核桃-玉米间作对核桃果实品质及产量的影响

叶春秀苏康妮马雨荷廖晨宇王宝庆虎海防

(1.新疆农业大学林学与园艺学院,乌鲁木齐 830000;2.新疆林业学校,乌鲁木齐 830000;3.新疆佳木果树学国家长期科研基地,新疆温宿县 843100;4.新疆林业科学院,乌鲁木齐 830000)

在新疆南疆地区,林农间作系统为农民增收、产业增效起到了积极有效的作用。目前南疆70% 左右的粮食、棉花等大田作物长期与果树间作[1]。研究表明,在间作系统中造成农作物产量减少的主要原因是高大乔木的遮阴[2-5],低矮的间作物常受到林木冠层遮挡,可接受到光的质量有不同程度降低,从而使光合产物生产受到抑制,导致农作物产量下降[6]。另外,间作会影响植物根系对土壤中营养物质的吸收与利用,最终会影响果实品质。本试验针对新疆特定的区域气候条件,分析核桃-玉米间作模式下核桃和玉米的外观及品质性状指标,比较间作后两个核桃品种和玉米的品质数据差异,以期阐明核桃-玉米间作对品质影响的原因,为南疆地区核桃、玉米间作栽培提供参考依据。

1.1 试验地概况

试验在新疆佳木果树学国家长期科研基地进行,该地处于天山中部托木尔峰南麓,塔里木盆地西北的边缘,台兰河灌区上游,属于大陆性暖温带干旱气候,年降水稀少,季节分配不均,昼夜温差大。核桃园种植核桃品种分别为‘新新2’和‘温185’,种植株行距4 m×5 m,南北向栽植,树龄为9 a,玉米品种为‘郑单958’(同年4月3日播种),间作园核桃行距中间采用条播方式播种玉米,核桃园肥水管理以常规管理为准,具体间作模式如图1所示。

图1 核桃-玉米间作模式间作区域测点分区示意图Fig.1 Map of partition of walnut-corn intercropping area

1.2 测定指标及方法

1.2.1 核桃果实外观品质及产量 以单株产量估算亩产,随机取样法分别对单作园和间作园的核桃进行采样测产,去皮、自然晒干,然后计算平均单果质量,折合成单位面积产量,估算核桃亩产;利用游标卡尺测量两个核桃品种单作园和间作园(玉米冠上层、冠下层)的鲜果三径、去皮后的干果三径、青皮厚、干果壳厚,利用千分之一电子天平称取核桃鲜果质量、干果质量、外壳质量、果仁质量等指标。

1.2.2 玉米外观品质及产量 采用5点取样、等距随机取样法分别对单作园和间作园内玉米进行采样测产,脱粒、自然晒干,称量小区籽粒产量,然后折合成单位面积产量,估算玉米单产,并测量各小区玉米的株高、穗长、穗行数、行粒数和单穗粒质量。

1.2.3 核桃果实的内在品质 (1)出仁率:依据国标GB/T 20398-2006《核桃坚果质量等级》[7]测定成熟期核桃出仁率,测量方法为剥壳晾晒后净核桃仁的质量与试样的总质量之比,每个样品重复3 次取均值。

(2)核桃仁的脂肪酸含量:利用型号为Agilent 7890B的气相色谱仪,通过气相色谱法,按照GB 5009.168-2016《食品中脂肪酸的测定》[8]测定成熟期核桃脂肪酸的组分及含量,每个样品重复3 次取均值。

(3)核桃仁的单宁含量:利用比色法,依据国标GB/T 15686-2008《高粱单宁含量的测定》[9]测定成熟期核桃仁的单宁含量。

(4)核桃仁的脂肪含量:利用重量检测法,以型号为DHG9240A 的干燥箱,依据国标GB 5009.6-2016《食品安全国家标准—食品中脂肪的测定》[10]测定成熟期核桃仁的脂肪含量。

(5)核桃仁的皂化值:利用容量法,依据国标GB/T 5534-2008《动植物油脂皂化值的测定》[11]测定成熟期核桃仁的皂化值(在规定条件下皂化1 g油脂所需要的氢氧化钾毫克数)。

(6)核桃仁的蛋白质含量:利用FOSS凯式定氮仪,依据国标GB 5009.5-2016《食品安全国家标准—食品中蛋白质的测定》[12]测定成熟期核桃仁的蛋白质含量。

(7)核桃仁的过氧化值:利用容量法,依据国标GB 5009.227-2016《食品安全国家标准—食品中过氧化值的测定》[13]测定成熟期核桃仁的过氧化值。

(8)核桃仁的氨基酸含量:利用型号为S-433D 的氨基酸分析仪,依据国标GB 5009.124-2016《食品安全国家标准—食品中氨基酸的测定》[14]测定成熟期核桃仁的氨基酸含量。

使用Excel 2010和SPSS 19.0进行数据分析,采用单因素方差分析和独立样本t检验分析各处理间差异的显著性,数据表示形式为“平均数±标准差”。

2.1 不同种植模式下两个核桃品种外观品质及产量的差异

如表1所示,两个品种在不同种植模式、不同采收期之间存在显著差异(P＜0.05)。两个品种采摘时间越靠后的样品,干果和果仁质量越大。出仁率表示核桃果仁质量与全果质量的比值,两个品种不同处理之间无显著差异(P＞0.05),间作园的出仁率均高于单作园,且玉米冠下层的出仁率更高。受核桃冠层与玉米形成的遮阴影响,间作园内两个核桃品种冠下层果实的鲜果质量、干果质量、壳质量、仁质量与单作园的差异均高于冠上层,并且冠下层的果实在成熟中后期干果质量和仁质量的增长率低于冠上层,说明遮阴越明显对干物质积累影响越大。

表1 不同种植模式及不同采收期果实外观品质差异性分析Table 1 Difference analysis of fruit appearance quality in different harvesting patterns of walnut

2.2 不同种植模式对玉米外观品质及产量的影响

对比不同种植模式下玉米构成因素及产量可知(表2),单作玉米与间作玉米的穗长、行粒数和单穗粒质量存在极显著差异(P＜0.01),间作玉米的穗长、行粒数和单穗粒质量显著低于单作玉米。不同处理玉米的穗行数和单产不存在线性相关(P＜0.05),但间作明显降低玉米的产量。可以初步推断出,单作园玉米穗的生长状况优于间作园,单作园玉米单株结穗数一般为2～3;间作园中距离树体越近玉米长势越差,其单株结穗数一般为1(图2)。

图2 不同种植模式、不同位点玉米及玉米穗长势Fig.2 Growth patterns of maize and maize ear at different sites

表2 不同模式玉米产量及其构成因素Table 2 Comparison of corn yield and its constitutive factors in different patterns

2.3 不同种植模式对两种核桃脂肪酸含量的影响

表3显示,两个核桃品种不同处理之间只在油酸含量上存在差异,两个核桃品种均表现为冠上层油酸含量高于冠下层,遮阴越明显油酸含量越低。4种脂肪酸中2个核桃品种均表现为亚油酸含量最高,占4种脂肪酸含量的60%多,同时这4种核桃的脂肪酸中只有亚油酸遮阴越明显含量越高。

表3 不同模式核桃果实4种脂肪酸组分差异性分析Table 3 Analysis of differences of four fatty acid components in different types of walnut

如表4和表5所示,‘新新2’的4种脂肪酸含量不存在相关性,‘温185’的油酸与亚油酸含量存在显著负相关,相关系数为-0.99。

表4 ‘新新2’不同种植模式下核桃果实4种脂肪酸的相关性分析Table 4 Analysis of four fatty acids in different modes of‘Xinxin 2’walnut fruit

表5 ‘温185’不同种植模式下核桃果实4种脂肪酸的相关性分析Table 5 Analysis of four fatty acids in different modes of‘Wen185’walnut fruit

2.4 不同种植模式对两个核桃品种蛋白质、皂化值、脂肪、单宁、过氧化值的影响

不同种植模式下两个核桃品种果实的蛋白质、皂化值、脂肪、单宁含量和过氧化值均不存在显著差异(表6)。其中,两个核桃品种与玉米间作均提高蛋白质含量,且冠下层蛋白质含量高于冠上层,说明与玉米间作有利于核桃蛋白质的合成,且遮阴越明显越有利于蛋白质合成。两个核桃品种与玉米间作均降低核桃皂化值,且冠上层皂化值高于冠下层,说明遮阴越明显处皂化值越低。两个核桃品种与玉米间作降低核桃脂肪含量,说明与玉米间作抑制核桃脂肪合成。同时,‘新新2’冠上层脂肪含量低于冠下层,说明遮阴越明显脂肪含量越低。两个核桃品种与玉米间作增加单宁含量,尤其间作园内两个核桃品种冠上层单宁含量增长显著。两个核桃品种均表现为冠上层的玉米间作核桃过氧化值低于单作园,冠下层高于单作园。

表6 不同模式核桃果实蛋白质、皂化值、脂肪、单宁、过氧化值的差异性分析Table 6 Analysis of protein,soaponification value,fat,tannin and peroxidation content of walnut fruit

2.5 不同种植模式对两个核桃品种氨基酸含量的影响

如表7所示,两个核桃品种18种氨基酸总和均表现为间作园高于单作园,遮阴越明显氨基酸含量总和越高。‘新新2’和‘温185’的谷氨酸含量占比最高,且两个核桃品种谷氨酸含量均表现为间作园高于单作园,遮阴越明显谷氨酸含量越高,而甲硫氨酸占比最小,间作园玉米冠上层两个核桃品种的甲硫氨酸含量与单作园差异不显著,但遮阴越明显(即玉米冠下层)甲硫氨酸含量越高。

表7 不同模式下核桃果实氨基酸含量Table 7 Amino acid content of walnut fruit in different patterns%

不同种植模式下‘新新2’和‘温185’的18种氨基酸含量相关性分析见表8和表9,‘新新2’多为显著正相关,‘温185’多为显著负相关。

表8 ‘新新2’不同种植模式下氨基酸含量相关性分析Table 8 Correlation analysis of amino acid content in different patterns of‘Xinxin 2’

表9 ‘温185’不同种植模式下氨基酸含量的相关性分析Table 9 Correlation analysis of amino acid content in different patterns of‘Wen185’

2.6 不同种植模式对两个核桃品种果实营养物质含量的影响

由表10可知,亚硫酸与蛋白质含量呈显著正相关,相关性为0.83;亚硫酸与脂肪呈显著负相关,相关性为-0.90;棕榈酸与单宁含量呈显著正相关,相关性为0.88。

表10 不同种植模式下核桃果实营养成分的相关性Table 10 Correlation of nutrient composition of walnut fruit in different patterns

3.1 间作对核桃、玉米产量的影响

新疆核桃主要栽植在南疆的环塔里木盆地西南边缘的绿洲内部,探讨核桃与玉米间作对核桃果实品质的影响,对在核桃间作模式下如何保证核桃品质尤为重要。间作系统内的相互作用会影响间作物和核桃产量[15-19],黄丽等[20]采用静态评价指标中的投入产出分析法,对喀什地区的泽普县、叶城县和和田地区的和田县进行了核桃与粮食、棉花、瓜菜类作物间作经济效益的研究,结果发现随着核桃树生长年限的增长,核桃的产量逐渐增加,间作作物的产量逐渐减少,但综合经济效益不断增加;核桃与瓜菜类间作的效益高于核桃与其他作物间作。本研究表现为间作园核桃的产量低于单作园,间作物玉米的株高降低,结穗数少,产量降低,分析原因在于核桃树龄为9 a生,能够遮阴,且会随着树龄增加遮阴效果增大,影响间作物产量。另外,间作会使果树与间作物间发生争水、争肥现象,产生养分竞争的关系,从而相互之间产量都受到影响,而低于单作园的产量[21]。

3.2 间作对核桃果仁内在品质的影响

间作在一定程度上提高了空间利用率,也增加了土地、光能、肥水等有限资源的利用效率,同时对间作物的内在品质产生不同影响,初步分析原因是因光能利用率、光合产物合成、遮阴效果带来的差异,由此可以为不同种植模式的选择和核桃采收时期等方面提供评价指标。不同间作模式会因间作物不同而使其内在品质含量存在差异,核桃仁中含有的18种氨基酸作为人体所需的重要脂肪酸,具有预防动脉硬化、抗衰老、以及防治心血管疾病等功效,是果粮间作效益评价的关键指标之一[22-23],余晓娥[24]研究表明,不同间作模式下18种氨基酸总和在核桃-棉花模式最高为15.00%,而核桃-正播玉米与核桃-冬小麦的氨基酸总和相等,为14.00%;4种模式中谷氨酸含量占比最大,核桃-棉花占3.22%,核桃-正播玉米占3.04%,核桃-冬小麦占3.02%,核桃单作占2.98%。而甲硫氨酸占比最小,核桃-冬小麦、核桃-正播玉米占0.18%,核桃-棉花与核桃单作占0.17%。本研究表明,核桃-玉米间作园油酸、硬脂酸含量降低,且遮阴越强受到影响越大,而亚油酸、棕油酸含量均增加,且遮阴越强亚油酸含量越高,但氨基酸总和差异不大。

两个核桃品种在不同种植模式下均表现出果实成熟初期到果实成熟后期的鲜果总质量、干果总质量及仁质量不断升高;外观品质在不同采收期存在显著差异;4种脂肪酸除油酸外均不存在差异,与玉米间作对核桃4种脂肪酸的影响较小。18种氨基酸中氨基酸总和玉米-‘新新2’(冠下)模式最高。

以上结果说明,间作模式下均降低果实品质,具体表现为间作园出仁率均低于单作园,可以判断核桃树与间作物存在争肥争水现象;且间作园单宁含量均显著高于单作园,表现为其苦涩味重、口感差;同时,两个品种在不同种植模式下脂肪、蛋白质、氨基酸含量差异不大。因此可以判断成年核桃园间作农作物会降低果实品质、产量及口感,建议成龄核桃园不进行间作。