水肥一体化模式对苹果叶片矿质元素含量的影响

罗利华，胡田田，陈绍民，李 灿，李梦月，崔晓路，臧学文

(1西北农林科技大学 旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100；2金正大生态工程集团股份有限公司，山东 临沭276700)

黄土高原地区是我国典型的苹果优生区，苹果作为该区主要的经济作物，其鲜果产量占全国总产量的47.1%[1]，对当地经济发展具有重要作用。目前该地区的主要施肥方式为沟施或撒施，存在肥效缓慢、养分利用率低等问题。水肥一体化又称“滴灌施肥”，是一项农业水肥综合管理新技术，能够有效实现水肥同步供应和高效利用，目前已广泛应用于棉花、玉米、柑橘、香蕉、苹果等作物的种植[2]。适宜的滴灌施肥技术参数可以有效改善作物根区土壤的供肥状况，提高作物产量和品质，且具有较高的水肥利用效率[3-4]。

矿质营养元素是苹果树生长发育、产量与品质形成的物质基础[5]。矿质元素含量不足或比例失调会产生营养障碍，引发各种生理病害并影响树体生长发育[6]。叶片是整个树体中对土壤矿质元素反应最敏感的器官，可以反映出树体对土壤矿质元素的吸收利用状况[7]。唐晓敏[8]和于忠范等[9]的研究均发现土壤与叶片矿质元素之间存在着一定程度的相关性。马海洋等[10]和郭全恩等[11]对叶片矿质元素进行了营养诊断，分析了渭北旱源苹果的营养状况，为当地苹果的科学施肥提供了依据。

由于滴灌的局部湿润性，施肥技术参数的不同会直接影响土壤矿质元素在时空上的分布，进而影响树体对矿质元素的吸收利用。目前，国内外有关报道主要集中在养分供应对苹果树矿质元素含量的影响[12-14]，而关于毛管布置方式、滴头间距和施肥周期等滴灌施肥技术参数对苹果叶片矿质元素含量影响的研究还鲜见报道。为此，本研究分析毛管布置方式、滴头间距、施肥周期对黄土高原矮砧密植苹果园不同生育期苹果叶片矿质元素含量的影响，以期为该地区矮砧密植苹果园水肥一体化生产模式的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年10月至2019年10月在陕西省延安市洛川县西北农林科技大学洛川苹果试验站(N35°47′04″，E109°21′44″)进行。该地属暖温带半湿润大陆性季风气候，年均气温9.2 ℃，年平均降水量622 mm，平均海拔1 072 m，无霜期167 d，日照2 552 h，昼夜温差15.7 ℃，雨热同季。供试果树于2014年栽植，2016年挂果，产量约33 000 kg/hm2，品种为“延长红”(传统富士)，基砧为新疆野苹果，中间砧为M26，株行距2 m×4 m。果园常规田间管理，果树生长发育正常，土壤为黑垆土。

1.2 试验设计

试验采用水肥一体化模式灌水施肥，滴头流量为2 L/h。滴灌施肥技术参数共设置毛管布置方式(P)、滴头间距(D)、施肥周期(T)3个试验因素，其中毛管布置方式设一行一管、一行两管2个水平，分别用P1、P2表示；滴头间距设30，50 cm 2个水平，分别用D30、D50表示；施肥周期设15，30 d 2个水平，分别用T15、T30表示。试验采用三因素二水平完全组合设计，共8个处理(表1)，每个处理约15棵树。一行两管布置形式为滴灌管铺在树行两侧，距树行30 cm；一行一管布置形式为滴灌管悬挂在树上(离地50 cm)。

表1 苹果滴灌施肥技术参数的三因素二水平完全组合试验方案Table 1 Completely randomized trial of three factors at two levels for apple fertigation technical parameters

各处理灌水量和施肥量相同。试验年份苹果树生育期内降水量较大(图1)，加之试验园区采用了地布覆盖措施，能够抑制土壤蒸发，0～80 cm土层土壤含水量为田间持水率的75%～85%，无明显的灌溉需求，因而灌水量依据施肥量设置，以满足滴头处液体电导率不超过3 mS/cm为宜[15]。根据产量水平，参考文献[16-17]，本试验氮、磷、钾肥用量(纯量)分别为240，195，240 kg/hm2。各处理具体灌水施肥时间及肥料用量见表2。

图1 试验年(2017-2019年)苹果树生育期降水量的变化Fig.1 Changes of precipitation during growth periods of apple trees in experimental years (2017-2019)

表2 苹果园水肥一体化试验灌水与施肥计划Table 2 Irrigation and fertilization plan for integrated water and fertilizer experiment for apple orchard

1.3 测定指标与方法

每个处理选择3株长势基本一致、无病虫害的苹果树，在开花期(4月22日)、新梢旺长期(5月18日)、果实膨大期(8月19日)、着色期(9月21日)、成熟期(10月11日)进行叶片采集。在树干外围中部东、西、南、北4个方向取新梢中部成熟健康叶片，每株树约20片。叶片采回后先用自来水加入洗洁精进行洗涤，再用蒸馏水清洗，在105 ℃高温烘箱中杀青30 min，75 ℃温度下烘干至恒质量。

叶片氮含量采用H2SO4-H2O2消解，开氏法测定；磷含量采用钼锑抗比色法测定；钾含量采用原子吸收分光光度法测定；钙、镁含量采用HNO3-HClO4消解，原子吸收分光光度法测定。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2016绘图，用SPSS 23进行数据分析(方差分析采用three-way ANOVA，多重比较采用Duncan’s，置信度为0.05)。

2 结果与分析

2.1 滴灌施肥技术参数对苹果叶片氮、磷、钾含量的影响

2.1.1 不同技术参数影响的方差分析 方差分析结果(表3)表明，毛管布置方式、滴头间距、施肥周期在不同生育期对苹果叶片氮、磷、钾含量的影响不同。在开花期，毛管布置方式、滴头间距、施肥周期及其交互效应对叶片氮含量均有显著或极显著影响，说明开花期叶片氮含量受滴灌施肥技术参数的影响较大。毛管布置方式对叶片氮含量在果实膨大期和着色期存在显著影响，滴头间距在成熟期影响显著，施肥周期对除成熟期外的其余生育期均有显著或极显著影响，说明施肥周期对叶片氮含量影响最大。对于叶片磷含量，施肥周期的影响最大，除着色期外，其余时期均有显著或极显著影响。在整个生育期，滴头间距对叶片磷含量均无显著影响，但其与施肥周期的交互效应在开花期、膨大期、成熟期影响显著，说明通过同时调节滴头间距和施肥周期能对叶片磷含量进行调控。对于叶片钾含量，毛管布置方式的影响最大，除开花期外，其余时期均存在显著或极显著影响。在新梢旺长期，滴头间距和施肥周期也存在显著或极显著影响，说明叶片钾含量在新梢旺长期受滴灌施肥技术参数的影响较大。

表3 滴灌施肥技术参数对苹果叶片氮、磷、钾含量影响的三因素方差分析Table 3 Three-way ANOVA on influence of technical parameters of fertigation on N,P and K contents in apple leaves

2.1.2 滴灌施肥技术参数对苹果叶片氮含量的影响 由表4可知，不同处理苹果叶片氮含量随生育期的延长总体均呈下降趋势，且各处理苹果叶片氮含量均以开花期和新梢旺长期较高，在果实膨大期迅速下降，最大降幅为30.17%，在着色期，叶片氮含量有所回升之后又继续下降，于成熟期达到最低值。

由表4还可知，毛管布置方式对苹果叶片氮含量的影响随生育期变化而有所差异。在开花期，毛管布置方式的影响大多表现为一行两管高于一行一管，其中P2D30T15和P2D50T30分别较P1D30T15、P1D50T30处理显著增加了9.36%和7.55%。但在果实膨大期，毛管布置方式的影响大多表现为一行两管低于一行一管，其中P2D50T30较P1D50T30处理叶片氮含量显著降低了18.17%。说明毛管布置方式对叶片氮含量的影响随苹果树生育期的变化而变化。

表4显示，滴头间距对苹果叶片氮含量的影响随生育期变化而有所不同。在开花期，滴头间距50 cm较30 cm处理的苹果叶片氮含量有所增大，其中P2D50T30较P2D30T30处理显著增加了18.10%。在成熟期，滴头间距50 cm均显著高于30 cm处理(一行两管、施肥周期30 d时除外)。但在着色期，滴头间距50 cm较30 cm处理的苹果叶片氮含量减小，其中P2D50T30较P2D30T30处理显著降低了10.95%。说明滴头间距对叶片氮含量的影响也随苹果树生育期的变化而变化。

表4显示，施肥周期对苹果叶片氮含量的影响较大，大多表现为施肥周期30 d高于15 d处理。在一行一管方式下，P1D30T30处理在开花期、新梢旺长期、着色期较P1D30T15分别显著增加了8.25%，12.57%和12.48%，P1D50T30在开花期、果实膨大期、着色期较P1D50T15分别显著增加了8.48%，16.24%和12.52%。在一行两管方式下，P2D30T30较P2D30T15处理在果实膨大期和着色期分别显著增加了17.61%和11.96%，P2D50T30较P2D50T15处理在开花期显著增加了11.78%。

各处理组合对苹果叶片氮含量的影响在不同生育期表现不同。在开花期，P2D50T30处理显著高于其他处理。在新梢旺长期和果实膨大期，P1D50T30处理的叶片氮含量最大，但与P1D30T30和P2D30T30处理之间无显著差异。P2D30T30和P2D50T15处理分别在着色期和成熟期高于其他处理(表4)。

表4 滴灌施肥技术参数对不同生育期苹果叶片氮含量的影响

2.1.3 滴灌施肥技术参数对苹果叶片磷含量的影响 由表5可知，不同处理苹果叶片磷含量随生育期的推进总体均呈下降趋势。叶片磷含量以开花期最高，在新梢旺长期和果实膨大期迅速下降，最大降幅为53.13%，膨大期之后，叶片磷含量总体呈缓慢下降趋势。

由表5还可知，就毛管布置方式对苹果叶片磷含量的影响而言，大多表现为一行两管高于一行一管。其中P2D30T15处理苹果叶片的磷含量在新梢旺长期较P1D30T15处理显著增加了10.37%。说明与一行一管相比，一行两管更有利于苹果叶片磷含量的累积。在整个生育期内，滴头间距对苹果叶片磷含量的影响均未表现出显著差异。

由表5还可知，与毛管布置方式和滴头间距相比，施肥周期对苹果叶片磷含量的影响更大。在开花期，施肥周期15 d处理的叶片磷含量均较30 d处理显著增加。在其他时期，也大多表现出施肥周期15 d高于30 d处理的趋势，其中P1D30T15较P1D30T30处理在果实膨大期和成熟期分别显著增加了12.50%和13.33%，P2D30T15较P2D30T30处理在新梢旺长期和果实膨大期分别显著增加了15.06%和14.62%。说明施肥周期15 d较30 d更有利于苹果叶片磷含量的累积。

由表5还可知，不同处理组合相比，在新梢旺长期和果实膨大期，P2D30T15处理的苹果叶片磷含量最大；在其他时期，P2D30T15与叶片磷含量最高处理之间均无显著差异。说明一行两管、滴头间距30 cm、施肥周期15 d的组合有利于苹果叶片磷含量的累积。

表5 滴灌施肥技术参数对不同生育期苹果叶片磷含量的影响Table 5 Effects of technical parameters of fertigation on P content in apple leaves at different growth stages g/kg

2.1.4 滴灌施肥技术参数对苹果叶片钾含量的影响 由表6可知，不同处理苹果叶片钾含量随生育期的进行整体均呈先升高后下降趋势。总体而言，叶片钾含量以新梢旺长期最高，之后随着果实的生长膨大，叶片钾含量呈下降趋势，于成熟期达到最低值。

由表6还可知，对毛管布置方式而言，当施肥周期为30 d，在滴头间距为30 cm时，苹果叶片钾含量在新梢旺长期和成熟期均有显著差异；而在滴头间距为50 cm时，果实膨大期苹果叶片也存在显著差异，其余处理差异均不显著。其中在新梢旺长期和成熟期，P1D30T30较P2D30T30处理的叶片钾含量分别显著增加了12.97%和34.74%；在果实膨大期，P1D50T30处理较P2D50T30显著增加了24.88%。总体来看，除开花期外，其余处理均表现出一行一管高于一行两管的趋势。

由表6还可知，在一行两管布置方式下，滴头间距和施肥周期对苹果叶片钾含量的影响仅在新梢旺长期出现显著差异，其中P2D30T15处理较P2D50T15显著增加了9.47%，其余处理之间钾含量差异均不显著，但大多表现出滴头间距30 cm较50 cm高的趋势；P2D30T15处理较P2D30T30显著增加了12.10%，其余处理差异均不显著，但大多表现出施肥周期15 d高于30 d的趋势。可见，滴头间距30 cm和施肥周期15 d更有利于苹果叶片钾含量的累积。

由表6还可知，各处理组合对苹果叶片钾含量的影响在不同生育期表现出明显差异。在开花期，P2D30T15处理的苹果叶片钾含量最大。在新梢旺长期，P1D30T15处理高于其他处理，但与P2D30T15无显著差异。在着色期和成熟期，P1D50T15和P1D30T30处理之间无显著差异，但明显高于其他处理。

表6 滴灌施肥技术参数对不同生育期苹果叶片钾含量的影响Table 6 Effects of technical parameters of fertigation on K content in apple leaves at different growth stages g/kg

2.2 滴灌施肥技术参数对苹果叶片钙、镁含量的影响

2.2.1 不同技术参数影响的方差分析 由表7可以看出，仅施肥周期在新梢旺长期对苹果叶片钙含量有显著影响，毛管布置方式、滴头间距及其交互效应在整个生育期均无显著影响，说明滴灌施肥技术参数对叶片钙含量的影响较小。对于叶片镁含量，毛管布置方式在新梢旺长期、果实膨大期和着色期有显著或极显著影响，滴头间距仅在开花期有显著影响，施肥周期在整个生育期均存在显著或极显著影响，说明叶片镁含量受施肥周期的影响最大，其次为毛管布置方式，滴头间距的影响最小。滴头间距与施肥周期的交互效应在新梢旺长期和着色期对叶片镁含量有显著或极显著影响，说明可以通过同时调节滴头间距和施肥周期对叶片镁含量进行调控。

表7 滴灌施肥技术参数对苹果叶片钙、镁含量影响的三因素方差分析Table 7 Three-way ANOVA on influence of technical parameters of fertigation on Ca and Mg contents in apple leaves

2.2.2 滴灌施肥技术参数对苹果叶片钙含量的影响 由表8可以看出，在整个生育期内，不同处理苹果叶片钙含量总体均呈上升趋势。在开花期和新梢旺长期，叶片钙含量较低，随着树体的生长发育，叶片钙含量在果实膨大期和着色期呈快速增长趋势，于成熟期逐渐趋于稳定。

由表8还可以看出，毛管布置方式、滴头间距、施肥周期对苹果叶片钙含量影响较小。仅在一行两管及滴头间距为30 cm时，施肥周期对叶片钙含量的影响在新梢旺长期表现出显著差异，P2D30T15处理较P2D30T30显著增加了31.41%，其余处理影响均不显著。在其余生育期内，毛管布置方式和滴头间距对叶片钙含量的影响均未表现出显著差异。

由表8还可知，不同处理组合相比，在开花期、新梢旺长期和着色期，P2D30T15处理的苹果叶片钙含量均最大；在其他时期，P2D30T15与叶片钙含量最高处理之间均无显著差异。说明一行两管、滴头间距30 cm、施肥周期15 d的组合有利于苹果叶片钙含量的累积。

表8 滴灌施肥技术参数对不同生育期苹果叶片钙含量的影响Table 8 Effects of technical parameters of fertigation on Ca content in apple leaves at different growth stages g/kg

2.2.3 滴灌施肥技术参数对苹果叶片镁含量的影响 由表9可知，不同处理苹果叶片镁含量在整个生育期总体均呈先上升后下降趋势。在开花期和新梢旺长期，叶片镁含量较低，之后逐渐增加，基本均在着色期达到最高值，之后于成熟期有所下降。

由表9还可知，毛管布置方式对苹果叶片镁含量的影响在不同生育期表现不同。其中在果实膨大期，P2D50T15处理较P1D50T15显著增加了34.51%；在新梢旺长期、果实膨大期和着色期，P2D50T30处理较P1D50T30分别显著增加了16.97%，64.86%和35.84%；其余处理差异均不显著，但大多表现出一行两管高于一行一管的趋势。可见，与一行一管相比，一行两管布置方式更有利于苹果叶片镁含量的累积。

由表9还可知，对于不同的毛管布置方式和施肥周期组合，滴头间距对苹果叶片镁含量的影响大多表现为滴头间距30 cm高于50 cm处理。其中P2D30T15处理较P2D50T15在开花期和着色期分别显著增加了20.60%和21.35%，P1D30T15较P1D50T15、P1D30T30较P1D50T30处理在果实膨大期分别显著增加了27.43%，40.54%。说明滴头间距30 cm较50 cm更有利于苹果叶片镁含量的累积。

由表9还可知，在不同的生育期内，施肥周期对苹果叶片镁含量的影响较大。除一行两管、滴头间距50 cm组合外，施肥周期15 d均高于30 d处理。其中P1D30T15处理在开花期、新梢旺长期、着色期较P1D30T30分别显著增加了19.50%，27.14%和27.62%，P2D30T15处理在新梢旺长期、果实膨大期、着色期较P2D30T30分别显著增加了20.28%，31.51%，24.14%。说明施肥周期15 d较30 d更有利于苹果叶片镁含量的累积。

由表9还可知，不同的处理组合相比，在整个生育期内，P2D30T15处理的苹果叶片镁含量均最大，且显著高于P1D50T30和P1D30T30处理。说明一行两管、滴头间距30 cm、施肥周期15 d的组合有利于苹果叶片镁含量的累积。

表9 滴灌施肥技术参数对不同生育期苹果叶片镁含量的影响Table 9 Effects of technical parameters of fertigation on Mg content in apple leaves at different growth stages g/kg

3 讨 论

苹果叶片中不同矿质元素的积累随着生育期的延长变化规律并不相同。叶片矿质元素不仅受土壤供给量和树体贮存量的影响，还受到各器官生长发育消耗程度的影响。本研究表明，在整个生育期内，不同处理条件下的苹果叶片氮、磷含量总体均呈下降趋势，叶片钾、镁含量总体均呈先上升后下降趋势，叶片钙含量总体均呈上升趋势，这种变化规律主要受营养生长和生殖生长对矿质元素需求大小的调节[18-19]。在苹果生长初期，叶片中的大量元素主要来源于上年树体贮存的营养，随着树体的生长发育以及果实的迅速膨大，养分更多的从叶片向果实转移，使得生长后期叶片中大量元素含量下降[20]。通常来讲，不易移动的矿质元素随器官的老化呈增加趋势[21]，这与本研究叶片钙含量的表现一致。

根系是植物吸收矿质营养元素的最主要器官，矿质元素需溶解在水中才能被植物吸收和利用[22]。毛管布置方式、滴头间距、施肥周期不仅会影响土壤中的水分、养分分布状况，还会对苹果树根系的空间分布产生影响[23-24]，而土壤水分、养分以及根系分布的不同会间接影响树体对矿质元素的吸收，进而影响叶片中的矿质元素含量。本研究表明，一行两管处理苹果叶片的磷、镁含量大多高于一行一管，在有的生育期甚至表现出显著差异。这可能是因为一行两管处理下土壤湿润面积大，土壤水分、养分分布范围更广[25]，扩大了根系觅取养分的范围，有利于树体对磷、镁元素的吸收。毛管布置方式对叶片钾含量的影响有所不同，大多表现为一行一管高于一行两管，可能是一行一管条件下肥料钾的供应比较集中，固定肥料钾的土壤范围缩小，导致土壤对肥料钾的固定量减少[26]，使钾有效性增强；而一行两管条件下土壤干湿交替频繁程度增大，可能加剧了土壤对肥料钾的固定[27]，但具体机理这有待于进一步研究。

本研究表明，滴头间距30 cm处理的苹果叶片钾、镁含量大多高于50 cm，可能是由于滴头间距30 cm处理下土壤湿润体交汇区域较多，使得土壤水分、养分均匀度更高[25]，有利于根系从土壤中吸收养分。滴头间距对叶片磷含量无显著影响，原因可能在于本研究所施肥料中氮磷钾比为1∶0.8∶1，磷所占比例较高，相较于肥料养分供应量，苹果树对磷的需求较少[28]，导致在两种滴头间距下形成的土壤磷分布均能够满足根系充分吸收，根系对磷的吸收量处于苹果树对磷需求的适宜区间，并未对叶片磷累积造成影响。

本研究表明，施肥周期对苹果叶片矿质元素含量有一定影响，大多表现为施肥周期15 d处理的叶片磷、钾、钙、镁含量高于30 d，这与前人研究结果[29-31]基本一致。少量多次的灌水施肥方式能减少养分的损失，有效提高果树对土壤中养分的吸收[32]，从而提高树体矿质营养含量。施肥周期对叶片氮含量的影响有所不同，大多表现为施肥周期30 d较15 d高，这可能是在施肥量相同的情况下，施肥周期15 d处理促进了新梢和叶片等生物量生长，氮素供应与生长发育不同步[33]，导致叶片氮含量被稀释，还可能与土壤氮含量与叶片氮含量间存在的滞后效应有关[8]。

本研究中，毛管布置方式和滴头间距对苹果叶片氮含量的影响规律随生育期的延长而改变，这可能与氮素在树体中的转移情况有关，具体原因还有待进一步研究。在整个生育期内，毛管布置方式、滴头间距及施肥周期对苹果叶片钙含量的影响几乎不显著。这可能是因为钙在植株体内不易移动，主要靠蒸腾作用向树体的各个器官迁移[7]，而蒸腾作用主要受气象条件的影响，受毛管布置方式、滴头间距及施肥周期的影响较小。

4 结 论

不同滴灌施肥技术参数会对苹果叶片矿质元素含量产生影响。与一行一管相比，一行两管处理可有效增加苹果叶片磷、镁含量，但会使叶片钾含量降低。滴头间距30 cm较50 cm处理能使苹果叶片钾、镁含量有所增加。毛管布置方式和滴头间距对苹果叶片氮含量的影响随苹果生育期的变化而改变。除叶片氮含量外，施肥周期15 d较30 d处理可有效增加苹果叶片磷、钾、钙、镁含量。不同处理组合相比，一行两管、滴头间距30 cm、施肥周期15 d的组合可使苹果叶片磷、钙、镁含量均处于较高水平。综上，推荐一行两管、滴头间距30 cm、施肥周期15 d的组合作为黄土高原洛川矮砧密植苹果园最佳滴灌施肥技术参数，该组合有利苹果叶片矿质元素的累积。