采收前15天施肥利于富士苹果树15N的吸收、分配及贮藏营养的积累

2021-12-05李燕青程存刚张艳珍张海棠

植物营养与肥料学报 2021年10期

杨安，李燕青，李壮，程存刚，张艳珍，解斌，张海棠

（中国农业科学院果树研究所/农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室/辽宁省落叶果树矿质营养与肥料高效利用重点实验室/中国农业科学院果树研究所果树生物学综合实验室, 辽宁兴城 125100）

苹果树是世界五大果树( 柑橘树、苹果树、葡萄树、香蕉树、梨树) 之一，栽培历史悠久[1]。2017年我国苹果种植面积达到232.38 万hm2，产量 4388.23万t，种植规模世界第一[2-3]。辽西地区是辽宁省的两大苹果产区之一，该区苹果产业的发展对辽宁省乃至全国苹果产业的发展均有重要意义。施肥是影响苹果产量和品质的主要因素之一。在主要施肥时期中，秋季施肥对树体抗性、贮藏营养和来年成花结果的影响远高于其它施肥时期[4-10]。前人利用15N示踪技术对不同果树，在不同时期、不同施肥量或不同施肥方式下氮肥的吸收利用规律做了大量研究。库尔勒香梨在果实膨大期施肥更利于果实的生长，树体生物量和对肥料的利用率在果实成熟期达到最高[9,11]。在樱桃的研究中发现，晚秋叶施尿素可以提高树体的贮藏营养水平[7]。在嘎啦苹果上的研究表明，果实膨大期分次施氮可提高苹果树体对氮素的吸收利用能力[10]。不同枝形的苹果对于肥料的利用率也不同，短枝型富士对于春季土施的氮肥的利用率要高于普通型[12]。对结果初期的黄冠梨研究发现，3年生幼果期梨树当年吸收的氮中，肥料氮占26.2%，而吸收的土壤氮占73.8%[13]。在富士苹果中的研究发现等量氮肥在关键物候期分次施用较春季一次性施用提高了叶片的肥料氮贡献率，植株对15N尿素的利用率也显著提高[14]。王富林等[15]在富士苹果幼树中的研究表明，从肥料中吸收的氮主要集中在叶片中，其次为根系、新稍和主干。在辽西地区生产中，果农秋季施肥是在果实采收后进行，然而，处于高纬度的辽西地区，晚熟品种采收后，气温已然较低，果树很快进入休眠期，施肥时间仓促。因此，确定合理的秋季施肥时间对本地区果业生产很有意义。前人的研究更侧重于全年不同的施肥时间对苹果树生长的影响，忽视了秋施基肥时间的重要性。本试验利用15N示踪技术在相同的施氮水平下，研究不同的秋施肥时间富士苹果树对于15N的吸收、分配以及贮藏营养的影响，旨在获得适宜的秋施肥时间，为该区合理施肥提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计与管理

试验于2019年9—11月在辽宁兴城中国农业科学院果树研究所苹果试验园进行。试材为盆栽4年生烟富3/M26/山定子苹果。

试验开始前，选取15棵干粗和果实数量(4～7个)相对一致的盆栽果树，根据树体长势将所有果树分为3个区组。将选取好的盆栽果树埋入土中，深度使定植盆中土壤与外界地表齐平。设置5个施肥日期，分别为采收前45天(9月10日)，施肥后15天平均气温为18.37℃；采收前30天(9月25日)，施肥后15天平均气温为16.5℃；采收前15天(10月10日)，施肥后15天平均气温为10.83℃；采收当天(10月25日)，施肥后15天平均气温为7.5℃；采收后15天(11月10日)，施肥后15天平均气温为2.17℃。施氮量按照N 0.5 g/kg干土，每盆干土重约20 kg，每盆总施氮量为10 g。供试尿素(N，46.4%) 21.55 g，其中15N 尿素 5 g (15N 丰度为10.1%)、普通尿素16.55 g。同时施入磷酸二氢钾(P2O552.16%，K2O 34.38%) 20 g。施肥时先用工具将表层土与肥料混匀，然后浇水2 L。为了保证一致，每个施肥处理日所有盆栽果树统一灌水2 L。10月初，利用纱网完全罩住植株，利用细绳收口，随时收集落叶。

1.2 测定项目与方法

12月底，果树完全进入休眠期后，将树体解析分为叶片、果实、一年生枝韧皮部、一年生枝木质部、多年生枝韧皮部、多年生枝木质部、主干韧皮部、主干木质部、中间砧韧皮部、中间砧木质部、主根、侧根、毛细根共13个部位。样品按清水→洗涤剂→清水→1%盐酸→3次去离子水顺序冲洗后，105℃杀青30 min，随后75℃烘干至恒重，电磨粉碎后混匀装袋备用。

样品全氮用凯氏定氮法测定。15N丰度用ZHT-03质谱计测定，样品可溶性糖用蒽酮法测定，可溶性蛋白质用考马斯亮蓝G-250染色法测定。

Ndff指植株各器官从肥料中吸收分配到的15N量对该器官全氮量的贡献率，反映了植株对肥料15N的吸收征调能力[16]。

Ndff (%)=(植物样品中15N丰度−15N自然丰度)/(肥料中的15N丰度−15N自然丰度)×100；

各部位15N吸收量(mg)= 植株部位全氮含量(mg)×Ndff；

氮肥分配率(%)= 各器官从氮肥中吸收的氮量(mg)/总吸收氮量 (mg)×100；

各部位可溶性糖含量(g，干基)=植株干重(g)×样品含糖量(%，干基)；

可溶性糖分配比例(%)=各器官含糖量(g)/植株总含糖量 (g)×100；

各部位可溶性蛋白含量(mg，干基)=植株干重(mg)×样品可溶性蛋白含量(%，干基)；

可溶性蛋白分配比例(%)=各器官可溶性蛋白含量(mg)/植株总可溶性蛋白含量(mg)×100。

1.3 数据统计

数据用Excel整理计算后，进行单因素方差分析，LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同秋施肥时间对植株各器官Ndff (%)的影响

由表1可以看出，不同施肥时间下叶片和果实的Ndff值均低于其他部位，果实采收后施肥叶片的Ndff值与果实采收前相比呈下降的趋势，最终只有0.32%。采收前45天、采收前30天、采收前15天施肥处理地上部除果实外其他组织的Ndff值与采收当天、采收后15天施肥处理有显著差异。但是采收日之前3个施肥时间之间及采收当天和采后15天施肥时间之间的地上部其他组织Ndff值无显著差异。地下部组织的Ndff值均在采收前15天施肥处理下最高，分别为主根5.96%、侧根8.23%、毛细根10.21%，采收当天及采收后15天施肥处理地下部组织的Ndff值与果实采收前施肥处理相比呈下降趋势。随着叶片的枯萎脱落，叶片15N的含量变低。叶片和果实的15N吸收能力与植株其他部位相比明显偏弱，在采收当天和采果后施肥植株各组织的15N征调能力与果实采收前施肥处理相比显著降低。

表1 不同秋施肥时期对苹果树各器官Ndff (%)的影响Table 1 The Ndff (%) of apple organs as affected by autumn fertilizationdates

2.2 不同秋施肥时间对植株各器官15N吸收量及分配率的影响

各器官中15N的含量能够反映植株对肥料的吸收能力，而各器官中15N占全株15N的百分比则能够反映氮在树体中的分布及在各器官中的分配情况，以及各器官对氮肥的需求规律。秋施肥时间不同，不同组织的15N吸收量和氮肥分配率不同。由表2可以看出，采收前45、30、15天施肥处理地上部各组织的15N吸收量高于采收当天和采收后15天的施肥处理。采收前45天施肥处理叶片(落叶)15N吸收量和氮肥分配率分别达到了32.55 mg和6.42%，显著高于其他时间施肥处理。采收前45、30天施肥处理果实的15N分配率显著高于采收前15天、采收当天、采收后15天的施肥处理，采收前45天施肥处理最高为0.91%。采收前45、30、15天施肥处理一年生枝木质部和多年生枝木质部的15N分配率与采收当天、采收后15天施肥处理有显著差异，其它地上部各组织(一年生枝韧皮部、多年生枝韧皮部、主干韧皮部、主干木质部、中间砧韧皮部、中间砧木质部)的15N分配率在不同施肥时间无显著差异。秋施肥不同时间对地下部主根、毛细根15N吸收量的影响没有显著差异，对侧根的影响差异显著。采收后15天施肥处理侧根15N吸收量显著低于采收前15天施肥处理，主根在不同施肥时间对15N的分配率无显著差异，侧根在采收当天施肥处理的15N分配率最高，与采收前45、30天施肥处理有显著差异。采收当天、采收后15天施肥处理毛细根的15N分配率与采收前15天施肥处理有显著差异。由表3可以看出，不同秋施肥时间对果树15N吸收总量和15N利用率有显著影响。采收前45、30、15天施肥处理的15N吸收总量和15N利用率显著高于采收当天和采收后15天施肥处理。采收前15天施肥处理的15N吸收总量和利用率为最高值，分别为542.03 mg和23.36%。随着果实的成熟和叶片的脱落，果实15N含量逐渐减少，果实采摘后，叶片的15N吸收略有增强。结果表明，采收当天、采收后15天与采收前45、30、15天施肥处理相比植株地上部各组织对于15N的吸收能力有降低趋势，不利于树体对15N的吸收。不同施肥时间，地上部除果实和叶片外只有一年生枝木质部和多年生枝木质部的15N分配率发生变化。不同施肥时间对地下部主根和毛细根的15N吸收量影响较小，但对侧根和毛细根的15N分配率有显著影响。

表2 不同施肥时间植株各部位15N吸收量(mg)及分配率(%)Table 2 15N uptake anddistributionrate in different parts of plant in response to fertilizationdates

续表2 Table 2 continued

表3 不同施肥时间植株15N总吸收量及氮肥利用率Table 3 Total nitrogen uptake and nitrogen use efficiency of plants at different fertilization date

2.3 不同秋施肥时间对植株各器官可溶性糖分配的影响

由表4可以看出，施肥时间主要影响果树侧根中可溶性糖的分配。随着施肥时间的延迟，果树侧根中可溶性糖含量呈现先升高后降低再升高的趋势。采收后15天施肥处理侧根可溶性糖含量显著高于采收前15、30、45天施肥的处理，达到了14.26 g，植株其他部位的可溶性糖含量无显著差异。不同秋施肥时期对于植株一年生枝韧皮部和中间砧韧皮部及侧根可溶性糖的分配规律有着一定影响，采收前30天施肥处理一年生枝韧皮部的可溶性糖分配比例显著低于采收前45天施肥处理。采收后15天施肥处理侧根的可溶性糖分配比例显著高于采收前3个施肥时期。由表5可以看出，对于植株整体而言，施肥时间对果树地下部组织的可溶性糖含量及分配有显著影响，随着施肥时间的延迟地下部组织的可溶性糖含量及分配比例都先升高后降低再升高。采收后15天施肥处理地下部组织的可溶性糖含量及分配比例均显著高于采收前45天施肥处理，分别为24.80 g和28.40%。因此，不同施肥时期对地下部组织和韧皮部的可溶性糖含量及分配影响较大，对于其他组织并无较大影响。在不同时间进行施肥，植株叶片(落叶)中的可溶性糖含量、分配比例无显著差异，但在采收前15天施肥处理下，含量及比例最低为4.62 g和7.46%，植株损失的可溶性糖最低。

表4 不同施肥时间植株各部位可溶性糖含量及分配比例Table 4 Soluble sugar content anddistributionratio in different parts of plant as affected by fertilizationdates

续表4 Table 4 continued

表5 植株整体及地上地下部可溶性糖含量及分配比例Table 5 Soluble sugar content and distribution ratio of whole plant, aboveground and underground parts

2.4 不同秋施肥时间对植株各器官可溶性蛋白分配的影响

由表6可以看出，施肥时间主要影响可溶性蛋白在植株主干木质部和侧根中的分配。主干木质部中可溶性蛋白含量在采收当天施肥处理时达到最高值为113.93 mg，主干木质部可溶蛋白的分配比例随着施肥时间的延后呈现先增加后降低的趋势。采收前15天和采收当天施肥处理主干木质部可溶性蛋白的分配比例显著高于采收前45天和采收后15天施肥处理，分别为6.22%和6.09%。侧根可溶性蛋白的分配比例在采收前15天、采收当天、采收后15天施肥处理之间没有显著差异，但均显著高于采收前45天施肥处理。采收后15天施肥处理下侧根中可溶性蛋白的分配比例达到最高值为17.33%。植株叶片中的可溶性蛋白含量、分配比例各施肥时间处理间无显著差异，采收前15天施肥处理叶片(落叶)中可溶性蛋白含量及比例最低，分别为268.21 mg和15.58% (表6)，植株损失的可溶性蛋白最低。

表6 不同施肥时间植株各部位可溶性蛋白含量及分配比例Table 6 Soluble proteincontent anddistributionratio in different parts of plant in response to fertilizationdates

续表6 Table 6 continued

由表7可以看出，施肥时间对于果树地下部组织的可溶性蛋白含量及分配有着一定影响，随着施肥时间的延迟地下部组织的可溶性蛋白含量及分配比例都先升高后降低再升高。采收后15天施肥处理的地下部组织中可溶性蛋白含量及分配比例均显著高于采收前45天施肥处理，达到了846.08 mg和40.64%。由此可见不同施肥时间对植株地下部中的可溶性蛋白含量及分配比例有显著影响，对于植株其他部位可溶性蛋白含量及分配比例影响较小。

表7 植株整体及地上地下部可溶性蛋白含量及分配比例Table 7 Soluble protein content and distribution ratio of whole plant, aboveground and underground parts

3 讨论

3.1 不同秋施肥时间对植株15N吸收分配的影响

在不同时间进行秋施肥，树体对于肥料养分的吸收有着不同的效果。根系作为主要的营养吸收器官，对于果树养分的摄取起着重要作用，温度对于根系的活性以及生长有着显著的影响。若土壤温度过高，会加速根系组织的成熟，使根系木质化的部位基本达到根尖，进而降低根系表面的吸收速率。若土壤温度过低，会抑制作物根系吸水，当气候条件利于植株蒸腾时，地上部分呈现缺水甚至脱水状态。此外，土壤温度的改变也会对土壤养分以及土壤微生物产生影响，进而间接影响根系生长[17]。苹果根系生长适宜的温度为15℃～25℃[18]，当温度低于8℃时根部的生长受到影响[19]，土壤温度在 2℃～7℃时，可以抑制根系生长[20]。本研究发现采收前45天施肥之后15天的日平均气温为18.37℃，采收前30天施肥之后15天的日平均气温为16.5℃，采收前15天施肥之后15天的日平均气温为10.83℃，采收当天施肥之后15天的日平均气温为7.5℃，采收后15天施肥之后15天的日平均气温为2.17℃，由此可见在采收当天施肥后，气温降低，苹果根系活力降低，吸收肥料的能力下降，导致植株整体的氮吸收量下降。另外从采收前45天施肥到采收前15天施肥，气温逐渐下降，但植株的氮吸收量逐渐上升，此期间果实逐渐成熟，在果实采摘后氮吸收量下降，由此推测果实的发育对于氮素的吸收有着一定的促进作用，前人研究中也发现果实采摘后植株对15N肥料的利用率略有下降[21]。对于多年生的果树而言，由于地上部与地下部对果实发育后期光合产物存在竞争，光合产物主要运向果实这个“库”器官，研究表明生殖器官对15N的竞争能力在果实成熟期最强[22-23]，15N分配受生长中心的支配，果实成熟期果实即为生长中心[24]。采收前45天施肥果实中的15N含量高于采收前15天施肥处理，且果实中的15N含量随施肥时间后移呈降低趋势，由于树体采收前45天施肥比采收前15天施肥吸收肥料的时间更久，果实内15N累计含量更高。由数据可以看出根的15N含量最高，特别是侧根和毛细根，根是冬季氮的主要储存器官[25]。叶片脱落会造成树体营养流失，随着施肥时间推后叶片的Ndff值逐渐降低，推测是由于更多的叶片在施肥前已经脱落，叶片对于肥料中的15N吸收量更低。

3.2 不同秋施肥时间对植株贮藏营养的影响

果树秋施肥可以为果树越冬提供养分，为树体提供贮藏营养。果树贮藏营养是指休眠期贮藏在根、干、枝中的养分，其水平的高低对果树安全越冬和翌年新生器官的建造具有重要作用[26]。春季苹果新生器官的生长发育所需的营养主要来源于前一年冬季的贮藏营养，而与当年春季吸收的营养关联较少[12, 27-28]。果树的产量与树体中氮化物的贮藏量有关,与当年施氮无直接关系[29]。秋施肥对于果树下一年的生长发育尤为重要。可溶性糖和可溶性蛋白是植株器官中的主要贮藏物质，通过测定结果可以看出，不同的秋施肥时间植株多数地上部各组织的可溶性糖含量之间没有显著的差异，中间砧韧皮部在采收后15天施肥其可溶性糖含量及分配比例最低，采收后15天施肥，地下部组织中的可溶性糖含量及分配比例都显著高于采收前45天施肥处理，养分多数都以贮藏营养的形态留于根部。同时从可溶性蛋白的测定结果也能看出，地上部组织只有主干木质部的可溶性蛋白含量不同施肥时间处理间有显著差异，呈先上升后下降的趋势，地下部组织随着施肥时期的延后可溶性蛋白的分配比例整体升高。可溶性糖和可溶性蛋白的分配情况表明，随着施肥时间的推迟，贮藏营养在逐步向根系运输。前人研究表明，果实采收后树体开始进入氮素营养贮备期[30]，果树开始养分回流，叶片中的养分转移到树体中贮藏起来，叶片作为果树中最大的氮库，其回流的氮占很大比重，另外在养分回流期间碳素贮藏营养集中表现向根系运输，比例达50%以上[31]。本研究结果与前人的研究较为相符，根系的贮藏营养占比最大。