不同海拔高度下香蕉園土壤理化性質及果實品質的變化

徐勝濤，何 翔，楊佩文，白亭亭，番華彩，尹可鎖，劉立娜，曾 莉，李迅東，郭志祥，楊寶明，黃玉玲，李永平，鄭泗軍,3*

(1.云南省農業科學院農業環境資源研究所，云南 昆明 650205；2.云南農業大學植物保護學院，云南 昆明 650201；3.國際生物多樣性中心，云南 昆明 650205)

【研究意義】香蕉(Musaspp.)是世界鮮果消費量及國際貿易最大的水果之一，有多年生和果實營養豐富的特性[1-2]。目前，中國是世界第二大香蕉生產國，也是香蕉的第一消費大國，云南香蕉種植面積居全國第一位。云南省具備生產營養豐富、口感好、味甜、風味獨特等優質香蕉的獨特的地理條件，香蕉種植區域具有光照充足和晝夜溫差大的特點，有利于養分積累，占有優質“高原山地香蕉”的獨特優勢[3]。 云南香蕉依托于良好的產地環境和較高的海拔差異，香蕉果實品質出眾，但尚未形成云南“高原山地香蕉”的品牌，直接影響了云南省香蕉產業的整體效益，及其邊疆熱區農民的經濟收入和發展[4-5]。土壤作為養分庫，顯著影響作物生長和品質形成[6]。不同海拔高度的土壤質地存在一定差異，對土壤的理化性質以及香蕉的生長和果實品質產生直接影響[7]。研究不同海拔高度下蕉園土壤理化特性和香蕉果實品質的變化，明確云南省高原山地高品質香蕉形成的外部環境因素和品質組成的內部因子，可為云南省香蕉產業的提質增效提供技術支持。【前人研究進展】海拔高度在農業生產中作為一種重要的環境因子，不同海拔高度環境因子差異主要體現在作物生長環境的溫度差別。環境溫度作為作物生長的重要氣象因子之一，直接影響作物的營養生長和生殖生長，并在一定程度對作物的生育期產生影響[8]。不同海拔對土壤母質的形成，作物的生理生化指標及作物的品質產生影響[9-10]。土壤理化性質是反應土壤肥力的重要指標，關系到作物的養分供應和生長狀況。與此同時，土壤酶參與土壤養分循環代謝，其酶促反應的活性高低能夠敏感反映土壤肥力狀況，受到外界環境與作物生長的交互影響[11-12]。海拔高度影響作物的生長環境，關系到作物的光合作用、呼吸、物質的運輸與傳遞和細胞分裂等生理生化過程，以及作物的養分吸收利用和積累、作物的產量和品質形成[13]。【本研究切入點】通過對不同海拔高度下蕉園的土壤養分、酶活性和香蕉品質的測定，研究不同海拔高度下蕉園的土壤理化性質差異，分析影響香蕉內在品質的土壤外部環境差異。【擬解決的關鍵問題】通過對不同海拔高度的外部土壤理化特性研究，明確不同海拔高度對香蕉品質影響的土壤理化因子，為評估生產“高原山地香蕉”的質量標準提供技術支撐和數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在云南省紅河州元陽縣馬街鄉大皮甲村元甲農業開發有限公司香蕉種植基地進行 (N 23°23′35″，E 102°44′59″)，蕉園以山地為主，是典型的山地香蕉種植區域，香蕉種植最低海拔300 m，最高海拔850 m，相對高差550 m，年平均氣溫24.4 ℃，最高氣溫44.1 ℃，最低氣溫3.7 ℃；年降雨量最高1 189.1 mm、最低665.7 mm、平均899.5 mm。土壤類型為紅壤土。

1.2 試驗設計

試驗設3個海拔梯度，分別為510 、660 和810 m。小區面積135 m2，每個小區定植香蕉苗30株，行距2.3 m，株距2 m。香蕉品種為當前主栽品種桂蕉6號，香蕉栽培和水肥管理參照當地香蕉種植模式，肥料和病蟲害防治均采用常規種植模式。

1.3 試驗方法與指標測定

土壤養分和土壤酶活性的樣品S形沿小區對角線采集。采樣時間分別為2017年3月10日、2017年7月11日、2017年10月22日和2018年1月21日，取樣深度為0～30 cm，采集香蕉根際土壤。土壤樣品自然風干，用75目篩子曬后備用。土壤pH 值采用pH 計(水/土=2.5/1)測定；土壤有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；速效磷采用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀采用醋酸銨-火焰光度計法測定；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法；土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定；土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，根據土壤的pH值，土壤磷酸酶的活性分別采用堿性和酸性的測定方法；土壤脲酶活性采用靛酚藍比色法測定。

香蕉果實品質包括總糖、可溶性固形物、維生素C、總酸和蛋白含量。2018年4月21日，在同一海拔，隨機選取4株長勢相同，且果實成熟度約為7成熟的香蕉，取每串從上到下的第3梳，標明各海拔高度和取樣株，裝箱保存。樣品用乙烯利在18 ℃催熟，然后送云南農業科學院質量標準與檢測技術研究所進行檢測。維生素C含量采用 GB 5009.86-2016方法測定，總糖含量用GB 5009.7-2016方法測定，可溶性固形物含量用NY/T 2637-2014方法測定，總酸含量用GB/T 12456-2008方法測定，蛋白質含量用GB 5009.5-2016方法測定，甜度值采用甜度計(LB32T，廣州市速為電子科技有限公司，廣州，中國)測定。

1.4 數據分析

監測數據均采用新復極差法檢驗不同處理間的差異顯著性，數據利用SPSS統計軟件計算，圖用Sigmaplot 10.0繪制。

2 結果與分析

2.1 不同海拔高度蕉園的土壤理化性質變化

土壤理化性質是反映土壤肥力的重要指標，是作物生長的養分物質基礎，直接影響作物生長和品質形成。如表1所示，不同海拔高度蕉園土壤的pH值、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均存在一定的差異。海拔810 m的4個采樣時期土壤pH值均呈弱酸性，而在660和510 m的均呈弱堿性；不同海拔的有機質含量有一定的差異，與不同海拔高度的土質差異有一定關系；土壤有效磷含量與海拔高度無明顯相關性，究其原因與蕉園的施肥有一定的關系；香蕉作為一種需水需肥量較高的多年生草本植物，土壤中堿解氮和速效鉀含量直接關系其長勢，各采樣時期不同海拔高度間土壤堿解氮含量差異不顯著，但海拔510 m的土壤中速效鉀含量在前3個時期顯著低于660和810 m的，在最后一個采樣期三者之間差異不顯著，不同海拔高度土壤中堿解氮和速效鉀含量的差異究其原因與施肥狀況直接相關。

2.2 不同海拔高度蕉園的土壤酶活性變化

土壤酶參與養分轉化和循環，其活性敏感地反映了農事操作對土壤質量的影響。如表2所示。不同海拔高度的土壤過氧化氫酶、磷酸酶、蔗糖酶和脲酶存在差異，土壤磷酸酶和過氧化氫酶活性與海拔有一定的相關性，土壤過氧化氫酶活性隨著海拔高度的增加呈下降趨勢，這可能與外界環境的溫度和香蕉生長有一定的關系，土壤磷酸酶活性隨著海拔高度的增加而增加，但與表1中土壤有效磷含量有明顯差異，這說明香蕉生長過程對磷素的需求較高，土壤中參與磷素循環的活動加劇，增加土壤磷酸酶活性。土壤蔗糖酶和脲酶活性隨海拔變化差異不大，這說明土壤有機質和堿解氮含量均滿足了香蕉的正常生長，特別是脲酶活性直接與氮素循環相關，香蕉栽培過程中的氮素過量施用，導致不同海拔的對脲酶活性差異不顯著。

表1 不同海拔高度蕉園土壤的理化性質分析(M±SD)

表2 不同海拔高度蕉園的土壤酶活性變化(M±SD)

2.3 不同海拔高度香蕉果實品質的變化

如圖1～6所示，香蕉果實中總糖、維生素C、總酸、可溶性固形物和蛋白質含量在不同海拔高度間差異顯著，810 m香蕉果實的甜度顯著高于其他2個海拔，總體上香蕉果實品質均隨著海拔高度而增加。與海拔510 m和海拔660 m相比，海拔810 m的香蕉總糖含量分別提升了31.12 %和12.87 %，維生素C含量分別提升了49.45 %和15.06 %，總酸含量分別提升了30.85 %和11.70 %，可溶性固形物含量分別提升了13.32 %和8.10 %，蛋白質含量分別提升了25.54 %和11.68 %，甜度分別提升了11.01 %和6.47 %。

圖1 不同海拔高度香蕉果實總糖含量的變化

圖2 不同海拔高度香蕉果實總酸含量的變化

圖3 不同海拔高度香蕉果實蛋白質含量的變化

圖4 不同海拔高度香蕉果實維生素C含量的變化

圖5 不同海拔高度香蕉果實可溶性固形物含量的變化

3 討 論

通過對香蕉生長過程中的4個不同時期的土壤理化性質和酶活性及養分的分析，結果認為不同海拔高度的土壤理化性質存在一定的差異，但影響香蕉生長的土壤堿解氮和有效鉀含量均差異不顯著，土壤脲酶活性差異也不顯著，說明不同海拔土壤中氮和鉀素均能滿足香蕉的生長，這與香蕉生長過程中的大水大肥有直接關系，目前香蕉生產中的化肥施用量均超出正常生長的需求[14-15]。

大量研究均認為，隨著海拔高度的增加，溫度逐漸降低，一定程度延緩了作物的營養生長和生殖生長，進而延長了作物的總生育期[10,16-18]。同時，作物生長的土壤環境也一定程度地受到了海拔高度的影響，改變了作物生長的養分供應和利用，直接影響了作物的光合作用、呼吸、物質的運輸與傳遞和細胞分裂等生理生化過程[13,17,19]。通過研究認為，不同海拔高度延長了香蕉的營養生長和生殖生長的周期，土壤中氮素和鉀素均能夠滿足香蕉的正常生長，說明了不同海拔對香蕉品質影響的主要因素為外界環境因素，如水分、溫度和光照等，選擇的取樣時間為4月，與其他采收時間相比，該階段采收的香蕉生長周期要增加2個月左右，生長期的延長，改變了香蕉的干物質積累和果實品質的形成。不同海拔高度能夠顯著影響香蕉果實中總糖、維生素C、總酸、可溶性固形物及蛋白質含量和甜度等品質指標，隨著海拔高度的升高，不同品質指標也有不同程度地提升，香蕉果實中的總酸和維生素C含量不同程度地增加，香蕉的甜度也呈現增加的趨勢。云南山地香蕉的總糖和維生素C含量均明顯優于東南亞和大洋洲等國家生產的[20-21]，但香蕉中的可溶性固形物含量與其他主要香蕉生產國家的差異不明顯[22-24]，這與香蕉品種特性有關。目前香蕉主栽品種主要是從巴西和澳大利亞引進和選育改良的巴西蕉和威廉斯Cavendish的系列品種[25]。通過與不同國家香蕉果實總糖和維生素C含量的對比，為云南生產“高原山地香蕉”的優良品質提供了數據支持。

圖6 不同海拔高度香蕉果實甜度的變化

4 結 論

研究結果認為不同海拔高度的香蕉園土壤理化性質存在顯著差異，土壤pH值、有機質含量和速效磷含量呈顯著性差異，但堿解氮和有效鉀含量差異不顯著；不同海拔高度的香蕉園土壤酶活性呈顯著差異，土壤過氧化氫酶和磷酸酶活性呈顯著差異，土壤過氧化氫酶活性隨著海拔高度的增加呈下降趨勢，土壤磷酸酶活性隨著海拔高度的增加而增加，土壤蔗糖酶和脲酶活性隨海拔變化差異不顯著。同時，受到不同海拔土壤質量影響，香蕉果實品質隨著海拔高度的上升呈現顯著提升趨勢，其中酸度和甜度也呈現增加趨勢。