钙镁配施对琯溪蜜柚树体钙镁营养及果实产量和品质的影响

刘 禹,雷 靖,2,胡承孝,谭启玲,庄木来,孙学成,武松伟

(1 华中农业大学资源与环境学院/新型肥料湖北省工程实验室,武汉,430070;2 浙江省江山市农业农村局,浙江江山,324100;3 福建省平和县农业局,福建平和,363700)

琯溪蜜柚作为柚类良种颇得人们厚爱。福建省平和县的琯溪蜜柚栽培面积、产量及出口量均稳居全国县级行政区域第一。平和琯溪蜜柚果园重施大量元素肥料而忽略中微量元素的补给[1-3],加上果农追求高产过量施用化肥导致土壤酸化严重,加剧果园土壤钙镁缺乏[4-5],产量和品质有所下降。平和县琯溪蜜柚果园钙镁肥施用偏低,年平均用量分别仅为0.29及0.09 kg/株[6],土壤和树体缺镁问题普遍[4]。柑桔需钙量与氮和钾近似[7-8]。钙具有维持细胞壁结构和稳定细胞膜,促进细胞、根毛的生长发育和蛋白质合成,参与第二信使传递等功能[9-10]。增施钙素能增加果实维生素C,促进可溶性糖的积累,提高内含物含量,进而可以提高果实的营养品质[11]。镁在叶绿素合成、光合作用以及光合同化物的生产、转运和分配方面发挥着重要作用[12]。增施镁素能促进柑桔果实维生素C合成,提高果肉出汁率,进而提高果实品质[13],显著促进果实可溶性糖的累积[14-16]。目前,有关琯溪蜜柚施肥的研究主要为氮磷钾的用量与配比[1-2],涉及钙镁配施的研究报道较少。笔者通过连续2年大田试验,研究不同比例钙镁配施对琯溪蜜柚果实产量和品质的改善作用,为指导平和县琯溪蜜柚果园科学施用钙镁肥,推进平和县蜜柚产业高效优质和绿色健康生产提供帮助。

1 材料与方法

1.1 试验点概况2017—2018年在福建省平和县琯溪蜜柚基地开展田间试验。果园土壤类型为红壤,试验前pH值4.15,有机质含量23.03 g/kg,碱解氮含量97.07 mg/kg,速效磷含量123.07 mg/kg,速效钾含量202.50 mg/kg,交换性钙含量253.12 mg/kg,交换性镁含量35.35 mg/kg,特点为土壤酸化、速效磷过量及钙镁缺乏。基础土壤样品的测定参照鲍士旦[17]的方法,pH值采用电位法(水土比2.5∶1),碱解氮采用碱解扩散法,速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法,速效钾采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法,有机质采用外加热重铬酸钾容量法,交换性钙和交换性镁采用1 mol/L NH4OAc浸提-原子吸收分光光度法。试验树为15年生酸柚砧白肉琯溪蜜柚,试验前树体缺镁现象严重(见图1)。

图1 试验前琯溪蜜柚树体叶片缺镁表现

1.2 试验设计钙肥使用CaO,镁肥使用MgSO4。每年2月下旬将钙(以CaO计)镁(以MgO计)肥按1.50 kg/株一次性沟施至20 cm层土壤,根据CaO∶MgO比例设置5个处理(表1),分别为0∶0(CK)、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4,每个处理4次重复,每个重复选择长势基本一致的柚树3株,共60株。全年施N 1.60 kg/株,P2O51.30 kg/株,K2O 1.40 kg/株,分别以尿素(含N 46.7%)、过磷酸钙(含P2O512%)和硫酸钾(含K2O 50%)为肥源,且按促花肥(2月下旬或3月上中旬)、稳果肥(5月中旬)、壮果肥(7月下旬或8月上旬)及越冬肥(11月中下旬)分4次以穴施方式施入20 cm层土壤并覆土。促花肥N、P2O5和K2O用量分别占全年总量的30%、15%和25%;稳果肥N、P2O5和K2O用量分别占全年总量的30%、15%和25%;壮果肥N、P2O5和K2O用量分别占全年总量的15%、50%和20%,越冬肥N、P2O5和K2O用量分别占全年总量的25%、20%和30%。

表1 钙镁配施对成熟期琯溪蜜柚果肉、果皮和囊瓣膜钙、镁含量及果实钙镁养分携出量的影响

1.3 样品采集与分析叶样分别于幼果期(5月)、着果期(7月)、果实膨大中后期(9月)和成熟后期(11月)采集,每次每株从东、南、西、北4个方位采取树冠当年生春梢顶部向下第3片完整无病害叶,每个重复24片叶片混合为一个样品。采下的叶片装入塑料袋带回实验室,先用清水和0.1%中性洗涤剂洗涤叶片,用清水冲洗后用0.1%HCl溶液洗涤30 s,用去离子水洗净叶片,装袋于105 ℃恒温杀青30 min,于65 ℃条件下烘干至恒重,用不锈钢磨样机磨成粉末后放在塑料袋中保存待测。叶片钙、镁含量采用HNO3-HClO4消煮-原子吸收分光光度法测定[17]。

果样于11月果实成熟期采集,每株在树冠外围中部从东、西、南、北4个方向各采集1个果实,每重复12个果实混合为一个样品。每个样品随机挑选3个果实,用清水洗净擦干后用百分之一天平称单果质量,用数显游标卡尺测量果实横径、纵经和果皮厚度,然后将果皮、果肉分开称质量,烘干,采用与叶片相同的方法测定钙、镁含量。每个样品另外随机挑选4个果实测定内在品质,可溶性固形物用手持数显糖量计(日本,PAL-1)测定,可滴定酸使用NaOH中和滴定法,维生素C使用2,6-二氯靛酚滴定法测定。

相关指标计算公式:产量=果实数×平均单果质量;可食率=[果肉质量/(果肉质量+果皮质量)]×100%;出汁率=[果汁质量/果肉质量]×100%;固酸比=可溶性固形物含量/可滴定酸含量;果实钙镁携出量(鲜质量计)=果肉钙镁携出量×可食率+果皮钙镁携出量×(1-可食率),果肉钙镁携出量=果肉钙镁含量×(1-果肉含水率),果皮钙镁携出量=果皮钙镁含量×(1-果皮含水率)。

1.4 数据分析使用SPSS 20.0进行数据分析,Duncan法进行处理间多重比较。采用主成分分析进行综合打分的方法,综合评价钙镁配施对果实产量和品质影响。

2 结果与分析

2.1 钙镁配施对树体钙镁的影响在琯溪蜜柚果实生长期,叶片钙含量逐渐上升,且在果实成熟期(11月)达最大值,生产中每年应在果实膨大期之前补足钙肥来满足柚树对钙素的需求。与CK相比,2018年5月9∶1和8∶2钙镁配施处理的叶片钙含量显著增加33.13%和27.61%,说明增加钙镁肥中钙的比例有利于提高当年生春梢叶片钙含量。在琯溪蜜柚果实生长期,叶片镁含量先降后回升。2017年,幼果期叶片镁含量达到最大值,果实膨大中后期达到最低值,说明在果实生长期叶片对镁的需求量较大,需要及时补充镁肥来满足其对镁素的需求。2018年,果实膨大期叶片镁含量最低,但是在果实成熟期的叶片镁含量达到最大值,说明连续两年施用镁肥对叶片缺镁有一定的矫正效果,尤其是缺素较为严重的11月(见图2和图3)。可见,施用钙镁肥有利于提高琯溪蜜柚果实生长发育期叶片钙、镁含量,缓解叶片缺乏钙、镁的症状。

图2 钙镁配施后琯溪蜜柚树体叶片状况

注:以CaO为钙肥,以MgSO4为镁肥,设置钙(以CaO计)和镁(以MgO计)总量(1.50 kg/株)不变而配比不同(9∶1,8∶2,7∶3,6∶4)的4个钙镁配施处理,设置不施钙肥和镁肥为对照;不同字母表示同一时间不同处理间差异显著(p<0.05)。

注:不同字母表示处理间差异显著(p<0.05),“**”表示相关性极显著(p<0.01)。

连续两年钙镁配施对琯溪蜜柚果皮和囊瓣膜中钙镁含量及果实钙镁携出量有显著影响。与CK相比,钙镁配施处理果皮钙和镁含量分别提高31.46%～56.18%和0～16.67%,囊瓣膜钙、镁含量分别提高7.04%～12.68%和8.33%～16.67%,果实钙和镁携出量分别增加9.71%～12.65%和1.14%～8.74%(见表1)。

综合叶片和果实钙镁含量变化来看,在缺镁土壤中连续两年施用一定配比的钙镁肥,可使果实成熟期果皮和囊瓣膜中的镁含量增加,叶片的镁含量也上升,既可以保证果实对镁的需求,还对矫正叶片缺镁有一定的效果。2018年果实成熟期叶片钙含量变化趋势较平缓,其原因是此时果皮和囊瓣膜对钙的吸收增加,导致叶片对钙的吸收较少。

2.2 钙镁配施对产量的影响钙镁配施可增加琯溪蜜柚果实产量,且产量随镁肥占比的增加呈先增后降的变化规律。与CK处理相比,2017年8∶2和7∶3钙镁配施处理分别显著提高果实产量19.75%和25.54%,2018年9∶1和8∶2钙镁配施处理分别显著提高果实产量31.06%和41.30%。根据果实产量分别与钙肥及镁肥施用量的回归方程可知,2017年果实产量理论最大值对应的钙肥和镁肥施用量分别为1.18和0.33 kg/株,2018年果实产量理论最大值对应的钙肥和镁肥施用量分别为1.27和0.30 kg/株(见图1)。这说明连续施用钙镁肥时适当增钙减镁可能更利于提高琯溪蜜柚果实产量,但需更长期的田间试验进行验证。

2.3 钙镁配施对果实内在品质的影响2017年,与CK相比,钙镁配施处理对果实可溶性固形物、可滴定酸、固酸比和可食率均无显著影响。2018年,与CK相比,9∶1和8∶2钙镁配施处理显著降低果实可滴定酸,8∶2钙镁配施处理显著提高果实固酸比,各钙镁配施处理显著提高可食率。2017和2018年8∶2和7∶3钙镁配施处理均显著提高果实维生素C。2017和2018年8∶2处理分别显著提高果实出汁率16.93%和16.05%,改善蜜柚口感,多汁化渣(见表2)。

表2 钙镁配施对琯溪蜜柚果实品质的影响

2.4 钙镁配施对果实产量和品质影响的综合评价将琯溪蜜柚果实产量、可溶性固形物、可滴定酸、固酸比、维生素C、可食率及出汁率分别用x1、x2、x3、x4、x5、x6和x7表示,对这7个指标进行主成分分析提取,根据提取的各主成分对产量和品质指标进行综合打分,以综合得分对5个处理进行排序和系统聚类分析。通过对7个因子进行主成分提取,得到3个主成分,其贡献率分别为47.32%、36.34%、15.16%,累积贡献率达到98.82%,具有足够的代表性(见表3)。各主成分的特征值表达式如下:y1=0.59x1-0.18x2+0.56x3-0.41x4+0.23x5+0.23x6+0.49x7,y2=0.19x1+0.73x2-0.02x3-0.16x4+0.70x5-0.70x6-0.07x7,y3=-0.02x1+0.37x2+0.58x3+1.32x4-0.45x5-0.49x6+1.05x7。式中y1、y2和y3分别代表第1、2和3主成分的特征值。以各主成分特征值的贡献率为分配系数,构建琯溪蜜柚果实产量品质综合评价模型为:z=0.48y1+0.37y2+0.15y3(z为综合得分,各主成分前系数为各主成分的占比)。根据琯溪蜜柚果实产量品质综合评价模型对各处理果实产量品质进行综合评价,然后得到各处理的综合得分、排序及聚类结果。各处理的综合得分排序为8∶2>7∶3>9∶1>6∶4>CK,排名前3的处理得分均为正值,后两名为负值;8∶2处理的得分最高,其产量品质也相对最好(见表4)。

表3 主成分特征值、贡献值、累积贡献率及特征向量

表4 各处理主成分综合得分及聚类分析

聚类结果可将不同处理分为3个类群,类群Ⅰ包括9∶1、8∶2和7∶3处理,其产量、固酸比、维生素C和出汁率在3个类群中均是最高的,可滴定酸含量最低,其果实风味、营养和经济价值最优;类群Ⅱ包括6∶4处理,其可食率、维生素C和出汁率较高,但可溶性固形物和固酸比最低,果实品质整体居中;类群Ⅲ包括CK,其可溶性固形物和可滴定酸在3个类群中是最高的,但产量、维生素C、可食率和出汁率等是最低的,果实品质整体最差(见表4)。由此可基本判定9∶1、8∶2、7∶3处理构成的类群Ⅰ综合表现较优,CK构成的类群Ⅲ综合表现较差,6∶4处理构成的类群Ⅱ综合表现中等。

3 讨论

3.1 钙镁配施对琯溪蜜柚钙镁养分吸收的影响叶片能一定程度上反映树体的营养状况,从琯溪蜜柚果实着果期到成熟期的叶片钙、镁含量变化来看,不同阶段的含量差异较大,因此生产中施肥管理应该根据具体的需求特点平衡施肥。本研究表明,幼果期叶片钙含量较低,钙镁配施既保证各时期叶片对钙的吸收增加,又保证果实成熟期时钙向果实转移,因此在春肥施用时期增加钙肥施用量或在花后重要时期(幼果期、壮果期)补施钙肥是为叶片、果实提供足够钙含量的重要途径。

柚类果实在果实膨大后期对镁的需求量较大,此时叶片中的镁向果实转移而使叶片镁含量降低,易出现缺乏现象[14]。本研究表明,果实成熟期镁营养主要向果皮和囊瓣膜转移,在极缺镁土壤上连续施用镁肥能提高叶片对镁的吸收。果实成熟期的叶片镁含量上升,可能是由于连续两年施用石灰和氧化镁导致土壤pH值增加和有效性镁含量提高[11]。参照琯溪蜜柚叶片镁含量小于0.32%为缺乏[18],本试验2017年各采样时期的叶片镁含量均小于0.32%,而第二年叶片镁含量有所提升,除了果实膨大期外的其余时期叶片镁含量均大于0.32%,说明需要连续施用镁肥才能保证树体镁营养处于适量范围,且应在果实膨大期前补足树体对镁的需求。

3.2 钙镁配施对琯溪蜜柚果实产量和品质的影响钙主要调控果树生理代谢和发育[19],影响果实产量、裂果、色泽品质及贮藏运输性能等[20-21]。已有研究表明,连续两年施用生石灰(CaO)0.25 kg/株能分别提高蜜桔产量4.91%和23.99%[22],在常规施肥的基础上增施糖醇钙60 g/株能显著增加香蕉产量20.68%[23],在春甜桔果实膨大初期土施生石灰1.5 kg/株能显著提高其产量22.43%[24]。本试验结果表明,在土壤酸化严重的琯溪蜜柚果园增加CaO的施用量增产效果显著。前人在春甜桔[24]、温州蜜柑[25]和锦橙[26]上的试验证明,施用钙肥能降低果实酸度,提高糖酸比,抑制果实贮藏过程中维生素C等物质的氧化分解,有效改善果实品质,本研究得到了相似结果。这是因为果实钙含量的增加会促进糖、碳水化合物通过韧皮部进入贮藏器官,从而增加果实糖含量[27],此外,在酸性土壤中施用石灰能提高土壤养分的有效性,改良土壤理化性状,促进微生物活动[25],从而通过提高树体对N、P、K等养分的吸收来改善果实品质。

镁在植物光合生理、碳水化合物分配、酶活化、活性氧代谢以及基因表达等方面发挥着重要作用[28-30],对提高柑桔产量和品质具有重要意义。已有研究表明,温州蜜柑果实产量最高、品质较佳的施镁(MgO)量为122～150 g/株[16],在砂糖桔上施镁(MgO)量600 g/株时能显著提高其单果质量和产量[31]。本研究结果表明,2017年施镁(MgO)量为0.33 kg/株、2018年施镁(MgO)量为0.30 kg/株时,琯溪蜜柚分别能获得最大产量,当施镁(MgO)量超过0.45 kg/株时,增产效果不显著。在本研究中,2017年施用镁肥对果实可溶性固形物无显著影响,这与施镁对常山胡柚、椪柑品质影响的研究结果相似[32-33],但与温明霞等[14]在温州蜜柑上叶面喷施和土施镁肥增加果实可溶性糖的研究结果不同,这可能是柑桔品种差异和施肥方式不同引起的;2018年施少量镁能显著增加果实可溶性固形物和降低果实可滴定酸,这与在葡萄上施用镁肥的试验结果一致[34-35]。

钙和镁在植物体内相互作用,竞争细胞内部分转运酶及转运子,影响植物的生长[36]。钙和镁肥合理配施,能明显改善江西南丰蜜桔的化渣性[11]。目前,琯溪蜜柚汁胞粒化现象较为普遍,不合理的施肥结构和栽培方式等都会造成蜜柚粒化[37]。本研究发现,一定比例钙镁配施能显著提高果实出汁率,从而减轻粒化程度,改善蜜柚口感,这可能与钙减少木质素合成有关,但其机理需要进一步的研究。

4 结论

琯溪蜜柚叶片钙含量在果实膨大期之前需求量较多,应该在幼果期补足钙肥;叶片镁含量在果实膨大期需求量较多,应该及时在果实膨大期补足镁肥。连续施用钙镁肥既保证叶片又保证果实对钙、镁的需求。适当比例钙镁配施可显著提高琯溪蜜柚果实产量、维生素C、固酸比和出汁率,降低可滴定酸含量,改善蜜柚口感,更加多汁化渣。综合分析对果实产量和品质等指标的影响,推荐福建省平和县红壤土成年白肉琯溪蜜柚钙肥(CaO)施用量为1.05～1.35 kg/株,镁(MgO)肥施用量为0.15～0.45 kg/株。