氮磷供應(yīng)水平對野薔薇生長和養(yǎng)分吸收的影響

馬慶華，王興紅，蔡京艷，湯志敏，楊德付，鄭廣順

(中國林業(yè)科學研究院華北林業(yè)實驗中心/北京九龍山暖溫帶森林國家長期科研基地，北京 102300)

0 引 言

【研究意義】氮(N)和磷(P)是植物生長必需的2大礦質(zhì)營養(yǎng)元素[1-2]。化肥不合理施用、養(yǎng)分利用效率低是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的主要問題[3]。我國氮肥利用率平均為35%，磷肥當季利用率為15%～20%[3-4]。近年來，越來越關(guān)注養(yǎng)分資源綜合管理技術(shù)及面源污染[5]。目前，針對主要農(nóng)作物(小麥、玉米和水稻等)開展了大量養(yǎng)分精準化管理方法和技術(shù)研究，形成了一系列精準施肥管理技術(shù)體系[6]。大多數(shù)研究集中在農(nóng)作物種類，關(guān)于多年生非禾本科植物如林木和灌木的研究鮮有報道[7]。研究不同氮磷供應(yīng)水平下野薔薇生長和養(yǎng)分吸收特色變化，對優(yōu)化施肥有實際意義。【前人研究進展】全世界薔薇屬植物約有200多種，中國原產(chǎn)約有82種，占世界總數(shù)的41%[8]。薔薇屬植物與月季親緣關(guān)系較近，具有抗旱、抗寒、抗病等優(yōu)良特性。野薔薇(Rosamultiflora)是中國月季產(chǎn)業(yè)主要砧木類型，原產(chǎn)于中國華北、西南及新疆等地，在國外一些國家也廣泛應(yīng)用[9-10]。砧木繁殖通常采用扦插和組培的方法，野薔薇砧木培養(yǎng)時間一般為3～4年，其培育時間長、主干增粗慢成為制約生產(chǎn)的一個重要因素[11]。已有研究表明，不同氮水平影響植物干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和氮素吸收利用[12]。不同磷水平影響砧木株高和地徑，以及根系形態(tài)特征和葉片磷酸酶活性[13]。氮磷施用水平影響著植物生長，不同植物種類對氮磷供應(yīng)水平的響應(yīng)程度存在顯著差異[14]。【本研究切入點】薔薇是園林生產(chǎn)上常用的砧木資源，針對該植物的養(yǎng)分吸收和利用的研究鮮見報道。需要研究不同養(yǎng)分梯度下野薔薇生長、養(yǎng)分吸收特征及根土互作效應(yīng)。【擬解決的關(guān)鍵問題】以親和性好、根系發(fā)達、易管理、樹干通直、表面光滑，且耐寒、耐旱的無刺野薔薇(Rosamultiflora)為對象，依據(jù)根—土互作機理，設(shè)計不同養(yǎng)分供應(yīng)水平，定量化描述薔薇生長和養(yǎng)分吸收特征。采用2年田間試驗，定量評價氮磷不同供應(yīng)水平對薔薇生長的影響，分析植物生長與土壤養(yǎng)分有效性之間的相關(guān)性，為高效養(yǎng)分管理提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年4月至2019年12月在中國林科院華北林業(yè)實驗中心房山試驗田進行，土壤類型為潮土。試驗地土壤理化性質(zhì)為有機碳 7.5 g/kg、總氮0.78 g/kg、速效磷7.5 mg/kg、速效鉀56 mg/kg，pH值8.05。

供試的無刺野薔薇(RosamultifloraThunb.ex Murr.)由中國農(nóng)業(yè)大學園藝學院提供。選取當年生、發(fā)育充實的半木質(zhì)化枝條作插條，并剪成60～65 cm長的插穗，插穗上端在離芽0.5～1 cm處平剪，下端在近節(jié)間處斜剪。將插穗浸泡于300 mg/L的ABT 6號生根粉溶液中，浸泡時間為2 h，深度2 cm。插于珍珠巖和蛭石培養(yǎng)基中，放置在溫室中培養(yǎng)，待不定根大量萌發(fā)且長度為2～3 cm時移栽到大田。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗包括5個氮水平和5個磷水平，施氮量(純N)分別為0(N0，CK)、50(N50)、100(N100)、200(N200)和300(N300)mg/kg，施磷量(純P2O5)分別為0(P0，CK)、50(P50)、100(P100)、200(P200)和300(P300)mg/kg。氮肥選用硝酸銨(含N 35%)，磷肥選用磷酸氫二鈉(含P 21%)。營養(yǎng)液灌溉，每株用量為1L，分別于2018年4月8日、5月5日、6月5日和7月5日，連續(xù)澆灌4次。每個處理均設(shè)置3個重復，小區(qū)面積為9 m2。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 地徑、植株氮磷含量及葉片SPAD

2018年4月5日，扦插苗移栽到大田后，每個單株均掛牌編號，選擇距離地面10 cm處，東西方向測定地徑，獲得地徑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。分別于2018年11月25日和2019年10月25日，再次測量地徑，計算地徑增加值。使用SPAD 502葉綠素儀測定葉片葉綠素相對含量。將植株當年生葉片與枝條剪斷分離，將葉片和枝條在105℃下殺青30 min，在70℃烘干48 h至恒重，將烘干后的樣品研磨成粉末(< 0.5 mm)后，用H2SO4-H2O2消煮，消煮液的氮濃度用凱氏定氮法測定，消煮液的磷濃度用釩鉬黃比色法測定[15]。

1.2.2.2 土壤有效氮和有效磷

準確稱取6 g新鮮土樣，加入100 mL 0.01 mmol/L CaCl2溶液，在25℃震蕩機上震蕩1 h，采用連續(xù)流動分析儀(TRACS 2000 system, Bran and Luebbe, Norderstedt, Germany)測定土壤有效氮含量(Nmin)。土樣風干后，稱取2.5 g風干土用pH為8.5的5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗顯色后，測定有效磷含量(Olsen-P)[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SAS統(tǒng)計軟件(SAS 8.1，美國)進行單因素方差分析，并使用Tukey's方法在P≤0.05水平上進行均值的多重比較。在SigmaPlot(SigmaPlot 10.0，美國)中使用線性模型和經(jīng)驗二次方程式來分析地徑與植株養(yǎng)分含量、土壤Olsen-P和 Nmin之間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷供應(yīng)水平對野薔薇主干地徑生長影響

研究表明，不同氮處理條件下薔薇主干地徑生長差異顯著(P<0.05)。隨著供氮強度增加，地徑增長量表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。當施氮量由N0增加到N100時，地徑生長量達到最大值，然后保持平穩(wěn)，當施氮量為N300時，地徑生長量明顯降低。與N0，N50和N300處理相比，2018年N100處理地徑生長量增加了16.17%～51.15%，2019年N100處理地徑生長量增加了8.36%～46.35%；相比較來說，N100和N200處理間地徑生長量無顯著差異。

不同磷供應(yīng)條件下，2018年和2019年薔薇主干地徑生長表現(xiàn)不一樣的特征。2018年，隨著磷供應(yīng)強度增加，地徑生長也表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，當施磷量由P0增加到P100時，地徑生長量達到最大值，隨著施磷量繼續(xù)增加，地徑生長量開始降低。與P0、P50、P200和P300處理相比，P100地徑生長量分別增加50.36%、10.99%、20.89%和30.13%。2019年不施磷處理P0地徑生長量顯著低于其它施磷處理，而P50、P100、P200和P300處理之間地徑生長量無顯著差異。圖1

圖1 氮磷不同水平下野薔薇地徑增加值

2.2 氮磷供應(yīng)水平對葉片和枝條養(yǎng)分吸收影響

研究表明，氮供應(yīng)水平對薔薇植株養(yǎng)分吸收有顯著影響。隨著施氮水平增加，葉片和枝條氮含量均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。2018年，當?shù)?yīng)量從N0增加到N50時，葉片氮含量增加6.08%；從N50增加到N100，葉片氮含量達到最大值；氮供應(yīng)量增加到N200時，氮含量保持穩(wěn)定；繼續(xù)增加到N300時，葉片氮含量較N200顯著下降。枝條氮含量從N0到N200保持增加的趨勢，N200較N0增加15.83%，當?shù)?yīng)量為N300時，枝條氮含量顯著降低。2019年葉片和枝條氮含量在N0和N300處理間無顯著差異，這2個處理植株氮含量均低于N50、N100和N200處理。表明適宜氮供應(yīng)水平促進植物養(yǎng)分吸收，過低或高氮水平抑制植株養(yǎng)分吸收。表1

表1 不同氮水平下葉片和枝條氮養(yǎng)分含量變化

磷供應(yīng)水平對薔薇植株養(yǎng)分吸收表現(xiàn)出與氮供應(yīng)不同的狀態(tài)。2018年，隨著磷供應(yīng)水平增加，葉片磷含量逐漸增加，當磷供應(yīng)水平為P300時，葉片磷含量達到最大值，P300較P0增加9.89%；與不施磷處理P0相比，其它4個磷處理枝條磷含量顯著增加16.91%～20.59%，這4個磷處理間枝條磷含量無顯著差異。2019年葉片和枝條磷含量在不施磷處理P0時顯著低于其它4個磷處理，4個磷處理間植株磷含量無顯著差異。表2

表2 不同磷水平下葉片和枝條磷養(yǎng)分含量變化

2.3 氮磷供應(yīng)水平對葉片SPAD值的影響

研究表明，不同氮磷供應(yīng)水平下薔薇葉片SPAD值存在顯著差異。隨著氮供應(yīng)水平增加，SPAD值表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢；從N0處理到N100處理，SPAD值明顯增加；氮N200時，SPAD值達到最大值；當?shù)?yīng)量增加到N300時，SPAD值顯著降低。與N0、N50、N100和N300處理相比，N200處理SPAD值分別增加14.06%、9.98%、4.79%和17.12%。N100和N200處理間SPAD值無顯著差異。與P0、P50、P200和P300相比，P100處理SPAD值分別增加17.83%、5.86%、6.49%和12.94%。圖2

圖2 2018年氮磷不同水平下野薔薇葉片葉綠素相對含量變化

2.4 主干地徑與植株養(yǎng)分含量和土壤有效養(yǎng)分之間的相關(guān)性

研究表明，葉片氮含量、枝條氮含量和土壤有效氮與地徑生長量均呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。與枝條氮含量相比，葉片氮含量與主干地徑增長量存在更強的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。圖3

圖3 2018年主干地徑與植株氮含量和土壤Nmin的相關(guān)性

不同磷供應(yīng)水平下，葉片和枝條磷含量與主干地徑增長量不存在正相關(guān)關(guān)系，而土壤有效磷與主干地徑增長量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。圖4

圖4 2018年主干地徑與植株磷含量和土壤有效磷的相關(guān)性

3 討 論

氮和磷供應(yīng)水平對薔薇植株生長具有顯著的調(diào)控作用。隨著供氮強度增加，主干地徑生長量表現(xiàn)出先增加后降低的特征。適宜供氮水平下，砧木株高和地徑均高于其它供氮水平[17-18]。研究中，不同氮供應(yīng)水平下，葉片和枝條氮含量也表現(xiàn)出先增加后降低的特征，并且葉片和枝條氮含量與主干直徑生長表現(xiàn)出強烈的正相關(guān)關(guān)系，表明薔薇主干直徑的快速增粗可能得益于葉片和枝條適宜的氮含量。與枝條氮含量相比，葉片氮含量與主干直徑表現(xiàn)出更強的正相關(guān)關(guān)系，葉片營養(yǎng)診斷法適用于判斷薔薇植株生長狀況[19]。氮不僅是重要的營養(yǎng)元素，而且可以作為系統(tǒng)性信號物質(zhì)調(diào)節(jié)一系列代謝過程，從而影響植株地上部生長發(fā)育[20]。植物模塊化生長和可塑性響應(yīng)允許植物對土壤中這些養(yǎng)分資源的獲取[21]。并且不同供氮水平下，薔薇葉片SPAD值具有顯著差異。已有研究表明，植物葉片SPAD值與全氮含量呈正相關(guān)關(guān)系，SPAD值高，全氮含量也高，可以用SPAD值估算全氮含量進行植物氮素營養(yǎng)狀況診斷[22]。同一品種不同葉位SPAD值與全氮含量可能表現(xiàn)不一致，即與葉片的葉色、形態(tài)和生育時期密切相關(guān)。試驗結(jié)果表明，當?shù)?yīng)水平為N100或N200時，主干地徑、葉片和枝條氮含量以及葉片SPAD均達到最大值，100～200 mg/kg 濃度的營養(yǎng)液是促進薔薇生長的適宜氮供應(yīng)水平。

磷是繼氮之后的第二大營養(yǎng)元素，是核酸、磷脂、植素等有機化合物的重要組成部分，參與植物體內(nèi)許多生理生化反應(yīng)(如能量代謝、光合作用和呼吸作用)過程的調(diào)節(jié)，對植物生長發(fā)育有著至關(guān)重要的作用[23]。通過比較氮磷不同配比對云南松生長的影響，結(jié)果表明，較高的氮肥比例有利于促進根系發(fā)育和葉片生物量的積累，較高的磷肥比例有利于促進樹干的粗生長和高生長[24]。隨著供磷水平提高，砧木的株高、地徑、干物質(zhì)重量及根系長度等指標均先升高后降低，并且磷供應(yīng)水平影響著氮素利用率[25]。研究表明，隨著磷供應(yīng)水平增加，2018年薔薇地徑生長表現(xiàn)先增加后降低的趨勢，而2019年當磷供應(yīng)水平從P50增加到P300時，主干地徑無顯著差異，這種效應(yīng)可能由于土壤中磷素被固定，有效磷含量降低導致的結(jié)果[26]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著磷供應(yīng)水平增加，SPAD值表現(xiàn)出與地徑生長類似的先增加后降低的趨勢，適宜磷供應(yīng)水平影響著葉片葉綠素含量，從而影響光合產(chǎn)物的積累。

4 結(jié) 論

4.1隨著施氮量增加，主干地徑生長呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。施氮量增加到100 mg/kg時，地徑生長量達到最大值，當施氮量增加到300 mg/kg時，地徑生長量顯著降低。主干地徑生長與植株氮含量和土壤有效氮均表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系。

4.2當施磷量為50或100 mg/kg時，薔薇地徑生長達到最大值。主干地徑生長與土壤有效磷表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系。

4.3野薔薇生長對氮和磷供應(yīng)強度表現(xiàn)出高度的可塑性，適宜的氮磷供應(yīng)水平有利于維持土壤較高的養(yǎng)分有效性，促進養(yǎng)分吸收，促進主干地徑增粗生長，有利于降低養(yǎng)分投入成本，減少土壤中養(yǎng)分殘留。