通过大田试验研究了钾肥不同施用时期对红富士苹果产量、品质、钾肥利用效率及叶片和果实养分含量的影响.结果表明:与对照(不施钾)相比,增施钾肥显著提高了苹果产量4.3%~33.2%,且具有明显改善果品质量的作用.与100%钾基施相比,膨大期施钾处理(50%基施+50%膨大期施、50%花后施+50%膨大期施、100%膨大期施)苹果产量显著增加20.5%~27.7%,果品质量亦有所改善.50%基施+50%膨大期施和50%花后施+50%膨大期施钾处理在苹果增产和改善品质的基础上,明显提高了果园的钾肥利用效率,并维持了果实生长周期中叶片钾含量的相对稳定,为树体钾素的持续供应提供了保障.然而,50%花后施+50%膨大期施钾处理果实钙含量显著下降,不利于果实后期贮藏.综合考虑,50%基施+50%膨大期施为果园钾肥施用的最佳时期.
全 文 :不同施钾时期对红富士苹果产量和品质的影响∗
路永莉1,2 杨宪龙1,2 李 茹3 李水利3 同延安1,2∗∗
( 1西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100; 2农业部西北植物营养与农业环境重点实验室, 陕西杨凌 712100; 3陕
西省土壤肥料工作站, 西安 710003)
摘 要 通过大田试验研究了钾肥不同施用时期对红富士苹果产量、品质、钾肥利用效率及
叶片和果实养分含量的影响.结果表明:与对照(不施钾)相比,增施钾肥显著提高了苹果产量
4.3%~33.2%,且具有明显改善果品质量的作用.与 100%钾基施相比,膨大期施钾处理(50%
基施+50%膨大期施、50%花后施+50%膨大期施、100%膨大期施)苹果产量显著增加 20.5% ~
27.7%,果品质量亦有所改善.50%基施+50%膨大期施和 50%花后施+50%膨大期施钾处理在
苹果增产和改善品质的基础上,明显提高了果园的钾肥利用效率,并维持了果实生长周期中
叶片钾含量的相对稳定,为树体钾素的持续供应提供了保障.然而,50%花后施+50%膨大期施
钾处理果实钙含量显著下降,不利于果实后期贮藏.综合考虑,50%基施+50%膨大期施为果园
钾肥施用的最佳时期.
关键词 红富士苹果; 施钾时期; 产量; 品质; 钾肥利用效率
文章编号 1001-9332(2015)04-1179-07 中图分类号 S106.2,S661 文献标识码 A
Effects of different potassium fertilizer application periods on the yield and quality of Fuji
apple. LU Yong⁃li1,2, YANG Xian⁃long1,2, LI Ru3, LI Shui⁃li3, TONG Yan⁃an1,2 ( 1College of Re⁃
sources and Environmental Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China;
2Ministry of Agriculture Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agri⁃environment in Northwest Chi⁃
na, Yangling 712100, Shaanxi, China; 3Soil and Fertilizer Station of Shaanxi Province, Xi’ an
710003, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(4): 1179-1185.
Abstract: In order to ascertain the effects of potassium fertilizer application periods on apple pro⁃
duction, we conducted a field experiment and analyzed the differences in apple yield, fruit quality,
potassium fertilizer use efficiency, and nutrient concentrations in leaves and fruits among treatments
with differences in timing of potassium application. The results indicated that, compared with no po⁃
tassium⁃applied treatment ( CK), all potassium fertilizer application treatments significantly in⁃
creased the apple yield by 4.3%-33.2%, meanwhile, it also obviously improved the fruit quality.
In comparison with the application of 100% potassium fertilizer as a base, the application of 50% or
100% of potassium fertilizer at the fruit enlargement stage (the remaining 50% applied as a base or
after flowering) significantly increased the apple yield by 20.5% -27.7% and improved the fruit
quality. Compared with the application 100% potassium fertilizer at the stage of fruit enlargement,
the evenly split application as base flowering stage and at the fruit enlargement stage not only con⁃
tributed to a higher yield, better quality and higher potassium use efficiency, but also maintained a
relatively stable potassium concentration level in leaves. However, the split potassium fertilizer ap⁃
plication at the flowering and fruit enlargement stages resulted in the significant decrease in concen⁃
tration of calcium in fruit, which would be negative to fruit quality. In conclusion, our research sug⁃
gested that evenly split application of potassium fertilizer as a base and at the fruit enlargement stage
was the suitable period for apple production in Fuji apple orchards in this region.
Key words: Fuji apple; potassium fertilization period; yield; quality; potassium use efficiency.
∗公益性行业(农业)科研专项(20100314)和国际植物营养研究所(IPNI)中国项目资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: tongyanan@ nwsuaf.edu.cn
2014⁃04⁃21收稿,2015⁃01⁃27接受.
应 用 生 态 学 报 2015年 4月 第 26卷 第 4期
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2015, 26(4): 1179-1185
果树具有根系庞大、产量高和生长周期长等特
点,在吸收的氮、磷、钾 3 大营养元素中,以钾最
多[1],致使土壤容易缺钾.因此,果园钾素的充足供
应是苹果高产的前提和保障.大量研究表明,果园增
施钾肥具有显著地增加苹果产量、改善品质和提高
苹果生产效益的作用[2-8] .然而,2005—2009 年连续
5年对陕西省 21 个县 7141 个果园的调查发现,不
施钾和低量施钾果园所占比例为 56%[9],其中钾肥
采用一次性基施的比例高达 90%以上[10] .研究表
明,果树生长中、后期对钾素的需求量较大,该时期
补钾对果树生长尤为关键[11-12] .目前,围绕果树钾
肥施用已开展了一些研究[4-8] .然而,这些研究大多
仅关注某一时期的施钾效果,较少结合树体对养分
的需求特征来考虑钾肥不同时期施用的效果.另外,
这些研究对果树生长周期内叶片钾含量的动态变化
以及对果园钾肥利用效率考虑不多.为此,本文通过
田间试验对不同施钾时期苹果产量、品质、养分利用
效率及叶片钾素的动态变化和果实中养分含量等进
行研究,以期为当地红富士苹果园高效施钾提供科
学依据.
1 研究地区与研究方法
1 1 研究区概况
试验于 2011 年 10 月—2012 年 10 月在陕西省
凤翔县糜杆桥镇太相寺村(34°5′ N、107°5′ E)进行.
试验园地处关中灌区,海拔 815 m,年均气温 12.5
℃,年均降水 650 mm,属暖温带半湿润大陆性季风
气候.供试果园面积为 0.5 hm2,供试品种为矮砧“长
富二号”(Malus pumila),富士系列,基砧为 M26,砧
木为八棱海棠(Mains micromalus),树龄 9 年,株行
距 3 m×1 m.供试果园土壤为塿土,试验前果园 0 ~
40 cm 土层土壤有机质 12. 3 g·kg-1,铵态氮 4. 2
mg·kg-1,硝态氮 9. 2 mg · kg-1, 速效磷 55 9
mg·kg-1,速效钾 159.6 mg·kg-1,pH 8.23.
1 2 试验设计
试验选取土壤肥力中等、灌溉便捷和区域代表
性较强的红富士苹果园为研究对象,并选取长势基
本一致且无明显病虫害的果树为供试材料.在氮、磷
投入水平一致的前提下,设置不施钾(CK)及不同时
期施钾共 5 个处理,每处理 5 棵树,重复 3 次,田间
完全随机排列,具体处理见表 1.钾肥在秋后基施、膨
大期施以及花后施用.试验所用钾肥为氯化钾(含
K2O 60%).氮肥用尿素(含 N 46%),其中 50%氮肥
基施,50%在果实膨大期追施.磷肥用普通过磷酸钙
表 1 试验方案
Table 1 Experimental design
处理
Treatment
施钾量
Potassium rate
氮、磷施用量
Fertilizer rate of N
and P2O5
CK 0 0.4 kg N·株-1,
100%B 0.30 kg K2O·株-1 0.24 kg P2O5·株-1
50%B+50%E
50%F+50%E
100%E
CK: 不施钾 No potassium⁃applied treatment; 100%B: 100%基施 100%
potassium fertilizer as a base; 50%B+50%E: 50%基施+50%膨大期施
50% applied as a base and the remaining 50% applied at the fruit en⁃
largement stage; 50%F+ 50%E: 50%开花后施+ 50%膨大期施 50%
applied after flowering and 50% applied at the fruit enlargement stage;
100%E: 100%膨大期施 100% applied at the fruit enlargement stage.
(含 P 2O5 12%),全部基施.施肥方式均为沟施后覆
土.其他田间管理措施,如灌溉、除草、剪枝、病虫害
防治和疏花疏果等均与当地农民习惯保持一致.
1 3 样品采集与测定
分别于 5月 25日(坐果后期)、6月 26日(果实
初次膨大期)、7月 25日(二次膨大期)和 8月 25 日
(叶片生长稳定期),从树干外围东、南、西、北 4 个
方向采集当年生新梢中部的正常叶片各 10片,每株
共 40片,按处理组成混合样.带回实验室后,立即用
蒸馏水将叶片清洗干净,在 105 ℃下高温杀青 10 ~
15 min后,置于 65~ 70 ℃下烘干至恒量,然后磨成
粉状装入自封袋待测.叶片中 K 含量采用 H2SO4⁃
H2O2消煮,火焰光度计测定.
在果实成熟期(10 月中下旬)按处理分别对每
株果树进行全部采摘、分级和称量,并统计单株果
数、单株产量和单果质量.同时,在果树东、南、西、北
4个方向随机采集果实 20 个以上组成混合样带回
实验室.部分样品用于果实养分含量的测定,部分储
于保鲜柜供品质分析.养分含量测定时应先将果实
切片,烘干至恒量,计算含水量,然后粉碎过 0. 25
mm筛,采用 H2 SO4⁃H2O2消煮,全自动间断化学分
析仪(Cleverchem 200)测定果实 N、P 含量,火焰光
度计测定果实 K含量;Ca、Mg 含量采用 ICP⁃AES 电
感耦合等离子体原子发射光谱法测定.采用鲜果在
一周内进行品质分析.用蒽铜比色法测定可溶性糖
含量;WYT⁃4型糖量计测定可溶性固性物;GY⁃1 型
硬度仪测定果实硬度;2,6⁃二氯酚靛酚滴定法测定
Vc含量;氢氧化钠滴定法测定果实可滴定酸含量.
用游标卡尺分别测量果实横径(cm)和纵径( cm),
并通过果实纵、横径的比值计算果形指数(V / H).
1 4 数据处理
采用 SAS 9.0统计软件对处理间差异显著性进
0811 应 用 生 态 学 报 26卷
行单因素方差分析(α = 0.05),采用 Duncan 法进行
多重比较.采用 Excel 2007 软件作图.图表中数据为
平均数±标准差.
钾肥农学效率(kg·kg-1)= (施钾区产量-不施
钾区产量) /施 K2O量[13]
钾肥贡献率 = (施钾区产量-不施钾区产量) /
施钾区产量×100%[14]
钾肥偏生产力(kg·kg-1) = 施钾后苹果产量 /
施 K2O量[15]
果形指数(V / H)=果实纵径 /果实横径
2 结果与分析
2 1 不同施钾时期对苹果单果质量和产量的影响
由表 2 可以看出,果园增施钾肥后苹果单果质
量表现为增加趋势,但差异不显著.与不施钾(CK)
处理相比,施钾处理苹果产量明显增加,增幅为
4 3%~33.2%,除 100%钾基施处理外,其他施钾处
理的增产效果均达到了显著水平.其中,膨大期施钾
处理(50%基施+50%膨大期施、50%花后施+50%膨
大期施、100%膨大期施)苹果产量比钾肥全部基施
(100%基施)处理分别显著增加 27. 2%、28. 9%和
21.4%.
2 2 不同钾肥施用时期对苹果品质的影响
2 2 1外观品质 果径大小是影响果实商品率、决
定苹果市场价格的重要参数.根据当地果实分级标
准,将果实分为果径>80 mm(一级果)、70 ~ 80 mm
(二级果)和<70 mm(一般果).由图 1 可以看出,与
不施钾(CK)相比,施钾处理均显著降低了果径<70
mm果实的比例,提高了果实的商品率.膨大期施钾
(50%基施+50%膨大期施、50%花后施+50%膨大期
施和 100%膨大期施)处理果径<70 mm 果实所占比
例较低,仅为 1% ~ 3%.其中,50%秋后基施+50%膨
大期施处理的果实几乎全部达到了一、二级果标准.
表 2 钾肥施用时期对苹果单果质量和产量的影响
Table 2 Effects of different potassium fertilizer application
periods on single fruit mass and apple yield
处理
Treatment
单果质量
Single fruit
mass (g)
苹果产量
Apple production
( t·hm-2)
增产率
Increase
rate (%)
CK 260.0±3.7a 49.32±1.79b -
100%B 270.3±1.9a 51.45±3.53b 4.3
50%B+50%E 284.7±1.2a 64.86±3.56a 31.5
50%F+50%E 297.0±1.2a 65.68±4.33a 33.2
100%E 280.0±1.4a 61.98±1.49a 25.7
同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05) Different letters in the
same column meant significant difference at 0.05 level.下同 The same be⁃
low.
图 1 施钾时期对苹果果径和果形指数的影响
Fig.1 Effects of potassium fertilizer application periods on fruit
diameter and fruit shape index.
CK: 对照 Control; Ⅰ: 100% B; Ⅱ: 50% B+50% E; Ⅲ: 50% F+
50%E; Ⅳ: 100%E. 下同 The same below.
果形指数是衡量果实外观品质(大小、形状)的
重要指标.由图 1可以看出,施用钾肥能有效改善果
实果形指数,且不同处理间差异较大.与 100%钾肥
基施和 100%钾肥膨大期施相比,钾肥基施与膨大
期结合施用(50%基施+50%膨大期施)或花后与膨
大期结合施用(50%花后施+50%膨大期施)对果形
指数的改善效果更加明显,二者果形指数分别为
0 90和 0.91.
2 2 2内在品质 钾肥施用时期不仅对苹果外观品
质产生影响,对果实内在品质的改善也具有积极作
用.由表 3可以看出,增施钾肥可以有效降低果实酸
度,提高糖度,增大果实糖酸比和维生素 C 含量.与
不施钾(CK)相比,施用钾肥具有降低果实硬度、增
加果实可溶性固性物含量的趋势,但差异不显著.对
比不同时期的施钾效果,50%基施+50%膨大期施钾
较其他施钾时期显著降低了苹果酸含量,提高了果
实糖含量,增大了果实糖酸比和维生素 C 含量,有
利于果实口感风味和品质的改善.
2 3 不同施钾时期对果园钾肥利用效率的影响
为了评价果园钾肥利用效率对钾肥施入时期的
响应,选取衡量肥料利用效率的 3 个常用指标(农
学效率、肥料贡献率和肥料偏生产力)进行处理间
的对比分析.由图 2 可以看出,钾肥施用时期不同,
树体对钾素的吸收利用效率也存在差异.与 100%钾
18114期 路永莉等: 不同施钾时期对红富士苹果产量和品质的影响
图 2 施钾时期对果园钾肥利用效率的影响
Fig.2 Effects of potassium fertilizer application periods on potassium fertilizer use efficiency of apple orchard.
表 3 施钾时期对苹果内在品质的影响
Table 3 Effects of potassium fertilizer application periods on the internal quality of apple fruits
处理
Treatment
果实硬度
Fruit hardness
(kg·cm-2)
可溶性固形物
Soluble solid
(%)
可滴定酸
Titratable acidity
(%)
可溶性糖
Soluble sugar
(%)
糖酸比
S / A
Vc
(mg·100 g-1)
CK 9.19±0.04a 12.33±0.09a 0.32±0.01a 9.17±0.37c 29.70±0.52b 10.96±0.37c
100%B 9.04±0.10a 12.80±0.79a 0.30±0.02ab 10.00±0.70b 32.42±0.74ab 12.92±1.06bc
50%B+50%E 9.00±0.35a 12.53±0.32a 0.29±0.06b 11.15±0.59a 38.27±2.32a 18.00±1.79a
50%F+50%E 8.68±0.47a 12.67±0.31a 0.31±0.03ab 10.56±0.46ab 33.74±1.63ab 13.67±0.97b
100%E 8.86±0.38a 12.83±0.60a 0.30±0.04ab 10.47±0.30ab 34.46±1.70ab 12.60±1.98bc
基施相比,膨大期施钾处理(50%基施+50%膨大期
施、50%花后施+50%膨大期施和 100%膨大期施)
明显提高了果园钾肥农学效率、钾肥贡献率和钾肥
偏生产力,其中,50%基施+50%膨大期施和 50%花
后施+50%膨大期施钾处理果园的钾肥利用效率
较高.
2 4 不同施钾时期对苹果叶片和果实钾含量的
影响
由图 3可以看出,不施钾(CK)处理叶片生长前
期钾含量较低,随后迅速升高,随着树体对钾的吸收
利用,叶片钾含量大幅下降,直至叶片生长稳定期.
整个生长周期内,各施钾处理叶片钾含量呈下降趋
势 ,但其下降幅度比不施钾(CK)处理缓和,尤其是
图 3 不同施钾时期处理下苹果叶片和钾含量的动态变化
Fig.3 Dynamics of potassium concentration in apple leaves
under different potassium fertilizer application periods.
50%基施+50%膨大期施和 50%花后施+50%膨大期
施钾处理,叶片钾含量的变幅较小,较好地协调了树
体对叶片钾的吸收利用和补充.
不施钾(CK)和 100%钾肥基施处理在 6 月 26
日—8月 25日叶片钾含量下降幅度较大,特别是在
果实二次膨大期(7月 25日)叶片钾含量较低,不利
于果实膨大.膨大期施钾(50%基施+50%膨大期施,
50%花后施+50%膨大期施和 100%膨大期施)很好
地补给了膨大期树体对钾的吸收,维持了叶片钾含
量的相对稳定.
钾肥施用时期不同,导致果实中钾含量存在一
定差异(图 4).与不施钾(CK)相比,施钾处理果实
中钾含量显著偏高.其中,50%基施+50%膨大期施
图 4 施钾时期对苹果果实中钾含量的影响
Fig.4 Effects of potassium fertilizer application periods on po⁃
tassium concentration in apple fruits.
2811 应 用 生 态 学 报 26卷
图 5 施钾时期对果实中氮、磷、钙和镁含量的影响
Fig.5 Effects of potassium fertilizer application periods on the
contents of nitrogen, phosphorus, calcium and magnesium in ap⁃
ple fruits.
和 50%花后施+50%膨大期施处理果实钾含量相对
较高,但二者差异不显著.
2 5 不同施钾时期对苹果果实中氮、磷、钙、镁含量
的影响
有研究发现,增施钾肥能有效促进作物对氮和
磷的吸收[16],同时增施钾肥会因钾与钙、镁间的拮
抗作用而抑制作物对钙、镁的吸收[17-18] .钙、镁吸收
受到抑制将导致苹果果实出现诸多问题,如果实硬
度下降、贮藏性变差、病害加重等.由图 5 可以看出,
与不施钾(CK)相比,增施钾肥处理均能显著提高苹
果果实中氮和磷含量,但果实中钙和镁含量下降,除
50%花后施+50%膨大期施钾处理果实中钙含量显
著下降,其他各施钾处理间无显著差异.
3 讨 论
钾素是果树生长不可替代的重要元素之一,在
果树的生长发育和开花结实等生命过程中具有重要
作用[4-6],施用钾肥具有促进果实膨大、提高产量和
改善品质的效果[7-8,19-24] .然而,树体对钾素的需求
随生长阶段的不同而存在差异[11-12],不同时期施钾
对其影响存在较大差异,果实膨大中、后期对钾素的
需求量逐渐增加,容易造成树体钾素供应不足[1] .因
此,果实膨大期及时补充钾肥对果实的生长发育具
有良好的效果.本研究中,膨大期施钾处理(50%基
施+50%膨大期施、50%花后施+ 50%膨大期施和
100%膨大期施)苹果产量显著高于 100%钾肥基施
处理,其原因可能是膨大期施钾缓解了树体因该生
长阶段需钾量较大而引起的钾素亏缺,这也可以通
过果树生长周期内叶片钾素含量的动态变化来解释
(图 3).同样,由于膨大期钾素的及时补给有效地促
进了果实膨大,提高了果实的商品率,改善了果形指
数(图 1).然而,果树为多年生木本植物,具有贮存
养分的特征,土施肥料的养分释放和肥效较为缓
慢[25],因此前期施肥对果树生长至关重要,这也可
能是造成 100%钾肥膨大期施用处理苹果单果质
量、产量、果形指数和商品率不高的原因.
钾素被称之为“品质元素”,果园合理施钾对果
实品质的改善效果显著[19,24-25] .然而,以往的研究较
多集中在探讨钾肥用量对果实品质的影响,对于钾
肥施用时期研究较少.本研究中,50%基施+50%膨
大期施钾在改善果实内在品质方面效果显著,主要
原因可能是基施和膨大期施钾的结合不仅使树体贮
存了钾素,同时也满足了果实膨大期对钾素的大量
需求(图 3).钾素的充足供给为果实品质的改善提
供了保障.钾不同于氮、磷等其他营养元素,它不参
与树体内有机物质的合成,而是以离子的形式参与
多种代谢活动,并承担多种酶的活化剂[2,26] .目前,
有 60多种酶以 K+离子为活化剂,这些酶包括合成
酶类、氧化还原酶类和转化酶类[27],参与糖和淀粉
的合成、运输及转化.同时,钾素的充分供应促进了
光合产物的累积[20,28],有利于果实糖含量的提高,
促进早熟.同时也促进蛋白质的活性,提高树体和果
实中的蛋白质含量,改善果品质量.另外,本研究表
明,与不施钾(CK)相比,增施钾肥能显著提高果实
中氮、磷含量,同时果实中钙、镁含量有不同程度的
下降(图 5),这再一次验证了钾与氮、磷间的协同作
用及钾与钙、镁间的拮抗作用[16-18] .但除 50%花后
施+50%膨大期施钾处理果实中钙含量显著下降外,
其他各施钾时期对果实养分含量均无显著影响.
50%花后施+50%膨大期施钾处理果实钙含量显著
下降的原因可能是果实单果质量较大、养分稀释效
应所致.同时,50%花后施+50%膨大期施钾处理果
实硬度较低,不利于果实后期贮藏,也反映了果实钙
含量下降带来的不良结果.
果树在不同生长阶段对钾素的需要量明显不
同[11-12],因此,根据作物需肥特征选择合适的施钾
时期对提高钾肥利用效率至关重要.本研究中,尽管
不同肥料利用效率评价指标在数值上存在差异,但
整体而言,50%基施+50%膨大期施和 50%花后施+
50%膨大期施钾处理的钾肥利用效率较高(图 2),
这与果树的需肥特征和吸收特点相吻合[11,29] .同时,
钾肥分期施用不仅满足了果树中后期对钾营养的大
量需求,还增强了施钾时期的交互作用,有效削减了
土壤对钾的固定,提高了钾肥的利用效率[30] .另外,
全部钾肥在膨大期施(100%膨大期施)比全部钾肥
38114期 路永莉等: 不同施钾时期对红富士苹果产量和品质的影响
基施(100%基施)果园钾肥利用效率高,这可能与
果树生长中、后期需钾量较大有关.树体养分利用效
率高自然导致果实中钾含量有所增加(图 4),这与
金会翠等[20]研究结果一致.
4 结 论
本试验条件下,果园施钾可以明显增加苹果产
量,改善果品质量,但不同时期的施钾效果差异较
大.生长前期和中、后期结合施钾(50%基施+50%膨
大期施、50%花后施+50%膨大期施)能较好地协调
树体前期养分的贮存与后期养分的补给,明显提高
了果园钾肥利用效率,具有促进果实膨大、提高产
量、改善品质和增加果实养分含量的作用.但是,
50%花后施+50%膨大期施钾处理显著降低了果实
中钙含量,不利于果实的贮藏运输.本研究表明,钾
肥 50%基施+50%膨大期施为果园钾肥施用的最佳
时期.
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作者简介 路永莉,女,1987 年生,博士研究生.主要从事果
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126.com
责任编辑 孙 菊
58114期 路永莉等: 不同施钾时期对红富士苹果产量和品质的影响