文章信息
- 浦俊, 徐福利, 王渭玲
- Pu Jun, Xu Fuli, Wang Weiling
- 保墒措施对临猗梨枣叶片矿质元素含量和产量的影响
- Effects of Three Soil Moisture Conservation Measures on Dynamics of Mineral Nutrition Elements in Ziziphus jujuba ‘Linyilizao’ Leaves and Its Yield
- 林业科学, 2014, 50(7): 8-16
- Scientia Silvae Sinicae, 2014, 50(7): 8-16.
- DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140702
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文章历史
- 收稿日期:2013-09-11
- 修回日期:2014-03-11
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作者相关文章
2. 西北农林科技大学 中国科学院水利部水土保持研究所 杨凌 712100
2. Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resource Northwest A&F University Yangling 712100
枣(Ziziphus jujuba)原产我国,为鼠李科(Rhamnaceae)枣属(Ziziphus)植物(曲泽洲等,1993)。临猗梨枣(Ziziphus jujuba ‘Linyilizao’)是枣的一个重要鲜食品种(下简称梨枣),种植在生态环境脆弱、自然灾害频繁、水土流失和土地退化严重的陕北黄土高原丘陵区,不仅可以绿化荒山、抵抗自然灾害、保持水土,而且可以提高农民的经济收入(高学田等,2004; 杨庆实,2006)。丘陵山地土壤贫瘠,干旱严重,制约梨枣生长,产量与品质低,严重影响了梨枣产业化发展和当地经济发展。而改善梨枣生长状况的一个关键技术就是综合调控 “土壤-植物”系统中水分、养分等的运移、贮存、转化,以达到增加产量、节约水肥资源、提高环境质量的目的。
枣树营养和施肥研究主要集中在叶片矿质营养含量动态,施肥配比与产量、品质的关系,氮素的吸收、分配及利用特性等方面。张彤彤等(2012)研究了滴灌条件下梨枣叶片中N,P,K含量动态。柴仲平 等(2011a; 2011c)研究了N,P,K不同配比滴灌施肥对灰枣(Ziziphns jujuba ‘Huizao’)中矿质元素含量、产量与品质的影响及其施肥效应。研究了滴灌条件下陕西梨枣N,P,K施肥效应。在水分管理方面,梨枣滴灌能达到节水高产的效果(张陆军等,2010),并提高梨枣食用品质(于金刚等,2010),同时能够提高肥料利用率,起到节水作用(隋岩等,2011)。秸秆覆盖有减少土壤蒸发、提高土壤含水量、调节地温、增产等作用,覆盖处理比无覆盖处理显著提高了作物产量和水分利用效率(Vos et al., 1995,牛涛等,2008)。孙盛辉(2005)研究认为,鱼鳞坑有拦蓄坡面径流、沉淀泥沙的作用。王晶等(2012)认为鱼鳞坑整地能改变地形而缩短径流线,提高入渗和减小径流量,强化降水的就地拦蓄和入渗,从而使土壤含水量显著提高。
植物的矿质营养成分是反映植物在一定生境下从土壤中吸收和蓄积矿质养分的能力,研究植物的矿质营养成分及其季节变化对揭示树种的营养需求有重要意义。然而,在陕北地区对枣的研究还局限在N,P,K等元素方面,将保墒措施与植物矿质营养成分相结合的研究尚未见报道。为此,本文采用N,P,K配施,以及滴灌处理、秸秆覆盖处理和鱼鳞坑处理,结合室内植物矿质营养成分分析,研究陕北地区保墒措施对山地梨枣的影响,为陕北丘陵区对其水肥管理提供参考,指导人们适时适量地施肥,满足梨枣最佳生长需要,以达到节省肥料、保护环境、提高经济效益的目的。
1 试验地概况与研究方法 1.1 试验地概况试验地位于陕西省榆林市米脂县银州镇孟岔村西北农林科技大学集雨微灌山地红枣示范基地,37°43′—38°08′N,100°15′—110°16′E,为典型的黄土丘陵沟壑区,水土流失严重。本区属中温带半干旱性气候,全年雨量不足,气候干燥。1976—2009年平均降水量为414.3 mm,降水年际变化率为17.3%,季节性分布不均匀,4—6月降水量少,且多为10 mm以下的无效降雨,而6—9月则占到降水量的74.3%左右,且多以暴雨形式出现,强度大,每年有相当一部分雨水流失。试验地土壤类型为黄绵土,土壤密度1.21 g·cm-3,0~60 cm有效铁6.13 mg·kg-1,有效锰5.86 mg·kg-1,有效铜0.74 mg·kg-1,有效锌0.12 mg·kg-1,有效钙8 857 mg·kg-1,有效镁227 mg·kg-1。2010年和2011年降雨量如表 1,土壤基础肥力如表 2。
本试验为长期定位施肥试验。试验于2007年4月20日开始布置,供试品种为8年生(2010年时的树龄)山地矮化密植梨枣,树势基本一致,栽植密度1 650株·hm-2(2 m×3 m)。试验采用N,P,K配施,其中N 180 kg·hm-2,P2O5 225 kg·hm-2,K2O 250 kg·hm-2(张彤彤,2012)。N肥用尿素(N 46%),P肥用过磷酸钙(P2O5 12%),K肥用硫酸钾(K2O 51%)。施肥采用穴施的方法:在树冠下两侧距树体主干30~50 cm处挖深20~30 cm、宽40 cm的沟穴,将肥料与部分土充分混合后撒入穴内,覆土填平。于2010年4月15日、 2011年4月25日将施肥方案中全部P肥和K肥、50%N肥以基肥施入,剩余的50%N肥在2010年7月25日和2011年7月25日以追肥施入。滴灌措施为:山地鱼鳞坑滴灌,即进行施肥后第1次灌水,后2次灌水分别于6月12日(萌芽展叶期)和7月20日(果实膨大期)进行。每株梨枣树布置2个滴头,出水量为3 L·h-1,单次灌水80 L(张陆军等,2010); 鱼鳞坑里保墒区覆盖材料为玉米秸秆,平均每株树覆盖5 kg秸秆,大小为以树干为圆心、0.5 m为半径的圆形面积。鱼鳞坑模式为传统积水鱼鳞坑。
试验共设计6个处理,分别为:A.滴灌+施肥; B.滴灌; C.秸秆覆盖+施肥; D.秸秆覆盖; E.施肥; F.对照(除鱼鳞坑外,未采取其他措施)。不同处理之间相隔3 m。采用完全随机设计,每个处理3株梨枣,单株小区,每株3次重复。
1.3 样品采集与测定方法叶片采集:试验期间定期采取梨枣叶片,分别于2011年6月6日(萌芽展叶期)、6月26日(开花坐果期)、7月11日(幼果期)、7月25日(果实膨大期)、8月9日(熟前速长期)、8月27日(白熟期)、9月11日(着色期)、9月26日(脆熟期)取样,共计8次。
取样方法:在梨枣树冠东、西、南、北4个方位分别采集树体外围中上部的发育枝枣吊中部健康叶,每株30~35片,每小区组成混合样。将新鲜样品用蒸馏水迅速冲洗干净,经105 ℃杀青10 min,75 ℃烘干至恒质量,称量。干燥样品用不锈钢粉碎机粉碎混匀,过0.5 mm筛后装入自封袋,贴好标签,用于测定养分含量。
养分测定:叶片中的全N采用全自动定氮仪-K9860测定; 全P采用紫外-可见光光度计UV-2450/2550用钼锑抗比色法测定; 全K采用M410火焰光度计测定; Ca,Mg,Fe,Mn,Zn,Cu经1 mol·L-1 HCl浸泡(24 h)处理后,用原子吸收分光光度计-4530F测定。土壤养分测定采用常规农化分析方法(鲍士旦,2000),其中有效态Fe,Mn,Cu,Zn采用二乙基三胺五乙酸(DTPA)浸提(鲁如坤,2000)后用原子吸收分光光度计(-4530F)测定,有效态Ca,Mg经乙酸铵溶液浸提后用原子吸收分光光度计测定(姚丽贤等,2006)。室内分析测试每个样品,3次重复。
产量:枣果成熟之后,采用单株单收方法,每次采摘果实都做记录,直至小区果实采摘结束,计算单株产量并换算成总产量。
土壤含水量:采用土钻法,每隔10 cm取1次土样,取至1 m,灌水24 h后开始测定,以后每隔15天左右测定1次,雨后加测含水量。
试验数据的统计分析采用Microsoft Excel 2010处理。
2 结果与分析 2.1 土壤平均含水量0~60 cm土壤平均含水量如图 1 所示。滴灌+施肥(A)处理后土壤含水量升高,在4月27日—7月15日之间持续高于其他处理,然后下降至与其他处理接近。7月21日(果实膨大期)后由于持续降雨,导致各处理含水量均较高。
梨枣叶片N含量季节动态变化如图 2a所示。叶片全 N 在梨枣生长前期含量高,随着枣果发育含量逐渐降低,在果实成熟期全N含量快速降低。萌芽展叶期(6月6日),滴灌+施肥(A)处理叶片全N含量显著高于其他处理,在生长过程中一直保持最高,说明滴灌下N的吸收要优于其他处理。从 6 月 6 日开始,随着枣果生长,叶片 N 含量迅速减少,直到幼果期(7月11日),9 月中下旬,叶片 N 含量明显下降。叶片 N 素含量变化最明显的时期在枣树开花期,即 7 月 11 日之前,这一时期是N素营养的敏感期。
叶片全P在梨枣生长前期含量高,在果实成熟期之前,各处理中全P含量变化相近(图 2b)。滴灌+施肥(A)处理叶片全P含量最高,其次为滴灌(B),这说明滴灌下施肥或不施肥都能显著提高梨枣叶片全P含量。秸秆覆盖(D)和对照(F)中,果实成熟期全P含量出现大幅降低,之后又升高。叶片P含量变化最明显的时期也出现在枣树开花期,即 7 月 11 日之前,这一时期是P素营养的敏感期。
梨枣叶片全K含量变化复杂,总体上是先升高后降低(图 2c)。除秸秆覆盖(D)处理外,各处理中全K含量在开花坐果期(6月26日)或果实膨大期(7月11日)达到最大,随后开始降低,在果实成熟期(9月26日)达到最低。在开花坐果期,滴灌+施肥(A)及滴灌(B)、施肥(E)、秸秆覆盖+施肥(C)处理叶片全K含量上升到比较接近的水平,之后下降幅度差异较大。秸秆覆盖(D)处理叶片全K含量一直降低。滴灌+施肥(A)和滴灌(B)处理全K含量在各个时期都较高。果实膨大期(7月25日),滴灌(B)、施肥(E)、秸秆覆盖(D)和对照(F)处理,全K含量出现明显降低,之后又迅速升高。
2.2.2 不同保墒措施对梨枣叶片Ca,Mg,Zn,Fe,Mn,Cu 季节累积动态的影响不同节水措施条件下,梨枣叶片中Ca含量随生长呈不断增加的趋势,在着色期—脆熟期(9月中下旬)增加量减少且保持平稳(图 3a)。在滴灌条件下,无论施肥还是不施肥处理的Ca元素含量均较低,呈相似的变化趋势,不施肥处理的Ca含量略高于施肥处理,除了6月26日、8月9日以外,Ca含量均无明显差异; 在秸秆覆盖条件下,梨枣叶片Ca含量无明显差异,但不施肥处理Ca含量略高于施肥处理; 在鱼鳞坑条件下,不施肥处理Ca元素含量显著高于施肥处理。在相同的施肥条件下,果实成熟期,梨枣叶片Ca含量大小顺序为:秸秆覆盖(D)>对照(F)>滴灌(B),且三者差异显著,说明秸秆覆盖更有利于梨枣叶片对Ca元素的吸收。
在各处理中,梨枣叶片中Mg含量在萌芽展叶期(6月6日)上升较快,随后变化相对平稳,于熟前速长期(8月9日)达到最高,之后开始下降并保持稳定(图 3b)。秸秆覆盖(D)处理Mg含量明显降低。熟前速长期—白熟期(8月9日—8月27日)Mg含量降低,并一直保持稳定。在各生长期,滴灌+施肥(A)处理显著提高了Mg含量,滴灌(B)处理的Mg含量也显著高于其他处理,说明滴灌下无论施肥还是不施肥都促进了梨枣叶片对Mg的吸收。
Zn含量在各处理中呈先下降后上升再下降的趋势(图 3c)。在萌芽展叶期(6月6日),秸秆覆盖+施肥(C)、滴灌+施肥(A)和施肥(E)处理显著提高了Zn含量。在3种保墑措施,施肥对Zn含量的提高作用明显。幼果期—果实膨大期(7月11日—7月25日),各处理中Zn含量最低,说明此时Zn已经从叶片中大量转移出去,树体需要大量的Zn元素,随着枣果的生长,熟前速长期—白熟期(8月9日—8月27日)的Zn含量较为稳定,在着色期—脆熟期(9月11日—9月26日)出现明显降低。秸秆覆盖+施肥(C),滴灌+施肥(A)和施肥(E)处理在萌芽展叶期(6月6日)Zn含量均最高,而在后期的生长中,施肥(E)处理保持了最高的Zn含量,对Zn吸收的促进作用更加明显。
各处理中梨枣叶片Fe含量在开花坐果期(6月26日)均最高,之后降低,一直到白熟期(8月27日)才出现含量的升高(图 3d)。在3种保墒措施下,施肥处理均能提高Fe含量,以滴灌+施肥(A)处理对Fe含量的提高最明显,且比其他处理长,对照(F)处理中Fe含量呈降低的趋势,且至开花坐果期也没有出现Fe含量的升高。
在各处理中,Mn含量随枣果生长不断增加(图 3),滴灌+施肥(A)处理对Mn的提高作用最明显,在整个生长期,滴灌+施肥(A)处理的Mn含量最高,其次是滴灌(B)。2种处理中,Mn含量均在果实膨大期开始稳定,说明滴灌条件下水和肥的相互作用对Mn的吸收起到了重要作用。
各处理中Cu含量呈现相似的变化趋势(图 3f),先减小,后升高,再减小,最后升高并保持一定的稳定。在开花坐果期(6月26日),梨枣叶片中Cu含量显著降低后升高,在幼果期—熟前速长期(7月11日—8月9日)Cu含量显著降低后再升高,进入白熟期后变化不大。在果实成熟期之前,应注意防止树体缺乏Cu元素。在梨枣整个生长期,滴灌+施肥(A)处理都显著提高了Cu含量,其中萌芽展叶期(6月6日)提高作用最为明显,说明滴灌下水和肥的相互作用促进了Cu的吸收。
N,P,Zn,Cu,Fe含量在萌芽展叶期—果实膨大期出现大幅下降,可能是由于该期间枣吊和叶片的迅速生长稀释了这些元素的含量。
3种保墒措施中,叶片N,P,K的含量逐渐降低,这与苹果梨(Pyrus pyrifolia cv.‘Pingguoli’)叶片(陈艳秋等,2000)、核桃(Juglans regia)叶片(郭向华等,2011)、秋茄树(K and elia c and el)叶片(Wang et al., 2003)中N,P,K的变化相似。N,P,K,Mg,Zn在果实成熟期—落叶期都有减小的现象,这可能是元素向枣果中转移,或是因为衰老的叶片在凋落前将元素转移到多年生的器官中,以减少矿质元素通过调落物的分解,为来年新生叶生长提供必需的养分(Del et al., 1991),从而降低了植物群落对土壤养分库的依赖性(Sollins et al., 1980; Lim et al., 1986),同时提高对已吸收养分的利用效率(Pugnaire et al., 1993)。
2.3 梨枣叶片不同元素的相关性分析不同保墑措施元素间的相关性见表 3。叶片N与K,Cu含量呈正相关,与P和Zn含量呈极显著正相关,与Fe含量呈负相关,与Ca,Mn含量呈显著负相关,与Mg含量呈极显著负相关。叶片P与Ca,Fe含量呈负相关,与Mn含量呈显著负相关,与Mg含量呈极显著负相关,叶片P与K,Cu含量呈正相关,与Zn,N含量呈极显著正相关。叶片K与P,Fe,Zn,N含量呈正相关,与Mg,Cu含量呈负相关,与Ca,Mn含量呈极显著负相关。
秸秆覆盖条件下,叶片N与P,Fe,Zn含量呈正相关,与K含量需显著正相关。叶片P与Cu,Fe,N,K含量呈正相关,与Zn含量呈显著正相关,与Mg含量呈显著负相关,与Ca,Mn含量呈极显著负相关。叶片K与叶片P,Fe,Zn含量呈正相关,与N含量呈显著正相关,与Mg,Cu含量呈负相关,与Ca,Mn含量呈极显著负相关。
在施肥处理中,叶片N与Fe,Zn含量呈正相关,与K,P含量呈显著正相关,与Ca,Mn,Mg,Cu含量呈负相关。叶片P与K,Fe,Zn含量呈正相关,与N呈显著正相关,与Cu,Mg呈负相关,与Mn呈显著负相关,与Ca含量呈极显著负相关。
在滴灌+施肥及滴灌处理中,N,P,K与Ca,Mn,Mg含量呈显著或极显著负相关,滴灌对N,P,K含量的提高将导致Ca,Mn,Mg含量的降低,使用滴灌时,应注意观察Ca,Mn,Mg的缺素症状,缺素时通过叶面喷施补充,但施用量等还需进一步研究。
在不同保墒措施中,元素之间的相关程度不同。2个元素的含量在某些处理中相关显著,而在其他处理中则不显著。如N,P在秸秆覆盖、施肥、滴灌、滴灌+施肥处理中呈显著或极显著正相关,而在秸秆覆盖+施肥、对照处理中则相关不显著。同样的现象出现在N-Ca,N-Mn,N-K,N-Mg,N-Cu,N-Zn,P-Ca,P-Mn,P-K,P-Mg,P-Cu,P-Fe,P-Zn,K-Ca,K-Mn,Ca-Mg,Ca-Cu,Ca-Fe,Mg-Mn,Mg-Zn,Fe-Mn中。说明水分条件和配方施肥在影响梨枣叶片的矿质元素吸收与积累时产生协同或拮抗作用。
2.4 不同处理对梨枣产量的影响滴灌+施肥(A)处理梨枣产量最高,达到27 412.86 kg·hm-2。不同保墒措施下,施肥处理梨枣产呈均高于其对照,且差异显著。其中,滴灌+施肥(A)与滴灌(B)、秸秆覆盖+施肥(C)、秸秆覆盖(D)、施肥(E)、对照(F)相比,产量分别提高了47.47%,58.53%,138.91%,72.75%和143.67%。各处理产量按大小顺序排序为:滴灌+施肥(A)>滴灌(B)>秸秆覆盖+施肥(C)>施肥(E)>秸秆覆盖(D)>对照(F)(图 4)。
不同水分条件影响土壤养分的有效性,也影响作物生长及养分的吸收、转运、转化和同化(Li,1999; Ohashi et al., 2000; 吴海卿等,2000)。本研究中,不同保墒措施梨枣叶片矿质营养元素含量、元素相关程度以及产量有不同的表现。
滴灌条件下施肥提高了梨枣叶片元素含量和产量,其效果优于其他保墒措施,滴灌可作为该地区适宜的水分补充形式。
Ca是植物体内重要的信号传递物质,参与干旱信号的传递(关军锋等,2001)。Ca含量在对照中最高,而在滴灌+施肥及滴灌处理中含量最低,从4月底—7月中旬,对照处理土壤含水量持续低于滴灌处理,Ca含量的不同,可能是因枣树对水分条件的不同响应造成的,其机制有待进一步研究。
秸秆覆盖能抑制土壤蒸发,有利于提高产量和作物水分利用效率(朱自玺等,2000; 陈素英等,2005),同时还能提高肥力,抑制杂草生长(江永红等,2001)。本研究表明: 秸秆覆盖+施肥相对于秸秆覆盖更有利于叶片各元素含量和产量的提高,在滴灌+施肥与滴灌、施肥与对照处理中也有相同的结果,秸秆覆盖、滴灌能改善土壤水分状况。黄土丘陵区坡地枣园土壤肥力低,保肥、保水性差(闫亚丹等,2009)。在枣园采用秸秆覆盖时,配合肥料的施用能提高叶片矿质元素含量及梨枣产量。水肥耦合能使水肥产生协同作用,达到“以水促肥”、“以肥调水”的作用(梁运江等,2003)。王巧仙等(2013)研究表明水肥耦合能提高肥料利用率,提高梨果实品质指标。安华明(2007)研究表明水肥耦合能显著提高柑橘(Citrus reticulata)产量,增加了柑橘树体对肥料的吸收利用。胡安焱等(2010)在滴灌条件下对新疆干旱区红枣的研究表明:水对生育期红枣产量的效应大于肥料,水肥合理时,其交互效应使红枣产量明显增加。
对作物及果树水肥耦合的研究主要是产量和品质对水肥耦合效应的响应(温利利等,2012; 谢迎新等,2007; 朱德兰等,2004; 王进鑫等,2004; 柴仲平等,2011a; 柴仲平等,2011b)。本研究侧重于梨枣叶片中9种矿质元素季节动态、相关性和梨枣产量对不同水肥条件的响应,从梨枣叶片营养方面分析陕北丘陵区不同保墒措施的特点,初步证实梨枣叶片矿质营养元素动态和产量受到不同水肥条件的影响。不同水分条件下,N,P,K与水的耦合作用对梨枣叶片矿质元素季节动态及产量的影响还需进一步研究。
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