秭归‘纽荷尔’脐橙养分水平与果实品质相关性分析

李俊杰，张 绩，万连杰，周 翔，郑永强，吕 强，谢让金，马岩岩，邓 烈，易时来*

（1.西南大学柑桔研究所/中国农业科学院柑桔研究所，重庆 400712；2.国家柑桔工程技术研究中心，重庆 400712；3.中化现代农业有限公司，北京 100033）

湖北省秭归县地处我国三峡库区、长江流域甜橙优势生产带［1］，2018年柑橘种植面积达2.28万hm2，产量达60.15万t［2］，秭归脐橙成为全县农业特色品牌。但果园存在立地条件差、部分土壤肥力不足、栽培管理粗放、单产较低、品质不高等问题，在一定程度上制约了秭归脐橙优质高效与可持续健康发展［1］。国内外研究发现，温州蜜柑、甜橙、琯溪蜜柚、‘纽荷尔’脐橙园等树体养分状况、果实品质均与果园土壤养分存在密切关系［3-7］。鲁剑巍等［8］通过红壤地区早熟温州蜜桔的试验发现，合理施用氮磷钾能提高其产量及品质。曹胜等［9-10］研究发现，温州蜜柑果实矿质营养成分与果园土壤养分间具有90.59%的相关性，果实全钙、全镁含量受土壤pH及土壤交换性镁等影响。凌丽俐等［11］的研究表明，赣南脐橙果实总酸含量与叶片氮含量显著正相关，氮肥过量诱导果实酸度增加。阮科等［12］研究发现奉节脐橙果园土壤及叶片镁含量极度缺乏，无一达到适宜生长水平。鲁剑巍等［13］对湖北省柑橘园土壤养分进行了分级研究，随后鲍江峰等［7］对湖北省秭归等地脐橙果实品质进行了研究，但由于秭归脐橙园长期盲目性、经验性、甚至滥用与撒施化肥，较大地影响了树体生长、果实产量品质、土壤肥力水平等。目前针对秭归脐橙果园土壤、植株养分与果实品质等系统性的研究鲜有报道，且多数研究主要集中在“土壤与叶片营养”、“土壤营养与果实品质”和“叶片营养与果实品质”等单一性方面，未针对“土壤养分-叶片养分-果实养分-果实品质”的相互关系开展系统研究。因此，弄清秭归脐橙果园养分状况与品质水平，系统研究分析“土壤养分-叶片养分-果实养分-果实品质”相互之间的关系，针对性提出科学合理的施肥技术，为实现秭归脐橙优质生产提供理论与技术支撑，对实现秭归脐橙优质丰产和促进产业健康发展意义重大。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

2019年11～12月在湖北省秭归县两河口镇、沙镇溪镇、郭家坝镇、归州镇等‘纽荷尔’脐橙主产乡镇，选择71个典型的‘纽荷尔’脐橙果园进行定位定点调研和采样，树龄与砧木相同，树龄15年，砧木为枳壳，每公顷栽植1200株。各个果园多用45%的氮磷钾复合肥，调查所得各果园所用养分为：N 1015.28 kg/hm2、P2O5551.04 kg/hm2、K2O 1072.02 kg/hm2，果园肥料施用过量，养分施用量分别为国内成年结果树推荐施肥量［14］的2.26、2.20和2.68倍。

1.1.1 土壤样品采集

土壤样品采用“S”形布点取样法采集，每个果园选择有代表性的柑橘植株10株，在树冠滴水线施肥沟、穴外侧10～20 cm处，除去土壤表面杂物，利用采土器采集0～40 cm土层的土壤，每株对称采集2个点，共采集20个点的土壤进行混合，除去样品中混杂的根系和石砾等，按四分法获取1 kg左右的土壤样品，统一编号，带回实验室自然风干，粉碎、研磨制样，分别过0.85、0.15 mm尼龙筛后，自封袋密封保存，用于实验分析。

1.1.2 叶片样品采集

对应土壤取样的柑橘植株，于树冠外围中部位置处的东、南、西、北4个方位，随机选取当年生的春梢营养枝，采集春梢顶端往下第3片正常叶片，每株树采集20片叶，10株树的叶片样品混合为一份样品，每份样品共采集200片叶。新鲜叶片样品保存在低温环境，立即带回实验室，经自来水和去离子水清洗，105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒重，将样品粉碎并保存在干燥器中。

1.1.3 果实样品采集

每个果园对应采集叶片的10株柑橘树，沿每株树树冠中部东、南、西、北4个方位共随机采集4个果实，共采集40个果子混合成一个样品。从71个果园的果样中随机选取46个果实样品，每个果实样品的一半果子经清洗擦干后，测定果面色差、糖酸等内外品质。每个果样的另一半果子的果皮经杀青、烘干、粉碎制样，果渣与果汁经高速破壁机粉碎成匀浆后称取5 g左右用于氮、磷、钾等养分测定，同步称取20 g左右测定样品含水量［15-16］。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 土壤营养指标测定

土壤养分测定参照《土壤农化分析》［15］进行，电位法测定土壤pH值（土水比1∶2.5）；重铬酸钾容量法-外加热测定土壤有机质；碱解扩散法测定土壤碱解氮；碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定土壤有效磷；乙酸铵浸提-火焰光度法测定土壤速效钾。

1.2.2 叶片和果实营养元素测定

叶片、果实样品采用H2SO4-H2O2消煮，半微量凯氏定氮法测定氮含量、钼锑抗比色法测定磷含量、火焰光度法测定钾含量。其中，果实将果皮与果肉分开分别处理测定养分，根据果肉匀浆含水量计算果肉干基养分含量［果肉干基养分含量=果肉鲜样养分含量×（1-果肉含水率）］。整果干基养分含量计算公式如下：

其中，L为整果养分含量，干基，%；Y为1 t鲜果养分带走量（吸收量），kg；A为果肉（鲜）养分含量，%；B为果肉占比，%；C为果皮（干）养分含量，%；D为果皮含水率，%；E为果肉含水率，%；100为养分含量单位%换算成kg/kg；1000为吨果重量，kg；

1.2.3 果实品质测定

采用称量-均值法测定果实单果重；卷尺测量-均值法测定果实纵横径；比值法计算果实果形指数；CR-10手持色差计测定果实表面色差（Lab色差模型法，L值为明亮度，数值越大果面亮度越大；a为红绿色阶，正值为红色，数值越大果面红色越深，负值为绿色，数值越小果面绿色越深；b为黄蓝色阶，正值为黄色，数值越大果面黄色越深，负值为蓝色，数值越小果面蓝色越深）；数显果实硬度计（GY-4）邵氏硬度测量法测定果实硬度；PAL-1手持式数显折射仪折光法测定果实可溶性固形物含量；酸碱中和滴定法测定果实可滴定酸含量；比值法计算果实固酸比；2，6-二氯靛酚钠滴定法测定果实维生素C含量；称重-比值法测定果实出汁率和可食率。具体测定方法参照马小川等［3］、鲍江峰等［7］、鲁剑巍等［8］、鲍士旦等［15］、杨江波等［16］的果实品质分析方法。

1.3 柑橘园养分及果实品质分级标准

1.3.1 柑橘园土壤有效养分分级标准

柑橘适宜生长在微酸性的土壤上，其最适pH值为5.5～6.5，不宜种植在强酸或强碱性的土壤上。具体土壤pH值分级标准参照苏婷婷等［17］，其中，强酸性土壤的pH值不高于4.5、酸性土壤的pH值为4.5～5.5、弱酸性土壤的pH值为5.5～6.5、中性土壤的pH值为6.5～7.5、碱性土壤的pH值为7.5～8.5、强碱性土壤的pH值高于8.5。

柑橘园土壤有机质分级标准参照鲁剑巍等［13］。其中，土壤有机质含量不高于5 g/kg，为缺乏水平；5～10 g/kg，为低量水平；10～15 g/kg，为偏低水平；15～30 g/kg，为适宜水平；大于30 g/kg，为丰富水平。

柑橘园土壤氮、磷、钾分级状况参照庄伊美等［18］、鲁剑巍等［13］制定，具体如表1所示。

表1 柑橘园土壤有效养分丰缺标准 （mg/kg）

1.3.2 柑橘园4～6月龄营养枝春梢叶片养分分级标准

柑橘园春梢叶片有效养分分级标准参照何天富［19］、淳长品等［20］，并将叶片养分分为5个等级：缺乏、低量、适宜、高量、过量，具体标准如表2所示。

表2 柑橘园4～6月龄营养枝春梢叶片养分分级标准 （%）

1.3.3 柑橘果实品质分级标准

柑橘果实品质参照国家标准GB/T 21488-2008脐橙，具体见表3。根据脐橙横径大小分级如下：60～70 mm为S，70～75 mm为M，75～80 mm为L，80～85 mm为2L，85～90 mm为3L，90～100 mm为4L，对于不在等级范围内的果实统称为等外级果。

表3 脐橙果实品质分级标准

1.4 数据分析

采用Excel 2016进行数据处理、SPSS 20.0统计分析、Graphpad prism 8.0作图。

2 结果与分析

2.1 秭归脐橙果园土壤养分水平

2.1.1 土壤pH值与有机质含量

秭归脐橙果园土壤pH值如图1所示，土壤整体呈偏酸性，pH值平均为4.88，变幅为4.16～5.72，仅4.3%的土壤pH值处于最适宜生长的范围内，不适宜柑橘生长的酸性及强酸性土壤比例达95.8%。秭归脐橙果园土壤有机质含量大多处于适宜水平，其比例达97.9%，平均含量为21.51 g/kg。

图1 土壤pH值及有机质含量频数分布

2.1.2 土壤养分含量与分级水平

如表4所示，秭归脐橙园土壤氮磷钾有效养分水平呈现不同趋势，具体表现为土壤碱解氮、有效磷较低或缺乏，速效钾处于适宜甚至过量水平。秭归脐橙园土壤碱解氮含量均值为111.99 mg/kg，39.4%果园土壤碱解氮处于适宜水平，54.9%比例果园土壤碱解氮含量处于低量水平；土壤有效磷含量平均为35.14 mg/kg，变异程度较大，变异系数为96.54%，其中54.9%的土壤有效磷含量处于适量水平，33.9%的土壤有效磷处于低量及缺乏水平；果园土壤速效钾平均含量为242.02 mg/kg，其中35.2%的土壤速效钾处于适量水平，57.7%的土壤速效钾含量处于高量与过量水平。

表4 土壤养分含量及频数分布

2.2 当年生春梢营养枝叶片养分水平

秭归脐橙园春梢叶片养分含量水平如表5所示。叶片氮、磷、钾含量平均值分别为2.45、0.13、1.41 mg/kg，分别有59.1%、46.5%的果园春梢叶片氮、磷含量处于低量及缺乏水平，叶片钾含量与叶片氮、磷含量呈现相反的趋势，即叶片钾含量处于适量水平的果园占54.9%，38.0%的果园叶片钾处于高量及过量水平。

表5 叶片营养状况及频数分布

2.3 秭归脐橙果实品质及果实养分状况

2.3.1 秭归脐橙果实品质及等级分析

秭归脐橙果实各品质指标情况如表6所示。

表6 秭归脐橙果实内外品质指标

根据脐橙果实品质分级标准分析，如图2所示。从图2（a）可以看出，秭归脐橙果实可溶性固形物及果皮厚度均符合优等果的要求，其占比分别为100%和100%；从果实固酸比进行评价，其中优等果24.5%、一等果比例38.8%、等外级果22.4%，主要由于果实可滴定酸含量偏高，导致果实固酸比不符合优级果要求；从图2（b）可以看出，秭归脐橙果实可食率仅14.3%的比例达到等级果的要求；从图2（c）可以看出，果实横径频数分布基本呈正态分布趋势，以M级的果实最多，所占比例为49.0%，其次是S级和L级，占比分别为26.5%和16.3%。

图2 秭归脐橙果实品质分级频数分布

2.3.2 秭归脐橙果实氮磷钾含量及养分带走量

从表7可以看出，秭归脐橙果实的氮含量相对最高，其次是钾，磷含量相对最低。根据果皮养分含量及含水量、果肉养分含量及其二者的比重，可分别计算出每生产1 t鲜果时氮、磷、钾的吸收量（带走量）分别为1.92、0.14、1.73 kg。

表7 秭归脐橙果实养分含量及养分带走量

2.4 土壤、叶片、果实养分及其对品质的影响

2.4.1 土壤与叶片氮、磷、钾水平对果实氮、磷、钾吸收的影响

如表8所示，土壤氮、磷、钾含量与果实氮、磷、钾养分之间相关性均不显著。叶片氮含量与果实氮含量呈显著负相关（-0.299**），叶片磷含量与果实氮、磷、钾含量之间均有显著或极显著正相关关系。

表8 土壤与叶片养分水平对果实养分的吸收的影响

2.4.2 土壤、叶片、果实的氮、磷、钾水平对果实品质的影响

如表9所示，果实单果重与果实磷含量之间具有显著正相关性（0.363*），与叶片磷含量、果实钾含量更是表现为极显著正相关（0.418**、0.393**）。果实果形指数与果实磷、钾含量之间表现为显著负相关（-0.367*、-0.366*）。

表9 养分与果实品质间的相关性

果实硬度与叶片钾含量、果实氮含量和果实钾含量呈现显著正相关（0.294*、0.373*、0.363*），与果实磷含量呈现极显著正相关（0.426**）。果面红绿色a与果实氮、磷、钾之间表现为负相关，其中与果实氮含量为显著负相关（-0.365*），与果实磷含量、钾含量为极显著负相关（-0.449*、-0.423**）；果面明亮度、果面黄蓝色b与土壤、叶片、果实氮、磷、钾无显著相关性。

但果实可溶性固形物与叶片磷含量、果实磷含量、果实钾含量表现为极显著负相关（-0.397**、-0.387**、-0.408**）。果 实 中 维 生 素C含 量 与 叶片磷含量呈显著负相关（-0.317**）。果实可食率与果实氮含量、果实磷含量呈极显著正相关（0.381**、0.430**），与果实钾含量具有显著正相关性（0.291*）。果实出汁率与叶片钾含量表现出显著正相关（0.334*）。果实可滴定酸、固酸比与土壤、叶片、果实氮、磷、钾含量均无显著相关性。

3 讨论

通过土壤与叶片营养诊断施肥是当前柑橘科学施肥不可或缺的一环，但传统的测土配方施肥过于单一，不能准确地表现柑橘生产中所面临的各项复杂的问题［21］。土壤养分分析可了解土壤供肥特性，叶片营养分析则是针对果树生长过程中树体对养分的吸收及分配能力［3，22］，通过“土壤养分-叶片养分-果实养分-果实品质”多项结合的方式能够全面了解果树生长的营养水平状况，能够有效指导果农精准调控施肥方案，减少肥料浪费，促进农业绿色健康发展。

3.1 秭归脐橙园土壤和叶片养分水平

柑橘最适宜于pH值为5.5～6.5的弱酸性土壤环境中生长［13］。秭归县脐橙园的土壤整体偏酸性，有95.8%的样品土壤pH值小于5.5，其中12.8%的土壤为不适宜柑橘生长的强酸性土壤。土壤酸化会引发土壤养分的缺乏，土壤淋溶作用变强，造成土壤中钙、镁等养分大量流失。研究表明，钙、镁缺乏会导致果实裂果、酸度增加、可溶性固形物降低等品质问题，并且影响果实对其他养分的吸收［23-24］。土壤酸化可能是由于栽培管理中长期单一施用化肥所致，建议通过合理施用石灰和增施有机肥等方法调节土壤的酸碱度，改良土壤结构，进而促进果园土壤中无效矿质元素的有效化，降低果实可滴定酸含量，提高果实品质［25］。秭归果园土壤有机质适宜，平均含量达21.51 g/kg，但与国外丰产果园有机质含量20～60 g/kg［17］还存在一定差距，仍需进一步重视有机肥的施用。秭归脐橙有54.9%的果园土壤碱解氮含量处于低量水平，33.9%的果园土壤有效磷处于低量或缺乏水平，这可能与果园土壤的pH值、成土母质、地形地貌、气候条件和果农习惯施肥情况等有关［26］。强酸性土壤中的铝离子大量释放，从而导致土壤磷具有被固定失效的风险。秭归脐橙大多分布在丘陵山区，加之大多果农习惯撒施化肥，水土肥流失严重，使得氮素挥发或随水土径流损失［27］。秭归脐橙果园土壤速效钾含量偏高，可能是由于果农过度重视作为“品质元素”的钾，盲目过量偏施钾肥所致。

柑橘叶片养分状况真实地反映树体的养分吸收利用情况，其丰缺程度与土壤肥力、施肥情况等息息相关。秭归脐橙叶片氮、磷含量表现缺乏，与果园土壤中的氮、磷缺乏有关，可能与秭归脐橙果园的成土母质、地形地貌以及长期单一撒施化肥等因素有关［26］。

3.2 秭归脐橙果实品质及养分状况

秭归脐橙果实可溶性固形物、可滴定酸含量和维生素C含量分别为14.83%、1.59%和65.42 mg/mL，与18年前鲍江峰等［7］调查的秭归脐橙品质相比发生了较大变化，其中可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量平均值分别提高了22.56%、89.28%和24.30%，果实出汁率相比提高了19.49%，果皮厚度减少了0.55 mm。经过近20年的栽培管理，秭归脐橙果实品质有了较大提高，与秭归脐橙树龄、施肥及土壤pH值改变等有关。黄振东等［28］研究表明，果实可溶性固形物含量与土壤pH值呈显著负相关，适当降低土壤pH值有利于提高果实可溶性固形物含量。秭归脐橙长期单一施用化肥不利于果实可滴定酸含量的降低，同时果农片面追求品质元素钾而盲目过量施用钾肥，据相关研究表明，钾肥过量反而使果实酸度增加［29］。果实氮、磷、钾含量整体相对较低，尤其是磷素的积累不足，影响了果实品质的形成，可能与秭归脐橙果园土壤和叶片磷素缺乏与转运有关。果实氮素较低可能与土壤中氮淋溶流失有关，氮素易经雨水带走导致土壤氮缺乏，影响根系对养分的利用。树体氮、磷的缺乏影响叶片叶绿素的形成，降低光合效率及光合产物的形成［18-19］。果实钾积累与土壤速效钾呈正相关，与曹胜等［9］研究一致。此外，果实养分吸收可能与土壤中微量元素丰缺、经纬度、海拔、施肥方式、果实产量和品种特性等因素相关［12］。因此，弄清秭归脐橙果实养分的吸收利用及其“以果定肥”“以产定肥”施肥管理下的科学合理精准施肥作用与意义重大。

3.3 “土壤养分-叶片养分-果实养分”与果实品质的相关关系

果园土壤是柑橘生命活动必需的重要场所，前人在土壤与柑橘植株营养方面做了一定研究。秭归土壤、叶片氮磷钾与果实氮磷钾等的相关性分析结果与前人研究［30-31］基本一致，叶片与果实养分吸收之间存在不同的拮抗或协同作用，其中果实氮、磷、钾的积累与叶片磷含量具有显著正相关关系，可能与叶片中磷元素参与光合作用不同程度促进果实成熟过程中氮、磷、钾等营养元素的转运与累积有关；果实氮与叶片氮素呈相关，可能与果实成熟过程中氮素从成熟叶片向果实转移有关。

秭归脐橙果实品质与土壤、叶片及果实养分之间相关性系统分析可知，果实氮、磷、钾养分含量对果实品质的形成影响较大，与单果重、果实硬度、可食率、果面红绿色、可溶性固形物等果实品质多为显著性相关，可能与果实品质形成过程中果实氮、磷、钾积累对果实膨大、果皮细胞壁发育、果实糖分积累有关［28，32-33］。

4 结论

秭归‘纽荷尔’脐橙果园土壤存在酸化的趋势，土壤碱解氮含量普遍偏低；部分果园土壤有效磷水平较低甚至缺乏；绝大部分果园土壤有效钾含量丰富。部分果园春梢叶片的氮、磷含量较低，钾含量偏高；果实可溶性固形物较高，但果实偏酸、可食率较低、果实大小不一等问题突出；果实中氮、磷、钾与叶片中磷显著正相关，同时影响果实单果重、可溶性固形物、硬度等大部分品质形成。因此，建议秭归‘纽荷尔’脐橙栽培管理上应重视酸性土壤的石灰改良与生理碱性肥料的使用，同时通过增施或深施有机肥改良土壤结构，增强树体养分吸收能力；适当增施氮、磷肥，减轻钾肥的过量偏施，减少单一肥料的使用，减轻土壤、树体及环境负担；根据“土壤养分-叶片养分-果实养分-果实品质”相互关系，采取“以果定肥”“以产定肥”施肥管理技术模式实现精准合理施肥，有效防止盲目过量施肥造成生态环境的污染，从而促进秭归脐橙产业提质增效与可持续的健康发展。