不同品種辣木全氮的動態變化特征研究

陳永川，張祖兵，許木果，楊麗萍，趙春攀，龍繼明，李海泉

（云南省熱帶作物科學研究所，云南 景洪 666100）

辣木具有高鈣、高蛋白質、高纖維、高維生素、低脂等特點，富含各類礦物質和人體必需氨基酸，具有治療高血脂、高血壓、糖尿病，增強體力、抑制病菌、驅除寄生蟲等功效。辣木的種子和葉子中含有豐富的營養成分，其中辣木葉片中鈣和蛋白質分別是牛奶的4倍和2倍，鉀是香蕉的3倍，鐵是菠菜的3倍 ，Vc是柑橘的7倍，胡蘿卜素是胡蘿卜的4倍。辣木葉在印度、菲律賓群島、夏威夷及部分非洲國家將其作為高營養蔬菜，葉柄及辣木枝常被粉碎作為動物蛋白飼料的添加劑［1-2］。

在國外辣木種植主要分布在印度、埃及、菲律賓、斯里蘭卡、泰國、馬來西亞、巴基斯坦、新加坡、古巴、尼日利亞、坦桑尼亞等國，種植總面積約4.7萬hm2，其中最大生產國印度，種植面積約3.8萬hm2。在我國主要分布在云南、海南、廣東、四川、福建、貴州以及臺灣等地，以企業為種植主體，種植總面積約6.7×103hm2（不含臺灣）［1］。全世界有辣木品種14個，迄今為止國內外種植和推廣較多，且具有商業價值和開發前景的主栽品種主要是多油辣木（M.oleifera Lam）、狹瓣辣木（M.stenopetala.）以及印度改良種‘PKM1'辣木［3］。目前辣木的種植和開發已成為國內外關注熱點，研究主要集中在辣木營養價值、功能成分、藥用價值等用途方面［4-7］。但是不同辣木在不同生長樹齡、不同采收時期和不同采收部位氮的動態比較未見報道，而氮含量可能隨不同的品種和部位而不一樣。氮是影響辣木生長的主要營養元素，是所有的蛋白質、氨基酸、核酸和葉綠素的重要組成部分，是合成葉綠素和光合蛋白的主要成分。蛋白質是葉片氮存在的主要形式，通常有71%～77%的葉片氮存在于蛋白質中［8］，因此辣木蛋白質含量高低與辣木氮含量有關。辣木中氮含量的高低可以反映辣木對土壤中氮的吸收和儲藏能力，而辣木莖、枝是辣木葉氮的源和庫。目前，對辣木中氮含量也主要局限于某一區域、某一時期的研究［9］。不同品種辣木由于生長特性不同，在不同時期、不同采收部位中氮的吸收利用分配不同，其氮的含量可能不同。

因此，筆者對不同樹齡的‘多油辣木'、‘狹瓣辣木'和‘PKM1 辣木'在不同采收時期葉、莖、枝中氮含量及氮的生物累積量的動態變化進行分析研究，弄清不同辣木品種、不同樹齡、不同部位氮含量及累積量在不同時期動態分布，以期進一步為辣木養分施肥管理、開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗點選在云南西雙版納云南省熱帶作物科學研究所辣木品種試驗示范基地進行，其種植品種為多油辣木、狹瓣辣木和‘PKM1'辣木，生長年限分別為3年和14年，株行距3 m×4 m。3年生辣木生長高度約2～3 m，莖圍16～25 cm；14年生辣木生長高度約4～5 m，莖圍70～100 cm。供試土壤為磚紅壤，理化性質為pH值 5.52，全氮1.1 g·kg-1，有機質16.7 g·kg-1，有效磷184.9 mg·kg-1，速效鉀193.8 mg·kg-1。施肥種類為復合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15），每株施0.5 kg，一般在3～5月環形溝施。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集

從2016年4～11月的每個月中旬（4～11月為辣木生長期），分別采摘長勢粗細大小一致3年生和14年生多油辣木、狹瓣辣木和‘PKM1'辣木梢（葉、葉柄）及枝條（15～20 cm），3次 重 復（ 每5株 樹 為1重 復 ）。 并于11月測定辣木整株葉、莖（葉柄）、枝條生物量。辣木梢鮮樣分成葉和莖（葉柄）、枝剪短成2 cm稱重，經烘箱105℃殺青30 min后，65～70℃烘干稱重，粉粹備用。

1.2.2 分析項目及測定方法

植株全氮：濃硫酸-過氧化氫消解，連續流動注射分析儀測定［10］。

1.2.3 數據統計

試驗數據采用SPSS 19.0軟件進行統計分析，Duncan 檢驗方法進行多重比較，差異顯著性為α=0.05水平。

2 結果與分析

2.1 不同樹齡辣木品種全氮的年變化

表1顯示了3年和14年樹齡多油辣木、狹瓣辣木、‘PKM1'辣木葉、莖、枝中氮年變化特征。不同辣木品種由于生長特性及遺傳特征差異，表現出不同品種、樹齡及采收部位氮含量不同。辣木全氮含量總體呈現葉＞莖＞枝，14年樹齡高于3年樹齡。不同辣木品種對氮的吸收累積能力不同，全氮含量葉表現為：多油辣木＞‘PKM1'辣木＞狹瓣辣木；莖表現為：‘PKM1'辣木和狹瓣辣木＞多油辣木；枝中氮含量受品種、樹齡的影響而呈現不同特征差異，3年樹齡呈現多油辣木、‘PKM1'辣木低于狹瓣辣木；14年樹齡呈現多油辣木高于‘PKM1'和狹瓣辣木。葉、枝中全氮累積量表現為：狹瓣辣木＞多油辣木＞‘PKM1'辣木；莖表現為：‘PKM1'辣木和狹瓣辣木＞多油辣木。但是由于辣木氮的累積量與氮含量和生物量有關，其辣木氮累積量呈現枝＞葉＞莖，14年樹齡相對較高，3年樹齡相對較低。狹瓣辣木和多油辣木氮的累積量最多，而狹瓣辣木葉和枝氮累積量都相對較高。

表1 不同樹齡辣木品種全氮的年變化特征比較

辣木對氮的吸收受品種、樹齡、季節的影響，其全氮含量呈現不同的年變化特征，變化范圍較大。不同樹齡品種葉中氮含量年變化分別為多油辣木38.97～64.81 g·kg-1、狹瓣辣木32.36～54.34 g·kg-1、‘PKM1'辣木 41.06 ～ 59.33 g·kg-1，年變異為9.5%～13.2%。莖中氮的變化分別為多油辣木16.50～33.63 g·kg-1、狹瓣辣木12.23～29.47 g·kg-1、‘PKM1'辣木16.48～38.78 g·kg-1，年變異為15.3%～29.8%。枝中氮的含量年變化分別為多油辣木10.36～35.75 g·kg-1、狹瓣辣木12.23～22.26 g·kg-1、‘PKM1'辣木 10.40 ～ 23.41 g·kg-1，年變異為20.4%～22.6%。

圖1 不同樹齡辣木品種全氮的動態變化

以上結果表明了氮含量高低與采摘品種、部位、季節有關。葉中氮最高含量是最低氮含量的1.5倍；莖和枝中最高氮含量是最低氮含量2倍；葉中全氮含量是莖和枝的2～3倍，顯著高于莖和枝；莖和枝中氮的年變異最大，因為葉是蛋白質的主要合成器官，而蛋白質的合成需要大量氮，而大部分的氮主要累積在枝中，因此枝是葉片氮的源和庫。樹齡越高、生物量越大，其樹體對氮含量吸收儲存累積越多，對葉片養分的供應能力越強。

2.2 不同樹齡辣木品種全氮的月變化

圖1為3年樹齡和14年樹齡多油辣木、‘PKM1'辣木和狹瓣辣木葉、莖、枝中氮的月動態變化特征，氮含量隨品種、樹齡、季節、部位而變化。

3年樹齡不同辣木品種中氮含量呈現葉＞莖＞枝，總體趨勢隨時間變化而逐漸降低，季節變化差異較大。葉中氮含量表現為4月和6月最高，5月和9～11月最低。狹瓣辣木與多油辣木、‘PKM1'辣木相比，葉中全氮含量隨時間下降幅度最大，4～8月較高，9～11月較低。氮含量高低可能與春、夏季辣木光合作用較強，氮吸收能力較強，而秋冬季溫度較低，光合作用較弱，氮吸收較弱有關。氮含量下降也可能與土壤中氮的供應能力隨時間變化有關。多油辣木和‘PKM1'辣木品種葉中氮含量差異較小，但明顯高于狹瓣辣木。與葉相比，莖中全氮含量下降趨勢更為明顯，品種間氮含量隨時間變化而存在差異。枝中全氮的含量與莖含量變化具有類似趨勢，4～9月逐漸降低，9～11月逐漸升高。枝中呈現狹瓣辣木＞‘PKM1'辣木、多油辣木，差異較為明顯。

14年樹齡3個品種辣木葉、莖、枝全氮含量變化趨勢與3年樹齡辣木具有類似特征。全氮含量呈現葉＞莖＞枝，并隨時間變化逐漸降低。與葉相比，莖和枝中氮含量隨時間變化下降幅度最大。葉中氮含量呈現多油辣木＞‘PKM1'辣木＞狹瓣辣木。品種差異較為明顯，并表現為4月、6月最高，其他月份相對較低。與3年樹齡相比，多油辣木和‘PKM1'辣木葉中全氮含量與狹瓣辣木氮含量差異更顯著。多油辣木與‘PKM1'辣木葉氮含量隨時間變化而呈現不同特征差異。辣木莖中全氮含量5～9月呈現狹瓣辣木＞多油辣木和‘PKM1'辣木。多油辣木和‘PKM1'莖中含量差異較小。莖中氮的變異系數分別為‘PKM1'辣木29.8%＞多油辣木20.1%＞狹瓣辣木15.3%，而氮變異較大與氮含量下降幅度較大有關。3～6月辣木枝中全氮含量呈現多油辣木高于‘PKM1'辣木和狹瓣辣木，其他月份含量差異變化較大。

圖2 不同樹齡辣木品種全氮累積量動態變化

以上結果表明：3年樹齡和14年樹齡辣木葉、莖、枝中全氮含量都具有類似的變化趨勢，總體趨勢氮含量葉＞莖＞枝，14年樹齡高于3年樹齡。葉中氮14年樹齡的變異小于3年樹齡。氮含量隨時間變化逐漸降低，4～8月較高、9～11月較低。莖和枝中氮含量下降幅度比葉更大，這可能與氮轉移到葉中有關；不同辣木品種由于生長特性、遺傳差異、器官等的不同，其葉、莖、枝中全氮含量又具有不同的變化特征，且不同品種莖和枝中全氮含量隨時間變化差異較大。

2.3 不同樹齡辣木品種全氮累積量月變化

圖2為3年樹齡和14年樹齡多油辣木、‘PKM1'辣木和狹瓣辣木單株葉、莖、枝中氮的生物累積量月變化特征。氮累積量隨品種、樹齡、季節、部位而變化，并與氮含量和生物量相關。

3年樹齡和14年樹齡不同辣木品種中氮的生物累積量呈現枝＞葉＞莖，14年樹齡相對較高，3年樹齡相對較低。由于葉和莖的生物產量相對較小，其氮的累積量年變化差異也相對較小。但是狹瓣辣木葉和莖的生物量較大，其生物產量也相對較高，多油辣木和‘PKM1'辣木最低。與葉、莖相比，枝中氮累積量4～7月呈現先下降后升高，9～11月再升高的趨勢，尤其是多油辣木和‘PKM1'辣木最為明顯。而7～9月氮累積量下降，可能與氮被辣木果實采收帶走有關，也可能與主干生物量較大，大部分氮累積在主干有關。氮的累積量并不是呈現逐漸升高的曲線，可能是4～9月氮供應辣木果實生長，并且大部分氮被果實帶走。而9～11月辣木生長相對緩慢，并且呈現落葉狀態，因此氮主要累積在枝條中，并呈現升高的趨勢。枝中氮的累積量：3年樹齡表現為狹瓣辣木＞多油辣木＞‘PKM1'辣木，14年樹齡表現為多油辣木＞狹瓣辣木、‘PKM1'辣木。多油辣木和‘PKM1'辣木葉和莖氮的累積量差異不明顯，這與兩個辣木品種葉和莖生物量差異較小有關。與多油辣木和‘PKM1'辣木相比，狹瓣辣木葉、莖、枝中氮含量相對較低（圖1），但是由于其生物量較大，因此氮的生物累積量較多（圖2）。

3 討論與結論

研究結果表明，辣木全氮含量受品種、樹齡、季節的影響，呈現明顯的動態變化特性。辣木全氮含量總體呈現葉＞莖＞枝，14年樹齡高于3年樹齡，4～8月較高，9～11月較低的趨勢。辣木不同部位氮含量高低可能與辣木不同部位氮的運轉分配、利用有關，也可能與品種、樹齡、季節影響有關，因此年變化差異較大。辣木葉中全氮含量較高，年平均含量達49 g·kg-1，是莖和枝中氮的2～3倍，遠遠超過其他植物氮的含量，顯示了辣木葉片對氮的高富集特性［10］。辣木氮含量的高低與辣木蛋白質含量相關聯，并決定辣木中蛋白質含量［11］。辣木葉片氮含量較高可能與辣木具有較強的光合能力有關。與莖和枝相比，葉片是光合作用的主要器官，大部分氮由枝和莖轉移到葉片中參與合成蛋白質，因此葉片中氮含量較高。但是由于辣木枝的生物量較大，枝中氮的絕對累積量較高。14年樹齡辣木氮含量高于3年樹齡辣木，且枝的生物量最大，氮累積最多，表明樹齡越高，主干越粗其樹體對氮的吸收儲存越多，對養分的供應能力越強。辣木枝的生物量最大，氮的累積量最多，進一步表明枝是辣木葉氮的源和庫。辣木高氮的營養特征證實辣木對氮的需求量較大，而研究結果顯示辣木氮隨時間變化呈現波動，且具有逐漸降低的趨勢，這可能與土壤氮含量供應能力不足有關，而辣木園土壤中銨態氮和硝態氮前期高、后期低。有研究認為植物葉片氮磷比小于14，植物生長更大程度受到氮素的限制作用［12］，而辣木葉片中的氮磷比大多小于14［9］。本研究結果表明辣木氮含量隨時間而下降，因此辣木生長可能受氮素的影響更大，而保證土壤中氮供應可能是提高辣木產量的一個關鍵因素。

也有研究認為辣木養分的變化與品種、生長環境密切相關［4,5,7］。劉昌芬的研究也表明辣木養分隨地區差異而變化［3］。

辣木氮含量高低可能與不同辣木品種遺傳特性不同，對氮的吸收能力不同有關。葉為多油辣木＞PKM1辣木＞狹瓣辣木；莖為PKM1辣木和狹瓣辣木＞多油辣木；枝中氮含量受品種、樹齡的影響而呈現不同特征差異。但是由于狹瓣辣木葉和枝的生物量較大，葉和枝中氮的絕對累積量較高，因此狹瓣辣木對土壤中氮需求量較大。由于大量氮被辣木果實生長帶走，并且主干生物量較大，氮主要積累在主干中，因此葉、莖、枝中氮的生物累積量并不是呈現逐漸升高的曲線。有關影響辣木不同部位氮的生物累積量原因還需進一步研究。

辣木對氮的吸收除受樹齡、品種影響外，還與季節變化的影響有關。辣木氮含量隨時間變化而逐漸降低，變化范圍較大，總體趨勢4～8月較高，9～11月較低。辣木長期吸收土壤養分，土壤肥力變化可能會影響辣木對養分吸收、累積。辣木施肥一般都在3～5月，因此辣木器官中氮逐漸降低可能也與前期土壤氮供應充足，后期氮不足有關。而且不同時期光照、溫度和水分變化不一樣，西雙版納5～10月屬于雨季，土壤中氮移動性較強，且溫度較高，光照充足，這都有利于辣木對氮的吸收利用。有研究也認為季節、海拔都會影響辣木葉中的養分含量［4,7,13］，本結果也表明不同生長季節變化會影響辣木氮含量。

目前，辣木-土壤系統中氮養分動態遷移轉化及與其他養分的相互作用對辣木生長的影響并不清楚，如何保證不同時期辣木養分平衡，提高辣木產量和品質是目前需要解決的問題。