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不同林龄板栗叶片矿质营养的季节变化及差异分析

李广会 郭素娟 谢鹏

李广会, 郭素娟, 谢鹏. 不同林龄板栗叶片矿质营养的季节变化及差异分析[J]. 浙江农林大学学报, 2014, 31(1): 37-43. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.01.006
引用本文: 李广会, 郭素娟, 谢鹏. 不同林龄板栗叶片矿质营养的季节变化及差异分析[J]. 浙江农林大学学报, 2014, 31(1): 37-43. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.01.006
LI Guanghui, GUO Sujuan, XIE Peng. Seasonal changes of mineral nutrients and difference analysis with chestnut leaves for different-age plantations[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2014, 31(1): 37-43. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.01.006
Citation: LI Guanghui, GUO Sujuan, XIE Peng. Seasonal changes of mineral nutrients and difference analysis with chestnut leaves for different-age plantations[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2014, 31(1): 37-43. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.01.006

不同林龄板栗叶片矿质营养的季节变化及差异分析

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.01.006
基金项目: 

国家林业公益性行业科研专项重大项目 201204401

"十二五"国家科技支撑计划项目 2013BAD14B0402

详细信息
    作者简介: 李广会,从事经济林(果树)栽培和利用理论与技术研究。E-mail:liguanghui2006033@163.com
    通信作者: 郭素娟,教授,博士,从事经济林(果树)栽培和利用理论与技术研究。E-mail:gwangzs@263.net
  • 中图分类号: S664.2

Seasonal changes of mineral nutrients and difference analysis with chestnut leaves for different-age plantations

图(2) / 表(1)
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-01-15
  • 修回日期:  2013-02-17
  • 刊出日期:  2014-02-20

不同林龄板栗叶片矿质营养的季节变化及差异分析

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.01.006
    基金项目:

    国家林业公益性行业科研专项重大项目 201204401

    "十二五"国家科技支撑计划项目 2013BAD14B0402

    作者简介:

    李广会,从事经济林(果树)栽培和利用理论与技术研究。E-mail:liguanghui2006033@163.com

    通信作者: 郭素娟,教授,博士,从事经济林(果树)栽培和利用理论与技术研究。E-mail:gwangzs@263.net
  • 中图分类号: S664.2

摘要: 以河北省迁西县不同林龄(8,12,20,30年生)板栗品种‘燕山早丰’Castanea mollissima ‘Zaofeng’为试材,通过测定不同物候期结果枝叶片主要矿质元素的质量分数并进行差异分析,研究了不同林龄板栗需肥规律及树体营养差异,旨为不同林龄‘燕山早丰’的营养诊断和科学施肥提供参考。结果表明:①不同林龄板栗对养分的需求规律一致,其中开花授粉期对氮、磷、钾、钙和硼与果实膨大期对氮、磷、钾、钙需求量较大;果实发育期间板栗对铁和锰的需求有持续增加的趋势;不同物候期板栗对铜和锰的需求量变化较小。②与8年生和12年生板栗相比,20年生、30年生板栗由于长期养分大量输出导致树体营养镁亏损,对此,生产上应适当增加镁肥(硫酸镁)施用量,及时补充板栗养分,以延长‘燕山早丰’的盛果期。③不同林龄‘燕山早丰’叶片主要矿质元素质量分数在幼果期(7月10日-8月10日)相对稳定,是采用叶分析法进行营养诊断的最佳采样期。

English Abstract

李广会, 郭素娟, 谢鹏. 不同林龄板栗叶片矿质营养的季节变化及差异分析[J]. 浙江农林大学学报, 2014, 31(1): 37-43. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.01.006
引用本文: 李广会, 郭素娟, 谢鹏. 不同林龄板栗叶片矿质营养的季节变化及差异分析[J]. 浙江农林大学学报, 2014, 31(1): 37-43. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.01.006
LI Guanghui, GUO Sujuan, XIE Peng. Seasonal changes of mineral nutrients and difference analysis with chestnut leaves for different-age plantations[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2014, 31(1): 37-43. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.01.006
Citation: LI Guanghui, GUO Sujuan, XIE Peng. Seasonal changes of mineral nutrients and difference analysis with chestnut leaves for different-age plantations[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2014, 31(1): 37-43. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.01.006
  • 板栗Castanea mollissima是中国具有较高经济价值的名特优农产品之一,因其栗实涩皮易剥离、含糖量高、糯性强等优点在国内外市场前景广阔。“中国板栗属京东,京东板栗属迁西”。河北省迁西县位于燕山南麓,因其独特的自然条件造就了迁西地区板栗绝佳的口感和风味,产量、品质均居全国首位,被誉为“中国名特优经济林京东板栗之乡”。通过科学选种和嫁接,该县培育了许多板栗优良品种,其中由于‘燕山早丰’Castanea mollissima ‘Zaofeng’的丰产性能及结果能力较好,在迁西板栗生产中占据主导地位。但由于‘燕山早丰’主要栽培在山区,生产中丰产栽培技术不配套,导致‘燕山早丰’的实际产量远未达到该品种所具有的理想产量,其中盲目施肥、树体营养失调是制约该地区板栗产业链发展的重要因素。关于板栗矿质营养的研究多集中在8~15年生板栗叶片矿质元素质量分数的年周期变化上[1-2],也有人对迁西‘燕山早丰’的需肥规律进行了初步研究[3],但关于不同林龄板栗品种‘燕山早丰’叶片矿质营养动态变化的研究还未见报道。另一方面,采用叶分析法进行营养诊断是果树养分管理的重要措施,国内外学者已对苹果Malus domestica[4-6],柑橘Citrus reticulata[7-8],杧果Mangifera indica[9-10]等的营养诊断进行了系统研究。本试验拟通过研究不同林龄板栗品种‘燕山早丰’叶片矿质营养含量的动态变化,探求不同林龄‘燕山早丰’需肥规律的差异,确定叶分析法的最佳采样期,旨为迁西不同林龄‘燕山早丰’的营养诊断和科学施肥提供参考。

    • 本试验样地位于河北省迁西县地区,39°57′~40°27′N,118°6′~118°37′E,该地区日照充足,年平均气温为10.1 ℃,年平均降水量约为800.0 mm,属于东部季风暖温带半湿润气候,为‘燕山早丰’的栽培和生产提供了优越的生长条件。试验选取迁西县优良品种‘燕山早丰’主产区的4个代表性栗园果庄子(8年生)、汉儿庄(12年生)、大东峪(20年生)、杨家峪(30年生)为采样区,土壤类型均为沙质壤土,栗园管理水平中等,秋季板栗采收后施加有机肥;春季树冠外围环状沟施板栗专用肥,深度为30~40 cm。

    • 叶片同化物的分配特点主要有就近运输、优先供应生长中心等。在果实发育期间,果实作为生长中心,与距离其最近健康叶片间存在较强的“库—源”关系,是光合产物与矿质营养的分配中心[11]。该部位叶片中矿质元素质量分数的变化特征反映了果实对矿质营养的需求状况,是板栗养分管理的重要依据。试验选取产量相对稳定、管理一致的‘燕山早丰’为目标采样树,分别于展叶期(2012-05-29),开花授粉期(2012-06-15),坐果期(2012-07-10),幼果期(2012-08-10),栗实膨大期(2012-09-05)采集结果枝上着生雌花或栗蓬节位的叶片,按对角线选取25株生长健壮无病虫害的板栗植株,于9:00-10:00采集树冠外围东、南、西、北的栗叶各1片,每次多点混合采叶不少于100片[12],每个时期样品均做3次重复,采后立即置于冰盒中及时送回实验室进行处理。

    • 所采‘燕山早丰’叶片在实验室按照自来水、体积分数为0.1%洗涤剂、自来水、去离子水(3遍)顺序冲洗后,用烘箱在105 ℃下杀青20 min,再置于80 ℃下烘干至恒量,粉碎过筛,混匀后密闭于样品袋中待测[13]。‘燕山早丰’叶片氮、磷、钾的联合测定:称取叶片样品约0.200 g,采用硫酸-过氧化氢法消煮,采用凯氏定氮法测定叶片全氮质量分数,采用钼锑抗比色法测定叶片全磷质量分数,采用原子吸收分光光度法(AAS)测定叶片全钾质量分数[14]。‘燕山早丰’叶片全钙、镁、铁、铜、锰、硼的联合测定:称取叶片样品约0.500 g,加浓硝酸-氯酸混合酸(8∶2)10 mL,放置过夜,然后继续加热消煮[15],采用AAS法测定叶片全钙、镁、铁、铜、锰质量分数,采用甲亚胺法测定叶片全硼质量分数[14]

      应用Excel 2010,SPSS 18.0对数据进行统计分析,采用Origin 9.0软件绘图。

    • 图 1所示:不同林龄板栗品种‘燕山早丰’结果枝叶片氮、磷、钾质量分数随物候期总体上均呈降低趋势。其中:氮和磷质量分数的变化趋势相似(图 1ab)。在展叶末期,不同林龄‘燕山早丰’树体的叶幕处于基本建成状态,叶片营养状况较好,3种矿质元素质量分数出现最大值。在开花授粉期,雄、雌花发育成为生长中心,尤其是雄花序的大量分化消耗了大量树体营养,导致叶片氮、磷、钾质量分数迅速下降,其中降幅最大的为钾质量分数(图 1c)。进入坐果期,‘燕山早丰’叶片氮和磷质量分数继续下降,钾质量分数有升高趋势。幼果期栗实干物质积累少,生殖生长和营养生长的矛盾得到缓和,‘燕山早丰’树体营养状况得到一定程度的恢复。该时期不同林龄板栗树体对氮、磷、钾元素的需求与坐果期相反,具体表现为叶片氮和磷质量分数升高,但钾质量分数轻微下降。进入栗实膨大期,‘燕山早丰’干物质积累主要集中在成熟前1个月,光合产物大量由栗叶转运到栗实[16],导致不同林龄‘燕山早丰’结果枝叶片氮、磷和钾质量分数迅速下降,尤其是氮和钾的降幅很大。试验表明:在‘燕山早丰’开花授粉期和栗实膨大期,不同林龄板栗对氮、磷和钾营养的需求较高;坐果期仍需大量氮和磷元素,但对钾的需求较少,但幼果期对氮、磷和钾养分的需求状况与坐果期相反。在本次试验中,由于不同林龄板栗林立地条件的差异,导致8年生板栗林叶片钾质量分数略低,但叶片钾质量分数的变化趋势与12年生,20年生、30年生板栗林相似。

      图  1  不同林龄板栗品种‘燕山早丰’叶片氮(a),磷(b),钾(c),钙(d)和锾(e)质量分数的动态变化

      Figure 1.  Dynamic changes of N(a), P(b), K(c),Ca(d),Mg(e) contents in leaves of chestnut plantations at different ages

    • 图 1d可以看出,不同林龄板栗品种‘燕山早丰’结果枝叶片钙质量分数总体呈升高趋势。在开花授粉期,‘燕山早丰’结果枝叶片钙质量分数迅速升高,表明这段时期树体对钙的需求较多。在栗实发育初期,叶片钙质量分数基本不变,栗蓬对钙的需求与板栗对钙的吸收量处于平衡状态。进入栗实发育中后期,特别是膨大期,叶片钙急剧升高,而且升幅较大。有研究[17]表明,钙与叶片的光合密切相关,钙质量分数升高可增强叶片光合作用以满足栗实干物质积累的需求。从展叶期到膨大期,不同林龄板栗结果枝叶片镁质量分数变化较为平缓,几乎不随物候期变化而改变,始终保持在6.0~7.0 g·kg-1左右(图 1e)。镁主要参与叶绿素合成,综合不同物候期叶片镁质量分数变化,表明在展叶后期该节位栗叶已发育成为成熟功能叶,而且此时树体新梢停止生长,随物候期变化树体对镁营养的需求处于稳定状态。

    • 图 2可以看出:不同林龄板栗品种‘燕山早丰’结果枝叶片铁和锰质量分数的变化趋势相似。在开花授粉期,铁和锰质量分数缓慢升高,进入果实发育期,迅速升高(图 2a图 2b)。在栗实发育期间,不同林龄‘燕山早丰’结果枝需要完成许多生理过程,如栗实发育、花芽生理分化等,需要结果枝叶片提供营养,导致该时期栗叶负荷加重,微量元素铁和锰均直接参与栗叶的光合作用过程,结果枝叶片保持较高的铁和锰质量分数,对于提高栗叶光合作用进而保证树体生长发育正常进行有重要作用。

      图  2  不同林龄板栗品种‘燕山早丰’叶片铁(a),锰(b),硼(c),铜(d)质量分数的动态变化

      Figure 2.  Dynamic changes of Fe(a), Mn(b), B(c),and,Cu(d) contents in leaves of chestnut plantations at different ages

      在开花授粉期,不同林龄板栗品种‘燕山早丰’结果枝叶片硼质量分数均急剧降低(图 2c),这与硼对板栗的生理作用密切相关,硼参与花粉萌发和花粉管生长,导致树体硼营养大量消耗;在栗实发育初期,树体对硼需求减少,栗叶硼质量分数得以恢复。在栗实膨大期,叶片硼质量分数迅速升高,膨大期栗叶负荷加重促进了树体对硼的吸收。不同林龄‘燕山早丰’结果枝叶片铜质量分数较低且变幅较小,在开花授粉期,栗叶铜质量分数呈升高趋势;在栗实发育期,铜质量分数略微降低(图 2d)。

    • 计算不同林龄板栗结果枝叶片各时期矿质元素质量分数的算数平均值,采用Duncan新复极差法进行差异显著性分析。结果表明(表 1),12年生、20年生、30年生板栗结果枝叶片主要矿质元素质量分数的均值差异均不显著(P>0.05),但与12年生、20年生、30年生板栗相比,8年生板栗叶片氮、磷、镁、铜质量分数的均值表现出不同程度的差异,尤其是镁,8年生板栗结果枝叶片镁质量分数显著(P<0.05)高于20年生、30年生板栗。造成这种差异的原因可是因为8年生板栗还处于盛果初期,而20年生、30年生板栗已长期处于盛果期,长期大量的养分输出降低了20年生、30年生板栗镁营养。

      表 1  不同林龄板栗品种‘燕山早丰’叶片主要矿质元素质量分数比较

      Table 1.  Comparison of the mineral element contents in leaves of chestnut plantations at different ages

      林龄氮/(g·kg-1)磷/(g·kg-1)钾/(g·kg-1)钙/(g·kg-1)镁/(g·kg-1)铁/(mg· kg-1)锰/(mg·kg-1)铜/(mg· kg-1)硼/(mg· kg-1)
      30年生19.608 ab1.178 ab5.559 a12.456 a6.308 b646.457 a481.748a13.853 ab49.983a
      20年生20.513 a1.260 ab5.520 a13.500 a6.621 b710.126 a639.631a13.874 ab46.803a
      12年生19.839 ab1.314 a5.440 a12.932 a6.868 ab679.082 a558.982a14.379 a51.234a
      8年生17.531 b1.105 b4.299 a14.278 a7.226 a740.037 a700.451a13.025 b
      P0.1100.0600.1790.7670.0230.3860.4450.0850.938
      说明:同列数据后不同小写字母表示不同林龄间差异达5%显著水平。
    • 本次试验主要是从定性的角度研究了板栗品种‘燕山早丰’结果枝上着生雌花或果实节位的叶片主要矿质元素质量分数变化,揭示了树体对主要矿质营养的需求特征。由于4类林龄板栗样地的土壤肥力基本一致,在板栗品种相同的前提下,随着物候期的变化,不同林龄结果枝叶片主要矿质元素质量分数的变化规律基本一致;但由于‘燕山早丰’树龄的不同,板栗叶片主要矿质元素质量分数表现出一定的差异。不同林龄‘燕山早丰’结果枝叶片氮、磷、钾质量分数随物候期均呈降低趋势,尤其在开花授粉期和栗实膨大期。在开花授粉期,雌花氮、磷、钾质量分数升高[18],膨大期栗实总糖、淀粉大量积累[16],导致结果枝叶片氮、磷、钾质量分数急剧降低。此外,试验发现在坐果期不同林龄‘燕山早丰’树体对氮和磷的需求量仍较大,坐果期应追施氮和磷矿质元素,因此在开花授粉期适当加大追肥量,以满足授粉期和坐果期板栗树体对氮和磷养分的需求。

      钙离子(Ca2+)不仅是植物正常生长发育必需的大量矿质营养,也是偶联胞外信号与胞内生理变化的第2信使[19-21]。‘燕山早丰’的开花具有明显的季节性,由于栗叶是感应外界环境刺激最重要的器官,开花授粉期叶片钙质量分数升高有利于树体感应环境刺激进行信号传导,保证雄、雌花发育的正常进行。钙离子是花柱基质中引导花粉管生长的重要矿质元素,有调控花粉管定向生长的作用[22],与板栗的授精过程密切相关。另一方面,钙离子能增强栗叶的光合作用,提高叶片气孔导度,削弱气孔性因素对栗叶光合作用的限制[17],在栗实膨大期,干物质迅速积累,但此时期正处于高温少雨季节,保证树体钙营养供应可增加光合产物对栗实的供应。因此,在‘燕山早丰’开花授粉期和栗实膨大期,应预防板栗树体缺钙,以保证授粉受精和干物质积累的正常进行。此外,适量增施钙肥可有效减少果实采后病害,提高栗实耐储性[23]

      硼对果树花粉萌发和花粉管生长有促进作用,而板栗花粉萌发需硼浓度比其他果树更高,若土壤或板栗树体缺硼,板栗将授粉受精不良,导致出现空苞[24]。铜元素对花器官分化有促进作用[25],在栗实发育期间板栗结果枝叶片铜质量分数表现为下降趋势,但铜与板栗雄花分化之间的关系还需进一步研究证实。从‘燕山早丰’展叶期到栗实膨大期,栗叶锰和铁质量分数均升高,表明整个生长季‘燕山早丰’树体都需要充足的铁和锰营养,尤其在栗实发育后期要适当补充锰和铁营养,最大限度延长栗叶的光合时间,为‘燕山早丰’花芽分化和栗实膨大提供充足营养[26]

    • 在板栗生产中,普遍通过嫁接的方式促进板栗提前结实。根据板栗丰产林国家标准,8年生板栗嫁接林还处于盛果初期,10年生以上嫁接板栗林已处于盛果期,这2类板栗林地的产量有较大差距。12年生、20年生、30年生板栗结果枝叶片主要矿质元素质量分数差异均不显著,但8年生板栗叶片镁质量分数显著高于20年生、30年生板栗。由于镁是板栗叶绿素的组成元素,若板栗树体缺镁,则板栗不能正常进行光合作用,导致板栗产量降低;此外,以离子状态存在的镁也是许多代谢酶的活化剂,因此镁与板栗产量直接相关。根据这一现象,推测由于20年生、30年生板栗养分输出长期高于8年生板栗,但生产上不同林龄栗园的施肥量通常只采用1个标准,这可能是导致板板栗树体衰老的原因之一。镁在树体内是一种可移动的矿质元素,缺镁时,板栗叶片常表现出老叶先失绿的症状。因此,对于20年生、30年生板栗,生产上应适当增加镁肥(常用硫酸镁)施用量,及时补充板栗养分亏损,以延长盛果期。

    • 叶分析法是果树营养诊断的重要手段。研究表明叶片养分变化平缓期是最佳采样期[27-28]。由于板栗在营养诊断方面的研究还属于空白领域,而营养诊断研究中采样时期的确定是基础。根据不同林龄板栗叶片各矿质元素质量分数在不同时期的变化趋势,试验发现:在幼果期(7月10日-8月10日)栗叶主要矿质元素质量分数的变化相对平缓,可初步确定为不同林龄板栗‘燕山早丰’林的营养诊断期,这与盖素芬等[27]对其他板栗品种的研究结果大致相同。

参考文献 (28)

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