 Hans Journal of Agricultural Sciences 农业科学, 2012, 2, 13-17 http://dx.doi.org/10.12677/hjas.2012.22003 Published Online June 2012 (http://www.hanspub.org/journal/hjas) Effects of Soil Copper and Sulfur Contents on Leaf Growth and Fruit Quality of Young Bearing Apple Trees* Lixin Dong, Baoguo Li#, Guohui Qi, Suping Guo, Lili Shi, Liyuan Ma, Xixing Liu College of Forestry, Agricultural University of Hebei, Baoding Email: {donglixinqwe, #lbg88}8@163.com Received: Feb. 28th, 2012; revised: Apr . 9th, 2012; accepted: Apr. 19th, 2012 Abstract: The young bearing apple trees whic h were planted in the flood land filled by pyrite ironsand harmed by copper and sulfur in different degrees were used as materials to study the effects of different soil copper and sulfur contents on leaf growth and fruit quality of young bearing apple trees. The results showed that leaf areas of normal trees, the mildly affected trees and the severely affected trees in shoot growth rapidly period in spring were 20.91, 14.20, 8.28 cm2. The leaf copper contents of normal trees, the mildly affected trees and the severely affected trees in leaf expansion period were 19.0, 20.0, 21.3 mg·kg–1, and the contents were 4.25, 4.67, 3.18 times as high as that in vernal shoot retardation period. The leaf sulfur contents of the mildly affected trees and the severely affected trees were 4812.5, 8324.8 mg·k g–1 at the maximum in the autumn shoot retarda- tion period. The leaf sulfur content of normal trees in leaf expansion period was 2839.6 mg·kg–1 at the maxi- mum in vernal shoot retardation period. Yield per plant and single fruit weight of normal trees were 6.21 kg, 194.6 g, and were 1.86, 1.22 times of the mildly affected trees and were 51.75, 1.62 times of the severely affected trees. Soluble solids content of the mildly affected trees and the severely affected trees were 17.00%, 18.30%, and were significantly higher than that of normal trees. Fruit firmness of the severely affected trees was 13.5 kg/cm2, and significantly hi gher than t hat of t he mildly affected trees and normal trees. Keywords: Primary Fruit Stage Apple Trees; Copper; Sulfur; Leaf Growth; Fruit Quality 土壤铜、硫含量对初果期苹果树叶片生长和 果实品质的影响* 董丽欣，李保国#，齐国辉，郭素萍，施丽丽，马丽媛，刘喜星 河北农业大学林学院，保定 Email: {donglixinqwe, #lbg888}@163.com 收稿日期：2012 年2月28 日；修回日期：2012 年4月9日；录用日期：2012 年4月19 日 摘 要：以硫铁矿尾矿砂河滩垫地上栽植的受不同程度铜、硫危害的初果期苹果树为试材，研究了土 壤中不同铜、硫含量对初果期苹果树叶片生长和果实品质的影响。结果表明：春梢旺长期生长正常树、 轻度受害树、重度受害树的叶面积分别为 20.91、14.20、8.28 cm2；展叶后生长正常树、轻度受害树、 重度受害树叶片铜含量分别为19.0、20.0、21.3 mg·kg–1，分别是春梢停长期的 4.25、4.67、3.18 倍。 轻度受害树和重度受害树叶片硫含量在秋梢停长期达到最高，分别为 4812.5、8324.8 mg·kg–1；生长正 常树叶片硫含量在春梢停长期达到最高，为 2839.6 mg·kg–1。生长正常树的单株产量、单果重分别为 6.21 kg、194.6 g，是轻度受害树的 1.86 倍、1.22 倍，是重度受害树的 51.75 倍、1.62 倍；轻度受害树 和重度受害树果实的可溶性固形物含量为 17.00%、18.30%，极显著高于生长正常树；重度受害树的果 实硬度为 13.5 kg/cm2，极显著高于轻度受害树和生长正常树。 *基金项目：林业公益性行业科研专项(201004024)；河北省科技支撑项目(11230605D)。 #通讯作者。 Copyright © 2012 Hanspub 13  土壤铜、硫含量对初果期苹果树叶片生长和果实品质的影响 Copyright © 2012 Hanspub 14 关键词：初果期苹果树；铜；硫；叶片生长；果实品质 1. 引言 苹果是世界四大水果之一，具有悠久的栽培历史 和广泛的分布范围。河北省太行山区是红富士苹果的 适宜栽培区，同时太行山具有较多的硫铁矿资源，随 着硫铁矿资源的开发利用，产生的大量硫铁矿尾矿砂 多用于土壤复垦，其中含有大量的铜、硫等元素。铜 既是植物生长发育必需的微量营养元素，又是环境污 染的重金属元素[1]。植物铜中毒后生长受阻、植株矮 小且主根生长不良[2,3]。硫已经成为世界公认的继氮、 磷和钾之后的第 4位植物生长必需的营养元素[4]。但 硫过多时会抑制大白菜出苗率[5]，造成土壤板结，龟 裂明显，保水性差[6]。土壤中铜、硫含量过多，苹果 树根系和地上部分生长会受到抑制，同时极显著降低 了枝条的萌芽率和花序坐果率[7]，但是，目前未见有 关土壤铜、硫污染对初果期苹果树叶片和果实品质影 响的报道。河北省内丘县侯家庄乡岗底村于 1997 年 在特大洪水冲毁耕地后形成的的河滩上用硫铁矿尾 矿砂和耕地土混合垫起了耕地，2005 年春季栽植红富 士苹果树，部分园片的苹果树一直生长缓慢，生长3 a 后个别植株死亡，5 a后大部分植株死亡。为查明原 因，于 2009~2011年以该地块栽植的初果期苹果树为 试验材料，研究了土壤中不同铜、硫含量对初果期苹 果树叶片和果实品质的影响。 2. 材料与方法 2.1. 试验地概况 试验在河北省内丘县侯家庄乡岗底村进行。该村 位于太行山南段东麓的内丘县西65 km处，海拔高 518~1134 m，年均降水量 523 mm，年均气温 11 . 6℃， 无霜期 180 d，土壤 pH 值为 6.9。试验地为在 1996 年 特大洪水冲毁耕地后形成的河滩地上用硫铁矿尾矿砂 和耕地土混合垫起的耕地，土层厚度为 40~50 cm，2005 年以前种植农作物，2005 年春季栽植红富士苹果树。 2.2. 试验材料 于2009 年和 2010 年3月~10 月，随机抽取 4 a 生生长正常树(生长结果正常)、轻度受害树(30%~40% 的一年生枝枯死)、重度受害树(50%以上的二年生枝 枯死)各3株，分 5个时期采集叶样——5月3日(展叶 后)、5月25 日(春梢旺长期)、6月28 日(春梢停长期)、 8月29 日(秋梢生长期)和10 月20 日(果实采收期)， 分别于树体四个方向取新梢中部叶片 0.2 kg。取样后 30 片用于测定叶片的长度和宽度，其余用自来水冲洗 干净，再用去离子水冲洗，杀青、烘干、粉碎待用。 在果实成熟期分别于树体东、南、西、北 4个方向摘 取果实各 3个待用。 2.3. 测定方法 叶面积测定：叶面积 = 长 × 宽 × 2/3[8]。植物 样品中 S含量测定采用 HNO3-HClO4消煮，BaSO 4比 浊法[9]；植物样品中Cu 含量测定采用HNO3-HClO4 消煮，原子吸收分光光度法[10]。采收时测定单株果实 产量，用称重法测定单果重，用 GY-1型果实硬度计 测定果实硬度，用 WTY-5 型糖量折光仪测定可溶性 固形物，用铁氰化钾法测定[11]果实中可溶性糖含量， 用氢氧化钠滴定法测定[12]可滴定酸含量。 3. 结果与分析 3.1. 土壤铜、硫含量对初果期苹果树叶片 生长的影响 不同时期初果期苹果树叶片叶面积如表 1所示。 由表 1可见，展叶后到春梢旺长期是叶面积迅速增大 的时期，生长正常树、轻度受害树、重度受害树展叶 后叶面积分别为 8.01 cm2、3.84 cm2、1.92 cm2，春梢 旺长期叶面积分别为 20.91 cm2、14.20 cm2、8.28 cm2， 之后叶面积变化不大。在各个时期，生长正常树的叶 面积均极显著高于轻度受害树，轻度受害树极显著高 于重度受害树。土壤铜、硫污染极显著抑制了叶片的 生长。 3.2. 土壤铜、硫含量对初果期苹果树叶片中铜、 硫含量的影响 3.2.1. 土壤铜、硫含量对初果期苹果树叶片铜含量 的影响 初果期苹果树不同时期叶片铜含量如表 2所示。  土壤铜、硫含量对初果期苹果树叶片生长和果实品质的影响 Table 1. Leaf areas of young bearing apple trees in different periods/cm2 表1. 不同时期初果期苹果树叶片叶面积/cm2 土壤铜、硫含量 /mg·kg–1 展叶后 (2010.5.3) 春梢旺长期 (2010.5.25) 春梢停长期 (2010.6.28) 秋梢生长期 (2010.8.29) 果实采收期 (2010.10.20) 生长正常树 铜含量：34.5 ± 0.8 硫含量：354.7 ± 22.5 8.01 ± 0.50 A 20.91 ± 0.11 A 23.81 ± 2.52 A 24.07 ± 0.52 Ａ 26.77 ± 0.53 Ａ 轻度受害树 铜含量：55.6 ± 0.2 硫含量：1577.3 ± 83.5 3.84 ± 0.34 B 14.20 ± 1.46 B 15.21 ± 1.17 B 16.07 ± 0.87 B 17.41 ± 1.44 B 重度受害树 铜含量：61.5 ± 0.3 硫含量：2548.0 ± 45.9 1.92 ± 0.15 C 8.28 ± 0.82 C 9.40 ± 0.51 C 10.15 ± 1.22 C 12.47 ± 0.66 C 注：土壤中铜、硫含量参考文献[7]中20~40 cm(根系主要区)土层铜、硫含量，下同；数字右侧的字母为 Duncar新复极差法分析检验结果，小写字母为 0.05 显 著水平，大写字母为 0.01 极显著水平，下同。 Table 2. The leaf copper contents of young bearing apple trees in different periods 表2. 不同时期初果期苹果树叶片铜含量 土壤铜、硫含量 /mg·kg–1 展叶后 (2010.5.3) 春梢旺长期 (2010.5.25) 春梢停长期 (2010.6.28) 秋梢生长期 (2010.8.29) 果实采收期 (2010.10.20) 生长正常树 铜含量：34.5 ± 0.8 硫含量：354.7 ± 22.5 19.0 ± 2.1 8.0 ± 1.0 bB 4.5 ± 0.2 B 4.2 ± 0.6 B 5.0 ± 0.3 cB 轻度受害树 铜含量：55.6 ± 0.2 硫含量：1577.3 ± 83.5 20.0 ± 1.4 8.5 ± 0.1 bAB 4.3 ± 0.2 B 4.4 ± 0.2 B 5.3 ± 0.2 bB 重度受害树 铜含量：61.5 ± 0.3 硫含量：2548.0 ± 45.9 21.3 ± 1.5 10.4 ± 1.0 aA 6.7 ± 0.7 A 5.4 ± 0.4 A 5.6 ± 0.1 aA 由表 2可知，展叶后叶片中铜含量最高，随着新梢的 生长，叶片中的铜含量迅速减少，春梢停长后叶片中 的铜含量基本保持稳定。展叶后生长正常树、轻度受 害树、重度受害树叶片中铜含量分别为 19.0、20.0、 21.3 mg·kg–1，分别是春梢停长期的 4.25、4.67、3.18 倍。春梢旺长期重度受害树中铜含量显著高于轻度受 害树，极显著高于生长正常树；春梢停长期和秋梢生 长期重度受害树极显著高于轻度受害树和生长正常 树；秋梢停长期重度受害树极显著高于其它，轻度受 害树显著高于生长正常树。由此认为，随着土壤铜、 硫含量的增加，初果期苹果树受害程度加深，各个时 期的叶片铜含量也随之增加，但叶片铜元素含量的年 变化规律是一致的。 3.2.2. 土壤铜、硫含量对初果期苹果树不同时期 叶片硫含量的影响 初果期苹果树不同时期叶片硫含量如表 3所示。 由表 3可知，生长正常树在展叶后叶片中的硫含量为 1616.3 mg·kg–1，在春梢停长期达到最高，为2839.6 mg·kg–1，之后呈现下降趋势，在秋梢停长期叶片中的 含量为 2043.5 mg·kg–1；轻度受害树和重度受害树在 展叶后叶片中的硫含量分别2929.1、2965.3 mg·kg–1， 随着时间的推移呈现上升趋势，在秋梢停长期达到 最高，分别为 4812.5、8324.8 mg·kg–1。叶片中硫含量 在各个时期均为：重度受害树 > 轻度受害树 > 生长 正常树。土壤硫含量的过量污染改变了叶片硫含量的 年变化规律，使叶片中的硫含量呈现一直增长的趋 势。 3.3. 土壤铜、硫含量对初果期苹果树果实品质 的影响 不同土壤铜、硫含量初果期苹果树的果实品质如 表4所示。由表4可得出，生长正常树的单株产量、 单果重分别为 6.21 kg、194.6 g，分别是轻度受害树的 1.86 倍、1.22 倍，是重度受害树的 51.75 倍、1.62 倍； Copyright © 2012 Hanspub 15  土壤铜、硫含量对初果期苹果树叶片生长和果实品质的影响 Table 3. The leaf sulfur contents of young bearing apple trees in different periods 表3. 不同时期初果期苹果树叶片硫含量 土壤铜、硫含量 /mg·kg–1 展叶后 (2010.5.3) 春梢旺长期 (2010.5.25) 春梢停长期 (2010.6.28) 秋梢生长期 (2010.8.29) 果实采收期 (2010.10.20) 生长正常树 铜含量：34.5 ± 0.8 硫含量：354.7 ± 22.5 1616.3 ± 58.7 B 1 694.9 ± 29.2 C 2839.6 ± 61.2 cB 2469.6 ± 141.4 C 2043.5 ± 142.5 C 轻度受害树 铜含量：55.6 ± 0.2 硫含量：1577.3 ± 83.5 2929.1 ± 46.6 A 2862.4 ± 56.7 B 3260.0 ± 133.6 bB 4108.3 ± 90.2 B 4812.5 ± 75.3 B 重度受害树 铜含量：61.5 ± 0.3 硫含量：2548.0 ± 45.9 2965.3 ± 28.1 A 3149.0 ± 44.7 A 5490.4 ± 126.0 aA 5881.0 ± 99.3 A 8324.8 ± 184.5 A Table 4. The fruit quality of young bearing apple trees in different periods 表4. 不同受害程度初果期苹果树果实品质 土壤铜、硫含量 /mg·kg–1 单株产量 /kg 单果重/g 纵径/cm 横径/cm 可溶性固形物%硬度 /kg·cm–2 可溶性糖/% 可滴定性 酸含量/% 生长正常树 铜含量：34.5 ± 0.8 硫含量：354.7 ± 22.5 6.21 ± 0.30 A194.6 ± 5.1 A 6.08 ± 0.08 aA7.31 ± 0.02 A15.27 ± 0.25 cB9.0 ± 0.20 C 14.95 ± 0.23 B 0.3547 ± 0.0114 cB 轻度受害树 铜含量：55.6 ± 0.2 硫含量：1577.3 ± 83.5 3.34 ± 0.01 B159.6 ± 7.7 B 5.82 ± 0.06 bA6.99 ± 0.03 B17.00 ± 0.50 bA10.00 ± 0.20 B 15.89 ± 0.18 A 0.3714 ± 0.0154 bB 重度受害树 铜含量：61.5 ± 0.3 硫含量：2548.0 ± 45.9 0.12 ± 0.01 C120.1 ± 2.7 C 5.39 ± 0.05 cB6.58 ± 0.16 C18.30 ± 0.2 aA 13.50 ± 0.10 A 15.78 ± 0.05 A 0.4028 ± 0.0077 aA 轻度受害树和重度受害树的果实可溶性固形物含量 为17.0%、18.3%，二者之间存在显著差异，且极显著 高于生长正常树；重度受害树的果实硬度为 13.5 kg/cm2，极显著高于轻度受害树，轻度受害树极显著 高于生长正常树；轻度受害树和重度受害树的可溶性 糖含量极显著高于生长正常树，而二者之间无显著差 异；重度受害树的果实可滴定性酸含量极显著高于轻 度受害树和生长正常树，轻度受害树的显著高于生长 正常树的。由此得出，铜、硫污染极显著地降低了初 果期苹果树的单株产量、单果重，轻度受害树和重度 受害树果实中可溶性固形物含量、可溶性糖含量高和 硬度大可能与其单株产量低、单果重小有关。 4. 结论与讨论 据研究，植物中的铜元素多集中分布在幼嫩叶片 等活跃的组织中，而成熟叶片中含量较少[13]。樊红柱 等[14]人对苹果树体不同器官元素含量与累积量季节性 变化研究得出在萌芽展叶后和春梢旺长期，叶片铜含 量快速下降，之后有另一生长高峰。本研究结果与其 结果基本一致。硫是易转移元素，在植物生长活跃部 位分布较多[15]。硫在植物开花前集中分布于叶片中， 成熟时叶片中的硫逐渐减少并向其他器官转移[13]。当 供硫量超过植株自身调节能力后，则抑制植株的生长 发育及其代谢[16]。有研究认为[14]，在萌芽展叶后和春 梢旺长期，叶片硫含量迅速增加，此后变化较小，叶 片硫累积量随叶龄增加而减少。本研究中生长正常树 叶片中硫含量的变化基本符合这个规律，但轻度受害 树与重度受害树叶片硫含量一直呈现增长趋势，可能 是土壤硫含量过高，破坏了原有的吸收运转规律，受 浓度梯度的胁迫，使树体组织中的积累量持续增加， 从而使树体正常生理代谢受阻，影响了叶片的正常生 长，叶面积显著变小，光合产物合成总量减少，不能 满足树体生长和果实发育的需要，致使果实单果重 显著变小，单株产量降低，严重时枝条也不能生长， 根系饥饿，失去吸收功能，从而整株死亡。本研究结 果表明，土壤含硫量达到 1557 mg·kg–1时，红富士苹 果初果期树就会受害，具体临界值，有待于进一步研 究。 Copyright © 2012 Hanspub 16  土壤铜、硫含量对初果期苹果树叶片生长和果实品质的影响 5. 致谢 本论文是在李保国教授和齐国辉教授的亲切关 怀和悉心指导下完成的。在试验的准备和实施过程 中，得到了师姐张雪梅、李杰、齐昆，师兄于祎飞、 胡志伟，师妹魏常燕的热心帮助和支持，同时对刘喜 星、施丽丽、马丽媛等同学在试验中给予的大力支持 和帮助一并表示衷心的感谢！ 同时感谢林业公益性行业科研专项和河北省科 技支撑项目所给予的资金支持，河北富岗食品有限责 任公司在试验的取材过程中所提供的良好生活和试 验条件，使试验得以顺利完成，在此表示最诚挚的谢 意！ 值此论文完成之际，谨向所有关心、支持和帮助 过我的师长、同学和朋友表示衷心的感谢和美好的祝 福！ 参考文献 (References) [1] 高拯民. 中国百科全书环境科学卷[M]. 北京: 中国大百科出 版社, 1983: 383-386. 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