花椒各器官对土壤中9种元素的吸收利用研究

Absorption and Utilization of 9 Elements in Soil by Prickly ash Organs

摘要: 目的：揭示花椒各器官对土壤中营养元素的吸收和利用水平，掌握花椒果实发育对营养元素的需求，为合理施肥提供基础。方法：测定土壤和花椒样中N、P、K、Ca、Mg、B、Zn、Cu和Mo含量并进行统计分析。结果：土壤中花椒树所需求的K、Cu、Zn元素含量很丰富，缺少N元素，P、Ca、Mg、B、Mo各元素的含量极为贫乏；花椒树体中各元素含量由多到少，依次为Ca > K > N、P、Mg > B > Cu、Zn > Mo；花椒营养器官对N、K、Mg和B，果实对K、B和Mg的聚集能力较强。结论：花椒树和果实对N、P、K、Ca、Mg、B需求水平较高。

Abstract: Aim: In order to reveal the absorption and utilization level of nutrient elements in soil by various organs of Prickly ash and grasp the demand of nutrient elements for fruit development of Prickly ash, and provide a basis for rational fertilization. Method: The contents of N, P, K, Ca, Mg, B, Zn, Cu and Mo in soil and Prickly ash samples were measured and analyzed statistically. Result: The content of K, Cu and Zn required by Prickly ash is sufficient in the soil, while the soil lacks N and the content of P, Ca, Mg, B and Mo is very small. The contents of elements in Prickly ash are Ca > K > N, P, Mg > B > Cu, Zn > Mo, respectively. The vegetative organs of Prickly ash have stronger aggregation ability to N, K, Mg and B, while the fruits have stronger aggregation ability to K, B and Mg. Conclusion: The demand level of Prickly ash and its fruits for N, P, K, Ca, Mg and B is relatively high.

1. 引言

研究作物对土壤中营养元素的利用规律是研发配方肥料或专用肥的基础 [1] [2]。许多研究表明，不同种类的植物对土壤中营养元素的吸收和利用程度差别较大，如苹果和柑橘对土壤中N、P和K的需求水平有明显差别 [3] [4]。此外，同一植物的不同器官也对营养元素有完全不一样的需求，如苹果叶片和果实对营养元素的需求有很大差异 [3] [5]。因此，研究栽培植物不同器官对营养元素的需求水平和规律，对于通过施肥提高其产量有实际意义。

花椒是我国北方和西南山地及丘陵地区栽培面积较大的经济树种之一 [6]。栽培花椒经济效益高，施肥和修剪是提高花椒产量的主要措施，花椒施肥主要以氮肥及有N、P、K组成肥复合肥为主 [7] [8] [9]。研究表明，花椒果实富含K、P、Ca、Mg、B、Zn、Cu、S、Fe、Mn [10] [11] [12] [13] [14]，但这些报道未能系统进行营养元素在土壤与花椒枝皮、叶和果实间的富集和吸收利用规律的研究，难以确切揭示花椒各器官对营养元素需求的差异和对肥料中营养成分的要求。由于土壤中S的临界值为12 mg/kg、复合肥和磷肥中的S基本能满足植物的需要 [15] [16] ；陕西土壤中Fe含量丰富、达1.76%~4.38% [17]，Mn含量也很丰富 [18] [19]，Mo对植物开花坐果及发育有重要作用 [20]。因此，本文在陕西花椒主产区，进行花椒对N、P、K、Ca、Mg、B、Zn、Cu、Mo各元素的利用规律研究。

2. 材料与方法

2.1. 采样方法

2017年7月下旬在陕西韩城、合阳、澄城、白水、蒲城、富平、岐山及潼关、华阴、华州区和凤县花椒栽培县(市)，选取17个盛果期花椒园(其中，华洲区为6个)，再从花椒园中选取面积不小于0.33 Km²成片花椒林地，分别采集土壤及花椒枝、叶和果实样；其中在每采样点挖1土壤剖面，采集0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm处土壤100 g以上，然后全部混合均匀称重300 g装袋标记；采样方法详见“花椒器官中6种重金属的含量与分布研究” [6]。

2.2. 分析方法

粉碎所采集的花椒枝条、叶、果皮、种子以及土壤样，送西北农林科技大学测试中心检测土壤样中速效氮N、速效磷P、速效钾K，及钙Ca、镁Mg、铜Cu、锌Zn、硼B、钼Mo含量。其中土壤样中的N、P和Mo分别采用碱解扩散法、碳酸氢钠法、分光光度法 [1] [21]，K、Ca、Mg、Cu、Zn采用原子吸收光谱法(AAS) [22] ；花椒样中的N采用全自动定氮仪法 [5]，P和Mo采用分光光度法，K、Ca、Mg、Cu、Zn采用AAS法，B采用电耦合等粒子质谱法(ICP-MS) [14]。

2.3. 数据处理

采用Microsoft Excel软件进行数据处理并做图。

富集系数BCF = Xi/Yi、转运系数BTF* = Xo/Xb [6]，满足值Z = Yi/BCF，土壤中各元素的比率% = 100 (土壤某元素含量/土壤元素含量总合)%，花椒器官元素间的比率% = 100 (花椒某器官某元素含量/花椒所有器官某元素含量总合)%；Yi土壤元素含量，Xi花椒器官元素含量，Xb枝皮元素含量，Xo其他花椒器官元素含量，Z为土壤元素含量满足花椒需求的能力值(简称满足值，详见讨论)。

3. 结果与分析

3.1. 花椒营养元素的分布

通过765批次(17样地 × 9种元素 × 5个分析部位)样品进行测试分析，研究发现，花椒林地土壤中元素含量大小依次为K、Zn、N、Ca、Cu、Mg、P、B、Mo，枝条皮层中依次为Ca、K、P、N、Mg、Zn、B、Cu、Mo，花椒叶中依次为Ca、K、Mg、N、P、B、Zn、Cu、Mo；花椒果皮中依次为K、Ca、P、N、Mg、B、Zn、Cu、Mo；花椒种子中依次为K、Ca、Mg、P、N、Zn、B、Cu、Mo (表1)。结果表明，在花椒树营养生长和果实发育中对Ca、K、Mg、P、N、B元素的需求水平较高。

Table 1. The average content of 9 nutrients in soil and various organs of Prickly ash forest (mg/kg)

表1. 花椒林地土壤及花椒各器官中9种营养元素的平均含量(mg/kg)

3.2. 花椒各营养元素的均衡比例

仅以所分析的9种元素计算出其在花椒各器官中的比率(表2)。结果表明，花椒林地土壤中K、Zn、N、Ca尤其是K所占比例很高，Ca、K和N在花椒营养器官枝和叶中占比率较高，K、Ca、P、N、Mg在果实中比例较高，9种元素N、P、K、Ca、Mg、B、Zn、Cu和Mo在花椒中所占的平均百分率分别为4.3568、4.1647、30.9839、55.8992、4.4576、0.0578、0.0016、0.0257、0.0528 (图1)。这说明除微量元素外，K、Ca、P、N、Mg在花椒树生长和果实发育中发挥的作用较重要。

Table 2. Percentage of 9 elements in various organs of Prickly ash

表2. 9种元素在花椒各器官中的比率

Figure 1. The ratio of 9 elements in the soil and Prickly ash organs

图1. 土壤及花椒器官中9种元素间的比率

3.3. 花椒树对9种元素的吸收与转运差异

富集系数(吸收系数)是土壤与花椒器官元素含量的比值，其比值大于1表明花椒器官主动从土壤中吸收和利用该元素，综合分析：Ca、P、Mg的富集系数 > 200，N、K、B在20~90之间，Mo在1~4之间，Cu和Zn < 1 (表3)，这表明不同元素被花椒器官吸收和利用程度有很大差异。

转运系数BTF^*表示营养元素通过枝皮被其他器官利用的多寡，间接反映各营养元素的输送能力。花椒叶P、Ca和Zn的BTF^* < 1，N、K、Mg和B > 2；花椒果皮Ca、Mo、Cu和Zn的BTF^* < 1，K > 3、B = 1.79；花椒种子Ca、Mo和Zn的BTF^* < 1，K > 5、Mg = 1.62 (图2)。这揭示出花椒营养器官通过枝条获取N、K、Mg和B的能力较强，花椒果实通过枝条获取K、B和Mg的能力较强。

Table 3. Enrichment and transport coefficient of 9 elements

表3. 9种元素的富集系数和转运系数

BTF* = Xo/Xb；Xb，枝皮元素含量；Xo其他花椒器官元素含量

Figure 2. Changes of transport coefficient for 9 elements in Prickly ash organs

图2. 9种元素的转运系数在花椒器官中的变化

3.4. 花椒林地土壤营养元素的丰缺水平

依据全国第二次土壤普查养分分级标准 [23] (以下简称“分级标准”)中的分级值Lv、及土壤元素含量满足花椒的需求能力Z值，确定花椒林地各营养元素的丰缺水平LRI_Y和LRI_Z (表4)。表4说明，按照分级标准中的等级值，花椒林地土壤中各元素的丰缺水平为：K、Cu、Zn含量很丰富，Mo丰富，B中等，P缺，N、Ca、Mg很缺；但根据Z值各元素的丰缺水平为K、Cu、Zn含量很丰富，N缺，P、Ca、Mg、B、Mo很缺。这说明，Z值可以更直接的判别土壤对花椒各器官所需要元素的满足能力。

Table 4. Indicators of rich and deficient in soil of Prickly ash forest

表4. 花椒林地土壤中各营养元素的丰缺水平

*Indicator value of LRI_Z：<0.10，很缺very lack；>0.11~<0.99，缺lack；>1.00~<2.00，中等medium；>2.01~<4.00，丰富rich；>4.01，很丰富very rich。**Y指标：来自“全国第二次土壤普查养分分级标准”Y Indicator value from nutrient classification standard for the second national soil census。

4. 结论与讨论

4.1. 结论

陕西17个花椒林地土壤9种元素研究说明，土壤中大量元素含量由大到小依次为：K、N、P，中量元素为Ca、Mg，微量元素为Zn、Cu、B、Mo；这9中元素满足花椒树的丰缺水平是，K、Cu、Zn含量很丰富，N缺，P、Ca、Mg、B、Mo很缺。

综合各元素在花椒树体中的含量表明，9种元素含量由大到小是Ca > K > N、P、Mg > B > Cu、Zn > Mo，花椒营养器官对N、K、Mg和B的聚集能力较强，花椒果实对K、B和Mg的聚集能力较强，花椒树和果实对N、P、K、Ca、Mg、B需求水平较高。

4.2. 讨论

N、P、K是提高栽培植物产量必须施用的主要营养元素，不同的作物和经济树种如苹果、柑橘、梨等果树对N、P和K的需求水平差别很大 [24] [25] [26] [27] [28]，小麦、玉米、水稻之间的要求也不同 [29] [30] [31]。本研究数据可统计出，花椒对N、P、K的需求比是1.05:1.00:7.44，花椒果实的要求则是1.00:1.12:8.48，说明花椒对大量营养元素的要求不同于其他树种或作物，这一现象在花椒对中微量元素的要求上也有体现。

研究土壤与栽培植物各器官中的营养元素最终目的在于配方施肥、提高产量和生长量 [32] [33]，但配方施肥和专用肥一般都以土壤元素的丰欠水平和施肥试验效果为依据 [34] [35]。也可以直接检测植物器官的营养元素含量以确定使用的肥料养分是否均衡，最常用的方法是对植物叶片进行营养诊断、土壤营养检测及施肥试验 [24] [36] ；其中进行土壤与植物组织或器官营养元素的联合检测和分析，则能较确切的揭示植物对营养元素的需要及施肥要求 [33] [37]。花椒施肥试验表明，合理的N、P、K配方可提高花椒增产60%~80% [38] [39] [40]，本研究通过对土壤与花椒器官中营养元素的联合分析，虽然确定了花椒尤其是花椒果实对营养元素均衡要求，但还待施肥试验进行验证。

施肥实验报道还表明，除N、P、K外，Ca也对花椒产量有很大的贡献 [41] [42] [43] [44] ；花椒林地土壤和花椒养分研究则说明，部分花椒地土壤N、P、K、Fe、Mn、B、Zn供给不足，花椒果实发育对N、P、K、Ca、Mg、B、Mg需求量较大 [45] [46] [47]，这与本研究结果基本相似 [48]。但已报道的花椒施肥试验未同时进行土壤和花椒营养元素检测，除N、P、K配方还可能存在缺陷外，也未考虑施用对花椒果实发育有重要作用的中微量元素肥，因此还需要通过施肥试验进一步明确中微量元素的增产效果。

本研究依据全国第二次土壤普查养分分级标准中的指标 [23] (以下简称“分级标准”)，阐述了花椒林地土壤中各元素的丰欠水平，分级标准中的指标覆盖面是全国所有栽培植物 [1] [3] [23] [49]，虽然标准中的指标常用于土壤肥力或养分评价 [50] [51] [52]，但难以利用标准中的指标直观地说明土壤元素含量满足花椒的需求能力大小。评价土壤养分或肥力的方法报道有很多，但评判结果几乎都用丰欠水平进行表述，难以找到直接说明土壤养分满足栽培植物需求能力大小的数量值，因而出现了不同的模型分析和判别方法 [53] [54] [55]。本研究尝试用Z = Yi/BCF直接判别土壤对花椒各器官所需要元素的满足能力，理论上土壤中元素含量满足花椒需求能力的临界值是Z = 1，Z < 1表示土壤中元素含量欠缺、Z > 1则为丰富，但由于本研究数据偏少，Z最小是0.0146、最大为213.8729，还不能科学地确定土壤中元素含量极缺、很缺、缺乏及丰富、很丰富所对应的Z值范围，因此还需要对满足值Z继续进行研究。

基金项目

陕西省科技厅科技统筹创新工程计划项目(2016KTTSNY03-02)。