薄殼山核桃葉面噴鋅效果的評(píng)價(jià)

尚楊娟，譚鵬鵬，范平樺，孔德儀，彭方仁，李永榮

（1.南京林業(yè)大學(xué) 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037；2.南京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)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(zhǎng)發(fā)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(zhǎng)素的合成與代謝等，對(duì)200多種酶有重要的作用[1]。然而近年來，鋅缺乏的現(xiàn)象越來越普遍和嚴(yán)重，已經(jīng)成為限制農(nóng)林業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界50%的作物種植區(qū)土壤存在缺鋅或潛在缺鋅[2]。中國(guó)缺鋅土壤面積達(dá)4 866.7 萬hm2，占全國(guó)可利用面積的45.7%。這一方面是因?yàn)橹袊?guó)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(nóng)林業(yè)的產(chǎn)量[3–4]。另一方面是因過量施用氮磷鉀復(fù)合肥而缺乏有機(jī)肥的施用等管理問題，導(dǎo)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(xiàn)狀的首選，生產(chǎn)中常采用春季葉面噴鋅和秋季土壤條施或滴灌方式補(bǔ)充，而葉面噴鋅是公認(rèn)的可快速緩解缺鋅癥狀的管理措施之一[7]。有學(xué)者表明：施鋅可以提高作物產(chǎn)量，且以葉面噴鋅效果最佳[8–10]。薄殼山核桃Caryaillinoensis又名美國(guó)山核桃或長(zhǎng)山核桃，是集果用、材用和油用于一身的優(yōu)良果樹，也常做景觀觀賞樹種[11]。原產(chǎn)美國(guó)和墨西哥北部，引種至中國(guó)已有100多年的歷史，并從最初的零星栽種到現(xiàn)如今的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化載植，已在中國(guó)22個(gè)省(區(qū))打開了市場(chǎng)[12–13]。WOOD等[14]發(fā)現(xiàn)：生產(chǎn)中，薄殼山核桃對(duì)鋅元素高度敏感，當(dāng)其葉片鋅含量低于40 mg·g?1時(shí)，會(huì)表現(xiàn)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(zhǎng)、開花和結(jié)實(shí)，特別是果樹處于快速生長(zhǎng)期時(shí)，這種缺鋅現(xiàn)象更為嚴(yán)重[15]。可見，缺鋅已成為限制薄殼山核桃果園產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)的重要因子之一。國(guó)外學(xué)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(jìn)行配比噴施肥，已取得了一定的成果[15–17]。而中國(guó)薄殼山核桃產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，在果園管理中，對(duì)鋅肥種類及濃度的需求規(guī)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(duì)象，通過葉面噴鋅的試驗(yàn)方法，探討不同鋅肥種類及質(zhì)量濃度對(duì)其生長(zhǎng)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的影響，并采用主成分分析和加權(quán)隸屬函數(shù)相結(jié)合的方法對(duì)噴鋅效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，科學(xué)篩選出葉面噴鋅的適宜鋅肥種類及質(zhì)量濃度，旨在為薄殼山核桃果園的豐產(chǎn)管理提供技術(shù)及理論依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省句容市后白鎮(zhèn)張廟村，南京林業(yè)大學(xué)美國(guó)山核桃試驗(yàn)基地(31°52′45″N，119°09′06″E)。該區(qū)屬北亞熱帶中部季風(fēng)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(shù)為226 d，無霜期229 d。研究地屬典型的低山丘陵地區(qū)，土壤為黃棕壤，中性偏酸。土壤銨態(tài)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(zhǎng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)21.7%)、硫酸鋅(ZnSO4·7H2O，鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)22.6%)和硝酸鋅[Zn(NO3)2·6H2O，鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)21.9%]。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用2因素3水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，設(shè)10個(gè)處理(設(shè)鋅肥種類與質(zhì)量濃度2個(gè)因素，每因素設(shè)3水平，以不噴鋅處理作為對(duì)照)，3次重復(fù)，單株小區(qū)，完全隨機(jī)區(qū)組分布，單株隔離保護(hù)(表1)。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的土壤水分、肥力條件相對(duì)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(fēng)的清晨，用壓縮背負(fù)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(yàn)設(shè)計(jì)方案Table 1 Test design table of zinc fertilizer 2-factors 3-levels

1.4 取樣及指標(biāo)測(cè)定

2018年8月中旬，采集各處理樹木的樹冠外圍中部長(zhǎng)勢(shì)一致的功能葉5片·株–1，各處理測(cè)定3株(3次重復(fù))，分別用于葉片生長(zhǎng)及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的測(cè)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(chǎn))和千分之一天平分別測(cè)定葉面積和葉片鮮質(zhì)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(cè)定葉片干質(zhì)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(cè)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(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素。單位質(zhì)量葉片中的全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)用鉬銻抗比色法測(cè)定，其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)用原子吸收分光光度計(jì)(AES，英國(guó)PYE公司生產(chǎn)的SP9-400型)測(cè)定。單位質(zhì)量葉片中的全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)(干樣)用elementar MACRO cube元素分析儀(德國(guó)艾力蒙塔公司生產(chǎn))測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析及處理

數(shù)據(jù)用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用Excel 2016、SPSS 23.0等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析，用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析(P＜0.05)。采用Origin 9.1進(jìn)行圖形繪制。根據(jù)張婷等[18]的方法，將主成分分析和加權(quán)隸屬函數(shù)法相結(jié)合進(jìn)行綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)，從而計(jì)算出10個(gè)葉面噴鋅處理組的綜合評(píng)價(jià)值(D)。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴鋅對(duì)薄殼山核桃生長(zhǎng)的影響

薄殼山核桃葉片及樹高、胸徑指標(biāo)均隨著噴鋅質(zhì)量濃度的遞增而增大，且硝酸鋅處理的增長(zhǎng)趨勢(shì)更明顯(圖1)。在150 mg·L?1硝酸鋅處理下，葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積和比葉重增長(zhǎng)顯著(圖1A、圖1B、圖1C、圖1E)，分別超出對(duì)照的26%、37%、25%、17%(P＜0.05)。噴鋅質(zhì)量濃度為50～100 mg·L?1時(shí)，葉片含水率最高(圖1D)，增長(zhǎng)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(zhǎng)均不顯著。

2.2 葉面噴鋅對(duì)薄殼山核桃葉片礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的影響

隨噴鋅質(zhì)量濃度遞增，各處理組的單位質(zhì)量葉片中氮、鉀、鋅、錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷上升，鈣、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)先升后降，磷、鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)下降，銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持穩(wěn)定(圖2)。噴鋅質(zhì)量濃度為150 mg·L?1時(shí)，乙二胺四乙酸鋅鈉、硫酸鋅、硝酸鋅處理組的單位質(zhì)量葉片氮、鉀、鋅、錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均升至最高，分別超出對(duì)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(zhì)量濃度為50～100 mg·L?1時(shí)，乙二胺四乙酸鋅鈉、硫酸鋅、硝酸鋅處理組的單位質(zhì)量葉片中鈣、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最高拐點(diǎn)，拐點(diǎn)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(zhì)量濃度為150 mg·L?1時(shí)，乙二胺四乙酸鋅鈉、硫酸鋅、硝酸鋅處理組的單位質(zhì)量葉片中磷、鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)均降至最低，分別低于對(duì)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(zhǎng)指標(biāo)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(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的變化Figure 2 Changes of leaf mineral elements of C.illinoensis under different treatments

2.3 單項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)性分析

薄殼山核桃葉片生長(zhǎng)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素指標(biāo)之間具有顯著的相關(guān)性(表2)。葉長(zhǎng)與氮、鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著(P＜0.05)、極顯著(P＜0.01)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.437、0.474。葉寬與鈣、鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P＜0.05，相關(guān)系數(shù)為0.446、0.446)。葉面積與氮、鈣、鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P＜0.05，相關(guān)系數(shù)為0.372、0.395、0.483)。葉片含水率與磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P＜0.05，相關(guān)系數(shù)為0.445)。比葉重則與鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01，相關(guān)系數(shù)為0.586)。本研究中，葉片鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)不僅與薄殼山核桃葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積等生長(zhǎng)指標(biāo)呈顯著(P＜0.05)、極顯著(P＜0.01)正相關(guān)，而且與葉片氮、鉀、鈣、錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也呈顯著(P＜0.05)、極顯著(P＜0.01)正相關(guān)。

表 2 單項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣Table 2 Correlation matrix of each individual index

2.4 單項(xiàng)指標(biāo)的主成分分析

如表3所示：第1、2、3、4主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)65%，表明前4個(gè)主成分能概括大多數(shù)數(shù)據(jù)信息，因此確定提取這4個(gè)主成分，將原來16個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成4個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，分別用X1、X2、X3、X4表示。

2.5 隸屬函數(shù)分析、權(quán)重計(jì)算及綜合評(píng)價(jià)

每個(gè)處理各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值計(jì)算公式為：

表 3 各綜合指標(biāo)的系數(shù)及貢獻(xiàn)率Table 3 Coefficients of comprehensive indexes and proportion

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

各綜合指標(biāo)權(quán)重(Wi)的計(jì)算公式為：

式(2)中：Wi表示第i個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度；Pi為各處理組第i個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

各處理組綜合評(píng)價(jià)值(D)的計(jì)算公式為：

式(3)中：D表示在噴鋅處理下，計(jì)算所得各處理組的綜合評(píng)價(jià)值。

根據(jù)各綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率大小可以知道它們的相對(duì)重要性，同時(shí)根據(jù)16個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的平均值及各綜合指標(biāo)的指標(biāo)系數(shù)(表3)求出每個(gè)處理的4個(gè)綜合指標(biāo)值(表4)。各處理組的噴鋅反應(yīng)根據(jù)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(duì)照。

3 結(jié)論與討論

3.1 葉面噴鋅對(duì)薄殼山核桃生長(zhǎng)及葉片礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的影響

外施鋅肥可從形態(tài)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素累積變化中進(jìn)行直觀判斷。本研究中，葉面噴鋅使薄殼山核桃葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積和比葉重等有一定程度的增長(zhǎng)；也使葉片氮、鉀、鈣、鎂、鋅、錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高，而磷和鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，尤其以150 mg·L?1硝酸鋅處理的增長(zhǎng)明顯，這與OJEDA-BARRIOS等[15]的結(jié)論一致。OJEDA-BARRIOS等[15]對(duì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)提高，同時(shí)總?cè)~面積和葉綠素(SPAD)也得到明顯增加。ASHRAF等[16]也對(duì)薄殼山核桃進(jìn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)。KESHAVARZ等[17]通過對(duì)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(shí)效果最好，可增加葉片氮、磷、鉀、鐵、鋅和硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)。而本研究表明：葉面噴鋅不僅促進(jìn)了薄殼山核桃葉片氮、鉀、鈣、鎂、鋅、錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升，也使磷、鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降。這可能是因?yàn)榕涫┍葐问┬Ч茫夷鼙苊怃\磷拮抗、鋅鐵拮抗現(xiàn)象[16?17]。

表 4 各處理組的綜合指標(biāo)值 (Xi)、隸屬函數(shù)值 [μ(Xi)]、權(quán)重 (Wi)、綜合評(píng)價(jià)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(zhì)量分?jǐn)?shù)上升，磷、鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)下降，可見，鋅磷拮抗、鋅鐵拮抗現(xiàn)象非常明顯。通常，鋅磷拮抗主要表現(xiàn)為高磷可誘導(dǎo)鋅缺乏癥[19]，有3個(gè)方面的原因：①高磷通過干擾鋅的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)從而引起鋅的缺乏；②高磷可降低植物頂端鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；③植物細(xì)胞內(nèi)與磷有關(guān)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(yíng)養(yǎng)用磷/鋅指標(biāo)進(jìn)行判斷，磷/鋅＞100易患小葉病，但取樣測(cè)定時(shí)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(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察也發(fā)現(xiàn)：磷/鋅＞100時(shí)，蘋果樹易爆發(fā)小葉病。王衍安等[22]在此基礎(chǔ)上采用根外噴施硫酸鋅可大幅度提高蘋果枝干鋅儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)水平，有利于平衡鋅在根、枝、葉間的分配，調(diào)節(jié)樹體內(nèi)磷、鉀、鋅間的平衡，提高鋅運(yùn)轉(zhuǎn)能力和有效性，滿足樹體周年發(fā)育需求。鋅鐵拮抗在作物中研究較多，也表現(xiàn)為隨鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，鋅吸收受到抑制，從而影響作物的正常生長(zhǎng)；反之，則促進(jìn)作物生長(zhǎng)。小麥Zeamays幼苗中，低濃度鐵對(duì)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(píng)價(jià)

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(zhǔn)確，對(duì)于薄殼山核桃施肥效果的評(píng)價(jià)具有重要實(shí)踐意義。首先采用主成分分析法把16個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成4個(gè)綜合指標(biāo)，以此作為代表確定其權(quán)重，進(jìn)一步利用加權(quán)隸屬函數(shù)法求出各綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)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(jìn)[29]、蘋果矮化砧的篩選[18]、石榴Punicagranatum耐鹽性[30]等方面多有報(bào)道。該方法可消除單項(xiàng)指標(biāo)的片面性，能比較科學(xué)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(chǎn)實(shí)踐中，硝酸鋅成本較高，且不穩(wěn)定、不易儲(chǔ)存，因此多選用硫酸鋅或鋅的不同絡(luò)合物，或進(jìn)行多種微肥配施[16?17]。