油茶葉片氮磷鉀含量與經濟性狀的關聯分析

曹永慶，任華東，王開良，陳新建，汪舍平，俞春蓮，姚小華＊

(1. 中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所，浙江 杭州 311400；2. 浙江省常山縣林業局，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、生態效益好的優點[1-2]，目前全國種植面積已達420 多萬hm2，在脫貧攻堅、鄉村振興等國家戰略中發揮著重要作用。油茶適生分布區多為pH 值4.5～6.5 的紅壤、黃壤或黃棕壤，在固定、淋溶等作用下，土壤礦質養分虧缺的現象普遍存在[3-5]，開展營養管理研究對推動產業提質增效具有重要意義。

前期已對油茶主要礦質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，但要實現科學精準營養管理，還應根據葉片具體營養狀態進行配方施肥。袁軍[14]、周裕新[15]基于綜合營養診斷施肥法（DRIS）或矢量分析法提出了高產林分的主要礦質營養參考標準；然而，不同區域油茶林地土壤養分狀態存在一定的差異[3]，且不同品系的營養需求特征也不同[16]，這給營養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域立地條件和品種、既穩定又可靠的營養診斷和評估技術。

基于離子平衡的等角對數比（ILR）數據處理分析方法，充分考慮了礦質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據的描述方法[17]，與基于單比率的DRIS 分析方法相比，在數據去冗降噪等方面具有顯著優勢，如Parent等[18]利用ILR 離子組特征分析方法，對175 個芒果（Mangifera indicaL.）園的營養狀態進行評估，并提出導致其低產的潛在影響因子。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 分析方法對礦質離子數據進行處理，并研究分析油茶葉片氮、磷、鉀礦質元素含量與產量、種仁含油率等經濟性狀的相關性，以期為油茶樹體營養狀態科學評估和營養管理提供參考。

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油茶種植基地，屬低山丘陵區，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?；刂饕筒枇挤N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、鉀礦質元素含量分析；記錄葉片數和花芽數，并于2019 年1 月跟蹤調查座果率，每株調查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，剝去種皮，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。用油脂占種仁總質量的百分比計算種仁含油率。

1.4 數據分析

按照《油茶主要性狀調查測定規范LY/T2955-2018》[19]計算冠幅面積，由產量和冠幅面積的比值計算單位面積冠幅產量；以座果數與花芽數的比值計算座果率；采用K 均值聚類分析的方法，對產量、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。

數據采用SPSS18.0 和Microsoft Excel 2003 軟件進行統計分析并作圖。

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）?！L林53 號’葉片氮、磷、鉀礦質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）。根據擬合曲線函數計算，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）。根據擬合曲線函數計算，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’油茶春梢花芽數和葉片數的比值與ILR[N,P|K]值均呈顯著正相關（P< 0.01），相關系數分別為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，植株體內礦質元素的含量也不同[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 種礦質元素間相互平衡關系，利用等角對數比（ILR）轉換的數據處理分析方法對數據進行去冗降噪，構建ILR[N,P|K]參數[20]并進一步分析了其與產量、種仁含油率等經濟性狀的關系，發現ILR[N,P|K]值與產量和花芽/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，單位冠幅面積產量和花芽數量表現出升高的趨勢，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量和種仁含油率時，相較單一礦質元素含量指標更穩定可靠，如以單位冠幅產量高于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。

根據國家現行的油茶豐產栽培技術規程，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元素含量為參考開展田間營養評估和管理時，會因品種營養利用差異而導致評判標準難統一、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屬于正常營養狀態，而對‘長林53 號’而言，則屬于氮虧缺的營養狀態。鑒于ILR[N,P|K]在評估單位面積冠幅產量和種仁含油率時品種間具有較好的穩定性和可靠性，這為解決油茶營養科學評估問題提供了新的方法。以本研究為例，在充分平衡產量（1.50 kg）、種仁含油率和開花數量指標，以保障花芽和座果率的平衡，促進高產穩產為目標，‘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，探索了礦質元素含量多元數據等角對數比處理方法在油茶礦質營養分析及營養評估應用中的可行性，旨在為油茶營養狀態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、營養極度失衡的植株等），其穩定性和普適性如何，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，不同栽培區劃的同一品種、同一栽培區劃內的不同品種在生物學性狀上均表現出較大的差異[25]，不同土壤類型也影響油茶樹體礦質元素的含量[26]，在今后的研究中，有必要進一步研究解析葉片礦質離子組與土壤類型、基因型以及重要性狀的關聯特征，為建立系統、科學、有效的油茶營養狀態評估技術奠定基礎。

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量和種仁含油率時較單一元素指標更穩定可靠，油茶林分的葉片ILR[N,P|K]值宜控制在0.40～0.43 之間。本研究為油茶營養狀態的診斷和評估提供了一種新的思路和方法。