“辽宁1号”核桃叶片和种仁营养成分与土壤营养的关系

孙妍,张泽宇,王芳,冯启科,王红霞,安秀红

(1河北农业大学山区研究所,河北 保定 071000;2 河北农业大学 园艺学院,河北 保定 071000;3 河北雄县综合行政执法局,河北 保定 071000)

核桃(Juglansregia),又名胡桃,为胡桃科胡桃属的落叶乔木,栽培历史已超2 000多年,是分布较广的经济树种之一,综合效益较高[1]。近年来,由于核桃营养丰富、适应能力强、储存时间长、耐运输等优点,得到大面积的推广种植[2]。在我国核桃产业快速发展的情况下,核桃品质与产量之间的平衡成为亟待关注的问题。

果树营养状况是直接体现果园管理水平的标准之一,可以通过土壤和叶片养分含量来判断。有研究证明土壤是果树吸收营养的途径之一,土壤养分状况及其变化在果树生长发育过程中有至关重要的作用,核桃园区土壤养分和叶片营养也能反映树体状况,科学合理的栽培管理方式对提高生产效率有显著作用,但是结合树体性状指标对果树叶片、种仁营养成分以及土壤营养之间关系进行讨论的研究还较少[3-7]。因此,及时了解和掌握核桃果园树体生长状况、土壤养分以及叶片营养状况,对提高核桃产量、改善种仁品质、促进果农节本增效和核桃产业可持续发展都具有重要意义。

河北省核桃分布区主要位于山区或丘陵地带,唐山、保定、石家庄、邯郸和邢台市均为核桃生产区,虽然有一定的栽培面积,但总体表现低产、低质,亟待通过高效的栽培措施提升产量和品质来提高竞争力[8]。“辽宁1号”丰产性和适应性强、耐干旱、抗病性较强,坚果品质优良,在早实核桃品种中综合性状较好,已在河北省及石家庄周边大量发展[9]。

鉴于此,本研究通过调查河北省核桃主要产区的5个代表性核桃园(邯郸武安、石家庄赞皇、邢台临城、保定唐县、唐山玉田)“辽宁1号”生长及栽培管理情况,比较不同核桃园核桃生长、叶片营养以及土壤营养之间的差异和相关性,针对性提出河北省主产区核桃提质增效的栽培管理措施。

1 材料与方法

1.1 试验材料

根据河北省核桃主产区的分布情况,在河北省核桃主产区内选取有代表性的15年树龄核桃园作为调查地点,包括邯郸武安智寿源林牧有限公司(WA)、邢台临城绿蕾农林科技有限公司(LC)、石家庄赞皇县榆底村(ZH)、保定唐县西雹水村(TX)、唐山玉田北王庄村(YT)。调查果树均为15年龄“辽宁1号”,各地核桃果园栽植密度为4 m×5 m。

分别在每个核桃园选取5棵长势一致的核桃树为试验树,土壤样品采用“S”形五点取样法,采样点离试验树树干2 m,用取土器分别收取0～20 cm和20～40 cm深度土壤,采集后分别混合并在室内阴凉处风干,研磨过筛后测定土壤理化性质及矿质元素含量。采集试验树的东、西、南、北4个方向外围当年生春梢短枝中部的复叶,10片为1次重复,每个果园共5次重复,将样品带回实验室用洗涤剂-自来水-去离子水洗净后,放入110 ℃烘箱中杀青20 min,80 ℃烘至恒重,研磨后装入封口牛皮纸袋,阴凉干燥处备用。果实成熟后,采集试验树不同方位的60个核桃果实进行果实相关指标的测量和分析。

1.2 测定方法

1.2.1 树体基本情况的调查 树高采用测高仪测量;用卷尺测量枝展(东西、南北)、干周、干高、营养枝长和结果枝长;摘取每试验树上的复叶12片,采用叶面积仪测定各叶的叶面积;采用数显游标卡尺,测定叶片厚度(不包括叶脉);采用叶绿素仪测定每试验树12个复叶的SPAD值。

1.2.2 土壤、叶片及果实矿质元素含量的测定 土壤、叶片、果实样品经浓硫酸-高氯酸消煮后,采用AA3连续流动分析仪测定全氮含量[10];全磷采用钼锑抗比色法测定;全钾及其他矿质元素采用原子吸收分光光度计测定;土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3法测定;土壤含水量采用烘干法测定;土壤有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定;土壤速效钾采用火焰光度法测定。

1.2.3 坚果品质测定 脂肪含量测定采用索氏提取法[11];黄酮类物质测定采用分光光度法[12];多酚类物质测定采用福林酚法[13];蛋白质含量采用流动分析仪法测定全氮含量相应系数计算[10]。

1.3 统计分析

采用Microsoft Excel 2013软件对数据进行整理制图,并结合SPSS 19.0软件进行单因素方差分析、差异显著性测验和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同核桃果园树体基本情况

不同核桃园树体基本情况分析,见表1。

表1 不同核桃园树体基本情况分析Table 1 Basic situation analysis of the tree body in different Juglans regia orchards

由表1可知,唐县地区果园地处平地,产量显著高于其他4个果园,为15.72 kg/株;其次为赞皇与临城地区果园,显著高于武安和玉田地区核桃果园。武安地区树高最低,显著低于唐县和临城核桃果园,为4.67 m;东西枝展、南北枝展、营养枝长、结果枝长、成枝力和干周均显著低于其他地区果园;树干高显著高于其他果园,为137 cm;赞皇地区的营养枝和结果枝最长,结果枝长显著高于其他核桃园,分别为11.52 cm和11.71 cm;唐县地区果园的树高、东西枝展、成枝力和干周显著高于其他果园,分别为7.73、6.70、1.19、71.83 cm,干高最低为63 cm,除武安果园外,与其他果园干高差异并不显著,成枝力和平均株产也显著高于其他地区果园。由此可见,平地更适于“辽宁1号”核桃种植;核桃树干并不需要太高,树干粗壮利于营养物质的运输,促进果树枝条和果实生长,果树枝展和成枝力越好越有利于产量的增加。

2.2 不同核桃园的土壤营养状况分析

不同核桃果园土壤营养状况分析情况,见表2。

表2 不同核桃园土壤营养状况分析Table 2 Analysis of soil nutrition conditions in different Juglans regia orchards

由表2可知,各试验园土壤有机质含量差异较大,平地核桃园的土壤有机质含量显著高于山地丘陵武安和临城地区的核桃园,其中最高的是赞皇核桃园,2个土层分别为47.18 g/kg和43.48 g/kg;最低是临城核桃园,2个土层分别为11.20 g/kg和12.00 g/kg,这可能与山地保肥能力差有关。

对土壤全氮含量分析显示,赞皇核桃园0～20 cm土壤中全氮量最高,为5.16 g/kg,显著高于赞皇20～40 cm及其他地区果园土壤中的氮含量;除赞皇外,其他地区核桃园土壤中全氮含量差异不显著。各试验园土壤全钾含量、速效磷含量差异也较大。

土壤全钾含量分析显示,临城、赞皇和唐县0～20 cm土壤中钾含量相对较高,分别为24.63、20.29、20.06 g/kg;玉田果园0～20 cm土层中钾含量最低,为10.47 g/kg;赞皇20～40 cm土壤中钾含量较高,为20.49 g/kg;同一地区核桃园中2个土层中钾含量无显著性差异。

土壤速效磷含量分析显示,各地区核桃果园之间土壤中的含量差异较大,其中玉田果园2个土层中速效磷含量较高,分别为36.58 mg/kg和10.15 mg/kg,2个土层中磷含量差异显著;武安果园2个土层中磷含量均最低,分别为2.09 mg/kg和1.96 mg/kg,但2个土层中磷含量差异不显著;赞皇果园2个土层中磷含量差异显著,含量分别为26.19 mg/kg和7.87 mg/kg。

不同地区果园钙元素含量间差异较大,除临城外,其他果园20～40 cm土层中钙含量均高于0～20 cm土层的;赞皇果园2个土层钙含量差异显著,且20～40 cm土层中钙含量最高,为2.90 g/kg,其他果园2个土层中钙含量差异不显著;武安地区果园2个土层中钙元素含量较高,分别为2.37 g/kg和2.71 g/kg,显著高于除赞皇外其他地区果园;玉田果园2个土层钙含量最低,分别为0.13 g/kg和0.21 g/kg。

2.3 不同核桃园的叶片情况分析

不同立地条件下核桃叶片的SPAD值和叶面积存在差异,见表3。

表3 不同核桃园的叶片营养元素分析Table 3 Analysis of nutrient elements in leaves in different Juglans regia orchards

由表3可知,武安核桃园叶片SPAD值最高,为59.36,显著高于其他核桃园;临城核桃园叶片SPAD值最低,为52.27。玉田核桃园叶面积为5 546.56 mm2,显著高于其他核桃园,临城核桃园的叶面积最小,为2 981.41 mm2。

叶片矿质元素分析显示,武安核桃园叶片全氮含量最高,为27.47 g/kg,全磷、全钾、钙含量都较低,该地区果园产量最低。临城核桃园全氮含量最低,为19.73 g/kg;钙元素含量仅次于赞皇核桃园,全磷和全钾含量较低。玉田核桃园叶片全磷和全钾含量最高,分别为14.51 g/kg和12.73 g/kg,显著高于其他果园;全氮量仅次于武安果园,显著高于其他3个果园,该园钙总量显著低于其他4个核桃园,为31.00 g/kg。赞皇核桃园叶片的全磷量和全钾量最低,分别为4.75 g/kg和5.81 g/kg;总钙含量最高,除临城核桃园外,显著高于其他4个果园。唐县核桃园叶片中各元素含量和其他果园相比均处于中间值,可能是该果园产量最高的原因之一。

2.4 不同核桃园果实品质分析

不同核桃果园果实品质状况分析,见表4。

表4 不同核桃园种仁中营养物质分析Table 4 Analysis of nutrients elements in kernel in different Juglans regia orchards

由表4可知,立地条件为山地丘陵的武安和临城的核桃果实中,脂肪及多酚含量较高,而总糖含量较低。武安核桃园的脂肪含量、多酚含量、黄酮含量和全钾量均为最高值,其中黄酮含量显著高于其他生产果园,为0.90%;蛋白质含量、总糖含量和全磷量均为5个生产果园中的最低值。临城核桃园果实中脂肪含量、多酚含量仅次于武安生产果园,总钙含量仅次于赞皇核桃园。

玉田、赞皇和唐县地区果园果实中蛋白质、脂肪、总糖及全钾含量无显著差别,其他成分差异较大。玉田核桃园果实中多酚含量、全钾含量与总钙量均低于其他核桃生产园,赞皇与玉田核桃园果实中多酚含量相同,也为5个果园中最低值,为0.26%。赞皇核桃园果实中蛋白质含量、全磷量与总钙量均为最高值,分别为22.57%、1.96%和5.52 g/kg;脂肪含量为最低值,与玉田和唐县核桃园差异并不显著。唐县核桃园果实中的黄酮含量为5个核桃生产果园中最低值。

2.5 土壤营养与叶片、树体生长及种仁营养相关性分析

对5个核桃生产果园土壤营养与部分树体生长、叶片及种仁营养之间进行相关性分析,见表5。

表5 土壤营养与树体生长、叶片及种仁营养相关性分析Table 5 Correlation analysis of soil nutrition and tree growth,leaf and kernel nutrition

由表5可知,土壤中有机质含量和种仁脂肪含量呈显著负相关,相关系数为-0.892。土壤中全氮含量与结果枝长和种仁蛋白质含量呈显著正相关,土壤全氮含量与种仁中磷含量呈极显著正相关。土壤速效磷含量与种仁中糖含量呈显著正相关,相关系数为0.909;与种仁多酚含量呈显著负相关,相关系数为-0.933。土壤全钾含量与叶片中氮含量呈显著负相关,相关系数为-0.950。5个核桃生产果园的土壤总钙含量与其他指标均无显著相关性。

3 讨论

生长地点、土壤、气候、地势、栽培管理水平以及树体生长发育情况等都是影响核桃果树生长的因子,不同地点同一品种的生长也存在一定差异[14-15]。本研究中,武安地区果园地处山地丘陵,产量最低,其树高、干周、结果枝长以及成枝力等都显著低于其他4个生产果园,仅干高显著高于其他果园,整体形成树干高而细,枝条稀疏的矮细树。唐县地区果园地处平地且产量为最高值,树高、干周、枝展以及成枝力都显著高于其他4个果园,而干高为最低值,整体形成树干粗壮,枝条旺盛的高壮树。这与申文亮认为可通过修剪枝条时保留粗壮的的骨干枝等调整树体性状以有效促进产量的提升结果一致[16-17]。李林晴等人的研究表明,树体的生长状态可以反映该品种对周围生长环境的适应性,稳定适宜的树势是稳产丰产的保证。刘枫比较发现“辽宁1号”等短枝丰产类品种更适宜在土层深厚的平缓地区进行集约化栽培,这与本研究中的平地更利于“辽宁1号”树体生长结果一致[18]。

核桃在生长过程中需要比其他果树更高的矿质营养,尤其是大量元素[19]。核桃缺失氮元素会显著抑制其生长,氮元素对核桃树体形成以及产量都十分关键[20]。UCANR等研究显示,当核桃叶片干样氮元素含量低于2.3%,增加供氮可以提高产量,2.7%则是氮元素产量无效响应的临界值[21]。赵明范研究认为树体对氮肥吸收有一定的范围,但他认为氮元素的最适宜含量为3.82%～4.76%[22]。这可能是由于采样地区、品种以及采样时间的不一致导致的。本研究中,武安地区叶片氮元素含量最高,其他元素含量均为低值,且产量也是最低。玉田地区的叶片全氮、全磷以及全钾含量均较高,其他元素含量较低,产量是第2低。赞皇和唐县核桃园产量均为较高,且各矿质元素分布较为均衡。可见,叶片矿质元素均衡利于果实产量的增加,过多的氮素供应并不能提高产量,反而影响果实产量。从土壤养分观点分析,树体的营养状况是土壤养分和施肥等外界条件长期作用的结果,一般土壤营养与果实品质或者产量之间存在显著相关性[4,23]。本研究中,土壤全氮量对种仁中蛋白质含量、种仁含磷量皆呈显著正相关,与种仁脂肪、多酚和黄酮含量无显著相关性。有研究认为,土壤氮元素含量可以显著提高种仁蛋白质含量,但与核桃种仁品质指标的相关性不显著,特别对重要品质指标油脂含量的影响不显著[24-26];Veardo研究认为施氮水平与酚类物质含量呈负相关,影响核桃油脂的稳定性[27];这与本研究结果一致。

周厚基等指出,土壤磷元素含量利于植株生长量的增加,但本研究中土壤速效磷含量与营养枝长和结果枝长等并无显著相关性[28]。土壤钾和钙是对核桃坚果影响最明显的矿质元素,合理利用这2种矿质元素,可以显著影响核桃坚果品质[29-30]。而本研究中土壤钾、钙元素与核桃种仁营养之间的相关性并不显著,可在各地进行钾元素、钙元素施肥试验,进一步分析这2个元素与种仁营养之间的相关性,以期对河北省各地区核桃种植栽培提供更为有利的科学依据。总体来看,土壤与树体、叶片以及种仁之间的相关性较为复杂,土壤养分与核桃树体性状之间的相关性分析的研究也较少,还需进一步研究树体性状与土壤养分以及产量之间的相关性[31-33]。

4 结论

通过调查河北省核桃主要产区的5个代表性核桃园(邯郸武安、石家庄赞皇、邢台临城、保定唐县、唐山玉田)“辽宁1号”的生长及栽培管理情况,得到的结论主要如下:

(1)武安地区产量最低,东西枝展、南北枝展、营养枝长、结果枝长、成枝力和干周均显著低于其他地区果园;树干显著高于其他果园。唐县果园地处平地,产量最高,树高、干周、枝展以及成枝力显著高于其他4个果园;树干粗壮,枝条旺盛的高壮树利于营养物质的运输,促进果树枝条和果实生长,果树枝展和成枝力越好越有利于产量的增加。

(2)“辽宁1号”果树更适宜在土层深厚的平地栽植。不同地区核桃园土壤中的有机质、速效磷和钙元素含量有差异,全氮含量没有显著差别,平地核桃园土壤有机质含量显著高于山地果园;各果园2个土层之间钾元素含量无显著差别。

(3)武安地区果园核桃叶片的SPAD值显著高于其他果园;产量最低的武安核桃园叶片中全氮含量最高,为2.75%,其全磷、全钾及总钙含量较低。产量最高的唐县果园叶片中各矿质元素含量和其他果园相比均为中间值,营养较为均衡。叶片矿质元素均衡利于果实产量的增加。

(4)土壤全氮量与结果枝长、种仁蛋白含量、种仁含磷量皆呈显著正相关,与种仁中脂肪、多酚和黄酮含量无显著相关性;5个核桃生产果园的土壤总钙含量与其他指标无显著相关性。