猕猴桃园土壤状况与果树叶片叶绿素和铁素质量分数的通径分析

刘文国，王 锋，赵 强，马志峰，党战平

(1.杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100；2.甘肃省镇原县农技中心，甘肃镇原 744500)

猕猴桃园土壤状况与果树叶片叶绿素和铁素质量分数的通径分析

刘文国1，王 锋1，赵 强2，马志峰1，党战平1

(1.杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100；2.甘肃省镇原县农技中心，甘肃镇原 744500)

以黄化果树和正常果树根部土壤及叶片为研究对象，通过土壤立体采样后，测定树体根部土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、pH 5个土壤指标和叶片叶绿素、铁素质量分数，采用通径分析方法，研究各土壤指标对叶片叶绿素和铁素的影响。结果表明：土壤中速效钾质量分数对叶片总叶绿素质量分数影响最大，且表现为负效应。土壤中碱解氮对黄化叶片叶绿素质量分数呈正效应，适当增加碱解氮质量分数，可增加猕猴桃叶片中总叶绿素质量分数，减轻黄化病的发生。土壤有机质对叶片叶绿素质量分数的直接作用为正效应，部分效应会被钾素的负效应所掩盖，碱解氮与有机质在增加叶片叶绿素的作用为协同作用，生产中，增施有机肥料是防治猕猴桃黄化病发生的重要措施。速效磷和pH对叶绿素质量分数总影响和直接作用均为负效应，均会引起猕猴桃叶片中叶绿素质量分数降低，导致黄化的发生。正常绿叶和黄化叶片的总铁质量分数差异不显著，平均值相差不大，二者盐酸浸提铁的质量分数差异也不显著，但二者总铁与盐酸浸提铁质量分数的比值(总铁/浸铁)差异显著，且比值越大，黄化越严重。因此可以用总铁/浸铁比作为研究果树黄化严重程度的指标。土壤中有机质、碱解氮数量增加，均能降低叶片总铁/浸铁比值，缓解猕猴桃叶片黄化。

土壤养分；叶绿素；铁素；通径分析

黄化病是叶绿素质量分数降低引起的植物叶片呈现浅绿色或黄绿色的一种病状。近年来，随着化肥、农药等大量使用，造成土壤环境不断恶化，导致多种果树出现不同程度的黄化，尤其猕猴桃黄化表现的更为突出。中国猕猴桃黄化病的发生面积和程度呈现越来越严重的趋势，各地均有报道[1-4]，研究发现该病发生范围广，发生原因复杂，是多种因素综合作用的结果[5-6]。目前，在猕猴桃黄化病中研究较多的为缺铁性引起的黄化[7-8]，但大多研究都不够深入和系统，仅从树体营养状况方面进行研究[9]。董慕新[10]研究桃树黄化叶片与铁之间的关系，用叶片总铁质量分数与盐酸浸提铁的比值作为反映桃树黄化的指标，得出正常叶片的这一比值接近2.1，而黄化叶片的这一比值远大于2.1，说明该比值越大，叶片越黄，黄化病越严重。康婷婷等[11]调查研究秦岭北麓猕猴桃园土壤养分状况；李百云等[12]研究陕西眉县部分猕猴桃园土壤主要养分状况。这些研究仅分析土壤养分状况，对土壤养分及环境状况与树体叶片黄化的相关研究报道较少，Tran等[13]报道猕猴桃黄化病营养诊断与土壤养分相关性的研究，提出除Ca外，黄化叶片中 N、P、K、Cu、Fe 质量分数均较低，与正常叶片质量分数相比差异达极显著，正常和黄化树体下土层各养分测定值差异不显著的结论。这方面研究的瓶颈主要是在指标的选择上，无论土壤指标还是叶片指标，都没有较理想的指标可供参考，这主要是由于土壤指标太多且变异较大，对分析结果影响也较大；叶片指标一般仅用叶绿素质量分数。由于土壤内各个指标的测定方法和单位不同，各个指标对叶片指标的直接影响和交互效应的影响不同，使得同时研究多个土壤因素对果树黄化病的影响更加复杂。通径分析是反映多个自变量和因变量之间线性相关与回归的一种科学研究方法，其主要原理是求出多个自变量与因变量之间的线性回归方程，然后通过标准化转化，消除各个变量的单位影响，所有研究数据均无量纲，使方程转变为多元标准化线性回归方程，再对方程和各个变量系数进行显著性检验，检验显著后，研究方程各变量对因变量的直接影响和交互效应，以直接路径系数和间接路径系数的方式简明表达出来。本研究选用土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾及pH为土壤指标，以叶绿素及总铁与盐酸浸提铁的比值为叶片指标，用通径分析法对土壤这5个指标与猕猴桃叶片叶绿素和铁素方面的影响和作用进行分析研讨，以期找到土壤中这5个指标对猕猴桃黄化效应状况和机理，旨在为从根本上防治猕猴桃黄化病找到科学有效的途径。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

2015-10-25在陕西省眉县金渠镇和齐镇选择有代表性的‘秦美’猕猴桃园2处，10月29日在陕西省周至县翠峰镇选同品种果园1处，每园选择典型黄化猕猴桃树6株，3地区共计黄化植株18株；正常猕猴桃树2株，3地区共计正常植株6株；每树采土样6点，分内外2圈，每圈3点，点与点相间120°，内圈距树体中心主干40 cm，深度为20 cm，外圈距树体中心主干60 cm，深度为40 cm，每圈3点混合均匀后以四分法处理取1个土样，装塑料袋编号备用，共计48个土样。

1.2 植物样品采集

黄化叶片采集：分别对采过土样的黄化猕猴桃树叶片进行采集，每树采集上部不同角度黄化叶片6片，装塑料袋编号，备用。

正常叶片采集：每园选择正常未黄化果树2个，采土后，同时每树与黄化相同方法采集6片。

1.3 测定项目及方法

土壤样品实验室风干后，研磨过20目和60目筛，备用。采用pHS-3CT酸度计测定土壤pH[14]，采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质[15]，碱解扩散法测定土壤碱解氮[16]，0.5 mol/L NaHCO3浸提、钼锑抗比色法测定土壤速效磷[17]和火焰光度计法测定速效钾[18-19]等指标。

植物样品采回后，各分两部分，一部分鲜样处理后，用分光光度法测定叶绿素质量分数[20]，另一部分清洗干净，凉干后用鼓风干燥箱70～80 ℃下烘干，再用瓷研钵磨碎，待用。称取4份磨细混匀的样品进行全量铁和盐酸浸提铁测定。取2份试样用HNO3和高氯酸湿消化处理后，测定总Fe元素质量分数，另2份用1 mol/L HCl,样品与HCl以1∶50的用量在室温下浸泡24 h，过滤,滤液用原子吸收分光光度计测定盐酸浸提铁[10]

1.4 数据统计

对黄化果树土壤的5个指标和对应果树叶片测定的总叶绿素质量分数、总铁/浸铁进行通径分析，分别计算黄化果树土壤各肥力因素与叶片总叶绿素、总铁/浸铁的通径系数,以各因素为主线，分析土壤各因素对这2个黄化指标的直接作用和间接影响。所有计算均用Excel 2003和DPS 7.05数据统计分析软件[21]完成。

2 结果与分析

2.1果园土壤肥力状况与果树叶片叶绿素质量分数状况

3个地点黄化果树的土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、pH及对应的果树叶片叶绿素质量分数见表1，3个地点正常果树下的土壤5指标的测定值及对应的果树叶片叶绿素质量分数见表2。由表1和表2可以看出，正常果树叶片叶绿素平均质量分数(1.481 3 mg/g)明显高于黄化果树(0.540 2 mg/g)，说明用叶绿素可以作为研究果树黄化的指标；黄化果树土壤速效钾平均质量分数也明显高于正常果树，说明钾素与果树黄化相关。其他土壤影响因素用通径分析讨论。

2.2土壤肥力因素与黄化叶片中总叶绿素质量分数的关系

将黄化果树土壤中各相关肥力因素的测定数据整理后，与果树叶片的总叶绿素质量分数用DPS 7.05数据处理系统进行通径分析计算后，得到表3 土壤肥力因素与黄化叶片中总叶绿素质量分数的通径分析。对此通径分析进行F检验，得到F=48.5**，说明通径分析是极显著的，同时对各通径系数(即直接作用)进行t检验，得到t有=27.5**，t氮=31.2**，t磷=23.9**，t钾=64.8**，tpH=123.4**，说明各通径系数对总叶绿素的影响都达到显著水平，各系数有效。

由表3可以看出，各因素的总影响中，以速效钾的绝对值最大，影响系数达到-0.735，表明它对叶片总叶绿素质量分数影响最大，但表现为负效应，即土壤中速效钾的质量分数越高，黄化叶片中的叶绿素质量分数越低，叶片越黄，速效钾的直接作用越表现为负效应，为-0.765，比总效应大，总效应小的原因是由于它通过pH正效应使得总效应降低。在5个因素总作用中，仅碱解氮的效应是正效应，但数值较小，只有0.264，表面上显示碱解氮的影响程度较小，但碱解氮的直接作用也为正值，路径数值为0.320，比它的总影响还要大，出现这一结果的原因，是由于碱解氮通过pH对叶绿素总影响的间接作用路径数据为负值，而且影响数值很大，达-0.566，说明pH抵消碱解氮的正效应，这一结果是由于本研究为石灰性土壤，pH越高，碱性越强，土壤中的碱解氮质量分数越低，原因是土壤中有机态氮碱解转变为铵态氮，而该形态的氮素会因碱性以氨气的形式挥发损失。

表1 黄化果树土壤5个指标与对应果树叶片叶绿素质量分数Table 1 Five indexes of soil under yellow fruit trees and chlorophyll mass fraction in leaves of corresponding fruit trees

表2 正常果树土壤5个指标与对应果树叶片叶绿素质量分数Table 2 Five indexes of soil under normal fruit trees and chlorophyll mass fraction in leaves of corresponding fruit trees

表3 土壤肥力因素与黄化叶片中总叶绿素质量分数的通径分析Table 3 Path analysis between the total chlorophyll mass fraction in chlorotic leaves and soil fertility factors

注：x1～x5分别代表有机质、碱解氮、速效磷、速效钾和pH， **为t检验达到0.01显著水平，表6同。

Note：x1-x5respectively represent organic matter, alkali hydrolyzable nitrogen, available phosphorus, available potassium and pH, ** double star test fortreached 0.01 significant water，same as table 6.

碱解氮的总影响和直接作用，都为正效应，说明土壤中适当增加碱解氮质量分数，可以增加猕猴桃叶片中的总叶绿素质量分数，即可减轻黄化病的发生。这与土壤中的有机质有关，因为土壤中碱解氮的部分来源是有机质，而且从表3也可以看出，碱解氮通过有机质的间接作用为正效应，原因是它们两因素为协同作用，因此实际生产中，可以通过增施有机肥料防治和减轻猕猴桃黄化病的发生。表3显示，有机质的总影响为-0.154，表面上，有机质为负效应，对黄化不利，实际上，有机质的直接作用为正效应，数值为0.161，它的作用被速效钾的数值-0.296负效应所掩盖。这与上述速效钾的结论是一致的，也说明土壤速效钾质量分数越高对防治黄化病不利。表3中，速效磷和pH对叶绿素质量分数的总影响和直接作用均为负效应，说明速效磷和pH都会引起猕猴桃叶片中叶绿素质量分数降低，导致黄化的发生，原因是土壤中速效磷会与土壤中有效铁发生沉淀反应，降低土壤有效铁的质量分数。pH影响黄化的原因是pH升高，铁的有效性会降低。

2.3 黄化叶片与正常叶片中铁素状况分析

将3个地区黄化果树和正常果树叶片中总铁和盐酸浸提铁的测定数据的平均值列表4，统计分析结果列表5，由表4和表5可以看出，无论是正常的对照果树还是黄化的果树，叶片中的总铁质量分数都比盐酸浸提铁高。

表4 3个地区黄化叶片和正常叶片铁素平均量Table 4 Average mass fraction of iron in chlorotic leaves and normal leaves in three areas

正常叶片的总铁3个地区最大的平均质量分数为275.6 μg/g，最小为215.8 μg/g，平均值252.5 μg/g，标准差68.4 μg/g。黄化叶片总铁最大平均质量质量分数为322.2 μg/g，最小193.0 μg/g，平均值为250.8 μg/g，标准差64.2 μg/g，两者平均值相差1.7 μg/g。以成组资料对正常和黄化结果进行t检验，t=0.044 9，未达到显著水平，说明正常和黄化叶片的总铁差异不显著，因此，不能以叶片中总铁质量分数为指标研究黄化问题。正常绿叶中盐酸浸提铁的平均质量分数为120.1 μg/g，标准差31.9 μg/g，黄化叶片中盐酸浸提铁的平均质量分数为97.5 μg/g，标准差 20.5 μg/g，正常叶片的浸提铁比黄化叶片的浸提铁平均值高出22.6 μg/g，但通过t检验，t=1.46，也未达到0.05显著水平，因此也不能以盐酸浸提铁为指标来研究黄化。

通过对叶片中总铁和浸提铁的比值进行分析，结果列于表5中，由表5可以看出黄化叶片中的平均数值为2.61，标准差为0.55，而正常叶片的平均数值为2.11，标准差为0.09，由两标准差可以看出，正常叶片的这一数据变异小，相对稳定，而黄化叶片变异大，稳定性较差，这可能由于不同黄化果树的土壤环境差异引起的。对正常和黄化叶片的这一比值进行t检验，得到t=2.233*，达显著水平，说明正常叶片和黄化叶片的这一数据差异明显，因此可以用总铁/浸铁比来作指标来研究黄化问题，一般地，由于黄化叶片中的浸提铁质量分数低于正常叶片，而总铁黄化和正常叶片相差较小，本研究相差1.7，则黄化叶片中的总铁/浸铁比必定大于正常叶片，而且总铁/浸铁比数值越大，说明黄化越严重，数值越小，黄化越轻[10]，生产中，进行黄化防治，当这一数值接近了正常叶片数据时，则说明黄化树调整转绿效果好。

表5 猕猴桃叶片铁素营养状况的分析Table 5 Analysis of the status of iron nutrition in the leaves of the kiwi fruit

2.4土壤肥力因素与黄化叶片中总铁/浸铁比的关系分析

将土壤的各因素数据与黄化叶片中的总铁/浸铁进行通径分析，得到表6土壤肥力因素与黄化叶片中总铁/浸铁比的通径分析表，并对此通径分析进行F检验，得到F=32.9**，说明通径分析是极显著的，同时对各通径系数(即直接作用)进行t检验，得到t有=-44.9**，t氮=-58.9**，t磷=115.0**，t钾=-83.8**，tpH=32.7**，说明各通径系数对总铁/浸铁的影响都达到显著水平，各系数有效。

由表6可以看出，5个因素中，碱解氮对总铁/浸铁比的总影响最大，影响系数为0.597，为正效应，即碱解氮会使总铁/浸铁比增加，由上述可知，这个比值越大，黄化越严重，这个结果表面上似乎与前述的碱解氮对叶片中的总叶绿素的质量分数的正效应影响相矛盾，由表6还可看到，碱解氮的直接作用为负效应，说明碱解氮自身能降低比值，减轻黄化，之所以表现为正效应是由于碱解氮通过速效钾的间接作用为正效应，而影响很大，为0.825，这种结果可能是由于土壤中氮与钾的协同效应，进一步激活钾对植物的有效铁吸收的拮抗作用引起的。另外2个因素速效磷和pH无论总影响还是直接作用都为正效应，这一结果是合理的，原因是磷能够与土壤中的有效铁发生化学沉淀，引起有效铁失活，从而影响植物根系对铁的吸收作用，导致缺铁性黄化；而pH在碱性土壤中，数值上升1个单位，土壤的有效铁Fe2+的浓度会降低2个对数单位[22]，原因是由于发生氧化还原反应，Fe2+被氧化成Fe3+。由表6可以看出，有机质的直接作用和总作用都为负效应，说明有机质能够降低总铁/浸铁比，即有利于增加叶片中的盐酸浸提铁的质量分数，防治黄化的发生。表6里还可以看到，速效钾的总效应和直接作用均为负效应，表面上看速效钾能减轻黄化，这与上述的结论即土壤速效钾的质量分数越高，黄化越易发生，黄化越严重，及与尹立红[9]的研究矛盾，实际上笔者更易接受前述的结果，即速效钾能引起和促使黄化的发生，至于通径分析的这个结果产生的原因还有待进一步的探究，以便找到一个合理的解释。

表6 土壤肥力因素与黄化叶片中总铁/浸铁比的通径分析Table 6 Path analysis of the total iron/leaching iron in chlorotic leaves and soil fertility factors

3 结论与讨论

用通径分析法研究5个土壤因素对植物叶片总叶绿素的影响，发现土壤中速效钾的质量分数对叶片的总叶绿素质量分数影响最大，但表现为负效应，即土壤中速效钾的质量分数越高，黄化叶片中的叶绿素质量分数越低，叶片越黄，这是由于钾可能拮抗猕猴桃对铁的吸收，诱导果树黄化。实际上，土壤中速效钾质量分数越高，正常情况植物叶片中的钾的质量分数也越高，尹立红[9]研究结果表明，黄化猕猴桃叶片中钾质量分数比健康叶高，黄化越严重，钾质量分数升高越明显。本研究结果与该研究结果相对应。生产中为防止黄化病的发生，应引导果农适当控制钾肥或者高钾型复合肥的施用量，这一结论与目前各地农业生产中提倡多施钾的现状相反，既减少钾肥的投入，降低成本，同时预防土壤高钾引起的黄化病发生。本研究还发现，土壤中碱解氮对黄化叶片中的叶绿素质量分数表现为正效应，因此适当增加土壤内碱解氮的质量分数，可以增加猕猴桃叶片中的总叶绿素质量分数，即可减轻黄化病的发生。土壤有机质对叶片叶绿素质量分数的直接作用为正效应，部分效应会被钾素的负效应所掩盖，碱解氮与有机质在增加叶片叶绿素的作用上为协同作用，生产中，增施有机肥料是防治和减轻猕猴桃黄化病发生的重要措施。速效磷和pH对叶绿素质量分数的总影响和直接作用均为负效应，都会引起猕猴桃叶片中叶绿素质量分数降低，导致黄化的发生，产生这个结果的原因是由于土壤中磷会与有效铁发生沉淀反应，使得磷铁同时失效，导致植物吸收铁困难而黄化；pH越高，土壤碱性越强，土壤内有效铁会形成氢氧化亚铁沉淀，有效铁也会失效导致植物黄化。正常绿叶和黄化叶片的总铁质量分数差异不显著，平均值相差不大，这一结论说明黄化叶片并不缺铁，只是促使叶绿素形成的有效态铁的质量分数不足，一般认为二价铁离子为有效态，但在测定总铁时，所有形态的铁都会被测定，因此在研究黄化问题时，不能用总铁量作为指标；盐酸浸提铁的质量分数两者也差异不显著，这个结论也说明本研究所用盐酸浸提出的铁不完全都是有效态铁，可能也会提取出部分无效态铁，如三价铁，因此研究黄化问题也不能直接用盐酸浸提铁作指标，但本研究发现，黄化叶片和正常叶片总铁与盐酸浸提铁的质量分数比值(总铁/浸铁)两者差异显著，规律为比值越小，黄化越轻，比值越大，黄化越严重，而且正常叶片的这一比值为2.11，与董慕新[10]的2.1接近。因此可以用总铁/浸铁比作指标研究果树黄化问题，这个结论为进一步研究和防治果树黄化问题提供指导性建议。土壤中有机质、碱解氮数量增加，均能降低叶片总铁/浸铁比值，缓解或者减轻猕猴桃叶片黄化，速效磷和pH均能增加叶片总铁/浸铁比值，会加重猕猴桃叶片黄化，总铁/浸铁作指标的这些结论与总叶绿素质量分数作指标的结论一致，但土壤速效钾对叶片总铁/浸铁比值的通径分析结果与总叶绿的结果出现偏差，表现异常，有待进一步研究。

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(责任编辑：史亚歌Responsibleeditor:SHIYage)

PathAnalysisofChlorophyllandIronMassFractioninKiwiTreeLeavesandSoilConditionsinanOrchard

LIU Wenguo1, WANG Feng1, ZHAO Qiang2, MA Zhifeng1and DANG Zhanping1

(1.Yangling Vocational and Technical College, Yangling Shaanxi 712100, China;2.Agricultural Technical Center of Zhenyuan County, Zhengyuan Gansu 744500, China)

To study the effects soil organic matter, available nitrogen, available phosphorus, available potassium and pH on kiwifruit chlorosis, yellow and normal leaves of kiwifruit and root soil were used as research material through three-dimensional soil sampling, to determine the influence of soil indexes on chlorophyll mass fraction and ferrite by the method of path analysis. The results showed that:the mass fraction of available potassium in soil performed the greatest but negative influence on the total chlorophyll mass fraction of the leaves. The alkali-hydrolyzale nitrogen in soil showed positive effects on the chlorophyll mass fraction of etiolated leaves, therefore increasing the alkali-hydrolyzale nitrogen mass fraction would increase the total chlorophyll mass fraction in the leaves and reduce the incidence of chlorosis.The organic matter in soil showed directly positive effects on the chlorophyll mass fraction in leaves, while some of the effects was covered up by the negative effects of potassium. The alkali-hydrolyzale nitrogen and the organic matter synergically increased the mass fraction of chlorophyll, thus, more organic fertilizer is an important means to control chlorosis of kiwi trees.Both available phosphorus and pH value performed directly negative effects on the total chlorophyll mass fraction and reduced the chlorophyll mass fraction of kiwi tree leaves, resulting in the occurrence of chlorosis.Total iron mass fraction and iron extracted with hydrochloric acid were insignificantly different between normal and etiolated leaves of kiwi tree leaves. However, the ratio of total iron to extracted iron with hydrochloric acid was significantly different between the two kinds of leaves. i.e., higher ratio was regularly related to more serious chlorosis. So the ratio of total iron to extracted iron can be used as an indicator for seriousness of fruit tree chlorosis. More organic matter and alkali-hydrolyzale nitrogen in soil can decrease the ratio of total iron to that extracted with hydrochloric acid from the leaves and alleviate the etiolation of kiwifruit tree leaves.

Soil nutrients; Chlorophyll; Iron element; Path analysis

2016-11-07

2017-05-19

Special Scientific Research Project of Shaanxi Provincial Education Department(No.16JK1873).

LIU Wenguo,male,associate professor.Research area:teaching and research work on soil and plant nutrition and fertilizer.E-mail：liuwgcn@126.com

日期：2017-11-17

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20171117.1101.028.html

2016-11-07

2017-05-19

陕西省教育厅专项科学研究计划项目(16JK1873)。

刘文国，男，副教授，主要从事土壤与植物营养和肥料方面的教学与科研工作。E-mail：liuwgcn@126.com

S158.3

A

1004-1389(2017)11-1664-08