重庆三峡库区鲍威尔脐橙花期叶片矿质营养诊断

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本站小编 Free考研考试/2021-12-26

郑永强, 王娅, 杨琼, 贾学梅, 何绍兰, 邓烈, 谢让金, 易时来, 吕强, 马岩岩. 重庆三峡库区鲍威尔脐橙花期叶片矿质营养诊断[J]. , 2018, 51(12): 2378-2390 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.014
ZHENG YongQiang, WANG Ya, YANG Qiong, JIA XueMei, HE ShaoLan, DENG Lie, XIE RangJin, YI ShiLai, LÜ Qiang, MA YanYan. Leaf Nutritional Diagnosis of Powell Navel Orange at Flowering Stage in Chongqing Three Gorges Reservoir Area[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2018, 51(12): 2378-2390 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.014

0 引言

【研究意义】橘园经常出现单一或多种营养缺乏症^[1],且营养缺乏或过多会缩短橘园生产寿命,降低果园经济效益^[2]。近年来,重庆三峡库区依据“不与两湖抢早、不同赣南争中和差异化发展”的晚熟柑橘发展战略,充分利用冬季无冻害的独特优势,走晚熟柑橘之路,集中发展4—6月成熟的晚熟脐橙,填补我国夏季鲜食柑橘供应的空白,实现“三季有鲜果、八个月能加工”结构调整目标。其中,鲍威尔脐橙（Citrus sinensis cv. Powell navel orange）是2002年从澳洲新南威尔士省柑橘良繁场新引进在重庆三峡库区江津、奉节等地试种,表现晚熟、丰产性好,于次年每年3月中下旬成熟,是重庆晚熟鲜食柑橘规划确定的良种之一^[3]。因此,鲍威尔脐橙作为重庆三峡库区新引进品种,开展其花期叶片营养诊断研究具有重要应用价值。【前人研究进展】叶片营养诊断已成为研究果树营养状况的有效手段,是制定果园施肥方案的重要依据^[4]。1973年,BEAUFILS提出基于营养均衡原理通过所测定矿质元素双变量营养比的形式实现树体多种营养元素平衡状态的诊断综合施肥法（diagnosis and recommendation integrated system,DRIS）及养分需求顺序诊断^[5-6],目前该方法已经成为重要的植物营养诊断方法,并在苹果^[7]、香梨^[8]、葡萄^[9]、猕猴桃^[10]、石榴^[11]、甘蔗^[12]、香蕉^[13]、板栗^[14]、樱桃^[15]、荔枝^[16]、芒果^[17]和桃树^[18]等果树作物应用。1993年,PARENT等通过多种营养元素中心对数比的形式可同时对所有分析元素间相互关系诊断CND法^[19],进而克服DRIS方法仅能通过双元素比例实现的局限^[20-21],并应用于马铃薯^[22]、玉米^[23]、芦荟^[24]、香蕉^[25]和咖啡^[26]等大田作物营养不平衡CND规范建立。MONTAÑÉS等提出标准含量适宜偏差百分数法（deviation from optimum percentage,DOP）,认为DOP指数不仅阐明营养元素限制顺序,亦对矿质营养元素含量偏差直接测量,有助于随后计算施肥方案的肥料需求^[27],国外研究者已经用于葡萄和酿酒需求规范及诊断^[28]。【本研究切入点】目前,柑橘叶片矿质营养分析及诊断研究主要集中在甜橙^[29]、柠檬^[30]和纽荷尔脐橙^[31]等品种。然而,CND、DRIS和DOP诊断方法存在计算量大,理解难度高等缺点,加上国内橘园大多为山地果园的地形限制,导致在实际生产中仍然采用适宜范围和临界值对比的传统方法^[29];而国外通过信息化技术结合肥水一体化已在较多植物上得到成功应用^{[12,15,17-19]}。结合笔者实验室前期研究发现,奉节地区花期总花量显著高于江津地区是其柑橘树体挂果能力显著高于江津地区的原因之一^[32]。【拟解决的关键问题】以重庆江津和奉节地区橘园为研究对象,探讨通过CND高产拐点值法建立花期叶片矿质营养适宜标准的可行性,并采用CND、DRIS和DOP方法对低产橘园叶片矿质营养进行诊断,为橘园施肥管理和建立橘园矿质营养诊断决策专家系统提供方法和数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验处理

试验于2013—2015年度以12年生枳橙砧（P. trifoliate × C. sinensis Osbeck cv. Carrizo citrage）鲍威尔脐橙为试验材料,该品种在重庆气候条件下盛花期在4月中下旬,果实于次年4月中上旬成熟。
于每年盛花期在重庆市江津区和奉节县脐橙标准化示范园选取树体大小基本一致,花量存在显著差异的鲍威尔脐橙小区各20个;每个小区采用“Z”形法选取5株树体大小基本一致的植株,每株取东、西、南、北方向采集叶片,取树冠外围中部各4片春稍健康成熟叶片,即80片叶混合样/小区。将采集的叶片样品迅速带回实验室按照自来水0.1%洗涤剂-自来水-蒸馏水顺序各洗涤不超过2 min,洗涤后吸去叶面多余水分,并于105℃鼓风烘箱中恒温杀青30 min,65℃烘至恒重,然后用不锈钢粉碎机粉碎,过0.5 mm（60目尼龙）的筛子,装入信封中密封保存供叶片营养元素浓度测定^[33]。并于果实成熟期统计各小区产量。

1.2 营养元素测定

称取烘干、磨细的叶片样品0.2 g,H₂SO₄-H₂O₂消煮后采用凯氏定氮法测定叶片N,钼锑抗分光光度比色法测定P,火焰光度计法测定K;另称取烘干、磨细的叶片样品0.5 g,经HNO₃-HClO₄消解后采用等离子光谱仪（ICP）测定Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn^[34]。

1.3 高产群体确定

采用CND理论拐点值方法确定高产群体^[28]。具体分析程序如下：首先,将试验园产量由高到底排序,根据公式1-3计算叶片营养含量参数^[35]：
R=100- (N+P+K+......) （1）
G=(N×P×K×……×R)^1/(n+1) （2）
V_n=ln (N/G), V_p=ln (P/G)……, V_R=ln (R/G);
V_n+V_p+…… +V_R=0 （3）
式中,N、P、K……为各元素在叶片中所占百分含量,R为添加值,n表示研究元素的个数,V_n、V_p……V_R代表分析参数,以下用V_x表示。
其次,根据计算所得分析参数,采用Cate-Nelson循环计算另一个分析参数f_i(V_x)和FC_i(V_x)^[36]。
f_i(V_x)=s²V_xn1/s²V_xn2 (n=n1+n2, i=n-3) （4）
式中,n为所有采样群体个数,n1为每次循环中产量最高采样个数,n2为每次循环中剩余采样个数,s²V_xn1为n1的参数V_x的方差,s²V_xn2为n2的参数V_x的方差。第1次循环n1=2,n2=n-2;以后每次循环n1+1,n2-1,直到最后n2=2,并始终保持n=nl+n2。
FC_i(Vx)= \(\sum ^{n1-1}_{i=1}fi(Vx)/\sum^{n-\partial}_{i=1}fi(Vx)\)×100 （5）
式中,分子表示前n1-1个分析参数f_i(V_X)的和,分母表示所有分析参数f_i(V_X)的和。
最后,分析参数f_i(V_X)与产量（Y）之间存在以下函数关系：FC_i(Vx)=AY³+BY²+CY+D （6）
根据公式（6）求两次导数可得：∂² FC_i(V_x)/ ∂²Y²=6AY+2B=0,即产量Y=-B/3A时为X元素对应的高低产拐点值,选择最高且在研究数据范围内的拐点值作为选择划分高产组临界值^[36]。

1.4 营养指数分析方法

1.4.1 CND法以高产群体分析参数V_X的平均值和高产群体分析参数V_X*的标准差SD_X*作为标准分析参数,计算低产组各营养元素CND指数I_X^[37]。
V_X*=(V_X1+V_X2+……+V_Xt)/t （7）
SD_X*=SD(V_X1 ,V_X2 ,……V_Xt) （8）
I_X=(V_X-V_X*)/SD_X* （9）
式中,t为高产组个数,若I_X>0表示该元素参数V_X高于标准参比值V_X*,即充足（不能表示过量）;接近0,表示这种元素参数V_X越接近标准参比值V_X*,即越接近正常含量值;I_X<0表示这种元素参数V_X低于标准参比值V_X*,即缺乏。
CND营养不平衡指数以CNDr²值表示,为各个元素营养诊断指数的平方之和^[38],计算公式如下：
CNDr²=I_N²+I_P²+……I_Zn²+I_R² （10）
1.4.2 DRIS法以实测值偏离高产小区最适值的偏离程度来表示^[39],A/B表示两元素含量之比,a/b表示高产小区的两元素比值的平均值,则A/B偏离a/b的程度函数f (A/B)计算公式如下：
A/B>a/b时,f (A/B)=[(A/B)/(a/b)-1] ×1000/CV;
A/B<a/b时,f (A/B)=[1-(a/b)/(A/B)] ×1000/CV;
A/B=a/b时,f (A/B)=0 （11）
式中,CV为a/b的变异系数。各营养元素X指数若考察的元素为A/B中A时,取f (A/B);若考察的元素为A/B中B时,取-f (A/B),X指数表达公式为：
I_X=[f (A/B)+f (A/C)+…-f (H/X)-f (I/X)]/(n-1) （12）
另外,重要参数（如N/P或P/N）的选择是诊断过程的重要步骤之一,目前常用的选择重要参数的方法为F值法,方差比值F=V_H/V_L（V_H表示方差较大的值;V_L表示方差较小的值）;如果F (N/P)>F (P/N),诊断分析中参数选择N/P;反之,则选择P/N。
DRIS平均营养不平衡指数以NBIm值表示,表示各个元素诊断指数的绝对值之和的平均值,其计算公式如下：
NBI=∑|I_X|;NBIm=NBI/n （13）
式中,n为被诊断元素的个数。
1.4.3 DOP法 DOP诊断指数以各营养元素实测值相对于最适宜值百分比偏差表示,其计算公式为：
DOP指数=[(C×100)/CCV]-100 （14）
式中,C为被诊断样品某元素的含量,CCV为该元素的叶标准值。
DOP营养不平衡指数与DRIS指数的意义相同,以NBIm值表示,反映各个元素诊断指数之和的平均值^[27-28,40]。其计算公式如下：
NBIm=NBI/n （15）
式中,n为被诊断元素的个数。

1.5 数据处理

各小区采集数据以2013—2015年3年数据平均值±标准差表示,采用SPSS 22.0软件进行数据分析,采用Microsoft Excel 2016软件绘制图表。

2 结果

2.1 高产群体确定

首先,根据CND法中公式1-6确定各矿质营养分析参数与产量的函数关系（图1）,然后采用对应高产组的拐点值公式Y=-B/3A分别计算各矿质营养拐点值（表1）。其中,Y_N=2.60×10²t·hm^-2,Y_P=2.81×10²t·hm^-2,Y_K=4.56×10²t·hm^-2,Y_Ca=2.73×10²t·hm^-2,Y_Mg= 2.97×10²t·hm^-2,Y_Fe=3.16×10²t·hm^-2,Y_Mn=2.86×10²t·hm^-2,Y_Cu=3.22×10²t·hm^-2,Y_Zn=2.69×10²t·hm^-2,Y_R=3.30×10²t·hm^-2。根据划分高产组临界值取在研究数据范围内拐点值最高值的原则,本研究中产量最高值为4.56×10² t·hm^-2,最低值为0.52×10² t·hm^-2,划分高产组临界值理论上应选择3.30×10²t·hm^-2,其中高产组共有6个,占总体采样株的15.0%。

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图1叶片矿质营养含量累积方差与产量的关系
-->Fig. 1Functions between cumulative variance of mineral nutrient content and yield
-->

Table 1
表1
表1各矿质营养分析参数与产量函数关系式
Table 1The relationship between mineral nutrition analysis parameters and yield

元素 Element	累积方差函数FC_i(Vx)与产量（Y）之间的函数式 Functions between FC_i (Vx) and yield	产量拐点 Yield at inflection point (×10²t·hm^-2)
氮 N	FC_i (VN)=-7.43Y³+63.06Y²-166.06Y+135.33 (R²=0.80)	2.60
磷 P	FC_i (VP)=-8.26Y³+68.20Y²-171.00Y+126.96 (R²=0.61)	2.81
钾 K	FC_i (VK)=-1.10Y³+14.78Y²-73.77Y+131.73 (R²=0.98)	4.56
钙 Ca	FC_i (VCa)=-10.33Y³+88.27Y²-233.17Y+188.42 (R²=0.81)	2.73
镁 Mg	FC_i (VMg)=-8.12Y³+72.13Y²-203.95Y+186.21 (R²=0.87)	2.97
铁 Fe	FC_i (VFe)=-9.10Y³+76.89Y²-200.43Y+160.04 (R²=079)	3.16
锰 Mn	FC_i (VMn)=-8.11Y³+69.56Y²-187.72Y+162.38 (R²=0.8)	2.86
铜 Cu	FC_i (VCu)=-5.73Y³+52.09Y²-153.52Y+150.46 (R²=0.95)	3.22
锌 Zn	FC_i (VZn)=-7.55Y³+65.33Y²-177.50Y+153.23 (R²=0.85)	2.69
分析参数 Norms (R)	FC_i (VR)=-6.44Y³+53.42Y²-134.85Y+101.26 (R²=0.73)	3.30

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2.2 江津奉节地区鲍威尔脐橙叶片营养元素状况

根据高产小区确定拐点值3.30×10² t·hm^-2,奉节地区果园采样中高产小区有6个,低产小区13个;江津地区均为低产小区20个,分别得到不同地区高低产组的叶片矿质营养状况（表2）。由高产群体确定重庆三峡库区鲍威尔脐橙叶片矿质元素含量适宜范围为：N（1.93—2.07）%、P（0.11—0.13）%、K（0.16—0.26）%、Ca（2.68—3.42）g·kg^-1 DW、Mg（0.28—0.34）g·kg^-1 DW、Fe（23.51—49.63）mg·kg^-1 DW、Mn（29.78—72.94）mg·kg^-1 DW、Cu（1.53—2.83）mg·kg^-1 DW、Zn（10.78—13.74）mg·kg^-1 DW。
同时,江津鲍威尔脐橙低产小区与奉节高产小区叶片各营养元素含量除Mg和Mn外均存在显著差异;其中,叶片中Ca含量较奉节高产小区低31.5%,而叶片中N、P、K、Fe、Cu和Zn分别显著较高产小区高21.2%、25.0%、95.2%、456.3%、300.0%和107.1%。奉节低产小区叶片各矿质元素含量均与高产组橘园叶片矿质营养水平差异未达显著水平,但奉节地区低产小区变异系数除K、Ca和Mn元素外,其余元素的变异系数均高于高产小区,这与其他果树上的研究结果类似^[41],说明高产小区各营养元素比较平衡,而低产小区各营养元素存在较大差异。江津地区变异系数除Zn外均低于高产小区,这可能与江津地区为平坡果园,而奉节地区是山地果园所致。
Table 2
表2
表2不同产区鲍威尔脐橙园叶片各矿质营养含量
Table 2The leaf mineral nutrient content of Powell navel orange orchards from Jiangjin and Fengjie regions

元素 Element	高产组 High yield group (n=6)		江津低产组 Jiangjin low yield group (n=20)		奉节低产组 Fengjie low yield group (n=14)
元素 Element	平均值Mean	变异系数CV (%)	平均值Mean	变异系数CV (%)	平均值Mean	变异系数CV (%)
N (%)	2.0±0.1b	3.52	2.4±0.1a	3.41	1.9±0.1b	5.74
P (%)	0.12±0.01b	8.89	0.15±0.01a	6.07	0.12±0.01b	11.60
K (%)	2.1±0.5b	22.40	4.1±0.3a	8.34	2.5±0.3b	13.10
Ca (g·kg^-1)	3.1±0.4a	12.07	2.1±0.1b	6.04	2.7±0.2a	8.44
Mg (g·kg^-1)	0.31±0.03a	8.42	0.31±0.02a	5.58	0.30±0.03a	8.86
Fe (mg·kg^-1)	36.6±13.1b	35.71	203.4±41.0a	20.17	31.7±11.6b	36.79
Mn (mg·kg^-1)	51.4±21.6a	42.01	44.2±3.1a	7.00	42.0±8.3a	19.68
Cu (mg·kg^-1)	2.2±0.7b	30.02	8.7±1.3a	15.21	3.1±2.1b	67.95
Zn (mg·kg^-1)	12.3±1.5b	12.04	25.4±3.9a	15.51	10.6±2.1b	19.44

Different lowercases of the same nutritional elements indicate significant difference among different yield level groups (P<0.05)不同小写字母表示不同产量水平组间各营养元素在5%水平差异显著

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2.3 脐橙叶片中各矿质元素含量的相关性

江津和奉节两个地区鲍威尔脐橙叶片中不同元素间相互关系存在显著差异（表3）。其中,江津地区叶片N-Mg极显著正相关（P<0.01）;Mg-Cu、Cu-Zn显著正相关（P<0.05）;而K-Mn、Fe-Zn显著负相关（P<0.05）;奉节地区N-Mn、Ca-Mg极显著正相关（P<0.01）;N-Ca、N-Mg和Ca-Zn显著正相关（P<0.05）。各矿质元素含量与产量之间仅奉节地区K含量与产量呈显著负相关（P<0.05）。说明江津地区叶片各营养元素间存在协同与拮抗,而奉节地区以协同为主。
Table 3
表3
表3脐橙叶片中各矿质营养含量之间及产量的相关性
Table 3The correlation between navel orange leaf mineral nutrient content and yield

产区Production area	元素Element	N	P	K	Ca	Mg	Fe	Mn	Cu	Zn	产量Yield
江津地区 Jiangjin region	N	1
	P	0.201	1
	K	0.355	0.265	1
	Ca	-0.025	-0.034	-0.147	1
	Mg	0.564**	0.15	0.408	0.094	1
	Fe	-0.148	0.297	0.298	-0.229	-0.156	1
	Mn	-0.05	-0.152	-0.465*	-0.11	0.024	-0.114	1
	Cu	0.443	-0.054	0.057	0.188	0.469*	-0.355	0.263	1
	Zn	0.406	-0.171	0.003	0.222	0.261	-0.474*	0.379	0.512*	1
	产量Yield	0.128	0.248	-0.376	-0.375	-0.166	-0.072	0.392	-0.132	0.043	1
奉节地区 Fengjie region	N	1
	P	0.104	1
	K	-0.149	-0.033	1
	Ca	0.445*	-0.261	-0.419	1
	Mg	0.471*	0.054	-0.131	0.742**	1
	Fe	0.035	-0.159	0.193	0.359	0.27	1
	Mn	0.615**	-0.266	-0.316	0.435	0.349	-0.137	1
	Cu	0.253	0.165	-0.089	0.01	-0.159	0.206	-0.035	1
	Zn	0.223	-0.197	-0.418	0.547*	0.375	0.369	0.229	0.097	1
	产量Yield	0.037	-0.187	-0.454*	0.361	0.029	0.378	0.098	-0.17	0.315	1

*和**分别表示在5%和1%水平显著相关* and ** indicate significant correlation at 0.05 and 0.01 level, respectively

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2.4 鲍威尔脐橙叶片营养诊断

表4为江津和奉节地区低产小区3种叶片诊断方法指数及需肥顺序。其中,DOP、DRIS和CND诊断营养平衡指数结果表明,江津低产小区营养不平衡指数NBIm（或CNDr²）分别为117.5、4 291.0和166.5,均高于奉节低产小区的14.1、570.0和37.2,表明奉节鲍威尔脐橙橘园营养平衡状况优于江津。
2.4.1 CND诊断参数与施肥顺序以高产小区矿质营养含量分析参数为依据确定标准参比值,对低产小区进行叶片营养诊断。以公式（7）和（8）计算高产小区矿质营养含量参比值：V_N*=3.62,V_P*=0.78,V_K*=1.36,V_Ca* =1.74,V_Mg*=-0.55,V_Fe*=-2.74,V_Mn*=-2.40,V_Cu*=-5.55,V_Zn*=-3.78,V_R*=7.51;SD_N*=0.07,SD_P*=0.08,SD_K*=0.21,SD_Ca*=0.14,SD_Mg*=0.10,SD_Fe*=0.36,SD_Mn*=0.39,SD_Cu*=0.32,SD_Zn*=0.10,SD_R*=0.06。并依照公式（9）和（10）分别计算各营养元素CND指数I_X和CND营养不平衡指数（CNDr²）,结果表明江津地区叶片Ca、Mg、N、P和Mn元素含量表现偏低（不能表明缺乏）,其他元素含量充足（不能表明过量）;而奉节低产小区叶片N、Ca和P元素含量偏低,其他元素含量充足;同时,施肥需求顺序为江津Ca>Mg>N>P>Mn,奉节N>Ca>P>Zn>Fe>Mn（表4）。
2.4.2 DRIS诊断参数与施肥顺序对重庆三峡库区江津和奉节的低产小区与高产小区叶片N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn浓度进行不同指标表示形式（N/P、P/K、K/N等72种形式表示）进行统计,分别计算高产小区和低产小区各种形式的平均值、方差、标准差、变异系数和方差比（V_H/V_L）,并对方差比进行差异显著性分析,以高产小区的各项指标作为参比标准,每对表示形式如N/P与P/N,只选择方差比值较大的,筛选出36种参数,再经F值法检验,在P=0.01水平下达到极显著的指标作为DRIS参数^[42],最终江津地区筛选出N/K、N/Fe、N/Cu、P/K、P/Fe、P/Cu、K/Fe、K/Cu、Ca/N、Ca/P、Ca/K、Ca/Fe、Ca/Mn、Ca/Cu、Mg/N、Mg/P、Mg/K、Mg/Fe、Mg/Cu、Mn/N、Mn/P、Mn/K、Mn/Mg、Mn/Fe、Mn/Cu、Mn/Zn、Zn/Ca、Zn/Mg、Zn/Fe和Zn/Cu等30个重要叶片营养浓度比值标准参数（表5）,奉节地区筛选出Ca/K、Mg/K、Mg/Zn、Mn/N、Mn/P、Mn/K、Mn/Ca、Mn/Mg、Mn/Fe、Mn/Cu、Cu/P、Cu/K、Cu/Mg和Cu/Fe等14个重要叶片营养浓度比值参数（表6）。在此基础上,将选择的参数依据公式（12）和（13）DRIS指数计算结果表明,江津低产小区叶片营养Ca和Mg含量缺乏,Mn、N和P偏低,K含量充足,而Zn、Cu、Fe含量过量;奉节低产小区叶片Zn含量缺乏,Ca、Fe和Mn含量偏低,P、N和Mg含量充足,而Cu和K过量,同时施肥需求顺序为江津Ca>Mg>>Mn>N>P,奉节为Zn>>Fe>Ca>Mn>N>Mg（表4）。
2.4.3 DOP诊断参数与施肥顺序根据DOP营养诊断结果可以看出,江津低产小区叶片Ca、Mn和Mg含量偏低,Zn、K、P和N含量充足,而Fe和Cu过量;奉节低产小区Mn含量缺乏,Zn、Fe、Ca、Mg和N含量偏低,P含量充足,而K和Cu含量过量。同时,施肥需求顺序江津为Ca>Mn>Mg,奉节Mn>>Zn>Fe>Ca>Mg>N（表4）。
Table 4
表4
表4江津和奉节产区鲍威尔脐橙低产组叶片诊断指数及需肥顺序
Table 4Leaf diagnosis indices and order of nutrient requirements for Fengjie and Jiangjin low-yield subpopulation areas of Powell navel orange

方法 Method	产区 Region	营养元素诊断指数 Index									NBIm (CNDr²)
方法 Method	产区 Region	I_N	I_P	I_K	I_Ca	I_Mg	I_Fe	I_Mn	I_Cu	I_Zn	NBIm (CNDr²)
CND	江津Jiangjin	-3.59	-2.41	1.11	-6.08	-4.64	3.59	-1.42	3.01	2.52	166.45
CND	奉节Fengjie	-2.25	-0.01	0.33	-0.93	0.14	0.17	0.1	1.34	0.86	37.2
DRIS	江津Jiangjin	-1660	-1599	1486	-9015	-4613	7771	-2424	5295	4759	4291
DRIS	奉节Fengjie	-38	208	845	-554	-27	-522	-461	1447	-1028	570
DOP	江津Jiangjin	21.66	29.55	95.95	-31.4	-0.32	456.38	-13.98	301.11	107.07	117.49
DOP	奉节Fengjie	-2.2	3.24	17.53	-10.09	-4.17	-13.42	-18.18	44.4	-13.28	14.06

I_N, I_P……I_Cuand I_Zn stand for mean of nutrient diagnose index of low-yield subpopulation orchards, respectively. NBIm or CNDr² is the average nutrient balance index of the orchard. In CND method, X element content is lower when I_X<0; X element content is normal when I_X=0; X element content is higher when I_X>0. In DRIS and DOP methods, when |I_X|≤NBIm, it indicates that the X element content is normal; when I_X<0 and |I_X|>NBIm, the X element is deficient, when I_X>0 and |I_X|>NBIm, the X element is excessiveI_N、I_P……I_Cu和I_Zn为各低产组生产水平果园营养诊断指数的平均值。NBIm或 CNDr²为平均营养不平衡指数,CND法X元素当Ix<0时表示含量偏低,Ix=0时表示含量正常,Ix>0时表示含量充足;DOP和DRIS法X元素当|I_X|≤NBIm时表示含量正常,I_X<0且|I_X|>NBIm时表示缺乏,I_X>0且|I_X|>NBIm时表示过量

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Table 5
表5
表5江津地区叶片营养元素比值参数表
Table 5The parameter of ratio among leaf nutritional elements in Jiangjin region

参数 Norm	高产组High yield group (n=6)			江津低产组Jiangjin low yield group (n=20)			方差比 V_H/V_L
参数 Norm	平均值Mean	标准差SD	变异系数CV (%)	平均值Mean	标准差SD	变异系数CV (%)	方差比 V_H/V_L
N/K	9.87	2.12	21.47	5.92	0.47	7.96	20.20**
N/Fe (10^-2)	6.36	3.18	49.96	1.25	0.27	21.90	135.78**
N/Cu (10^-3)	10.30	4.65	45.16	2.84	0.39	13.81	140.54**
P/K (10¹)	5.68	0.97	17.10	3.67	0.32	8.79	9.08**
P/Fe (10^-1)	3.62	1.54	42.37	0.77	0.15	19.62	103.81**
P/Cu (10^-2)	5.85	2.15	36.71	1.77	0.30	16.75	52.67**
K/Fe (10^-1)	6.47	2.52	39.00	2.10	0.41	19.73	36.95**
K/Cu (10^-2)	10.39	3.33	32.05	4.83	0.80	16.51	17.42**
Ca/N (10²)	15.27	1.73	11.34	8.63	0.60	6.95	8.34**
Ca/P	2.66	0.48	17.94	1.40	0.12	8.64	15.63**
Ca/K (10¹)	15.21	3.96	26.05	5.11	0.57	11.17	48.17**
Ca/Fe (10^-1)	9.67	4.73	48.88	1.08	0.26	24.39	324.09**
Ca/Mn (10^-1)	6.53	1.78	27.19	4.76	0.46	9.61	15.04**
Ca/Cu (10^-2)	15.70	6.72	42.80	2.45	0.38	15.67	306.38**
Mg/N (10³)	15.46	1.22	7.89	12.67	0.59	4.65	4.30**
Mg/P (10¹)	2.69	0.41	15.44	2.05	0.15	7.30	7.67**
Mg/K (10²)	15.30	3.51	22.95	7.49	0.61	8.09	33.53**
Mg/Fe	9.77	4.74	48.48	1.58	0.36	22.48	178.13**
Mg/Cu (10^-1)	15.97	7.15	44.80	3.59	0.48	13.23	226.45**
Mn/N (10³)	2.55	0.98	38.28	1.82	0.15	8.00	44.85**
Mn/P (10²)	4.49	2.09	46.58	2.95	0.30	10.11	49.34**
Mn/K (10²)	2.64	1.50	56.83	1.08	0.14	13.22	110.23**
Mn/Mg (10¹)	1.66	0.68	40.68	1.44	0.13	8.78	28.62**
Mn/Fe (10¹)	18.39	17.82	96.88	2.27	0.53	23.56	1112.97**
Mn/Cu	29.72	27.91	93.91	5.16	0.75	14.56	1380.50**
Mn/Zn	4.22	1.77	42.07	1.78	0.30	16.62	36.01**
Zn/Ca (10³)	4.05	0.50	12.33	12.14	1.94	15.94	15.04**
Zn/Mg (10²)	3.97	0.27	6.88	8.25	1.28	15.54	22.10**
Zn/Fe (10¹)	3.82	1.73	45.40	1.32	0.42	31.52	17.36**
Zn/Cu	6.32	2.83	44.80	2.93	0.42	14.32	45.42**

F_{1(5, 19)}=4.17,F_{2(19, 5)}=9.58**表示F值达到极显著（P<0.01）;V_H表示方差较高的值;V_L表示方差较低的值。表6同** indicates the F value achieves to extremely significant differences (P<0.01); V_H and V_L represent the higher variance and the lower variance. The same as Table 6

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3 讨论

营养元素的丰缺状况与柑橘产量和品质有着密切关系。根据最小养分定律,植物生长受最小养分所制约^[43]。然而,叶片矿质营养元素并不是孤立存在,亦存在一定的协同与拮抗动态平衡作用过程,一种元素的吸收和转运很可能受到另一种或几种营养元素的影响^[44]。本研究表明,江津产区鲍威尔脐橙叶片营养元素间协同与拮抗关系共存,而奉节产区鲍威尔脐橙叶片营养元素以协同为主;同时,各矿质元素含量与产量之间仅奉节产区K含量与产量之间存在显著的负相关关系（表3）。该结果表明元素间不能互为代替^[45]及K元素在树体营养中的重要性^[46]。因此,开展基于营养平衡原理的植物叶片矿质营养诊断研究对柑橘栽培平衡施肥有重要指导作用。另外,江津和奉节两个产区鲍威尔脐橙叶片矿质营养状态存在显著差异,为开展江津和奉节地区鲍威尔脐橙叶片矿质营养诊断提供了良好的试验材料,研究结果将有利于诊断方法理论研究并为我国施肥信息化指导决策提供数据支持。
目前,柑橘叶片矿质营养诊断标准往往凭借经验或年平均产量确定的高产群体矿质营养特征制定,尚未涉及基于营养平衡原理的诊断标准^[47-48]。本试验利用CND多元分析法通过叶片矿质营养元素含量的累积方差函数与产量之间建立三次函数关系,对函数求两次导数来确定高低产小区拐点值^[36],确定重庆三峡库区江津和奉节地区划分高产组临界值理论上应选择3.30×10²t·hm^-2,其中高产小区共有6个,占总体采样株的15.0%（图1和表1）;依据高产小区矿质营养元素特征确定叶片各元素适宜范围（表2）。鉴于目前鲍威尔脐橙叶片矿质营养诊断标准尚未制定,本文借鉴谢文龙等制定的纽荷尔脐橙叶片矿质营养诊断标准N（2.7—3.2）%、P（0.13—0.20）%、K（1.2—1.9）%、Ca（2.5—4.0）g·kg^-1 DW、Mg（0.22—0.45）g·kg^-1 DW、Fe（50—200）mg·kg^-1 DW、Mn（20—150）mg·kg^-1 DW、Cu（5—25）mg·kg^-1 DW和Zn（20—50）mg·kg^-1 DW^[49]。本研究获得的叶片矿质元素诊断标准中N（2.01%）偏低,可能为采用花期叶片营养诊断所致,该时期氮含量适当降低有利于提高树体碳氮比（C/N）,促进果树花芽分化^[49];而P（0.12%）、K（2.1%）、Ca（3.1 g·kg^-1 DW）、Mg（0.31 g·kg^-1 DW）和Mn（51.4 mg·kg^-1 DW）均在适宜范围之内;Fe（36.6 mg·kg^-1 DW）接近适宜范围下限;Cu（2.2 mg·kg^-1 DW）和Zn（12.3 mg·kg^-1 DW）偏低,这与橘园施肥不重视微量元素有关。
Table 6
表6
表6奉节地区叶片营养元素比值参数
Table 6The parameter of ratio among leaf nutritional elements in Fengjie region

参数 Norm	高产组High yield group (n=6)			奉节低产组Fengjie low yield group (n=14)			方差比 V_H/V_L
参数 Norm	平均值Mean	标准差SD	变异系数CV (%)	平均值Mean	标准差SD	变异系数CV (%)	方差比 V_H/V_L
Ca/K	1.52	0.40	26.05	1.12	0.15	13.55	6.77**
Mg/K (10¹)	1.53	0.35	22.95	1.21	0.16	13.12	4.88**
Mg/Zn (10^-1)	2.53	0.19	7.34	2.88	0.59	20.64	10.23**
Mn/N (10³)	2.55	0.98	38.28	2.14	0.33	15.60	8.51**
Mn/P (10²)	4.49	2.09	46.58	3.56	0.89	24.99	5.54**
Mn/K (10²)	2.64	1.50	56.83	1.71	0.31	18.27	23.09**
Mn/Ca (10²)	1.69	0.72	42.31	1.53	0.22	14.19	10.93**
Mn/Mg (10¹)	1.66	0.68	40.68	1.42	0.24	16.56	8.26**
Mn/Fe	1.84	1.78	96.88	1.50	0.62	41.49	8.20**
Mn/Cu (10^-1)	2.97	2.79	93.91	1.81	1.00	55.09	7.80**
Cu/P (10³)	1.86	0.49	26.14	2.63	1.85	70.22	14.55**
Cu/K (10³)	1.04	0.31	29.83	1.33	1.02	77.03	10.82**
Cu/Mg (10³)	7.17	2.57	35.90	10.80	8.09	74.94	9.89**
Cu/Fe (10²)	6.29	1.82	28.99	10.52	6.12	58.20	11.28**

F_{1(5, 13)}=4.86,F_{2(13, 5)}=9.82

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本研究采用CND、DRIS和DOP 3种诊断分析方法对库区江津和奉节地区低生产水平果园需肥顺序诊断（表4）。其中,江津低产小区CND结果与DOP相比N和P需求高于Mn;而奉节低产小区CND结果与其他两种方法诊断结果除Ca具有共同需求外,其他元素差异较大,这可能为CND法缺陷所致,它的适宜值是一个具体的值,实际生产中果树的适宜值是一个范围,因而容易产生误判^[48],同时本试验CND诊断方法结果虽表明N和P含量偏低但无法证明是否为缺乏而成为产量限制因子^[37]。江津低产小区DRIS结果与DOP相比亦有N和P含量需求但为非产量限制因子,同时DRIS结果表明,Mg需求高于Mn,这与江津矿质营养实际状况不一致,可能是由于Zn、Cu和Fe过量所致;奉节低产小区DRIS与DOP结果具有共同元素需求,主要差别在Zn和Mn需肥排序和产量限制因子的判断,这可能是因为DRIS作为二元分析方法,更多考虑元素的平衡状况,这种平衡可能是高水平的,也可能是低水平的营养平衡,当几种元素同时过量时,容易造成诊断误差^[49-51]。而DOP法结果不仅阐明营养元素限制的顺序,亦可对元素含量偏差直接测量,有助于随后计算施肥方案的肥料需求^[27],不会出现这样的错误判断。因此,在实际运用中,最好将多种叶诊断方法结合起来,以便更加准确地反映缺素情况^[52-53]。
综上所述,本试验结果表明通过CND拐点值法建立鲍威尔脐橙树体花期叶片营养诊断标准,并采用叶片DOP诊断结果具有较好的合理性。在此基础上,采用“以氮定肥、以果定量”的原则制定施肥决策方案^[54]：以氮定肥即柑橘全年土壤施肥次数为2—4次,分别是促花肥、保果肥、壮果肥、秋季基肥。具体土壤施肥次数和施肥时间应以叶片氮诊断结果为重要依据;以果定量即根据柑橘果实养分含量和目标产量,确定不同种类和品种柑橘的肥料（N、P、K、Ca和Mg等）基本用量。以江津DOP诊断结果为例,叶片DOP诊断结果为偏高但非过量,依据以氮定肥原则确定施肥次数3次,分别为保果肥、壮果肥和秋季基肥;同时依据以果定量原则确定脐橙类每生产一吨柑橘鲜果带走养分量（N 1.78 kg、P₂O₅0.51 kg、K₂O 2.09 kg和CaO 0.89 kg）,通过公式施肥量=（鲜果带走养分量/肥料利用率）×估算系数估算施肥量,其中估算系数为果实耗肥量占全年果树耗肥量百分比。
需要指出的是,本研究尚未涉及树体营养状态对树体营养生长与生殖生长的竞争关系,亦未涉及矿质营养与果实品质之间的关系。因此,在今后的研究中有必要开展以柑橘果实、产量与果实不同关键物候期叶片营养元素浓度的相关性大小为依据,确定脐橙树体营养叶分析采样时间,将误差降到最低并达到预期诊断目的。同时,进一步开展营养生长和生殖生长平衡状态叶片营养分析诊断研究,使得柑橘叶片营养适宜值的确定更加科学合理。

4 结论

通过CND拐点值法建立鲍威尔脐橙树体花期叶片营养诊断标准,所建的诊断标准具有较好的合理性。3种方法对比花期叶片诊断结果为：江津低产小区最缺乏的元素为Ca,其次缺乏的为Mn和Mg等,其中最不缺乏的为Fe和Cu;奉节低产小区最缺乏的元素为Mn和Zn,其次缺乏的为Fe和Ca等。同时,低产小区不平衡指数表明江津和奉节具有很大的增产潜力。根据上述诊断结果建议江津低产小区增施Ca、Mn和Mg肥,奉节低产小区增施Mn、Zn、Fe和Ca肥。
The authors have declared that no competing interests exist.