五九香梨樹不同發(fā)育期營養(yǎng)元素需求規(guī)律

徐 鍇,趙德英,張少瑜,閆 帥,侯桂學(xué)

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 果樹研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧省落葉果樹礦質(zhì)營養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 興城 125100)

我國是梨生產(chǎn)第一大國,產(chǎn)量和面積均居世界首位[1]。隨著人民生活水平的提高,對梨果實(shí)品質(zhì)要求也隨之增高。果實(shí)品質(zhì)是綜合因素的反映,其中礦質(zhì)營養(yǎng)的需求是限制果實(shí)品質(zhì)的一個重要因素[2],也是果樹生長發(fā)育、提高產(chǎn)量必需的營養(yǎng)物質(zhì)基礎(chǔ)[3]。礦質(zhì)營養(yǎng)按需求量的大小可分為常量元素(N、P、K、Ca、Mg、S)和微量元素(B、Zn、Fe、Cu、Mn、Mo)[4]。關(guān)于果樹的礦質(zhì)營養(yǎng)研究,在蘋果[5]、梨[6]、葡萄[7]、櫻桃[8]、板栗[9]、榛子[10]、獼猴桃[11]、楊梅[12]、棗[13]、歐李[14]等樹種中均有報道,但多是研究葉片、枝條或果實(shí)中的營養(yǎng)元素含量變化規(guī)律,很少有研究植株整體的營養(yǎng)元素需求規(guī)律。此類研究在糧食[15-16]、蔬菜[17-18]等作物上已經(jīng)開展較多工作,而在果樹中,僅有葡萄[19]和榛子[20]等少數(shù)樹種有報道。

目前梨樹生產(chǎn)中還是以經(jīng)驗(yàn)施肥為主,存在盲目性,已落后于現(xiàn)代果業(yè)的發(fā)展要求。研究表明,科學(xué)施肥是果樹正常生長和果實(shí)品質(zhì)提升的重要基礎(chǔ)。而經(jīng)驗(yàn)施肥則可能會造成果樹生長營養(yǎng)障礙、產(chǎn)量不穩(wěn)、樹勢衰弱、果實(shí)品質(zhì)下降,影響梨樹產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展[21]。明確礦質(zhì)元素的需求規(guī)律可以為梨樹的合理施肥與精準(zhǔn)施肥提供理論依據(jù),對實(shí)現(xiàn)我國梨樹的綠色、節(jié)本、優(yōu)質(zhì)、高效、安全生產(chǎn)具有重要意義[22]。因梨樹為多年生樹種,生命周期較長,因此樹體營養(yǎng)需求易受多因子影響[23]。本研究以五九香梨(PyruscommunisL. cv. Wujiuxiang)為試材,連續(xù)3 a進(jìn)行整株取樣、解析、測定,減小外界環(huán)境因子的影響[19],通過計算不同發(fā)育階段樹體對各營養(yǎng)元素的需求量與吸收分配比例,探索五九香梨樹對各營養(yǎng)元素的需求規(guī)律,為梨樹的合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究于2017—2019年在遼寧省興城市中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所梨栽培試驗(yàn)示范園開展,供試品種為五九香,砧木為杜梨(P.betulaefoliaBunge.),處于盛果期,樹形為小冠疏層形。五九香梨由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所育成,親本為鴨梨×巴梨,在遼寧、北京、甘肅、河南、河北、云南、西藏等地均有栽培,果實(shí)大,單果重約為271 g,果實(shí)后熟后汁液多、味酸甜、微香,品質(zhì)中上等[24],是后熟梨品系(西洋梨、秋子梨和部分雜交新品種)中較好的代表品種。

1.2 果園概況

梨樹植株行距為3 m×4 m。果園管理水平中上,每667 m2產(chǎn)量約為3 300 kg。果園土壤為棕壤,較肥沃,表層土壤(0～40 cm)有機(jī)質(zhì)含量18.38 g·kg-1,堿解氮含量174.15 mg·kg-1,速效磷含量62.15 mg·kg-1,速效鉀含量303.14 mg·kg-1,pH值6.99。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

每年樹體萌芽前選擇樹勢基本一致、長勢良好的植株為試驗(yàn)材料,并標(biāo)記編號,分別于萌芽期(4月上旬)、開花期(4月下旬)、幼果期(5月上旬)、緩慢生長期(6月中旬)、果實(shí)膨大期(7月下旬)、果實(shí)成熟期(9月中旬)和休眠期(10月下旬)共7個發(fā)育關(guān)鍵時期進(jìn)行植株的整體分解取樣,每個時期取3株,將樹體分解為根系、枝條、葉片、花果等部分,測定各部分的常量元素(N、P、K、Ca、Mg)和微量元素(Cu、Fe、Zn、Mn、B)含量。將果園日常管理過程中疏除的枝條、葉片、果實(shí)等進(jìn)行標(biāo)記保存,與下一次采樣對應(yīng)的各樹體部分混合處理。

1.4 元素含量測定

分解后的樹體各部分依次用清水、1%鹽酸和去離子水洗凈,105 ℃殺青30 min,80 ℃烘干至質(zhì)量不變,然后研磨并過60目篩,之后混勻備用。元素測定：全N含量用凱氏定氮儀測定[25],其他元素(P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn、B)含量用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定[26]。

各營養(yǎng)元素的累積量為本時期該元素含量乘以對應(yīng)植株部分的干物質(zhì)質(zhì)量,各營養(yǎng)元素需求量為本時期該元素累積量與上一時期該元素累積量的差值[20],不同發(fā)育時期各營養(yǎng)元素吸收分配比例通過該元素本時期的需求量與全年需求量之和的比值計算獲得。分7個時期取樣,計算出的需求量為6個時期;另外,休眠期沒有花果,萌芽開花前沒有葉片,因此,葉片和花果的需求量均為5個時期。單株需求量為全年各元素各發(fā)育階段需求量的增加總量,生產(chǎn)1 t果實(shí)的元素需求量通過單株元素需求量與單株果實(shí)產(chǎn)量的比值乘以1 000計算獲得[27]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Office 2010軟件處理數(shù)據(jù),所得結(jié)果為3 a測定數(shù)據(jù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 五九香梨樹體不同發(fā)育階段對各營養(yǎng)元素的吸收分配規(guī)律

五九香梨對各營養(yǎng)元素的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)貫穿整個生長發(fā)育期,植株整體的各營養(yǎng)元素在各發(fā)育階段的吸收分配規(guī)律不同(圖1)。在果實(shí)采收前,即果實(shí)膨大期,N、P、K、Ca、Mg、Cu等營養(yǎng)元素吸收的比例最高,分別達(dá)到50.91%、31.12%、27.34%、32.22%、36.13%和31.63%。K在幼果生長期的吸收比例和果實(shí)采收前接近,為21.34%。Fe吸收分配比例前2位的時期為緩慢生長期和樹體休眠前,分別為27.63%和27.33%。Zn吸收分配比例最高的時期為緩慢生長期,為43.29%。Mn吸收分配比例前2位的時期為樹體休眠前和緩慢生長期,分別為26.50%和24.45%。B的吸收分配比例前2位的時期為開花坐果期和萌芽開花前,分別為47.19%和46.59%。

圖1 五九香梨樹體各營養(yǎng)元素需求比例Fig.1 Requirement proportion of nutrient elements of WuJiuXiang pear plant

2.2 五九香梨樹體不同發(fā)育時期各營養(yǎng)元素的需求比例

以N作為常量元素的參照,以Fe作為微量元素的參照,五九香梨不同發(fā)育時期對各營養(yǎng)元素的需求比例如表1所示。在萌芽開花前,常量元素的需求由高到低依次為N、K、Ca、P、Mg,微量元素的需求由高到低依次為B、Fe、Mn、Zn、Cu,B的需求量為Fe的1.26倍。在開花坐果期,常量元素的需求由高到低依次為N、Ca、K、P、Mg,微量元素的需求與前一時期一致,其中B的需求量為Fe的1.33倍。在幼果生長期,常量元素的需求由高到低依次為K、Ca、N、P、Mg,P與N的需求接近,K和Ca的需求為N的1.58倍和1.09倍;微量元素的需求由高到低依次為Zn、Fe、Mn、Cu、B,Zn的需求為Fe的1.10倍。在緩慢生長期,常量元素的需求由高到低依次為Ca、P、K、Mg、N,分別為N需求的4.13倍、3.28倍、2.75倍、1.24倍;微量元素的需求由高到低依次為Fe、Zn、Mn、Cu、B。在果實(shí)采收前,常量元素的需求由高到低依次為N、Ca、K、P、Mg,微量元素的需求由高到低依次為Fe、Mn、Zn、Cu、B。在樹體休眠前,常量元素的需求由高到低次序與采收前一致;微量元素的需求由高到低依次為Fe、Mn、Zn、B、Cu。全年來看,常量元素的需求由高到低依次為N、Ca、K、P、Mg,微量元素的需求由高到低依次為Fe、Zn、Mn、B、Cu。

表1 五九香梨不同發(fā)育階段各營養(yǎng)元素的需求比例

2.3 五九香梨不同發(fā)育階段花果中各營養(yǎng)元素的吸收分配比例

五九香梨花果發(fā)育過程中,各營養(yǎng)元素吸收分配比例不同于植株整體(圖2)。N、P、Mg元素在果實(shí)采收前的比例為全年最高,分別達(dá)到68.43%、43.50%和37.73%。K的吸收分配比例前2位的時期為幼果生長期和緩慢生長期,分別為39.64%和32.78%。Ca吸收分配比例前2位的時期為緩慢生長期和開花坐果期,分別為33.68%和30.46%。Cu吸收分配比例最高的時期為幼果生長期,為45.93%。萌芽開花前為Fe、Zn、Mn、B元素吸收分配比例的最高期,分別為44.30%、51.24%、39.29%、42.95%。

2.4 五九香梨不同發(fā)育階段葉片中各營養(yǎng)元素的吸收分配比例

五九香梨不同發(fā)育階段葉片中各營養(yǎng)元素的吸收分配規(guī)律如圖3所示,N、P、Cu、Fe、B在開花坐果期吸收分配比例最高,分別為65.69%、26.85%、67.55%、34.56%和51.89%。在緩慢生長期,Zn和Mn的吸收分配比例最高,分別為40.54%和29.20%。在果實(shí)采收前,Ca和Fe的吸收分配比例最高,分別為34.61%和28.28%,Mg元素的吸收分配比例與開花坐果期的接近,分別為27.38%和26.28%。

圖3 五九香梨葉片中各營養(yǎng)元素的需求比例Fig.3 Demand ratio of each nutritional element in leaf of Wujiuxiang pear

2.5 五九香梨不同發(fā)育階段枝條中各營養(yǎng)元素的吸收分配比例

從圖4可以看出,果實(shí)采收前是N、P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn等元素吸收分配比例最高時期,分別為65.85%、64.74%、48.49%、56.31%、65.57%、50.40%、58.48%和60.01%,除了K,其他元素在此發(fā)育階段的吸收分配比例占全年50%以上。Zn在緩慢生長期的吸收分配比例最高,為36.74%。B吸收分配比例前2位的時期為開花坐果期和萌芽開花前,分別為38.90%和37.39%。

圖4 五九香梨枝條中各營養(yǎng)元素的需求比例Fig.4 Demand ratio of each nutritional element in branch of Wujiuxiang pear

2.6 五九香梨不同發(fā)育階段根系中各營養(yǎng)元素的吸收分配規(guī)律

五九香梨不同發(fā)育階段根系中各營養(yǎng)元素的吸收分配比例如圖5所示,N吸收分配比例最高的時期為萌芽開花前,為34.13%。P吸收分配比例最高的時期為緩慢生長期,為35.02%。K吸收分配比例前2位的時期為果實(shí)采收前和萌芽開花前,分別為27.80%和27.67%。Ca吸收分配比例前2位的時期為果實(shí)采收前和緩慢生長期,分別為29.39%和25.07%。Mg和Cu吸收分配比例最高時期為果實(shí)采收前,分別為31.85%和30.94%。Fe和Zn吸收分配比例最高時期為緩慢生長期,分別為39.26%和44.61%。Mn吸收分配比例前2位的時期為緩慢生長期和果實(shí)采收前,分別為22.48%和22.38%。B吸收分配比例前2位的時期為萌芽開花前和開花坐果期,分別為47.31%和47.29%。

圖5 五九香梨根系中各營養(yǎng)元素的需求比例Fig.5 Demand ratio of each nutritional element in root of Wujiuxiang pear

2.7 五九香梨各營養(yǎng)元素的需求量

2.7.1 單株?duì)I養(yǎng)元素的需求量

如圖6所示,盛果期的五九香梨單株?duì)I養(yǎng)元素年需求量依次為N 255.72 g、P 158.41 g、K 182.02 g、Ca 235.95 g、Mg 71.16 g、Cu 0.12 g、Fe 3.95 g、Zn 1.39 g、Mn 1.08 g、B 1.08 g?？梢钥闯?常量元素中,Ca需求量與N接近,K需求量高于P;微量元素中,Fe需求量最高,其次為Zn、Mn、B,Cu需求量最低。

圖6 單株五九香梨樹的營養(yǎng)元素需求量Fig.6 Nutritional element requirement per Wujiuxiang pear plant

2.7.2 生產(chǎn)1 t梨果實(shí)營養(yǎng)元素的需求量

通過計算得到生產(chǎn)1 t五九香梨果實(shí)的營養(yǎng)元素需求量依次為N 4.26 kg、P 2.64 kg、K 3.03kg、Ca 3.93 kg、Mg 1.19 kg、Cu 2.02 g、Fe 65.86 g、Zn 23.09 g、Mn 18.03 g、B 18.00 g(圖7)。常量元素需求量最高的為N,之后是Ca、K,其次是P,Mg需求量最低。微量元素需求量最高的是Fe,之后依次是Zn、Mn、B,Cu的需求量最低。

圖7 生產(chǎn)1 t五九香梨果實(shí)的營養(yǎng)元素需求量Fig.7 Nutritional element requirement for producing 1 t Wujiuxiang pear pear fruits

3 結(jié)論與討論

梨樹的年發(fā)育周期可以分為萌芽期、開花期、幼果期、緩慢生長期、果實(shí)膨大期、果實(shí)成熟期和果樹休眠期,營養(yǎng)元素在其中發(fā)揮著重要作用[28]。

第一,萌芽至開花階段。由于梨樹是先花后葉的樹種,因此此期樹體以花芽萌動、根系活動、樹液流動為主,營養(yǎng)元素需求量占全年的比例不高,但是此期B需求量占全年的46.59%,這是由于B元素與花朵發(fā)育緊密相關(guān),并且在花朵發(fā)育過程中,Fe、Zn、Mn等元素的需求比例均高于其他時期,分別為全年的44.30%、51.24%、39.29%。所以此期施肥應(yīng)以補(bǔ)充N、P、K為主[22],同時要注重B、Fe、Zn和Mn等微量元素的補(bǔ)充,保證花朵發(fā)育的需求。

第二,開花至幼果階段。隨著樹體展葉,樹體各營養(yǎng)元素需求量對照前期都有一定增加或是持平,而影響花粉管發(fā)育和坐果的B[24]達(dá)到全年需求比例的最高值。果實(shí)中N和Ca達(dá)到了第一個需求高峰,葉片對N、P、Cu、Fe、B等元素的需求量占全年的比例最高,枝條中B同樣為全年需求比例的最高值,根系對Cu和B元素需求比例為全年第二高峰值。因此,這一階段除了注意N、P、Ca等常量元素的補(bǔ)充外,還要注意Cu、Fe、B等微量元素的補(bǔ)充,以確保坐果率,并提高產(chǎn)量[29]。

第三,幼果發(fā)育至緩慢生長階段。此期為果肉細(xì)胞大量分裂、葉芽萌發(fā)、枝條生長的時期,是細(xì)胞組織生理代謝活動最旺盛、營養(yǎng)元素被大量吸收利用的關(guān)鍵時期[2]。此時期樹體營養(yǎng)元素需求中P、K、Zn比例增加,果實(shí)發(fā)育中表現(xiàn)為P、K、Mg、Cu等元素的需求比例增加,葉片對K元素需求占全年比例最高,枝條和根系發(fā)育對P、K、Mg、Fe、Zn、Mn元素的需求比例上升。因此該階段需要足夠的營養(yǎng)供應(yīng),注意P、K、Zn等營養(yǎng)元素的補(bǔ)充。

第四,樹體緩慢生長至果實(shí)膨大階段。此期果實(shí)對K、Ca、Zn等營養(yǎng)元素需求量明顯上升,為果實(shí)發(fā)育過程中需求比例的又一個高峰。除B以外,枝條中各營養(yǎng)元素的需求量均升高,可見此時期是枝條發(fā)育的一個關(guān)鍵時期,與花果發(fā)育競爭營養(yǎng)。這一時期是根系發(fā)育的第一個高峰期,P、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn的需求量均增加明顯;因此,這一階段營養(yǎng)元素充足供應(yīng)是保證生殖生長和營養(yǎng)生長平衡的關(guān)鍵[24]。

第五,果實(shí)膨大至果實(shí)采收階段。此期是果實(shí)發(fā)育的重要時期,也是營養(yǎng)生長和生殖生長平衡的又一個關(guān)鍵期,N、P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn等元素的需求量比例達(dá)到全年比例的一個高峰值。因此,這個時期可以作為梨樹營養(yǎng)診斷的一個代表時期,也是營養(yǎng)元素補(bǔ)充的重要階段,對保證梨樹產(chǎn)量十分關(guān)鍵[30]。

第六,果實(shí)采收至樹體休眠期。此期樹體養(yǎng)分開始回流,準(zhǔn)備進(jìn)入休眠期,此時期除了Fe、Mn等元素外,其余營養(yǎng)元素的需求量均明顯下降。這個時期是根系發(fā)育的又一個高峰期,需N比例為17.93%,因此需要開展秋施基肥的田間操作,適量追肥,提高樹體的營養(yǎng)水平[31]。

總之,梨樹的生長發(fā)育是一個連續(xù)不斷吸收各種營養(yǎng)元素的過程,萌芽至果實(shí)采收期是營養(yǎng)需求的關(guān)鍵時期,尤其是萌芽期至幼果生長期,除了補(bǔ)充N、P、K等元素外,同樣要重視Ca、Mg等常量元素和微量元素的供應(yīng)。本研究結(jié)果顯示,梨樹全年各營養(yǎng)元素需求量由高到低依次為N、Ca、K、P、Mg、Fe、Zn、Mn、B、Cu,生產(chǎn)1 t梨果實(shí)各營養(yǎng)元素需求量依次為N 4.26 kg、P 2.64 kg、K 3.03 kg、Ca 3.93 kg、Mg 1.19 kg、Cu 2.02 g、Fe 65.86 g、Zn 23.09 g、Mn 18.03 g、B 18.00 g。研究結(jié)果可以為開展梨樹的營養(yǎng)診斷和科學(xué)測土配方施肥[32]等工作提供數(shù)據(jù)支持,以期達(dá)到梨樹合理施肥的目標(biāo)。