幼齡橡膠樹生長與葉片養分的相關性

許木果 劉忠妹 丁華平 陳桂良 楊春霞

摘? 要：通過分析研究幼齡橡膠樹生長量與葉片養分的相關性，以實現幼齡橡膠樹的養分診斷，為幼齡橡膠園的養分管理提供依據。在橡膠樹定植后的第2～5年，每年9月采集葉片樣品測定養分含量，同時測量橡膠樹莖圍與樹高。在對測定結果進行相關性分析的基礎上，利用多元逐步回歸分析和聚類分析，研究橡膠樹生長量與葉片養分的相互關系。結果表明：莖圍與葉片的N、P、Mg、Fe、Cu具有顯著的正相關關系，樹高與葉片中的N、P、K、Ca、Fe、Cu、Zn具有顯著的正相關關系;包含N和Ca的方程為橡膠樹莖圍的最優方程，包含N、P和Ca的方程為橡膠樹樹高的最優方程。通過聚類分析將橡膠樹分成4種養分類型，不同類型的生長量及養分含量有明顯差異，其中第4種類型莖圍和樹高相對較小，N、P含量也處于缺乏范圍;K、Ca的含量較豐富，4種類型均處于正常范圍以上;Mg的含量較低，4種類型均低于正常范圍。幼齡橡膠樹養分不均衡狀況較顯著，葉片中鎂的含量整體較低，幼齡橡膠園的養分管理過程中，增加鎂肥施用量的同時，還應調整不同養分間比例，以保證橡膠樹的正常生長及養分間的平衡。

關鍵詞：幼齡橡膠樹;生長量;葉片養分含量;逐步回歸分析;聚類分析;養分管理

中圖分類號：S59????? 文獻標識碼：A

Correlation Between the Growth of Young Rubber Trees and Nutrient Content of Leaves

XU Muguo， LIU Zhongmei， DING Huaping， CHEN Guiliang， YANG Chunxia*

Yunnan Institute of Tropical Crops， Jinghong， Yunnan 666100， China

Abstract： The correlation between the growth of young rubber trees and leaf nutrients by analysis was studied to realize the nutrient diagnosis of young rubber trees and to provide basis for the nutrient management of young rubber plantation. In the 2 to 5 year after rubber tree planting， leaf samples were collected in September each year to determine the nutrient content， meanwhile， the stem circumference and tree height of rubber trees were measured. Based on the correlation analysis of the measurement results， using multiple stepwise regression analysis and cluster analysis， the relationship between the growth of Hevea brasiliensis and leaf nutrient was studied. There was a significant positive correlation between stem circumference and N， P， Mg， Fe， Cu in leaves. Tree height was positively correlated with N， P， K， Ca， Fe， Cu and Zn in leaves. The equation including N and Ca was the optimal equation of the stem circumference of rubber tree. The equation including N， P and Cawas the optimal equation of height of rubber tree. The rubber trees were divided into four nutrient types by cluster analysis. The growth and nutrient content of different types were significantly different. The stem girth and height of the fourth type were relatively low. The content of N and P was also in the range of deficiency. The content of K and Ca was abundant. All types were above the normal range. The content of Mg in the sample was low. All types were below the normal range. The nutrient imbalance of young rubber trees was significant. The content of magnesium in leaves was lower during nutrient management in young rubber plantations. Increasing the application amount of magnesium fertilizer and adjust ing the proportion of different nutrients could ensure the normal growth of rubber trees and nutrient balance.

Keywords： young rubber trees; growth; nutrient content of leaves; stepwise regression analysis; cluster analysis; nutrient management

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.07.013

橡膠樹是熱帶地區主要的經濟林木之一，具有重要的經濟和戰略價值[1-2]。橡膠林生態系統作為人工林生態系統，其養分研究對于生產管理和指導施肥具有重要意義[3]。相關研究表明，橡膠樹營養元素間的平衡對于橡膠樹的正常生長發育有著極其重要的作用[4]，通過營養診斷進行有針對性地施肥，對于矯正橡膠樹營養元素間不平衡有較明顯效果[5-6]。葉片作為橡膠樹重要的同化器官，其養分含量不僅能反映橡膠樹營養狀況，而且可以反映土壤養分變化[7-9]。

據相關文獻[10]，自19世紀60年代橡膠樹營養診斷臨界值被提出后，這種營養診斷方法被植膠國延用至今。我國橡膠樹營養診斷研究始于20世紀50年代[11]，通過幾十年的發展，取得了大量的研究成果。劉平東等[12]的研究表明，橡膠樹營養診斷對癥施肥增產效果顯著，對比施肥對照，死皮率明顯下降。曹建華等[13]的研究表明，橡膠樹各養分元素在不同月份（或季節）的差異較為明顯，但其年度平均值的波動幅度則較小，樹葉和樹皮是橡膠樹的同化器官和生物合成器，是橡膠樹生理最活躍的器官。黃艷等[4，14]的研究表明，不同品種間葉片礦質營養有顯著或極顯著的差異，橡膠樹葉片養分4—12月總體呈下降的趨勢，每年的7—9月份養分含量最接近年平均值。華元剛等[15]的研究結果表明，隨著植膠年限的增加，橡膠樹葉片養分含量與土壤養分含量的相關程度越來越小，較難采集到具有代表性的土壤，土壤分析的結果只能作為參考。2013年橡膠樹葉片營養診斷技術規程[16]提出的我國當前主要橡膠樹品種的營養診斷指標，目前已被廣泛應用于指導橡膠樹營養診斷及膠園養分管理。綜合以上研究結果，橡膠樹葉片營養診斷對橡膠園養分管理具有重要的指導作用，目前對橡膠樹養分研究主要集中在不同橡膠樹品種的養分差異或不同時期葉片養分含量的變化上，而且研究對象大多為開割膠園，針對幼齡橡膠園的營養診斷和養分管理技術方面的研究較少見報道;本研究擬通過對幼齡橡膠樹連續4年的采樣及測定分析，研究橡膠樹生長量與葉片養分的相關關系，以期為幼齡橡膠園的養分管理及高效利用提供理論參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料

試驗區域屬北熱帶和南亞熱帶濕潤季風氣候，日溫差大，年溫差小，基本無霜，年平均氣溫在18.6 ℃～21.9 ℃之間;全年年平均降水量為1200～1700 mm，年平時日照1800～2300 h，相對濕度為80%～86%。

試驗地位于云南省熱帶作物科學研究所試驗基地，占地約13 000 m2，橡膠樹為2014年定植。根據不同土壤和橡膠樹養分環境條件，設置18個處理單元，每個處理單元3個重復。在每年9月天氣晴朗的8：00—11：00采集橡膠葉片樣本，每個重復均勻選擇10～20株生長正常的橡膠樹，采集暴露在陽光下穩定的光合作用的葉片，混合為一個樣品;然后將葉片用蒸餾水洗凈，在鼓風干燥箱中105 ℃殺青30 min，60 ℃～70 ℃烘干至恒重，將葉樣用粉碎機磨細過100目篩后待測。采樣的同時測量橡膠樹莖圍和樹高。

1.2? 方法

采用硫酸-過氧化氫消化葉片后測定養分含量。用凱氏定氮法（kjeltecTM2300，福斯）測定全N，鉬銻抗比色法（723，可見光分光光度計）測定全P，火焰原子吸收光度法（AA-6300CF，島津）測定全K，等離子發射光譜法（Avio 500，珀金埃爾默）測定Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn。具體方法參照相關標準[17-18]。

1.3? 數據處理

利用Office 2016和SPSS 20.0軟件對所得試驗數據進行統計分析。

2? 結果與分析

2.1? 葉片養分含量分級

參照橡膠樹葉片營養診斷技術規程，結合橡膠樹養分狀況，將4年所采集的橡膠葉主要養分進行分級，分別為豐富、正常和缺乏水平，含量分級見表1，表2為不同含量范圍樣本個數，由表1和表2可知，大部分橡膠樹樣品N、P養分達到正常值以上，有約20%的樣品低于正常值;K的含量相對較高，有一半以上達到豐富值以上;Ca的含量基本落在正常范圍以內，僅有4個樣品含量低于正常值;Mg的含量相對缺乏，僅有58個樣品落在正常值范圍，其余樣品均低于正常值以下。

對各元素間比值統計分析結果見表3，由表3可知，元素間比值實測平均值除K/Ca落在正常范圍外，其他元素間比值的平均實測值均低于或高于正常值范圍。對達到正常范圍的樣本比例進行統計可知，除K/Ca達到46.30%外，其他養分間比值達正常范圍的比例均較低，幼齡橡膠樹養分不均衡狀況較為突出。

2.2? 生長量與葉片養分相關性分析

為分析生長量與橡膠樹葉片養分間的線性關系，對橡膠樹莖圍和樹高與葉片養分進行皮爾森相關性分析，相關系數的結果見表4，通過表4可以看出，莖圍和樹高與葉片養分具有較強的相關性，莖圍與葉片的N、P、K、Ca、Fe、Cu具有顯著的正相關關系，樹高與N、P、K、Ca、Fe、Cu、Zn具有顯著的正相關關系。

2.3? 生長量與葉片養分的偏相關分析

考慮到變量之間的相互關系，分析變量可能會受到一個或者多個變量的的共同影響，因此對葉片養分含量與橡膠樹生長量做偏相關分析[19-20]。以橡膠樹莖圍、樹高為因變量，葉片養分含量為自變量，得出的結果見表5。結果表明，除樹高與葉片P的含量呈顯著相關外，其他養分與生長量間的相關性均未達到顯著水平;生長量與葉片養分含量的系數總體偏低，說明莖圍和樹高不止受到一個變量影響，需進行多元回歸分析。

2.4? 逐步回歸分析

在相關性分析的基礎上，以莖圍和樹高為因變量，葉片養分含量為自變量進行多元逐步回歸分析，并對回歸方程進行顯著性檢驗，結果見表6、表7。由表6、表7可知，各模型回歸系數的顯著性較強，回歸方程擬合程度較好，各影響因子的多重共線性較弱（VIF值均接近于1）[21]。通過表7的方差分析結果可知，莖圍模型的Sig值為0.005，樹高模型的Sig值為0.002，回歸模型均具有顯著的統計學意義。因此，得到逐步回歸方程為：莖圍G=?44.752+1.337N+1.729Ca;樹高H=?14.731+0.217N+0.630P+2.750Ca。

為得到最優的線性回歸方程，將所有葉片養分納入變量進行多元回歸分析，并與逐步回歸所得結果進行對比，所得莖圍和樹高模型復相關系數較高，分別為0.835、0.883，決定系數和修正系數均高于其他模型，且與納入全部變量所生成的模型所得的值較為接近[22-23]。因此，包含N和Ca的方程為橡膠樹莖圍的最優方程，包含N、P和Ca的方程為橡膠樹樹高的最優方程。

2.5? 聚類分析

聚類分析是一種探索性的分類方法，它能夠建立分類的多元統計，將一批樣本（或變量）數據根據其諸多特征，按照性質上的親疏程度在沒有先驗知識的情況下進行自動分類，產生多個分類結果[24-25]。本研究為實現對多個要素因子的類別劃分，利用系統聚類分析方法對樣本進行聚類分組，將每2個橡膠葉樣本用平均聯結法連結，利用SPSS 20.0軟件進行分析并繪制樹狀圖，將橡膠樹莖圍和樹高作為聚類變量，將不同生長狀況的幼齡橡樹進行分類，54個樣本共分為4個大類，聚類結果樹狀圖見圖1。

各類別指標平均值見表8，由圖1和表8結果可知，第1類樣品編號為：37、38、39、40、43、44、45、46、48、49、50、51、52、53、54，比例為總樣本數的27.7%;第2類樣品編號為：19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、41、42、47，比例為總樣本數的38.9%;第3類樣品編號為：5、6、11，占總樣本數的5.5%;第4類樣品編號為：1、2、3、4、7、8、9、10、12、13、14、15、16、17、18，占總樣本數的27.9%。

通過表8可看出，不同類別的平均值具有明顯差異，其中類別1的莖圍和樹高總體高于其他類別。參照葉片營養診斷規程，分析不同類別中葉片養分含量，葉片N、P含量類別1、2、3含量均達到正常值以上，類別4偏低。K、Ca的含量較豐富，但不同類別間有較大差異。Mg的含量整體低于正常值，第1類相對高于其他三類;第4類的含量最低，僅為正常臨界值的一半左右。

3? 討論

通過相關性分析和多元回歸分析的結果可知，幼齡橡膠樹莖圍和樹高與葉片養分具有較強的相關性，因此，可通過橡膠樹營養診斷，合理調整施肥配方，以達到調控其生長量的目的。偏相關分析的結果表明，橡膠樹莖圍和樹高與部分養分的相關系數出現了負數，但是綜合分析比較其相關系數的值，可以忽略生長量與葉片養分偏相關分析產生的不一致影響因素;另一方面，偏相關系數的值總體偏低，原因可能是莖圍和樹高可能還受其他限制因子的影響，比如橡膠園氣候及土壤條件、水文及養分運輸、枯落物的養分釋放等[26-27]。

根據聚類分析結果，進一步對不同類別膠園土壤養分狀況進行分析發現，不同類別土壤中有效養分含量均具有明顯差異。其中類別4中堿解N和有效P的含量較低，分別為57.47、3.09 mg/kg，明顯低于標準臨界[28];類別3中堿解氮的含量最高，為107.27 mg/kg;類別2中有效P最高，為12.18 mg/kg。土壤中K、Ca、Mg含量不同類別也有一定差異;其中交換性Mg的含量整體偏低，平均含量僅為0.18 cmol/kg，類別4的平均含量僅為0.11 cmol/kg。因此，橡膠樹葉片營養與土壤養分具有較強的交互作用，聚類分析的結果對幼齡橡膠園養分管理具有實際的指導意義，可根據不同養分類別制定相應的施肥方案，采取更為精準化的施肥管理措施;對比常規施肥管理方式[29-30]，可在有效簡化施肥流程的同時，保證橡膠園有效養分供應，提高了養分利用效率。

相關研究表明[31-34]，鎂是植物光合作用的關鍵離子，在植物生長發育過程中有重要促進作用，橡膠樹施用鎂肥可顯著提高莖圍增長量。對比本試驗相關性分析結果，橡膠樹莖圍和樹高與鎂的相關性不顯著，鎂的含量整體較低，不同類型結果均低于正常范圍，且處于低值范圍的莖圍和樹高平均值也低于其他類型。分析原因，可能由于大部分樣本鎂的含量低于正常值范圍，導致了橡膠樹生理性缺鎂，影響了相關性分析的結果;另一方面，考慮鎂鉀元素間有較強的拮抗作用[35]，由于鉀肥的大量施用，橡膠葉片中鉀含量普遍升高，也會影響橡膠樹對鎂的吸收，導致葉片中的鎂含量降低，因此，在增加鎂肥施用量的同時，還應加強對橡膠樹鎂鉀養分的調控。

楊承棟等[36]對杉木幼齡林的研究結果表明，除大量元素外，微量元素Fe、Mn、Cu等與杉木生長具有密切的相關性;對比本研究，幼齡橡膠樹生長量與微量元素Fe、Cu、Zn顯著性達相關及以上水平，與Mn的相關性較弱。曲天竹[37]對三倍體毛白楊的研究結果表明，影響生長量的主要養分是葉片中的N、P、K、Ca、Fe等元素含量，且不同品系間影響程度有一定差異。李雯[38]對白樺人工幼齡林的研究結果表明，P元素為林木生長主要限制元素，N、P混合施肥更能有效地促進林木的生長，增加林木生物量的積累。綜合以上研究結果，不同林木養分含量與生長量有較好的相關性，但其養分限制因子存在一定的差異; 在今后的研究過程中，還應關注不同橡膠樹品種間養分差異及對生長量的影響，研究不同養分間的相關性及交互作用。同時，鑒于橡膠樹生長與部分微量元素有較強的相關性，而長期以來對橡膠園微量元素的補充相對不足，因此，今后還應對橡膠樹微量養分進行進一步研究分析，適時補充相關養分。

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