豐智松， 李增源， 張衛(wèi)峰， 陳 磊， 安琪琪

(1.中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京100083；2.上海市崇明區(qū)生態(tài)農業(yè)科創(chuàng)中心，上海崇明202150；3.上海市崇明區(qū)農產品質量安全中心，上海崇明202150)

廣大消費者青睞于柑橘的獨特風味[1]。目前柑橘已經成為中國第一大果樹[2]，其品種類別繁多，包括寬皮柑橘、檸檬、橙、柚等。其中以寬皮柑橘為主，種植面積比例高達66.71%[3]。寬皮柑橘品種很多，主栽品種為溫州蜜柑，因其具有較好適應性、抗逆性和高產穩(wěn)產等特點，成為寬皮柑橘中在中國及世界種植面積最廣的一個品種[3]。上世紀70年代上海市崇明區(qū)引進溫州蜜柑品種，通過技術改良形成一定規(guī)模，并成功突破柑橘分布北緣低溫臨界線，成為崇明區(qū)經濟果林的優(yōu)選樹種[4]。但農戶生產管理粗放、種植技術落后，特別是施肥管理方面，缺乏科學技術,憑經驗施肥，造成樹體養(yǎng)分不均衡，從而導致了柑橘品質較差、產量較低、樹體衰退等問題[5]。因而，亟需建立養(yǎng)分診斷體系以實現提質增效。

葉片營養(yǎng)診斷是指導科學施肥的有效方法，是判斷樹體養(yǎng)分需求的重要依據。目前葉片營養(yǎng)診斷常用的方法有很多，中國學者已提出了椪柑、錦橙、臍橙等葉片礦質養(yǎng)分標準值[6-9]，而該方法受品種、地域等因素限制，具有一定局限性。1973年Beaufils首先以養(yǎng)分均衡為理論基礎提出了診斷綜合施肥法(DRIS)[10]，隨后Walworth等把干物質 (DM)引入DRIS平衡方程，該法稱作M-DRIS法[11]。DRIS和M-DRIS方法在實際生產診斷中原理相同，其診斷結果受地域、品種影響較小[12]，在明確礦質養(yǎng)分豐缺狀況的同時還給出了樹體養(yǎng)分需求順序[13]。Montanes等于 1993 年提出標準適宜含量偏差百分數法(DOP)，計算簡單、易推廣，可以明確樹體需肥順序，更適宜診斷生產水平較低的果園[14]。目前這些方法已經在一些發(fā)達國家的柑橘、蘋果、菠蘿、葡萄、梨、杧果[15-20]等果樹上開始應用。

當前，柑橘葉片營養(yǎng)診斷研究主要集中在橙類[21]、柚類[16]、檸檬[22]等品種，而種植面積最大的寬皮柑橘卻鮮有報道，導致在實際生產中仍然采用適宜范圍值對比的傳統(tǒng)方法指導施肥，不能精準地提供施肥指導。因此，我們以寬皮柑橘的典型代表品種溫州蜜柑為例，探索葉片營養(yǎng)診斷方法在推薦施肥上的應用，以期為科學施肥管理提供依據，為進一步提高寬皮柑橘的產量和品質提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在上海市崇明區(qū)(北緯31°27′～31°51′，東經121°09′～121°54′)進行，溫州蜜柑種植面積達3 100 hm2以上，溫州蜜柑主要種植區(qū)土壤類型為潮土和鹽漬土。該區(qū)域為亞熱帶季風氣候區(qū)，日照充足，年平均氣溫在16～17 ℃，≥ 10 ℃積溫約2 699～2 995 ℃，無霜期236 d，雨量豐沛，年平均降雨量1 129～1 149 mm，降雨呈現明顯的季節(jié)性，集中在梅雨季，年均日照時數1 937～2 104 h。

1.2 樣品采集與測定

1.2.1 采樣時間、地點及材料 于2020年9月開展試驗，地點在上海市崇明區(qū)長興島、橫沙島、三星鎮(zhèn)、廟鎮(zhèn)、綠華鎮(zhèn)，依據各鎮(zhèn)種植面積按比例隨機選擇代表性柑橘高產園(產量>60.00 t/hm2)和低產園(產量<60.00 t/hm2)共70個，柑橘品種為溫州蜜柑，砧木為枳殼，果園樹齡統(tǒng)一為20～25年的果園，株行距為3 m×3 m。

1.2.2 采樣方法 每個采樣果園用“Z”字法選擇長勢基本一致的取樣樹8～10株。在每株取樣樹樹冠外圍四個方位采集當年生春梢營養(yǎng)枝頂部第3葉片，每株采30片葉，10株樹所采葉片形成一個混合樣。葉片分別于中性洗滌劑中洗滌30 s，清水洗滌，0.2% HCl 洗滌30 s，去離子水洗凈后，105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒質量，研缽中研磨后，過0.5 mm篩子，混勻裝袋備用。

1.3 測定項目[23]

將經過前處理的葉片樣品經H2SO4-H2O2消煮后，進行各營養(yǎng)元素的測定，凱氏定氮法測定氮含量，釩鉬黃比色法測定磷含量，火焰光度計法測定鉀含量，鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅元素含量測定采用原子吸收分光光度法，硼含量測定采用硼-姜黃素比色法。

1.4 營養(yǎng)指數分析方法

1.4.1 營養(yǎng)診斷總體思路 采用DRIS、M-DRIS和DOP方法進行葉片營養(yǎng)診斷。DRIS與M-DRIS診斷步驟為：(1)高、低產園各養(yǎng)分比例表示形式為Y/X；(2)計算高、低產園各種形式方差比(VH/VL)，并對方差比進行顯著性檢驗，確定診斷參數；(3)代入DRIS或M-DRIS公式得出元素診斷指數；(4)各元素診斷指數排序得出施肥順序。DOP診斷步驟為：(1)確定標準值(高產園各礦質元素平均值)；(2)標準值代入DOP公式得DOP診斷公式；(3)各元素代入DOP診斷公式得出診斷指數；(4)各元素診斷指數排序得出施肥順序。

1.4.2 DRIS指數 DRIS指數是反映柑橘對某一養(yǎng)分需求程度的指標，以實測值偏離高產組最適值的程度來表示，Y/X表示2個養(yǎng)分含量之比，y/x表示高產組2個養(yǎng)分比值的平均值，則Y/X偏離y/x的程度函數f(Y/X)計算公式[10]如下：

(1)

式中，CV為y/x的變異系數。若考察的元素為Y/X中Y時，取f(Y/X)；若考察的元素為Y/X中X時，取-f(Y/X)。IX指數表達公式為：

IX=[f (X/A)+…-f(B/X)-f(C/X)]/(n-1)

(2)

DRIS平均營養(yǎng)不平衡指數以NBIm值表示，其計算公式如下：NBI=∑|IX|，NBIm=NBI/n，式中n為被診斷元素的數量。

1.4.3 M-DRIS指數 M-DRIS指數與DRIS指數計算公式相同， M-DRIS 在診斷中引入了干物質。

1.4.4 DOP指數 DOP 指數以各元素實測值相對于最適宜值百分比偏差表示，計算公式[15]如下：

DOP指數= [(C×100)/Cr]-100

(3)

式中，C為被診斷樣品某元素的含量，Cr為該元素的葉標準值(本研究采用高產園葉片礦質元素平均值)。DOP平均營養(yǎng)不平衡指數與DRIS、M-DRIS指數的意義相同，同樣以NBIm表示 。

1.4.5 邊界線方程構建 參考Amir等提出的直線式邊界線方程建立標準[24]。首先把因變量(柑橘產量)和自變量(葉片各礦質養(yǎng)分含量)一一對應，并對因變量進行升序排列，同時對自變量進行降序排列，編制散點圖。然后在散點圖的上邊緣選擇數據點用于函數擬合，這可以通過肉眼觀察完成或者用統(tǒng)計方法完成。最后將函數擬合到邊界點上建立模型。

1.5 數據分析

試驗數據采用Excel 2019和SPSS18.0統(tǒng)計軟件進行分析，采用 LSD單因素方差分析和差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 溫州蜜柑葉片養(yǎng)分含量與產量的關系

2.1.1 上海市崇明區(qū)溫州蜜柑產量分布 70個供試溫州蜜柑柑橘園產量平均值為56.66 t/hm2。根據產量差異，將70個代表性柑橘園劃分為2個亞組(圖1)：高產園(產量>60.00 t/hm2，n=30)和低產園(產量<60.00 t/hm2，n=40)。高產園和低產園產量平均值分別為66.22 t/hm2和38.97 t/hm2。

圖1 崇明區(qū)溫州蜜柑果園產量現狀

2.1.2 崇明區(qū)溫州蜜柑果園間葉片礦質養(yǎng)分含量差異 崇明區(qū)溫州蜜柑果園葉片礦質養(yǎng)分整體狀況分析結果(表1)表明，高產園葉片礦質養(yǎng)分N、K2O、Ca、Mg、Fe、Zn含量的均值與低產園相比差異均不顯著。高產園葉片僅Mn含量顯著高于低產園，而低產園葉片P2O5、Cu、B含量顯著高于高產園。從變異情況來看，高產園間葉片養(yǎng)分含量變異程度小于低產園，高產園的變異范圍為4.61%～59.97%，低產園間變異范圍為5.17%～75.07%。低產園除P2O5、Fe、B外，葉片礦質養(yǎng)分含量變異系數均高于高產園。所有果園微量元素的變異系數均高于大、中量元素，這說明微量元素養(yǎng)分含量不穩(wěn)定。

表1 崇明區(qū)溫州蜜柑葉片礦質養(yǎng)分含量

2.1.3 溫州蜜柑葉片單一礦質養(yǎng)分絕對含量適宜范圍 將溫州蜜柑葉片各礦質養(yǎng)分含量與產量進行擬合分析，運用邊界點建立邊界線方程。經過檢驗，所有方程均達到顯著水平。由圖2可知，溫州蜜柑產量隨葉片各礦質養(yǎng)分含量的增加均呈現增加-穩(wěn)定-下降的趨勢。邊界線方法將產量達到最高時的葉片養(yǎng)分含量定義為適宜范圍。當溫州蜜柑產量穩(wěn)定在最高產時，葉片各礦質養(yǎng)分的范圍為：N 2.80%～3.30%、P2O50.17%～0.23%、K2O 0.70%～1.50%、Ca 3.40～4.80 g/kg、Mg 0.30～0.50 g/kg、Fe 89.00～129.00 mg/kg、Mn 21.00～63.00 mg/kg、Cu 5.00～12.00 mg/kg、Zn 11.00～20.00 mg/kg、B 33.00～101.00 mg/kg。

圖2 葉片各礦質養(yǎng)分含量對溫州蜜柑產量的影響

將邊界線方法建立的溫州蜜柑葉片養(yǎng)分含量適宜范圍，與魯健巍[25]總結的國內外溫州蜜柑葉片養(yǎng)分適宜范圍進行對比，發(fā)現2種方法的適宜范圍差異較大，僅礦質養(yǎng)分Mg和B的適宜范圍重合(表2)。同樣，用2種方法統(tǒng)計分析70個果園養(yǎng)分豐缺狀況，發(fā)現結果差異較大(表3)。尤其是N、P2O5、K2O、Zn幾種養(yǎng)分差異最大，例如邊界線方法統(tǒng)計的N、P2O5、K2O、Zn處于適宜范圍的果園分別為90.00%、72.86%、85.71%、70.00%。而按魯健巍的標準統(tǒng)計的N、P2O5、K2O、Zn處于適宜范圍的果園分別為22.86%、11.43%、35.71%、2.86%，K2O缺乏的果園為62.86%，Zn缺乏的果園為95.71%。2種方法在中量元素Ca，微量元素Fe、Mn、Cu診斷中也有一定差異。因此用單一礦質養(yǎng)分的絕對值評判果園養(yǎng)分豐缺狀況存在較大的不確定性。

表2 溫州蜜柑葉片礦質養(yǎng)分分級標準

表3 崇明區(qū)溫州蜜柑葉片礦質養(yǎng)分含量豐缺狀況

2.1.4 溫州蜜柑葉片各礦質養(yǎng)分絕對含量與產量的相關性 崇明區(qū)溫州蜜柑葉片中大多數各礦質養(yǎng)分含量與產量之間無顯著相關性(表4)，高產園中僅葉片P2O5和Ca含量與產量呈極顯著正相關關系，葉片B含量與產量呈顯著正相關關系，其他元素含量與產量均無相關性。低產園中僅葉片P2O5含量與產量呈顯著正相關關系。這表明單一礦質養(yǎng)分含量與產量關系并不密切。

表4 崇明區(qū)溫州蜜柑葉片礦質養(yǎng)分含量與產量的相關系數

2.2 崇明區(qū)溫州蜜柑果園葉片營養(yǎng)元素平衡性診斷

2.2.1 DRIS、M-DRIS、DOP診斷參數的確定 將崇明區(qū)溫州蜜柑高產園與低產園葉片N、P2O5、K2O、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、B含量用不同表示形式(N/P2O5、P2O5/K2O、K2O/N等72 種形式表示)進行統(tǒng)計。計算高產園和低產園各種形式方差比，并對方差比進行顯著性檢驗，經F檢驗達到顯著水平的表示形式被確定為DRIS和M-DRIS的診斷參數(每對形式如N/K2O和K2O/N，只選擇差異最顯著的一個作為參數)。最終篩選出達到顯著水平的參數為Ca/N、Mg/N、Fe/N、Cu/N、Zn/N、P2O5/K2O、P2O5/Ca、Fe/P2O5、Mn/P2O5、Cu/P2O5、Zn/P2O5、K2O/Ca、K2O/Mg、Mn/K2O、Cu/K2O、Zn/K2O、B/K2O、Mn/Ca、Ca/Cu、Zn/Ca、Mn/Mg、Cu/Mg、Zn/Mg、Zn/Fe、Cu/Mn、Mn/B、Cu/Zn、Cu/B、DM/N、DM/P2O5、K2O/DM、Ca/DM、Mg/DM、Fe/DM、Mn/DM、DM/Cu、Zn/DM、DM/B。將這些參數作為DRIS或M-DRIS診斷參數，代入公式(1)和(2)，通過對各元素診斷指數的大小排序得出養(yǎng)分平衡調節(jié)優(yōu)先序。將表1中高產園葉片礦質養(yǎng)分N、P2O5、K2O、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、B含量平均值作為標準值，帶入公式(3)得到各元素DOP診斷公式。將每個柑橘園的葉片礦質養(yǎng)分值代入 DOP 診斷公式，即得到DOP指數，進而得出養(yǎng)分平衡調節(jié)優(yōu)先序。

2.2.2 溫州蜜柑葉片營養(yǎng)診斷方法的NBIm值與產量的相關性 根據DRIS、M-DRIS、DOP診斷參數分別得出其平均營養(yǎng)不平衡指數(NBIm)。NBIm是各營養(yǎng)元素相互作用量化的指標，能夠系統(tǒng)反映樹體的營養(yǎng)狀況，NBIm越大表明樹體內礦質營養(yǎng)越不平衡，NBIm越小越接近平衡。分析3種方法NBIm值與產量的相關性發(fā)現，在所有調研果園和高產園中，DRIS方法和M-DRIS方法建立的NBIm值均與產量呈極顯著負相關，在所有果園中DOP方法建立的NBIm值與產量呈顯著負相關(表5)。這表明樹體內不同礦質養(yǎng)分的比例關系與產量有密切的聯(lián)系，樹體礦質養(yǎng)分越趨于平衡，產量越高。3種方法分析結果均表明低產園的NBIm值高于高產園，這可能是因為低產園樹體養(yǎng)分比例失衡進而導致了低產。

表5 DRIS、M-DRIS、DOP方法的NBIm值與溫州蜜柑產量的相關性

2.2.3 崇明區(qū)溫州蜜柑果園養(yǎng)分平衡調節(jié)優(yōu)先序 根據DRIS、MDRIS、DOP 3種方法對各元素間平衡指數的大小進行排序，得出不同礦質養(yǎng)分平衡調節(jié)優(yōu)先序，結果見表(6)。DRIS和M-DRIS方法得出的結果基本一致，僅個別元素順序有差別。整體而言，崇明區(qū)溫州蜜柑樹體急需調節(jié)平衡的前3種養(yǎng)分為Mn>K>Zn。而高產園樹體急需調節(jié)平衡的前3種養(yǎng)分為Cu>Mn>Zn，低產園急需調節(jié)平衡的前3種養(yǎng)分為Mn>K>N。根據DOP診斷結果(表6)，整體而言，崇明區(qū)溫州蜜柑樹體急需調節(jié)平衡的前3種養(yǎng)分Mn>K>N。低產園樹體急需調節(jié)平衡的前3種養(yǎng)分也為Mn>K>N。該診斷結果中急需調節(jié)平衡的前2種礦質養(yǎng)分與DRIS和M-DRIS方法得出的結果相同?？傮w而言，綜合3種方法的結果，崇明區(qū)溫州蜜柑養(yǎng)分平衡調節(jié)優(yōu)先考慮Mn、K、N、Zn。

表6 溫州蜜柑葉片DRIS、M-DRIS和DOP診斷指數及養(yǎng)分平衡調節(jié)順序

3 討論

葉片不僅是植物器官，還是樹體養(yǎng)分“庫”，其養(yǎng)分的積累直接影響著作物的產量和品質[26-27]。研究發(fā)現，葉片大量元素空間變異程度最小，尤其是N，微量元素空間變異程度較大，這與鄭永強等的研究結果一致[28]。與高產園相比，低產園葉片礦質元素變異程度較大，相關研究結果表明這可能是制約產量的因素[16]。本研究將高產園和低產園葉片礦質養(yǎng)分含量進行顯著性分析，發(fā)現葉片大多數礦質養(yǎng)分含量差異不顯著，高產園葉片僅Mn含量顯著高于低產園，而低產園葉片P2O5、Cu、B含量顯著高于高產園，與吳良泉等研究結果相似[29]，而這與我們通常認為的葉片礦質養(yǎng)分含量越高樹勢越好，從而會表現較高產量的觀點不一致。通過建立葉片單一礦質養(yǎng)分與產量的關系發(fā)現，葉片P2O5和Ca含量與產量呈極顯著正相關，B含量與產量呈顯著正相關，大多數礦質元素含量與產量均無較好的相關性，這與前人的研究結果類似，無論是土壤還是葉片，其單一礦質養(yǎng)分與產量的關系均不密切[30]。所以，并不是葉片單一礦質養(yǎng)分含量越高其產量越高，在葉片礦質養(yǎng)分含量達到一定水平后，單一礦質養(yǎng)分含量并不是影響產量的關鍵因素。依據DRIS、M-DRIS和DOP 3種營養(yǎng)診斷方法，以樹體內各礦質養(yǎng)分的最適比例關系為參數與產量建立關系，發(fā)現在所有調研果園和高產園中，DRIS和M-DRIS方法的NBIm值均與產量呈極顯著負相關，DOP方法的NBIm值與產量呈顯著負相關。前人在蘋果上的研究結果也顯示NBIm值與產量呈負相關關系[31]。這表明只有當樹體內各種礦質養(yǎng)分的比例關系處于一種相對平衡的狀態(tài)時，才會激發(fā)作物產量和品質的潛力[32]。

根據單一礦質養(yǎng)分的絕對值評判果園養(yǎng)分豐缺狀況存在較大的不確定性。以葉片鉀含量為例，根據邊界線劃分的葉片最適養(yǎng)分含量范圍，所有樣本中葉片鉀含量缺乏的果園僅占11.43%。根據前人劃分標準，所有樣本中葉片鉀含量缺乏的果園占比62.86%。這是因為前人總結的溫州蜜柑葉片標準值大多參考國外的研究結果，存在地域差異[25]。而本研究依據崇明區(qū)本地溫州蜜柑葉片礦質養(yǎng)分含量適宜范圍診斷更加精確，并且目前國內柑橘葉片礦質養(yǎng)分含量標準多參考臍橙、椪柑[6-9]，這對補充國內溫州蜜柑葉片養(yǎng)分含量空白具有一定的意義，但也會存在一定年際差異。由此可見，標準值法往往受地域、立地條件、品種等因素限制，具有較大不確定性，而葉片養(yǎng)分平衡診斷法不受這些因素的限制。

本研究綜合3種葉片養(yǎng)分平衡診斷方法，明確了崇明區(qū)溫州蜜柑急需養(yǎng)分平衡調節(jié)的元素為Mn、K、N、Zn。這可能與砧木、土壤類型、養(yǎng)分轉運、施肥方式等因素有關[33-34]。調研發(fā)現當地農戶施肥不科學，不施或少施微量元素和有機肥，這可能是造成樹體缺乏元素Mn和Zn的原因。同時崇明當地柑橘園土壤類型多為潮土、鹽漬土，堿性土壤中有效Zn和Mn元素容易被固定，難以被樹體吸收利用[35]。崇明島是中國最大的沖擊島，也是最大的沙島，土壤泥沙較多、結構松散，當地降雨強度大，土壤中Mn、K、Zn、N等元素容易淋失。當地溫州蜜柑的砧木為枳殼，已有研究結果表明枳殼對土壤鋅脅迫最為敏感，不耐缺鋅[36]。

因此，為平衡崇明區(qū)溫州蜜柑樹體養(yǎng)分，應采取標本兼治的方法，在柑橘春梢抽發(fā)和膨果期，適量土施硫酸錳和硫酸鋅，葉面噴施0.3%的硫酸錳和0.3%的硫酸鋅。已有研究結果表明，柑橘噴施鋅肥和錳肥有利于提高坐果率、產量和品質[37-38]。堅持有機肥無機肥配施，施用有機肥可以改良土壤理化形狀，增加土壤保水保肥能力，減少養(yǎng)分淋失。調節(jié)土壤pH，活化土壤礦質養(yǎng)分，提高養(yǎng)分有效性[39]。Abu-Zahra等研究結果表明，施用有機肥可以提高土壤Mn、Zn等微量元素含量[40]。并且用有機肥代替部分化肥，可以減少過量施用化肥而導致的農業(yè)面源污染，符合崇明生態(tài)島綠色發(fā)展理念。

4 結論

葉片單一礦質養(yǎng)分含量并不是產量限制的因子，而葉片礦質養(yǎng)分之間的均衡性是影響產量的關鍵。據此發(fā)現目前上海市溫州蜜柑種植區(qū)最急需調節(jié)平衡的礦質養(yǎng)分是Mn、K、N、Zn。今后應注重微量元素和有機肥的施用，平衡樹體養(yǎng)分，發(fā)揮果園增產潛力。