北方蘆筍不同器官營(yíng)養(yǎng)元素含量動(dòng)態(tài)變化研究

張英英，施志國(guó)，任寶倉(cāng)，周彥芳，趙璽，吳之濤

(甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院/甘肅省特種藥源植物種質(zhì)創(chuàng)新與安全利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 武威 733006)

蘆筍(AsparagusofficinalisL.)，又名石刁柏，是一種多年生宿根性草本植物，含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)，還含有多糖、黃酮類化合物、皂角甙等多種活性成分，具有抗氧化、抗腫瘤、提高免疫力等功效，是一種食藥兼用型蔬菜，被譽(yù)為 “蔬菜之王”[1]。

我國(guó)蘆筍栽培區(qū)域主要分布在山東、山西、河北、河南等地[2，3]。隨著蘆筍需求量增大，栽培面積逐年上升，種植規(guī)模不斷擴(kuò)大。由于南方雨水多、病害嚴(yán)重，影響蘆筍產(chǎn)量和品質(zhì)，而北方地區(qū)具有豐富的光熱資源，因此種植區(qū)域逐步北移[4]。近年來(lái)，甘肅黃羊河集團(tuán)引進(jìn)優(yōu)勢(shì)蘆筍品種，采用節(jié)水滴灌等高效栽培技術(shù)種植蘆筍，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，無(wú)論從口感還是品質(zhì)方面都具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景廣闊，但生產(chǎn)中也存在不少問題[5]。由于甘肅蘆筍種植尚處于探索階段，缺乏蘆筍生育期氮、磷、鉀及微量元素的實(shí)際需求數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段蘆筍栽培中存在盲目施肥、過量施肥和偏施肥(微量元素補(bǔ)充較少)等現(xiàn)象，生產(chǎn)中出現(xiàn)了蘆筍產(chǎn)品器官嫩莖畸形和空心等現(xiàn)象。研究表明蘆筍屬于喜肥作物，對(duì)氮、鉀需求量較大，對(duì)鈣、鎂、錳、硼等元素也較敏感[4，6]。但甘肅地區(qū)蘆筍種植中，有關(guān)其營(yíng)養(yǎng)特征與養(yǎng)分吸收規(guī)律尚不明確，已經(jīng)成為制約該地區(qū)蘆筍產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要限制因素之一。

當(dāng)前，有關(guān)蘆筍的研究主要集中在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、加工、儲(chǔ)藏、栽培技術(shù)等方面[7-11]，研究區(qū)域也多集中在山東、山西、浙江等地區(qū)[12-14]，在西北地區(qū)，有關(guān)蘆筍礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)與施肥方面的研究較少[4，5]。因此，本試驗(yàn)以西北地區(qū)黃羊河集團(tuán)公司栽培蘆筍為對(duì)象，研究蘆筍產(chǎn)量形成過程中營(yíng)養(yǎng)元素的吸收與利用特性，提出栽培蘆筍營(yíng)養(yǎng)元素需求量，以便為制定本地區(qū)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蘆筍標(biāo)準(zhǔn)化栽培技術(shù)規(guī)程提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于甘肅省武威市涼州區(qū)黃羊河集團(tuán)蘆筍種植示范園區(qū)內(nèi)(N 37°78′67″，E 102°93′69″)，土壤類型為灰漠土。土壤基本理化性質(zhì)：pH值8.26，有機(jī)質(zhì)含量12.5 g/kg，全氮0.55 g/kg，堿解氮77 mg/kg，有效磷16 mg/kg，速效鉀167 mg/kg。供試蘆筍品種為4年生“2000-3冠軍”，株行距為0.3 m×1.5 m。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)10 m×20 m小區(qū)，每次取樣均在這3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行，即相當(dāng)于設(shè)3次重復(fù)。全生育期肥料用量為N 640 kg/hm2、P2O5242 kg/hm2、K2O 195 kg/hm2。氮肥50%用作基施，其余50%分4次在采收期追施，磷、鉀肥全部基施。氮肥為尿素(N 46%), 磷肥為磷酸二銨(N 18%, P2O546%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O 24%)。

1.3 樣品采集與分析測(cè)定

在蘆筍采收前、采收期、采收后對(duì)植株進(jìn)行取樣，共采樣6次，整株采集，每株分莖(地上部分)、根和鱗芽盤(地下部分)3部分。樣品經(jīng)105℃殺青30 min后，70℃烘干至恒重，粉碎，分別測(cè)定莖、根和鱗芽盤中N、P、K及微量元素Zn、Mn、Cu、Fe等含量。

植株氮磷鉀元素測(cè)定：將烘干至恒重的樣品粉碎，過2 mm篩，樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，全氮用凱氏滴定法測(cè)定，全磷用釩鉬黃比色法測(cè)定，全鉀用火焰光度法測(cè)定[15]。

植株微量元素測(cè)定：鋅(Zn)、錳(Mn)、銅(Cu)、鐵(Fe)用HCl浸提，原子吸收分光光度法測(cè)定[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘆筍不同器官的氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素含量變化動(dòng)態(tài)

2.1.1 蘆筍不同器官氮含量變化動(dòng)態(tài) 蘆筍為多年生植物，在9—10月將蘆筍地上部全部割除并清理，留2～3株培育成母莖。4—6月為蘆筍采收期，采收其嫩莖。從圖1可以看出，一個(gè)生育周期中，蘆筍莖的氮含量均高于根與鱗芽盤，且氮含量變化較大，在1.81%～4.46%之間；根與鱗芽盤氮含量變化較為平緩，在1.29%～1.73%和1.44%～1.97%之間。隨著生育期的推進(jìn)，特別是4—6月采收期，莖、根、鱗芽盤中氮含量總體呈下降趨勢(shì)，4月莖的氮含量最高達(dá)4.46%，此時(shí)蘆筍處于重要的采收期，商品價(jià)值最高。進(jìn)入7月采收結(jié)束后，地下部分的氮含量均有所增加，特別是鱗芽盤氮含量達(dá)到1.97%，說(shuō)明氮向地下部分轉(zhuǎn)移，為下一周期母莖的培育積累氮素。蘆筍氮含量總體分布特點(diǎn)為： 莖>鱗芽盤>根，采收期莖中氮含量較高，因此要獲得高產(chǎn)，必須保證生育期有較充足的氮素供應(yīng)，以滿足蘆筍植株對(duì)氮素的需求。

2.1.2 蘆筍不同器官磷含量變化動(dòng)態(tài) 蘆筍莖中磷含量在采收期(4—6月)均遠(yuǎn)高于根與鱗芽盤。在整個(gè)生育期中4月份莖的磷含量達(dá)到最大值，為1.23%。該時(shí)期蘆筍莖對(duì)磷素的需求量最大，大量磷素集中向莖供應(yīng)，保證蘆筍品質(zhì)提升和獲得高產(chǎn)。采收期結(jié)束后，莖中磷含量一直處于下降趨勢(shì)，從1.17%下降至0.17%。因此，蘆筍采收期必須適量施加磷肥，以滿足對(duì)磷的需求。在一個(gè)生育周期中，根與鱗芽盤磷含量變化較為平緩，除采收前(2016年9月)外，其余階段磷含量均表現(xiàn)為根>鱗芽盤。因此要獲得高產(chǎn)和保證蘆筍的商品性，必須保證生育期有較充足的磷素供應(yīng)，以滿足蘆筍植株對(duì)磷素的需求。

圖2 不同時(shí)期蘆筍不同器官磷含量變化

2.1.3 蘆筍不同器官鉀含量變化動(dòng)態(tài) 一個(gè)生育周期內(nèi)，隨生育期推進(jìn)，蘆筍莖的鉀含量呈現(xiàn)“增—減—增”的變化規(guī)律；除根中的鉀含量在2016年9月到2017年4月有所增加外，根與鱗芽盤中的鉀含量變化規(guī)律基本相似，大體呈現(xiàn)“減—增—減”的變化趨勢(shì)，且整個(gè)生育期鉀含量均表現(xiàn)為莖>鱗芽盤>根，蘆筍莖中的鉀含量在采收期(4—6月)均遠(yuǎn)高于根與鱗芽盤。4月莖的鉀含量達(dá)到最大值，為3.02%。該時(shí)期蘆筍莖對(duì)鉀的需求量最大，大量鉀元素集中向莖供應(yīng)；而收獲后，莖中鉀含量降低，鱗芽盤與根中鉀含量提高，說(shuō)明鉀不斷在地下部積累，為培育新的母莖積累鉀素，因此，必須保證生育期有較充足的鉀素供應(yīng)，以滿足蘆筍植株對(duì)鉀素的需求。

圖3 不同時(shí)期蘆筍不同器官鉀含量變化

2.2 蘆筍不同器官微量元素含量變化動(dòng)態(tài)

由表1看出，總體上蘆筍全株微量元素含量表現(xiàn)為：Fe>Mn>Zn>Cu,且Zn、Cu在莖中的含量高于根與鱗芽盤，即地上部分的含量高于地下部分，而Mn、Fe兩種元素的含量則表現(xiàn)為根與鱗芽盤中高于莖，即地下部分含量高于地上部分。

一個(gè)生育周期，蘆筍莖中Zn含量大體表現(xiàn)為先增后減的變化規(guī)律，采收期莖中的Zn含量遠(yuǎn)高于根與鱗芽盤，在70.36～85.47 mg/kg之間，采收初期(4月)最高。根與鱗芽盤中Zn含量變化較為平緩，變化趨勢(shì)較小。由此可知，蘆筍嫩莖中含有豐富的Zn元素，采收期適當(dāng)補(bǔ)充鋅肥有利于提高蘆筍Zn含量，從而改善品質(zhì)。

蘆筍莖、根、鱗芽盤中Cu含量變化規(guī)律表現(xiàn)相似，變化趨勢(shì)較為平緩，大體表現(xiàn)為先增后減，且莖與鱗芽盤中Cu含量高于根。采收初期，蘆筍莖中Cu含量達(dá)到最大值，為16.67 mg/kg。

一個(gè)生育周期內(nèi)，蘆筍不同器官中的Fe含量也表現(xiàn)為根和鱗芽盤遠(yuǎn)大于莖。采收期莖、根、鱗芽盤中Fe含量整體呈現(xiàn)出遞減的變化趨勢(shì)。莖和鱗芽盤Fe含量最大值出現(xiàn)在采收初期(4月),分別為326.9 mg/kg和833.94 mg/kg；根中Fe含量最大值出現(xiàn)在采收后(7月)，達(dá)到878.62 mg/kg。即蘆筍地下部分Fe含量遠(yuǎn)高于地上部分。

蘆筍Mn含量的變化規(guī)律與Fe元素相似，表現(xiàn)為不同器官中的Mn含量為根和鱗芽盤遠(yuǎn)大于莖。除2016年9月與2017年9月外，蘆筍Mn含量均表現(xiàn)為鱗芽盤>根>莖，其他采樣期均表現(xiàn)為根>鱗芽盤>莖。蘆筍莖、根中Mn含量均呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì)，莖中Mn含量最大值出現(xiàn)在采收后期(6月)，達(dá)到25.62 mg/kg；根中Mn含量最大值出現(xiàn)在采收初期(4月)，達(dá)到54.83 mg/kg；而鱗芽盤中變化趨勢(shì)不明顯，最大值出現(xiàn)在母莖培育期(9月)，高達(dá)57.13 mg/kg。

表1 不同時(shí)期蘆筍不同器官微量元素含量變化 (mg/kg)

2.3 蘆筍大量元素與微量元素間的相關(guān)性分析

由表2可知，蘆筍N、P、K三元素之間呈極顯著正相關(guān)。N與微量元素Zn、Fe、Mn呈極顯著正相關(guān)，與Cu呈顯著正相關(guān)關(guān)系；P與微量元素Zn、Cu、Mn呈極顯著正相關(guān)，與Fe呈顯著相關(guān)關(guān)系；K與微量元素Zn呈極顯著正相關(guān)，與Fe、Mn呈極顯著負(fù)相關(guān)。微量元素Zn與Cu、Fe與Mn均呈極顯著正相關(guān)，Zn與Fe、Mn呈極顯著負(fù)相關(guān)；Cu與Fe、Mn呈負(fù)相關(guān)，但未達(dá)到顯著水平。營(yíng)養(yǎng)元素間會(huì)存在一定的拮抗或協(xié)同作用，其中大量元素 N、P、K可能會(huì)對(duì)蘆筍吸收其他營(yíng)養(yǎng)元素產(chǎn)生較大的促進(jìn)或抑制。

表2 蘆筍大量元素與微量元素間的相關(guān)性分析(N=54)

注：“**”表示極顯著相關(guān)，“*”表示顯著相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

本研究表明，隨著生育期的推進(jìn)，莖、根、鱗芽盤中氮含量總體呈下降趨勢(shì)。在采收結(jié)束后，氮在地下部分的含量均有所增加，說(shuō)明氮向地下部分轉(zhuǎn)移，為下一周期母莖的培育積累氮素。習(xí)嘉民等[17]研究認(rèn)為各種營(yíng)養(yǎng)元素主要累積在蘆筍母莖中，蘆筍器官中各種營(yíng)養(yǎng)元素含量不同，而母莖、嫩莖、 地下部中均以N含量最高，這與本研究結(jié)果一致。張瑞富等[19]研究表明施鉀能顯著提高綠蘆筍產(chǎn)量；于二敏等[6]研究表明氮鉀配施顯著增加蘆筍產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明莖的磷含量在采收期(4—6月)遠(yuǎn)高于根與鱗芽盤，大量磷元素集中向莖供應(yīng)，說(shuō)明在蘆筍采收期中，莖中有充足的磷養(yǎng)分供應(yīng)是促使蘆筍品質(zhì)提升和獲得高產(chǎn)的基本保證。植物體內(nèi)磷素的增加可以促進(jìn)氮素的吸收[18]。李保華等[20]研究表明氮磷互作時(shí)氮肥對(duì)產(chǎn)量的影響更大。馬振川等[21]研究認(rèn)為蘆筍嫩莖中N、P、K平均含量最高。本研究中鉀含量均表現(xiàn)為莖>鱗芽盤>根，采收期蘆筍莖對(duì)鉀的需求量最大，大量鉀元素集中向莖供應(yīng)，而收獲后，莖中鉀含量降低，鱗芽盤與根中鉀含量提高，說(shuō)明鉀不斷在地下部積累，為培育新的母莖積累鉀素。因此要獲得高產(chǎn)并保證蘆筍有較高的商品性，必須保證生育期有較充足的氮、磷、鉀供應(yīng)，以滿足蘆筍植株對(duì)養(yǎng)分的需求。特別是采收前后，重視 N、P、K 肥的施用，利于蘆筍根部對(duì)養(yǎng)分的吸收與同化物質(zhì)的積累，可顯著改善蘆筍品質(zhì)，增加產(chǎn)量[16，17]。

有研究表明硼、錳、鋅、鉬等微量元素對(duì)蘆筍的增產(chǎn)作用顯著,并可改善蘆筍品質(zhì)[3]。本研究表明蘆筍全株微量元素含量表現(xiàn)為：Fe>Mn>Zn>Cu,且Zn、Cu在莖中的含量均高于根與鱗芽盤，即地上部分的含量高于地下部分，而Mn、Fe兩種元素的含量則表現(xiàn)為根與鱗芽盤在不同時(shí)期均高于莖，即地下部分含量高于地上部分。蘆筍中N、P、K三元素之間呈極顯著正相關(guān)，N與微量元素Zn、Fe、Mn呈極顯著正相關(guān)，P與微量元素Zn、Cu、Mn呈極顯著正相關(guān)，K與微量元素Zn呈極顯著正相關(guān)，與Fe、Mn呈極顯著負(fù)相關(guān)。植物體內(nèi)各種營(yíng)養(yǎng)元素之間的吸收與分配是相互影響、相互促進(jìn)的，營(yíng)養(yǎng)元素間會(huì)存在一定的拮抗或協(xié)同作用[16，18]。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，不僅要重視N、P、K肥的合理施用，也應(yīng)重視微量元素，防止某些營(yíng)養(yǎng)元素的缺乏成為蘆筍產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的限制因子。