油茶葉片氮磷鉀含量與經(jīng)濟性狀的關聯(lián)分析

曹永慶，任華東，王開良，陳新建，汪舍平，俞春蓮，姚小華＊

(1. 中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 杭州 311400；2. 浙江省常山縣林業(yè)局，浙江 常山 324200)

油茶（Camellia oleiferaAbel.）是我國南方重要的木本油料樹種，具有綜合利用價值高、生態(tài)效益好的優(yōu)點[1-2]，目前全國種植面積已達420 多萬hm2，在脫貧攻堅、鄉(xiāng)村振興等國家戰(zhàn)略中發(fā)揮著重要作用。油茶適生分布區(qū)多為pH 值4.5～6.5 的紅壤、黃壤或黃棕壤，在固定、淋溶等作用下，土壤礦質(zhì)養(yǎng)分虧缺的現(xiàn)象普遍存在[3-5]，開展營養(yǎng)管理研究對推動產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效具有重要意義。

前期已對油茶主要礦質(zhì)的需求和積累特征進行了分析[6-7]，并在配方施肥方面作了大量的試驗研究[8-13]，提出了不同的施肥策略，但要實現(xiàn)科學精準營養(yǎng)管理，還應根據(jù)葉片具體營養(yǎng)狀態(tài)進行配方施肥。袁軍[14]、周裕新[15]基于綜合營養(yǎng)診斷施肥法（DRIS）或矢量分析法提出了高產(chǎn)林分的主要礦質(zhì)營養(yǎng)參考標準；然而，不同區(qū)域油茶林地土壤養(yǎng)分狀態(tài)存在一定的差異[3]，且不同品系的營養(yǎng)需求特征也不同[16]，這給營養(yǎng)評估診斷和施肥管理帶來極大的不確定性。需要探索建立不依賴區(qū)域立地條件和品種、既穩(wěn)定又可靠的營養(yǎng)診斷和評估技術。

基于離子平衡的等角對數(shù)比（ILR）數(shù)據(jù)處理分析方法，充分考慮了礦質(zhì)離子間的相互作用關系，被認為是目前最適用于植物離子組學數(shù)據(jù)的描述方法[17]，與基于單比率的DRIS 分析方法相比，在數(shù)據(jù)去冗降噪等方面具有顯著優(yōu)勢，如Parent等[18]利用ILR 離子組特征分析方法，對175 個芒果（Mangifera indicaL.）園的營養(yǎng)狀態(tài)進行評估，并提出導致其低產(chǎn)的潛在影響因子。本文以廣泛栽培的油茶‘長林4 號’和‘長林53 號’為研究對象，利用ILR 分析方法對礦質(zhì)離子數(shù)據(jù)進行處理，并研究分析油茶葉片氮、磷、鉀礦質(zhì)元素含量與產(chǎn)量、種仁含油率等經(jīng)濟性狀的相關性，以期為油茶樹體營養(yǎng)狀態(tài)科學評估和營養(yǎng)管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于浙江省常山縣東案鄉(xiāng)油茶種植基地，屬低山丘陵區(qū)，具有典型亞熱帶季風氣候，四季分明，光照充足，年平均氣溫17.4℃，年平均降水量1 725 mm，年平均日照時數(shù)1 975 h，年平均有效積溫5 514℃，年平均無霜期238 d；土壤以紅黃壤為主，土層深厚，有機質(zhì)含量13.9 g·kg?1，水解性氮75.4 mg·kg?1，有效磷10.9 mg·kg?1，速效鉀110 mg·kg?1。基地主要油茶良種為 ‘長林4 號’、‘長林40 號’、‘長林53 號’、‘長林18 號’、‘長林3 號’、‘長林55 號’等“長林”系列國家審定油茶良種，2013 年種植，株行距2 m × 3 m，正常管理。

1.2 試驗方法

2018 年10 月果實成熟時，隨機選取‘長林4 號’和‘長林53 號’植株各30 株，分單株進行取樣和測定。由東西、南北兩處測量樹冠寬度，記錄單株鮮果產(chǎn)量，隨機抽取20 個果實，進行種仁含油率分析，并在樹冠中部東、西、南、北4 個方向，采取結果枝組生長正常的當年生春梢中部葉片50 片，進行氮、磷、鉀礦質(zhì)元素含量分析；記錄葉片數(shù)和花芽數(shù)，并于2019 年1 月跟蹤調(diào)查座果率，每株調(diào)查20 個枝條。

1.3 測定方法

將葉片樣品剪碎，100～105℃下殺酶15 min，然后70～80℃下烘干至恒質(zhì)量并粉碎，用濃H2SO4-H2O2消解，以5020 型流動注射分析儀（瑞典Tecafor 公司）測定氮元素含量，鉬銻抗比色法測定磷元素含量，火焰分光光度計法測定鉀元素含量。

采用正己烷索氏回流方法測定種仁含油率。將種子于60℃烘干，剝?nèi)シN皮，將種仁磨碎至粉末，稱取1～2 g 油茶種仁粉末，用烘干的濾紙包好，105℃徹底烘干水分（多次稱量，直至質(zhì)量不變，一般需2 h），最后上索氏回流管，回流6 h。用油脂占種仁總質(zhì)量的百分比計算種仁含油率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

按照《油茶主要性狀調(diào)查測定規(guī)范LY/T2955-2018》[19]計算冠幅面積，由產(chǎn)量和冠幅面積的比值計算單位面積冠幅產(chǎn)量；以座果數(shù)與花芽數(shù)的比值計算座果率；采用K 均值聚類分析的方法，對產(chǎn)量、種仁含油率、花芽/葉指標進行分組。

參照Parent 等[20]的方法，通過ILR[N,P|K]=計算ILR[N,P|K]值，其中，g(CNCp)為N 和P元素含量的幾何平均值，g(CK)表示K 元素含量。

數(shù)據(jù)采用SPSS18.0 和Microsoft Excel 2003 軟件進行統(tǒng)計分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 油茶葉片氮、磷、鉀元素含量的差異和相關性分析

油茶葉片氮元素含量最高，其次為鉀元素，磷元素含量最低，且不同油茶品種的葉片氮、磷、鉀元素含量差異顯著（圖1）。‘長林53 號’葉片氮、磷、鉀礦質(zhì)元素的平均含量分別為12.72、0.89、3.65 g·kg?1，顯著高于‘長林4 號’葉片氮、磷、鉀的含量，后者3 種元素含量分別為11.40、0.80、3.11 g·kg?1。

圖1 ‘長林4 號’和‘長林53 號’油茶葉片氮、磷、鉀元素的含量Fig.1 Nitrogen,phosphorus and potassium content in leaves of ‘Changlin 4’ and ‘Changlin 53’

油茶葉片氮、磷、鉀元素含量的相關性分析（圖2）表明：3 種礦質(zhì)元素含量間呈顯著正相關（P< 0.01），氮元素和磷元素、磷元素和鉀元素、氮元素和鉀元素含量的相關系數(shù)分別為0.55、0.52、0.60，單一元素吸收量的變化會影響其它2 個元素的吸收和含量。

圖2 油茶葉片氮、磷、鉀元素含量的相關性Fig.2 Correlations among nitrogen,phosphorus and potassium content in leaves of oil-tea camellia

2.2 油茶葉片氮、磷、鉀元素含量與產(chǎn)量的相關性分析

由圖3 可以看出，‘長林4 號’單位面積冠幅產(chǎn)量與葉片氮元素含量和ILR[N,P|K]值呈顯著正相關（P< 0.05），R2值分別為0.470 3 和0.405 6，其相關性高于磷元素（R2= 0.133 4）和與鉀元素（R2= 0.001 5）。根據(jù)擬合曲線函數(shù)計算，當葉片氮、磷元素含量以及ILR[N,P|K]值分別大于11.01、0.77 g·kg?1和0.40 時，‘長林4 號’單位面積冠幅產(chǎn)量將達1.50 kg 以上。

圖3 ‘長林4 號’葉片氮、磷、鉀元素含量與產(chǎn)量的相關性Fig.3 Correlations between nitrogen,phosphorus,potassium content and yield of oil-tea camellia ‘Changlin 4’

與‘長林4 號’類似，‘長林53 號’單位面積冠幅產(chǎn)量與葉片氮、磷元素含量以及ILR[N,P|K]值也呈顯著正相關（P< 0.05），R2值分別為0.417 1、0.679 3、0.713 6，與鉀元素（R2= 0.026 2）含量無相關性（圖4）。不同的是，‘長林53 號’單位面積冠幅產(chǎn)量與磷元素含量的相關性高于氮元素。當葉片氮、磷元素含量以及ILR[N,P|K]值分別大于13.02、0.89 g·kg?1和0.40 時，‘長林53 號’單位面積冠幅產(chǎn)量將達1.50 kg 以上。

圖4 ‘長林53 號’葉片氮、磷、鉀元素含量與產(chǎn)量的相關性Fig.4 Correlations between nitrogen,phosphorus,potassium content and yield of oil-tea camellia ‘Changlin 53’

2.3 油茶葉片氮、磷、鉀元素含量與種仁含油率的相關性分析

圖5 表明：‘長林4 號’果實種仁含油率與葉片氮、磷、鉀元素含量無顯著相關性（R2< 0.1），而與ILR[N,P|K]值呈顯著負相關（R2= 0.807 4，P<0.01）。根據(jù)擬合曲線函數(shù)計算，當ILR[N,P|K]值小于0.45 時，‘長林4 號’果實種仁含油率達平均值（45%）以上。

與‘長林4 號’不同，‘長林53 號’果實種仁含油率與葉片氮、磷元素含量以及ILR[N,P|K]值呈顯著負相關關系（圖6），且與磷元素（R2= 0.774 3）和ILR[N,P|K]值（R2= 0.857 3）的相關性高于氮元素（R2= 0.4663），與鉀元素（R2= 0.002 5）含量則無相關性。當葉片氮、磷元素含量以及ILR[N,P|K]值分別低于13.36、0.90 g·kg?1和0.43 時，‘長林53 號’果實種仁含油率達平均值（40%）以上。

2.4 油茶葉片ILR 值與花芽的相關性分析

圖7 表明：‘長林4 號’、‘長林53 號’油茶春梢花芽數(shù)和葉片數(shù)的比值與ILR[N,P|K]值均呈顯著正相關（P< 0.01），相關系數(shù)分別為0.943 7 和0.988 7。此外，由花芽量和座果率的關系（圖8）可知：隨著花芽/葉的增加，座果率表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，當0.29 < 花芽/葉 < 0.96，即‘長林4 號’0.39

3 討論

不同油茶品種因其適應性的差異，植株體內(nèi)礦質(zhì)元素的含量也不同[21]，如具有磷高效吸收特性的‘長林166 號’，其葉片磷元素的含量顯著高于‘長林4 號’[22]。本研究中，‘長林53 號’油茶葉片的氮、磷、鉀元素含量顯著高于‘長林4 號’，這與品種特性有關。此外，氮、磷、鉀3 種礦質(zhì)元素含量間存在明顯的正相關關系，這也與作者前期的研究結果相一致[23]。

圖5 ‘長林4 號’葉片氮、磷、鉀元素含量與種仁含油率的相關性Fig.5 Correlations between nitrogen,phosphorus,potassium content and oil content in kernel of oil-tea camellia ‘Changlin 4’

圖6 ‘長林53 號’葉片氮、磷、鉀元素含量與種仁含油率的相關性Fig.6 Correlations between nitrogen,phosphorus,potassium content and oil content in kernel of oil-tea camellia ‘Changlin 53’

圖7 油茶葉片氮、磷、鉀元素平衡對花芽形成的影響Fig.7 Effect of nitrogen,phosphorus and potassium balance in leaves on flower bud formation

圖8 花芽/葉比值和座果率的關系Fig.8 Relations between flower bud/leaves ratio and fruit set ratio

鑒于3 種礦質(zhì)元素間相互平衡關系，利用等角對數(shù)比（ILR）轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理分析方法對數(shù)據(jù)進行去冗降噪，構建ILR[N,P|K]參數(shù)[20]并進一步分析了其與產(chǎn)量、種仁含油率等經(jīng)濟性狀的關系，發(fā)現(xiàn)ILR[N,P|K]值與產(chǎn)量和花芽/葉比值呈顯著正相關，與種仁含油率呈顯著負相關；隨著ILR[N,P|K]值增大，單位冠幅面積產(chǎn)量和花芽數(shù)量表現(xiàn)出升高的趨勢，種仁含油率則呈下降趨勢。可見葉片氮、磷、鉀元素含量不僅能影響油茶產(chǎn)量和種仁油脂的合成積累[11-13]，還能顯著影響花芽的分化形成[24]。利用ILR[N,P|K]在評估單位面積冠幅產(chǎn)量和種仁含油率時，相較單一礦質(zhì)元素含量指標更穩(wěn)定可靠，如以單位冠幅產(chǎn)量高于1.50 kg 為標準時，‘長林4 號’和‘長林53 號’ILR[N,P|K]值均為0.40 以上，而對應的葉片氮元素含量閾值則差異較大，分別為11.01 g·kg?1和13.02 g·kg?1以上；在種仁含油率方面，以長林4 號’種仁含油率45%、‘長林53 號’種仁含油率40%為參考，ILR[N,P|K]值則宜控制在0.43～0.45 以下。

根據(jù)國家現(xiàn)行的油茶豐產(chǎn)栽培技術規(guī)程，一般要求5 個品種或以上進行混合栽植，這就導致單以葉片礦質(zhì)元素含量為參考開展田間營養(yǎng)評估和管理時，會因品種營養(yǎng)利用差異而導致評判標準難統(tǒng)一、不準確的情況，如對‘長林4 號’而言，葉片氮元素含量11.40 g·kg?1屬于正常營養(yǎng)狀態(tài)，而對‘長林53 號’而言，則屬于氮虧缺的營養(yǎng)狀態(tài)。鑒于ILR[N,P|K]在評估單位面積冠幅產(chǎn)量和種仁含油率時品種間具有較好的穩(wěn)定性和可靠性，這為解決油茶營養(yǎng)科學評估問題提供了新的方法。以本研究為例，在充分平衡產(chǎn)量（1.50 kg）、種仁含油率和開花數(shù)量指標，以保障花芽和座果率的平衡，促進高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)為目標，‘長林4 號’和‘長林53 號’混栽油茶林分的葉片ILR[N,P|K]值宜控制在0.40～0.43 之間，當ILR[N,P|K]值低于0.40 時，應適時補充氮磷肥，ILR[N,P|K]值高于0.43 時，適時補充鉀肥。

本研究僅基于同一立地條件和管理水平，探索了礦質(zhì)元素含量多元數(shù)據(jù)等角對數(shù)比處理方法在油茶礦質(zhì)營養(yǎng)分析及營養(yǎng)評估應用中的可行性，旨在為油茶營養(yǎng)狀態(tài)的診斷和評估探索一種新的思路，在相關研究中未涉及其它的栽培品種（如長林40 號、長林18 號等）以及極端條件下的個體（如負載過度、營養(yǎng)極度失衡的植株等），其穩(wěn)定性和普適性如何，仍有待于進一步研究。此外，我國油茶栽培品種多，分布范圍廣，立地土壤類型多樣復雜，不同栽培區(qū)劃的同一品種、同一栽培區(qū)劃內(nèi)的不同品種在生物學性狀上均表現(xiàn)出較大的差異[25]，不同土壤類型也影響油茶樹體礦質(zhì)元素的含量[26]，在今后的研究中，有必要進一步研究解析葉片礦質(zhì)離子組與土壤類型、基因型以及重要性狀的關聯(lián)特征，為建立系統(tǒng)、科學、有效的油茶營養(yǎng)狀態(tài)評估技術奠定基礎。

4 結論

不同油茶品種的葉片氮、磷、鉀礦質(zhì)元素含量差異顯著且存在顯著正相關關系，以ILR[N,P|K]值為參考指標在評估不同品種的單位面積冠幅產(chǎn)量和種仁含油率時較單一元素指標更穩(wěn)定可靠，油茶林分的葉片ILR[N,P|K]值宜控制在0.40～0.43 之間。本研究為油茶營養(yǎng)狀態(tài)的診斷和評估提供了一種新的思路和方法。