核桃-玉米間作對核桃果實品質及產量的影響

葉春秀蘇康妮馬雨荷廖晨宇王寶慶虎海防

(1.新疆農業大學林學與園藝學院,烏魯木齊 830000;2.新疆林業學校,烏魯木齊 830000;3.新疆佳木果樹學國家長期科研基地,新疆溫宿縣 843100;4.新疆林業科學院,烏魯木齊 830000)

在新疆南疆地區,林農間作系統為農民增收、產業增效起到了積極有效的作用。目前南疆70% 左右的糧食、棉花等大田作物長期與果樹間作[1]。研究表明,在間作系統中造成農作物產量減少的主要原因是高大喬木的遮陰[2-5],低矮的間作物常受到林木冠層遮擋,可接受到光的質量有不同程度降低,從而使光合產物生產受到抑制,導致農作物產量下降[6]。另外,間作會影響植物根系對土壤中營養物質的吸收與利用,最終會影響果實品質。本試驗針對新疆特定的區域氣候條件,分析核桃-玉米間作模式下核桃和玉米的外觀及品質性狀指標,比較間作后兩個核桃品種和玉米的品質數據差異,以期闡明核桃-玉米間作對品質影響的原因,為南疆地區核桃、玉米間作栽培提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在新疆佳木果樹學國家長期科研基地進行,該地處于天山中部托木爾峰南麓,塔里木盆地西北的邊緣,臺蘭河灌區上游,屬于大陸性暖溫帶干旱氣候,年降水稀少,季節分配不均,晝夜溫差大。核桃園種植核桃品種分別為‘新新2’和‘溫185’,種植株行距4 m×5 m,南北向栽植,樹齡為9 a,玉米品種為‘鄭單958’(同年4月3日播種),間作園核桃行距中間采用條播方式播種玉米,核桃園肥水管理以常規管理為準,具體間作模式如圖1所示。

圖1 核桃-玉米間作模式間作區域測點分區示意圖Fig.1 Map of partition of walnut-corn intercropping area

1.2 測定指標及方法

1.2.1 核桃果實外觀品質及產量 以單株產量估算畝產,隨機取樣法分別對單作園和間作園的核桃進行采樣測產,去皮、自然曬干,然后計算平均單果質量,折合成單位面積產量,估算核桃畝產;利用游標卡尺測量兩個核桃品種單作園和間作園(玉米冠上層、冠下層)的鮮果三徑、去皮后的干果三徑、青皮厚、干果殼厚,利用千分之一電子天平稱取核桃鮮果質量、干果質量、外殼質量、果仁質量等指標。

1.2.2 玉米外觀品質及產量 采用5點取樣、等距隨機取樣法分別對單作園和間作園內玉米進行采樣測產,脫粒、自然曬干,稱量小區籽粒產量,然后折合成單位面積產量,估算玉米單產,并測量各小區玉米的株高、穗長、穗行數、行粒數和單穗粒質量。

1.2.3 核桃果實的內在品質 (1)出仁率:依據國標GB/T 20398-2006《核桃堅果質量等級》[7]測定成熟期核桃出仁率,測量方法為剝殼晾曬后凈核桃仁的質量與試樣的總質量之比,每個樣品重復3 次取均值。

(2)核桃仁的脂肪酸含量:利用型號為Agilent 7890B的氣相色譜儀,通過氣相色譜法,按照GB 5009.168-2016《食品中脂肪酸的測定》[8]測定成熟期核桃脂肪酸的組分及含量,每個樣品重復3 次取均值。

(3)核桃仁的單寧含量:利用比色法,依據國標GB/T 15686-2008《高粱單寧含量的測定》[9]測定成熟期核桃仁的單寧含量。

(4)核桃仁的脂肪含量:利用重量檢測法,以型號為DHG9240A 的干燥箱,依據國標GB 5009.6-2016《食品安全國家標準—食品中脂肪的測定》[10]測定成熟期核桃仁的脂肪含量。

(5)核桃仁的皂化值:利用容量法,依據國標GB/T 5534-2008《動植物油脂皂化值的測定》[11]測定成熟期核桃仁的皂化值(在規定條件下皂化1 g油脂所需要的氫氧化鉀毫克數)。

(6)核桃仁的蛋白質含量:利用FOSS凱式定氮儀,依據國標GB 5009.5-2016《食品安全國家標準—食品中蛋白質的測定》[12]測定成熟期核桃仁的蛋白質含量。

(7)核桃仁的過氧化值:利用容量法,依據國標GB 5009.227-2016《食品安全國家標準—食品中過氧化值的測定》[13]測定成熟期核桃仁的過氧化值。

(8)核桃仁的氨基酸含量:利用型號為S-433D 的氨基酸分析儀,依據國標GB 5009.124-2016《食品安全國家標準—食品中氨基酸的測定》[14]測定成熟期核桃仁的氨基酸含量。

使用Excel 2010和SPSS 19.0進行數據分析,采用單因素方差分析和獨立樣本t檢驗分析各處理間差異的顯著性,數據表示形式為“平均數±標準差”。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式下兩個核桃品種外觀品質及產量的差異

如表1所示,兩個品種在不同種植模式、不同采收期之間存在顯著差異(P＜0.05)。兩個品種采摘時間越靠后的樣品,干果和果仁質量越大。出仁率表示核桃果仁質量與全果質量的比值,兩個品種不同處理之間無顯著差異(P＞0.05),間作園的出仁率均高于單作園,且玉米冠下層的出仁率更高。受核桃冠層與玉米形成的遮陰影響,間作園內兩個核桃品種冠下層果實的鮮果質量、干果質量、殼質量、仁質量與單作園的差異均高于冠上層,并且冠下層的果實在成熟中后期干果質量和仁質量的增長率低于冠上層,說明遮陰越明顯對干物質積累影響越大。

表1 不同種植模式及不同采收期果實外觀品質差異性分析Table 1 Difference analysis of fruit appearance quality in different harvesting patterns of walnut

2.2 不同種植模式對玉米外觀品質及產量的影響

對比不同種植模式下玉米構成因素及產量可知(表2),單作玉米與間作玉米的穗長、行粒數和單穗粒質量存在極顯著差異(P＜0.01),間作玉米的穗長、行粒數和單穗粒質量顯著低于單作玉米。不同處理玉米的穗行數和單產不存在線性相關(P＜0.05),但間作明顯降低玉米的產量。可以初步推斷出,單作園玉米穗的生長狀況優于間作園,單作園玉米單株結穗數一般為2～3;間作園中距離樹體越近玉米長勢越差,其單株結穗數一般為1(圖2)。

圖2 不同種植模式、不同位點玉米及玉米穗長勢Fig.2 Growth patterns of maize and maize ear at different sites

表2 不同模式玉米產量及其構成因素Table 2 Comparison of corn yield and its constitutive factors in different patterns

2.3 不同種植模式對兩種核桃脂肪酸含量的影響

表3顯示,兩個核桃品種不同處理之間只在油酸含量上存在差異,兩個核桃品種均表現為冠上層油酸含量高于冠下層,遮陰越明顯油酸含量越低。4種脂肪酸中2個核桃品種均表現為亞油酸含量最高,占4種脂肪酸含量的60%多,同時這4種核桃的脂肪酸中只有亞油酸遮陰越明顯含量越高。

表3 不同模式核桃果實4種脂肪酸組分差異性分析Table 3 Analysis of differences of four fatty acid components in different types of walnut

如表4和表5所示,‘新新2’的4種脂肪酸含量不存在相關性,‘溫185’的油酸與亞油酸含量存在顯著負相關,相關系數為-0.99。

表4 ‘新新2’不同種植模式下核桃果實4種脂肪酸的相關性分析Table 4 Analysis of four fatty acids in different modes of‘Xinxin 2’walnut fruit

表5 ‘溫185’不同種植模式下核桃果實4種脂肪酸的相關性分析Table 5 Analysis of four fatty acids in different modes of‘Wen185’walnut fruit

2.4 不同種植模式對兩個核桃品種蛋白質、皂化值、脂肪、單寧、過氧化值的影響

不同種植模式下兩個核桃品種果實的蛋白質、皂化值、脂肪、單寧含量和過氧化值均不存在顯著差異(表6)。其中,兩個核桃品種與玉米間作均提高蛋白質含量,且冠下層蛋白質含量高于冠上層,說明與玉米間作有利于核桃蛋白質的合成,且遮陰越明顯越有利于蛋白質合成。兩個核桃品種與玉米間作均降低核桃皂化值,且冠上層皂化值高于冠下層,說明遮陰越明顯處皂化值越低。兩個核桃品種與玉米間作降低核桃脂肪含量,說明與玉米間作抑制核桃脂肪合成。同時,‘新新2’冠上層脂肪含量低于冠下層,說明遮陰越明顯脂肪含量越低。兩個核桃品種與玉米間作增加單寧含量,尤其間作園內兩個核桃品種冠上層單寧含量增長顯著。兩個核桃品種均表現為冠上層的玉米間作核桃過氧化值低于單作園,冠下層高于單作園。

表6 不同模式核桃果實蛋白質、皂化值、脂肪、單寧、過氧化值的差異性分析Table 6 Analysis of protein,soaponification value,fat,tannin and peroxidation content of walnut fruit

2.5 不同種植模式對兩個核桃品種氨基酸含量的影響

如表7所示,兩個核桃品種18種氨基酸總和均表現為間作園高于單作園,遮陰越明顯氨基酸含量總和越高。‘新新2’和‘溫185’的谷氨酸含量占比最高,且兩個核桃品種谷氨酸含量均表現為間作園高于單作園,遮陰越明顯谷氨酸含量越高,而甲硫氨酸占比最小,間作園玉米冠上層兩個核桃品種的甲硫氨酸含量與單作園差異不顯著,但遮陰越明顯(即玉米冠下層)甲硫氨酸含量越高。

表7 不同模式下核桃果實氨基酸含量Table 7 Amino acid content of walnut fruit in different patterns%

不同種植模式下‘新新2’和‘溫185’的18種氨基酸含量相關性分析見表8和表9,‘新新2’多為顯著正相關,‘溫185’多為顯著負相關。

表8 ‘新新2’不同種植模式下氨基酸含量相關性分析Table 8 Correlation analysis of amino acid content in different patterns of‘Xinxin 2’

表9 ‘溫185’不同種植模式下氨基酸含量的相關性分析Table 9 Correlation analysis of amino acid content in different patterns of‘Wen185’

2.6 不同種植模式對兩個核桃品種果實營養物質含量的影響

由表10可知,亞硫酸與蛋白質含量呈顯著正相關,相關性為0.83;亞硫酸與脂肪呈顯著負相關,相關性為-0.90;棕櫚酸與單寧含量呈顯著正相關,相關性為0.88。

表10 不同種植模式下核桃果實營養成分的相關性Table 10 Correlation of nutrient composition of walnut fruit in different patterns

3 討論

3.1 間作對核桃、玉米產量的影響

新疆核桃主要栽植在南疆的環塔里木盆地西南邊緣的綠洲內部,探討核桃與玉米間作對核桃果實品質的影響,對在核桃間作模式下如何保證核桃品質尤為重要。間作系統內的相互作用會影響間作物和核桃產量[15-19],黃麗等[20]采用靜態評價指標中的投入產出分析法,對喀什地區的澤普縣、葉城縣和和田地區的和田縣進行了核桃與糧食、棉花、瓜菜類作物間作經濟效益的研究,結果發現隨著核桃樹生長年限的增長,核桃的產量逐漸增加,間作作物的產量逐漸減少,但綜合經濟效益不斷增加;核桃與瓜菜類間作的效益高于核桃與其他作物間作。本研究表現為間作園核桃的產量低于單作園,間作物玉米的株高降低,結穗數少,產量降低,分析原因在于核桃樹齡為9 a生,能夠遮陰,且會隨著樹齡增加遮陰效果增大,影響間作物產量。另外,間作會使果樹與間作物間發生爭水、爭肥現象,產生養分競爭的關系,從而相互之間產量都受到影響,而低于單作園的產量[21]。

3.2 間作對核桃果仁內在品質的影響

間作在一定程度上提高了空間利用率,也增加了土地、光能、肥水等有限資源的利用效率,同時對間作物的內在品質產生不同影響,初步分析原因是因光能利用率、光合產物合成、遮陰效果帶來的差異,由此可以為不同種植模式的選擇和核桃采收時期等方面提供評價指標。不同間作模式會因間作物不同而使其內在品質含量存在差異,核桃仁中含有的18種氨基酸作為人體所需的重要脂肪酸,具有預防動脈硬化、抗衰老、以及防治心血管疾病等功效,是果糧間作效益評價的關鍵指標之一[22-23],余曉娥[24]研究表明,不同間作模式下18種氨基酸總和在核桃-棉花模式最高為15.00%,而核桃-正播玉米與核桃-冬小麥的氨基酸總和相等,為14.00%;4種模式中谷氨酸含量占比最大,核桃-棉花占3.22%,核桃-正播玉米占3.04%,核桃-冬小麥占3.02%,核桃單作占2.98%。而甲硫氨酸占比最小,核桃-冬小麥、核桃-正播玉米占0.18%,核桃-棉花與核桃單作占0.17%。本研究表明,核桃-玉米間作園油酸、硬脂酸含量降低,且遮陰越強受到影響越大,而亞油酸、棕油酸含量均增加,且遮陰越強亞油酸含量越高,但氨基酸總和差異不大。

4 結論

兩個核桃品種在不同種植模式下均表現出果實成熟初期到果實成熟后期的鮮果總質量、干果總質量及仁質量不斷升高;外觀品質在不同采收期存在顯著差異;4種脂肪酸除油酸外均不存在差異,與玉米間作對核桃4種脂肪酸的影響較小。18種氨基酸中氨基酸總和玉米-‘新新2’(冠下)模式最高。

以上結果說明,間作模式下均降低果實品質,具體表現為間作園出仁率均低于單作園,可以判斷核桃樹與間作物存在爭肥爭水現象;且間作園單寧含量均顯著高于單作園,表現為其苦澀味重、口感差;同時,兩個品種在不同種植模式下脂肪、蛋白質、氨基酸含量差異不大。因此可以判斷成年核桃園間作農作物會降低果實品質、產量及口感,建議成齡核桃園不進行間作。