板栗葉片及土壤養分含量對產量影響

徐 丞，郭素娟

（教育部森林培育與保護重點實驗室，北京林業大學林學院，北京 100083）

板栗（Castanea mollissim Bl.）作為木本糧食作物具有較高的經濟價值，其獨特的風味一直深受消費者的喜愛。遷西縣位于燕山南麓，河北東北部，氣候條件優越，十分適合板栗生長，遷西板栗的優良品質享譽國內外［1-4］。其中，“燕山早豐”品種板栗品質優良，產量較高，近年來逐漸成為遷西主栽品種［2-4］，但由于生產管理水平不一，且沒有科學統一的施肥管理技術，使得不同板栗園間的土壤養分環境及樹體養分水平差異較大，各個果園間板栗產量多寡不一，嚴重影響“燕山早豐”提質增產［4-6］，了解不同產量果園間土壤養分及葉片養分對產量的影響是提高產量的迫切需求。

路徑分析（path analysis）作為一種研究多個變量之間多層因果關系及其相關強度的方法，它可以將自變量對因變量的相關系數拆解為直接作用和經由其他因變量產生作用的間接作用。路徑分析方法已多次應用在分析作物產量及其影響因素之間的關系，如棉花［7］、玉米［8-9］、紅花［10-12］、甘蔗［13］、芒果［14-15］、西紅柿［16］、小麥［17］。本研究分別對遷西“燕山早豐”17 個代表性果園的土壤養分條件及樹體養分水平與產量之間進行路徑分析，以期得到“燕山早豐”果園土壤養分含量和樹體葉片養分含量對板栗產量的影響，為“燕山早豐”樹體養分管理和產量提高提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河北省唐山市遷西縣。遷西縣屬暖溫帶大陸性季風氣候，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。年平均氣溫10.6℃，最高氣溫出現在7 月，平均氣溫25.2℃，最低氣溫出現在1 月，平均氣溫-6℃，無霜期176 d。多年平均降水量744.7 mm，5～10 月降水量657.6 mm，占全年降水量的88%，年平均相對濕度59%。

1.2 樣地選擇

2012 和2013 年在當地板栗工作人員和栗農幫助下調查板栗“燕山早豐”農業生態背景和生產現狀，選取各地區產量相對穩定、肥料管理和修剪水平相對穩定的具有代表性的17 個板栗種植園作為調查研究對象，被調查果園種植品種均為“燕山早豐”，樣地概況見表1。

表1 試驗樣地概況

1.3 樣品采集與指標測定

分別于2012 和2013 年7 月中旬采集選定果園果樹樹冠外圍中部營養枝條中間部位無病蟲的成熟葉片，單株果樹東西南北4 個方向各采集2 片，每個種植園不少于100 片。采集完成后將葉片放入冰盒中帶回實驗室處理。將葉片按照自來水、0.1%洗滌劑、自來水順序清洗潔凈，再使用去離子水將葉片清洗3 遍后置于烘箱105℃殺青30min，80℃烘干至恒重，粉碎過0.25 mm 篩，混勻后密閉保存樣品袋中待測［4-5］。使用不銹鋼土鉆采集樹冠邊緣正下方0～40 cm 土壤，每個果園共采集25 個點，使用四分法取土壤1 kg 放入布袋中帶回并放置在陰涼處風干，過2 mm 篩后待測。

葉片中N、P、K的測定：稱取樣品0.2 g（準確至0.001 g），采用H2SO4-H2O2消煮，全氮采用凱氏定氮法，全磷采用鉬銻抗比色法，全鉀采用AAS 法測定。葉片中Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、B的測定：稱取樣品0.5 g（準確至0.001 g），加入濃HNO3-HClO4混合酸10 mL，遮光靜置12 h 后加熱消解。Ca、Mg、Fe、Cu、Mn 均采用AAS 法，B采用甲亞胺法測定［18］。土壤堿解氮含量用堿解擴散法測定，土壤有效態P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B 使用Mehlich3 方法測定［19］。

于2012 和2013 年果實成熟期分別統計各樣地板栗產量［5］。

1.4 數據分析方法

本研究使用相關性分析及路徑分析進行數據分析，將葉片養分元素含量、土壤養分元素含量、板栗產量等指標納入分析中。初步推定變量之間的因果關系并展示在路徑圖中（圖1）。路徑圖是路徑分析的主要工具，單向箭頭表示變量之間的因果關系，雙向箭頭表示變量之間的相關關系［20］。

分別將葉片養分含量和土壤養分含量作為自變量，產量作為因變量進行路徑分析。其中，自變量和因變量之間相關系數的分解計算依照以下公式：

其中，rix是因變量與自變量之間的相關系數；Pix是自變量i 對因變量直接作用；rjPjx是自變量i經由自變量j 對因變量的間接作用［14，20］。

使用SPSS 18.0 和Amos Graphics 21.0 進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 板栗葉片養分含量與產量的路徑分析

分別依據17 個板栗果園2012 和2013 年板栗產量的平均值，將其劃分為高產果園和低產果園。由此，2012 年高產組果園為產量大于1815 kg/hm2的果園，低產組果園為產量小于1815 kg/hm2的果園；2013 年高產組果園為產量大于1979 kg/hm2的果園，低產組果園為產量小于1979 kg/hm2的果園；2012和2013 年兩年劃分結果相同，共計高產果園9 個，低產果園8 個。

通過葉片養分含量與產量間相關性分析得出產量與葉片不同養分間的相關關系，但是養分之間存在復雜的協同與拮抗作用，一種養分元素除了對產量有直接作用以外，還通過與其他元素之間的協同與拮抗作用對產量產生間接作用。通過路徑分析方法可以分析不同養分元素對產量的直接作用以及通過其他元素產生的間接作用［9］。

通過路徑分析得出高產組葉片（HL）養分含量對產量的直接作用與間接作用（表2）。HLN、HLCa、HLMn 與高產組產量間均為極顯著的正相關關系（P＜0.01），HLP、HLFe 與高產組產量為顯著正相關關系（P＜0.05）。HLN（0.111）、HLK（0.183）、HLCa（0748）、HLMg（0.473）、HLFe（0.119）、HLMn（0.576）對產量有較高的直接促進作用，其中以HLCa（0.748）對產量的直接促進作用最高；HLP（-0.528）則對產量有較高的直接抑制作用；其他高產組葉片養分含量對產量的直接作用較低。HLN 通過HLCa 和HLMn 對產量有較高的間接促進作用，而HLN 經由HLP 和HLMg 則對產量有較高的間接抑制作用。HLP 通過HLCa、HLMn 對產量有較高的間接促進作用，通過HLMg 則對產量產生較高間接抑制作用。HLCa 通過HLMn 對產量有較高的間接促進作用，通過HLP、HLMg 對產量有較高的間接抑制作用。HLFe 通過HLMg 對產量有較高的間接促進作用，而通過其他元素的間接抑制作用較低。HLMn 通過HLCa 對產量的間接促進作用較高，而通過HLP、HLMg 則對產量有較高的間接抑制作用。路徑分析得出殘差值（Residual）為0.3901，即仍有39.01%的影響因素未被列入路徑分析之中。

表2 高產樣地葉片養分含量與產量的路徑分析及相關性分析

通過路徑分析方法得出低產組葉片（LL）養分含量對產量的直接影響和通過其他養分產生的間接影響（表3）。低產組中，LLP、LLK、LLCa、LLCu與產量極顯著正相關（P＜0.01），而LLMg 則與產量存在極顯著負相關關系（P＜0.01），LLN、LLFe 與產量存在顯著正相關關系（P＜0.05），LLMn、LLB與產量相關性不顯著。LLN、LLCa、LLFe、LLMn對產量有較強的直接促進作用，而LLP、LLMg 和LLCu 對產量有較強的直接抑制作用。LLN 通過LLCa、LLMg 對產量產生較強間接促進作用，通過LLP 對產量產生較強間接抑制作用。LLP 經由LLN、LLCa、LLMg 對產量產生較強的間接促進作用。LLK 經由LLN、LLMg 對產量產生較強的間接促進作用，通過LLP 則產生較強抑制作用。LLCa通過LLN 和LLMg 對產量產生較強促進作用，經由LLP 產生較強抑制作用。LLMg 經由LLP 對產量產生較強促進作用，而經由LLN、LLCa 則產生較強抑制作用。LLFe 通過其他養分對產量的間接影響均較低。LLCu 通過LLN、LLCa、LLMg 對產量產生較高的間接促進作用，而經由LLP 和LLFe 對產量產生較高的間接抑制作用。路徑分析得出殘差值為0.2201，即仍有22.01%的影響因素未被列入路徑分析之中。

表3 低產樣地葉片養分元素含量與產量的路徑分析及相關性分析

2.2 土壤速效養分含量與板栗產量的路徑分析

通過路徑分析得出高產組樣地土壤（HS）速效養分含量對板栗產量的直接作用大小和經由其他土壤速效養分含量對板栗產量產生的間接作用大小（表4）。高產組中HSN、HSMg 和HSMn 與產量具有極顯著的正相關關系（P＜0.01），HSCa 與產量具有顯著正相關關系（P＜0.05），而HSCu 則與產量具有顯著負相關關系（P＜0.05）。HSN、HSFe、HSMn 和HSB 對產量具有較高的直接促進作用，HSK、HSCa 和HSCu 則對產量具有較高的直接抑制作用。HSN 通過HSK 對產量有較高的間接抑制作用。HSCa 通過HSN、HSFe 和HSMn 對產量具有間接促進作用，通過HSCu 有較高的抑制作用。HSMg通過HSN、HSFe 和HSMn 對產量有較高的間接促進作用，而經由其他元素的間接作用較小。HSMn經由HSN 和HSFe 對產量產生較高的間接促進作用，經由其他元素的間接作用較小。HSCu 經由HSFe 對產量產生較高的間接促進作用，經由HSK產生較高間接抑制作用。路徑分析得出殘差值為0.2383，即仍有23.83%的影響因素未被列入路徑分析之中。

表4 高產組土壤速效養分含量與板栗產量的路徑分析及相關性分析

通過路徑分析得出低產組樣地土壤（LS）速效養分含量對板栗產量的直接作用大小和經由其他土壤速效養分含量對板栗產量產生的間接作用大小（表5）。LSN 與產量之間存在極顯著正相關關系（P＜0.01），LSMg 和LSK 與產量之間存在極顯著負相關關系，其他元素與產量之間相關性不顯著。LSN、LSMn 和LSB 對產量有較強的直接促進作用，而LSP、LSK、LSCa、LSMg、LSFe、LSCu 對產量有較強的直接抑制作用。LSN 通過LSCa、LSMg、LSFe 對產量有較強的間接促進作用，而經由LSMn則對產量有較強間接抑制作用。LSK 經由LSCa 和LSFe 對產量有較強直接促進作用，經由LSMn 則對產量有較強間接抑制作用。LSMg 通過LSMn 對產量存在較強間接促進作用，而經由LSN 和LSCa 對產量具有較強的間接抑制作用。路徑分析得出殘差值為0.1351，即仍有13.51%的影響因素未被列入路徑分析之中。

表5 低產組土壤速效養分含量與板栗產量的路徑分析及相關性分析

3 討論

3.1 不同產量水平果園中葉片及土壤養分含量對產量影響的權重分析

作物體內和作物生長的土壤中養分元素的含量對作物產量有著直接的影響，同時不同養分元素吸收和利用之間也存在相互影響。通過路徑分析，分析不同養分元素和產量之間的關系，既可以得出某一種養分元素對產量的直接影響，也可以得出某一種元素通過對其他元素的影響而對產量產生的間接影響作用。而路徑分析中殘差值則代表著未被考慮在路徑分析之中的變量對產量影響的大小，殘差值越低則代表路徑分析模型中未被考慮到的變量對產量影響越小，則模型中的自變量對因變量的影響越大。Kumara 等［14］分析芒果葉片中養分元素對芒果產量的影響時發現殘差值分別為0.7308 和0.7292。Majumder 等［15］通過路徑分析研究芒果不同基因及性狀對產量的影響時得出殘差值分別為0.209 和0.385。本研究中殘差值均小于0.4，葉片和土壤養分元素含量對板栗產量的影響均高于60%，土壤和樹體養分狀況仍是限制產量的最主要因素；高產和低產果園土壤養分元素含量的殘差值（0.2383，0.1351）低于葉片養分元素含量的殘差值（0.3901，0.2201），表明對于板栗產量的影響，土壤養分元素含量的影響高于葉片養分元素含量的影響；低產組中葉片和土壤養分含量的殘差較低，表明低產組中葉片及土壤養分對產量的影響較高，改善土壤和樹體養分水平對提高低產果園產量更加有效。同時也表明在高產組中修剪水平、病蟲害防治等措施對產量影響比低產組中的大，因此高產組果園中應更加注重管理水平多方面提高。

3.2 不同產量水平果園中板栗葉片養分元素含量對產量的影響

通過高產組果園葉片養分元素含量與產量間的相關性分析和路徑分析，表明葉片中N、P、Ca、Fe、Mn 含量與產量呈顯著正相關關系（P＜0.05）。其中，葉片N 含量對產量的直接作用（0.111）低于葉片N 含量經由葉片中Ca 和Mn 含量的間接作用（0.588，0.406），葉片N 含量對產量的直接促進作用并不高，葉片N 含量對產量的促進作用多是通過葉片中Ca 和Mn 含量來實現；葉片P 含量對產量為直接抑制作用（-0.528），但經由葉片Ca含量（0.573）和Mn 含量（0.29）的間接作用則對產量有較高的促進作用；葉片Ca 含量對產量有較高直接促進作用（0.748），經由Mn 含量對產量的間接作用（0.269）也較高；葉片Fe 含量對產量的直接作用（0.119）低于經由葉片Mg 含量對產量的間接作用（0.183）；葉片Mn 含量對產量的直接作用（0.576）和經由葉片Ca 含量對產量的間接作用（0.349）均較高，同時Mn 含量與產量的相關系數也最高。綜上，高產組中葉片N 和P 含量對產量的促進作用均大部分經由葉片Ca 和Mg 含量的間接產生；葉片Ca 和Mg 含量對產量的直接促進作用較高，同時兩者依賴于對方的間接作用也較高。因此，在高產組果園的樹體養分管理中除了補充N、P 等大量元素外，也需要注意補充Ca、Mn、Fe、Mg 元素，其中葉片Ca、Mn 含量對產量促進作用更強，這也與李廣會等［4］、郭素娟等［5］、孫慧娟等［21］的結論相同。此外，配施微量元素不僅可以增加產量，對果實品質也有積極影響［22-23］。

通過低產果園葉片養分元素含量與產量間的相關性分析和路徑分析，發現葉片N、P、K、Ca、Fe、Cu 含量均與產量呈正相關關系（P＜0.05）。其中，葉片N 含量對產量的直接促進作用（0.325）較高，同時經由葉片Ca 含量（0.112）和Mg 含量（0.463）對產量也存在較高的間接促進作用；葉片P 含量對產量有直接抑制作用（-0.44），而經由葉片N、Ca、Mg 含量對產量有較高的間接促進作用（0.195，0.146，0.593）；葉片K 含量對產量的直接促進作用（0.017）較低，經由葉片N、Mg 含量對產量的間接促進作用（0.147，0.406）較高；葉片Ca 含量對產量有直接促進作用（0.263），同時經由葉片N、Mg 含量對產量有較高的促進作用（0.139，0.368）；葉片Fe 含量對產量的直接促進作用（0.306）較高，但經由其他元素含量的間接作用都較低；葉片Cu 含量對產量有直接的抑制作用，對產量的促進作用多來自葉片N、Ca、Mg 含量對產量的間接作用。因此，在低產果園中，葉片N、P、Ca、Cu 含量對產量的促進作用均是經由葉片N、Ca、Mg 含量產生的直接或間接作用；而葉片K含量對產量的促進作用則大部分來自于葉片N、Mg含量的間接作用；葉片Fe 元素含量對產量的促進作用全部來自于自身的直接作用。綜上，在低產組果園的樹體養分管理中需要著重提高N、Ca、Mg 3 個元素含量對板栗產量的影響。

通過高產組果園土壤養分元素含量與產量的路徑分析表明，土壤N、Ca、Mg、Mn 含量與產量呈正相關關系（P＜0.05）。其中，土壤N 含量對產量的促進作用大部分來自于對產量的直接作用（0.608）；土壤Ca 含量對產量的直接作用（-0.119）表現為抑制作用，其對產量的促進作用則主要來自于經由土壤N、Fe、Mn 含量的間接作用（0.17，0.192，0.312）；土壤Mg 含量對產量的直接作用較低，其對產量的促進作用同樣主要來自于經由土壤N、Fe、Mn 含量的間接作用（0.185，0.141，0.293）；土壤Mn 含量對產量的直接促進作用（0.394）較高，經由土壤N、Fe 含量對產量的間接促進作用（0.118，0.115）同樣處于較高水平。因此，在高產組果園中，土壤N 含量對產量的促進作用來自于自身的直接作用，而土壤Ca、Mg、Mn含量對產量的促進作用均來自于土壤N、Fe、Mn含量的直接或間接作用。因此，在高產組果園的土壤管理中，著重增加土壤N、Fe、Mn 含量更有利于提高板栗產量。而通過板栗葉片養分元素含量與產量相關性和路徑分析發現，高產果園中提高葉片N、P、Ca、Mn、Fe、Mg 等養分含量也有利于提高板栗產量，這與土壤養分的路徑分析結果并不十分一致，可能是由于土壤養分不均衡而導致養分不能被充分吸收利用，且這些多屬于微量元素，因此可采用葉面噴肥的方式進行補充。綜上，在高產果園中，向土壤中增施N、P、Fe、Mn 等肥料，向葉面噴施Ca、Mg 等葉面肥料有利于提高板栗產量。

通過低產組果園土壤養分元素含量與產量的路徑分析表明，僅有土壤N 含量與產量有顯著正相關關系（P＜0.05）。其中，土壤N 含量對產量有較高的直接促進作用（0.251），經由土壤Ca、Mg、Fe含量對產量間接促進作用（0.318、0.327、0.299）同樣較高。其他土壤養分元素含量與產量均無顯著正相關，但本研究發現提高葉片養分元素N、Ca、Mg、Fe、Cu 含量有助于低產果園提高產量，與土壤養分元素分析結果不一致，這可能是由于土壤養分不均衡導致而不利于板栗樹體吸收利用土壤養分。因此，低產果園中，向土壤中增施N 肥和向葉面噴施Ca、Mg、Fe、Cu 等元素葉面肥料是提高產量的有效措施。

4 結論

板栗果園中葉片養分元素含量和土壤養分元素含量對板栗產量的影響均超過60%，是限制板栗產量提高的主要因素，并且低產果園中養分元素含量對產量的影響更大，因此改善樹體和土壤的養分元素水平仍是提高板栗產量的最有效措施。在高產果園中，向土壤中增施N、P、Fe、Mn 等肥料，向葉面噴施Ca、Mg 等葉面肥料有利于提高板栗產量；低產果園中，向土壤中增施N 肥和向葉面噴施Ca、Mg、Fe、Cu 等元素葉面肥料是提高產量的有效措施。