柑橘钾素营养诊断技术研究进展
摘要：柑橘是川渝地区一种重要的经济生产类果树栽培作物,钾素对保证柑橘果实正常生长发育具有决定性指导作用,本文以我国柑橘钾素营养诊断技术为主要论述研究对象,论述了柑橘钾素营养诊断相关技术的国内外应用发展研究进程,总结目前最常用的综合营养诊断相关技术,通过案例论述营养诊断技术方法的理论实践性及其可操作性,对我国柑橘钾素营养诊断相关技术发展进行了研究展望,对当前我国应用柑橘钾素综合营养诊断相关技术实际应用及其技术发展趋势具有一定的理论指导作用。
关键词:柑橘;钾素;营养诊断技术
Research progress of citrus potassium nutrition diagnosis
technology
Abstract: Citrus is an important economically-produced fruit-growing crop in Chongqing. Potassium has an important decisive guiding role in ensuring the normal growth and development of citrus fruit. This article focuses on the comprehensive nutritional diagnosis of citrus potassium in China. , Discusses the research and development process of the comprehensive nutrition diagnosis and related technology at home and abroad, summarizes the most commonly used comprehensive nutrition treatment diagnosis related technology, and discusses the theoretical practicality and operability of nutrition diagnosis technology methods through cases. The prospects of citrus potassium comprehensive nutrition diagnosis technology development are prospected, which have a certain theoretical guiding role for the current practical application of citrus potassium nutrition diagnosis technology and its technology development trend.
Keywords: citrus; potassium; nutrition diagnosis technology
0前言：
柑橘是目前我国的主要食用水果,因其果中含有丰富的多种维生素A和C,且口味甘甜,深受我国人民的广泛喜爱。我国盛产柑橘,种植柑橘历史大概有上千年。目前,我国进口柑橘的主要出口经济体和产区主要集中在北纬31°,海拔1000米以下的我国长江流域地区及其以南部分地域。我国08年来在全球柑橘种植产量首次突破跃居第一后,一直持续占据全球产量第一名的位置,可见柑橘在我国农业果树种植领域的特殊性。我的家乡重庆地区是中国主要柑橘产业优势种植区域之一,柑橘品种作为重庆地区的主要经济果树和农作物,有较大的农业经济社会效应。重庆16年柑橘的总产量已经累计达到了5万吨,重庆农村普遍种植的沃柑、奉节县的脐橙、不知火舞、血橙等柑橘美名传播远扬,给当地农民带来了一系列的社会经济收益效应。
然而,重庆橘园由于地处西部山区、河高坡陡、水土流失严重的低山坡地上,有机肥综合施用不够,而化肥综合施用量的比例不断增大,农民往往忽视了中量和微量多种营养化学元素的综合施用,导致橘园土壤中的地力含量下降、柑橘水果营养功能失衡。重庆柑橘的各种微量营养素和
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元素代谢失衡尤其突出。微量元素在促进植物柑橘生长发育分化过程中一直起着重要作用,缺乏或者过量都会对植物柑橘生长造成不良影响。营养元素大量缺乏的问题也是\施肥习惯、气候、土壤、树体\的一种综合问题。
钾素能通过促进光合作用促使产物向体外贮藏器官细胞中的产物运输,增加\库\的产物贮存。对于那些没有光合作用这种功能的这些器官来说,它们的寿命生长及其他养分的吸收贮存,主要是依靠其被同化后的产物从地上的一部分向树的根或者是果实在地中的部分运转。这一抑制过程主要包括促使蔗糖由叶肉芽经细胞内部扩散进入到局部组织细胞内,然后被钾素泵入组织韧皮层基部,并在位于韧皮层基部内的筛管中进行运输,钾素在此后的运输过程中也具有重要抑制作用。所以施用钾肥对于水果类农作物也具有明显的钾肥增产丰收效果。
综上所述,柑橘的钾素缺乏营养诊断方法是十分重要的,柑橘钾素缺乏营养诊断技术是专门指根据各种柑橘树的形态、生理、生化等营养指标并及时结合柑橘土壤科学分析判断各种柑橘体内钾素丰富或稀缺平衡状况的一种方法。本文主要结合目前柑橘生长发育各个阶段的生理特征,回顾目前柑橘钾素诊断相关技术的国内外应用研究进展,结合实际应用及发展前景,总结目前关于柑橘中的钾素诊断相关技术的常用研究方法,并根据现状提出展望。
1、柑橘钾素营养诊断机理：
1.1钾素的营养作用转化机理
在论述钾素诊断作用机理时需要首先明确柑橘钾素的营养作用转化机理,钾在各种柑橘树
的生命生长活动中必不可少。钾主要以金属离子盐的状态存在于植物体内,在植物芽、幼叶、根尖等幼嫩部分中钾含量最多。它与磷酸氮和氧化磷不同,在它的柑橘体内并不可能形成任何稳定的分子结构化学物质。缺钾时,柑橘的细胞机械纤维组织不发达,细胞壁薄。柑橘嫩叶缺乏含钾时,根和新梢密度加粗使其生长能力减弱,新梢细弱,叶尖、叶缘常常会发生许多褐红色枯斑,易遭受各种真菌感染危害,降低各类柑橘的产量与品质,柑橘严重缺乏钾时,叶片从叶尖边缘向内突出枯焦向下曲折卷曲而导致枯死。 1.2柑橘钾素营养诊断具体机理概述
柑橘中的钾素营养诊断的主要作用具体机理概述如下:第一、应用先进现代化科学仪器设
备,针对整个柑橘不同营养部位(尤其是柑橘果实)分别开展柑橘钾素定量分析;第二、基于钾素营养平衡管理学说,对整个柑橘的各种钾素营养含量状态进行平衡测定,参考者对柑橘中的钾素与其他各种矿物质营养元素间的平衡进行管理,然后准确判断出并分析整个柑橘的各种钾素含量状态;第三、依照我国钾素施肥营养学的诊断分析结果,结合柑橘钾素研究报告以及我国土壤科学钾素营养分析的测试分析结果,设计编制出一套科学的柑橘施肥营养计划的组合搭配实施方案,以
利于达到为种植柑橘树的种植者施肥创造更多的土地经济收益。
可见各种柑橘钾素综合营养法的诊断操作机理主要操作步骤如下：先综合利用各种仪器设
备进行内外部环境条件下的柑橘钾素营养诊断，然后再针对钾素诊断试验结果综合利用各种外界环境条件设计一套改善各种柑橘钾素含量的营养方案。
2、柑橘营养诊断技术相关研究进展
2.1国外柑橘营养诊断：
随着近年全球柑橘种植产量的稳步递增和柑橘质量的不断提升,柑橘中的营养诊断相关技术也在不断探索发展寻求进步。柑橘营养诊断技术在其发展初期主要目的是基于宏观层面的科学判断和营养理论的研究构建。美国、日本等发达国家在进行柑橘品种栽培初期就针对整个柑橘园地和土壤中的养分状况进行科学诊断营养分析。早在1843年,Liebig就已经提出了各种土壤中相对养份含量最低的一种植物有效量和养份量就是决定了农作物有效产量的\最低养分律\基本概念。19世纪60到90年代的Thorpe等对柑橘科果树的主要矿质营养进行了全面性的分析,为后期柑橘树体营养成分研究发展奠定了坚实基础。Mitscherlich所提出的柑橘养分\限制因子\及\报酬递减律\相关理论,为进行柑橘皮中重要营养元素大量缺乏和养分过量的成因探讨研究提供了重要理论依据。1936年Macy等人提出\临界百分比浓度\的新概念,表明了微量元素浓度与农作物生长量或作物产量的密切关系。以上主要理论依据为开展柑橘科的营养诊断的实践研究提供了坚实理论依据基础
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。
随着营养诊断技术的飞速发展,诊断思路已经从单一的营养诊断逐渐转化而成为一种综合的营养诊断。Beaufils等在1973年建立了一套获得DRIS营养诊断国家标准的营养理论及诊断方法;在建立柑橘土壤营养平衡诊断法的层面上,可谓是重新构建了将柑橘土壤营养诊断、叶片营养诊断法相有机结合的一种新兴诊断分析模式。
而在柑橘营养分析诊断的农业实践研究方面,20世纪70到80年代,美国佛罗里达州和加利福尼亚先后开设70多个大型商业性的柑橘营养分析诊断农业实验室用以研究各种柑橘通过营养分析诊断制定施肥标准方法、这一伟大的农业实践也自然离不开农业地方性柑橘养分学和营养分析诊断施肥标准的研究建立。可见理论和实践在营养诊断方面的相辅相成。
从理论构建到方法论的形成，从单一的诊断方法到综合的诊断方法，从营养诊断的理论到实践应用，柑橘营养诊断技术的发展极富逻辑性、实践性。 2．2我国柑橘钾素营养诊断标准：
目前我国的柑橘钾素营养诊断的技术标准研究虽然起步比世界其他柑橘生产发达国家晚,
但近年来的研究表明我国在进行柑橘营养诊断钾素的技术研究领域进步巨大。丘星初在1989提
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出了椪柑、温州两种蜜柑的疾病诊断法和施肥质量综合法(DRIS)的初步测量标准。张名福在结合前人的研究基础上,把单株配方联合施肥这种技术成功地广泛应用推广到当年柑橘施肥生产上,并成功使当年柑橘株肥生产的平均成本比值每年提高65%。90年代后期很多农业科研工作者不断深入研究多种柑橘树的营养生理动态,致力于研究建立多种柑橘类果树的营养动态诊断值和标准值,也将这些研究成果在生产中应用并进行综合实践。西南大学西山柑桔植物研究所彭良志研究团队对重庆、赣南、广西和云南针对柑橘中部产区的柑橘叶片土壤营养状况做了很多课题研究,在此基础上专门指导了柑橘大面积的产区柑桔平衡土地施肥,以及柑橘地方专用肥的研发和研究推广应用,同时研究建立了重庆市柑橘叶片营养有效诊断地方施肥标准；制定农业营养诊断质量标准，并将其纳入实践推广应用。
制定营养诊断的营养标准并将其实践应用，我国柑橘的营养诊断方法研究的进展依旧是由浅入深，又单一到综合。近年来，新兴科技的应用甚至代替了人力的营养诊断，为了将理论和实践相结合，如下所述本文总结了目前主流的柑橘钾素营养诊断技术。 2.3具体钾素诊断方法：
2.3.1柑橘钾素外观诊断法
该方法是对柑橘外观进行诊断的方法，是目前最快的一种诊断方式,主要应用指的是结合各种柑橘个体生长发育不同阶段对在各不同季节的生长变化情况进行实时观察,并及时判断其体内钾素代谢状态。正常和非正常结合生长的柑橘叶片发育正常情况并没有较大的明显区别,通过柑橘叶片检查诊断得结果直观简单,可以为以后制订合理的柑橘施用磷钾肥料和方案计划提供重要依据。枝条叶片诊断这种方法主要是对那些处于长期休眠生长阶段的落叶柑橘难以及时进行枝条叶片上的诊断,但能够利用枝条诊断方法对柑橘健康情况进行的诊断。枝条症状诊断可使结果更加准确,只是仅利用柑橘叶片枝条诊断这种方法,可能难以全面准确判断整个柑橘皮中钾素的营养平衡情况。对柑橘枝条缺陷进行较早诊断正好能有效弥补这一重要缺陷,就等于可以对各种柑橘的磷酸钾素代谢状况较早分析得知。
具体而言,柑橘气候外观变化诊断的方法就是对各种柑橘春夏秋冬一年四季气候变化外观情况同时进行长期观察。春季三月是一年柑橘生枝生叶发芽的最佳季节,也可说是春季柑橘树的生长温度变化最为明显的一个季节,春季由于柑橘的绿色叶子在温度变化较快情况下变化较大,能够在较短一段时间内就转变为浓浓的绿色,如果春季柑橘树的花和叶的叶子颜色分明,则可能说明柑橘生长较好,反之则有可能就是存在营养不良的健康问题。
柑橘花期（四月）是促进柑橘果实生长的一个关键时期,一般在4月份,它对促进果实最高产量点的形成及促进果实营养品质提高具有重要指导意义。在花瓣水平诊断预测柑橘树体内的钾素
状况受到的干扰影响因子较少,所以柑橘花器官常被应用于树体钾素营养水平诊断。柑橘花果期的分析最大的一个优点即是使它能早期准确预测各种柑橘当年度的养分流失状况,以便及早研究采取各种相应的病害防治管理措施。
例如:在长期研究南丰蜜橘花与蜜橘叶片中钾矿质中的养分与钾含量的线性关系时即可发现11、01年南丰蜜橘花的钾含量均与蜜橘叶片中的钾营养含量之间关系呈显著正的负相关,花中的钾营养含量与蜜橘叶片中的钾营养含量复合函数方程为花钾指数拟合函数,花含量可以广泛用于研究提前分析诊断南丰柑桔蜜橘花果树种植体中的钾含量营养状况;温州柑桔蜜柑蜜橘花中的钾与蜜橘果实中的钾含量呈显著正的负相关线性关系,与蜜橘土壤中的钾含量呈极显著负的正相关线性关系,可溶性固形物的钾含量与蜜橘花、果实中的钾营养含量之间呈显著负的正相关线性关系。
在夏季,主要查看的是柑橘树梢叶的生长变化情况。在秋季,看柑橘叶子生长是否坚挺及其利于柑橘的萌芽发育生长情况。在冬季,看到了枝芽和它的叶痕。如果粗壮的柑橘树枝较多,颜色明显,说明这种柑橘的优质营养价值水平高，反之营养价值水平低。而这种比较宏观的生态观察法则还需要有一定参照性的标准,例如庄伊美等为分析福建椪柑丰产园盆栽叶片与植株土壤中的养分使用状况,初步研究提出丰产椪柑植株叶片中的钾和磷含量及其适宜使用范围大约为1.0—1.8%。
果实含量分析实验是用于反映新鲜柑橘中含钾素营养正常代谢及吸收的一种非常重要途径。果汁营养分析技术可以广泛应用于夏橙叶的营养品质诊断,果汁营养分析比传统叶片营养分析更加具有技术优势,需要使用较少量的标准化分析程序,与传统柑橘营养品质分析有更好的相互联系,操作更简单。并能通过研究建立对各种柑橘叶的定量分析回归方程式来制定和给出柑橘果汁中钾等营养元素量的适宜测量指标应用范围。还认为可以通过运用柑橘叶片土壤分析、土壤分析和其他科学分析方法来进行综合准确评价各种柑橘树体的所含钾素营养状况,相关科学研究结果发现柑橘叶片钾素的含量水平受叶龄和土壤、季节变化影响极大,而果汁、土壤分析比运用叶片、土壤分析同样能更稳定地准确反映柑橘树木个体所含钾的营养含量水平。例如对温州蜜柑果实果汁进行分析研究发现,果汁中的钾素含量较好地直接反映了蜜柑果实对钾素的摄取和磷酸转移的水平。
总之，柑橘钾素外观的营养诊断需要因地制宜，不能死板地照本宣科，川渝地区地势复杂、气候多变，在实际的诊断过程中需要考虑诸多环境因素，这种诊断方法最大的缺陷是人员差异造成的误差，具有一定的技术要求。
2.3.2土壤分析诊断法
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土壤分析诊断法主要用于发挥土壤辅助植物诊断的重要作用,一般与上述研究柑橘外观的钾素分析诊断法相比或结合,相关技术人员对目前柑橘主要种植生长区域内的土壤状况进行仔细观察和测量分析,了解在柑橘生长发育过程中土壤获取的碳酸钾素含量是否充足,随后,种植技术人员分别进行了有针对性的品种、钾肥选择以及相应的土壤施肥和各种栽培技术手段。该诊断分析方法处于农业宏观理论层面不但具备较高的实际应用价值,科学性及严密性也相对较高,在当前的农业柑橘品种栽培生产过程中尤其应用广泛,实效性强,对保证柑橘品种栽培的农业整体生产质量稳定意义重大。
2.3.3诊断施肥综合法
钾素缺乏不仅仅只考虑单一元素，这是一个综合的问题。这种综合法最初设想是皮弗尔在1973年提出的。在本文的具体描述中,该诊断方法主要可以利用柑橘树体内营养素和元素间的含量需求比值变化作为柑橘营养病的诊断主要特征,强调营养元素之间相互平衡的关键性,通过对柑橘年产量和营养元素含量的相关情况进行定期调查,推断并得出每年柑橘对营养元素含量需求的变化次序。诊断柑橘施肥顺序综合法则的准确性高,不但不仅可以准确诊断和找出不同柑橘的品种施肥综合顺序,还可以不受柑橘树势、树龄和柑橘采叶质量标准等客观因素的直接限制。此法不仅注意柑橘植株养分浓度，还通过主要矿物质养分含量比值的平均值和变异系数统计出来的综合指数，最后对柑橘叶片营养分析结果进行解释。
钾素的缺乏可能会影响柑橘树体对其他营养素的吸收，营养诊断的问题绝对不是单一营养素缺失的问题，我们要考虑到综合的因素。用诊断施肥综合法可以表明柑橘主要限制的营养元素，诊断出柑橘营养的需要次序，可以使果园施肥管理工作精准化。但我国诊断施肥综合法指导施肥技术发展历史不长，本身还存在一些问题，例如：根据诊断施肥综合法诊断结果，如何采取措施矫正柑橘养分失调，还没有实践出满意的结果。目前还需要对柑橘的DRIS指数进行统计建立数据库，完善电脑程序，使指数计算方法简化
2.3.4柑橘钾素光谱诊断法
该光谱诊断法是以柑橘的光谱特性为基础，在柑橘光谱上可以实时观察检测到由于柑橘植株的各种生物化学成分及其钾素含量发生变化而且所表现的突出的光谱特征以及吸收光谱波形,然后可以分析出该光谱分子反射的频率后就可以实时得知生物化学成分结构及生物组分对应于柑橘树的营养状况，可以进行长期实时高效率的检测。
光谱柑橘样本诊断检测技术由于自动化操作程度高、节省时间和节约劳动力,可以在无化学药品条件下同时对多个柑橘样品进行检测，不仅可以进行柑橘单株营养诊断还可以对大量柑橘果实样本进行检测分析，实现大规模基地变量施肥精准化。但光谱营养诊断技术是对柑橘样品钾素
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含量进行间接测定，这存在一定问题，待测样品可能存在光谱失真、样品与模型间的适配程度等问题，所以测定时要通过建立校正模型、样品预测和模型选择三个流程对不同样品的光谱分析技术进行可靠性检验，同时严格控制实验条件，提高钾素预测模型的适用能力。利用光谱营养诊断技术可以避免土壤、柑橘叶片和感官诊断等存在的成本较高、步骤复杂、检测条件受限、柑橘样品破损等问题。近年来我国高光谱成像技术快速发展，对柑橘组分、生化结构进行实时快捷的光谱信息监测技术已展开大量研究。
2.3.5柑橘钾素状况的遥感监测
柑橘如果缺乏营养代谢元素,其生长势、冠层细胞结构、叶色等功能都会发生变化,从而可能引起其生理光谱化学特性功能发生明显改变。遥感植物诊断就是一种利用电子遥感技术实时检测各种植物顶部冠层的可见光粒子发射性质和光子的吸收物理性质,动态实时监测各种植物冠层养分代谢状况的最先进的植物诊断治疗方法。该诊断方法技术是目前实现柑橘园高效营养管理和优质丰产的重要技术手段,传统的柑橘营养化学诊断方法需要从各个柑橘园实地采集各种树体及果叶片营养样品等并进行营养化学分析,其操作时效性相对较差,成本高。
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图1 实验柑橘园部分RGB图像
Fig.1 Part of experimental orchard ＲGB image
近年来,随着植物光谱监测技术的快速进步发展与不断完善,利用多种光谱信息对多种植物个体生长发育动态状况信息进行实时、快捷的监测已逐渐成为一种可能,并已经成为当前农业生物信息分析技术应用领域科学研究的一个热点。图1就是实验柑橘园的近地遥感监测图
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，该监
测方法可以无损、客观、迅速、大量全范围地实时监测了施肥柑橘树的营养状况,为合理利用施肥提供农业信息分析决策。随着现代遥感技术的不断更新发展和逐步提高,这一遥感诊断方法必将充分发挥其独特的优势作用。具体如下:首先利用电子光谱对照技术，可以在柑橘单叶尺度上的叶绿素和钾素含量实时监测。采用近地卫星平台遥感系统光谱信息系统进行柑橘冠部表层基部
营养遥感诊断,还可以采用近地无人机卫星平台系统进行遥感光谱信息影像获取,与其他地面卫星平台系统相比,可以更高效、全面地快速获取较大海拔区域的作物冠部基层遥感光谱营养遥感信息,可大大减少对于采样对象分析过程中的各种性质的限制;而与近地卫星平台系统相比,近地遥感光谱系统遥感信息影像获取系统具有预测时间灵活、作业管理成本更低,且需要获取的光谱遥感信息影像光谱分辨率更高等三大优点,容易快速获得基于柑橘单株不同尺度的精确光谱遥感信息,从而大大提高结果预测的准确精度和预测时效性。
目前的问题是我国农业低空性状遥感技术仍然是一个复杂的系统工程,且在我国仍然还处于早期起步研究阶段,在针对不同农业目标低空性状的遥感特征进行波长综合配置、光谱信息综合获取、信息综合分析和地理信息综合应用等方面尚存在诸多技术需要不断改进的地方,目前该技术诊断应用方法多被应用于微量氮素缺乏营养学的诊断上,磷、钾及中微量元素的营养研究还比较少。考虑涉及到这种柑橘的食用经济性,该项新技术在促进柑橘水果生产上的研究应用的广泛推广性较强,可操作性也比较高
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3、我国柑橘钾素营养诊断存在的问题及展望
3.1营养诊断标准及其技术应用现状
综上所述，我国柑橘钾素营养诊断研究起步较晚，各种养分配合施用技术不完善，在生产中指导施肥缺乏精准有效的指导方案。且柑橘钾素营养诊断施肥技术的理论研究和生产实践结合不够紧密。由于我国柑橘多种植在中西部等次发达地区，各地实验室条件有限，对很多柑橘产区的叶片、土壤、果实等样品的分析设备不够完善。 3.2诊断标准的具体化与地方化
诊断标准的具体化与地方化现在营养诊断标准的具体化和地方化是我国柑橘营养诊断技术发展上有待解决的一个老问题。在目前我国进行柑橘产业营养参照诊断标准工作中,特别是在一些农业基层科学技术行业部门中在进行柑橘营养参照诊断标准工作时,没有自己的营养参照工作标准,往往就只是生搬硬套上一级大城市区域的营养诊断工作标准,这对不能得出正确的营养诊断标准结果，不仅会产生一定负面影响,甚至还会产生错误的营养诊断标准结论,对柑橘生产经营是极端不利的。
当然产生这种情况也可能有一些企业无法完全避免的社会客观原因,如企业科技人员资源数量严重不足、素质不高及国家科技资金投入不够等。随着现代我国国民经济发展力量与农业科技创新力量的不断增强,国家政府应不断加大农业科技资金投入和加大科研创新力量,争取早日真正做到柑橘诊断施肥标准的具体化与地方化,指导合理播种施肥,从而有效促进现代我国柑橘产业的健康发展。
3.3新兴诊断技术的综合化和实践化
如今柑橘光谱诊断法及其柑橘营养状况的遥感监测等新兴技术发展迅速。将计算机技术与柑橘营养诊断技术相结合，完善柑橘钾素系统，可以快速、精准地指导柑橘园合理施肥。目前我国已经开发出了一些与柑橘钾素诊断相关的软件，但这些软件存在规模小、数量少，应用范围窄等问题。所以我国柑橘钾素诊断系统化、程序化的配套技术应进一步完善。通过对不同区域柑橘园土壤和树体钾素养分进行长期、系统性的科学分析诊断，在生产上实施适地、适时、适量的合理施肥措施，满足柑橘生长发育过程中的钾素需求，实现柑橘生产施钾肥按需进行，争取实现钾素综合营养诊断及配方施肥可以在重庆乃至中国柑橘产区试行和推广钾肥利用率。
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，以减少钾肥用量，提高
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