褚橙果实品质指标与土壤养分状况关联分析.pdf
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1、 182中国土壤与肥料2023(7)doi:10.11838/sfsc.1673-6257.22322褚橙果实品质指标与土壤养分状况关联分析刘志宗1,2,王晟2,3,陈亚俊1,2,张乃明1,2*(1云南农业大学资源与环境学院,云南昆明650201;2云南省土壤培肥与污染修复工程实验室,云南昆明650201;3云南农业大学植物保护学院,云南昆明650201)摘要:褚橙作为云南省高原特色农业重要的组成部分,具有极高的食用和经济价值。为全面了解褚橙庄园土壤养分状况和果实品质指标现状,在玉溪市新平褚橙庄园内 16hm2种植示范区中采集果实及 030 和 3060cm 土层的土壤,对果实品质指标和土壤理
2、化性质进行检测分析,探究褚橙种植示范区果实营养元素与土壤养分的关联。结果表明:(1)庄园种植示范区土壤有机质、有效磷和有效铁含量适宜褚橙生长,土壤处于足硒水平;褚橙果实品质和含硒量稳定,但仍有提升空间。(2)相对 3060cm 土层而言,030cm 土层的营养元素含量对果实品质指标的影响更大。(3)利于提高褚橙品质的土壤锌、铁、钙含量最适范围分别是 1.462.61,15.5821.02、1410.941998.44mgkg-1。关键词:褚橙;果实品质;土壤养分;相关性分析钙、铁、锌、硒是人体必需的矿质元素,维持人体正常的生理功能1-3。因膳食结构的特点,我国居民易缺乏这 4 种矿物质元素。2
3、012 年中国居民营养与健康状况监测结果显示:我国居民钙、锌和铁缺乏(即摄入量低于平均需要量)的风险分别为 96.60%、35.60%和 11.50%,部分微量元素缺乏的状况比较严重4。我国是缺硒情况较为严重的国家,中国贫硒国土面积按照世界卫 生 组 织 推 荐 值(0.100mgkg-1)和 中 国 规 范(0.125mgkg-1)计算,分别占 21.10%和 31.60%5,硒元素缺乏会引起克山病、癌症、高血压和免疫系统功能紊乱等疾病6-7。目前人们主要通过药品、保健品、食品添加剂等方式补充上述营养元素8-10,忽视了饮食的补充,而食品营养强化是世界卫生组织推荐用于改善人群微量营养素缺乏的
4、重要措施之一11。由于大部分植物性食物对矿质元素的吸收率和利用率有限,因此,通过现代生物科技和农艺措施,标准化调整优化农产品的营养成分,满足人们个性化需求的功能农业已成为当前的研究热点,同时这一方向很好地契合于当前我国农业从注重“量”转向注重“质”的战略需求12。土壤是植物从外界吸收营养元素的主要来源,与人体健康存在密切关系13。其中一个主要的积极影响是将养分从土壤转移到植物,并通过饮食从植物转移到人体。生物强化能够提高植物中对人类健康至关重要的营养物质水平,是解决营养不良问题的可持续解决方案14。褚橙对土壤营养元素的种类和供给强度有比较明确的目的性,土壤不同的营养状况对褚橙植株的生理状况和果
5、实品质指标均有不同地影响。因此,探明褚橙种植土壤养分状况与果实品质指标的相关性,并在此基础上提高营养元素从土壤向果实转移的效率,将对促进褚橙健康可持续发展和迈向功能农业起到十分重要的作用。由于目前研究存在地区性差异,而且不同研究得出的标准值之间差异性较大,所以在指导褚橙施肥、改善褚橙品质和提高褚橙对人体有益营养元素等方面存在较大的困难。为进一步明确新平县褚橙庄园果树的生长状况、果实品质、营养元素含量和园区土壤养分状况之间的关系,选取园区内的 16hm2种植示范区进行野外调查取样和室内试验,对褚橙果实品质和钙、铁、锌、硒等营养成分与其相应的土壤性质间的相互关系进行探究,为褚橙庄园园区向“功能农业
6、”的发展提供科学依据。收稿日期:2022-05-23;录用日期:2022-06-15基金项目:云南省科技重大专项-农产品产地环境净化关键技术研究与示范应用(20200202AE32005)。作者简介:刘志宗(1995-),在读硕士研究生,研究方向为土壤培肥与改良。E-mail:。通讯作者:张乃明,E-mail:。183中国土壤与肥料2023(7)1材料与方法1.1研究区概况褚橙种植区主要分布在南盘江流域和红河流域。其中“褚橙庄园”种植园区位于云南省玉溪市新平彝族傣族自治县境内(23 38 15 24 26 5 N,101 16 30 102 16 50 E),地处哀牢山中段东麓,地形以山地为主
7、,县境山区面积 4139.60km2。全域属温带气候区,年平均气温18.10,年最高气温 32.80,年最低气温 1.30,年均降水量 869.00mm,总日照时数 2838.70h。园区内褚橙种植面积达 420hm2,年均产量超过万 t,是著名水果褚橙的主要产区之一。同时,园区土壤硒平均含量为 0.38mgkg-1,高于全国土壤硒平均含量 0.29mgkg-1,岩石中硒的“初始含量”和后期土壤中硒的次生富集是园区硒的主要来源。1.2研究方法1.2.1样品采集与处理采样区面积 16hm2,树龄 67 年,每公顷栽植1200 棵橙树。一年施肥两次,分别在 12 月到次年1 月(采果后)和 4 月
8、(盛花期),12 月施肥以有机肥为主,配合施用复合肥和中、微量营养元素,每公顷施有机肥 360kg,油枯 1800kg,复合肥 240kg,钙、镁、磷肥 600kg 和钾肥 240kg,4 月施肥以复合肥为主,每公顷施复合肥 600kg,硫酸钾260kg,硝酸钙 120kg。土壤、果实样品采集于 2021 年 9 月,采样点共 24 个,分布如图 1 所示。其中土壤样品按照 5点取样法先采集耕层 030cm 土样;在 24 个取样点中随机选取 8 个取样点,按照 5 点采样法分别采图 1土壤及褚橙果实采样点示意图集附近 5 棵果树的初熟果实样品 2 个和 3060cm土层土壤样品。1.2.2样
9、品测定方法与数据分析土壤营养元素含量测定:土壤 pH 按照土壤 pH 的测定(NY/T13772007);土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量的参考土壤农化分析15的方法;土壤有效锌、有效铁、有效铜含量按照土壤有效态锌、锰、铁、铜含量的测定二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提法(NY/T8902004);交换性钙含量按照土壤检测土壤交换性钙和镁的测定(NY/T1121.132006);土壤硒含量按照土壤中全硒的测定(NY/T11042006)。果实品质的测定按照李玲16的方法:果实可溶性总糖采用蒽酮法,维生素 C 采用 2.6-二氯酚靛酚滴定法,可溶性蛋白采用考马斯亮蓝染料结合法,有机酸采用指示剂
10、滴定法,可溶性固形物(糖度)采用折光仪法,果实铜、锌、钙、铁、硒含量分别采用标准食品安全国家标准食品中铜的测定(GB5009.132017)、食品安全国家标准 食品中锌的测定(GB5009.142017)、食品安全国家标准 食品中钙的测定(GB5009.922016)、食 品 安 全 国 家 标 准 食品中铁的测定(GB5009.902016)、食品安全 国 家 标 准 食 品 中 硒 的 测 定 (GB5009.932017)。1.2.3柑橘园土壤 pH 值、有机质和养分分级标准柑橘园土壤 pH、有机质及各营养元素养分分级指标参考鲁剑巍等17的分级标准。pH 值分级 标 准:pH 值 8.5
11、0 为强碱性;强酸性和强碱性土壤不适于褚橙生长,其余土壤均适合或基本适合褚橙生长,最适 pH 值为 5.50 6.50。土 壤 有 机 质(gkg-1)分 级 标 准:30.00 为丰富。土壤碱解氮、有效磷、速效钾和中、微量元素(mgkg-1)分级标准如表 1 和表 2 所示。1.3数据处理数据使用 Excel2016、SPSS26.0 进行统计分析,采用 Pearson 进行相关性分析,图表使用 Arc-GIS10.7 和 Excel2016 制图。184中国土壤与肥料2023(7)表 1土壤大量元素丰缺标准 (mgkg-1)养分缺乏低量适量高量过量碱解氮300.00有效磷200.00速效钾
12、360.00 表 2土壤中、微量元素丰缺标准(mgkg-1)养分低量适量高量交换性钙600.00交换性镁250.00有效铁20.00有效锌3.00有效铜4.002结果与分析2.1种植土壤营养元素含量与果实品质2.1.1研究区土壤基本状况研究区土壤有机质和 pH 值分布状况和频数如图 2 所示。030cm 土层土壤的有机质含量平均值为25.88gkg-1,68.75%的样品处于适宜范围,21.88%样品处于丰富水平;3060cm 土层土壤的有机质含量平均值为 20.87gkg-1,75.00%的样品处于适宜范围,剩余样品均处于低量水平。030cm 土层土壤的 pH 平均值为 7.00,有 12.
13、50%的样品 pH 值适宜褚橙生长,81.25%的样品高于适宜范围;3060cm土层的土壤 pH 平均值为 6.41,有 12.5%的样品 pH值适宜褚橙生长,62.50%的样品高于适宜范围。土壤大量元素检测结果如表 3 所示。030cm土层碱解氮、有效磷、速效钾平均值分别为 87.50、41.40、365.80mgkg-1,上述指标分别有 29.00%、83.33%、8.33%的样品处于适宜范围;3060cm 土层碱解氮、有效磷、速效钾平均值分别为 62.30、55.11、333.41mgkg-1,分 别 有 0.00%、87.50%、13.50%的样品处于适宜范围。图 2研究区土壤有机质含
14、量和 pH 值分布频数 185中国土壤与肥料2023(7)表 3研究区土壤大量营养元素现状土层(cm)土壤养分变幅(mgkg-1)平均值(mgkg-1)变异系数(%)分布频率(%)缺乏低量适量高量过量030碱解氮30.80168.0087.5038.8844.4317.0054.0029.000.000.00有效磷12.40135.6041.4027.9067.400.008.3383.338.330.00速效钾171.75577.50365.80120.4432.930.000.008.3341.6750.003060碱解氮33.6095.2062.3023.7538.0050.0050.0
15、00.000.000.00有效磷27.8090.8055.1120.5337.000.000.0087.5022.500.00速效钾135.00588.25333.41146.8144.000.000.0013.5037.5050.00土壤中、微量元素的检测结果如表 4 所示。030cm 土层土壤交换性钙、有效铁、有效锌、有效铜含量的平均值分别为 3852.99、16.07、3.63、1.60mgkg-1,上 述 指 标 分 别 有 0.00%、75.00%、29.17%、29.00%的样品处于适宜水平,土壤含硒量 变 幅 为 0.0910.436mgkg-1,平 均 值 为 0.250mgk
16、g-1。3060cm 土层土壤交换性钙、有效铁、有效锌、有效铜含量的平均值分别为 2517.77、20.03、2.58、1.09mgkg-1,分别有 0.00%、50.00%、25.00%、22.50%的样品处于适宜水平,所有样品均处于高量水平,3060cm 土层的土壤含硒量变幅为0.1220.396mgkg-1,平均值为 0.262mgkg-1。表 4研究区土壤中、微量营养元素土层(cm)土壤养分变幅(mgkg-1)平均值(mgkg-1)变异系数(%)分布频率(%)低量适量高量030交换性钙1410.9410267.19 3852.992149.1155.780.000.00100.00有效
17、铁7.3625.9616.075.2632.730.0075.0025.00有效锌0.527.84 3.631.7548.208.3329.1762.50有效铜0.562.64 1.600.5735.7271.0029.000.00总硒0.0910.436 0.2500.10039.413060交换性钙1098.443814.062517.77832.3033.100.000.00100.00有效铁13.6227.3220.035.2226.100.0050.0050.00有效锌0.824.36 2.581.4255.2025.0025.0050.00有效铜0.422.64 1.090.716
18、4.8087.5022.500.00总硒0.1220.396 0.2620.12146.10结果表明,研究区土壤呈中性,有机质、有效磷和有效铁含量适宜,碱解氮和有效铜含量偏低,土壤速效钾、交换性钙和有效锌含量过高,土壤处于足硒水平。2.1.2果实营养元素含量与品质基本状况果实营养元素含量如表 5 所示,果实中钙、铁、锌、铜、硒的平均含量分别为 808.55、5.54、1.25、0.92、0.015mgkg-1,其中钙和硒含量比较稳定,变异系数分别为 15.32%和 6.31%。取样点褚橙的有机酸、维生素 C、可溶性糖、可溶性蛋白和可溶性固形物平均值分别为 0.26%、7.80 mg/100g、
19、12.03mgg-1、0.0037mgg-1和 10.03%,糖酸比平均值为 38.58,各取样点之间果实品质相对稳定。表 5褚橙果实品质指标测定指标变幅平均值标准偏差变异系数(%)钙(mgkg-1)507.60907.74808.55123.9115.32铁(mgkg-1)3.0811.105.542.2941.42锌(mgkg-1)0.523.491.250.8769.42铜(mgkg-1)0.351.610.920.4649.54硒(mgkg-1)0.0140.0170.0150.00096.31有机酸(%)0.190.340.260.0623.46维生素 C(mg/100g)6.949
20、.177.800.8210.45可溶性固形物(%)9.2011.0010.030.616.10可溶性糖(mgg-1)8.9413.5312.031.5112.52可溶性蛋白(mgg-1)0.0030.00470.00370.000616.22 186中国土壤与肥料2023(7)2.2研究区土壤养分与果实品质、营养元素含量的相关性分析果实品质与养分(果实、土壤)的相关性结果如表 6 和表 7 所示。030cm 土层土壤碱解氮含量与果实可溶性蛋白含量呈显著负相关,与果实可溶性糖含量呈极显著负相关;3060cm 土层土壤碱解氮与果实维生素 C 含量呈显著正相关,与表 6褚橙果实品质与 030 cm
21、土层土壤养分含量相关性分析指标有机酸维生素 C可溶性固形物可溶性糖可溶性蛋白铜(果实)锌(果实)钙(果实)铁(果实)硒(果实)有机酸1维生素 C0.3461可溶性固形物-0.245-0.4081可溶性糖-0.461-0.3760.6171可溶性蛋白-0.195-0.0040.1660.4851铜(果实)0.306-0.033-0.0600.0540.5941锌(果实)-0.189-0.0200.5020.4520.7000.3881钙(果实)-0.266-0.1340.4750.5400.2950.5110.1161铁(果实)-0.137-0.0900.6310.5560.729*0.4160
22、.962*0.2701硒(果实)0.2670.0270.2150.2170.0360.5910.0910.6850.2311有机质0.040-0.2050.153-0.169-0.2310.0220.313-0.1730.123-0.161pH-0.2800.117-0.006-0.253-0.065-0.4150.328-0.6560.115-0.756*碱解氮0.3980.235-0.520-0.875*-0.788*-0.327-0.515-0.618-0.648-0.211有效磷0.067-0.0430.5530.037-0.234-0.524-0.023-0.1080.134-0.0
23、67速效钾0.3010.408-0.250-0.399-0.160-0.197-0.526-0.287-0.517-0.571有效锌-0.0210.170-0.419-0.489-0.437-0.752*-0.319-0.911*-0.468-0.839*有效铜-0.320-0.1160.3660.287-0.377-0.3550.260-0.0590.1540.040有效铁0.490-0.148-0.213-0.3380.0760.227-0.4640.107-0.3150.025交换性钙-0.113-0.317-0.110-0.062-0.145-0.4520.114-0.663-0.08
24、5-0.768*硒(土壤)0.701-0.5250.1710.0740.0610.188-0.1880.1420.0250.318指标有机质pH碱解氮有效磷速效钾有效锌有效铜有效铁交换性钙硒(土壤)有机酸维生素 C可溶性固形物可溶性糖可溶性蛋白铜(果实)锌(果实)钙(果实)铁(果实)硒(果实)有机质1pH0.6501碱解氮0.3800.3451有效磷-0.3170.001-0.0161速效钾-0.1000.0950.2440.0771有效锌0.1470.6910.6070.1680.4101有效铜0.6750.4090.151-0.028-0.5400.1041有效铁-0.586-0.493-
25、0.0050.2030.700-0.108-0.905*1交换性钙0.6110.815*0.284-0.1960.2810.6990.453-0.4481硒(土壤)-0.535-0.625-0.1950.4200.356-0.286-0.5180.710*-0.4051注:*表示在0.05水平相关性显著。*表示在0.01 水平相关性显著。下同。可溶性固形物含量呈显著负相关。030cm 土层的土壤有效锌含量与果实铜含量呈显著负相关,与果实钙和硒含量呈极显著负相关。此外,褚橙果实硒含量还与土壤 pH 值和交换性钙含量呈显著负相关。相较 3060cm 土层而言,030cm 土层的营养元素含量对果实品
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