DRIS法在金花茶和山茶營養診斷上的應用研究

韋獻東，盧晶晶，陳 鑫，陶志華，郝蘊祺，王凌暉

（1.廣西大學林學院，廣西 南寧 530004；2.廣西國有六萬林場，廣西 玉林 537004）

【研究意義】廣西有“世界八角之鄉”的美稱，也是八角（Illicium verumHook.f.）的重要生產基地[1]，種植面積和年產量均占全國的90%以上；金花茶（Camellia nitidissimaChi）屬山茶科（Theaceae）金花茶組（C.SectionChrysantha）植物，被人們公譽為“世界珍品”“茶族皇后”，屬國家一級保護珍稀植物，國外稱之為“幻想中的黃色山茶”[2-4]；山茶（C.japonicaL.）是山茶科（Theaceae）山茶屬植物，是我國十大傳統名花之一，兼具觀賞價值、藥用價值和經濟價值，市場需求量大，應用廣泛[5-6]，八角林下套種金花茶和山茶模式是廣西快速發展經濟林的重要組成部分。金花茶和山茶具有極高的經濟價值，能夠短時間內提高八角林的經濟效益，運用診斷施肥綜合法（Diagnosis and Recommendation Integrated System，DRIS）得出合理施肥措施是提高廣西八角林經濟效益的有效途徑[7-8]。【前人研究進展】植物需肥診斷一般采用植物養分綜合管理系統法、土壤養分診斷、外部形態癥狀診斷、DRIS法[9]，有研究表明，DRIS法主要通過對植物葉片營養元素含量（植物葉片組織內的營養狀況能更直接地反映整體營養的豐缺情況，比通過對土壤觀測判斷植物營養狀況更合理）及其比值進行診斷，最終確定需肥順序和施肥量[10]。DRIS法在經濟林上的運用也屢見不鮮，現階段主要應用的樹種有樟樹〔Cinnamomum camphora（L.）Presl〕、尾巨桉（Eucalyptus urophylla×E.grandis）、油茶（C.oleifera）、杧果樹（Mangifera indicaL.）[11-14]，但是在金花茶和山茶上的運用鮮有報道。【本研究切入點】目前，廣西種植的八角林收入周期較長，受自然環境因素影響大，采伐成本較大，迫切需要林下經濟植物來提高八角林的效益[15]，因此對林下經濟植物的研究不可或缺。【擬解決關鍵問題】通過對八角林下的金花茶和山茶進行營養診斷，再根據診斷結果及植物營養與肥料的關系進行平衡施肥，提高經濟林生產力和肥料利用率，為經濟林下植物的栽培養護提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西玉林市國有六萬林場的河嵩分場（地理坐標109°51′E、22°33′N），年平均降水量1 655 mm，年平均氣溫21.5 ℃。試驗地坡度12°～15°，東南坡向，土壤為赤紅壤，總P含量0.41 mg/g，全K含量14.32 mg/g，總N含量1.06 mg/g，有機質24.11 mg/g，pH值5.35。該試驗地的自然條件十分適合八角、金花茶和山茶的種植生長。

1.2 試驗設計

試驗以林冠郁閉度0.9、林齡23年、栽植密度為500株/hm2的八角人工林為基礎。2015年3月，通過均勻間植、撫育修枝，以目測法結合采用CI-110植物冠層分析儀[16]進行測量，形成郁閉度約為0、0.5、0.7、0.9等4個梯度系列的樣地，隨后種植金花茶和山茶，金花茶、山茶苗木均為林場提供的苗高、地徑一致的兩年生嫁接苗，另設置一塊空地種植金花茶和山茶作為對照（CK），每隔5個月進行一次撫育修枝調控林冠郁閉度。采用單因素隨機試驗設計，每個郁閉度設置3個重復，每個重復小區面積1 333.34 m2，種植密度為1 333株/hm2。為避免邊緣效應的影響，每個樹種分別在每小區中間部分設置固定標準地，固牌測定的株數為30株。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品采集 于2016年12月對金花茶和山茶葉片進行采樣，此時金花茶和山茶處于休眠期，葉片內組織養分及含量處于相對穩定狀態。根據金花茶和山茶生長的情況將其劃分為高產組和低產組；采樣時間均在上午9: 00～10: 00，每個樣地選擇3株標準苗進行取樣，每株選取3片健康功能葉，用液態氮冷凍后放入冰盒帶回實驗室。

1.3.2 指標測定及方法 株高地徑：株高為植株頂部到基質表面的高度，用鋼卷尺（精度0.1 cm）測量；地徑為距基質表面0.5 cm處莖干的直徑，用數顯游標卡尺（精度0.01 mm）測量。

葉片指標測定：稱取樣品0.2 g，用H2SO4-H2O2消化后，全N采用凱氏定氮法[17]測定；全P采用鉬銻抗法測定；全K采用火焰光度計法測定；含水率采用干燥法[18]測定。

1.3.3 數據處理 DRIS指數表示金花茶和山茶對某種營養需求強度[19]。營養不平衡指數值（Nutrient Imbalance Index，NII）為0，表示該營養元素含量處于平衡狀態；NII為正值，表示該元素含量相對過剩；NII為負值，表示該元素含量相對缺乏。具體計算公式如下：

式中，A/B和a/b分別表示金花茶和山茶低產和高產葉片A、B養分元素的濃度比，CV代表a/b的變異數，n為參與營養診斷的營養種類數。

1.4 統計分析

數據處理采用Excel，統計分析采用SPSS 22.0和DPS，多重比較分析采用Duncan修復極差法。

2 結果與分析

2.1 不同郁閉度下金花茶和山茶葉片各元素含量差異

經過方差分析得出，郁閉度對金花茶和山茶的葉片全N、P、K含量均有顯著或極顯著影響。由表1可知，隨著郁閉度的增加，金花茶葉片的全N和全P含量呈現“增加-減小”趨勢，在郁閉度0.7時含量最大，且與其他處理間差異極顯著；葉片全K呈現增加趨勢，在郁閉度0.9下最大，與其他處理間差異極顯著；葉片含水率呈現“增加-減小”趨勢，在郁閉度0.7下最大，且與其他處理間差異顯著。山茶葉片的全N、P、K含量以及含水率均呈現出增加趨勢，在郁閉度0.9下最大，與其他處理間差異極顯著。兩種植物的全N、P、K含量以及含水率均在全光照下最小。由以上分析可得，金花茶的葉片營養狀況在郁閉度0.5、0.7條件下較好，山茶的葉片營養狀況在郁閉度0.7、0.9條件下較好。

表1 不同郁閉度下金花茶和山茶葉片總氮、總磷、總鉀含量差異Table 1 Content of total N, P and K in leaves of Camellia nitidissima and C.japonica under different canopy density conditions

2.2 金花茶和山茶葉片營養DRIS診斷

2.2.1 金花茶和山茶高低產分組 根據實際經驗和實測金花茶和山茶的株高、地徑、生物量等數據，將金花茶和山茶分為高產組和低產組：郁閉度0.5、0.7分為高產組，全光照和郁閉度0.9分為低產組（表2）。

2.2.2 DRIS參數確定 金花茶和山茶DRIS參數的篩選根據DRIS法的計算原理[20]，將各金花茶和山茶的葉片N、P、K養分含量以N/P、P/N、N/K、K/N、K/P、P/K等6種表現形式，分別計算金花茶和山茶高產組（郁閉度0.5、0.7）和低產組（全光照、郁閉度0.9）各種表達形式的平均值、方差、變異系數CV以及方差比（VL/VH），并對其不同形式的方差進行顯著性檢驗，通過F檢驗將達到顯著水平的表現形式作為DRIS參數，如N/K和K/N，只選擇差異最顯著的一個作為重要參數。結合表3、表4檢驗結果，N/P、N/K、K/P等3種表現形式的方差比達到5%顯著水平，因此確定這3種表現形式作為DRIS診斷的重要研究參數。

表2 不同郁閉度金花茶和山茶生長指標Table 2 Growth indicators of Camellia nitidissima and C.japonica under different canopy density conditions

表3 金花茶和山茶DRIS營養診斷參數Table 3 Statistical table of DRIS diagnostic parameters of Camellia nitidissima and C.japonica

2.2.3 DRIS指數法確定需肥順序 從表4可以看出，金花茶和山茶的3種營養元素都處于不平衡狀態，且不同郁閉度的不平衡程度也不同。就金花茶而言，在全光照下，N值（14.15）和P值（6.57）均為正值，K值（-20.72）為負值，且絕對值表現為K＞N＞P，表示K肥缺乏，需要及時補充K肥，N肥相對P肥充足，因此可以依次推斷出金花茶在全光照下對N、P、K的需肥順序。由表4各指數值可知，金花茶在全光照、郁閉度0.5、郁閉度0.7、郁閉度0.9下的需肥順序為K＞P＞N、N＞P＞K、K＞N＞P、P＞N＞K；山茶在全光照、郁閉度0.5、郁閉度0.7、郁閉度0.9下的需肥順序為N＞P＞K、K＞P＞N、K＞N＞P、P＞K＞N。NII值代表營養不平衡指數，是各元素DRIS指數絕對值的和，NII值越小表示營養越平衡，NII值越大表示營養越不平衡，NII值等于或接近0時營養達到平衡。金花茶NII值表現為郁閉度0.9＞CK＞郁閉度0.7＞郁閉度0.5，山茶NII值表現為CK＞郁閉度0.9＞郁閉度0.5＞郁閉度0.7，金花茶高產組（郁閉度0.5、0.7）的NII值遠低于低產組（全光照、郁閉度0.9）的NII值，說明金花茶低產組內營養元素比高產組更不平衡，更需要肥料供給和平衡施肥；山茶在郁閉度0.7、0.9下的NII值低于全光照、郁閉度0.5，說明山茶的營養元素在全光照、郁閉度0.5下更不平衡，更需要肥料供給和平衡施肥。金花茶在郁閉度0.5下和山茶在郁閉度0.7下的營養相對其他處理更平衡，說明山茶比金花茶更適合在郁閉度高的地方種植生長。

表4 金花茶和山茶葉片營養元素含量及DRIS診斷指數Table 4 Contents of nutrient elements in leaves and DRIS diagnosis indexes of Camellia nitidissima and C.japonica

3 討論

本研究中林冠郁閉度的改變會引起八角林下的光照、溫度、濕度等環境因子的變化。葉片是植物進行光合作用等代謝活動的重要場所，葉片中N、P、K含量不僅反映植物自身的生長特性，也是植物對生長環境長期適應的結果[21]。相關研究結果表明，植物葉片營養元素的含量不僅由自身生理結構決定，植物通常會可伸縮性地調整營養元素化學計量特征來適應環境條件的變化[22]。本研究發現，在高郁閉度（0.7、0.9）下金花茶和山茶葉片N、P、K含量明顯高于低郁閉度環境，可能是因為高郁閉度下金花茶和山茶的生長環境（如溫度、濕度、光照等）會發生變化，進而促進植物的自我調節。魏太平等[23]對馬尾松（Pinus massoniana）林下土壤生物的研究結果也表明，馬尾松人工林在郁閉度0.7下，濕度和溫度適宜，土壤生物數量最多，土壤與根系之間的相互作用強，微生物加速了林地凋落物的分解，為馬尾松的快速生長提供了更多的N、P、K等營養元素。

DRIS法的理論依據是植物正常生長發育所需養分是均衡的，一種養分與其他養分的比值均為最適值，因此DRIS法被廣泛運用于作物營養診斷，尤其是經濟樹種。例如，康專苗等[14]在帕拉英達杧果樹（Mangifera indicaL.）施肥診斷中應用DRIS法，結果發現全部果園的Mg指數均為負值，表明果園急需補充鎂肥；郭素娟等[24]在燕山早豐板栗（Castanea mollissimacv.Zaofeng）也采用了DRIS法，結果發現遷西縣西北和西南地區的板栗園的需肥順序中Mn均排在首位，表明該地區的板栗園普遍存在養分Mn缺失的問題；鄒智瀅等[19]在對芳樟（Cinnamomum camphoravar.iinaloolifera）的不同施肥處理中同樣也運用了DRIS法，結果表明芳樟對N元素的需求量最大，其次是P、K元素。本研究采用DRIS法對金花茶和山茶營養進行了診斷，結果表明：金花茶在郁閉度0.5、0.7下指數絕對值較小，養分更平衡，而山茶在郁閉度0.7、0.9下養分更平衡，可見，山茶相對金花茶更適宜高郁閉度的生境。金花茶和山茶的N、P、K元素都處于不平衡狀態，且不同郁閉度下不平衡程度也不同，這一方面與土壤N、P、K含量有關，另一方面也可能因為郁閉度的不同影響了兩種植物的生長生理特性，造成葉片N、P、K含量的差異，進而導致需肥順序的差異。然而，DRIS葉片診斷結果反映的僅僅是樹體養分均衡狀況以及樹體養分含量之間相對不足或過量，而相對于土壤相對應的元素含量是否缺失或過剩，仍需對土壤養分含量進行進一步調查和驗證，如果把DRIS診斷土壤養分含量和施肥經驗結合起來運用，結果會更加準確。例如，劉茂橋[25]通過對貴州核桃園的土壤和核桃（Juglans regiaL.）葉片養分狀況的協同分析，得出核桃園土壤的速效K、有效B、有效Fe相對缺乏，85%的核桃園葉片的K缺乏最為嚴重，相對應地對土壤和葉片進行營養補充能夠提高核桃產量。

4 結論

本試驗結果表明，不同郁閉度處理均對金花茶葉片的全N、P、K含量有顯著影響。金花茶葉片營養狀況在郁閉度0.5、0.7下較好；山茶葉片營養狀況在郁閉度0.7、0.9下較好。從葉片營養角度來看，山茶比金花茶更耐遮陰。NII值大小顯示，金花茶高產組（郁閉度0.5、0.7）的NII值遠低于低產組（全光照、郁閉度0.9）的NII值，山茶在郁閉度0.7、0.9下的NII值低于全光照、郁閉度0.5，表明金花茶低產組內營養元素比高產組更不平衡，山茶的營養元素在全光照、郁閉度0.5下更不平衡，更需要加強施肥和平衡施肥。根據DRIS指數法確定施肥順序得出，金花茶在全光照、郁閉度0.5、郁閉度0.7、郁閉度0.9下的需肥順序分別為K＞P＞N、N＞P＞K、K＞N＞P、P＞N＞K；山茶需肥順序為N＞P＞K、K＞P＞N、K＞N＞P、P＞K＞N。