高温热害对红心猕猴桃影响研究——以2022年四川盆区为例

王勤, 赵周, 张鑫宇, 曾娟, 张乐, 谯蓉, 侯春霞

中国农学通报. 2023, 39(36): 57-68

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中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (36) : 57-68. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0042
林学·园艺·园林

高温热害对红心猕猴桃影响研究——以2022年四川盆区为例

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Study on the Impact of High-Temperature Heat Stress on Red-fleshed Kiwifruit: A Case Study of the Sichuan Basin in 2022

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摘要

为研究高温热害对红心猕猴桃的影响,采用红心猕猴桃高温热害指数,以2022年四川盆区高温热害为例,利用红心猕猴桃农业气象观测记录、品质试验数据和园区高温热害调研资料,就高温热害及其对红心猕猴桃产量和品质的影响进行定量评估。结果表明,2022年四川盆区红心猕猴桃高温热害为1978年以来最强,平均强度指数、覆盖率、综合影响评估指数刷新了记录。极端高温热害对猕猴桃产量和品质造成严重影响,其中较2021年,单果重平均下降19%~46%,着色平均下降1~2个等级,糖度增加15%~50%,可溶性固形物变化不大,在±3.2%以内,可滴定酸增加15.6%,维生素C含量平均增加13.6%~86.2%,单宁减少9.8%~61.5%。糖酸、单宁数据变化异于常年,使得口味变淡或怪异。高温热害影响与强度呈正相关,高温热害越强影响越大。高温热害与防灾减灾能力呈负相关。针对猕猴桃园区,提前发布猕猴桃高温热害预警,采取大棚遮阴、地面覆草和适当灌溉等,改善园区小气候环境的措施,可有效减轻高温热害影响。

Abstract

In order to study the effects of high-temperature heat stress on red-fleshed kiwifruit, the high-temperature heat stress index for red-fleshed kiwifruit was employed. Taking the high-temperature heat stress in the Sichuan basin in 2022 as an example, quantitative evaluations were conducted on the impact of high-temperature heat stress on yield and quality of red-fleshed kiwifruit using agricultural meteorological observation records, quality test data, and surveys on high-temperature heat stress in red-fleshed kiwifruit orchards. The results showed that the high-temperature heat stress on red-fleshed kiwifruit in the Sichuan basin in 2022 was the most severe since 1978, with the average intensity index, coverage rate, and comprehensive impact assessment index all breaking previous records. Extreme high-temperature heat stress had a significant impact on yield and quality of red-fleshed kiwifruit. The average individual fruit weight decreased by 19%-46% compared to the previous year, coloration deteriorated by 1-2 grades, sugar content increased by 15%-50%, and soluble solids showed little change, within ±3.2%. Titratable acidity increased by 15.6%, vitamin C content increased by 13.6%-86.2%, and tannin content decreased by 9.8%-61.5% compared to the previous year. Changes in sugar-to-acid ratio and tannin content deviated from normal, resulting in a less appealing or peculiar taste. The impact of high-temperature heat stress was positively correlated with its intensity, indicating that a stronger heat stress led to a greater impact. Furthermore, there was an inverse correlation between high-temperature heat stress and disaster prevention and mitigation capabilities. For red-fleshed kiwifruit orchards, issuing early warnings for high-temperature heat stress and implementing measures such as shade netting, ground cover, and appropriate irrigation can effectively alleviate the adverse effects of high-temperature heat stress.

关键词

红心猕猴桃 / 高温热害 / 定量评价 / 四川盆区 / 预警指标

Key words

red-fleshed kiwifruit / high-temperature heat stress / quantitative evaluation / Sichuan basin / warning indicators

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王勤 , 赵周 , 张鑫宇 , 曾娟 , 张乐 , 谯蓉 , 侯春霞. 高温热害对红心猕猴桃影响研究——以2022年四川盆区为例. 中国农学通报. 2023, 39(36): 57-68 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0042
WANG Qin , ZHAO Zhou , ZHANG Xinyu , ZENG Juan , ZHANG Le , QIAO Rong , HOU Chunxia. Study on the Impact of High-Temperature Heat Stress on Red-fleshed Kiwifruit: A Case Study of the Sichuan Basin in 2022. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2023, 39(36): 57-68 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0042

0 引言

硒是人体必需的一种微量元素[1],具有调节免疫功能、抗大骨节病、抗衰老等作用[2]。根据中国营养学会的推荐,健康的成年人每天摄入的硒营养范围是50~250 μg,而人体并不能合成硒元素,只能依靠外界汲取,大量研究表明,饮食是人体补充硒元素最安全有效的方法[3-4]。中国有72%的国土面积是缺硒地带[5],而土壤是植物吸收硒的主要来源,土壤缺硒会导致当地农产品硒含量偏低,因此,为确保农产品的硒含量标准,生产上现主要采用“富硒土壤+生物转硒技术”的方法,确保富硒土壤中硒元素有效的被植物利用转化成人体容易吸收的硒形态[6]。目前研究较多的植物外源硒调控方式有2种:土壤施硒肥和叶片喷施硒肥,在黄芪[7]、甘薯[8]、马铃薯[9]等领域已有大量相关报道。但前人发现:不同施硒方式处理下,同一作物品种的硒含量、产量和品质存在较大的差异,因此,根据植物的生长特性选择合适的施硒方式对生产富硒产品具有关键性作用。
粉葛为豆科植物甘葛藤(Pueraria thomsonii Benth.)的干燥根[10],是最早被收录中国药食同源名录的植物。粉葛块根内含有丰富的淀粉、氨基酸、异黄酮类等物质,其中葛根素是葛类植物特有的异黄酮类结构成分[11],对扩张血管、降血糖、改善心脑血管等具有显著作用,同时粉葛兼备天然的富硒能力[12]、生长适应性强、种植产量高等优点。因此,开发粉葛相关富硒保健品对提高其附加值、市场竞争力、农户增收具有重要意义。中国粉葛主产区分布在两广、云贵、江西等地区,其中广西是中国最大的粉葛集中生产基地,种植面积约10201 hm2 [13],加之广西富硒土壤面积达212.1万hm2[14]是全国至今发现的最大连片富硒土壤地带,发展富硒粉葛产业具有很好的基础优势。然而,富硒土壤生长的农产品不一定达到富硒标准[15],有关粉葛富硒技术领域的研究至今只有少量的报道[16-17]。因此,本试验将通过单施含硒有机肥、单施叶面硒肥、混合施用含硒有机肥和叶面硒肥4种方式,探求外源硒对粉葛硒积累、产量和品质的影响,以期为富硒粉葛生产提供数据及理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2019年在广西壮族自治区南宁市上林县三里镇试验基地(23°29′48″ N,107°46′49″ E),土壤类型为石灰土,年平均气温19.8℃,前茬作物为冬瓜。在试验进行前,取0~30 cm土壤测定其理化性质,结果为: pH 7.71,全氮1.74 g/kg、全磷0.62 g/kg、全钾4.2 g/kg,有机质25.78 g/kg,碱解氮50.3 mg/kg,速效磷 61.56 mg/kg,速效钾248.2 mg/kg,全硒0.755 mg/kg。
本研究以粉葛品种‘桂粉葛1号’为材料。试验所用含硒有机肥(pH 8.82,总Se含量50.61 mg/kg,有效Se 0.81 mg/kg,有机质232.25 g/kg)和叶面硒肥(主要成分为Na2SeO3,Se含量0.18%)。

1.2 试验设计

试验主要围绕土壤施肥和叶面喷肥2个因素开展,试验设计4个处理:不施硒肥(CK);单施含硒有机肥(C1),用量18000 kg/hm2;单施叶面硒肥(C2),用量50000 mL/hm2;混合施用含硒有机肥和叶面硒肥(C3),且2种施肥方式联合处理的用量与单一处理相同。各处理重复3次,采用随机区组排列和起垄种植方式,试验小区面积为25 m2,小区内共种植3行,每行定植10株。
基肥包括尿素(含N 46.4%)90 kg/hm2,过磷酸钙(含P2O5 18%)90 kg/hm2,硫酸钾(含K2O 52%)135 kg/hm2,在整地时施入;单施含硒有机肥与基肥一起施入;叶面施硒肥在粉葛块根膨大的前、中期各喷施1次,每次喷施硒肥量相同,对照喷施等量的清水。在第二次叶面喷硒肥的两周后进行植株的光合测定。

1.3 试验测定

土壤基本理化性质测定参照鲍士旦主编的《土壤农化分析》[18]。光合特性的测定采用LI-6400便携式光合作用测定。植株硒的测定方法参照国家标准方法(GB 5009.93—2010),土壤硒的测定参照农业行业标准(NY/T 1104—2006),采用SA-20原子荧光形态分析仪测定植物和土壤的硒含量。淀粉含量采用蒽酮比色法测定,葛根素含量采用液相色谱法(选用LC-20AT日本岛津高效液相色谱仪)测定。

1.4 相关参数计算与数据处理

各指标计算公式如式(1)~(2)所示。
粉葛硒积累量[16](g/hm2)=块根硒含量(mg/kg)×每公顷产量(kg/hm2)
(1)
粉葛硒转运系数(TF)=粉葛各器官(叶、藤、芦头)硒含量(mg/kg)/块根硒含量(mg/kg)
(2)
试验数据采用Microsoft Excel 2010整理制图,由SPSS 21.0统计软件对不同处理数据进行单因素方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同施硒方式下的粉葛各器官硒含量

表1所示,与对照相比,单施含硒有机肥处理下粉葛叶、藤、芦头及块根等各器官硒含量均无显著差异;同时,有叶面施硒方式参与的处理(C2,C3),粉葛各器官的硒含量显著高于CK及单施含硒有机肥处理(C1)。就最为关注的块根硒含量而言,单施叶面硒肥处理下块根硒含量比单施含硒有机肥处理提高了71.0%,而混合施用含硒有机肥和叶面硒肥处理下块根硒含量比单施含硒有机肥处理提高了110.1%,可见叶面硒肥的施用对块根硒含量的吸收促进效果好于单施含硒有机肥,而在施用叶面硒肥的同时配合施用含硒有机肥则更好的促进了粉葛块根中硒的吸收。
表1 不同施硒方式处理下粉葛各器官硒含量
处理 芦头 块根
CK 0.376±0.022b 0.244±0.008b 0.121±0.009b 0.053±0.003c
C1 0.540±0.051b 0.225±0.006b 0.127±0.006b 0.069±0.003c
C2 9.284±1.172a 0.419±0.042a 0.267±0.027a 0.118±0.010b
C3 10.155±1.471a 0.515±0.054a 0.239±0.023a 0.145±0.007a
注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。

2.2 不同施硒方式下的粉葛硒转运系数

表2可看出,单施叶面硒肥处理下叶/块根TF值比单施含硒有机肥处理提高了902.9%,而混合施用含硒有机肥和叶面硒肥处理下叶/块根TF值比单施含硒有机肥处理提高了805.3%,说明有叶面施硒方式参与的处理(C2,C3)叶/块根TF值显著高于CK及C1处理,且明显高于藤/块根、芦头/块根的TF值,表明叶面硒肥处理下大量的硒留在叶片,并由叶片转运到了块根中;而各处理的藤/块根、芦头/块根TF值无显著差异则暗示藤和芦头器官在硒由叶片向块根中转运过程中并无阻隔截留作用。
表2 不同施硒方式下粉葛硒的转运系数(TF) mg/kg
处理 转运系数(TF)
叶/块根 藤/块根 芦头/块根
CK 4.42±0.28b 2.92±0.11a 1.418±0.091a
C1 4.91±0.47b 2.05±0.04b 1.150±0.032a
C2 49.24±4.41a 2.22±0.06b 1.427±0.131a
C3 44.45±8.79a 2.25±0.36b 1.046±0.162a

2.3 不同施硒方式下的粉葛产量

表3可知,与对照相比,C1、C2、C3处理下粉葛块根产量分别提高了2.40%、4.74%和7.65%,且C2、C3处理下块根产量增产明显,并达到了显著差异水平,而C1处理对粉葛块根产量并没有显著性影响;各处理的商品薯产量在27.68~29.53 t/hm2范围内,C1、C2、C3处理相比CK,分别提高了3.25%、7.56%和9.19%,经过施肥处理的商品率指标均高于对照处理,其中C2、C3处理的商品率高于CK和C1处理。
表3 不同施硒方式下的块根产量
处理 产量/(t/hm2) 商品薯产量/(t/hm2) 商品率/%
CK 28.00±0.66c 26.81±0.79c 95.73
C1 28.68±0.16bc 27.68±0.23bc 96.53
C2 29.33±0.13ab 28.84±0.08ab 98.31
C3 30.14±0.12a 29.53±0.07a 97.96

2.4 不同施硒方式下块根及商品薯硒积累量

图1所示,不同处理下粉葛硒积累量分别为1.48、1.98、3.46、4.37 g/hm2,C3处理粉葛硒积累量最高比对照提高了194.47%;商品薯硒积累量同样表现为C3>C2>C1>CK,C3处理粉葛商品薯的硒积累量达4.28 g/hm2,比对照增加了201.41%。结果表明,C2、C3处理的粉葛硒积累量显著高于对照和和C1处理。
图1 不同施硒方式下粉葛硒积累量

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2.5 不同施硒方式对粉葛光合特性的影响

图2可以看出,叶面硒肥、混合施用含硒有机肥和叶面硒肥处理下粉葛光合效率表现最强。在净光合数率指标中,C3处理达到最大值为11.61 μmol/(m2·s),C1处于最低值为6.55 μmol/(m2·s),二者呈显著性差异。混合施用含硒有机肥和叶面硒肥处理下的气孔导度最大,为0.167 mmol/(m2·s),其他处理均在0.07~0.08 mmol/(m2·s),与CK、C1、C2处理达到差异性水平。C3处理蒸腾速率最高4.86 mmol/(m2·s)比CK提高了106.80%。C1、C3处理叶片胞间CO2浓度指标均与CK呈显著差异,其中C3处理胞间CO2浓度也达到最大值261.51 μmol/mol。
图2 不同施硒方式下粉葛的光合特性

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2.6 不同施硒方式下的葛根素含量

根据图3可知,单施含硒有机肥、单施叶面硒肥、混合施用含硒有机肥和叶面硒肥3种方式均能提高葛根素的含量,其中C1处理葛根素含量最高,达0.12%,比对照显著提高了33.87%,C2,C3处理的葛根素含量分别为0.09%、0.08%,各施硒方式处理的葛根素含量差异没有达到显著水平。
图3 不同施硒方式下粉葛葛根素含量

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3 结论

本研究结果表明,单施叶面硒肥对提高粉葛产量、品质及硒吸收积累量总体上要好于含硒有机肥,叶面调控方式能够将更多的硒转运粉葛的地下部分,而混合施用含硒有机肥和叶面硒肥则能更好的促进粉葛块根中硒的吸收累积。

4 讨论

据报道,土壤中只有少量的硒形态能被植物直接吸收利用,因此,人们通过土壤补硒和叶面施肥的方式使作物达到富硒水平[19]。本研究表明,单施含硒有机肥处理下(C1)粉葛各器官硒含量无显著提高,单施叶面硒肥处理(C2)块根硒含量比C1处理提高了71.0%,而混合施用含硒有机肥和叶面硒肥处理(C3)块根硒含量比C1处理提高了110.1%,硒生物强化效果表现为C3>C2>C1>CK,说明单施硒肥方式并不能使粉葛的硒生物强化吸收达到最大阀值,但混施硒肥可以促使粉葛的根部与叶面同时吸收硒元素,而不是发生互相拮抗现象,龙友华等[20]和廖青等[21]的研究报告中也表明叶片和土壤同时处理的富硒效果要优于单一处理方式。
本试验中各处理粉葛的不同器官硒含量表现:叶>藤>芦头>块根,说明成熟期中粉葛的硒元素主要积累在叶面,藤和芦头次之,块根分配的硒含量最少,朱盼等[22]在对不同产地粉葛不同部位中成分测定的结果也显示粉葛叶中的硒含量最高。殷金岩等[9]研究表明马铃薯在成熟期时,叶片富集的硒高于茎,块茎的硒含量最低。从粉葛硒元素转运系数(TF)分析来看,有叶面硒肥参与的处理(C2,C3)叶/块根TF值比C1处理分别提高了902.9%、805.3%,而各处理的藤/块根、芦头/块根TF值无显著差异,说明大量的硒由叶片转运到了块根中,藤和芦头器官在硒由叶片向块根中转运过程中并无阻隔截留作用,郭文慧等[8]关于紫甘薯对硒的积累研究也发现植株体内的硒元素从地上向地下转运的特征。
有叶面硒肥参与的处理增产效果优于对照和单施含硒有机肥处理,结合本试验光合特性数据分析,C3处理CO2浓度、蒸腾速率和气孔导度的指标都要高于其它处理,说明叶面施硒肥更有利于提高粉葛的光合效率和抗氧化能力,促进光合产物的积累。加之粉葛属藤本植物叶面积指数较大,叶面喷肥方式能够使更多的硒肥附着叶片及时吸收转运,而土壤施含硒有机肥的硒元素易被土壤的铝、铁胶体等物质固定,降低硒的生物有效性[23],本研究结果与前人的研究相似[24-25],C2、C3处理的粉葛硒积累量显著高于对照和单施含硒有机肥处理。另外,各硒肥处理均提高了葛根素的含量,但施肥处理之间的结果差异不显著,何含杰等[26]研究表明低浓度亚硒酸钠可促进三裂叶野葛的异黄酮生物合成,高浓度的硒则抑制异黄酮的积累,由此推断葛根素含量变化与植株体内富集的硒浓度有关,与施硒方式关系不大,接下来硒含量水平如何影响粉葛有效成分的积累还需进一步研究。

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利用四川省145个气象站点1981-2010年30a的气象数据,通过分析四川省主要猕猴桃产区县气候特点和影响猕猴桃生长的关键气象因子,选择了年均温、1月均温、7月均温、≥10℃积温、年降水、无霜期、相对湿度、日照作为四川猕猴桃生态气候适宜性区划指标,应用GIS空间插值技术推算出四川无测站区域500m*500m网格点上的气候要素值,采用模糊综合评判的方法确定区划指标权重,得到四川猕猴桃精细化气候适宜性区划图,再选择越冬冻害、芽膨大期冻害和日灼三种猕猴桃生长期内主要气象灾害,进行气象灾害风险区划,进一步对气候适宜区进行细分,以期为四川省猕猴桃产业合理规划布局和品质评价提供科学依据。结果表明,四川省猕猴桃种植的气候适宜区较广,高适宜区面积约3.39&times;104km2,适宜区面积约8.73&times;104km2,较适宜区面积约8.46&times;104km2。初步分析整个四川盆地区均属于高适宜区,但是在加入三种气象灾害风险分析后,高适宜区进一步缩小到龙门山脉沿线和成都平原区。

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高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室科技发展基金项目(SCQXKJYJXMS202101)
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