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作者简介:

于会丽(1987-),女,河南卢氏人,助理研究员,硕士,主要从事果树新型肥料研制与施肥技术研究。E-mail:yuhuili@caas.cn。

通讯作者:

司鹏,E-mail:sipeng@caas.cn。

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目录contents

    摘要

    研究海藻提取与养分配施对葡萄果实品质和养分吸收的影响,以“阳光玫瑰”葡萄为试验材料,设置 5 个处理:NPK 水溶肥(CK)、0.375% 海藻提取物与 NPK 水溶肥配施(T1)、0.75% 海藻提取物与 NPK 水溶肥配施(T2)、1.5% 海藻提取物与 NPK 水溶肥配施(T3)和 3% 海藻提取物与 NPK 水溶肥配施(T4)。结果表明,海藻提取物与 NPK 水溶肥配施能增加葡萄单穗重、产量和 SPAD 值,T1、T2 和 T3 处理果实可溶性糖和糖酸比含量分别较 CK 提高 77.98%、17.51%、1.42% 和 69.45%、35.65%、11.45%,T4 处理降低果实可溶性糖和糖酸比含量。 T2 处理果实磷含量和叶片钾含量最高,较 CK 分别显著提高 26.97% 和 47.87%。此外,海藻提取物与 NPK 水溶肥配施均增加果实香气化合物种类,其中,T2 处理果实香气化合物种类数最高。主成分分析中,T2 处理的葡萄果实产量、品质、养分吸收和果实香气物质影响中得分最高。综合分析,海藻提取物与养分一定比例配施能够提高葡萄产量、改善品质、促进养分吸收以及增加果实香气物质种类和相对含量,其中,0.75% 海藻提取物与 NPK 水溶肥配施处理效果更佳。

    Abstract

    A field experiment was conducted to determine the effects of different proportion of seaweed extraction and nutrient distribution ratio on the quality and nutrient absorption of“Shine Muscat”grape. Five treatments were set up for the test: NPK water soluble fertilizer(CK),0.375% seaweed extract and NPK water soluble fertilizer(T1),0.75% seaweed extract and NPK water soluble fertilizer(T2),1.5% seaweed extract and NPK water soluble fertilizer(T3)and 3% seaweed extract and NPK water soluble fertilizer(T4). The results indicated that the yield,ear weight and SPAD values of grape showed an upward trend under application of seaweed extract and NPK water-soluble fertilizer,and under T2 which were the highest and increased significantly by 40.43%,80.53% and 21.48% compared with the control(CK)respectively. At the same time,compared to CK,the contents of soluble sugar and sugar-acid ratio of the fruit in T1,T2 and T3 treatments increased by 77.98%,17.51%,1.42% and 69.45%,35.65%,11.45%,respectively,while T4 treatment showed opposite trend. Under the treatment of T2,leaves potassium and fruit phosphorus of contents reached to the highest,which were 26.97% and 47.87% higher than CK,respectively. The number additionly,the number of fruit aroma substances was increased under application of seaweed extract and NPK water-soluble fertilizer,and under T2 which was the highest. In the principal component analysis,comprehensive score under T2 was the highest. Comprehensive analysis showed that the combination of seaweed extract and nutrients could increase the yield,improve quality,promote nutrient absorption,and increase the variety and relative content of aroma substances for grape,among which 0.75% seaweed extract and NPK water soluble fertilizer had better effect.

  • 海藻提取物是以海洋藻类为主要原料经过化学或生物降解法提取,富含多酚、多糖、褐藻酸盐、多胺、色素、游离氨基酸、甜菜碱、维生素、大量和微量营养元素以及天然植物激素等多种生物活性物质[1-2]。该物质既可单独施用,也可与其他肥料复配施用,常作为肥料的增效剂[3]

  • 大量研究表明,海藻提取物不仅能够促进作物生长和养分吸收,提高作物产量和改善品质[4-7],还能增强作物抗逆性[8-10]。董华芳等[11]在草莓上采用2种施肥方式,分别根灌与叶面喷施海藻有机肥,发现根灌和叶面喷施海藻有机肥处理均能显著提高草莓可溶性固形物含量和相对叶绿素值,根灌效果优于叶面喷施。Rathore等[12]研究表明,海藻提取物能够促进大豆对氮、磷、钾养分的吸收。冯敬涛[13]在一年生盆栽苹果喷施海藻提取物、水杨酸和脱落酸后发现,叶面喷施海藻提取物在缓解干旱胁迫对苹果生长的影响效果更显著。同时,张红梅等[14]和王钰馨[15]在桃上施用海藻肥后发现,海藻肥不仅增加桃果实香气物质种类,而且提高香气物质相对含量。然而,有关海藻提取物与NPK水溶肥配合施用对葡萄香气物质影响的相关研究报道较少。

  • 本研究以“阳光玫瑰”葡萄为试验材料,研究不同用量海藻提取物与NPK配施对葡萄产量、果实品质及养分吸收等参数的影响,旨在优化海藻提取物在葡萄上的应用技术,为开发海藻肥料提供理论依据。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验地基本情况

  • 试验区位于河南省新乡市获嘉县亢村镇凯富葡萄家庭农场(35°9′28″N,113°42′17″E)。属暖温带大陆性季风气候,冬冷夏热,海拔75m,年平均气温14.4℃,年均日照时数2206.4h,年均日照率50%,年降水量563.8mm。供试土壤为砂壤土,基本性状:有机质0.26%,硝态氮7.70mg/kg,铵态氮4.30mg/kg,有效磷32.6mg/kg,速效钾113.4mg/kg,交换性钙1070.7mg/kg,交换性镁214.6mg/kg,pH 8.90。

  • 1.2 试验设计

  • 2019年3月挑选生长正常、树势一致的葡萄作为试验材料。试验设5个处理,单株小区,4次重复,随机区组排列。处理分别为:单施NPK水溶肥、0.375%海藻提取物与NPK水溶肥配施、0.75%海藻提取物与NPK水溶肥配施、1.5%海藻提取物与NPK水溶肥配施、3%海藻提取物与NPK水溶肥配施。其中,0.375%、0.75%、1.5%和3.0%指海藻提取物中海藻酸含量占海藻酸与NPK水溶肥之和的比例。为了方便描述,将各处理分别简化为CK、T1、 T2、T3和T4(表1)。分别于萌芽前、幼果期、膨大期和采前20d 4个时期施入,每个时期氮磷钾水溶肥中纯氮磷钾养分(N-P2O5-K2O)施用量占其全年施用量比例分别为40%-15%-15%、30%-40%-15%、20%-30%-40%、10%-15%-30%,采用简易施肥枪施入。其他田间管理措施与当地传统管理保持一致。

  • 表1 施肥方案

  • 1.3 试验材料

  • 供试作物:“阳光玫瑰”葡萄,树龄5年,株行距为1.5m×3m。

  • 供试肥料:海藻提取物(海藻酸含量6.5%,腐植酸含量5%,pH 6.7,密度1.15g/mL)由华南农业大学提供。氮磷钾水溶肥中,所用氮肥为尿素(N 46.0%),由山东泉胜华工科技有限公司提供,硝酸钾(N 13.5%,K2O 46%)由天津市风船化学试剂有限公司提供,磷肥和钾肥采用磷酸二氢钾(P2O5 52%,K2O 34%),由四川省什邡市华蓉化工有限公司提供,其中,钾肥不足用硝酸钾补充。

  • 1.4 取样方法

  • 2019年9月6日果实成熟时,随机采集新梢中上部叶片,每株树采集20片功能叶。果实样品采集与叶片采集时间在同一天,按处理从每个树体采集葡萄5穗,组成混合样带回实验室,测定相关生理指标。果实去皮后将果肉部分经液氮处理后于-80℃条件下贮藏,用于挥发性物质的测定。

  • 1.5 测定项目与测定方法

  • 1.5.1 叶绿素含量测定

  • 20 19 年9 月6 日果实成熟,随机选取新梢20 个,使用SPAD502 型叶绿素仪测定叶片叶绿素含量。

  • 1.5.2 叶片和果实氮、磷、钾含量测定

  • 采用H2SO4-H2O2 消煮[16],全自动间断化学分析仪(Clever Chem 380,德国)测定叶片和果实N和P含量,火焰光度计测定叶片K含量[16]

  • 1.5.3 单株穗数,单穗质量,单果质量,果粒纵、横径及果形指数测定

  • 普通天平测量单穂质量,用电子天平精度 (0.01g)测定果实单果质量,游标卡尺测量果实的横径(H)和纵径(V),果形指数为果实纵径与横径的比值(V/H)。

  • 1.5.4 果实品质指标测定

  • 蒽酮比色法测定果实可溶性糖含量[17],氢氧化钠滴定法测定果实可滴定酸含量[16],以可溶性糖与可滴定酸含量的比值表示糖酸比,手持数字折射仪(PR-101,Atago,日本)测定可溶性固形物含量,2,6-二氯酚靛酚滴定法测定维生素C含量[17], GY-1型硬度仪测定果实硬度。

  • 1.5.5 果实挥发性物质的检测

  • 检测所用仪器与试剂:固相微萃取头65μm PDMS/DVB(美国Supleco公司);气相色谱质谱联用仪7890-5975C GC/MS(美国Agilent公司);色谱柱DB-225MS(30m×0.25mm×0.25 μm)。化学试剂均为色谱纯。供试挥发性物质样品的提取:参照魏志峰等[18]和罗静等[19]的方法,每处理各取葡萄果肉150g,匀浆后取50g果浆,离心机6000r/min离心15min,离心后用4层纱布过滤,取8mL上清液置于15mL的样品瓶内,于60℃条件下水浴15min后,向瓶中加入NaCl3g,加盖封口。插入萃取头,于105℃条件下吸附40min,以磁力搅拌器搅拌(转速为950r/min)。吸附后将萃取头插入气相色谱进样口,于250℃条件下解吸附萃取头10min,同时启动仪器采集数据。

  • 质谱条件:电离方式EI,电离能量70eV,离子源温度250℃,扫描质量范围为50~550amu。

  • 1.6 数据统计与分析

  • 采用Excel 2010进行数据处理与绘图,SPSS 17.0进行方差分析和主成分分析,果实挥发物质按峰面积归一化法计算各成分相对含量。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 不同处理对葡萄生长和产量的影响

  • 由表2可知,随海藻提取物用量增加,葡萄果实单穗重、产量、果形指数和SPAD值呈先增加后降低的趋势。与CK相比,海藻提取物与NPK水溶肥配施均能增加果实单穗重、产量和叶片SPAD值,其中T2处理的单穗重、产量和叶片SPAD值最高,分别显著提高40.43%、80.53%和21.48%,且T2与T4处理差异不显著。T1处理的果形指数最高,较CK增加3.45%,各处理差异不显著。除T3处理外,海藻提取物与NPK养分配施均能显著增加果实单果重。由此可以看出,施用海藻提取物可促进葡萄生长和提高产量。

  • 表2 不同处理对葡萄生长和产量的影响

  • 注:表中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

  • 2.2 不同处理对葡萄品质的影响

  • 海藻提取物与NPK养分配施对葡萄果实品质有一定的影响,如表3所示,与CK相比,T1、T2和T3处理均增加葡萄果实可溶性糖和糖酸比含量,其中T1处理的可溶性糖和糖酸比含量最高,分别显著提高77.98%和69.45%,且T1处理与其他处理差异显著。除T4处理的维生素C外,海藻提取物与NPK配施均增加葡萄果实的可溶性固形物、维生素C和果实硬度,其中T2处理的维生素C和果实硬度最高,较CK分别提高42.21%和58.02%,同时T2处理的可滴定酸含量显著低于CK、T1和T4处理。由以上分析可知,T2处理显著提高葡萄可溶性糖含量,显著降低可滴定酸含量,增加葡萄糖酸比,提高果实品质,而T4处理降低葡萄可溶性糖含量和糖酸比,增加可滴定酸含量,葡萄糖酸比下降,降低果实品质。

  • 表3 不同处理对葡萄品质的影响

  • 2.3 不同处理对葡萄果实香气物质的影响

  • 2.3.1 不同处理对葡萄果实中各类香气化合物的种类数和相对含量的影响

  • 由表4可知,葡萄果实中香气化合物的种类分别为醇、醛、酯、酸、酮、烷烃、烯烃、苯衍生物类及其他香气物质,其中,醛类物质是葡萄果实中的主要芳香物质。海藻提取物与NPK配施处理下, “阳光玫瑰”葡萄果实中香气化合物的种类和相对含量有一定的差异。T2处理葡萄果实中检测到的香气化合物共有43种,高于CK、T3和T4处理。同时,海藻提取物与NPK水溶肥配施处理均检测到酯类和酸类化合物,但在CK中未检出。

  • 与CK相比,T2和T3处理均增加葡萄果实中醛类物质相对含量,降低醇和酮类物质相对含量。其中,T3处理的醛类物质相对含量最高,较CK增加6.77%,醇和酮类物质较CK分别降低71.28%和95.15%。T1和T4处理均降低葡萄果实中醛类物质相对含量,增加醇和酮类物质相对含量。海藻提取物与NPK水溶肥配施处理的葡萄果实中烷烃类物质含量较CK分别降低94.58%、96.99%、95.18%和72.29%。

  • 表4 不同处理葡萄果实中各类香气化合物的种类数和相对含量

  • 注:表中“—”表示未检测到。下同。

  • 2.3.2 不同处理对葡萄果实中主要醛类香气成分影响

  • 不同施肥处理对葡萄果实中主要醛类香气成分含量和气味的影响见表5。不同施肥处理葡萄果实中的醛类香气成分以2-己烯醛、(Z)-3-己烯醛及己醛为主,其中具有绿叶清香和果香的2-己烯醛含量较高;不同施肥处理果实中都含有少量具有清香、果香和玫瑰、柑橘香的2,4-己二烯醛和壬醛。CK处理的主要醛类物质的种类仅有5种,且醛类中2-己烯醛及己醛的相对含量之和为64.65%;而海藻提取物与NPK水溶肥配施处理的葡萄果实中检测出的主要醛类分别有6、7、8和9种,醛类中2-己烯醛及己醛的相对含量之和,T3处理最高,为91.77%,较CK提高41.95%,T4处理最低,为62.53%,比CK降低3.28%。

  • 表5 不同处理葡萄果实中主要醛类香气成分的检测结果

  • 2.4 不同处理对葡萄叶片和果实氮磷钾含量的影响

  • 由图1A可知,与CK相比,海藻提取物与NPK水溶肥配施处理均降低了葡萄叶片氮养分含量,除T4处理外,海藻提取物与NPK水溶肥配施处理叶片磷含量均低于CK,其中T2处理的葡萄叶片磷养分含量较CK显著降低26.34%,其他处理与CK差异不显著;T2处理葡萄叶片钾含量最高,较CK和T1处理分别显著提高26.97%和59.38%,但与T3和T4处理差异不显著。

  • 图1 不同处理对葡萄叶片果实养分含量的影响

  • 注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

  • 由图1B可知,T4处理的葡萄果实氮和钾含量最高,较CK分别增加16.78%和15.89%,且与T1、T2和T3处理间差异显著;海藻提取物与NPK水溶肥配施处理的葡萄果实磷含量高低顺序依次为T2>T3>T4>CK>T1,其中T2和T3处理的葡萄果实磷含量较CK分别显著增加47.87%和44.68%。综上分析,T2处理促进葡萄叶片对钾元素、果实对磷元素的吸收,T4处理促进果实对钾元素的吸收。

  • 2.5 不同处理对葡萄产量、品质、养分吸收以及香气综合影响主成分分析

  • 通过主成分分析(表6)可知,第1主成分特征值(F1)的变量解释度为43.558%,是最主要的解释变量,前3个成分的累计贡献率为94.363%,表明这3个成分是主要分析部分。对各处理在4个成分中进行综合评价,结果见表7。T2得分最高,为1.925,说明0.75%海藻提取物与NPK水溶肥配施对提高葡萄品质、产量、养分吸收以及香气的综合效果最好。

  • 表6 指标总方差分解

  • 表7 不同处理对葡萄产量、品质、养分吸收以及香气综合影响评价

  • 3 讨论

  • 3.1 不同处理对葡萄产量和品质的影响

  • 本研究表明,海藻提取物与NPK水溶肥配施处理平均增加了葡萄单果重、单穗重,提高其产量,其中,0.75%海藻提取物与NPK水溶肥配施处理(T2)的葡萄产量、单穗重和SPAD值最高,显著高于单施NPK水溶肥处理(CK)。这与陈迪文等[20]研究结果相似,即常规施肥条件下喷施海藻提取物可增加春、秋两季甜玉米单穗鲜重、穗长和百粒鲜重,产量分别提高7.11%和8.23%。同时发现,海藻提取物与NPK水溶肥配施处理平均提高葡萄可溶性固形物、可溶性糖和维生素C含量,改善果实口感和风味。这与笔者在“酥梨”上的研究结果一致,海藻酸与减施25%氮磷钾配施显著提高梨可溶性固形物含量[3]。这可能与海藻提取物成分有关,此试验海藻提取物不仅含海藻酸,还含氨基酸、甘露醇和其他营养物质,这些物质能够促进根系生长、提高叶片SPAD值,增强叶片光合作用[15],同时激化果树体内合成酶,促进果实中干物质和糖的积累,改善果实品质[21]。本研究发现,随海藻提取物配施量的增加,葡萄果实品质呈先增加后降低的趋势,这可能与单果重有关,高含量海藻提取物配施显著增加了果实单果重,果实体积增大,对果实有机养分起“稀释作用”,从而降低其可溶性固形物和可溶性糖含量[22-23],但具体机理有待进一步研究。因此,海藻提取物与NPK水溶肥配施量对果实品质的影响须控制在一定的范围之内,过多不仅造成浪费,还影响其对提升果实品质效果的发挥。

  • 3.2 不同处理对葡萄果实香气物质的影响

  • 香气挥发性化合物是果实品质重要的评价指标,主要由醇类、酯类、醛类、酮类、内酯和萜类化合物等构成[24]。本研究发现,0.75%海藻提取物与NPK水溶肥配施处理和1.5%海藻提取物与NPK水溶肥配施处理均增加醛类和酯类物质种类和相对含量,降低醇类物质相对含量,促进果实香气由清香型向果香型转变,随着海藻提取物配施量的增加,酯类物质的相对含量呈先增加后降低的趋势,这与王钰馨[15]在桃树上的研究相似。可能是随海藻提取物用量的增加,海藻提取物中某些物质的富集抑制了香气物质的积累[25],具体作用机理有待进一步研究。

  • 3.3 不同处理对葡萄树叶片和果实氮磷钾含量的影响

  • 海藻提取物可作为肥料增效剂,不仅能提高作物产量和品质,还能促进养分吸收,提高养分利用率。李金鑫等[26]和高岩等[27]分别在小麦和玉米上的研究发现,海藻酸增效复混肥料可提高小麦和玉米对氮、磷、钾养分的吸收,另外,王敏欣等[28]研究报道,海藻酸增效氯化钾较普通氯化钾提高不结球白菜钾素吸收量,提高钾肥利用率。本研究结果与其类似,与单施NPK水溶肥处理相比,海藻提取物与NPK水溶肥配施处理平均提高葡萄叶片钾和果实磷养分含量,这可能与海藻提取物中的海藻酸施用于土壤形成腐植黏土复合物,增强土壤团聚体稳定性和土壤透气性有关,团聚体稳定性的提高,可直接促进作物对营养物质的吸收[29]; 此外,海藻提取物中所含的生物活性物质对葡萄的生长起调节作用,也可促进葡萄对土壤中营养元素的吸收[30]

  • 4 结论

  • 海藻提取物与NPK水溶肥配施均能够提高葡萄产量和改善果实品质,促进养分吸收,增加果实香气化合物种类和相对含量。综合分析,0.75%海藻提取物与NPK水溶肥配施效果较优。

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    • [25] 孙科鹏.聚丙烯酰胺型保水剂与海藻肥配施在苹果生产上的应用研究[D].泰安:山东农业大学,2016.

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    • [27] 高岩,韩西红,王海朋,等. 海藻酸复混肥料对玉米产量及品质的影响[J]. 南方农业,2020,14(2):147-149.

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  • 参考文献

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