覆蓋對蘋果生育期葉片和果實礦質元素含量變化的影響

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（中國農業科學院 a.果樹研究所；b.農業部園藝作物種質資源利用重點實驗室；c.遼寧省落葉果樹礦質營養與肥料高效利用重點實驗室，遼寧 興城 125100）

中國是世界第一蘋果生產大國，2017年我國蘋果產量和栽培面積分別占世界蘋果總產量和栽培總面積的49.8%和45.0%[1]。近年來，隨著農村人口老齡化趨勢的加重和果園土壤環境的惡化，果園地面傳統管理方式已不能適應果園的健康發展，果園地面生草、秸稈等覆蓋方式正在逐漸取代清耕制。果園地面覆蓋不僅可以保持土壤溫度和水分的穩定，改善土壤理化性質，增加土壤有機質和礦質元素含量，提高果樹根系對養分的吸收轉運速率[2-4]；地面覆蓋還能提高蘋果的果實品質，增加果實中礦質元素的含量，但不同覆蓋材料間其覆蓋效果存在差異[5]。目前，關于蘋果園地面覆蓋對土壤理化性質和果實品質的影響方面已有較多的研究報道[6-8]，而不同覆蓋材料對蘋果生長周期葉片和果實中礦質元素含量的影響情況的研究報道較少。充足的礦質營養元素是蘋果正常生長所需的重要養分元素，果樹生育過程中礦質元素的含量變化不僅影響樹體的生長發育，還影響著果實品質的形成[9]。

遼西為我國落葉果樹最適宜生產的地區之一。傳統的清耕制度導致土壤地力減退，果園生態退化等問題加劇。因此，研究不同覆蓋條件下果樹葉片和果實中礦質元素含量的變化情況，不僅能夠比較分析不同覆蓋材料對果實生長發育和果實中礦質元素的影響差異，還能為果園選擇合適的地面覆蓋材料提供理論依據。為此，本研究以‘華紅’蘋果為試材，研究了蘋果園地布覆蓋、稻殼炭覆蓋、秸稈覆蓋和生草覆蓋處理下蘋果生長發育各個時期果實的生長狀態、葉片和果實中礦質元素的含量變化情況，比較了不同覆蓋材料對蘋果葉片和果實中礦質元素含量的影響差異。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗在中國農業科學院果樹研究所砬山果樹試驗園（40°16′N、120°06′E）進行。該試驗園位于遼西地區，年平均氣溫8.7 ℃，年降水量500 ～600 mm，無霜期約有175 d。試材為12年生‘華紅’（砧木為‘山定子’），行株距為4 m×3 m。砬山蘋果示范園的土壤pH 值為7.05，有機質含量為10.81 g·kg-1，土壤堿解氮、速效磷與速效鉀的含量分別為71.11、72.08 和125.62 mg·kg-1。

試驗以清耕（CK）為對照，2012年春季設地布覆蓋（I）、稻殼炭覆蓋（II）、秸稈覆蓋（III）和生草覆蓋（IV）共4 個處理，每個覆蓋處理各試驗6 棵樹。地布覆蓋（I）：采用寬度為90 cm的黑色園藝地布覆蓋樹盤，以行內兩株蘋果樹為中線，將地布覆蓋于樹的兩側，覆蓋寬度為180 cm。稻殼炭覆蓋（II）：將炭化好的稻殼覆蓋在樹盤下，覆蓋厚度為15 cm，寬度為180 cm。秸稈覆蓋（III）：以玉米秸稈為覆蓋材料，將整株玉米秸稈平鋪在樹盤下，覆蓋厚度為15 cm，寬度為180 cm。生草覆蓋（IV）：樹盤下自然生草，當草長至50 cm左右高時，用割草機刈割后覆蓋在樹盤內。于春季每隔2 a 更換1 次新的地布，于每年春季測量稻殼炭和秸稈的厚度，并補充至15 cm 厚；試驗期間所有覆蓋處理的其他管理措施一致。

1.2 測定項目及測定方法

分別于2018年的6月1日、7月1日、8月1日、9月1日、10月1日采集蘋果葉片和果實樣本。在樹體外圍分別采集新梢中部成熟葉片和果實。每株蘋果樹各采集40 片葉片和20 個果實，將每2 株樹的樣品混合成1 個樣品，每個處理各重復3 次。先將采集的果實稱重并記錄果實質量，然后將葉片和果實用蒸餾水洗凈、擦干，于105 ℃下殺青30 min，于80 ℃下烘干至恒重，再用高速萬能粉碎機粉碎，過60 目篩，最后用密封袋包裝好保存于干燥器中以備用。

采用凱氏定氮法測定葉片和果實中的氮（N）含量；釩鉬黃比色法測定磷（P）含量；采用原子吸收分光光度法測定鉀（K）、鈣（Ca）和鎂（Mg）的含量；以電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP）測定硼（B）、鐵（Fe）、錳（Mn）和銅（Cu）的含量。

1.3 數據處理

采用Statgraphics Plus（STN，St.Louis，MO，USA）軟件統計和分析蘋果各生長發育時期果實質量、葉片和果實中礦質元素含量的測定數據，利用OriginPro 8.5 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 覆蓋對果實生長的影響

不同處理對蘋果單果質量的影響情況見表1。由表1可知，各個發育時期蘋果的果實質量，4 種覆蓋處理均高于清耕。6月1日采摘的蘋果果實質量，4 種覆蓋處理均顯著高于清耕；不同處理方式的果實質量由高到低依次為：生草覆蓋＞秸稈覆蓋和稻殼炭覆蓋＞地布覆蓋＞清耕。7月1日采摘的蘋果果實質量，地布覆蓋處理比清耕高21.9%，其他3 種覆蓋處理與清耕間均無顯著差異。8月1日和9月1日采摘的蘋果果實質量，4 種覆蓋處理均顯著高于清耕，但各處理間的差異不顯著。10月1日采摘的蘋果果實質量，生草覆蓋處理顯著高于清耕，而其他覆蓋處理與清耕間均無顯著差異。

表1 不同處理對果實質量的影響?Table1 Effect of different mulching materials on fruit mass

2.2 覆蓋對蘋果葉片中大量元素含量的影響

不同處理對葉片中氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）和鎂（Mg）元素含量的影響情況如圖1所示。由圖1可知，4 種覆蓋處理對蘋果樹各個生長時期葉片中大量和礦質元素含量的影響不同。

由圖1A 可知，蘋果樹生長季前期，4 種覆蓋處理蘋果葉片中的N 含量均較高，之后其含量均呈波動變化趨勢。6月1日和9月1日所采的所有覆蓋處理的蘋果葉片N 含量均顯著高于清耕（CK）的，6月1日所采4 種覆蓋處理的葉片N 含量的差異不顯著，9月所采秸稈覆蓋的葉片其N 含量最高，達到2.29%；除地布覆蓋外，7月1日和8月1日所采的其他3 種覆蓋處理的葉片N 含量均顯著高于清耕的，但此3 種覆蓋處理間葉片N 含量的差異不顯著；10月1日所采各處理的葉片N 含量由高到低表現為：秸稈覆蓋和生草覆蓋＞稻殼炭覆蓋＞地布覆蓋＞清耕。

由圖1B 可知，4 種覆蓋處理蘋果葉片的P 含量在其生長前期均最高，7—9月葉片P 含量均保持穩定，10月均降低。6—9月生草覆蓋的蘋果樹其葉片P 含量最高，其次是秸稈覆蓋的；地布覆蓋的蘋果樹在各個生長時期其葉片中的P 含量與清耕的相比均無顯著差異；9月稻殼炭覆蓋的蘋果樹其葉片P 含量比清耕的高16.22%，而在其他生長時期其含量與清耕的相比均無顯著差異。10月各處理的葉片P 含量與清耕的相比無顯著差異。6—10月各處理蘋果葉片的平均P 含量由高到低表現為：生草覆蓋＞秸稈覆蓋＞稻殼炭覆蓋＞地布覆蓋＞清耕。

由圖1C 可知，生長季所有覆蓋處理蘋果葉片的K 含量均保持穩定，覆蓋對葉片K 含量的影響較大，其表現為：生草覆蓋和秸稈覆蓋的蘋果樹在各個生長時期葉片中的K 含量均顯著高于清耕的；除7月外，稻殼炭覆蓋的其他各個時期蘋果葉片的K 含量也都高于清耕的；地布覆蓋的葉片K含量，僅有9月和10月的含量均顯著高于清耕的，其他生長時期的含量與清耕的相比均無顯著差異。6—10月各處理蘋果葉片的平均K 含量由高到低表現為：生草覆蓋＞秸稈覆蓋＞稻殼炭覆蓋＞地布覆蓋＞清耕。

由圖1D—E 可知，在蘋果樹的生長前期，所有覆蓋處理葉片中的Ca 含量均較低，隨后增加并保持穩定；而在蘋果樹的各個生長時期，4 種處理蘋果葉片Mg 含量的變化都不大。所有覆蓋處理蘋果葉片中Ca 和Mg 的含量均顯著高于清耕的，且不同處理間蘋果各個生長時期葉片中Ca 和Mg的含量也都存在差異；6—10月各處理的蘋果葉片Ca 和Mg 的含量由高到低均表現為：生草覆蓋＞秸稈覆蓋＞稻殼炭覆蓋＞地布覆蓋＞清耕。

圖1 不同處理對葉片中氮、磷、鉀、鈣和鎂元素含量的影響Fig.1 Effects of different mulching materials on the contents of N,P,K,Ca and Mg in leaves

2.3 覆蓋對蘋果葉片中微量元素含量的影響

4 種覆蓋材料對蘋果葉片中微量元素硼（B）、鐵（Fe）、錳（Mn）和銅（Cu）含量的影響情況如圖2所示。由圖2可知，各處理的蘋果葉片中各微量元素的含量均存在差異。

由圖2A 可知，各處理蘋果葉片的B 含量，生長前期和后期的含量均低于生長中期的含量。6、7 和10月取樣的所有覆蓋處理葉片的B 含量與清耕的差異均不顯著；8月和9月取樣的生草覆蓋和地布覆蓋的葉片其B 含量均顯著高于清耕的。各處理葉片的B 含量由高到低總體表現為：生草覆蓋＞地布覆蓋＞秸稈覆蓋＞稻殼炭覆蓋＞清耕。

由圖2B 可知，蘋果葉片中的Fe 含量，在其生長前期最高，在其生長的中后期均保持穩定，且所有覆蓋處理的蘋果樹在其各個生長時期葉片中的Fe 含量均顯著高于清耕的。在蘋果樹的各個生長時期，4 種覆蓋處理間葉片中的Fe 含量均存在差異。6月1日和10月1日所采葉片的Fe 含量，稻殼炭覆蓋處理的顯著高于其他處理的；7月1日所采葉片的Fe 含量，秸稈覆蓋處理的最高，達到250.8 mg·kg-1；8月1日所采葉片的Fe 含量，生草覆蓋處理的最高，達到237.7 mg·kg-1；9月1日所采葉片的Fe 含量，與地布覆蓋處理的相比，稻殼炭、秸稈與生草覆蓋處理的葉片Fe 含量分別高12.7%、13.9%和16.1%。6—10月各處理蘋果葉片的平均Fe 含量由高到低表現為：稻殼炭覆蓋＞生草覆蓋＞秸稈覆蓋＞地布覆蓋＞清耕。

由圖2C 可知，蘋果生長季各處理的葉片Mn含量均表現出先升高后降低的變化趨勢。地布覆蓋的蘋果葉片Mn 含量，7月1日所采葉樣的Mn含量顯著高于清耕的，而9月1日所采葉樣的Mn含量卻比清耕的低4.2%，其他日期所采葉樣的Mn 含量與清耕的相比均無顯著差異；稻殼炭覆蓋的蘋果葉片Mn 含量，8月和9月所采葉樣的與清耕的相比均無顯著差異，其他時期所采葉樣的均顯著高于清耕的；秸稈覆蓋的蘋果葉片Mn 含量，除8月外其余各個日期所采葉樣的也都顯著高于清耕的；生草覆蓋的蘋果樹在其各個生長時期葉片中的Mn 含量均顯著高于清耕的。6—10月各處理蘋果葉片的平均Mn 含量由高到低表現為：秸稈覆蓋＞生草覆蓋＞稻殼炭覆蓋＞地布覆蓋＞清耕。

由圖2D 可知，各處理的蘋果葉片Cu 含量，6—7月的均高于8—10月的，與清耕的相比，各覆蓋處理的葉片Cu 含量均有顯著增加。6月秸稈覆蓋的葉片Cu 含量最高，達到11.08 mg·kg-1；7月和10月生草覆蓋的葉片Cu 含量均最高；8月各處理間葉片中的Cu 含量無顯著差異；9月地布覆蓋的葉片Cu 含量最高。6—10月各處理蘋果葉片的平均Cu 含量由高到低表現為：生草覆蓋＞秸稈覆蓋＞地布覆蓋＞稻殼炭覆蓋＞清耕。

2.4 覆蓋對蘋果果實中大量元素含量的影響

不同處理對果實中氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）和鎂（Mg）元素含量的影響情況如圖3所示。由圖3可知，各處理果實中氮、磷、鉀和鈣、鎂元素的含量隨著果實的生長發育而有規律性地變化，總體表現為：幼果期各處理果實中大量元素的含量均最高，隨著果實的不斷發育，果實中礦質元素的含量均逐漸降低。4 種覆蓋處理對蘋果果實中礦質元素含量的影響存在差異，試驗期內各處理果實的平均N 含量由高到低依次為：秸稈覆蓋＞生草覆蓋＞地布覆蓋＞稻殼炭覆蓋和清耕。果實中P、K 和Mg 的含量，所有覆蓋處理的均高于清耕的，秸稈覆蓋的最高，其余各處理的由高到低依次為：生草覆蓋＞稻殼炭覆蓋＞地布覆蓋。果實中的Ca 含量，生草覆蓋的最高，其余各處理的由高到低依次為：秸稈覆蓋＞稻殼炭覆蓋＞地布覆蓋＞清耕。這一結果說明，4 種地面覆蓋材料對蘋果果實中大量元素含量的影響各不相同。

由圖3A 可知，6月和8月所采蘋果果實中的N 含量，4 種覆蓋處理的比清耕的高14.54%～32.08%；7月所采蘋果果實中的N 含量，除秸稈覆蓋外的其他各處理與清耕的差異均不顯著；9月蘋果果實中的N 含量，地布覆蓋和稻殼炭覆蓋的與清耕的相比均無顯著差異，而其余覆蓋處理的均顯著高于清耕的；10月所采蘋果果實中的N 含量，地布覆蓋的比清耕的低19.70%，其他各處理的與清耕的相比均無顯著差異。

由圖3B 可知，覆蓋對蘋果果實P 含量的影響較小，地布覆蓋的蘋果各個發育時期果實中的P 含量與清耕的相比均無顯著差異；稻殼炭覆蓋的蘋果果實中的P 含量，7月與10月所采果實的P 含量比清耕的分別高30.00%和20.00%，其他發育時期所采果實的P 含量與清耕的相比均無顯著差異；6月與9月所采秸稈覆蓋的蘋果，以及6、7 和10月所采生草覆蓋的蘋果，其果實中的P 含量均顯著高于清耕的，而其他時期秸稈覆蓋和生草覆蓋的蘋果與清耕的蘋果其果實P 含量的差異均不顯著。

由圖3C 可知，不同覆蓋處理對果實K 含量的影響卻不同。除10月所采秸稈覆蓋的蘋果外，秸稈覆蓋和生草覆蓋的各個發育時期的果實其K 含量均高于清耕的；6月和9月所采地布覆蓋的蘋果及6—8月所采稻殼炭覆蓋的蘋果，其果實中的K含量均顯著高于清耕的。

圖2 不同處理對葉片中硼、鐵、錳和銅含量的影響Fig.2 Effects of different mulching materials on the contents of B,Fe,Mn and Cu in leaves

由圖3D 可知，覆蓋能顯著增加果實中Ca 和Mg 的含量，隨著果實的發育，所有處理的果實其Ca 和Mg 的含量均降低。秸稈覆蓋和生草覆蓋的蘋果在各個發育時期果實中的Ca 含量均顯著高于清耕的，且生草覆蓋＞秸稈覆蓋；除6月和10月外，其他時期地布覆蓋的蘋果果實中的Ca 含量均顯著高于清耕的；稻殼炭覆蓋的蘋果果實中的Ca 含量，8月和9月的Ca 含量與同期清耕的相比均無顯著差異，而其他時期的Ca 含量均高于清耕的。

由圖3E 可知，在除8月外的各個發育時期，稻殼炭覆蓋、秸稈覆蓋和生草覆蓋的蘋果果實中的Mg 含量均顯著高于清耕的；6月和9月地布覆蓋的蘋果果實中的Mg 含量均顯著高于清耕的，而其他發育時期地布覆蓋和清耕之間果實中的Mg 含量均無顯著差異。

2.5 覆蓋對蘋果果實中微量元素含量的影響

不同處理對果實中微量元素硼（B）、鐵（Fe）、錳（Mn）和銅（Cu）含量的影響情況如圖4所示。由圖4可知，在果實發育前期，除B 以外，各處理果實中Fe、Mn 和Cu 的含量均最高，之后均逐漸降低。4 種覆蓋處理對果實中各種微量元素含量的影響存在差異。6—10月生草覆蓋的蘋果果實中Fe、Mn 和Cu 的平均含量均最高，而秸稈覆蓋的蘋果果實中的B 含量最高。

由圖4A 可知，4 種覆蓋處理各個發育時期果實中B 含量的變化均較小，6月和10月所有處理的果實其B 含量均顯著高于清耕的；8月稻殼炭覆蓋的果實其B 含量比清耕的高10.80%，而其他處理7月和8月的果實其B 含量與清耕的相比均無顯著差異；9月除地布覆蓋外的其他各處理的果實其B含量比清耕的高1 8.39%～26.36%。

在各個發育時期所采秸稈覆蓋和生草覆蓋的蘋果、8月和9月所采地布覆蓋的蘋果、6月所采稻殼炭覆蓋的蘋果，其果實中的Fe 含量均顯著高于清耕的（圖4B）。地布覆蓋的蘋果，7月與10月果實中的Mn 含量比清耕的分別低18.75%和16.02%，而8月果實中的Mn 含量比清耕的高15.15%，其他發育時期果實中的Mn 含量與清耕的相比均無顯著差異；稻殼炭覆蓋的蘋果，8月和10月果實中的Mn 含量與清耕的相比均無顯著差異，其他各個發育時期果實中的Mn 含量均顯著高于清耕的；生草覆蓋的蘋果，除7月外的其他各個發育時期果實中的Mn 含量均顯著高于清耕的（圖4C）。各處理果實中的Cu 含量隨著果實的不斷生長發育均逐漸降低，但在各個發育時期各處理果實的Cu 含量均高于清耕的，且生草覆蓋處理的果實其Cu 含量最高（圖4D）。

圖3 不同處理對果實中氮、磷、鉀、鈣和鎂元素含量的影響Fig.3 Effects of different mulching materials on the contents of N,P,K,Ca and Mg in fruits

3 結論與討論

果園地面覆蓋可以有效調節土壤微域環境，改善土壤的理化性狀，促進果樹生長和果實品質的形成[7,10]。李文楊等[11]研究發現，覆蓋能夠增加信陽五月鮮桃果實的單果質量；與清耕相比，覆蓋能夠增加蘋果的單果質量[7]。本研究結果與此相同：4 種覆蓋處理的蘋果在各個發育時期其單果質量均高于清耕的，6月生草覆蓋的果實單質量最大，其余各個發育時期4 種覆蓋處理間果實單果質量的差異均不顯著。研究結果表明，4 種覆蓋材料均能促進‘華紅’蘋果果實的生長發育。

圖4 不同處理對果實中硼、鐵、錳和銅含量的影響Fig.4 Effects of different mulching materials on the content of B,Fe,Mn and Cu in fruits

研究中發現，6—10月所有覆蓋處理的蘋果葉片中礦質元素的含量變化均存在差異。各處理葉片中的N 含量均呈波動變化趨勢；其P、K 和Cu含量，在生長季前期均增高，而在生長季后期均降低；各處理葉片中B 和Mn 的含量，前期均低，中期均升高，后期均降低；各處理葉片中Fe 含量的變化趨勢與B 和Mn 含量的變化趨勢相反。而李保國等[12]研究發現，6月中下旬紅富士蘋果葉片中N、P、K 和Ca 的含量均最低，這可能與土壤供給量和樹體本身養分貯藏量均有關系。花生稈+稻草覆蓋、油茶殼覆蓋、黑地膜等覆蓋處理下油茶樹體中的N 素含量均高于對照的，說明覆蓋能夠促進樹體對N 素的積累[13]。研究結果表明，4 種覆蓋處理蘋果葉片中的N 素含量在其各個生長發育時期均有增加。地布覆蓋、秸稈覆蓋等處理方式均可為蘋果的生長發育營造適宜的土壤微環境，增加土壤有機質和礦質元素的含量，促進植株生長發育，提高葉片礦質元素含量[14-15]。尚冊[16]研究發現，地布覆蓋顯著增加了2年生富士蘋果葉片中K、Ca、B、Mn、Cu 和Fe 的含量。秸稈覆蓋下蘋果葉片中各種礦質元素的含量均有增加，且其覆蓋效果顯著優于地膜覆蓋效果[17]。研究中還發現，地布覆蓋的葉片中各種礦質元素含量均低于其他3 種覆蓋處理的。造成這一結果的原因可能是，園藝地布導熱能力強，使得土壤溫度超過根系生長的最適溫度，從而抑制了根系的活力，不利于根系對養分的吸收，導致葉片中各種礦質元素含量均有所降低[7]。研究結果表明，除Fe 和Mn 以外，生草覆蓋的葉片其他礦質元素含量均高于秸稈和稻殼炭覆蓋的。造成這一結果的原因可能是，生草覆蓋后，土壤微生物數量有所增加，土壤酶活性較高，有利于土壤養分的轉化[18]，從而促進植株對礦質元素的吸收。除Fe 以外，秸稈覆蓋的葉片中其他礦質元素的含量均高于稻殼炭覆蓋的。以上結果說明，覆蓋能夠增加葉片中礦質元素的含量，4 種覆蓋處理中，生草覆蓋的效果最為明顯，其次是秸稈覆蓋。

隨著果實的不斷生長，礦質元素消耗增加，果實中各種礦質元素的含量均不斷減少[19]。陳隆升等[20]研究發現，隨著油茶果實的生長發育，生長后期果實中N、P、K、Mg、Cu、Fe、Zn 的含量均低于其在生長前期的含量。研究中發現，隨著蘋果果實的膨大，果實中N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn 和Cu 的含量均呈降低的變化趨勢。研究中還發現，在試驗測定時期內，各種礦質元素的含量，葉片均高于果實。覆蓋還能增加果實中各種礦質元素的含量。可能因為，覆蓋改善了土壤環境，提高了根系對土壤養分的利用效率，促進了蘋果枝葉的生長，增強了枝葉向果實供應養分的能力[7,21]。周江濤等[21]研究發現，生草覆蓋下‘華紅’蘋果成熟果實中N、P 和Fe 的含量均高于地布等覆蓋處理的。本研究得出了相同的結果，秸稈覆蓋的蘋果果實中N、P、K、Mg 和B 的含量均最高，其次是生草覆蓋的；生草覆蓋的蘋果果實中Ca、Fe、Mn 和Cu 的含量均最高；除果實中N、Mn 和Cu 的含量以外，6—10月地布覆蓋的其他6 種礦質元素的平均含量均低于其他3 種覆蓋處理的。這一結果說明，覆蓋能夠增加蘋果果實中礦質元素的含量，生草覆蓋和秸稈覆蓋的效果均較明顯。

地面覆蓋對果樹生長發育的綜合效應體現在土壤溫濕度、土壤理化性狀、樹體生長發育、礦質元素的吸收轉運、樹體貯藏養分和果實產量等方面，本研究重點關注了不同覆蓋材料對蘋果葉片和果實中礦質元素含量的影響情況，沒有考慮其他因素，可能存在一定的局限性。今后應開展地面覆蓋對果樹生長影響的綜合性研究，以期通過綜合評價篩選出合適的覆蓋材料，從而為果園地面的科學管理提供理論參考依據。