糖含量，较对照分别增加16.44%、25.87%、9.1%、12.99%和15.57%、12.21%、13.42%、12.84%；T1处理在花后90 d和150 d时果糖含量显著增加,较对照分别增加11.67%和10.16%；T3处理在花后120 d时葡萄糖含量显著高于对照，其余时期与对照均无显著差异.

图中数据为同期不同字母表示不同处理间在0.05水平存在显著性的差异(P<0.05).Data are presented as the means ± standard error.The different letters in each sampling time indicate significant differences in different treatments at 0.05 level(P<0.05).图2 施氮对果实硬度、可溶性固形物、VC、可滴定酸、固酸比和淀粉含量的影响Figure 2 Influence of nitrogen application on hardness,soluble solids,VC,titratable acids,ratio of soluble solids content to acid content and starch content in the fruits

由图3-C可知，全生育期内T3处理蔗糖含量显著高于其他处理.与对照相比，T2和T3处理显著提高了花后60 d时蔗糖含量，以T3处理含量最高，为对照的1.25倍，T1处理与对照无显著差异.与T1和T2处理相比，T3处理显著提高了花后90 d时蔗糖含量，较T1和T2处理分别提高7.87%和5.11%.花后120和150 d，与对照相比，各施氮处理显著提高了蔗糖含量，以T3处理为最高，较对照分别增加12.55%和16.43%.

由图3-D可知，山梨醇含量随着生育时期延长而逐渐降低，高氮水平的T3处理，其山梨醇含量最高.花后30和60 d，与对照相比，T2和T3处理山梨醇含量显著提高，较对照分别提高9.01%、10.07%和13.69%、22.26%.T3处理显著提高了花后90 d和120 d时山梨醇含量，两个时期分别为5.56、3.81 mg/g，花后150 d，T3处理山梨醇含量显著高于其他施氮处理，与对照相比，增加了15.16%，T1处理与对照无显著差异.

2.4 施氮对果实产量的影响

由表1知，不同施氮处理后，果实个数、平均单果质量和产量均不同程度高于对照，且随着施氮量增加呈先增加后降低的趋势.与对照相比，T2处理果实个数显著提高，较对照提高10.16%，与T1和T3处理无显著差异.果实平均单果质量在T2处理下达到最高，为318.58 g，较T1和CK分别提高8.79%和13.52%，与T3处理无显著差异.与对照相比，T2处理显著提高了产量，为107.87 t/hm2，较对照提高25.06%，与T3处理差异不显著.

图中数据为同期不同字母表示不同处理间在0.05水平存在显著性的差异(P<0.05).Data are presented as the means ± standard error.The different letters in each sampling time indicate significant differences in different treatments at 0.05 level(P<0.05).图3 施氮对果糖、葡萄糖、山梨醇和蔗糖含量的影响Figure 3 Influence of nitrogen application on fructose,glucose,sorbitol and sucrose contents in the fruits

表1 施氮对果实产量的影响

3 讨论

苹果果形指数与果实大小是苹果外观品质的重要指标之一，它与遗传基因和果实发育的营养水平及所处的生态条件有关[15].陈庆浩[16]以伏梨为研究对象，发现施氮对果实横径的增长和果形指数变化有显著作用，且有利于果实细胞分裂和果实肥大.在甜瓜中研究发现，随着氮肥施用量的增加，果实横径和纵径均呈先增加后降低的趋势，而各处理纵径与对照相比差异均不显著[17].本研究发现施氮处理提高了果实横径大小，在花后65、80、95、115、130和145 d时，果实横径在全年施氮量600 kg/hm2时表现为最大；在花后50、65、95、130和145 d时，T2处理的果实纵径高于其他处理，这表明适宜的氮素对果实纵横径的增长均具有一定作用.果形指数在大部分时期表现为T1>T2>CK>T3，可能是由于氮肥施用量增加，促进了果实碳水化合物的形成，为果实膨大提供了充足的有机化合物，进而影响果实大小，但氮素施用过量不利于改善果形指数[18].

氮素是果树必需矿质元素中的核心元素，在一定范围内其施用量与果实的品质密切相关[19].据报道，酿酒葡萄蛇龙珠在氮肥施用量为300 kg/hm2时植株生长较好，且果实品质和产量均显著增加[20].在菠萝上，施氮均能显著提高单果质量和产量，其中375 kg/hm2尿素处理单果质量显著高于其他处理，较对照增加36.77%[21].本试验结果表明，果实产量在300 kg/hm2的施氮量时达到最高；果实硬度是衡量果实采收、鲜食、运输、贮藏的重要指标，本试验中各时期果实硬度均随着施氮水平的提升而增加，但是超过300 kg/hm2氮素施用量后果实硬度开始下降，可能是由于过量施氮影响了果实中钙含量的积累[22]，进而导致果实硬度下降，这与李丙智等[7]在红富士苹果和孟月华等[23]在八月脆梨上研究结果相似.有研究认为，氮素施用不足或过量都不利于果实品质的提高，适量施用氮肥可增加果实中可溶性固形物和VC含量，口感最佳[24].朱清华等[25]在油桃上研究表明，可溶性固形物含量随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，可滴定酸含量显著升高.本研究表明，在花后60、90、120和150 d时，施300 kg/hm2的氮肥果实中可溶性固形物、VC和可滴定酸含量均达到最高.本试验中对照处理淀粉含量在花后60 d时达到最高，而各施氮处理淀粉含量的最大值出现在花后90 d，说明施氮延长了淀粉合成和降解时间，花后60 d，各处理淀粉含量排序依次为CK>T2>T1>T3，原因是对照处理淀粉含量在花后60 d时合成到最高值，而各施氮处理的淀粉还处于合成阶段，花后90 d，各处理淀粉含量依次为T2>T3>T1>CK，这是由于对照处理的淀粉已经开始降解，而各施氮处理淀粉合成达到最高，这与温志静等[26]在嘎拉苹果上研究结果相似.

糖的含量、组成及糖酸比与果实风味品质密切相关.果实成熟变甜的过程主要依赖于蔗糖、果糖和葡萄糖在液泡中的大量积累，尤其是果糖和蔗糖[27].果糖是最甜的可溶性糖，对果实的风味品质具有重要影响，山梨醇是苹果主要的光合作用产物运输形式和可溶性储藏物质，起着其他植物中蔗糖的作用，且随着果实成熟迅速转化为其他形式的糖[28].有研究表明，适量的氮肥能够提高果实的蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇的含量，过量施用氮肥会使果糖和葡萄糖含量下降从而导致总糖含量下降[29].本试验结果表明，随着果实生育期延长，果糖、葡萄糖和蔗糖含量呈上升趋势，山梨糖醇含量逐渐降低且在花后150 d时降至最低.果糖和葡萄糖含量在大部分时期表现为施300 kg/hm2的氮肥达到最高，而施600 kg/hm2的氮肥山梨醇和蔗糖含量积累最多.