錐栗葉片和土壤養分含量年周期變化規律的研究

熊 歡，劉智強，鄒 鋒，袁德義

(中南林業科技大學經濟林培育與保護教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004)

【研究意義】錐栗[Castaneahenryi(Skan) Rehder &E.H. Wilson]為殼斗科(Fagaceae)栗屬植物，是我國南方主要的木本糧食樹種，對于建設美麗鄉村、實施山區精準扶貧、促進區域經濟綠色增長具有重要的意義[1-2]。栗果酥脆可口，糯而香甜，其營養成分和風味均優于板栗，深受廣大消費者喜愛[3]。錐栗主要分布在我國浙江、福建、湖南、四川和貴州等丘陵地區[4]。錐栗現有種植面積約100萬hm2，年產量達數十萬噸，實現年產值數十億元[5]。因此，錐栗生產現已成為我國南方丘陵山區農民收入的主要經濟來源。【前人研究進展】目前，錐栗產量及其對養分的吸收與土壤肥力水平和施肥關系密切，然而在實際生產中，大部分丘陵山區還不能做到因地制宜合理施肥，存在盲目施肥的現象，這影響了錐栗的產量和品質。葉片和土壤養分含量既能反映錐栗樹體的營養狀況，又能體現栗園土壤的供肥能力，是錐栗生產上科學施肥管理的重要依據[6]。有關栗葉片和土壤礦質營養的研究，多集中在歐洲栗[7-9]、日本栗[10]和中國板栗[11-17]研究上，對錐栗的研究僅見范曉明等[3]報道種仁發育期葉片和果實礦質元素含量的變化，【本研究切入點】而關于錐栗不同物候期結果枝葉片養分和土壤肥力的動態變化還未見報道。因此，錐栗生產上的施肥工作還存在一定的盲目性。【擬解決的關鍵問題】本研究以錐栗‘華栗2號’為試材，應用全自動化學間斷分析儀和原子吸收法對盛果期錐栗不同物候期結果枝葉片和不同土層主要養分含量進行了測定與分析，以期探明結果期錐栗的養分需求規律，為錐栗生產實踐科學施肥提供理論依據。

表1 錐栗‘華栗2號’的物候期

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2015-2016年在湖南省郴州市汝城縣中南林業科技大學試驗示范基地(25°33′43″N, 113°45′08″E)進行。以‘華栗2號’為試材，根據實地調查，‘華栗2號’物候期的時間劃分見表1。該品種6年生平均樹高4.2 m，冠幅4.5 m×4.0 m，胸徑13.1 cm，株行距3.5 m×4.0 m，長勢良好，均處于盛果期，土壤為紅壤，常規管理。選取‘華栗2號’樹勢和生長發育情況相對一致的5株樹，5株一小區，共3小區。在每株樹的東、西、南、北4個方向中上部長勢中庸的結果枝枝條，取每個枝條中部的健康葉片，每個月采集葉樣1次；同時在每棵樹冠外圍垂直向下的地面，用取土器分別取0～20、20～40和40～60 cm 3個層次的土樣，用于土壤分析。

1.2 方法

葉片采集后，用自來水和去離子水分別沖洗3次，于通風處陰干，在105 ℃殺青30 min，置于60 ℃烘箱中烘干至恒重。采用不銹鋼植物組織粉碎機粉碎葉片，過0.250 mm的篩子，過篩的樣品保存于硅膠的干燥器皿中備用。稱取樣品0.200 g(準確值0.001 g)，樣品處理方法參考鄒鋒等[18]，采用全自動間斷化學分析儀和原子吸收分光光度計分別測定葉片中全氮、全磷含量和全鉀含量。

采集土壤后，除去植物殘留物、小石頭等雜物，經室內自然風干至恒重，研磨成粉末后過0.250 mm篩子，過篩土樣保存于硅膠干燥器皿中備用。稱取樣品2.000 g(準確值0.001 g),樣品處理方法參考張麗娜等[19]，采用全自動間斷化學分析儀和原子吸收分光光度計分別測定葉片中全氮、全磷含量和全鉀含量。

1.3 數據處理

應用Office Excel 2003和SPSS19.0軟件對數據進行統計分析，Origin 8.5軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 錐栗葉片中氮磷鉀含量的動態變化規律

2.1.1 錐栗葉片中全氮含量的動態變化規律 如圖1所示，從4月到9月氮含量呈先降低后升高再降低的變化趨勢。從4月20日至5月20日，葉片氮含量顯著下降了5.97 %，這個時期錐栗抽生新的枝條，花序發育及開花消耗大量的氮元素；從5月20至6月20日，葉片氮含量總體下降0.90 mg·g-1，進入坐果期，雄花大量凋謝，葉片光合作用強，根系吸收養分，隨后葉片中的氮元素開始上升，為20.53 mg·g-1。7月20日后栗幼果開始生長發育、果實膨大，此時需要大量的蛋白質供應，葉片氮含量呈下降趨勢；8月20日至9月20日栗果進入成熟采收期，樹體活動減弱，養分回流，N元素含量下降到最低值。

圖1 不同物候期錐栗葉片全氮含量變化Fig.1 The change of N content of leaves in different phenophase for chinquapin

圖2 不同物候期錐栗葉片全磷含量變化Fig.2 The change of P content of leaves in different phenophase for chinquapin

2.1.2 錐栗葉片中全磷含量的動態變化規律 錐栗葉片中全磷的含量總體呈先下降后趨于平緩的變化趨勢(圖2)。4月20日至5月20日，葉片磷含量降幅最大，下降值為0.15 mg·g-1，顯著下降了14.15 %，這個階段樹體生長和開花都需要磷的參與，也是錐栗樹體整個生長過程中最需要磷的階段；從5月20日至6月20日，雄花已大量凋謝，葉片中磷的含量開始上升；6月20日至7月20日，幼果期需要磷的供應，葉片磷含量下降了2.17 %；7月20日至9月20日，葉片中的磷含量變化不明顯，維持在一個較平穩水平浮動。

2.1.3 錐栗葉片中全鉀含量的動態變化規律 錐栗葉片中全鉀的含量在4-9月期間變化顯著，變化趨勢為先下降后上升再下降(圖3)。從4月20日至5月20日，葉片中鉀含量略有下降，降幅為2.87 %，新梢的生長需要部分鉀的參與；5月20日至6月20日，坐果期需要消耗大量養分，養分供應不足造成葉片中全鉀含量降低，降幅為11.82 %；6月20日至7月20日，幼果開始緩慢生長，幼果期果實干物質積累少，此時營養生長與生殖生長的矛盾得到緩和，葉片營養狀況得到一定的恢復，葉片中鉀含量上升，為7.17 mg·g-1；7月20日至8月20日與8月20日至9月20日分別是果實膨大期與果實成熟期，此時干物質的積累需要鉀的大量供給，葉片中的鉀含量顯著下降，降幅分別為19.67 %和10.24 %。

圖3 不同物候期錐栗葉片全鉀含量變化Fig.3 The change of K content of leaves in different phenophase for chinquapin

圖4 不同物候期不同土層全氮含量變化Fig.4 The changes of N contents in different soil layers during different phenophase

2.2 錐栗不同土層中氮磷鉀含量的動態變化規律

2.2.1 錐栗不同土層中全氮含量的動態變化規律 如圖4所示，3個不同深度土壤中全氮含量變化差異較大。0～20 cm的表土層中，氮含量起伏波動比較大，隨物候的變化具有極顯著的差異，氮含量從4月20日至7月20日均是呈下降的狀態，降幅為48.03 %，這個時間段需供應錐栗樹體生長發育以及夏季雨水的沖刷使養分下滲；7月20日至9月20日，氮含量呈持續上升狀態。20～40 cm土層中，其變化與葉片中全氮含量的變化一致，也是呈先下降后上升再下降的趨勢。40～60 cm的土層較深，其氮的含量相對比較穩定，隨物候的變化差異顯著。

2.2.2 錐栗不同土層中全磷含量的動態變化規律 3個不同深度土壤中的錐栗全磷含量均比較低，變化趨勢基本一致(圖4)。0～20 cm的表土層中，磷含量動態變化差異顯著，從4月20日至8月20日均是呈下降的狀態，降幅為26.09 %，錐栗開花坐果、果實發育需要磷的參與；8月20日后，果實成熟進入采收，果實生長發育停止，樹體養分回流，土壤磷含量呈上升趨勢。20～40 cm土層中，其全磷含量低下，變化趨勢起伏不大，磷含量隨物候的變化差異性不顯著，呈先下降后上升的趨勢，4月20日至7月20日土壤磷含量一直降低，降幅為10.81 %，錐栗開花結實需要磷的供應，土壤養分被根部吸收；此后樹體需磷量減少，土壤全磷含量上升。40～60 cm深度的土層中全磷含量隨物候的變化差異顯著，變化趨勢與0～20 cm土層磷含量一樣，呈先降低后升高的規律。

圖5 不同物候期不同土層全磷含量變化Fig.5 The changes of P contents in different soil layers during different phenophase

2.2.3 錐栗不同土層中全鉀含量的動態變化規律 如圖5所示，3個不同深度的土壤中的全鉀含量相近，但變化趨勢明顯。0～20 cm表土層中，鉀含量隨物候的變化呈現顯著差異，趨勢為先降低后升高再降低后升高，4月20日至5月20日土壤鉀含量呈下降的狀態，降幅為3.81 %；6月20日至8月20日，錐栗果實幼果發育、果實膨大消耗鉀元素，降幅為7.33 %；此后錐栗果實成熟，停止生長，樹體養分開始回流，土壤鉀含量升高。20～40 cm的土層中，鉀含量隨物候的變化呈先下降后上升的趨勢，但差異性不顯著， 4月20日至5月20日為錐栗開花授粉期，樹體需要大量的養分，致使根系吸收土壤養分，土壤鉀元素降低，降幅為5.00 %；此后土壤中鉀含量一直升高。40～60 cm深度土層中的鉀含量隨物候的變化差異顯著，呈先降低后升高的趨勢，4月20日至6月20日鉀含量下降，降幅為11.58 %；6月20日至9月20日鉀含量均呈上升趨勢，幅度為11.68 %。

圖6 不同物候期不同土層全鉀含量變化Fig.6 The changes of K contents in different soil layers during different phenophase

2.3 錐栗葉片養分含量與不同土層養分含量的相關性分析

由表2可知，葉片氮元素含量變化與40～60 cm土層中氮元素含量呈顯著正相關，相關值達到0.842；葉片中磷元素含量變化與40～60 cm土層中磷元素含量呈顯著正相關，相關值為0.813；葉片中鉀元素含量與20～40 cm土層氮元素含量變化和40～60 cm土層中氮元素含量變化的相關值分別為0.641和0.601，而與20～40 cm土層和40～60 cm的土層中鉀元素含量變化呈負相關。0～20 cm土層磷含量變化與鉀含量的變化呈顯著正相關，相關系數為0.888；土層20～40 cm磷含量變化與40～60 cm土層鉀含量的變化呈顯著正相關，相關系數0.893；土壤40～60 cm磷含量變化與0～20 cm土層氮和磷含量的變化呈顯著正相關，相關系數分別為0.828和0.960。

表2 不同物候期葉片的養分含量與不同土層的養分含量相關性分析

注:**表示差異顯著性達到0.01水平,*表示差異顯著性達到0.05水平。

3 討 論

(1)氮元素是合成蛋白質、核酸等維持樹體正常生長發育的物質基礎[16-17]；磷對植物的營養生長與生殖生長具有重要的調控作用[18]；鉀對促進果實發育，使其膨大與成熟，提高果實產量與品質具有重要意義[3,16]。根據庫—源關系原理，結果枝葉片養分含量的變化在一定程度上表征了果實對礦質營養的需求特征[6]，其養分含量水平不僅能反映錐栗樹體的營養狀況，而且也是指導栗園科學施肥的重要依據[12,17]。本研究表明，郴州地區的錐栗在4月下旬至9月下旬這段時期內葉片氮磷鉀養分的含量隨物候的變化均呈顯著性差異。4月20日至5月20日，由于錐栗樹體抽枝及開花消耗大量營養，葉片N、P、K 3元素的含量皆呈下降趨勢，此時應及早追施N、P、K復合肥。7月下旬至9月下旬，這個時期果實迅速膨大，干物質不斷積累，糖分及淀粉不斷合成[3]，致使錐栗結果枝葉內N、P、K養分轉運到果實，導致其含量下降。所以，在果實膨大期追施N、P、K復合肥，滿足樹體對氮磷鉀養分的需求，對增加錐栗單粒重，提高當年產量具有重要意義[11-13]。

(2)土壤養分也是影響錐栗產量和品質提高的重要因素之一[19]。通過3個不同土層養分分析，不同深度的土層氮磷鉀含量不同，隨物候期的變化呈現不同的差異性。0～20 cm主要為草本植物等的根系分布范圍，此層存在較多枯枝落葉及栗苞，有機質含量較為豐富，氮磷鉀含量相對較高，通過雨水的淋溶作用可為下層土壤提供養分。20～40和40～60 cm土壤深度是錐栗根系分布較多的范圍，4月20日至5月20日這兩個土層中氮磷鉀的含量均下降，樹體的生長及開花受精致使錐栗根系迅速吸收土壤養分，此時應在土壤20 cm處迅速增施氮磷鉀速效肥，及時補充土壤及樹體的營養。20～40和40～60 cm土壤中氮含量從7月20日至9月20日一直下降，果實膨大至成熟階段一直消耗大量的氮元素；20～40和40～60 cm土壤中磷含量從5月20日至7月20日持續下降，但差異性不顯著，可能因為當地土壤為酸性紅壤，磷的含量較低[20]，根系能吸收的有效磷較少，所以春季應注重補充磷肥，冬季多施磷含量高的農家肥，提高土壤磷含量；20～40和40～60 cm土壤中鉀含量波動多，但幅度不大。4月20日至5月20日新梢生長期及開花授粉期消耗大量的鉀元素，鉀含量下降，之后皆有上升的趨勢，這可能是當地含鉀較為豐富，與錐栗根系從深層土壤中吸收鉀有關[15]。

(3)對錐栗葉片養分含量變化與不同土層養分含量變化進行相關性分析后，得出葉片中的氮含量與40～60 cm的氮含量變化呈顯著正相關，葉片磷含量變化與40～60 cm土層中磷含量變化呈顯著正相關；葉片中的鉀含量變化與葉片中氮元素含量變化、20～40 cm土層氮元素含量變化和40～60 cm的土層中氮元素含量變化呈正相關，而與20～40 cm土層和40～60 cm的土層中鉀元素含量變化呈負相關。

綜合錐栗不同物候期葉片中的氮磷鉀需求情況與土壤中不同時期的氮磷鉀含量變化特征，并與全國第二次土壤普查數據相比較[19]，表明郴州汝城錐栗試驗園區土壤中全氮含量處于正常范圍，全磷含量嚴重不足，全鉀含量豐富。建議汝城盛果期錐栗園區在新梢生長期(4月上旬)及時補充氮磷鉀復合速效肥，控制氮鉀肥的用量，適量多施磷肥；于果實膨大期(7月下旬)第二次追施氮磷鉀復合速效肥，控制磷鉀肥的施用，適量多施氮肥；施肥的深度應為20～40 cm之間為宜，隨雨水的淋溶能充分補充40～60 cm土層的養分含量，可增加肥料的利用率。本文研究了錐栗不同物候期對養分的需求特征，為錐栗科學施肥時期、施肥類型及施肥深度提供了參考依據，但針對錐栗營養盈缺狀況如何進行氮磷鉀最佳配比及施肥量還需進一步研究。

4 結 論

綜上所述，盛果期的錐栗在新梢生長期(4月上旬)和果實膨大期(7月下旬)對N、P、K的需求量較大，生產上此時應追施氮磷鉀復合速效肥，適當增加氮、磷肥；施肥的深度應為20～40 cm之間為宜。