氯化钾对脐橙园土壤–树体氯积累及叶片营养和果实品质的影响

沈鑫健，邱洁雅†，朱礼乾，张晓勇，曹 立,2，何义仲,2，彭良志,2，淳长品,2*

（1 西南大学柑桔研究所，重庆 400712；2 中国农业科学院柑桔研究所，重庆 400712）

钾元素是高等植物维持生命活动所必需的大量元素之一，充足的钾素营养可以促进果实膨大，降低裂果率，提高柑橘产量，改善果实品质[1]。我国柑橘主产区土壤全钾和速效钾含量普遍较低[2]，很多柑橘园钾肥施用不够合理。江西31个果园中，61%的果园存在钾缺乏或过量问题[3]；重庆柑橘主产区459个果园中28.3%的柑橘园土壤速效钾含量缺乏，而26.1%钾含量过剩，钾适量的果园不足50%[4]；鲁剑巍[5]和卢晓鹏等[6]的研究表明湖北、湖南脐橙园也有类似问题。因此，能否合理施用钾肥已成为限制柑橘主产区产量和品质的重要因素之一。

果园常用钾肥主要有氯化钾和硫酸钾。氯化钾含钾量高，价格便宜，广泛用于大田作物生产[7]。硫酸钾不仅可以为作物提供钾营养，还可以补充作物生长所需硫元素[8]，但其价格相比氯化钾昂贵，在滴灌施肥时还易造成滴头流道堵塞等问题[9]。

柑橘对氯元素较为敏感，属于忌氯或半忌氯作物[10-11]。过多的氯离子会影响果实品质，降低含糖量，并容易产生叶片灼伤、枯萎、脱落，甚至植株死亡等毒害[12]，因此，柑橘生产上主要施用硫酸钾。但朱宗瑛[13]和鲁剑巍等[14]研究发现，在酸性土壤的纽荷尔脐橙和温州蜜柑上施用氯化钾未产生不良影响。但氯化钾在碱性土壤上施用，以及在酸、碱性土壤施用氯化钾后氯元素积累和树体表现的差异少有报道。为此，我们于2018—2019年进行了氯化钾施肥试验，分析在不同土壤pH条件下土壤、叶片和果实中氯元素含量及积累的差异，以及脐橙叶片营养、果实产量和品质的变化，以期为不同pH土壤中氯化钾的合理施用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018—2019年在中国农业科学院柑桔研究所内两个果园进行，其中白鹤林果园土壤pH 5.78、碱解氮 157.76 mg/kg、速效磷 282 mg/kg、速效钾333 mg/kg、氯元素100 mg/kg；返溪院果园土壤 pH 7.44、碱解氮 162 mg/kg、速效磷 277 mg/kg、速效钾 306 mg/kg、氯元素 83.7 mg/kg。供试柑橘为9年生枳橙砧‘纽荷尔’脐橙 (CitrussinensisOsbeck cv ‘Newhall’ Navel orange)，供试肥料为硫酸钾、氯化钾、尿素和过磷酸钙 (分析纯)。

1.2 试验方法

1.2.1 施肥处理 选择生长发育良好、长势基本一致的植株 (冠径 2.8～3.4 m、冠高 1.8～2.0 m、主干周长35～45 cm) 进行试验。每个果园设4个年施肥量处理：氯化钾 250g/株，折合 K2O 150 g/株 (T1)；氯化钾 500g/株，折合 K2O 300 g/株 (T2)；氯化钾1000 g/株，折合 K2O 600 g/株 (T3)；硫酸钾 556 g/株，折合 K2O 300 g/株 (CK)。4 个处理年均施用尿素580 g/株和过磷酸钙 300 g/株，于2018年7月(按全年量施用)、2019年3月 (施用量占全年40%)和2019年6月 (施用量占全年60%) 在树冠滴水线附近均匀撒施。每个处理均设3次重复，3株树为1次重复，采用随机区组排列。

1.2.2 叶片大、中量营养元素和氯元素含量测定于2018年10月和2019年10月采集树冠外围当年生老熟的春梢和秋梢叶片，每株树采集30片，3株树共90片叶混为1个重复 (即每个重复90片叶)，按照 LY/T 1270–1999 方法[15]测定氮 (N)、磷 (P)、钾 (K)、钙 (Ca)、镁 (Mg) 元素的含量；按照 LY/T 1272–1999 方法[16]测定叶片氯 (Cl) 元素含量。

1.2.3 叶片相对叶绿素含量测定 采集叶片样品的同一时间，每株树随机选取树冠外围当年生老熟的春梢和秋梢叶片各30片，采用SPAD–502型叶绿素仪 (日本 KONICA MINOLTA 公司) 测定叶片的相对叶绿素含量 (SPAD)。

1.2.4 果实产量及品质分析 于果实成熟期，测定每株产量，并在每株树冠外围中上部采集5个果实，3株树混为1个重复 (即每个重复15个果实)。用电子天平称量果实重量，用游标卡尺测定果实纵、横径，用CR–10手持式色差仪 (日本美能达公司) 测定果面果实亮度 (L)、果实黄色度 (b)和果实红色度 (a) 色差。可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量按GB/T 8210–2011柑橘鲜果检验方法[17]进行测定。

1.2.5 果皮、果肉中氯元素含量测定 将采集的果实用去离子水洗净，将果皮和果肉分开，105℃杀酶0.5 h，75℃烘干至恒重后研细，按照LY/T 1272–1999方法[16]，进行果皮和果肉氯元素含量测定。

1.2.6 土壤氯元素含量测定 于初次施肥前和每次施肥后4～5个月，即2018年7月和12月，2019年6月和10月共4次，在每株树滴水线附近取深0—20 cm (上层)、20—40 cm (下层) 的土壤，每 3 株树采集的土壤混为一个重复，用四分法取200g土样，风干至恒重后磨细，并按照NT/Y 1378–2007方法[18]，进行土壤氯元素含量的测定。

1.3 数据处理

试验数据以2018—2019年为主，其中果实产量及品质数据来源于2019年。运用Microsoft Excel 2010对结果进行整理计算，采用SPSS 20.0 软件进行统计与方差分析，运用Duncan 法进行多重比较，运用Excel 2010和GraphPad Prism软件进行图形的制作。

2 结果与分析

2.1 施用氯化钾对土壤和植株氯素含量的影响

2.1.1 土壤氯元素含量 图1表明，施用氯化钾酸性土0—20与20—40 cm土壤氯元素含量与CK相比均显著升高，且随氯化钾施用浓度和施用次数的增加有升高趋势，在第3次雨季 (2019年6月) 施肥后反而呈下降趋势。碱性土0—20 cm土层土壤氯元素含量2018年12月T1处理与CK没有显著性差异，2019年6月氯化钾处理氯元素含量与对照相比均显著升高，且随氯化钾施用量和施用次数的增加有升高趋势，在第3次雨季施肥后仅有部分处理略呈下降趋势。在20—40 cm土层酸性土氯元素含量在不同浓度氯化钾处理后与对照相比均大幅增加，而碱性土氯元素含量随氯化钾施用浓度增加呈梯度式增加。T1处理的酸性土氯元素含量与CK相比平均增加50.20%，而碱性土增加28.02%；T2处理酸性土氯元素含量增加54.42%，碱性土增加61.97%；T3处理酸性土氯元素含量增加79.70%，碱性土增加99.36%。

图 1 酸、碱性土壤上施用氯化钾后土壤氯素含量Fig.1 Chlorine concent in acidic or alkaline soil after applying potassium chloride fertilizer

2.1.2 酸、碱性土壤上施用氯化钾对叶片氯素含量的影响 由表1可知，施用氯化钾代替硫酸钾(T2处理与对照相比) 后叶片氯元素含量均显著升高。施用不同浓度氯化钾后叶片氯元素含量在0.049%～0.174%，均处于适宜范围内 (BD50/T487–2012)[19]，小于毒害浓度0.7%。除2018年T1处理的秋梢外，叶片氯元素含量在施用氯化钾后均显著高于对照，且随氯化钾施用量增多有增加趋势，以T3处理氯元素含量最高。T1处理下，酸性土春、秋梢叶片氯元素含量较CK分别增加21.9%和8.0%，碱性土分别增加25.5%和12.7%；T2处理下，酸性土分别增加51.9%和45.0%，碱性土分别增加33.3%和19.3%；碱性土T3处理枝梢氯元素积累量较酸性土多，与对照相比，春梢、秋梢的氯元素含量两年平均分别增高109.7%和98.7%，而酸性土分别增高63.8%和58.0%。

表 1 酸、碱性土壤上施用氯化钾后脐橙叶片氯素含量 (%)Table 1 Chlorine concent in navel orange leaves affected by application rate of potassium chloride in acidic or alkaline soil

2.1.3 酸、碱性土壤上施用氯化钾对果实氯素含量的影响 由表2可知，在酸、碱性土壤上施用不同量的氯化钾后，碱性土果皮中氯元素浓度在0.091%～0.102%，酸性土果皮中氯元素浓度在0.082%～0.097%；碱性土果肉中氯元素浓度在0.052%～0.062%，酸性土果肉中氯元素浓度在0.056%～0.061%。各处理间果皮和果肉中氯元素含量均没有显著变化，说明氯元素从土壤和枝梢转移到果实的能力较弱。

表 2 酸、碱性土壤上施用氯化钾后脐橙果实氯素含量 (%)Table 2 Chlorine content in navel orange fruit affected by application rate of potassium chloride in acidic or alkaline soil

2.1.4 施用氯化钾与土壤、叶片、果实中氯素浓度的相关性及回归分析 将氯化钾的施用量与2019年10月土壤、叶片和果实中氯元素含量进行相关性分析，结果表明果皮与果肉中氯元素的积累量与氯化钾用量没有显著相关性 (P＞0.05)，即试验所施氯化钾对果实中氯元素含量没有影响。土壤与叶片中的氯元素含量与氯化钾施用量均呈显著正相关 (P＜0.05)，相关系数在0.625～0.974，并且碱性土较酸性土的相关系数大，即碱性土氯元素含量更容易受氯化钾施用量的影响 (表3)。

将氯化钾施用量与土壤和叶片中氯素含量进行回归分析，结果表明，酸性土0—20 cm土壤R2与F值均较低，可能是受雨季降水影响较大，使土壤氯元素含量与施用氯化钾浓度的线性关系降低，而碱性土20—40 cm土层土壤氯元素含量与施用氯化钾浓度均呈较好的线性关系。碱性土中氯元素含量模型的斜率回归系数较酸性土大，而常数较小，即施用低浓度氯化钾时碱性土氯元素含量比酸性土低，而施用较高浓度氯化钾时碱性土氯元素含量比酸性土高 (表 3)。

表 3 施用氯化钾与土壤及脐橙叶片、果实中氯素含量的相关性及回归分析Table 3 Correlation and regression analysis between potassium chloride application and chlorine content in soils, leaves and fruits of navel orange

叶片氯元素含量与施用氯化钾量均呈较好的线性关系，其中碱性土上的斜率回归系数均高于酸性土，即碱性土上叶片较酸性土上更容易积累氯元素。

根据柑橘营养诊断配方施肥技术规程 (BD50/T 487–2012)[19]，土壤氯元素含量若达到毒害浓度 (大于300 mg/kg)，以表3中的回归模型计算，每棵树至少施用3274 g氯化钾，而叶片氯元素含量若达到毒害浓度 (大于0.7%)，每棵树至少施用6903 g氯化钾，远高于柑橘实际生产中施氯化钾的量。

2.2 酸、碱性土壤上施用氯化钾对树体营养的影响

2.2.1 酸、碱性土壤上施用氯化钾对树体叶片大、中量营养元素含量的影响 表4结果表明，各处理间春、秋梢叶片氮元素含量均没有明显变化；氯化钾处理比硫酸钾对照酸性土春梢叶片磷元素含量显著提高，2018年提高35.6%，2019年提高51.2%，且随氯化钾施用浓度增加有上升趋势；钾元素含量在氯化钾处理与硫酸钾对照间没有明显变化，但随氯化钾施用量的增加有升高趋势，在酸性土中T3处理显著高于T1处理。各处理间春、秋梢叶片Ca含量均没有明显变化，Mg含量在施用氯化钾代替硫酸钾后差异不显著，但随氯化钾施用浓度的升高有降低趋势，在酸性土中2018年春梢、2019年春、秋梢中T3处理均显著低于对照，碱性土中受影响相对较小，仅2018年秋梢T3处理显著低于对照。

表4 春、秋梢叶片大、中量营养元素含量(g/kg)Table 4 Macro and secondary nutrient element content in leaves of spring and autumn shoots

2.2.2 酸、碱性土壤上施用氯化钾对树体相对叶绿素(SPAD) 含量的影响 由表5可知，各处理间酸、碱性土上树体的春、秋稍相对叶绿素含量均没有显著变化。其中酸性土上春梢叶片相对叶绿素含量范围为80.15～86.81，秋梢叶片为72.20～87.43。碱性土上春梢叶片为75.87～85.41，秋梢叶片为70.57～85.52。

表5 脐橙春、秋梢叶片相对叶绿素含量Table 5 Relative chlorophyll value in spring and autumn shoot leaves of navel orange

2.3 酸、碱性土壤上施用氯化钾对脐橙产量及果实品质的影响

酸、碱性土壤施用氯化钾对脐橙产量及品质影响较小。各处理间果实的单果重和产量均没有显著变化，其中酸性土上果实产量随氯化钾浓度的增高有增加的趋势。在外观品质方面，施用不同浓度的氯化钾后果实亮度 (L)、果实黄色度 (b) 与对照相比均没有显著差异。施用氯化钾代替硫酸钾后果实红色度 (a) 显著提高，酸性土上与对照相比提高8.1%，碱性土上提高18.2%，但在不同浓度的氯化钾处理间没有显著差异 (表 6)。

表6 酸、碱性土壤上施用氯化钾对‘纽荷尔’脐橙产量及果实品质的影响Table 6 Effects of potassium chloride on navel orange yield and fruit quality in acidic or alkaline soil

各处理间总可溶性固形物 (total soluble solid,TSS)、可滴定酸含量均没有显著变化，但TSS含量随氯化钾浓度的增高有增加的趋势。维生素C (Vc)含量在施用氯化钾代替硫酸钾后没有明显变化，但随氯化钾浓度的增高有增加的趋势，酸性土上T3处理显著高于T1处理。

3 讨论

一些学者和农业化学工作者长期认为薯类、豆类、烤烟、果树等是忌氯作物，不能施用含氯化肥[20]。在氯过量时，甘薯的可溶性糖和淀粉含量明显下降[21]，烟草质量严重下降[22]，大豆籽粒中蛋白质的含量也显著下降[23]。但另一些学者的研究报道不支持这一观点，即使在传统的“忌氯作物”上施用含氯化肥，也不会对农产品品质产生不良影响，反而部分有增产作用[24-27]。前人[13-14,28-29]研究表明在柑橘上施用适量氯化钾，并没有对其生长造成不良影响，反而提高了果实产量并改善了品质，有效降低了农产品成本。本研究也表明施用氯化钾未对酸、碱性土壤上脐橙树体产生毒害，且对果实品质和产量均未有不良影响，施用氯化钾后果实亮度、黄色度、可溶性固形物与可滴定酸含量没有显著变化，部分果实红色度和维生素C含量还有所提高。对叶片相对叶绿素和大量营养元素含量未产生不良影响，中量营养元素Mg虽然随氯化钾施用增多有下降趋势，但仍处于适宜范围。然而，氯元素在土壤和叶片中均显著积累，继续长期施用可能会产生风险，后续应进行更长时间的观测，并设置更高的浓度梯度，以确定柑橘可施用氯化钾的最大限量浓度与最长连续施用年限。

叶片钾元素含量随氯化钾施用量的增多有增加的趋势，这可能因为氯元素带负电荷，在外界氯水平供应下，植物会吸收更多的钾以平衡其中的负电荷[30]，也可能是由于肥料中的有效钾浓度增高而积累。叶片Mg元素含量随氯化钾施用量的增多有降低的趋势，但Bar等[31]研究指出Mg元素含量不会受Cl元素的影响，可能是钾元素与镁元素的拮抗作用，导致镁元素的吸收受阻所致[32]。马国瑞等[33]研究表明氯元素可以抑制土壤的硝化作用，提高氮肥利用率，王德清等[34]研究表明较低浓度氯元素可以刺激磷元素的吸收，但本试验中施用氯化钾后叶片氮元素含量没有显著变化，磷元素含量仅在酸性土春梢叶片中显著提高，这可能因为试验果园土壤基础肥力较高，施用氯化钾后的效果不明显。

土壤对氯元素的吸附主要与土壤表面性质 (氧化物含量)和溶剂条件 (土壤pH、电解质浓度及溶剂介点常数) 等密切相关[35]。本试验对不同pH土壤施用氯化钾后的表现进行比较发现，在低浓度氯化钾(T1) 处理时碱性土氯元素积累较酸性土少，这可能是因为土壤中OH–与Cl–带相同电荷，拮抗作用较强，氯元素不易被吸附在土壤颗粒上[12,36]。但在高浓度氯化钾 (T3) 处理时碱性土氯元素积累较酸性土更多，这可能是因为碱性土壤中碳酸钙含量较多，氯元素与钙元素会形成氯化钙离子对而被土壤吸附[37]。氯元素在碱性土壤中的吸附与负吸附作用可能与施用氯元素的浓度、土壤OH–和Ca2+等元素含量有关，其互作关系有待进一步验证。土壤含水量是控制氯元素扩散和迁移的主要因子[38]，本试验发现酸性土氯元素含量在2019年6月降水期后有下降趋势，而碱性土受影响较小，这可能是因为氯元素在酸性土中径流流失作用较碱性土更强[39]。此外，土壤类型与土壤容重等对氯元素的积累也有一定影响，徐明岗等[40]指出氯元素的扩散系数会随土壤质地变粘和容重增大而增大，本试验土壤均为砂壤土，粘重适宜，对于不同土壤质地的柑橘园施用氯化钾后的效果有待进一步深入研究。

氯作为植物必需的微量元素，少则有益，多则有害，如何合理施用至关重要[20]。结合不同pH土壤施用氯化钾后的表现，建议选择雨季来减少土壤中氯元素积累，并与硫酸钾交替施用来减少氯元素在土壤和叶片中的持续累积，在碱性土中还应降低单次施用氯化钾的浓度。

4 结论

短期施用氯化钾后柑橘果实中氯元素含量变化不明显，土壤和叶片中氯元素显著积累，但均处于安全阈值以内。短期施用氯化钾对柑橘果实产量及品质无显著不良影响，叶片营养受影响较小，因此，酸、碱性土壤脐橙园短期内施用适量的氯化钾代替硫酸钾是可行的。