陇东黄土高原长富2号果园土壤营养状况及对果实品质的影响

Soil nutrient status and its effect on fruit quality of Nagafu 2 orchard in Longdong Loess Plateau

摘要

目的 了解陇东黄土高原苹果园土壤营养状况及其对果实品质的影响。 方法 采集测定了庆阳地区12个长富2号果园的土壤样品及果实，并对土壤营养状况及果实品质进行测定，运用相关性分析和回归分析方法，探讨陇东黄土高原果园土壤营养状况以及果实品质对土壤养分的响应。 结果 庆阳地区果园土壤全氮平均值为4.03 g/kg，含量充足。土壤有机质、全钾平均值分别为14.40 g/kg、4.45 g/kg，含量较低，应及时补充有机肥、钾肥。土壤pH平均值为7.93，属弱碱性土壤。土壤含盐量为1.13~1.81 g/kg，平均值为1.52 g/kg。相关性分析表明，土壤有机质与葡萄糖、蔗糖、可溶性固形物、可溶性糖呈正相关。土壤全钾含量与单宁呈显著性负相关，与果糖、蔗糖、可溶性固形物、可溶性糖呈正相关。土壤全铜含量与蔗糖、可溶性固形物、可溶性糖均呈显著性负相关。 结论 庆阳地区土壤氮含量处于丰富水平，土壤有机质、全磷、全钾属低水平。土壤有机质主要影响果实中的可溶性固形物、可溶性糖含量，土壤全钾含量主要调控果实的中单宁、果糖。通过回归分析发现影响陇东黄土高原地区果实品质的土壤因子主要是土壤有机质、全钾含量，在果园管理栽培过程中应及时补充有机肥和钾肥。

Abstract

Objective To understand the soil nutrient status of apple orchards in the Loess Plateau of Eastern Gansu and its effect on fruit quality. Method Soil nutrition and fruit quality of 12 Nagafu 2 orchards in Qingyang area were collected and measured.The soil nutrition status of orchards in the Loess Plateau of Eastern Gansu and the response of fruit quality to soil nutrients were discussed using correlation analysis and regression analysis methods. Result The average value of total nitrogen in orchard soil in Qingyang area is 4.03 g/kg，which is sufficient.The average values of soil organic matter and total potassium are 14.40 g/kg and 4.45 g/kg respectively，which are low.Organic fertilizer and potassium fertilizer should be added in time.The average value of soil pH is 7.93，which belongings to weakly alkaline soil.Soil salt content is between 1.13 and 1.81 g/kg，with an average of 1.52 g/kg.Correlation analysis showed that soil organic matter was positively correlated with glucose，sucrose，soluble solids and soluble sugar.Soil total potassium content was significantly negatively correlated with tannin，and positively correlated with fructose，sucrose，soluble solids and soluble sugar.Soil total copper content was significantly negatively correlated with sucrose，soluble solids and soluble sugar. Conclusion The content of soil nitrogen in Qingyang area at the rich level，and the content of soil organic matter，total phosphorus and total potassium is low.Soil organic matter mainly affects the content of soluble solids and soluble sugar in fruits，and the content of soil total potassium mainly regulates tannin and fructose in fruits.Through regression analysis，it was found that the soil factors affecting fruit quality in Longdong Loess Plateau were mainly soil organic matter and total potassium content.Organic fertilizer and potassium fertilizer should be added in time in the process of orchard management and cultivation.

Graphical abstract

关键词

苹果 / 庆阳地区 / 长富2号 / 土壤营养 / 品质指标

Key words

apple / Qingyang area / Nagafu 2 / soil nutrition / quality index

陇东黄土高原地区是我国苹果的优质产区，同时也是全国优质红富士苹果最佳适生区。土壤养分是影响苹果产量和品质的关键因子，土壤有机质及植物必需的氮磷钾等元素是衡量果园土壤肥力的重要指标^［1-2］。太行山片麻岩区新垦苹果园中含有丰富的氮、磷、钾，缺乏钙、锌等元素，铁和速效钾是影响果实内在品质的主要因素^［3］。张丽娜等^［4］研究发现，黄土高原的果园深层土壤表面形成明显积聚，其中土壤氮、磷含量缺失，土壤速效钾含量丰富。张强等^［5］研究发现，黄土高原苹果产区应提高土壤氮、钾、铁含量，降低果园土壤pH改善果实品质；郭全恩等^［6］对甘肃省干旱地区果树叶片营养诊断发现N、Fe、Zn、Cu 4种元素过量，P元素含量适宜，K、Mn 2种元素明显缺失。

国内果园由于施肥的盲目性和随意性，严重破坏土壤结构，出现养分不平衡、肥料利用率低下等现象^［7］，且高成本施肥不仅降低经济效益，而且造成环境污染。发达国家苹果果园的施肥量普遍较低，N、P₂O₅和K₂O的推荐施用量分别为150~200、100~150和150~200 kg/hm^2［9-10］。陇东黄土高原是我国苹果的优质产区之一，对该地区苹果园土壤营养与果实品质指标相关关系的研究较少。本试验选取了庆阳地区的不同果园作为比较，通过进行果园的土壤营养和果实品质分析，为该区域苹果园的合理施肥、补充营养、提高果实品质等方面提供理论依据和指导方案。

1 材料与方法

1.1 试验材料及采样方法

试验材料选自庆阳地区12个10~12年生的长富2号果园，栽植密度（2~3）m×（4~5）m，树形为纺锤形。于2020年10月上旬进行土壤采样和果实采样（表1）。土样采样时每个果园选取3株树势生长良好果树，为3个生物学重复，土壤在采样的过程中采用“Z”字形5点采样法，采样点离树干1.5 m，采样深度为0~60 cm，每棵树下取5份土样，混合后放置于室内风干，研磨过筛后进行指标测定。果实样品采集地点与土样采集点相互对应，在相应3株苹果树树冠外围中部，每棵树取3个大小一致、果色相近、无病虫害、无机械损伤的果实，标注采样时间、地点并及时带回实验室冷藏备用。

1.2 测定指标与方法

1.2.1 土壤营养状况测定

重铬酸钾容量法测定土壤有机质；全氮测定采用凯式定氮法^［11］；氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定土壤全磷；火焰光度法（FP6410型火焰光度计）测定全钾；土壤中全铜、全钙、全镁、全锌、全铁、全锰元素根据GB/T 13885-2017国家标准中的原子吸收光谱法，采用德国耶拿ZEEnit 700原子吸收光仪进行测定；土壤pH值测定中将土壤和水按1∶2.5比例混合后，使用pHS-25型酸度计测定^［12］；土壤含盐量参照郭全恩等^［13］的方法测定。

1.2.2 果实品质指标的测定

果实硬度用GY-4果实硬度计测定；单宁和总酚含量分别采用Folin 丹尼斯法和Folin 酚法测定^［14］；花青素参照刘玉莲等^［15］的方法测定。还原糖的含量采用高效液相色谱法测定（美国Waters公司Waters Acquity Arc高效液相色谱仪及Empower 数据处理系统）。VC含量采用2，6-二氯靛酚滴定法测定；用NaOH酸碱中和滴定法^［16］测定可滴定酸含量；可溶性固形物含量用TZ-62手持折光仪测定。可溶性糖含量用蒽酮比色法^［17］测定。

1.3 数据处理

使用Excel 2010进行数据统计，采用 SPSS 20.0对各项数据进行差异显著性分析（Duncan）、土壤矿质元素和果实品质之间相关性分析以及多元线性回归分析。

2 结果与分析

2.1 果园土壤营养状况评价

庆阳地区果园有机质变化范围在10.62~20.95 g/kg，土壤有机质含量平均值为14.40 g/kg（表2）。根据全国第二次土壤普查分级标准^［4］，Y₄果园土壤有机质含量大于20 g/kg，为Ⅲ级属中等水平，其余果园土壤有机质含量均为IⅤ级，有机质含量较低。该地区土壤全氮含量平均值为4.03 g/kg，绝大部分果园土壤全氮含量均大于2 g/kg，为Ⅰ级含量丰富；Y₁₀、Y₁₂果园土壤全氮为Ⅱ级。庆阳地区果园中土壤全磷含量平均值为0.54 g/kg，其中Y₂、Y₁₁、Y₁₂果园土壤全磷含量大于0.6 g/kg，为Ⅲ级属中等水平；其他果园土壤全磷含量较低。土壤全钾平均值为4.45 g/kg，为VI级属低水平。庆阳地区土壤含盐量在1.13~1.81 g/kg，平均值为1.52 g/kg。取样的12个果园土壤pH普遍偏高，属弱碱性土壤，该地区土壤pH平均值为7.93。

土壤微量元素的测定中，土壤全铜含量平均值7.48 mg/kg，变化范围在5.72~9.57 mg/kg（表3）。Y₈、Y₉、Y₁₀、Y₁₂果园的土壤全钙含量低于该地区平均值，其余果园土壤全钙含量均在43.51 mg/kg以上。果园土壤全锌含量的变化范围不大，平均值为12.80 mg/kg；全锰含量平均值为71.15 mg/kg。除Y₁₁、Y₁₂果园外，其余果园土壤全铁含量均在600 mg/kg以上，Y₆、Y₇果园的含量最高，分别达到了685.03、687.50 mg/kg，彼此间不存在显著性差异。

2.2 不同果园苹果果实商品品质测定结果

西峰区3个果园（Y₁、Y₂、Y₃）苹果的单果质量较高，变化范围在150.90~334.42 g，Y₁果园果实的单果质量最高，庆阳地区果园果实的平均单果质量为257.11 g（表4）。果形指数在0.85~0.96，果实规则圆润，果形指数变化范围不大。庆阳地区果实硬度的变化范围在7.13~9.17 kg/cm²，平均值为8.27 kg/cm²，均高于国家鲜苹果标准（GB/T 10651-2008）中的硬度标准。总酚含量变化范围在8.14~23.32 mg/g，平均含量为14.54 mg/g。庆城县（Y₇、Y₈）果园果实的总酚含量显著低于其余果园。单宁含量在这12个果园中的变化范围不大，平均值为4.06 mg/g。花青素含量的变化范围在0.47~0.89 mg/g，Y₅果实的花青素含量最高，为0.89 mg/g，Y₆、Y₇、Y₈和Y₁₀果实的值较低，为0.47 mg/g左右，镇原县的Y₄、Y₅果园果实中花青素含量显著高于其余地区果园的果实。

2.3 不同果园果实内在品质指标测定结果

果实中的可溶性糖主要有果糖、葡萄糖、蔗糖。不同类型的果实中所含的可溶性糖的含量都有差别，在苹果果实中可溶性糖的含量以果糖为主^［18］。对果实还原糖测定发现Y₁果园、Y₄果园和庆城县（Y₇、Y₈）果园的果糖、葡萄糖、蔗糖的含量较高，且各组分的含量均高于庆阳地区平均值（表5）。庆阳地区果园可溶性固形物的最大值是Y₄果园的15.07%，最小值是Y₆果园的11.60%，平均值为13.28%，其中Y₇、Y₈、Y₁₁果园的含量较高。可溶性糖的平均值为11.74%，Y₄果园果实的可溶性糖含量最高，达到了14.88%；庆城县（Y₇、Y₈）果园可溶性糖含量较高，西峰区（Y₁、Y₂、Y₃）的3个果园的可溶性糖含量较低，均在平均值以下，且彼此之间没有显著性差异。可滴定酸的含量Y₁、Y₁₂果园果实较高，含量分别为0.41%、0.47%；该地区果实可滴定酸含量平均值为0.36%，其于大部分果实的可滴定酸含量相近，含量在0.3%左右。维生素C（VC）又名抗坏血酸，是一种水溶性的维生素，在加热光照等环境条件下易被氧化。12个果园中VC含量平均值为3.7 mg/100g，其中Y₇果实VC含量最高，为4.67 mg/100g，显著高于其他果园的果实；同时Y₁、Y₈果实中的VC含量达到了4.21、4.11 mg/100g，含量较高；其余果实的VC含量均在3.0 mg/100g以上。

2.4 土壤营养与果实品质之间的相关性分析

为了解土壤营养对苹果果实品质方面的影响，对庆阳地区不同果园的土壤营养与果实品质之间进行了相关性分析，其中土壤有机质、全钾、全铜、全锰与果实内在品质的相关性系数更高（表6）。在还原糖方面，果糖含量与土壤全钾含量存在显著性正相关，相关系数r为0.591；葡萄糖含量与土壤有机质（r=0.673）和全锰（r=0.686）存在显著性正相关；蔗糖含量与土壤有机质（r=0.629）、全钾（r=0.631）存在显著性正相关。土壤全铜含量与蔗糖、可溶性固形物、可溶性糖之间均存在显著性负相关。可溶性固形物与土壤有机质、全钾、全锰含量存在正相关。可溶性糖含量与土壤有机质、全钾之间存在极显著正相关，土壤中全钾含量对单宁存在极显著的负相关性。全磷含量与果型指数存在显著性负相关（r=0.591）；全钙含量对果形指数有显著性正相关性（r=0.632）。全锌含量在果实硬度方面存在显著性负相关性，相关系数达到了0.640。

2.5 土壤矿质营养与果实品质间变化关系趋势曲线

将土壤矿质营养与果实品质间建立方程，并筛选出R²大于0.5的方程（图1）。土壤全钾与果糖、可溶性糖含量间均存在正相关变化，其决定系数R²分别为0.566 2、0.682 9；土壤全钾与单宁含量间存在负相关性（R²=0.529 7）。土壤有机质含量与可溶性固形物（R²=0.851 2）、可溶性糖（R²=0.727 3）含量之间呈正相关变化。土壤全铜含量与蔗糖呈负相关变化，相关系数R²为0.573 1。

2.6 影响果园土壤矿质元素与果实品质的因子筛选及回归方程的建立

土壤矿质元素与果实品质指标的关系较为复杂，将土壤因子设为自变量（K），果实品质为因变量（R），建立了果实品质与土壤矿质元素的多元线性回归方程，以筛选出影响苹果果实品质的土壤营养因子，对回归方程进行显著性检验，均达到显著性差异水平，表明建立的方程稳定可靠（表7）。果糖主要受全钾含量影响，葡萄糖受全锰影响，土壤全铜含量对蔗糖含量影响较高且为负相关；其中可溶性固形物、可溶性糖与有机质的关系密切，果形指数受全磷和全钙的影响，影响大小顺序为磷>钙。硬度主要受全锌影响，单宁主要受全钾影响。庆阳地区果实品质主要受土壤中有机质、全钾含量影响。

3 讨论

深入了解土壤中矿质元素含量水平对果实品质的影响效应，对提升果树的果实品质具有重要意义。土壤中矿质营养水平影响果树的生长发育和果实品质^［19］。土壤中碱解氮和速效磷的含量与苹果产量之间存在极显著的相关性^［20］；黄土高原作为国内苹果生产的优势产区，对该地区土壤营养状况的研究分析尤为重要。王富林等^［21］对环渤海产区与黄土高原的土壤有效养分和叶片矿质元素含量进行了测定，结果发现黄土高原产区土壤有机质中等偏低、缺氮，低产区叶片元素中贫磷缺钾。张东等^［22］对黄土高原12个主产县区的成龄富士苹果园的土壤养分状况进行了调查分析，土壤养分特征为有机质含量偏低，全氮、全磷、全钾等全素养分相对适宜。本研究调查结果显示庆阳地区土壤全氮平均值为4.03 g/kg，氮肥含量丰富。土壤有机质含量偏低，同时全磷、全钾含量均有所下降，应及时补充有机质、磷肥、钾肥，这可能与果农种植习惯有关，通过偏施氮肥以提高果园产量，但忽略了有机质、磷钾肥对果实品质的影响。本试验中发现土壤有机质是影响该地区果实可溶性糖与可溶性固形物的关键因子，土壤有机质与葡萄糖、蔗糖之间均存在显著性正相关，这可能与有机质通过提高苹果树体光合性能，促进光合产物累积有关^［23］。

土壤中增施氮、磷和钾肥可提高果实中的糖酸比和维生素的含量^［24］。增施钾肥可以有效提高果实糖含量、可溶性固形物含量、降低果实硬度^［25］。本试验研究发现，庆阳地区全钾含量与可溶性糖、可溶性固形物含量存在显著性正相关，土壤中钾含量调控果实中果糖、蔗糖、可溶性糖含量。太行山南部地区果园土壤有机质、锰、锌、铜是影响苹果果实品质的关键养分因子^［26］。前人研究发现锌含量较低的果实品种在硬度、耐储性方面表现更好^［27］，这与本试验中发现土壤全锌含量与果实硬度之间存在显著性负相关的结果相似。张东等^［28］对黄土高原产区苹果园果实品质研究发现，单果质量受钾、磷的影响，果实硬度与可溶性固形物含量受镁、钾、磷元素影响，果型指数受元素镁、钾、磷、铁、钙的影响，其中影响大小顺序为磷>钙。本研究与前人研究结果有所差异，回归分析结果表明庆阳地区土壤磷、钙是影响果型指数的关键因子，而土壤中镁、钾、铁含量对果形指数影响不大。

大量研究对矿质营养与果实品质之间的关系进行了探讨，有的结果与本研究之间存在差异，这可能与果树种类、砧木类型、品种差异、环境海拔、土肥水条件和果园栽培管理条件等因素密切相关。果实的生长发育和品质形成过程中，受到各种矿质元素协同调控^［29］。同时相关研究表明，仅用简单的相关性分析不能反映土壤养分对果实品质的影响，需要借助多元分析的方法来进行更深入的探讨^［30-32］。本研究通过测定果实品质与土壤营养状况，利用相关性分析以及多元线性回归分析，为陇东黄土高原地区的土壤状况和施肥标准提供一定参考。

4 结论

通过测定庆阳地区不同果园的土壤矿质营养和果实品质，利用相关性分析结果表明，该地区土壤养分全氮含量丰富，全磷含量相对适宜，土壤有机质、全钾含量偏低，因此在栽培过程中应及时补充有机肥和钾肥。土壤有机质、全钾含量是影响该地区苹果园果实品质的主要因子。

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