微生物水溶肥对赣南脐橙品质及重金属含量的影响

娄 伟,李梦媛,严 翔,牛王翠,常书政,李 航,陈慈相,习建龙,陈兆星,柳嘉程,张油兵,宋志青,肖亚卿

(1 赣州市柑桔科学研究所,江西赣州,341000;2 赣州市果业发展中心,江西赣州,341000;3 深圳耐菲农业生物科技有限公司,广东深圳,518000)

赣南地区位于江西省南部、中亚热带南缘,是农业农村部确定的九大“优势农产品区划布局规划”中的“柑桔优势区域”,适宜脐橙生长[1]。2021年赣南脐橙的总种植面积为11.67 万hm2(175万亩),总产量为1 50万t,作为地理标志产品的赣南脐橙以品牌价值681.85亿元位列全国区域品牌(地理标志产品)第六位,水果类区域品牌第一[2],且赣南脐橙95%以上为11—12月成熟的纽荷尔脐橙[3]。

土壤养分是作物营养的主要来源,赣南地区脐橙园背景区和种植区土壤普遍存在酸化严重、有效钙和有效镁含量不足、微量元素缺乏等问题[4]。赣南地区脐橙园土壤存在部分重金属超标样本,且潜在中等污染风险比例达到了50%以上[5-6]。在土壤方面,赣南地区脐橙园目前突出的问题主要是土壤退化现象及重金属等生态污染日益严重。主要原因是化肥施用量过高,施用年限长。化肥长期施用,既不利于土壤微生物种群稳定,也会造成土壤酶活性降低和重金属积累,从而影响脐橙植株正常生长,危害果实品质安全[7-9]。根际微生物是重金属与植物接触的第一道防线,在增强植物重金属胁迫耐性中发挥了重要作用[10]。通过提高土壤有益微生物种群数量,维护土壤微生物生态,是提高赣南脐橙品质,保障赣南脐橙产业健康发展必不可少的手段。

深圳耐菲农业生物科技有限公司生产的一款棕色粉状水溶性肥料,添加了中微量元素与生物菌。以该水溶肥为试验用微生物水溶肥,参照深圳耐菲农业生物科技有限公司多年经验总结的用法和用量,开展了相关试验,旨在研究微生物水溶肥对赣南脐橙生长及品质、重金属含量的影响,进而为赣南脐橙提质增效降污的水溶肥调控措施提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料试验于2020—2021年在赣州市信丰县大塘埠镇开展。果园土壤为沙质黄壤,pH值4.2,有机质21.65 g/kg,碱解氮100 mg/kg,有效磷133 mg/kg,有效钾112 mg/kg,有效钙479.4 mg/kg,有效镁182 mg/kg,有效铁1.6 mg/kg,有效锰5.4 mg/kg,有效锌2.2 mg/kg,有效铜0.9 mg/kg,全铅94.76 mg/kg,全镉0.52 mg/kg,全铬20.85 mg/kg,全汞0.12 mg/kg,全砷12.66 mg/kg。土壤肥力中等,未受重金属污染。

供试枳砧纽荷尔脐橙于2013年春定植,株行距为4 m×4 m,每667 m2定植40株。

供试微生物水溶性肥由深圳耐菲农业生物科技有限公司研制,登记证号:农肥(2015)准字4078号。肥料形态为棕色粉剂,除水溶性氮磷钾达50%(N-P2O5-K2O为23-12-15)外,铁、硼、锌和钼等微量元素含量达0.2%～3.0%,有效生物菌为枯草芽孢杆菌和哈茨木霉菌,含量为(2.6～2.9)×107CFU/g。

1.2 方法设2个处理:T1,果农习惯施肥;T2,施用微生物水溶肥。每个处理设置3个重复,共6个小区。随机选取长势一致的连续5株脐橙作为一个小区,小区面积为80 m2。各处理施肥时间、施肥种类、施肥方法见表1。T1和T2的主要区别:T1在5月、7月和8月主要以三元素复合肥撒施或用花生枯水冲施,T2于5—8月每月以微生物水溶肥溶于清水后冲施。T1和T2处理2020年和2021年分别为同一批树。

表1 赣南脐橙微生物水溶肥施肥试验设计

于2020年11月18日和2021年11月17日分别对各试验区脐橙进行收获。收获前,调查每株的挂果量。每株在树冠外围距离地面1.8 m左右东、南、西、北各方位随机采1个果,每个重复(即各试验小区)5株树共随机采集果实20个。根据《柑桔鲜果检验方法》(GB/T 8210—2011)的要求测定果实横径、单果质量、可食率和可滴定酸;用数显式糖度计(型号PAL-1,日本爱拓)测定可溶性固形物含量;依据《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》(GB 5009.86—2016)中的2,6-二氯靛酚滴定法测定L(+)-抗坏血酸(具生物活性的维生素C)含量。挂果量乘以单果质量为单株产量,可溶性固形物含量与可滴定酸的比值为固酸比。

每个重复(各试验小区)随机采集脐橙果实10个作为一个样品,依据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中相关检测方法测定铅、铬、镉、汞、砷的含量。2020年测定了脐橙可食部位(果肉)中重金属含量,由于仅检测到铅,且含量较低,故2021年度测定了整果(将果肉和果皮作为整体)中重金属的含量。

2021年度,每个重复随机采集5个脐橙,将5个果实清洗干净,提取方法参照张海朋方法[11]:用手术刀片将黄皮层分离,立即用液氮冷冻处理,保存在-80 ℃冰箱,作为一个样品备检。取样品在液氮冷冻条件下磨成细粉,称取0.2 g样品置于2 mL离心管中,加入500 μL含有43.7 μg/mL壬酸甲酯(内标)的甲基叔丁基醚后旋涡混匀,混合液置于超声波仪清洗仪中4 ℃萃取1 h,然后在4 ℃离心机中,12 000×g离心10 min,取1 mL上清液,0.2 μm微孔过滤后进上样瓶,利用气质联用(GC-MS)仪,测定果实黄皮层挥发性物质含量。原始数据用Xcalibur软件处理,挥发性物质定性基于NIST质谱数据库,结合内标壬酸甲酯对各物质进行相对定量。

1.3 数据分析采用软件DPS 19.05进行,按单因素完全随机试验设计试验进行方差分析,采Tukey法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 果实产量及外观在《脐橙》(GB/T 21488—2008)标准中,横径70.0～75.0 mm为M级(标准果),75.0～80.0mm为L级(优质果),80.0～85.0mm为2L级(精品果)[12]。因此,挂果量、单果质量、横径是衡量脐橙产量、外观质量及果形的重要指标。施用微生物水溶肥对脐橙产量指标及果实横径的影响见表2。可见,与对照(习惯施肥)相比,2021年施用微生物水溶肥处理提高了脐橙挂果量和产量,挂果量增幅为48.88%,产量增幅为46.77%;施用微生物水溶肥处理对脐橙单果质量及果实横径影响不显著,整体而言,果实均达到了优质果与精品果标准。

表2 不同施肥处理脐橙的产量指标及果实横径

2.2 果实品质指标及可食率从表3看出,与对照相比,施用微生物水溶肥对果实可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、维生素C含量和可食率的影响均不显著。

表3 不同施肥处理脐橙果实品质指标及可食率

2.3 果实重金属含量从表4看出,2020年,果实可食部位(果肉)重金属只检测到了铅,与对照相比,施用微生物水溶肥后铅含量降低了36.46%,达到了显著水平。2021年,整果检测到了铅、铬和砷,施用微生物水溶肥后整果铅、铬、砷含量降幅分别为27.46%、43.27%和11.90%,且全部达到了显著水平。说明,施用微生物水溶肥可显著抑制脐橙果实对重金属铅、铬和砷的累积。

表4 不同施肥处理脐橙果实重金属含量 mg/kg

2.4 果实黄皮层挥发性物质如表5所示,经过两年不同施肥,2个处理脐橙黄皮层共测定出52种挥发性物质。习惯施肥(T1)和施用微生物水溶肥(T2)处理的黄皮层挥发性物质总含量分别为(16 897.23±3 502.79)和(19 653.04±2 324.26) μg/g,施用微生物水溶肥比习惯施肥高了16.31%。2个处理黄皮层挥发性物质均以D-柠檬烯含量最高,其次是β-月桂烯,在T1中占比分别为91.10%、3.10%,在T2中占比分别为89.57%和3.13%。T1和T2处理黄皮层共有的挥发性物质为47种,醋酸香茅酯仅在T1处理黄皮层中测出,萜品烯-4-醇、顺式-柠檬烯氧化物、反式法尼醇和4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯仅在T2处理黄皮层中测出。在47种共有物质中,与T1相比,T2的(E)-β-法呢烯和植物醇含量极显著降低;T2的反式-β-罗勒烯、γ-萜品烯、薄荷醛、古巴烯、β-荜澄茄油烯、雪松烯、γ-依兰油烯、α-法呢烯、十一醛、十二醛含量提高显著,T2的γ-杜松烯和瓦伦烯含量提高极显著,其余33种共有物质两处理间差异不显著。

表5 不同施肥处理下脐橙黄皮层挥发性物质

3 讨论与结论

本研究表明,参照推荐用量施用微生物水溶肥,可以显著提高脐橙挂果量和产量,增幅分别为28.61%和30.78%;对果实各品质指标无显著影响;降低了果实重金属含量,其中,可食部位(果肉)铅降低了36.46%,整果的铅、铬和砷含量分别降低了27.44%、43.27%和11.90%;提高了果实黄皮层挥发性物质总含量,增幅为16.31%,其中脐橙果实特征性香气物质瓦伦烯的含量极显著提高,增幅为30.44%。在试验中发现,施用微生物水溶肥对脐橙树势影响不大,原因可能在于果农日常管理水平较高,树势整体一致。值得一提的是,本试验所用微生物水溶肥在茶叶上应用,可使茶叶产量平均增加13.4%;茶叶香气和滋味明显高于不施肥和常规施肥,感官审评得分最高[13]。

彭良志等[14]以特罗维它脐橙为对象的研究表明,氮肥和钾肥全部滴灌、磷肥每两年一次挖沟土施的施肥方法,可以取代人工多次撒施的施肥方法,在树体生长和结果方面达到或超过每年撒施10次肥的效果,特别是在对提高果实产量方面,增产效果显著,滴灌施肥可显著提高果实产量,试验前3年平均产量比对照提高46.0%～90.96%,5年平均比对照提高29.4%～36.5%。本试验纽荷尔脐橙施用微生物水溶肥相比习惯施肥的增产幅度与此相近。有研究表明,枯草芽孢杆菌液态微生物肥能提高纽荷尔脐橙单果质量,有利于成熟期果实降酸,能提高固酸比和出汁率,有助于脐橙增产提质[15]。脐橙园土壤多种微生物与土壤有机质呈正相关,土壤有机质与脐橙品质指标还原糖、可溶性固形物含量成正相关,因此,土壤微生物活性与脐橙品质指标存在正相关性[16]。在习惯追肥基础上追施中微量元素肥料对提高脐橙产量和改善果实品质的效果较好[17]。本试验所用微生物水溶肥,既添加了中微量元素,又包含有效生物菌,但与习惯施肥相比未表现出改善果实品质的作用,其原因有待进步研究分析。

有研究表明,接种植物根际促生菌能减轻重金属对植物的毒害作用,在重金属胁迫下,植物根际促生菌可以与植物根系结合产生胞外聚合物以络合重金属,或通过诱导胁迫相关基因和蛋白表达增强植物生理代谢作用,从而促进植物生长,并增强其抗逆性[18,19]。比如:土生空团菌(Cenococcumgeophilun)、蜡蘑属真菌(Laccariasp.)和豆马勃属真菌(Pisolithussp.)

可提高寄主(樟子松)的生物量、光合作用和养分吸收等,将重金属滞留于根部,保护地上部分[20]。在调查的22个赣南脐橙园中,7个果园(占比31.8%)的5种重金属(铅、镉、铬、汞和砷)均处于清洁等级、无污染;10个果园(占比45.5%)存在1～4种重金属污染,污染等级最高为轻度;2个果园(占比9.0%)存在重金属(镉或砷)污染,等级最高达偏中度;3个果园(占比13.6%)存在重金属(砷,或者砷和汞)污染,等级最高达中度,其中,仅砷污染达中度果园的铬和汞污染等级还达到偏中度[21]。植物对重金属危害的适应性表现为避性和抗性,如:根系螯合剂的分泌有助于阻碍重金属的跨膜运输,植物鳌合蛋白络合作用等将重金属趋避或提高自身抗性[22,23]。本试验结果表明,施用微生物水溶肥降低了赣南脐橙果实重金属的含量,可能与微生物-土壤-柑桔互作相关。施用微生物水溶肥降低脐橙果实重金属含量的机理有待进一步研究分析。

倍半萜烯类物质中的瓦伦烯是甜橙果实的特征性香气物质[24, 25,26]。在本试验中,施用微生物水溶肥2年后,纽荷尔脐橙果实(黄皮层)瓦伦烯含量比习惯施肥提高了30.44%,差异达到极显著水平。施用微生物水溶肥能提高纽荷尔脐橙果实香气物质含量,改善香气品质。

在本试验周期内,施用微生物水溶肥在提高脐橙产量、提升脐橙果实特征性香气物质和降低重金属含量方面具有较好的效果。长期施用微生物水溶肥对脐橙各项指标及果园土壤生态因子的影响尚需监测论证。