薄殼山核桃葉面噴鋅效果的評價

尚楊娟，譚鵬鵬，范平樺，孔德儀，彭方仁，李永榮

（1.南京林業大學 南方現代林業協同創新中心，江蘇 南京 210037；2.南京林業大學 林學院，江蘇 南京210037；3.南京綠宙薄殼山核桃科技有限公司，江蘇 南京 210037）

鋅是植物生長發育必需的微量元素，影響植物的許多生理過程，如光合作用、呼吸作用、氮素代謝及生長素的合成與代謝等，對200多種酶有重要的作用[1]。然而近年來，鋅缺乏的現象越來越普遍和嚴重，已經成為限制農林業健康可持續發展的重要因素之一。據統計，全世界50%的作物種植區土壤存在缺鋅或潛在缺鋅[2]。中國缺鋅土壤面積達4 866.7 萬hm2，占全國可利用面積的45.7%。這一方面是因為中國南方高分化的酸性土壤和北方石灰性土壤中有效鋅含量均較低，極大限制了農林業的產量[3–4]。另一方面是因過量施用氮磷鉀復合肥而缺乏有機肥的施用等管理問題，導致土壤缺鋅[5–6]。因此，合理增施鋅肥等微量元素肥料成為快速緩解缺鋅現狀的首選，生產中常采用春季葉面噴鋅和秋季土壤條施或滴灌方式補充，而葉面噴鋅是公認的可快速緩解缺鋅癥狀的管理措施之一[7]。有學者表明：施鋅可以提高作物產量，且以葉面噴鋅效果最佳[8–10]。薄殼山核桃Caryaillinoensis又名美國山核桃或長山核桃，是集果用、材用和油用于一身的優良果樹，也常做景觀觀賞樹種[11]。原產美國和墨西哥北部，引種至中國已有100多年的歷史，并從最初的零星栽種到現如今的規模化、產業化載植，已在中國22個省(區)打開了市場[12–13]。WOOD等[14]發現：生產中，薄殼山核桃對鋅元素高度敏感，當其葉片鋅含量低于40 mg·g?1時，會表現出典型的缺鋅癥狀：小葉病，頂端嫩葉卷曲，頂芽枯死，萌芽困難，葉脈間變黃或壞死，葉片變窄，葉片厚度降低。這些癥狀致使果樹光合能力下降，從而限制果樹生長、開花和結實，特別是果樹處于快速生長期時，這種缺鋅現象更為嚴重[15]。可見，缺鋅已成為限制薄殼山核桃果園產量和果實品質的重要因子之一。國外學者在薄殼山核桃果園增施鋅肥方面做了大量研究，常采用硝酸鋅、硫酸鋅、乙二胺四乙酸鋅鈉(EDTA-Zn)、二乙烯三胺五乙酸鋅鈉(DTPA-Zn)等作為鋅肥來源，與尿素、硼酸、超氨基等組合進行配比噴施肥，已取得了一定的成果[15–17]。而中國薄殼山核桃產業還處于起步階段，在果園管理中，對鋅肥種類及濃度的需求規律并不清楚。為此，本研究以6年生薄殼山核桃‘波尼’‘Pawnee’為研究對象，通過葉面噴鋅的試驗方法，探討不同鋅肥種類及質量濃度對其生長和礦質營養元素的影響，并采用主成分分析和加權隸屬函數相結合的方法對噴鋅效果進行評價，科學篩選出葉面噴鋅的適宜鋅肥種類及質量濃度，旨在為薄殼山核桃果園的豐產管理提供技術及理論依據。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區概況

研究區位于江蘇省句容市后白鎮張廟村，南京林業大學美國山核桃試驗基地(31°52′45″N，119°09′06″E)。該區屬北亞熱帶中部季風氣候，年均氣溫15.6 ℃，年降水量1 018.6 mm，日平均氣溫大于10 ℃的天數為226 d，無霜期229 d。研究地屬典型的低山丘陵地區，土壤為黃棕壤，中性偏酸。土壤銨態氮、有效磷和速效鉀分別為22.65、3.07和25.31 mg·kg?1，pH 7.48。

1.2 材料

供試樹種為6年生薄殼山核桃‘波尼’。噴鋅前，果樹生長良好且一致，株行距為8 m×6 m。鋅肥種類分別為乙二胺四乙酸鋅鈉(EDTA-Zn，鋅質量分數21.7%)、硫酸鋅(ZnSO4·7H2O，鋅質量分數22.6%)和硝酸鋅[Zn(NO3)2·6H2O，鋅質量分數21.9%]。

1.3 試驗方法

試驗采用2因素3水平試驗設計方案，設10個處理(設鋅肥種類與質量濃度2個因素，每因素設3水平，以不噴鋅處理作為對照)，3次重復，單株小區，完全隨機區組分布，單株隔離保護(表1)。試驗區內的土壤水分、肥力條件相對一致，且果園撫育管理措施一致。于2018年4月27日、5月8日、5月23日和6月4日，晴朗無風的清晨，用壓縮背負式噴霧器將葉面噴施至微滴水，共噴施4次。

表 1 鋅肥2因素3水平試驗設計方案Table 1 Test design table of zinc fertilizer 2-factors 3-levels

1.4 取樣及指標測定

2018年8月中旬，采集各處理樹木的樹冠外圍中部長勢一致的功能葉5片·株–1，各處理測定3株(3次重復)，分別用于葉片生長及礦質營養元素的測定。

樣品采集后裝入塑封袋置于冰盒帶回，用自來水和純水分別沖洗干凈，晾干。采用YMJ-D型手持葉面積儀(浙江托普儀器公司生產)和千分之一天平分別測定葉面積和葉片鮮質量。隨后將新鮮葉片放置100 ℃烘箱殺青10 min，然后60 ℃下烘干至恒量。千分之一天平測定葉片干質量。研磨干樣至粉碎，過100目篩，密封保存待用。2018年11月中旬，待葉片全部脫落后測定樹高和胸徑。

干樣采用硝酸-高氯酸消煮，消煮液用來分析葉片礦質營養元素。單位質量葉片中的全磷質量分數用鉬銻抗比色法測定，其他元素質量分數用原子吸收分光光度計(AES，英國PYE公司生產的SP9-400型)測定。單位質量葉片中的全氮質量分數(干樣)用elementar MACRO cube元素分析儀(德國艾力蒙塔公司生產)測定。

1.5 數據分析及處理

數據用均值±標準差表示。采用Excel 2016、SPSS 23.0等對數據進行相關性分析、主成分分析，用Duncan’s新復極差法進行差異顯著性分析(P＜0.05)。采用Origin 9.1進行圖形繪制。根據張婷等[18]的方法，將主成分分析和加權隸屬函數法相結合進行綜合指標評價，從而計算出10個葉面噴鋅處理組的綜合評價值(D)。

2 結果與分析

2.1 葉面噴鋅對薄殼山核桃生長的影響

薄殼山核桃葉片及樹高、胸徑指標均隨著噴鋅質量濃度的遞增而增大，且硝酸鋅處理的增長趨勢更明顯(圖1)。在150 mg·L?1硝酸鋅處理下，葉長、葉寬、葉面積和比葉重增長顯著(圖1A、圖1B、圖1C、圖1E)，分別超出對照的26%、37%、25%、17%(P＜0.05)。噴鋅質量濃度為50～100 mg·L?1時，葉片含水率最高(圖1D)，增長率并不受鋅肥種類影響，均為4%。各處理組的樹高和胸徑增長均不顯著。

2.2 葉面噴鋅對薄殼山核桃葉片礦質營養元素的影響

隨噴鋅質量濃度遞增，各處理組的單位質量葉片中氮、鉀、鋅、錳質量分數不斷上升，鈣、鎂質量分數先升后降，磷、鐵質量分數持續下降，銅質量分數維持穩定(圖2)。噴鋅質量濃度為150 mg·L?1時，乙二胺四乙酸鋅鈉、硫酸鋅、硝酸鋅處理組的單位質量葉片氮、鉀、鋅、錳質量分數均升至最高，分別超出對照1%、16%、19%；53%、74%、15%；47%、133%、127%；30%、73%、54%(圖2A、圖2C、圖2F、圖2H)，且硫酸鋅、硝酸鋅處理組差異顯著(P＜0.05)，而乙二胺四乙酸鋅鈉處理組差異不顯著。噴鋅質量濃度為50～100 mg·L?1時，乙二胺四乙酸鋅鈉、硫酸鋅、硝酸鋅處理組的單位質量葉片中鈣、鎂質量分數達到最高拐點，拐點增幅分別為16%、15%、11%和97%、76%、97%(圖2D和圖2E)，差異顯著(P＜0.05)。噴鋅質量濃度為150 mg·L?1時，乙二胺四乙酸鋅鈉、硫酸鋅、硝酸鋅處理組的單位質量葉片中磷、鐵質量分數均降至最低，分別低于對照組38%、43%、43%和22%、43%、39%，且處理組之間差異不顯著(圖2B和圖2G)。

圖 1 不同處理下薄殼山核桃生長指標的變化Figure 1 Changes of growth indexes of C.illinoensis under different treatments

圖 2 不同處理下薄殼山核桃葉片礦質營養元素的變化Figure 2 Changes of leaf mineral elements of C.illinoensis under different treatments

2.3 單項指標的相關性分析

薄殼山核桃葉片生長和礦質營養元素指標之間具有顯著的相關性(表2)。葉長與氮、鋅質量分數呈顯著(P＜0.05)、極顯著(P＜0.01)正相關，相關系數分別為0.437、0.474。葉寬與鈣、鋅質量分數呈顯著正相關(P＜0.05，相關系數為0.446、0.446)。葉面積與氮、鈣、鋅質量分數呈顯著正相關(P＜0.05，相關系數為0.372、0.395、0.483)。葉片含水率與磷質量分數呈顯著正相關(P＜0.05，相關系數為0.445)。比葉重則與鈣質量分數呈極顯著正相關(P＜0.01，相關系數為0.586)。本研究中，葉片鋅質量分數不僅與薄殼山核桃葉長、葉寬、葉面積等生長指標呈顯著(P＜0.05)、極顯著(P＜0.01)正相關，而且與葉片氮、鉀、鈣、錳質量分數也呈顯著(P＜0.05)、極顯著(P＜0.01)正相關。

表 2 單項指標的相關系數矩陣Table 2 Correlation matrix of each individual index

2.4 單項指標的主成分分析

如表3所示：第1、2、3、4主成分的累計貢獻率達65%，表明前4個主成分能概括大多數數據信息，因此確定提取這4個主成分，將原來16個單項指標轉換成4個相互獨立的綜合指標，分別用X1、X2、X3、X4表示。

2.5 隸屬函數分析、權重計算及綜合評價

每個處理各綜合指標的隸屬函數值計算公式為：

表 3 各綜合指標的系數及貢獻率Table 3 Coefficients of comprehensive indexes and proportion

式(1)中：μ(Xi)表示各處理組第i個綜合指標的隸屬函數值；Xi表示第i個綜合指標；Xmin和Xmax分別表示第i個綜合指標的最小值與最大值。

各綜合指標權重(Wi)的計算公式為：

式(2)中：Wi表示第i個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度；Pi為各處理組第i個綜合指標的貢獻率。

各處理組綜合評價值(D)的計算公式為：

式(3)中：D表示在噴鋅處理下，計算所得各處理組的綜合評價值。

根據各綜合指標的貢獻率大小可以知道它們的相對重要性，同時根據16個單項指標的平均值及各綜合指標的指標系數(表3)求出每個處理的4個綜合指標值(表4)。各處理組的噴鋅反應根據D排序，從大到小依次為處理9、處理5、處理2、處理8、處理6、處理3、處理4、處理7、處理1、對照。

3 結論與討論

3.1 葉面噴鋅對薄殼山核桃生長及葉片礦質營養元素的影響

外施鋅肥可從形態和礦質營養元素累積變化中進行直觀判斷。本研究中，葉面噴鋅使薄殼山核桃葉長、葉寬、葉面積和比葉重等有一定程度的增長；也使葉片氮、鉀、鈣、鎂、鋅、錳質量分數提高，而磷和鐵質量分數降低，尤其以150 mg·L?1硝酸鋅處理的增長明顯，這與OJEDA-BARRIOS等[15]的結論一致。OJEDA-BARRIOS等[15]對8年生薄殼山核桃葉面噴施硝酸鋅、乙二胺四乙酸鋅鈉、二乙烯三胺五乙酸鋅鈉表明：葉片鋅質量分數提高，同時總葉面積和葉綠素(SPAD)也得到明顯增加。ASHRAF等[16]也對薄殼山核桃進行尿素、硼酸、硫酸鋅、超氨基等不同組合的葉面噴施表明：尿素、硼酸、硫酸鋅、超氨基混合組合在開花前、坐果后可增加葉片氮、磷、鉀、鈣、鎂、鋅、錳和銅質量分數。KESHAVARZ等[17]通過對薄殼山核桃葉面混合配施鋅肥和硼肥表明：施用174 mg·L?1硼肥和1 050 mg·L?1鋅肥時效果最好，可增加葉片氮、磷、鉀、鐵、鋅和硼質量分數。而本研究表明：葉面噴鋅不僅促進了薄殼山核桃葉片氮、鉀、鈣、鎂、鋅、錳質量分數上升，也使磷、鐵質量分數下降。這可能是因為配施比單施效果好，且能避免鋅磷拮抗、鋅鐵拮抗現象[16?17]。

表 4 各處理組的綜合指標值 (Xi)、隸屬函數值 [μ(Xi)]、權重 (Wi)、綜合評價值 (D)及排序Table 4 Values of each treatment comprehensive index (Xi), subordinate function[μ(Xi)], index weight (Wi), comprehensiveassessment (D) and the order

在本研究中，隨葉片鋅質量分數上升，磷、鐵質量分數持續下降，可見，鋅磷拮抗、鋅鐵拮抗現象非常明顯。通常，鋅磷拮抗主要表現為高磷可誘導鋅缺乏癥[19]，有3個方面的原因：①高磷通過干擾鋅的吸收轉運從而引起鋅的缺乏；②高磷可降低植物頂端鋅的質量分數；③植物細胞內與磷有關的代謝紊亂造成磷鋅失衡[1]。仝月澳[20]提出衡量蘋果Malusdomestica樹鋅營養用磷/鋅指標進行判斷，磷/鋅＞100易患小葉病，但取樣測定時間限制在盛花后8～12周(即6?7月)，否則無可比性。朱文勇等[21]通過細胞超微結構觀察也發現：磷/鋅＞100時，蘋果樹易爆發小葉病。王衍安等[22]在此基礎上采用根外噴施硫酸鋅可大幅度提高蘋果枝干鋅儲藏營養水平，有利于平衡鋅在根、枝、葉間的分配，調節樹體內磷、鉀、鋅間的平衡，提高鋅運轉能力和有效性，滿足樹體周年發育需求。鋅鐵拮抗在作物中研究較多，也表現為隨鐵質量分數升高，鋅吸收受到抑制，從而影響作物的正常生長；反之，則促進作物生長。小麥Zeamays幼苗中，低濃度鐵對鋅吸收沒有影響[23]；水稻Oryzasativa幼苗中，高濃度鐵則完全抑制鋅的吸收[24]；此外，缺鐵還能增加雙子葉植物和禾本科Gramineae植物嫩枝中鋅的吸收[25]。

3.2 薄殼山核桃葉面噴鋅的綜合評價

本研究建立了一套篩選薄殼山核桃施肥方式的方法，該方法全面、客觀、準確，對于薄殼山核桃施肥效果的評價具有重要實踐意義。首先采用主成分分析法把16個單項指標轉換成4個綜合指標，以此作為代表確定其權重，進一步利用加權隸屬函數法求出各綜合指標評價值(D)，從而篩選出適宜的葉面噴鋅處理。此方法在高粱Sorghumbicolor抗旱性[26]、馬鈴薯Solanumtuberosum耐蔭性[27]、桃樹Amygdaluspersica抗氧化能力[28]、紅錐Castanopsishystrix良種引進[29]、蘋果矮化砧的篩選[18]、石榴Punicagranatum耐鹽性[30]等方面多有報道。該方法可消除單項指標的片面性，能比較科學地篩選出適宜處理。通過篩選，薄殼山核桃適宜噴鋅處理為150 mg·L?1硝酸鋅或100 mg·L?1硫酸鋅或100 mg·L?1乙二胺四乙酸鋅鈉。在生產實踐中，硝酸鋅成本較高，且不穩定、不易儲存，因此多選用硫酸鋅或鋅的不同絡合物，或進行多種微肥配施[16?17]。