纽荷尔脐橙高产优质的磷钾最佳配比研究

朱宗瑛，李 明，张长明，谭启玲,2*，胡承孝,2，谢合平

（1 华中农业大学资源与环境学院，湖北武汉 430070；2 新型肥料湖北省工程实验室/华中农业大学微量元素研究中心，湖北武汉 430070；3 夷陵区特产技术推广中心，湖北宜昌 443100）

2011年中国柑橘种植面积和产量己经超过美国和巴西，成为世界第一大柑橘生产国[1–2]。近年来我国柑橘生产已由供求基本平衡变为局部供过于求，因此改善果实品质尤为重要。纽荷尔脐橙口感甘甜、营养丰富，深受消费者青睐。磷是柑橘生长必需的大量元素之一，在降低柑橘果实有机酸、提高果实糖酸比方面有重要作用[3–4]。钾被誉为“品质元素”，合理施钾可提高柑橘果实单果重，增加维生素C和糖含量[5–6]。钾肥合理施用可以增强甘薯等作物中蔗糖代谢相关酶的活性[7–11]，进而提高果实中蔗糖含量，达到改善作物品质的作用。单施磷、钾肥均可提高柑橘产量和品质[8]，磷钾配施对温州蜜柑产量提高和品质改善的效果优于磷钾肥单施[9]；在木薯上的研究也表明，磷钾配施效果优于磷钾单施效果[10]。目前，国内外磷钾单施对柑橘果实品质指标 (可溶性固形物、可滴定酸、固酸比和维生素C) 影响研究较多，而磷钾配施对纽荷尔脐橙可溶性糖及主要有机酸影响的研究较少。本试验在合理施氮量0.80 kg/株的基础上，以纽荷尔脐橙为试验材料，设置不同磷钾配比处理，探讨氮磷钾肥配施对纽荷尔脐橙果实产量、品质及糖酸积累的影响，旨在优化纽荷尔脐橙的施肥配方，为实现纽荷尔脐橙优质高产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

2007年12月在湖北省秭归县王家桥村18～20年树龄枳壳砧木的纽荷尔脐橙园开展田间试验。试验地为山区丘陵地貌，成土母质为紫色页岩。柑橘园土壤基本理化性状：有机质8.42 g/kg、碱解氮113.91 mg/kg、有效磷 108.4 mg/kg、速效钾 219.51 mg/kg、pH值5.94。除有机质在缺乏范围，其他指标均为适宜。

1.2 试验设计

本试验磷肥设P0、P1、P2、P3四个水平，P2O5施用量依次为0、0.20、0.40和0.60 kg/株；钾肥设K0、K1、K2、K3四个水平，K2O 施用量依次为 0、0.25、0.50 和 0.75 kg/株。各处理施氮 (N) 量均为0.80 kg/株。采用“3414”试验方案 (固定氮水平)，共计7个处理。每个处理8株树，4次重复。供试肥料为尿素 (N 46%)、磷酸二氢铵 (P2O544%，N 11%)和硫酸钾 (K2O 50%)，分3次沟施，萌芽肥 (每年3月上旬施40%氮、60%磷、30%钾)，保果肥 (每年5月中下旬30%氮、40%磷、50%钾)，壮果肥(每年8月中旬30%氮、20%钾)。于2012年11月26日 (处理后第5年) 脐橙成熟期调查挂果数，每株选树冠中部外围果实4个，取用适量果肉组织，用液氮保存后带回实验室，–70℃超低温冰箱保存，测定品质。

1.3 测定项目与方法

果实可溶性固形物含量用手持数显糖量计测定；可滴定酸含量用0.1 mol/L NaOH中和滴定法测定；维生素C含量用2,6-二氯靛酚钠滴定法测定[11]。

果实果糖、葡萄糖和蔗糖的测定：准确称取果肉样品1 g，放入研钵在微波炉杀酶30 s，加入5 mL 90%乙醇匀浆，10000 g离心15 min，残渣加入5 mL 90%乙醇再提取2次，合并上清液于90℃水浴锅水浴蒸干，用水定容至10 mL，经0.45 μm微孔滤膜过滤，高效液相色谱仪测定 (Agilent 1200LC，RID 示差检测器，CNW NH2色谱柱 (4.6 × 250 mm，5 μm)，流动相乙腈∶水 = 7∶3，流速 1 mL/min，柱温 35℃，进样量 10 μL)[12]。

果实柠檬酸的测定：准确称取果肉样品1 g，用5 mL 0.2% 偏磷酸冰浴研磨，10000 × g 离心 15 min，残渣加入4 mL 0.2%偏磷酸再次提取，合并上清液，定容至10 mL，经0.45 μm微孔滤膜过滤，高效液相色谱仪测定 [Agilent 1200LC，RID示差检测器，色谱柱 Athena C18 (4.6 mm × 250 mm，5 μm)，流动相0.2%偏磷酸，流速1 mL/min，柱温35℃，进样量 10 μL][13–14]。

1.4 数据分析

利用 Microsoft Excel 2007 进行数据处理，SPSS 19.0进行统计分析，Duncan法进行多重比较，Origin 2017 进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同磷钾配比对纽荷尔脐橙果实产量的影响

由表1可知，各处理中，P2K3处理产量最高，显著高于其他处理。K2水平下，产量随磷肥施用量的增加呈先增后降的变化规律，P2K2处理产量显著高于其他处理，较P0K2处理产量提高44.6%。根据果实产量与磷肥施用量的回归方程 y = –2500x2+2240.2x + 1278.05 (r = 0.867)，得出果实产量理论最大值对应的磷肥施用量为0.45 kg/株，其值最接近P2处理磷肥施用量。各钾肥处理中，P2K3处理产量最高，较P2K0显著提高24.6%。

2.2 不同磷钾配比对纽荷尔脐橙果实品质的影响

2.2.1 不同磷钾配比对纽荷尔脐橙果实品质的影响 各磷肥处理中，P2K2处理果实可溶性固形物含量最高，显著高于其他处理 (表2)。根据果实可溶性固形物含量与磷肥施用量的回归方程 y = –126.0x3+112.5x2– 23.7x + 12.1 (r = 1.000)，得出果实可溶性固形物理论最大值对应的磷肥施用量为0.46 kg/株，其值最接近P2处理磷肥施用量。P2水平下，果实可溶性固形物含量随钾肥用量的增加先上升后下降，P2K2处理含量最高，显著高于其他处理；根据果实可溶性固形物含量与钾肥施用量的回归方程y =–5.4x2+ 4.91x + 10.88 (r = 0.732)，得出果实可溶性固形物理论最大值对应的钾肥施用量为0.45 kg/株，其值最接近K2处理钾肥施用量。各磷钾配比处理中，P2K2处理果实可溶性固形物含量最高，且显著高于其他处理。

表1 不同磷钾配比下的纽荷尔脐橙产量 (kg/tree)Table1 Yield of ‘Newhall’ navel Orange under different ratios of P and K fertilizers

由表2可知，增施磷肥，各处理果实可滴定酸含量较P0K2处理均有降低，其中P1K2和P3K2处理显著降低；根据果实可滴定酸含量与磷肥施用量的回归方程 y = 0.75x2– 0.61x + 0.94 (r = 0.688)，得出果实可滴定酸理论最小值对应的磷肥施用量为0.41 kg/株，其值最接近P2处理磷肥施用量。钾肥处理中，P2K1处理果实可滴定酸含量低于P2K0处理，P2K2处理果实可滴定酸含量显著高于P2K0和P2K1处理；根据果实可滴定酸含量与钾肥施用量的回归方程 y = –0.4x2+ 0.43x + 0.70 (r = 0.647)，得出果实可滴定酸理论最大值对应的钾肥施用量为0.54 kg/株，其值最接近K2处理钾肥施用量。各磷钾配比中，P2K1处理果实可滴定酸含量最低，显著低于P0K2和P2K2处理。

表2 不同磷钾配比下纽荷尔脐橙果实品质Table2 Fruit quality of Newhall navel orange under different ratios of P and K

由表2可知，P2K1处理果实固酸比最高，P2K0处理次之，两处理均显著高于P0K2处理，与其他处理无显著差异。分别在K2、P2水平下增施磷肥、钾肥，各处理果实固酸比均无显著差异。

表2可知，各磷肥处理中，果实Vc含量在P2K2处理最高，显著高于其他处理；P2水平下，随钾肥用量增加果实Vc含量先上升后下降，P2K2处理果实Vc含量最高，与其他处理差异显著。各磷钾配比中，P2K2处理果实Vc含量最高，显著高于其他处理。

2.2.2 不同磷钾配比对纽荷尔脐橙果实柠檬酸及可溶性糖积累的影响 由图1可知，各处理中，P0K2处理果实柠檬酸含量最高，显著高于其他处理 (除P1K2处理)，P2K1处理果实柠檬酸含量最低。K2水平下，增施磷肥果实柠檬酸含量先下降后上升，在P2K2处理果实柠檬酸含量最低，显著低于P0K2处理。P2水平下，果实柠檬酸含量随钾肥施用量的增加呈增加趋势，各处理差异不显著。

各处理中，P2K2处理果实果糖含量最高，显著高于P2K0处理，与其他处理差异不显著 (图1)。K2水平下，果实果糖含量随磷肥施用量的增加呈先增后降的趋势，各处理差异不显著。P2水平下，果实果糖含量随钾肥施肥量的增加先上升后下降，P2K2处理果实果糖含量达到最高，较P2K0显著提高23.8%。

图1 不同磷钾配比纽荷尔脐橙柠檬酸和可溶性糖含量Fig.1 The citric acid and soluble sugar content of Newhall navel orange under different ratios of P and K fertilizers[注（Note）：P0、P1、P2、P3代表 P2O5 施用量依次为 0、0.20、0.40 和 0.60 kg/株,K0、K1、K2、K3 代表 K2O 施用量依次为 0、0.25、0.50 和 0.75 kg/株.方柱上不同字母表示处理间差异显著 (P＜0.05).P0、P1、P2、P3 represent applying P2O5 at 0,0.20,0.40 and 0.60 kg/tree; K0,K1,K2 and K3 represent applying K2O at 0、0.25、0.50 和 0.75 kg/tree.Different letters above the bars indicate significant differences among treatments at the 0.05 level.]

各处理中，P2K3处理果实葡萄糖含量最高，显著高于其他处理 (图1)。K2水平下，果实葡萄糖含量随磷肥用量的增加先上升后下降，P2K2处理果实葡萄糖含量最高，较P2K0显著提高20.8%。P2水平下，果实葡萄糖随钾肥用量的增加而增加，P2K2和P2K3处理果实葡萄糖含量较P2K0分别显著提高33.2%和66.4%。

由图1可知，各处理中，P2K2处理果实蔗糖含量最高，显著高于P0K2、P2K0、P2K1处理。K2水平下，果实蔗糖含量随磷肥用量的增加先上升后下降，P2K2处理果实蔗糖含量最高，较P0K2显著提高12.5%。P2水平下，果实蔗糖含量随钾肥用量的增加亦呈先增后降的变化规律，果实蔗糖含量P2K1、P2K2和P2K3处理较P2K0分别显著增加10.7%、25.1%和23.4%。

2.2.3 纽荷尔脐橙果实品质综合评价指标的建立 将脐橙果实可溶性固形物、可滴定酸、固酸比、Vc、柠檬酸、果糖、葡萄糖及蔗糖含量，分别用X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8表示，对这8个品质指标先进行主成分分析提取，根据提取的各主成分对各品质指标进行综合打分，以综合得分进行聚类分析，将7个处理果实的品质进行分类。

通过对8个因子进行主成分提取，得到主要代表纽荷尔脐橙果实糖、酸各含量指标、固酸比指标及可溶性固形物与Vc含量指标的3个主成分，其贡献率分别为44.6%、29.2%、17.0% (表3)，累积贡献率达到90.7%，因此，用这3个主成分即可对果实品质进行可信性评价。以各主成分特征值的贡献率为分配系数，构建纽荷尔脐橙果实品质综合评价模型为：Y = 0.49Y1+ 0.32Y2+ 0.19Y3，式中 Y1、Y2、Y3分别代表第1、2、3主成分的线性组合。

表3 主成分特征值、贡献率、累计贡献率及特征向量Table3 Principal component eigenvalue, contribution rate, cumulative contribution rate and eigenvector

表4是根据脐橙果实品质综合评价模型，对各处理果实品质进行综合评价得出的各处理主成分综合得分，其排序结果表现为：P2K2＞ P0K2＞ P2K3＞P3K2＞ P2K1＞ P1K2＞ P2K0，其中 P2K2处理的得分为7个处理中最高，其品质也相对最好。

聚类结果如图2所示，可将果实品质分为3个类群，类群一包含P2K2处理，其可溶性固形物、维生素C、果糖、蔗糖含量在3个类群中均是最高的，固酸比、葡萄糖含量相对较高，其风味和营养品质均属较优；类群二包含P2K0处理，其固酸比较高，但可溶性固形物、可滴定酸、Vc、柠檬酸、果糖、葡萄糖及蔗糖的含量均比较低，因此果实的风味和营养价值不高，品质较差；类群三包含P0K2、P1K2、P3K2、P2K1、P2K3处理，与类群一和类群二相比较，柠檬酸、可溶性固形物、可滴定酸、Vc、果糖、葡萄糖、蔗糖含量相对较高，其品质介于类群一和类群二之间。综合分析，可基本判定P2K2构成的类群一品质较优，P2K0构成的类群二品质较差，P0K2、P1K2、P3K2、P2K1、P2K3构成的类群三品质中等；即各处理品质排序为 P2K2＞ P0K2、P1K2、P3K2、P2K1、P2K3＞ P2K0。

表4 各处理主成分综合得分Table4 Comprehensive scores of the treatments obtained by principal component method

图2 不同磷钾配比纽荷尔脐橙果实品质评价因子聚类分析Fig.2 Component cluster analysis on fruit quality of ‘Newhall’ navel orange under different P and K ratios[注（Note）：P0、P1、P2、P3代表 P2O5施用量依次为 0、0.20、0.40 和 0.60 kg/株,K0、K1、K2、K3 代表 K2O 施用量依次为 0、0.25、0.50 和 0.75 kg/株 P0、P1、P2、P3 represent applying P2O5 at 0,0.20,0.40 and 0.60 kg/tree; K0,K1,K2 and K3 represent applying K2O at 0,0.25,0.50,0.75 kg/tree.]

3 讨论

磷是植物体内ATP主要组成成分，缺磷会导致植株光合作用受阻[15]，造成果实减产、糖积累下降及可滴定酸上升，果实品质变差[16]。研究表明，供磷水平过低或过高，会导致椪柑果实产量降低、品质下降[13]；导致纽荷尔脐橙幼树叶片中磷、镁、锰和铜元素的缺乏或过量累积，同时不利于氮、钾、铁、锌和硼元素的吸收[17–18]；还会降低库尔勒香梨叶绿素含量和叶面积指数，造成产量下降[19]。磷肥 (P2O5) 施用量在0.62 kg/株范围内，温州蜜柑果实糖含量随磷肥用量增加而上升，当施用量高于0.62 kg/株时，果实中糖的积累则会降低[23]。本试验条件下，施磷(P2O5)0.40 kg/株时，纽荷尔脐橙产量最高，品质最佳，因此适宜磷肥 (P2O5) 用量为 0.40 kg/株；根据纽荷尔脐橙产量、可溶性固形物、可滴定酸含量与施磷量函数关系，可得施磷 (P2O5) 量分别为0.45、0.46 kg/株时，产量、果实可溶性固形物含量最高，施磷(P2O5) 量0.41 kg/株时，果实可滴定酸含量最低，综合试验设计和理论施肥量得纽荷尔脐橙推荐施磷量为 0.41～0.46 kg/(tree·a)。

钾可以促进酶的活化，提高植物细胞膜的运输能力，促进光合作用产物向储藏器官运输，增加“库”的储存量[20]。适量钾肥供应，能提高柑橘产量、果实可溶性固形物和Vc含量，降低酸含量[21]；显著提高甘薯产量和可溶性糖含量[7]；超过钾适量值，夏玉米籽粒淀粉含量及积累速率会降低[22]。柑橘果实中有机酸含量与柑橘叶片中钾含量具有正相关性[23–24]，钾过量会导致柑橘果实着色差、果皮变厚、出汁率降低及有机酸升高等症状[25]。钾肥对脐橙产量和品质影响的研究表明，施钾 (K2O) 量250 kg/hm2时，罗脐35号产量和可溶性固形物含量最高，施钾量 (K2O) 超过 250 kg/hm2，果实产量和可溶性固形物含量均有下降趋势[26]。本研究表明，纽荷尔脐橙产量会随施钾量的增加持续增加，在0.75 kg/株时产量达到最高，此时果实可溶性固形物和Vc含量均较低，果实品质较差。果农过度施用钾肥以追求最高产量，但消费者更注重其品质。本试验条件下，施钾(K2O) 量0.50 kg/株时，纽荷尔脐橙产量较高，果实品质最佳，因此适宜钾肥 (K2O) 用量为 0.50 kg/株；根据纽荷尔脐橙产量、可溶性固形物、可滴定酸含量与施钾量的函数关系，可得施钾 (K2O) 量0.75 kg/株时产量最高，施钾 (K2O) 量分别为0.45、0.54 kg/株时，果实可溶性固形物和可滴定酸含量最高，综合试验设计和理论施肥量得纽荷尔脐橙推荐施钾(K2O) 量为 0.45～0.50 kg/(tree·a)。

氮磷钾肥合理配施，可以显著提高西瓜[27]、甘蔗[28]、菠萝[29]等的产量，改善其品质。已有研究结果中，柑橘最佳施肥量和施肥比例不尽相同。南丰蜜桔合适的N、P2O5、K2O用量分别为0.68、0.31、0.50 kg/株，相应的 N∶P2O5∶K2O比例为1∶0.46∶0.74[30]；罗伯逊脐橙合适的N、P2O5、K2O用量分别为0.80、0.40、0.75 kg/株，相应的N∶P2O5∶K2O比例为1∶0.5∶0.94[31]；6年树龄的哈姆林果树优化N、P2O5、K2O用量分别为：0.53、0.52、0.43 kg/株，相应的 N∶P2O5∶K2O 比例为1∶0.98∶0.83[32]；这些差异主要与土壤基础肥力、试验品种、柑橘树龄等不同有密切关系。

4 结论

1) 施用适量磷、钾肥可提高纽荷尔脐橙果实产量，过高磷肥投入果实产量有下降趋势。适量磷肥供应可显著提高纽荷尔脐橙果实可溶性固形物和Vc含量，提高果实果糖、葡萄糖及蔗糖含量，有利于降低果实可滴定酸和柠檬酸含量。

2) 施用钾肥可提高果实可溶性固形物、Vc、果糖、葡萄糖及蔗糖含量；钾肥供应量过高会使果实可滴定酸和柠檬酸含量升高，降低其改善品质的效果，低钾供应果实可滴定酸和柠檬酸含量有下降趋势。

3) 在施氮 0.8 kg/(tree·a) 基础上，磷肥 (P2O5)、钾肥 (K2O) 用量分别为 0.40 和 0.50 kg/(tree·a) 时，可增加纽荷尔脐橙产量，提高果实可溶性固形物、维生素C、固酸比及可溶性糖含量，降低可滴定酸和柠檬酸含量。以纽荷尔脐橙产量较高、果实风味最佳为目标，推荐18～20树龄纽荷尔脐橙磷肥(P2O5)、钾肥 (K2O) 施用量分别为 0.41～0.46 和0.45～0.50 kg/(tree·a)，相应的 N∶P2O5∶K2O 比例为1∶0.51～0.58∶0.56～0.63。