五九香梨树不同发育期营养元素需求规律

徐 锴,赵德英,张少瑜,闫 帅,侯桂学

(中国农业科学院 果树研究所,农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室,辽宁省落叶果树矿质营养与肥料高效利用重点实验室,辽宁 兴城 125100)

我国是梨生产第一大国,产量和面积均居世界首位[1]。随着人民生活水平的提高,对梨果实品质要求也随之增高。果实品质是综合因素的反映,其中矿质营养的需求是限制果实品质的一个重要因素[2],也是果树生长发育、提高产量必需的营养物质基础[3]。矿质营养按需求量的大小可分为常量元素(N、P、K、Ca、Mg、S)和微量元素(B、Zn、Fe、Cu、Mn、Mo)[4]。关于果树的矿质营养研究,在苹果[5]、梨[6]、葡萄[7]、樱桃[8]、板栗[9]、榛子[10]、猕猴桃[11]、杨梅[12]、枣[13]、欧李[14]等树种中均有报道,但多是研究叶片、枝条或果实中的营养元素含量变化规律,很少有研究植株整体的营养元素需求规律。此类研究在粮食[15-16]、蔬菜[17-18]等作物上已经开展较多工作,而在果树中,仅有葡萄[19]和榛子[20]等少数树种有报道。

目前梨树生产中还是以经验施肥为主,存在盲目性,已落后于现代果业的发展要求。研究表明,科学施肥是果树正常生长和果实品质提升的重要基础。而经验施肥则可能会造成果树生长营养障碍、产量不稳、树势衰弱、果实品质下降,影响梨树产业的持续健康发展[21]。明确矿质元素的需求规律可以为梨树的合理施肥与精准施肥提供理论依据,对实现我国梨树的绿色、节本、优质、高效、安全生产具有重要意义[22]。因梨树为多年生树种,生命周期较长,因此树体营养需求易受多因子影响[23]。本研究以五九香梨(PyruscommunisL. cv. Wujiuxiang)为试材,连续3 a进行整株取样、解析、测定,减小外界环境因子的影响[19],通过计算不同发育阶段树体对各营养元素的需求量与吸收分配比例,探索五九香梨树对各营养元素的需求规律,为梨树的合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本研究于2017—2019年在辽宁省兴城市中国农业科学院果树研究所梨栽培试验示范园开展,供试品种为五九香,砧木为杜梨(P.betulaefoliaBunge.),处于盛果期,树形为小冠疏层形。五九香梨由中国农业科学院果树研究所育成,亲本为鸭梨×巴梨,在辽宁、北京、甘肃、河南、河北、云南、西藏等地均有栽培,果实大,单果重约为271 g,果实后熟后汁液多、味酸甜、微香,品质中上等[24],是后熟梨品系(西洋梨、秋子梨和部分杂交新品种)中较好的代表品种。

1.2 果园概况

梨树植株行距为3 m×4 m。果园管理水平中上,每667 m2产量约为3 300 kg。果园土壤为棕壤,较肥沃,表层土壤(0～40 cm)有机质含量18.38 g·kg-1,碱解氮含量174.15 mg·kg-1,速效磷含量62.15 mg·kg-1,速效钾含量303.14 mg·kg-1,pH值6.99。

1.3 试验设计

每年树体萌芽前选择树势基本一致、长势良好的植株为试验材料,并标记编号,分别于萌芽期(4月上旬)、开花期(4月下旬)、幼果期(5月上旬)、缓慢生长期(6月中旬)、果实膨大期(7月下旬)、果实成熟期(9月中旬)和休眠期(10月下旬)共7个发育关键时期进行植株的整体分解取样,每个时期取3株,将树体分解为根系、枝条、叶片、花果等部分,测定各部分的常量元素(N、P、K、Ca、Mg)和微量元素(Cu、Fe、Zn、Mn、B)含量。将果园日常管理过程中疏除的枝条、叶片、果实等进行标记保存,与下一次采样对应的各树体部分混合处理。

1.4 元素含量测定

分解后的树体各部分依次用清水、1%盐酸和去离子水洗净,105 ℃杀青30 min,80 ℃烘干至质量不变,然后研磨并过60目筛,之后混匀备用。元素测定：全N含量用凯氏定氮仪测定[25],其他元素(P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn、B)含量用电感耦合等离子体发射光谱仪测定[26]。

各营养元素的累积量为本时期该元素含量乘以对应植株部分的干物质质量,各营养元素需求量为本时期该元素累积量与上一时期该元素累积量的差值[20],不同发育时期各营养元素吸收分配比例通过该元素本时期的需求量与全年需求量之和的比值计算获得。分7个时期取样,计算出的需求量为6个时期;另外,休眠期没有花果,萌芽开花前没有叶片,因此,叶片和花果的需求量均为5个时期。单株需求量为全年各元素各发育阶段需求量的增加总量,生产1 t果实的元素需求量通过单株元素需求量与单株果实产量的比值乘以1 000计算获得[27]。

1.5 数据分析

利用Microsoft Office 2010软件处理数据,所得结果为3 a测定数据的平均值。

2 结果与分析

2.1 五九香梨树体不同发育阶段对各营养元素的吸收分配规律

五九香梨对各营养元素的吸收运转贯穿整个生长发育期,植株整体的各营养元素在各发育阶段的吸收分配规律不同(图1)。在果实采收前,即果实膨大期,N、P、K、Ca、Mg、Cu等营养元素吸收的比例最高,分别达到50.91%、31.12%、27.34%、32.22%、36.13%和31.63%。K在幼果生长期的吸收比例和果实采收前接近,为21.34%。Fe吸收分配比例前2位的时期为缓慢生长期和树体休眠前,分别为27.63%和27.33%。Zn吸收分配比例最高的时期为缓慢生长期,为43.29%。Mn吸收分配比例前2位的时期为树体休眠前和缓慢生长期,分别为26.50%和24.45%。B的吸收分配比例前2位的时期为开花坐果期和萌芽开花前,分别为47.19%和46.59%。

图1 五九香梨树体各营养元素需求比例Fig.1 Requirement proportion of nutrient elements of WuJiuXiang pear plant

2.2 五九香梨树体不同发育时期各营养元素的需求比例

以N作为常量元素的参照,以Fe作为微量元素的参照,五九香梨不同发育时期对各营养元素的需求比例如表1所示。在萌芽开花前,常量元素的需求由高到低依次为N、K、Ca、P、Mg,微量元素的需求由高到低依次为B、Fe、Mn、Zn、Cu,B的需求量为Fe的1.26倍。在开花坐果期,常量元素的需求由高到低依次为N、Ca、K、P、Mg,微量元素的需求与前一时期一致,其中B的需求量为Fe的1.33倍。在幼果生长期,常量元素的需求由高到低依次为K、Ca、N、P、Mg,P与N的需求接近,K和Ca的需求为N的1.58倍和1.09倍;微量元素的需求由高到低依次为Zn、Fe、Mn、Cu、B,Zn的需求为Fe的1.10倍。在缓慢生长期,常量元素的需求由高到低依次为Ca、P、K、Mg、N,分别为N需求的4.13倍、3.28倍、2.75倍、1.24倍;微量元素的需求由高到低依次为Fe、Zn、Mn、Cu、B。在果实采收前,常量元素的需求由高到低依次为N、Ca、K、P、Mg,微量元素的需求由高到低依次为Fe、Mn、Zn、Cu、B。在树体休眠前,常量元素的需求由高到低次序与采收前一致;微量元素的需求由高到低依次为Fe、Mn、Zn、B、Cu。全年来看,常量元素的需求由高到低依次为N、Ca、K、P、Mg,微量元素的需求由高到低依次为Fe、Zn、Mn、B、Cu。

表1 五九香梨不同发育阶段各营养元素的需求比例

2.3 五九香梨不同发育阶段花果中各营养元素的吸收分配比例

五九香梨花果发育过程中,各营养元素吸收分配比例不同于植株整体(图2)。N、P、Mg元素在果实采收前的比例为全年最高,分别达到68.43%、43.50%和37.73%。K的吸收分配比例前2位的时期为幼果生长期和缓慢生长期,分别为39.64%和32.78%。Ca吸收分配比例前2位的时期为缓慢生长期和开花坐果期,分别为33.68%和30.46%。Cu吸收分配比例最高的时期为幼果生长期,为45.93%。萌芽开花前为Fe、Zn、Mn、B元素吸收分配比例的最高期,分别为44.30%、51.24%、39.29%、42.95%。

2.4 五九香梨不同发育阶段叶片中各营养元素的吸收分配比例

五九香梨不同发育阶段叶片中各营养元素的吸收分配规律如图3所示,N、P、Cu、Fe、B在开花坐果期吸收分配比例最高,分别为65.69%、26.85%、67.55%、34.56%和51.89%。在缓慢生长期,Zn和Mn的吸收分配比例最高,分别为40.54%和29.20%。在果实采收前,Ca和Fe的吸收分配比例最高,分别为34.61%和28.28%,Mg元素的吸收分配比例与开花坐果期的接近,分别为27.38%和26.28%。

图3 五九香梨叶片中各营养元素的需求比例Fig.3 Demand ratio of each nutritional element in leaf of Wujiuxiang pear

2.5 五九香梨不同发育阶段枝条中各营养元素的吸收分配比例

从图4可以看出,果实采收前是N、P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn等元素吸收分配比例最高时期,分别为65.85%、64.74%、48.49%、56.31%、65.57%、50.40%、58.48%和60.01%,除了K,其他元素在此发育阶段的吸收分配比例占全年50%以上。Zn在缓慢生长期的吸收分配比例最高,为36.74%。B吸收分配比例前2位的时期为开花坐果期和萌芽开花前,分别为38.90%和37.39%。

图4 五九香梨枝条中各营养元素的需求比例Fig.4 Demand ratio of each nutritional element in branch of Wujiuxiang pear

2.6 五九香梨不同发育阶段根系中各营养元素的吸收分配规律

五九香梨不同发育阶段根系中各营养元素的吸收分配比例如图5所示,N吸收分配比例最高的时期为萌芽开花前,为34.13%。P吸收分配比例最高的时期为缓慢生长期,为35.02%。K吸收分配比例前2位的时期为果实采收前和萌芽开花前,分别为27.80%和27.67%。Ca吸收分配比例前2位的时期为果实采收前和缓慢生长期,分别为29.39%和25.07%。Mg和Cu吸收分配比例最高时期为果实采收前,分别为31.85%和30.94%。Fe和Zn吸收分配比例最高时期为缓慢生长期,分别为39.26%和44.61%。Mn吸收分配比例前2位的时期为缓慢生长期和果实采收前,分别为22.48%和22.38%。B吸收分配比例前2位的时期为萌芽开花前和开花坐果期,分别为47.31%和47.29%。

图5 五九香梨根系中各营养元素的需求比例Fig.5 Demand ratio of each nutritional element in root of Wujiuxiang pear

2.7 五九香梨各营养元素的需求量

2.7.1 单株营养元素的需求量

如图6所示,盛果期的五九香梨单株营养元素年需求量依次为N 255.72 g、P 158.41 g、K 182.02 g、Ca 235.95 g、Mg 71.16 g、Cu 0.12 g、Fe 3.95 g、Zn 1.39 g、Mn 1.08 g、B 1.08 g。可以看出,常量元素中,Ca需求量与N接近,K需求量高于P;微量元素中,Fe需求量最高,其次为Zn、Mn、B,Cu需求量最低。

图6 单株五九香梨树的营养元素需求量Fig.6 Nutritional element requirement per Wujiuxiang pear plant

2.7.2 生产1 t梨果实营养元素的需求量

通过计算得到生产1 t五九香梨果实的营养元素需求量依次为N 4.26 kg、P 2.64 kg、K 3.03kg、Ca 3.93 kg、Mg 1.19 kg、Cu 2.02 g、Fe 65.86 g、Zn 23.09 g、Mn 18.03 g、B 18.00 g(图7)。常量元素需求量最高的为N,之后是Ca、K,其次是P,Mg需求量最低。微量元素需求量最高的是Fe,之后依次是Zn、Mn、B,Cu的需求量最低。

图7 生产1 t五九香梨果实的营养元素需求量Fig.7 Nutritional element requirement for producing 1 t Wujiuxiang pear pear fruits

3 结论与讨论

梨树的年发育周期可以分为萌芽期、开花期、幼果期、缓慢生长期、果实膨大期、果实成熟期和果树休眠期,营养元素在其中发挥着重要作用[28]。

第一,萌芽至开花阶段。由于梨树是先花后叶的树种,因此此期树体以花芽萌动、根系活动、树液流动为主,营养元素需求量占全年的比例不高,但是此期B需求量占全年的46.59%,这是由于B元素与花朵发育紧密相关,并且在花朵发育过程中,Fe、Zn、Mn等元素的需求比例均高于其他时期,分别为全年的44.30%、51.24%、39.29%。所以此期施肥应以补充N、P、K为主[22],同时要注重B、Fe、Zn和Mn等微量元素的补充,保证花朵发育的需求。

第二,开花至幼果阶段。随着树体展叶,树体各营养元素需求量对照前期都有一定增加或是持平,而影响花粉管发育和坐果的B[24]达到全年需求比例的最高值。果实中N和Ca达到了第一个需求高峰,叶片对N、P、Cu、Fe、B等元素的需求量占全年的比例最高,枝条中B同样为全年需求比例的最高值,根系对Cu和B元素需求比例为全年第二高峰值。因此,这一阶段除了注意N、P、Ca等常量元素的补充外,还要注意Cu、Fe、B等微量元素的补充,以确保坐果率,并提高产量[29]。

第三,幼果发育至缓慢生长阶段。此期为果肉细胞大量分裂、叶芽萌发、枝条生长的时期,是细胞组织生理代谢活动最旺盛、营养元素被大量吸收利用的关键时期[2]。此时期树体营养元素需求中P、K、Zn比例增加,果实发育中表现为P、K、Mg、Cu等元素的需求比例增加,叶片对K元素需求占全年比例最高,枝条和根系发育对P、K、Mg、Fe、Zn、Mn元素的需求比例上升。因此该阶段需要足够的营养供应,注意P、K、Zn等营养元素的补充。

第四,树体缓慢生长至果实膨大阶段。此期果实对K、Ca、Zn等营养元素需求量明显上升,为果实发育过程中需求比例的又一个高峰。除B以外,枝条中各营养元素的需求量均升高,可见此时期是枝条发育的一个关键时期,与花果发育竞争营养。这一时期是根系发育的第一个高峰期,P、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn的需求量均增加明显;因此,这一阶段营养元素充足供应是保证生殖生长和营养生长平衡的关键[24]。

第五,果实膨大至果实采收阶段。此期是果实发育的重要时期,也是营养生长和生殖生长平衡的又一个关键期,N、P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn等元素的需求量比例达到全年比例的一个高峰值。因此,这个时期可以作为梨树营养诊断的一个代表时期,也是营养元素补充的重要阶段,对保证梨树产量十分关键[30]。

第六,果实采收至树体休眠期。此期树体养分开始回流,准备进入休眠期,此时期除了Fe、Mn等元素外,其余营养元素的需求量均明显下降。这个时期是根系发育的又一个高峰期,需N比例为17.93%,因此需要开展秋施基肥的田间操作,适量追肥,提高树体的营养水平[31]。

总之,梨树的生长发育是一个连续不断吸收各种营养元素的过程,萌芽至果实采收期是营养需求的关键时期,尤其是萌芽期至幼果生长期,除了补充N、P、K等元素外,同样要重视Ca、Mg等常量元素和微量元素的供应。本研究结果显示,梨树全年各营养元素需求量由高到低依次为N、Ca、K、P、Mg、Fe、Zn、Mn、B、Cu,生产1 t梨果实各营养元素需求量依次为N 4.26 kg、P 2.64 kg、K 3.03 kg、Ca 3.93 kg、Mg 1.19 kg、Cu 2.02 g、Fe 65.86 g、Zn 23.09 g、Mn 18.03 g、B 18.00 g。研究结果可以为开展梨树的营养诊断和科学测土配方施肥[32]等工作提供数据支持,以期达到梨树合理施肥的目标。