全 文 ：茎部注射稀土元素对金柑生长及果实品质的影响
吴其飞 , 黄达明 , 董 英
(江苏大学生物与环境工程学院 ,镇江 212013)
摘要:通过茎部注射不同浓度的稀土元素来考察对金柑叶的相对生长率 、新梢相对生长率 、叶绿素含量 、产量 、
总酸度 、总糖含量 、Vc 含量以及稀土在果实中积累的影响。结果表明 , 茎部施肥对植株的生长有明显促进作用 , 果
实中糖酸比增大 ,叶绿素含量和 Vc含量增加 ,同时稀土元素在果实中有一定的富集;且茎部施用稀土浓度不同对
金柑的影响也不同 ,茎部施用稀土效果优于根部施用稀土。并通过灰色关联分析法分析 , 综合评判结果也与之相
一致。
关键词:金柑;稀土元素;茎部施肥;果实品质
The Effects of Trunk Injection of REEs on the Growth and
Fruits Qual ities of Kumquat
WU Qi-fei , HUANG Da-ming , DONG Ying
(College of Biological and Environmental Engineering , J iangsu University , Zhenjiang 212013)
Abstract:The effects of relative g row th rate of leaves and tips , chlorophyll content , output , general acid
deg ree , general sugar content , Vc content and accumulation of REEs(rare earth elements)in kumquat(For-
tunella)fruit s are observed by using REEs w ith different concentrations.Results show ed that kumquat t runk
injection fertilizer had apparent promoting effects on plants g row th.It improved the ratio between sugar and acid
in f ruits and raised chlo rophyll and Vc content.At the same t ime , fruits had benefited f rom REEs , and the ef-
fects on the g row th of kumquat varied w ith the concentration of injected REEs , and the ef fects of t runk inject ion
of REEs w as superior to those of root application of REEs.And by the method of grey correlat ion analysis , the
results of synthetical judgment are also consistent with them.
Key words:Kumquat;REEs;Trunk injection fertilizer;Fruit qualities
收稿日期:2001-10-18
基金项目:原机械部教育司项目(204379)
作者简介:吴其飞(1972-),男 ,安徽安庆人 ,讲师 ,硕士 ,主要从事生物工程教学与科研工作。 T el:0511-8780172;Fax:0511-8780226;E-mail:
jsdxw qf@163.com
稀土材料是近 30年才进入人们日常生活的一
组新金属 、新材料。我国是第一个将稀土作为一种
商品应用于农业的国家。中国是世界上稀土资源最
丰富的国家 ,这为我国可能在农作物上使用稀土提
供了可靠基础。稀土农用已成为许多农作物的有效
增产措施[ 1] ,有的研究认为 ,稀土能促进叶绿素的
形成和根系对营养元素的吸收 ,从而促进作物的生
长而增产[ 2] 。还有研究认为 ,稀土因提高农作物抗
性而增产[ 3] 。稀土农用的潜力很大 ,但稀土农用的
施用方法和基础理论研究还需进一步深入 。稀土直
接施入土壤后会与土壤中的碳酸根等离子反应 ,生
成不溶于水的稀土化合物 ,作物难以吸收利用 ,这一
特性增加了稀土农用的难度 。虽然有报道喷施稀土
也具有上述作用[ 4 ,5] , 但茎部施用稀土元素对植物
生理功能的研究 ,目前尚未见分析报道 。本文以金
柑为研究对象 ,考察稀土元素对其生长发育的影响 ,
为以后研究稀土元素对果实品质的影响和富集作用
提供理论基础 ,并探索一种新的果树施肥方法。
中国农业科学 2002 , 35(10):1254-1259
Scientia Ag ricultura Sinica
1 材料与方法
1.1 试验材料
本试验的农用稀土是以硝酸稀土为主的稀土化
合物 ,粉剂 ,由安徽农业大学提供 ,其主要成分是硝
酸镧和硝酸铈(La2O3 和 Ce2O3 占稀土总量的 75%
～ 80%)。供试金柑品种为江苏金柑 , 3年生 ,江苏
大学校园管理科提供 ,长势较一致 。试验设在江苏
大学现代农业工程试验温室。施肥机具为树木注射
机(江苏大学研制 ,专利号 93236531.0)。在金柑开
花前 10d(2000年 5月 25日)注射稀土元素营养液 。
在金柑第一分枝以下部位注射 ,金柑胸径一般小于
10cm ,注射一个孔 。注射深度为针头上的出料孔到
达金柑 2 ～ 3年新生木质部处 。
1.2 设计与方法
试验土壤属壤质潮土 ,地力中等 , pH6.9 ～ 7.3。
由于稀土在水中不能完全溶解 ,溶解时需先用盐酸
或食醋将水调制成 pH5.5的弱酸溶液 。
金柑试验处理分茎部施肥 、根部施肥 、空白对
照。茎部施稀土元素的浓度(农用稀土混合物浓度)
为 1 g·L-1[ 6] 、2 g·L-1和 4 g·L-1共 3种 ,茎部注射
稀土元素营养液每株2 m l ,每种处理分别注射 3株 。
根部施用稀土为 10 mg/株 ,另有 3 株金柑每天浇清
水作为空白对照 。以上各处理重复 3次 。
观测新梢 ,选定单株 3个不同方向的外围梢 ,每
隔 5 ～ 7d测量一次生长量;选观测梢上的标记新叶 ,
测定其纵横径来计算叶面积(S=2/3×h×b)。
叶绿素测定采用丙酮法[ 7] ,每株选定 3枝新梢
挂牌作为测试对象 ,用 751G 分光光度计测定光密
度值;金柑总酸度测定用滴定法;总糖测定用直接滴
定法;Vc含量测定用 2 ,6-二氯靛酚滴定法[ 8] 。果实
中富集的稀土含量用 ICP-MS质谱法测定[ 9] 。本试
验金柑果实中稀土含量的测定由中国科学院南京土
壤研究所土壤与环境分析测试中心完成 。
2 结果与分析
2.1 茎部施稀土对金柑新梢 、叶片生长的影响
新梢相对生长率是指测量的新梢长度与上一次
测量的新梢长度之差(即新梢生长量)与上一次测量
的新梢长度的比值;叶相对生长率指叶片的叶面积
与上一次测量的叶面积之差(即叶片的生长量)与上
一次测量的叶面积的比值(图 1 ,图 2)。
试验结果表明 ,茎部注射稀土元素对新叶和新
梢的生长有一定的促进作用。金柑在茎部施肥后第
2周到第 5 周 ,叶相对生长速度和新梢相对生长速
度比较大。叶面积的增加对养分的制造和积累是非
常有利的 ,为增加产量奠定了物质基础 ,新生枝条的
增加为第 2年的生产创造了有利的条件。但在施肥
前期基本上对金柑没有多大影响 ,施肥 2 周后叶的
相对生长率根施和空白对照处理均有所提高 ,这是
因为稀土元素进入到植株体内后要有一段时间才能
运输到树冠参与代谢 ,产生作用[ 10] ;而在施肥后的
前两周根施和空白对照比茎部施肥叶相对生长率要
高一些 ,这可能是由于茎部注射对植株造成轻微程
度的损伤 ,影响了植株的生理代谢 ,生长较缓慢;或
者是取样差异所造成而不是损伤所致 。从图 1 、图 2
图 1 不同处理方式的金柑叶面积生长动态
Fig.1 The leaf area g rowth trends of kumquat w ith different
disposal way s
图 2 不同处理方式的金柑新梢生长动态
Fig.2 The tip g rowth trends of kumquat with different dis-
posal way s
125510期 吴其飞等:茎部注射稀土元素对金柑生长及果实品质的影响
可以看出 ,在前 2周叶面积甚至略低于对照样品的
生长速度。大量的研究和示范推广也证明[ 11] ,施用
稀土后的第 1周内 ,作物地上部分的生长会受到轻
微抑制 ,在施用后的第 2周 ,即第 7天到第 15 天为
促进生长期 ,第 3周也是继续显效期 ,从第 4周起效
果日见减小 。从图 1 、图 2中看出 ,在施肥后期稀土
元素对植株的生长有明显的促进作用 ,从第 5 周后
又逐渐恢复一般的生长速度。这也符合施用稀土的
作用周期一般是 1个月左右的结论[ 12] 。由于稀土
显效的阶段性 ,因此 ,确定最佳的施肥时间应在金柑
的盛花期或幼果膨大期。因为茎施稀土 1 ～ 2 周后
正是稀土对植物生长的显效时间 ,从而使稀土可充
分发挥促进生长的作用。
茎部注射稀土元素的浓度对植株生长也有影
响。从图 1 、图 2中可看出 ,茎部注射稀土元素浓度
2 g·L-1和 4 g·L-1金柑的生长明显好于浓度为 1 g
·L-1的处理 ,且稀土浓度为 2 g·L-1处理的新梢生
长长势持久 ,效果较佳。因此 ,根据树体大小合理施
用适当浓度的稀土元素对植株的生长会产生重要的
影响。
根部施稀土元素和空白对照 ,植株的生长差异
不大 。这是由于农用稀土产品为可溶的稀土盐类 ,
施入土壤后稀土离子会与土壤中的碳酸根 、硫酸根 、
磷酸根等阴离子生成不能溶于水的稀土盐类 ,使稀
土被土壤固定而失去活性 , 不能对植物产生效
果[ 12] 。因此 ,稀土的土壤直接施用的方法一般不宜
采用 ,而且用量大 、成本高。由于稀土不能直接施入
土壤 ,限制了稀土的施用 ,增加了稀土农用的难度。
而茎部施用稀土则体现了很好的优越性 ,具有低污
染 、高效 、节约肥料等优点。
2.2 茎部施用稀土对叶绿素含量的影响
在茎部施肥 1 周后选定新梢挂牌 ,在该新梢上
标记刚发芽的新叶 ,选新梢上第 3片定型叶作为测
试对象 ,从 6月 8日起每隔 2周对叶片中叶绿素含
量进行测量 ,不同处理方式的叶绿素含量见表 1。
表 1 不同处理方式的金柑叶绿素含量
Table 1 Chlo rophyll content of kumquat with different disposal ways (dry weight , %)
处理
Treatments
6-8(month-date) 6-22(month-date) 7-6(month-date) 7-20(month-date) 8-3(month-date)
1 g·L -1 0.110 0.285 0.312 0.350 0.355
2 g·L -1 0.133 0.350 0.391 0.459 0.462
4 g·L -1 0.125 0.329 0.391 0.497 0.485
根施 Root apply 0.105 0.292 0.324 0.378 0.369
空白 Blank 0.102 0.270 0.302 0.342 0.345
叶绿素含量是生理作用的一个重要指标 ,一般
来讲 ,叶绿素含量高 ,光合作用的强度就大。从表 1
可以看出 ,与空白对照和根部施肥相比 ,茎部施肥处
理的生理作用较强 ,叶绿素含量增加明显。这是因
为稀土在金柑体内参与代谢 ,促进了金柑的生理活
动 ,增加了叶绿素含量。试验表明 ,施用稀土的金柑
表现为叶色深绿 ,叶面积增大或叶片增厚 ,叶绿素含
量提高 ,叶片的光合能力增强 , 延长了叶片的功能
期[ 12] 。这是因为注入植株体的稀土元素可沿植株
体木质部上升到枝叶 ,同时也向下进入到根部 ,在株
体木质部中贮蓄了稀土肥源 ,可供株体利用[ 13] ,使
叶片保持绿色;同时同化作用增强 ,光合产物增加 ,
使新梢生长和幼果生长期间争夺营养的矛盾得到缓
和[ 14] 。因此 ,茎部施用稀土元素增加了叶绿素含
量 ,这为植株体以后的生长和发育打下了良好的生
理物质基础。
2.3 茎施稀土对金柑产量的影响
施用稀土元素对金柑开花结果也有一定的影
响 。正常年份金柑开花很多 ,但坐果率低 ,坐果率指
每株金柑的花朵数与实际成为果实数的数量比 。空
白对照金柑的坐果率只有 5%～ 18%,根施稀土对
金柑坐果率的影响不大 ,测定茎部施用稀土的金柑
坐果率提高了 5%～ 6%。坐果率低的主要原因是
受精不良 ,花粉落在柱头上很多 ,但能萌发的却很少
或萌发较晚 ,施用稀土能促进花粉萌发数量 ,且花粉
管伸长得快而长 ,易于穿过花柱 ,达到胚囊与卵细
胞 ,进而提高了金柑的坐果率[ 12] 。因此 ,增加了作
物产量 ,提高了作物的经济效益 。同时 ,对金柑的果
实重量进行了称量 ,随机取同一时间成熟的 5个果
重进行称量:空白对照的 5个果重为94.34g ,茎施稀
土浓度 1 g·L-1 、2 g·L-1 、4 g·L-1和根施金柑的 5
个果重分别为 97.53g 、102.78g 、101.52g 和98.74g ,
1256 中 国 农 业 科 学 35 卷
分别比对照增加了 3.38%、8.95%、7.61%和
4.66%。这表明 ,稀土可促进金柑生长发育 ,提高叶
绿素含量 ,增强光合作用 。
2.4 茎施稀土对金柑果实品质的影响
本试验中总酸度 、总糖含量 、Vc含量以及果实
中稀土含量的测定都在 2000年 11月下旬至 12月
上旬完成。金柑果实中总酸度 、总糖含量及 Vc含
量的测定值见表 2。
表 2 金柑施稀土后果实中总酸度 、总糖含量及 Vc含量测定值1)
Table 2 The measured value of general acid deg ree , general sugar content and Vc content in kumquat fruits
1 g·L -1
① ② ③
2 g·L-1
① ② ③
4 g·L-1
① ② ③
根施 Root apply
① ② ③
空白对照 Blank
① ② ③
总酸度 General acid degree 3.29 3.45 3.66 3.05 3.43 3.28 3.28 3.45 3.30 3.38 3.70 3.49 3.39 3.57 3.68
总糖含量 General sugar content 4.53 4.74 4.41 4.85 5.43 5.12 4.91 4.72 5.16 4.41 4.23 4.59 4.13 4.45 4.08
V c含量 V c content 2 898 2 975 3 070 3 248 3 225 3 189 2 959 3 279 3 041 2 744 2 945 2 872 2 867 3 069 2 848
1) 总酸度:%鲜重;总糖含量:以转化糖计 , %鲜重;Vc含量:(mg/ 100g)×10-3 。表中①、②、③是指同一处理设 3 次重复
General acid degree:%fresh weight;general sugar content:record with inver t sugar , %fresh weight;V c content:(mg/100g)×10-3.In Table①、②、③ is three repetition of same treatment
试验结果看出 ,茎部施用稀土元素不同程度降
低了金柑果实的总酸度 。与空白对照相比 ,不同处
理方式果实中含酸量均有所下降 ,平均降低幅度为
0.8%～ 8.45%,以茎施稀土元素浓度为 2 g·L-1的
处理降低最多 ,且总酸度随所施浓度的增大而降低 ,
通过回归方差分析 , F =0.2
差异 。茎施 1 g·L-1的稀土元素的果实含酸量与根
施相差不大 ,这也与这两种处理对叶绿素含量影响
的关系相一致;叶绿素含量增加 ,光合强度增强 ,形
成光合产物多 ,改变了果实中酸的含量 。同时 ,茎施
稀土元素也提高了果实的维生素 C 和糖的含量 ,与
空白对照相比总糖含量提高幅度为 4.5% ～
21.6%,茎施稀土元素 2 g·L -1的处理对糖含量提
高幅度最大。果实中糖含量提高 ,同时酸含量降低 ,
提高了果实中的糖酸比 ,改善了口感 ,增加了果实的
风味;与空白对照相比维生素 C 含量增加幅度大约
为 1.8%～ 10%,茎施稀土元素 2 g·L -1对果实中维
生素 C含量的增加达到了 10%,而根施稀土元素没
有增加果实中的维生素 C含量。
2.5 稀土元素在金柑果实中的富集作用
总体来说 ,植物体稀土元素含量不高 ,大多数植
物含量为 4 ～ 168×10-9 ,同一植株的不同器官 、不
同生长部位的含量也不同 ,植物不同器官中稀土元
素含量由高到低的顺序是:根>叶>茎>花>果实
和种子[ 15] ,它们之间的含量关系呈一个数量级的关
系递减 。从表 3可以看出 ,茎施稀土金柑的果实中
La和 Ce 含量比根施稀土含量高 ,茎施稀土 1 g·
L-1 、2 g·L-1 、4 g·L-1的金柑果实中 La 平均含量
分别为 7.88×10-9 、7.16×10-9 、9.83×10-9 , Ce
平均含量分别为 9.73×10-9 、10.82×10-9 、10.1×
10-9 。通过对原始数据进行相关分析 ,金柑果实中
La含量与茎施稀土浓度有明显的线性相关关系 ,回
归方程为 y =6.547+0.747 x , r=0.826 ,式中 x 为
茎施稀土浓度 , y 为果实中的 La含量。金柑果实中
的 Ce含量与茎施稀土浓度有一定的线性相关关系 ,
回归方程为 y =10.1+0.049 x , r=0.168 ,式中 x
为茎施稀土浓度 , y 为果实中的 Ce 含量 。以 2 g·
L -1和 4 g·L-1的处理果实中稀土含量高 ,说明在稀
土元素浓度没有造成金柑伤害的基础上 ,果实中稀
土元素含量随所施稀土元素浓度增大而增加。土壤
中 La的含量为 43.7μg·g-1 , Ce 的含量为 86.2μg·
g-1 ,空白对照处理的果实也含有一定的稀土元素。
从本试验茎施处理的生长过程看 ,茎施方法并
没有对植株生长造成伤害 ,因此通过茎部施稀土来
生产富稀土元素的金柑是可行的 ,而且还有增加稀
土肥量的空间。
2.6 茎部施稀土综合评判
采用灰色关联分析 ,综合考察叶相对生长率 、新
梢相对生长率 、叶绿素含量 、果实重量 、总酸度 、总糖
含量 、Vc含量等因素的影响并进行优势分析 。计算
方法详见文献[ 16] 。由表 4可知 ,处理 2 、处理 3和
处理 1具有影响优势 ,其中处理 2最具影响优势;处
理 4与空白对照差异很小。处理 2 、处理 3和处理 1
均为茎部施肥 ,而影响作用的大小又和施肥浓度有
关 。
经过灰色关联度综合评判 ,茎施 2 g·L-1稀土
的金柑各项性状指标综合分析最好 ,施肥效果最佳;
其次为茎施 4 g·L-1稀土处理;根施稀土处理金桔
生长则没有茎施的效果好。
125710期 吴其飞等:茎部注射稀土元素对金柑生长及果实品质的影响
表 3 稀土元素在金柑果实中的含量测量值1)
Table 3 The measured value of REEs in kumquat fruits
1 g·L -1
① ② ③
2 g·L-1
① ② ③
4 g·L-1
① ② ③
根施 Root apply(10 mg)
① ② ③
空白对照 Blank
① ② ③
La(×10-9) 8.22 10.1 5.32 6.45 8.38 6.65 13.5 8.21 7.79 6.03 5.94 6.54 7.89 6.12 5.87
Ce(×10-9) 10.9 11.3 7.30 8.56 14.9 9.01 12.9 9.28 8.12 5.40 5.64 7.32 8.81 5.78 6.92
1) 表中①、②、③是指同一处理设 3 次重复 In table①、②、③is three repetition of same treatment
表 4 不同处理方式的各因素经济性状序列及灰色关联分析1)
Table 4 Economical proper ties sequence and g rey incidence analy sis of each factor w ith different disposal w ays
考察因素
Factors
处理序号 T reatment order
1(1 g·L -1) 2(2 g·L -1) 3(4 g·L-1) 4(Root apply) 5(Blank)
叶相对生长率 Relat ive grow th rate of leaf(%) 113.8 170.2 108.8 47.4 68.9
新梢相对生长率 Relat ive grow th rate of t ip(%) 50 53.8 46.3 45 22.2
叶绿素含量 Ch lorophyll conten t(干重 dry/ %) 0.35 0.459 0.497 0.378 0.342
5个果重 Five fruit s w eight(g) 97.53 102.78 101.52 98.74 94.34
总酸度 General acid deg ree(%鲜重 fresh) 3.47 3.25 3.34 3.52 3.55
总糖含量 General sugar conten t(%鲜重 fresh) 4.56 5.13 4.93 4.41 4.22
Vc含量 Vc content(mg·100g -1) 2.981 3.221 3.093 2.854 2.928
灰色关联度 Grey incidence degree 0.806 0.564 0.631 0.852 1
排序 Ordering 3 1 2 4 5
1) 灰色关联度是指各处理与空白对照的关联度 Grey incidence degree is that of each t reatment in comparison wi th blank treatment
3 讨论
试验结果表明 ,茎部注射稀土元素是改善金柑
果实营养状况的一项重要农业措施 ,对金柑产量提
高及品质改善起着一定的作用 。金柑茎部施肥能较
好地利用植株体对水分的运转而使肥料在金柑体内
均匀分布 ,满足植株生长的需要 。茎部施肥对植株
生长有明显的促进作用 。试验表明 ,茎部施肥的金
柑新梢生长速度加快 ,叶绿素含量提高 ,金柑产量提
高;同时茎部施肥提高了果实中的总糖含量 ,降低了
酸的含量 ,改善了果实中的糖酸比 ,而且还增加了金
柑果实中的 Vc含量 ,增加了果实的营养价值 ,使果
实的品质得到了改善 。茎部施稀土浓度不同对金柑
的生长影响也不同 ,茎部注射量应考虑树体状况(大
小)而定。茎部施肥的金柑果实对稀土元素有较好
的富集作用 ,这为生产富营养保健型水果提供了可
能。试验结果为茎部施肥技术在果树上的应用奠定
了一定的基础 ,以后还将进一步研究果树在不同时
期对茎部施肥的平衡要求 ,为茎部施肥提供理论依
据 ,并为发展富营养型食品奠定基础和提供技术。
稀土元素对植物光合作用的影响是复杂的 ,目
前对其影响的实质和作用机理还不完全清楚 ,有待
今后进一步研究 。
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