遮光和施肥對蘋婆幼苗生理特性和氮素積累的影響

潘陸榮，周袁慧子，王藝錦，蘇遠玉，王凌暉

（1.廣西大學林學院，南寧 530004；2.廣西民族大學建筑工程學院，南寧 530004；3.廣西國有欽廉林場，廣西 欽州 535000）

蘋婆（Sterculia nobilisSmith）屬梧桐科（Sterculiaceae）蘋婆屬（SterculiaLinn.），又名鳳眼果、九層皮、頻婆等，作為中國華南地區的鄉土樹種，是具有糧用、造林、景觀綠化、生態修復等多種用途的優勢常綠喬木，具有開發利用價值。針對蘋婆的研究包括栽培現狀［1］、栽培管理［2］以及發展前景［3］等方面，但是蘋婆目前多為零星種植，未形成規模化種植，蘋婆優質苗木及相關產品供不應求。

光照和施肥是影響植物生長的重要環境因子，植物通常會改變自身的形態以及一系列生理變化等過程來更好地適應光照變化，從而維持系統的平衡以及正常的新陳代謝活動［4］。前人對光照或施肥單一因素對植物影響做了大量研究，孟祥海［5］研究表明，適度遮陰能夠緩解半夏膜系統受到的傷害，隨著遮陰程度的增加，抗氧化酶活性呈先下降后升高的趨勢，丙二醛含量則隨著遮陰程度增加持續升高。謝美玲［6］研究表明，施氮水平提高有利于增加烤煙苗期葉片中過氧化氫酶（CAT）的活性，降低葉片丙二醛（MDA）的含量，有效地緩解了烤煙在高氮脅迫下的膜脂氧化現象。遮陰和施肥互作在提高了植物對光的利用效率以及對氮肥的吸收利用率方面具有重大作用。羅文姬［7］研究表明，相同氮素下，遮陰有利于緩解海南風吹楠苗木在全光照下的強光脅迫，明顯提高SP、POD活性和SOD活性，苗木通過提高抗氧化酶活性清除活性氧來維持植株正常生長。韋藝［8］研究表明，施加相同氮素條件下，適度遮陰對閩楠幼苗的生理特性有促進作用，隨著光照度的降低其生理特性表現出先升高后降低的趨勢；相同遮陰條件下，適量添加氮對閩楠生理特性有促進作用，也呈現出低促高抑的相似規律。但是有關遮陰、施肥互作對蘋婆的影響研究鮮見報道。目前，苗木生產過程中存在盲目施肥的現象，氮肥過量施用對促進植物生長無顯著影響且降低了氮肥利用率，而且還會帶來嚴重的環境污染問題［9］。因此，本研究針對蘋婆幼苗進行不同遮光處理和氮肥條件控制，探索適合蘋婆生長的光照和氮素，對提高氮肥利用率，促進蘋婆種植業規模化、產業化發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西大學林學院苗圃教學實習基地（22°50′N，108°18′E），屬亞熱帶季風氣候，年均溫21.5℃，年降雨量1 304.2 mm左右，年均相對濕度約為79%，光熱充足，無霜期長，適宜蘋婆植株的生長。

1.2 試驗材料

試驗材料為0.5年生蘋婆幼苗，2014年12月初將蘋婆幼苗（株高約5.0 cm，地徑約3.5 mm）移植到23 cm（徑）×25 cm（高）的有孔塑料盆，培養基質由體積比為3∶1的腐殖質土與苗圃熟土混合消毒而成，每盆1株蘋婆幼苗，統一水肥管理，緩苗3個月后開始處理。2015年3月選取長勢基本一致且健康無病蟲害的蘋婆幼苗160株，分為16組，每組10株，進行遮光、施肥處理。基地土壤為偏酸性赤紅壤，有機質含量14.6 g/kg，全氮含量0.59 g/kg，全磷含量0.45 g/kg，全鉀含量0.51 g/kg，堿性氮含量39.72 mg/kg，速效磷含量36.28 mg/kg，速效鉀含量109.47 mg/kg，pH值為4.6。

1.3 試驗方法

試驗采用遮光、施肥雙因素完全隨機設計，各設置光照（L）和氮素（N）4個水平，組成16個處理組合（LmNn），每個處理10次重復，共160盆蘋婆幼苗。通過搭建不同層數尼龍網進行遮光處理，營造4種不同光照環境，分別為自然光（NS，nature source light）的100.0%（L0）、41.3%（L1）、14.3%（L2）、3.6%（L3）；4種氮素水平（以純N含量計算），分別為0（N0）、2 000（N1）、4 000（N2）、6 000 mg/株（N3），試驗氮素來源于尿素（N：46.67%）。從2015年3月15日開始每15 d處理1次，其余澆水、除草、松土等管理措施保持一致，具體處理如表1所示。

表1 試驗設計處理及光氮水平

1.4 指標測定

分別于2015年3、6、9、12月采摘各處理成熟功能葉進行生理指標測定及植物葉片氮素積累量測定，各指標重復測定3次。其中，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法［10］測定；超氧化物岐化酶（SOD）活性采用NBT光化還原法［11］測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法［12］測定；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外分光光度法［13］測定；葉片全氮含量采用凱氏定氮法［12］測定。

1.5 數據處理

采用Excel 2010軟件錄入并整理試驗數據、繪制圖表，采用DPS軟件進行方差分析，采用LSD方法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 遮陰和施肥對蘋婆幼苗葉片丙二醛（MDA）含量的影響

由表2可知，光照度、氮素與兩者交互對蘋婆幼苗6、9、12月MDA含量均產生極顯著的影響（P＜0.01），其效應強弱表現為光＞氮＞光×氮，即以光照度的影響最大。如圖1所示，3月平均MDA含量為9.44 μmol/g（FW），隨著時間的推移，各處理MDA含量隨之增加，在12月達到最大值，平均MDA含量為29.68 μmol/g（FW），是3月的3.14倍，6月、9月平均MDA含量分別為14.43、25.34 μmol/g（FW）。

圖1 蘋婆幼苗不同時期丙二醛（MDA）含量動態變化

表2 光氮互作對蘋婆幼苗丙二醛含量影響的顯著性F測驗結果

隨著遮光程度加強，光照減弱，6、9、12月MDA含量整體呈先下降后升高的趨勢，均以L0N0處理最高，分別為18.97、40.46、49.27 μmol/g（FW），以L1N2處理最低，分別為10.31、12.47、13.31 μmol/g（FW），整體排序為L0＞L3＞L2＞L1。在全光照條件下，丙二醛含量隨氮素增加不斷減少，在各遮陰處理下，丙二醛含量先降后升，均以N0施氮水平最高；在同一氮素水平下，丙二醛含量均隨光照度減弱呈先下降后增加的變化趨勢，丙二醛含量均以L1光照處理最低，N0、N1、N2氮素水平下以L0光照處理最高，N3氮素水平下以L3光照處理最高。可見，光照過強或過弱，氮素水平過多或缺乏都顯著引起MDA含量增加，適當遮陰和施肥有利于降低MDA含量，減少蘋婆幼苗受到的傷害，且存在光氮互作效應，以L1N2處理表現較佳。

2.2 遮陰和施肥對蘋婆幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

由表3可知，光照度、氮素與兩者交互對蘋婆幼苗6、9、12月SOD活性均產生極顯著的影響（P＜0.01），其中，氮素為主導因素，光氮互作次之，最后為光照單獨作用。如圖2所示，SOD變化在不同季節表現不同，整體趨勢為9月＞6月＞12月＞3月。3月平均SOD活性為289.75 U/g（FW）；經過施N肥和遮陰處理后SOD活性變化較大，9月SOD平均活性最高，為549.25 U/g（FW），6月、12月SOD平均活性分別為487.19、481.85 U/g（FW）。

圖2 蘋婆幼苗不同時期超氧化物歧化酶（SOD）活性動態變化

表3 光氮互作對蘋婆幼苗SOD活性影響的顯著性F測驗結果

隨著光照度逐漸降低，6、9、12月SOD活性整體呈“V”字型變化，大小排序為L0＞L3＞L1＞L2。在L0光照條件下，隨著氮素增加，6、9、12月SOD活性不斷下降，均在N0施氮水平下達到最大值，而L1、L2、L3光照條件下，SOD活性均表現為先降后升的趨勢，同樣在N0施氮水平下達到最大值。在N0氮素水平下，隨著光照度降低SOD活性不斷降低，在N1、N2氮素水平下SOD活性先降后升，在N3氮素水平下SOD活性整體呈上升趨勢。總體來說，L2N2處理下SOD活性最小，L0N0處理下SOD活性最大，說明光照過強、缺少氮素不利于植物生長，導致SOD活性升高來保護植物，適當遮陰、施肥可減少細胞膜系統受到的傷害。

2.3 遮陰和施肥對蘋婆幼苗葉片過氧化氫酶（CAT）活性的影響

由表4可知，光照度、氮素與兩者交互對蘋婆幼苗6、9、12月CAT酶活性均產生極顯著的影響，6、9、12月光強、氮素與光氮互作對蘋婆幼苗CAT酶活性的影響大小順序為光＞光×氮＞氮。如圖3所示，3月平均CAT活性最低，為197.41 U/（g·min）（FW），6月CAT平均活性為368.85 U/（g·min）（FW），12月CAT平均活性為415.08 U/（g·min）（FW），9月CAT平均活性活性達到最高值，為447.01 U/（g·min）（FW）。

圖3 蘋婆幼苗不同時期過氧化氫酶（CAT）活性動態變化

表4 光氮互作對蘋婆幼苗CAT活性影響的顯著性F測驗結果

隨著光照度減弱CAT活性呈“降-升-降”的變化趨勢，CAT活性大小排序為L2＞L0＞L3＞L1。在L0、L1光照條件下，隨著氮素的增加，6、9、12月CAT酶活性均在N1施氮水平下達到最大值，而L2、L3光照條件下，CAT酶活性均在N3施氮水平下達到最大值。在N0、N1氮素水平下，CAT酶活性在L0光照條件下達到最大，N2、N3氮素水平下CAT酶活性分別在L2、L3光照條件下較大。總體而言，CAT酶活性在L0N1處理下達到最大值，L0N3處理下最小。

2.4 遮陰和施肥對蘋婆幼苗葉片過氧化物酶（POD）活性的影響

由表5可知，光照度、氮素與兩者交互作用對蘋婆POD活性的影響在6、9、12月均達極顯著水平（P＜0.01），其影響大小順序為光＞氮＞光×氮。如圖4所示，POD活性變化在不同季節表現不同，9月POD平均活性最高，為354.45 U/（g·min）（FW），其次為12月、6月，分別為303.73、152.64 U/（g·min）（FW），而3月最低，為100.84 U/（g·min）（FW）。

圖4 蘋婆幼苗不同時期過氧化物酶（POD）活性動態變化

表5 光氮互作對蘋婆幼苗POD活性影響的顯著性F測驗

隨著遮陰網加厚、光照度減弱，POD活性呈先下降后上升的趨勢，不同光照度POD活性排序為L3＞L2＞L0＞L1。在全光照條件下，6、9、12月POD活性隨氮素增加而增加，均以N3施氮水平最高；L1、L2光照處理下，POD活性隨氮素增加先升后降，均以N2施氮水平最高，L3光照處理下也表現出相似趨勢。在N0、N1氮素水平下，POD活性均以L3光照度條件下最高，N2氮素水平下，9、12月POD活性以L3光照度下最高，N3氮素水平下則以L0光照條件下最高。總體來看，L0N3處理下POD活性最高，L0N0處理下POD活性最小。說明適當遮陰施肥有利于提高細胞抗氧化能力，維持自由基的產生與清除之間的平衡，提升植物抗逆性。

2.5 遮陰和施肥對蘋婆幼苗葉片N素濃度的影響

由表6可知，光照度、氮素與兩者交互作用對蘋婆N素濃度的影響在6、9、12月均達極顯著水平（P＜0.01），且影響趨勢為氮＞光＞光×氮，氮對蘋婆N素濃度的影響顯著大于光的影響。如圖5所示，3、6、9、12月平均葉片N素濃度表現為先上升后下降，大小排序為9月＞6月＞12月＞3月。其中，3、6、9、12月N素濃度分別為10.21、18.79、21.22、16.88 mg/g。

表6 光氮互作對蘋婆幼苗葉片N素濃度影響的顯著性F測驗

施N肥和遮陰處理后葉片N素濃度變化較大，在相同光照處理下，6、9、12月平均葉片N素濃度均隨著氮素的增加而增加，均是N0水平的蘋婆幼苗葉片N素濃度最小，在不同光照下蘋婆幼苗葉片N素濃度大小排序為L2＞L1＞L3＞L0。相同氮素水平，在一年中不同季節葉片N素濃度不同光照處理下反應不同，當氮素水平分別為N0、N1時，隨著遮光強度增加，6月、12月氮濃度均呈先升后降的趨勢，而9月氮濃度變為先降后升；在N2、N3氮素水平下，隨著遮光強度增加，6月N素濃度不斷下降，而12月N素濃度先升后降。總體而言，在L1N3處理下取得最大值，在L3N0處理下最小。

2.6 遮陰和施肥對蘋婆幼苗生理指標及養分特征的隸屬分析

根據隸屬值大小可以將植物對環境的適應程度分為4個等級［14］：高抗型（1≥隸屬值≥0.6）、中抗型（0.6＞隸屬值≥0.4）、弱抗型（0.4＞隸屬值≥0.2）、不抗型（隸屬值＜0.2）。由表7可知，蘋婆幼苗平均隸屬值為0.524，屬于中抗型，表明蘋婆對環境有較好適應能力、抗性，以及對病蟲害、生物侵蝕等的耐力。在隸屬函數模糊綜合評價分析下，蘋婆幼苗的隸屬值最大的是L1N3，說明該光氮條件下蘋婆的苗木綜合情況最好，其次是L1N2，隸屬值最小的是L0N0，光照過強、光照不足、缺少氮肥均不利于蘋婆生長，適度遮陰（41.3%自然光）和施加氮肥（6 000 mg/株）能有效促進蘋婆幼苗生長發育。

表7 蘋婆幼苗在不同光氮條件下生理指標及養分特征的隸屬分析

3 小結與討論

光是影響和調節植物抗氧化能力的重要因子，逆境條件下，植物內部氧自由基積累量增加，膜脂過氧化加劇，導致膜系統受到損傷，影響植物的生長［15］。本研究結果表明，MDA含量隨試驗時間的延長而不斷增加，在12月達到最大值，不同處理下，葉片中MDA含量差異明顯，光照過強或過弱，氮素水平過多或缺乏都顯著引起MDA含量增加，適當遮陰和施肥有利于降低MDA含量，減少蘋婆幼苗受到傷害，這與何靜雯等［16］對鄞紅葡萄（Vitis vinifera）的研究結果相似。

逆境環境下，植物會啟動一系列保護酶調整和降低活性氧含量［17］，SOD、CAT和POD是植物體內重要保護酶，植物在逆境下的適應能力也可以根據其活性變化來反映，3種保護酶活性均在9月最高，3月最低，SOD季節變化整體表現為9月＞6月＞12月＞3月，而POD、CAT季節變化整體均表現為9月＞12月＞6月＞3月。葉片SOD、POD、CAT雖然都屬于保護酶，但活性變化在不同光氮條件下表現也不同，SOD活性隨著光照度逐漸降低整體呈“V”字型變化，在全光照條件下隨氮素增加而不斷下降，說明SOD活性在強光和弱光條件下表現比較活躍，SOD活性在L0N0處理下達到最大值，施加氮素緩解逆境傷害從而使SOD活性降低，L2N2處理下SOD活性最低，說明適當遮陰、施肥最有利于植物生長。隨著光照度減弱，POD活性呈先下降后上升的趨勢，在L3光照條件下達到最大，POD對不同氮素水平的反應與SOD酶活性不同，適量的施用氮素反而能提高POD的活性，這與丁雪梅等［18］研究結果相似，施用氮肥可顯著提高過氧化物酶活性，且隨施氮量的增加，抗氧化酶活性不同程度地增加。說明可以通過施加氮素提高葉片酶活性來清除葉片中氧自由基，降低逆境對植物的危害。

在本研究中隨著光照度減弱，CAT活性變化整體呈波浪形，大小排序依次為L2＞L0＞L3＞L1，CAT活性隨著氮素水平的變化反應不同。在L0、L1光照條件下，CAT酶活性均在N1施氮水平下達到最大值，而L2、L3光照條件下，CAT酶活性均在N3施氮水平下達到最大值，體現光氮互作效應，植物在適當的脅迫下能提高CAT活性，但脅迫過多，反而不利于CAT酶的生成［19］。酶活性對不同光氮處理變化不同，總體來說L1光照處理下、N3氮素水平下3種酶活性相對于其他光照條件、氮素水平偏低。研究表明，適量施氮更有利于植物生長和氮素貯藏。張永發等［20］研究發現，橡膠樹（Hevea brasiliensis）氮肥施用量直接影響貯藏氮的積累，不同供氮量貯藏氮水平各異，適量施氮更有利于貯藏氮的積累，尤其是主干的貯藏氮積累。本研究中，蘋婆幼苗施氮后葉片氮素含量顯著提升，葉片N素濃度在一年中9月＞6月＞12月＞3月，相同光照條件下，均是N0水平的蘋婆幼苗葉片N素濃度最小，各光氮處理下平均葉片N素濃度變化均隨著氮素水平的增加，葉片N素濃度不斷上升。

通過對蘋婆幼苗各指標進行隸屬函數綜合評價得出，蘋婆幼苗隸屬值最大的是L1N3。綜上所述，光照過強、光照不足、缺少氮肥均不利于蘋婆生長，適度遮陰（41.3%自然光）和施加氮肥（6 000 mg/株）能有效促進蘋婆幼苗生長發育。