陳永發(fā),周 慧,宋劉斌,范 成,王躍峰
(長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)與食品工程學(xué)院,長(zhǎng)沙 410114)
臍橙屬蕓香科柑橘,是甜橙類(lèi)中的主要品種群,臍橙無(wú)核、味甜、清香,經(jīng)常食用可降脂、養(yǎng)顏、抗癌,被稱(chēng)為柑橘之王[1]。新寧縣是湖南省級(jí)貧困縣,臍橙栽培歷史悠久,1979年被農(nóng)業(yè)部和外貿(mào)部定為中國(guó)四大出口臍橙生產(chǎn)基地之一。近年來(lái),臍橙已成為新寧縣農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。截至2020年,新寧縣臍橙種植面積達(dá)2.8萬(wàn)hm2,總產(chǎn)量超40萬(wàn)t,臍橙產(chǎn)業(yè)發(fā)展越來(lái)越壯大,逐漸成為農(nóng)民增收的重要來(lái)源[2],因此,發(fā)展臍橙產(chǎn)業(yè)有望成為新寧縣擺脫貧困的重要出路。但是,果農(nóng)為了追求產(chǎn)量,長(zhǎng)期過(guò)量施用化學(xué)肥料,果園土壤酸化趨勢(shì)明顯,土壤有機(jī)質(zhì)含量降低,已影響到臍橙單產(chǎn)和品質(zhì),不利于臍橙產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
已有研究表明,施用有機(jī)肥可提升土壤肥力[3-7]、增強(qiáng)樹(shù)勢(shì)和根系活力[8-10],顯著改善蘋(píng)果[11-12]、桃[9,13]、梨[10]、葡萄[14]、獼猴桃[15-16]等果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。施用促進(jìn)植物生長(zhǎng)的微生物菌劑還可以顯著提高草莓[17]、杏[18]、櫻桃[19]和蘋(píng)果[20]等果實(shí)的產(chǎn)量。
筆者通過(guò)田間試驗(yàn),研究有機(jī)肥和微生物菌劑對(duì)臍橙產(chǎn)量、品質(zhì)的影響,以期為新寧縣臍橙產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。
試驗(yàn)于2019—2020年在湖南省新寧縣水廟鎮(zhèn)枧桿山村臍橙試驗(yàn)示范基地進(jìn)行(26°28′N(xiāo),110°42′E,海拔301 m)。
供試品種為‘7904’臍橙,砧木品種為枳殼(Poncirus trifoliate)。供試材料為生長(zhǎng)狀態(tài)良好、株高和冠幅相對(duì)一致的7年生掛果植株,定植密度4.0 m×4.0 m。供試土壤為紅壤,pH 6.79,全氮1.51 g/kg,全磷473 mg/kg,速效鉀183 mg/kg,緩效鉀349 mg/kg。
牛肉浸膏、蛋白胨均購(gòu)自上海盛思生化科技有限公司;氯化鈉,購(gòu)自天津市化學(xué)試劑三廠,純度≥99.5%。
復(fù)合肥(史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司),總氮≥20%,P2O5≥6%,K2O≥20%;有機(jī)肥(邯鄲市源沃肥業(yè)科技有限公司生產(chǎn)),有機(jī)質(zhì)≥70%,有效活菌數(shù)≥5億/g;微生物菌劑由長(zhǎng)沙理工大學(xué)生物專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室提供。
試驗(yàn)設(shè)置有機(jī)肥組(T1)、有機(jī)肥+微生物菌劑組(T2)、化肥組(T3)3個(gè)處理,每個(gè)處理重復(fù)3次,每個(gè)重復(fù)5棵樹(shù),共45棵,處理間設(shè)隔離行。
1.3.1 有機(jī)肥組(T1)2019年3月10日、2020年3月10日分別在圍繞樹(shù)冠投影外沿東西和南北方向開(kāi)挖寬30 cm、深40 cm的條狀施肥溝,施肥溝長(zhǎng)度隨樹(shù)冠冠幅而異,開(kāi)挖時(shí)盡量防止破壞根系,每株每次施20 kg有機(jī)肥。
1.3.2 有機(jī)肥+微生物菌劑組(T2)除按T1組方式施肥外,還需在掛果期間,每隔20天,微生物菌劑稀釋100倍,稀釋液3 L/株,清液噴施,濾渣澆根。
微生物菌劑制作方法:新鮮麩皮與自來(lái)水按1:1拌勻,分裝1000 mL三角瓶,每瓶40 g,121℃滅菌2 h,冷卻后每瓶接種2 mL黑曲霉(Aspergillus niger,本實(shí)驗(yàn)室保藏)斜面孢子懸液。32℃培養(yǎng)至孢子產(chǎn)生,培養(yǎng)期間每天搖瓶1次,即得黑曲霉培養(yǎng)物。500 mL三角瓶裝100 mL牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基(pH自然),121℃滅菌20 min,冷卻后接種伯克霍爾德菌(Burkholderia sp.,本實(shí)驗(yàn)室保藏),25℃ 120 r/min搖瓶培養(yǎng)48 h,即得伯克霍爾德菌培養(yǎng)液。7 L自來(lái)水煮沸30 min后加1 kg市購(gòu)紅糖混勻,冷卻至室溫,分別加黑曲霉培養(yǎng)物1 kg、伯克霍爾德菌培養(yǎng)液1 L,25℃以上室溫塑料桶密封發(fā)酵7天即得微生物菌劑(發(fā)酵結(jié)束約pH 3.0)。
1.3.3 化肥組(T3)2019年3月10日、2020年3月10日每棵臍橙樹(shù)追施復(fù)合肥2 kg,2019年6月25日、2020年6月25日每棵臍橙樹(shù)再次追施復(fù)合肥1 kg。
1.4.1 果實(shí)品質(zhì)測(cè)定 分別于2019年12月10日和2020年12月3日采摘當(dāng)年試驗(yàn)基地臍橙,收獲前按樹(shù)冠東、南、西、北4個(gè)方位各隨機(jī)采集代表性果2個(gè),進(jìn)行品質(zhì)分析。測(cè)試項(xiàng)目包括可食率、滴定酸度、還原糖、Vc含量及糖酸比等??墒陈什捎秒娮犹炱椒Q(chēng)量,計(jì)算如式(1);滴定酸度采用堿式滴定法[21]測(cè)定;還原糖采用費(fèi)林試劑法測(cè)定;Vc采用碘量法[22]測(cè)定;糖酸比計(jì)算如式(2)。
1.4.2 臍橙產(chǎn)量的測(cè)定 臍橙采摘收獲時(shí)每株果樹(shù)單獨(dú)計(jì)產(chǎn)。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析采用Microsoft Excel處理[23],主成分分析采用SPSS 19.0軟件完成。
由表1可知,2019、2020年的試驗(yàn)結(jié)果均表明,單施有機(jī)肥(T1)和單施化肥(T3)差異極顯著,施有機(jī)肥+微生物菌劑(T2)和T3差異顯著,T1和T2差異不顯著。各處理間以單施化肥處理產(chǎn)量最低;施有機(jī)肥處理以及施有機(jī)肥+微生物菌劑處理顯著提高了新寧臍橙產(chǎn)量。
表1 有機(jī)肥和微生物菌劑對(duì)臍橙果實(shí)產(chǎn)量的影響
結(jié)果表2顯示,T1、T2和T3之間的差異都極顯著。各處理間以單施化肥處理單果質(zhì)量最小;施有機(jī)肥處理以及施有機(jī)肥+微生物菌劑處理顯著增加了果重,特別是施有機(jī)肥+微生物菌劑處理增加果重最明顯。
表2 有機(jī)肥和微生物菌劑對(duì)新寧臍橙單果質(zhì)量的影響
施有機(jī)肥和微生物菌劑對(duì)新寧臍橙品質(zhì)的影響見(jiàn)表3。2019—2020年T1和T2的果實(shí)可滴定酸都高于T3(差異極顯著),T1和T2差異不顯著。通過(guò)施有機(jī)肥或施有機(jī)肥+微生物菌劑增加了果實(shí)可滴定酸。T1和T2果實(shí)還原糖都高于T3(差異極顯著),T1和T2差異不顯著。通過(guò)單施有機(jī)肥以及有機(jī)肥+微生物菌劑可顯著增加果實(shí)還原糖。T1、T2和T3間維生素C差異不顯著。施有機(jī)肥和微生物菌劑對(duì)果實(shí)維生素C含量影響不大。T2果實(shí)可食率高于T1和T3(差異極顯著),但T1和T3差異不顯著,提示施有機(jī)肥并不會(huì)增加可食率,但是施微生物菌劑可以增加可食率。
表3 有機(jī)肥和微生物菌劑對(duì)臍橙品質(zhì)的影響
2019年T1、T2和T3糖酸比差異不顯著。2020年T1和T2都高于T3(差異極顯著),T1和T2間差異不顯著。2019年施有機(jī)肥和微生物菌劑的果實(shí)糖酸比增加不明顯,但連續(xù)2年施有機(jī)肥后,糖酸比顯著增加。
對(duì)2019年和2020年新寧臍橙果實(shí)可滴定酸、還原糖、維生素C、可食率、糖酸比、平均果重和單株產(chǎn)量共計(jì)7個(gè)指標(biāo)按Z-Score方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,運(yùn)用SPSS 19.0軟件得到成分矩陣(表4),表中顯示提取了2個(gè)主成分,貢獻(xiàn)率分別為47.27%和39.13%,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.40%,且特征值均大于1。因此,可用這2個(gè)主成分對(duì)新寧臍橙產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
表4 主成分特征向量、特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率
根據(jù)主成分載荷矩陣及特征向量可以得出2個(gè)表達(dá)式,如式(3)~(4)。
式中,Y1和Y2分別為主成分1和主成分2,X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7依次代表可滴定酸、還原糖、維生素C、可食率、糖酸比、平均果重、單株產(chǎn)量。
結(jié)合上述2個(gè)主成分表達(dá)式,以表4中的貢獻(xiàn)率分別作為2個(gè)主成分的權(quán)重,對(duì)式(3)~(4)中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7各項(xiàng)系數(shù)加權(quán)后相加,構(gòu)建新寧臍橙產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型方程[24],如式(5)。
式(3)中,可食率、平均果重和單株產(chǎn)量項(xiàng)系數(shù)都為正,其中單株產(chǎn)量項(xiàng)系數(shù)最大,平均果重項(xiàng)次之,可食率項(xiàng)再次之,可以理解為主成分1主要是評(píng)價(jià)產(chǎn)量的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。式(4)中,各項(xiàng)系數(shù)都為正,其中還原糖項(xiàng)系數(shù)最大,可滴定酸項(xiàng)次之,糖酸比項(xiàng)再次之,其他各項(xiàng)系數(shù)相對(duì)較小,這可以理解為主成分2主要是評(píng)價(jià)果實(shí)品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。式(5)中,除維生素C項(xiàng)系數(shù)為負(fù)外,其他各項(xiàng)都為正,其中平均果重項(xiàng)、單株產(chǎn)量項(xiàng)和可食率項(xiàng)系數(shù)相對(duì)較大,平均果重項(xiàng)系數(shù)最大,提示平均果重對(duì)綜合評(píng)價(jià)值Y影響最大。
根據(jù)綜合評(píng)價(jià)模型,對(duì)連續(xù)2年3個(gè)處理的臍橙單株產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表5),2019年和2020年的排序均為T(mén)2>T1>T3,其中T1和T2處理2年平均得分均為正值,T3為負(fù)值;最高得分處理為T(mén)2,即施有機(jī)肥+微生物菌劑處理,2年平均得分為1.18;得分最低處理為T(mén)3即單施化肥,兩年平均得分為-1.49。因此,施有機(jī)肥+微生物菌劑對(duì)新寧臍橙產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)提高最為有利。
表5 新寧臍橙單株產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)得分
相比單施化肥處理,施有機(jī)肥以及施有機(jī)肥+微生物菌劑處理顯著提高了新寧臍橙產(chǎn)量和平均果重。2019年單株產(chǎn)量分別增加6.88%和6.18%,平均果重分別增加20.41%和26.60%;2020年單株產(chǎn)量分別增加6.03%和5.12%,平均果重分別增加6.19%和10.76%。
施有機(jī)肥和微生物菌劑會(huì)增加果實(shí)可滴定酸、還原糖和糖酸比。相對(duì)于單施化肥,2019年施有機(jī)肥的果實(shí)可滴定酸、還原糖分別增加11.50%和12.54%,施有機(jī)肥+微生物菌劑分別增加8.38%和12.85%,2020年施有機(jī)肥分別增加7.67%和72.16%,施有機(jī)肥+微生物菌劑分別增加8.84%和69.68%。通過(guò)2年的田間試驗(yàn),2020年施有機(jī)肥和有機(jī)肥+微生物菌劑的果實(shí)糖酸比分別增加59.50%和55.34%。施微生物菌劑能顯著提高果實(shí)可食率。2019年和2020年,相對(duì)于單施化肥,施有機(jī)肥+微生物菌劑后果實(shí)可食率分別增加6.72%和5.73%,相對(duì)于施有機(jī)肥分別增加7.63%和6.78%。施有機(jī)肥和微生物菌劑對(duì)果實(shí)維生素C含量無(wú)顯著影響。
通過(guò)主成分分析對(duì)新寧臍橙產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),相對(duì)于單施化肥和單施有機(jī)肥,施有機(jī)肥+微生物菌劑是最佳的施肥方式。
研究認(rèn)為施有機(jī)肥+微生物菌劑不僅能增加臍橙產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì),還能替代化肥,避免環(huán)境污染。
據(jù)郭春景等[25]報(bào)道,長(zhǎng)期施用有機(jī)肥,能增進(jìn)土壤肥力,活化土壤,使土壤變松、變軟,促進(jìn)根系生長(zhǎng),從而增強(qiáng)植株吸收水肥的能力,為植物生長(zhǎng)、發(fā)育提供豐富的營(yíng)養(yǎng)元素。本研究也顯示,自2019年對(duì)現(xiàn)有臍橙園改施有機(jī)肥以來(lái),相對(duì)單施化肥,臍橙樹(shù)冠長(zhǎng)勢(shì)明顯增強(qiáng),而且臍橙產(chǎn)量和平均果重明顯增加,雖然提高了臍橙果實(shí)滴定酸度,但是也顯著提高了臍橙果實(shí)還原糖含量,2019年糖酸比沒(méi)有顯著增加,但在2020年糖酸比顯著提升,提示有機(jī)肥提升果實(shí)品質(zhì)可能需要在施有機(jī)肥較長(zhǎng)時(shí)間后才能顯現(xiàn),這一推測(cè)還需后期試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。
果樹(shù)與微生物之間的互作可以影響其產(chǎn)量、品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)的吸收和轉(zhuǎn)移。因此,微生物在水果種植中扮演著重要的角色。李保會(huì)等[26]對(duì)草莓的研究表明,施用微生物菌劑后,草莓的成熟果實(shí)糖酸比、可溶性固形物和維生素C含量顯著提高,從而提高了果實(shí)品質(zhì)。將有機(jī)肥與微生物菌劑配施可以不同程度增加柑橘園土壤中速效氮(6.4%)、速效磷(24.7%)和有效鉀(24.9%)含量,同時(shí)還可不同程度提高土壤中微生物的數(shù)量及柑橘葉片中全氮、全鉀及微量元素Cu、Zn、Fe與Mg的含量[27]。微生物菌劑的施用還可增加龍岡茌梨的單果重、可溶性總糖含量、可溶性固形物含量,同時(shí)降低果皮厚度、果實(shí)硬度、可滴定酸含量和石細(xì)胞數(shù)量[28]。本研究也顯示,相對(duì)于單施化肥,施有機(jī)肥+微生物菌劑不僅能顯著增加臍橙產(chǎn)量和糖酸比,更能顯著增加果實(shí)可食率和平均果重,提示配施菌劑對(duì)提高果實(shí)品質(zhì)是有利的。但其機(jī)理還需要在微生物的根際定殖、微生物與臍橙的互作機(jī)制等方面進(jìn)行深入研究。
中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)2021年35期