不同品种辣木全氮的动态变化特征研究

陈永川，张祖兵，许木果，杨丽萍，赵春攀，龙继明，李海泉

（云南省热带作物科学研究所，云南 景洪 666100）

辣木具有高钙、高蛋白质、高纤维、高维生素、低脂等特点，富含各类矿物质和人体必需氨基酸，具有治疗高血脂、高血压、糖尿病，增强体力、抑制病菌、驱除寄生虫等功效。辣木的种子和叶子中含有丰富的营养成分，其中辣木叶片中钙和蛋白质分别是牛奶的4倍和2倍，钾是香蕉的3倍，铁是菠菜的3倍 ，Vc是柑橘的7倍，胡萝卜素是胡萝卜的4倍。辣木叶在印度、菲律宾群岛、夏威夷及部分非洲国家将其作为高营养蔬菜，叶柄及辣木枝常被粉碎作为动物蛋白饲料的添加剂［1-2］。

在国外辣木种植主要分布在印度、埃及、菲律宾、斯里兰卡、泰国、马来西亚、巴基斯坦、新加坡、古巴、尼日利亚、坦桑尼亚等国，种植总面积约4.7万hm2，其中最大生产国印度，种植面积约3.8万hm2。在我国主要分布在云南、海南、广东、四川、福建、贵州以及台湾等地，以企业为种植主体，种植总面积约6.7×103hm2（不含台湾）［1］。全世界有辣木品种14个，迄今为止国内外种植和推广较多，且具有商业价值和开发前景的主栽品种主要是多油辣木（M.oleifera Lam）、狭瓣辣木（M.stenopetala.）以及印度改良种‘PKM1'辣木［3］。目前辣木的种植和开发已成为国内外关注热点，研究主要集中在辣木营养价值、功能成分、药用价值等用途方面［4-7］。但是不同辣木在不同生长树龄、不同采收时期和不同采收部位氮的动态比较未见报道，而氮含量可能随不同的品种和部位而不一样。氮是影响辣木生长的主要营养元素，是所有的蛋白质、氨基酸、核酸和叶绿素的重要组成部分，是合成叶绿素和光合蛋白的主要成分。蛋白质是叶片氮存在的主要形式，通常有71%～77%的叶片氮存在于蛋白质中［8］，因此辣木蛋白质含量高低与辣木氮含量有关。辣木中氮含量的高低可以反映辣木对土壤中氮的吸收和储藏能力，而辣木茎、枝是辣木叶氮的源和库。目前，对辣木中氮含量也主要局限于某一区域、某一时期的研究［9］。不同品种辣木由于生长特性不同，在不同时期、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，笔者对不同树龄的‘多油辣木'、‘狭瓣辣木'和‘PKM1 辣木'在不同采收时期叶、茎、枝中氮含量及氮的生物累积量的动态变化进行分析研究，弄清不同辣木品种、不同树龄、不同部位氮含量及累积量在不同时期动态分布，以期进一步为辣木养分施肥管理、开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验点选在云南西双版纳云南省热带作物科学研究所辣木品种试验示范基地进行，其种植品种为多油辣木、狭瓣辣木和‘PKM1'辣木，生长年限分别为3年和14年，株行距3 m×4 m。3年生辣木生长高度约2～3 m，茎围16～25 cm；14年生辣木生长高度约4～5 m，茎围70～100 cm。供试土壤为砖红壤，理化性质为pH值 5.52，全氮1.1 g·kg-1，有机质16.7 g·kg-1，有效磷184.9 mg·kg-1，速效钾193.8 mg·kg-1。施肥种类为复合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15），每株施0.5 kg，一般在3～5月环形沟施。

1.2 方法

1.2.1 样品采集

从2016年4～11月的每个月中旬（4～11月为辣木生长期），分别采摘长势粗细大小一致3年生和14年生多油辣木、狭瓣辣木和‘PKM1'辣木梢（叶、叶柄）及枝条（15～20 cm），3次 重 复（ 每5株 树 为1重 复 ）。 并于11月测定辣木整株叶、茎（叶柄）、枝条生物量。辣木梢鲜样分成叶和茎（叶柄）、枝剪短成2 cm称重，经烘箱105℃杀青30 min后，65～70℃烘干称重，粉粹备用。

1.2.2 分析项目及测定方法

植株全氮：浓硫酸-过氧化氢消解，连续流动注射分析仪测定［10］。

1.2.3 数据统计

试验数据采用SPSS 19.0软件进行统计分析，Duncan 检验方法进行多重比较，差异显著性为α=0.05水平。

2 结果与分析

2.1 不同树龄辣木品种全氮的年变化

表1显示了3年和14年树龄多油辣木、狭瓣辣木、‘PKM1'辣木叶、茎、枝中氮年变化特征。不同辣木品种由于生长特性及遗传特征差异，表现出不同品种、树龄及采收部位氮含量不同。辣木全氮含量总体呈现叶＞茎＞枝，14年树龄高于3年树龄。不同辣木品种对氮的吸收累积能力不同，全氮含量叶表现为：多油辣木＞‘PKM1'辣木＞狭瓣辣木；茎表现为：‘PKM1'辣木和狭瓣辣木＞多油辣木；枝中氮含量受品种、树龄的影响而呈现不同特征差异，3年树龄呈现多油辣木、‘PKM1'辣木低于狭瓣辣木；14年树龄呈现多油辣木高于‘PKM1'和狭瓣辣木。叶、枝中全氮累积量表现为：狭瓣辣木＞多油辣木＞‘PKM1'辣木；茎表现为：‘PKM1'辣木和狭瓣辣木＞多油辣木。但是由于辣木氮的累积量与氮含量和生物量有关，其辣木氮累积量呈现枝＞叶＞茎，14年树龄相对较高，3年树龄相对较低。狭瓣辣木和多油辣木氮的累积量最多，而狭瓣辣木叶和枝氮累积量都相对较高。

表1 不同树龄辣木品种全氮的年变化特征比较

辣木对氮的吸收受品种、树龄、季节的影响，其全氮含量呈现不同的年变化特征，变化范围较大。不同树龄品种叶中氮含量年变化分别为多油辣木38.97～64.81 g·kg-1、狭瓣辣木32.36～54.34 g·kg-1、‘PKM1'辣木 41.06 ～ 59.33 g·kg-1，年变异为9.5%～13.2%。茎中氮的变化分别为多油辣木16.50～33.63 g·kg-1、狭瓣辣木12.23～29.47 g·kg-1、‘PKM1'辣木16.48～38.78 g·kg-1，年变异为15.3%～29.8%。枝中氮的含量年变化分别为多油辣木10.36～35.75 g·kg-1、狭瓣辣木12.23～22.26 g·kg-1、‘PKM1'辣木 10.40 ～ 23.41 g·kg-1，年变异为20.4%～22.6%。

图1 不同树龄辣木品种全氮的动态变化

以上结果表明了氮含量高低与采摘品种、部位、季节有关。叶中氮最高含量是最低氮含量的1.5倍；茎和枝中最高氮含量是最低氮含量2倍；叶中全氮含量是茎和枝的2～3倍，显著高于茎和枝；茎和枝中氮的年变异最大，因为叶是蛋白质的主要合成器官，而蛋白质的合成需要大量氮，而大部分的氮主要累积在枝中，因此枝是叶片氮的源和库。树龄越高、生物量越大，其树体对氮含量吸收储存累积越多，对叶片养分的供应能力越强。

2.2 不同树龄辣木品种全氮的月变化

图1为3年树龄和14年树龄多油辣木、‘PKM1'辣木和狭瓣辣木叶、茎、枝中氮的月动态变化特征，氮含量随品种、树龄、季节、部位而变化。

3年树龄不同辣木品种中氮含量呈现叶＞茎＞枝，总体趋势随时间变化而逐渐降低，季节变化差异较大。叶中氮含量表现为4月和6月最高，5月和9～11月最低。狭瓣辣木与多油辣木、‘PKM1'辣木相比，叶中全氮含量随时间下降幅度最大，4～8月较高，9～11月较低。氮含量高低可能与春、夏季辣木光合作用较强，氮吸收能力较强，而秋冬季温度较低，光合作用较弱，氮吸收较弱有关。氮含量下降也可能与土壤中氮的供应能力随时间变化有关。多油辣木和‘PKM1'辣木品种叶中氮含量差异较小，但明显高于狭瓣辣木。与叶相比，茎中全氮含量下降趋势更为明显，品种间氮含量随时间变化而存在差异。枝中全氮的含量与茎含量变化具有类似趋势，4～9月逐渐降低，9～11月逐渐升高。枝中呈现狭瓣辣木＞‘PKM1'辣木、多油辣木，差异较为明显。

14年树龄3个品种辣木叶、茎、枝全氮含量变化趋势与3年树龄辣木具有类似特征。全氮含量呈现叶＞茎＞枝，并随时间变化逐渐降低。与叶相比，茎和枝中氮含量随时间变化下降幅度最大。叶中氮含量呈现多油辣木＞‘PKM1'辣木＞狭瓣辣木。品种差异较为明显，并表现为4月、6月最高，其他月份相对较低。与3年树龄相比，多油辣木和‘PKM1'辣木叶中全氮含量与狭瓣辣木氮含量差异更显著。多油辣木与‘PKM1'辣木叶氮含量随时间变化而呈现不同特征差异。辣木茎中全氮含量5～9月呈现狭瓣辣木＞多油辣木和‘PKM1'辣木。多油辣木和‘PKM1'茎中含量差异较小。茎中氮的变异系数分别为‘PKM1'辣木29.8%＞多油辣木20.1%＞狭瓣辣木15.3%，而氮变异较大与氮含量下降幅度较大有关。3～6月辣木枝中全氮含量呈现多油辣木高于‘PKM1'辣木和狭瓣辣木，其他月份含量差异变化较大。

图2 不同树龄辣木品种全氮累积量动态变化

以上结果表明：3年树龄和14年树龄辣木叶、茎、枝中全氮含量都具有类似的变化趋势，总体趋势氮含量叶＞茎＞枝，14年树龄高于3年树龄。叶中氮14年树龄的变异小于3年树龄。氮含量随时间变化逐渐降低，4～8月较高、9～11月较低。茎和枝中氮含量下降幅度比叶更大，这可能与氮转移到叶中有关；不同辣木品种由于生长特性、遗传差异、器官等的不同，其叶、茎、枝中全氮含量又具有不同的变化特征，且不同品种茎和枝中全氮含量随时间变化差异较大。

2.3 不同树龄辣木品种全氮累积量月变化

图2为3年树龄和14年树龄多油辣木、‘PKM1'辣木和狭瓣辣木单株叶、茎、枝中氮的生物累积量月变化特征。氮累积量随品种、树龄、季节、部位而变化，并与氮含量和生物量相关。

3年树龄和14年树龄不同辣木品种中氮的生物累积量呈现枝＞叶＞茎，14年树龄相对较高，3年树龄相对较低。由于叶和茎的生物产量相对较小，其氮的累积量年变化差异也相对较小。但是狭瓣辣木叶和茎的生物量较大，其生物产量也相对较高，多油辣木和‘PKM1'辣木最低。与叶、茎相比，枝中氮累积量4～7月呈现先下降后升高，9～11月再升高的趋势，尤其是多油辣木和‘PKM1'辣木最为明显。而7～9月氮累积量下降，可能与氮被辣木果实采收带走有关，也可能与主干生物量较大，大部分氮累积在主干有关。氮的累积量并不是呈现逐渐升高的曲线，可能是4～9月氮供应辣木果实生长，并且大部分氮被果实带走。而9～11月辣木生长相对缓慢，并且呈现落叶状态，因此氮主要累积在枝条中，并呈现升高的趋势。枝中氮的累积量：3年树龄表现为狭瓣辣木＞多油辣木＞‘PKM1'辣木，14年树龄表现为多油辣木＞狭瓣辣木、‘PKM1'辣木。多油辣木和‘PKM1'辣木叶和茎氮的累积量差异不明显，这与两个辣木品种叶和茎生物量差异较小有关。与多油辣木和‘PKM1'辣木相比，狭瓣辣木叶、茎、枝中氮含量相对较低（图1），但是由于其生物量较大，因此氮的生物累积量较多（图2）。

3 讨论与结论

研究结果表明，辣木全氮含量受品种、树龄、季节的影响，呈现明显的动态变化特性。辣木全氮含量总体呈现叶＞茎＞枝，14年树龄高于3年树龄，4～8月较高，9～11月较低的趋势。辣木不同部位氮含量高低可能与辣木不同部位氮的运转分配、利用有关，也可能与品种、树龄、季节影响有关，因此年变化差异较大。辣木叶中全氮含量较高，年平均含量达49 g·kg-1，是茎和枝中氮的2～3倍，远远超过其他植物氮的含量，显示了辣木叶片对氮的高富集特性［10］。辣木氮含量的高低与辣木蛋白质含量相关联，并决定辣木中蛋白质含量［11］。辣木叶片氮含量较高可能与辣木具有较强的光合能力有关。与茎和枝相比，叶片是光合作用的主要器官，大部分氮由枝和茎转移到叶片中参与合成蛋白质，因此叶片中氮含量较高。但是由于辣木枝的生物量较大，枝中氮的绝对累积量较高。14年树龄辣木氮含量高于3年树龄辣木，且枝的生物量最大，氮累积最多，表明树龄越高，主干越粗其树体对氮的吸收储存越多，对养分的供应能力越强。辣木枝的生物量最大，氮的累积量最多，进一步表明枝是辣木叶氮的源和库。辣木高氮的营养特征证实辣木对氮的需求量较大，而研究结果显示辣木氮随时间变化呈现波动，且具有逐渐降低的趋势，这可能与土壤氮含量供应能力不足有关，而辣木园土壤中铵态氮和硝态氮前期高、后期低。有研究认为植物叶片氮磷比小于14，植物生长更大程度受到氮素的限制作用［12］，而辣木叶片中的氮磷比大多小于14［9］。本研究结果表明辣木氮含量随时间而下降，因此辣木生长可能受氮素的影响更大，而保证土壤中氮供应可能是提高辣木产量的一个关键因素。

也有研究认为辣木养分的变化与品种、生长环境密切相关［4,5,7］。刘昌芬的研究也表明辣木养分随地区差异而变化［3］。

辣木氮含量高低可能与不同辣木品种遗传特性不同，对氮的吸收能力不同有关。叶为多油辣木＞PKM1辣木＞狭瓣辣木；茎为PKM1辣木和狭瓣辣木＞多油辣木；枝中氮含量受品种、树龄的影响而呈现不同特征差异。但是由于狭瓣辣木叶和枝的生物量较大，叶和枝中氮的绝对累积量较高，因此狭瓣辣木对土壤中氮需求量较大。由于大量氮被辣木果实生长带走，并且主干生物量较大，氮主要积累在主干中，因此叶、茎、枝中氮的生物累积量并不是呈现逐渐升高的曲线。有关影响辣木不同部位氮的生物累积量原因还需进一步研究。

辣木对氮的吸收除受树龄、品种影响外，还与季节变化的影响有关。辣木氮含量随时间变化而逐渐降低，变化范围较大，总体趋势4～8月较高，9～11月较低。辣木长期吸收土壤养分，土壤肥力变化可能会影响辣木对养分吸收、累积。辣木施肥一般都在3～5月，因此辣木器官中氮逐渐降低可能也与前期土壤氮供应充足，后期氮不足有关。而且不同时期光照、温度和水分变化不一样，西双版纳5～10月属于雨季，土壤中氮移动性较强，且温度较高，光照充足，这都有利于辣木对氮的吸收利用。有研究也认为季节、海拔都会影响辣木叶中的养分含量［4,7,13］，本结果也表明不同生长季节变化会影响辣木氮含量。

目前，辣木-土壤系统中氮养分动态迁移转化及与其他养分的相互作用对辣木生长的影响并不清楚，如何保证不同时期辣木养分平衡，提高辣木产量和品质是目前需要解决的问题。