劉麗 魏志峰 石彩云 高登濤 劉軍偉 司鵬
摘要:【目的】研究施用海藻水溶肥和黃腐酸水溶肥對M9T337 自根砧富士蘋果根系生長、葉片生長和果實品質(zhì)的影響,對兩種功能性肥料的使用效果和CI-600 根系原位監(jiān)測系統(tǒng)在蘋果樹根系生長中的應(yīng)用效果進行評價?!痉椒ā恳?年生M9T337 矮化自根砧阿珍富士為材料,用復(fù)合肥(對照)、等量NPK 海藻水溶肥(AF)、等量NPK 黃腐酸水溶肥(FF)處理蘋果樹,用CI-600 根系原位監(jiān)測系統(tǒng)對根系進行監(jiān)測,同時測定了各處理蘋果葉片生長情況和果實品質(zhì)?!窘Y(jié)果】兩種新型肥料均有促進根系生長的作用,不同施肥處理的葉片葉綠素相對含量、百葉鮮質(zhì)量、百葉干質(zhì)量、單果質(zhì)量、果形指數(shù)、可溶性固形物含量、固酸比、維生素C含量均高于對照。不同施肥處理對果皮著色也有不同程度改善。用主成分降維分析進行綜合效果的評價,綜合效果由高到低為:AF>FF>對照。【結(jié)論】海藻水溶肥和黃腐酸水溶肥均促進了富士蘋果根系的生長,同時提高了葉片葉綠素相對含量、凈光合速率和葉片中干物質(zhì)含量,提升了果實品質(zhì)。海藻水溶肥處理綜合效果優(yōu)于黃腐酸水溶肥。CI-600 根系原位監(jiān)測系統(tǒng)在蘋果根系觀測中具有較好的應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞:蘋果;根系原位監(jiān)測;海藻水溶肥;黃腐酸水溶肥
中圖分類號:S661.1 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1009-9980(2023)05-0893-09
我國是世界蘋果起源中心之一,也是世界第一大蘋果生產(chǎn)國[1]。2019 年我國蘋果栽培面積1 978.10 khm2 ,產(chǎn)量4 242.54 萬t,分別占世界近一半,在國際市場上具有舉足輕重的地位[2]。
海藻水溶肥和黃腐酸水溶肥是兩種新型的功能性肥料。海藻水溶肥是含有海藻提取物的一種新型肥料,海藻提取物含海藻寡糖、海藻酸、天然有機酸等多種陸源植物無法比擬的有機態(tài)營養(yǎng)和調(diào)節(jié)作物生長的類內(nèi)源激素活性物質(zhì),可直接被作物根系吸收利用,具有促進作物生長、增加產(chǎn)量、增強抗性、改善品質(zhì)等多種作用[3-4]。黃腐酸是腐殖酸類物質(zhì)的三大組分之一,不僅能夠改良土壤團粒結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力,而且還能促進作物生長、增強抗逆性、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[5-6]。
根系是果樹的重要器官之一,是果樹與土壤中水、肥、氣、熱交互作用的唯一橋梁,果樹生長發(fā)育所需要的水分、養(yǎng)分及其合成的各種生理活性物質(zhì)都是通過根系來完成的,根系分布的形態(tài)能夠反映土壤中的物質(zhì)和能量被果樹利用的情況以及生產(chǎn)力水平[7-8]。目前,田間果樹根系測定一般都是采用壕溝法等破壞性方法,費工費力,并且很難做到持續(xù)觀測。
CI-600 根系原位監(jiān)測系統(tǒng)是一款效果較好的根系監(jiān)測系統(tǒng),可通過根管持續(xù)對根系進行非破壞性監(jiān)測,在林木、作物上已有應(yīng)用,但在果樹上應(yīng)用較少。
筆者在本研究中對生產(chǎn)上主栽的富士蘋果進行海藻水溶肥和黃腐酸水溶肥等新型肥料處理,測定了樹體葉片生長和果實品質(zhì)等,同時應(yīng)用CI-600 根系原位監(jiān)測系統(tǒng)對根系生長進行了監(jiān)測,旨在評價這兩種新型肥料在蘋果樹上的應(yīng)用效果,為生產(chǎn)提供指導(dǎo),同時對CI-600 根系原位監(jiān)測系統(tǒng)在蘋果根系觀測中的應(yīng)用效果進行評價,為以后的應(yīng)用提供參考。
1 材料和方法
1.1 試驗材料
試驗于2020 年在河南省靈寶市寺河山中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所蘋果試驗站進行。以5 年生M9T337 矮化自根砧阿珍富士(Aztec Fuji)為材料,株行距為1.2 m×3.5 m,樹體生長一致,樹形為高紡錘形。生理落果后,所用試驗樹按照5 個果·cm-2干截面積進行留果。
供試土壤為壤砂土,基本性狀:有機質(zhì)含量(w,后同)15 g · kg-1,全氮含量5.09 mg· g-1,有效磷含量63.92 mg·kg-1,速效鉀含量131.67 mg?kg-1,pH7.14。
供試肥料為:復(fù)合肥(15-15-15)、海藻水溶肥(5-6-9,海藻提取物含量≥60%)、黃腐酸水溶肥(10-10-10,礦源黃腐酸含量≥3%)、尿素(N含量46%)、過磷酸鈣(P2O5含量12%)、硫酸鉀(K2O含量52%)。
1.2 試驗設(shè)計
試驗設(shè)計3 個處理,分別為復(fù)合肥(對照)、海藻水溶肥(AF)、黃腐酸水溶肥(FF)。選擇生長勢一致的植株進行試驗,每個處理3 次重復(fù),單株小區(qū),完全隨機設(shè)計,共計9 株。各處理按氮磷鉀分別為360 kg·hm-2、180 kg·hm-2、360 kg·hm-2施用,不足部分由無機肥補充。所有處理分3 次施入:開花前(3月20 日)、幼果期(5 月20 日)、果實膨大期(7 月20日),各時期氮磷鉀投入量分別是全年投入量的40%、30%、30%。水溶肥處理均采用簡易裝置的水肥一體化施肥技術(shù),肥料滴在距離主干兩側(cè)40 cm處。其他田間管理一致。
2020 年1 月,對選擇的試驗樹進行預(yù)埋管。每株預(yù)埋入2 根微根管,南北兩側(cè)各一根。在距離主干30 cm 處,垂直于地面插入土壤中。安裝時微根管正對中心干,埋于兩株中間,不影響行間管理。微根管外徑70 mm,內(nèi)徑64 mm,長度100 cm,地面外露20 cm,埋入土壤垂直深度80 cm。自5 月開始每月用原位根系掃描儀CI-600 進行根部掃描,直到11月底為止,每月掃描一次。
1.3 試驗方法
1.3.1 根系參數(shù)獲取分析 將不同處理不同方向掃描圖片根據(jù)土壤垂直位置分為0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm 等4 層分別進行標(biāo)記。利用WinRHIZO Tron MF 2019 分析軟件對采集的圖像進行根系的長度、表面積、體積等參數(shù)的分析,獲取相關(guān)的根系數(shù)據(jù)。不同標(biāo)記圖片根據(jù)土層位置拼接成根系完整圖片。
在利用微根管技術(shù)獲得根系參數(shù)時,常將面積單位轉(zhuǎn)換成體積單位[9]。以單位土壤體積(S×D)為基礎(chǔ)計算相關(guān)指標(biāo),S 為單個微根管觀察的土壤面積,D 為微根管能夠觀測到的土層厚度,本試驗中S=7π×80 cm2,D=0.25 cm。根長密度(mm· cm-3)=L/(S×D),L 為單根微根管根總長。根表面積密度(mm2 · cm-3)=SA(/ S×D),SA為單根微根管根總表面積(mm2)。根體積密度 V(mm3 · m- 3)=V(/ S ×D)。V 為單根微根管根總體積(mm3)。根條數(shù)密度(×103 ·m-3)=TN(/ S×D)。TN為單根微根管根總條數(shù)(×103)。單根長(mm)=總根長密度(mm·cm-3)/根條數(shù)密度(×103 ·m-3)[10]。
1.3.2 葉片指標(biāo)測定 于8 月上中旬取處理當(dāng)年生枝條中部外圍健康成熟完整葉片進行測定,每個處理取10 枚葉片,每個處理3 個重復(fù)。葉綠素含量采用SPAD-502 葉綠素儀測定;葉面積采用葉面積儀LI-3000C 進行測定;光合指標(biāo)在晴天8:00—10:00,用美國PPSystem 公司的CIRAS-3 便攜式光合儀測定;用電子天平稱量百葉鮮質(zhì)量;葉片稱取質(zhì)量后,置烘箱105 ℃殺青15 min,再于80 ℃烘箱烘干至恒質(zhì)量,48 h 后測定百葉干質(zhì)量。
1.3.3 果實品質(zhì)測定 10月下旬果實成熟期每處理在中部外圍隨機采10 個果,樣品帶回實驗室進行測量分析。單果質(zhì)量用天平進行測定;果形指數(shù)用游標(biāo)卡尺進行測定;可溶性固形物含量用日本Atago-PAL-1 型數(shù)字糖度計測定;果實硬度用GY-1 果實硬度計測定;可滴定酸含量采用韓國GMK-835N水果酸度計進行測定;果實色差采用NR60CP 進行測定L、a和b,每個果取3個點測得的各項數(shù)據(jù)取平均值;維生素C含量依照GB 5009.86—2016 進行測定。
1.3.4 試驗數(shù)據(jù)處理 使用Excel 整理試驗數(shù)據(jù)和作圖,利用SPASS 22.0 進行方差分析。
采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對不同處理的測定指標(biāo)進行綜合評價。
用于測定指標(biāo)綜合評價的隸屬函數(shù)值[X(μ1),X(μ2)]的計算公式為[11]:
X(μ1)=(Xi-Xmin)(/ Xmax-Xmin),
i=1,2,3,…,n;(1)
X(μ2)=1-(Xi-Xmin)(/ Xmax-Xmin),
i=1,2,3,…,n。(2)
式中,Xi為第i 個綜合指標(biāo);Xmin表示第i 個綜合指標(biāo)的最小值,Xmax表示第i 個綜合指標(biāo)的最大值。如某一指標(biāo)與處理呈正相關(guān),則用X(μ1)表示;如某一指標(biāo)與處理呈負相關(guān),則用X(μ2)表示。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同處理對富士蘋果根系生長的影響
通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn),不同處理中M9T337 自根砧富士根系多分布在20~40 cm土層,其次是40~60 cm土層,0~20 cm 和60~80 cm 土層根系分布較少。其中對照處理(圖1)分布的根系密度明顯少于AF(圖2)和FF(圖3)處理,5—6 月有少量新根長出,7—10 月基本沒有新根長出,根系顏色變暗,活力弱;AF處理根系分布密度大且新生細根居多,且多數(shù)根系的分布要比對照和FF處理深。AF處理在不同時期一直都有新根長出,通過圖片可以看到土壤中有大量新生的白色毛細根系,說明根系生長旺盛,生長活力強;處理FF 的根系分布密度高,但新生白根密度明顯少于處理AF。處理FF 在5—6 月有大量新根長出,7 月新生根變少,8 月長出一些新生的毛細根,9—10月新生根變少,根系顏色變暗,活力弱。
從表1 可以看出,根長密度生長量、根表面積密度生長量、根條數(shù)密度生長量從大到小依次為:AF>FF>對照。其中處理AF根長密度生長量比對照提高300%,比處理FF提高145%;處理AF根表面積密度生長量比處理FF提高245%;處理AF根條數(shù)密度生長量比對照提高267% ,比處理FF 提高57.14%。根平均直徑生長量最大的是處理FF,其次是處理AF,對照最小。總體來說處理AF、FF 對根系生長均有促進作用。
2.2 不同處理對富士蘋果葉片面積、葉綠素相對含量、百葉鮮質(zhì)量、百葉干質(zhì)量的影響
通過不同施肥處理可以看出(表2),施肥處理的葉片面積、葉綠素相對含量、百葉鮮質(zhì)量、百葉干質(zhì)量均高于對照,其中處理AF的葉片面積最大,其次是處理FF,分別比對照提高7.18%、4.46%;處理AF的葉綠素相對含量比對照提高4.50%,處理FF的葉綠素相對含量比對照提高3.22%;處理AF的百葉鮮質(zhì)量和百葉干質(zhì)量均大于處理FF,兩個處理的百葉鮮質(zhì)量分別比對照提高9.04%和2.63%,百葉干質(zhì)量分別比對照提高4.55%和0.88%。
2.3 不同處理對富士蘋果葉片光合指標(biāo)的影響
通過表3 可以看出,不同施肥處理的凈光合速率均高于對照,分別為15.9 μmol · m- 2 · s- 1 和15.07 μmol·m-2·s-1,分別高于對照8.16%和2.52%;處理對照的胞間CO2濃度和蒸騰速率最高,高于處理AF和FF;處理AF的氣孔導(dǎo)度最高為454.11mmol·m-2·s-1,其次是處理FF為448.78 mmol·m-2·s-1,對照最低。
2.4 不同處理對富士蘋果果實品質(zhì)的影響
不同施肥處理的單果質(zhì)量、果形指數(shù)、可溶性固形物含量、固酸比、維生素C含量均高于對照(表4),其中處理AF 和FF 的單果質(zhì)量分別比對照提高16.86%和12.00%;可溶性固形物含量則分別比對照提高4.35%和3.59%;固酸比分別比對照提高0.97%和31.55%;維生素C含量則分別比對照提高12.74%和21.66%。果實硬度從大到小依次為FF>AF>對照。
2.5 不同處理對富士蘋果果皮著色的影響
通過對果皮色差測定可以發(fā)現(xiàn)處理后的果皮亮度值L、紅綠色差值a 和黃藍色差值b 均高于對照。處理AF 的L 值最大為48.13,處理FF 的a 和b 值最大,分別為36.22 和12.80(圖4)。
2.6 不同處理對富士蘋果產(chǎn)量的影響
通過表5 可以看出,不同處理的產(chǎn)量均大于對照的2 647.35 kg · 666.7 m-2,且差異顯著。兩個處理產(chǎn)量之間差異不顯著,其中處理AF 產(chǎn)量最高為3 217.45 kg · 666.7 m-2,比對照提高21.53%;其次是處理FF,產(chǎn)量為3 162.57 kg · 666.7 m-2,比對照提高19.46%。
2.7 不同處理的各項指標(biāo)綜合評價
利用隸屬函數(shù)法對3 個處理21 個指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進行了計算,并將平均隸屬函數(shù)值進行排序(表6),處理AF的平均隸屬函數(shù)值最高為0.73,處理FF平均隸屬函數(shù)值為0.69,對照平均隸屬函數(shù)值為0.11,說明處理AF 和FF 均優(yōu)于對照,其中處理AF的葉片指標(biāo)、果實品質(zhì)指標(biāo)和根系生長指標(biāo)等平均隸屬函數(shù)值最高,效果優(yōu)于處理FF。
3 討論
3.1 原位根系掃描儀對富士蘋果根系的監(jiān)測效果
用微管觀測得到的參數(shù)主要有根數(shù)、根長密度、比根長、延長指數(shù)、凈根系生產(chǎn)長度、根生長速率、根死亡速率等,其中根系長度、根系表面積、根系體積、根尖數(shù)等參數(shù)作為分析根系的主要指標(biāo)[12-13]。在本試驗中可以看到,幾種處理根系多分布在20~40 cm、40~60 cm土層,海藻水溶肥處理的根長密度生長量比對照高300%,比黃腐酸水溶肥高145%;根表面積密度生長量比黃腐酸水溶肥高245%;根條數(shù)密度生長量比對照高267%,比黃腐酸水溶肥高57.14%。根平均直徑生長量最大的是黃腐酸水溶肥,其次是海藻水溶肥,對照最小。果樹是多年生植物,根系生長情況由前一年貯藏營養(yǎng)所決定。在同等生長管理施肥條件下,可認(rèn)為兩種肥料促進果樹生根作用顯著。其中海藻水溶肥促發(fā)新根作用優(yōu)于黃腐酸水溶肥。黃腐酸水溶肥中的黃腐酸分子可以通過植物根系吸收進入植物體,提高細胞膜的通透性、刺激植物的生長和提高產(chǎn)量,并已在小麥、玉米、紅薯、油菜、葡萄等多種作物上應(yīng)用[14-16]。海藻水溶肥里面含有海藻酸類物質(zhì),具有促進植物生長發(fā)育和根系生長,以及果實膨大的作用,能夠提高果實單果質(zhì)量[17]。這和前人研究結(jié)果一致。
微根管技術(shù)作為一種田間非破壞性根系原位觀測的方法,是目前直接觀察細根較好的方法之一,是一種可供長期觀察根系的研究方法[18-19]。本試驗只觀測了一年數(shù)據(jù),2021 年因河南大雨,微根管損壞嚴(yán)重,未能持續(xù)觀測。微根管技術(shù)觀測的精準(zhǔn)程度與微根管安裝的位置和傾斜角度密切相關(guān)。本試驗2019 年因安裝位置和傾斜角度問題未能觀測到根系。利用微根管進行觀測時,較難分清土壤中的其他根系和果樹根系,會對觀測結(jié)果帶來一定影響。盡管與傳統(tǒng)方法相比,微根管技術(shù)已經(jīng)節(jié)省了大量人力和物力,但大量照片或影像資料的后期分析依然費時費力,限制了實驗數(shù)據(jù)的分析數(shù)量和數(shù)據(jù)規(guī)模,迫切需要新技術(shù)的發(fā)明或進步來解決此方面問題[20]。
3.2 不同施肥處理對富士蘋果葉片生長、果實品質(zhì)的影響
海藻類物質(zhì)肥料能夠提高果實可溶性固形物含量,降低石細胞數(shù)量,提升果實品質(zhì)[11]。黃腐酸不僅有抗蒸騰作用,還有促進根系對營養(yǎng)元素的吸收、提高葉綠素含量的作用,提高果實的產(chǎn)量和品質(zhì)[21]。
在本研究中黃腐酸水溶肥處理的葉綠素相對含量比對照提高4.50%,海藻水溶肥處理的葉綠素相對含量比對照提高3.22%,處理后百葉鮮質(zhì)量和百葉干質(zhì)量也都高于對照。不同施肥處理的單果質(zhì)量、果形指數(shù)、可溶性固形物含量、固酸比、維生素C含量均高于對照,其中海藻水溶肥和黃腐酸水溶肥處理后的單果質(zhì)量分別比對照提高16.86%和12.00%;可溶性固形物含量則分別比對照提高4.35%和3.59%;固酸比分別比對照提高0.97%和31.55%;維生素C含量則分別比對照提高12.74%和21.66%。不同處理對果皮著色也有不同程度提高。
4 結(jié)論
黃腐酸水溶肥和海藻水溶肥處理后,促進了富士蘋果根系生長,同時提高了葉片葉綠素相對含量、凈光合速率和葉片中干物質(zhì)含量,提升了果實品質(zhì),并不同程度促進了著色。利用隸屬函數(shù)值進行綜合評價得出,海藻水溶肥效果優(yōu)于黃腐酸水溶肥。
CI-600 根系原位監(jiān)測系統(tǒng)在蘋果根系觀測中具有較好的應(yīng)用效果。
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