氮磷鉀肥對盆栽繡球葉片性狀的影響

汪雪影，秦俊，張憲權，劉群錄*

(1.上海交通大學 設計學院，上海 200240；2.上海辰山植物園，上海 201602；3.上海城市樹木生態應用工程技術研究中心，上海 200020)

繡球(Hydrangeamacrophylla)為繡球花科繡球屬植物[1]，花大色艷，觀賞期長[2]，是園林綠化中常用植物[3]，花手鞠是繡球中的優良品種，被廣泛栽植運用。葉片作為光合作用的重要器官，為植物生長提供物質與能量基礎[4]，而大小與顏色是葉片的兩大重要性狀指標。植物的生產能力取決于同化面積[5]，而植物的同化面積又以葉面積為主。對于葉色的研究可用于無損估計葉片乃至整個冠層葉綠素的含量[6]，植物葉色在生產上的研究也可用于決定是否需要追加肥料[7]，因此，研究施肥對于葉片性狀的影響具有重要價值。

施肥的劑量直接影響繡球葉片的長勢，氮、磷、鉀的作用又各不相同，故盆栽繡球氮、磷、鉀施肥的定量研究對于精細化的園林生產養護管理具有重要意義。目前施肥對葉片性狀影響的研究多集中在農作物上，且多集中于氮肥對植物的影響研究[8]。Bi等[9]研究了不同施氮量對繡球生長和葉片品質參數的影響，結果表明，適量施氮及落葉前噴施葉面氮肥都會促進繡球生長，提高葉片的觀賞特征。國內有關盆栽繡球氮磷鉀的配比施肥研究較少，多為基于生產實踐經驗提出的栽培養護建議[10-11]。目前有關于速效水溶肥對繡球生長影響的研究[12]，但缺乏氮、磷、鉀單一元素用量對繡球影響的定量研究。“3414”肥效試驗是目前應用較廣泛的一種平衡施肥方案[13]。該方案設計具有專業性強，處理少，效率高的優點，還可以用于建立3大類共7種回歸方程[14]，其中一元肥效模型的擬合成功率高，是對三元二次模型的優化和補充[15]。磷、鉀肥對繡球葉片性狀的影響研究還相對欠缺，氮、磷、鉀單因素如何影響植物葉片性狀的研究尚不充足。

本文將“3414”肥料試驗設計運用于繡球的施肥研究上，旨在探究氮磷鉀施肥量與葉片性狀指標的函數關系，在此基礎上進行一元二次回歸分析[16]，建立肥效模型，找出最有利于增大繡球盆花葉面積、加深葉色等重要葉片性狀指標的處理，以及最大氮磷鉀施肥量。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為花手鞠二年生組培苗，供試基質為體積比為田園土∶草炭∶珍珠巖3∶6∶1的混合基質[17]，栽培于上口直徑26 cm、下口直徑20 cm、高度26 cm的花盆中，基質填充深度為20 cm，每盆栽培基質體積約8 dm3。供試肥料氮肥為尿素(N 46.6%)，磷肥為過磷酸鈣(P2O514.5%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O 54.1%)，均為國藥集團化學分析純。

1.2 處理設計

采用二次回歸“3414”試驗設計[15]。表1所示，N、P、K每個因素有0、1、2、3水平，共計14個處理。其中，2水平是根據上海地區實踐經驗及相關文獻研究結果推算的最佳施肥量，1水平為2水平的一半，3水平為2水平的1.5倍。采用隨機區組設計，每處理重復3次，每重復10株苗，共計420株繡球盆栽苗。根據植物的生長節律和肥料的物理性質，氮、鉀肥分7次采用水溶施入，施肥間隔期約15 d[5]；磷肥分3次固體施入，首次以基肥施入總磷肥量的50%，后2次分別在初花期和盛花期，各施入25%。

表1 “3414”施肥試驗設計與肥料用量

1.3 指標測定及計算方法

1.3.1 株高冠幅及植物生長指數(PGI)

用鋼卷尺(0.1 cm)測量盆栽基質表面至植株最高點的自然高度，每處理測量10株，共計140株[18]；測量繡球分枝間的最大寬度記為冠幅1，再測量垂直于冠幅1的寬度，記為冠幅2，每處理測量10株，共計140株[19]。每盆PGI為株高、冠幅1、冠幅2測量值的平均值。

1.3.2 葉片形態指標

用葉面積儀(Min FOLIA分析系統)掃描葉面積，每處理測6片相同葉位的成熟葉片，獲取葉片各項形態指標的數據。

1.3.3 葉色

采用便攜式分光色差儀(Nippon NF333，日本)測量每處理葉片的L*(亮度值)、a*(紅綠值)、b*(黃藍值)，每處理測6片成熟葉片。

1.3.4 葉綠素含量

葉綠素采用95%乙醇溶液浸提[20]，采用酶標儀(Tecan M200 pro，奧地利)測定665和649 nm處的吸光值。葉綠素a、b和總葉綠素含量的計算公式如下[21]：

chla=13.95D665-6.88D649；

chlb=24.96D649-7.32D665；

chlT=chla+chlb=18.08D649·6.62D663；

葉綠素含量=(C×V×n)/(W×1 000)。

式中，chla、chlb、chlT分別為葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素濃度，C為色素濃度，V為提取液體積，n為稀釋倍數，W為稱量葉片的鮮重。

1.4 數據處理

采用SPSS 24.0對數據進行多重比較，Pearson進行相關性及回歸分析，運用Excel 2019軟件做圖。

2 結果與分析

2.1 氮磷鉀肥處理下的PGI

PGI是評估繡球植物地上部分品質的重要參數。分別在固定另外兩個因素為2水平時，分析不同氮、磷、鉀施肥水平之間是否存在顯著性差異。如圖1所示，繡球PGI在不同氮肥水平下差異顯著。其中，N3處理(T11)的PGI值最大，為66.17，比N0(T2)處理提高69%。PGI在不同梯度磷肥處理間差異不顯著。鉀肥處理中，K3(T10)的PGI值顯著高于K0、K1、K2處理，其他3個鉀素處理間的PGI差異不顯著。

同因素無相同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)。

2.2 氮磷鉀肥對葉片形態特征的影響

由表2可知，將葉片的形態指標測量值與氮、磷、鉀肥用量進行相關性分析表明，葉長、葉寬、葉面積和周長與施氮量呈極顯著正相關，而與施磷量之間均無顯著相關性；鉀肥施用量除與葉長無顯著相關性外，與其他4個形態指標都呈極顯著相關。

表2 不同因素與葉片形態特征指標的相關性

根據表2中的相關性分析結果，進一步分析氮、鉀肥兩個單因素產生的葉片形態效應，結果如表3所示。

由表3可知，與不施氮肥的T2處理相比，除長寬比外，其他施氮處理的各葉片形態指標顯著增大。葉長、葉寬指標隨著氮素水平的升高而增加，其中T6處理葉寬與T2、T3存在顯著差異，而與T11處理均無顯著性差異。葉周長和葉面積隨著氮素水平的升高均呈先升高后降低的趨勢，最大值均出現在氮素為2水平時的T6處理，周長和面積值分別是0水平T2處理的1.56和2.58倍；3水平T11處理的葉周長和葉面積平均值有所下降，但較T6處理無顯著性差異。

表3 不同因素對葉片五大形態指標的影響

葉片長寬與葉周長、葉面積的鉀肥效應的最大值均出現在鉀素為2水平的T6處理，顯著高于0水平T8，其葉長、寬、周長及面積值相較于T8分別增加11.9%、70.7%、19.2%和42.1%。當鉀素升至3水平時，上述4個指標值較鉀素為2水平時數值均降低，其中葉長顯著低于T6，其他3個指標較之2水平數值有所降低，但無顯著性差異。

2.3 氮磷鉀肥對葉片色度值及葉綠素含量的影響

2.3.1 對葉片色度值的影響

色度值表示葉片的色彩。L*值表征葉色的亮度，a*值代表紅與綠之間的變化，正值偏紅，負值偏綠；b*代表色彩在黃色與藍色之間的變化，正值偏黃，負值偏藍。

由表4可知，從氮素效應看，3個色度值均在N2水平即T6處理處取得最小值，與N0(T2)處理的色度值間的差異均達到顯著水平，但與N1和N3處理間差異不顯著。從磷肥效應來看，L*在P2(T6)水平時最低，且與P1水平(T5)、P3水平(T7)處理差異顯著；a*和b*均在P2水平(T6)取得極值，但各磷肥處理間無顯著差異。鉀肥不同處理間色度值均無顯著差異，3個色度指標在T6處理取得極值，即K2水平處理的葉片亮度最暗、葉色最綠。綜合分析可知，T6處理，即氮、磷肥施用量為0.38 kg·m-3、K2O施用量為1.0 kg·m-3時葉色最綠。

表4 不同因素對葉片色度值的影響

2.3.2 對葉綠素含量的影響

由表5可知，N1(T3)、N2(T6)、N3(T11)處理間的葉綠素含量無顯著性差異，均顯著高于N0(T2)處理。P0(T4)、P1(T5)、P2(T6)處理間葉綠素含量無顯著差異，均顯著高于P3(T7)處理。從鉀肥效應來看，其對于葉綠素b的含量影響較顯著，K3(T10)處理的葉綠素b含量顯著低于K0。

表5 不同因素對葉片葉綠素含量的影響

2.3.3 氮磷鉀施肥處理與葉片色度值及葉綠素含量的相關性

表6顯示，氮肥與葉片色度值呈極顯著負相關，與葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量呈極顯著正相關。磷肥與色度值無顯著相關性，但與葉綠素含量呈極顯著負相關。鉀肥與色度值及葉綠素a含量無顯著性關系，與葉綠素b及總葉綠素含量呈顯著負相關。

表6 不同因素與葉片色度值和葉綠素含量的相關性

2.4 氮磷鉀肥與葉片性狀指標間的模型構建

分別將植株葉片葉面積及總葉綠素含量設為因變量Y，每盆的肥料施用設為自變量X，基于顯著性及相關性分析結果，對與氮磷鉀施肥有顯著相關性的指標進行一元二次肥料效應模型的擬合。首先采用離差標準化法，將施肥數據變量進行標準化，每盆的肥料施用量都將在[0，1]之間，標準化方法是用該變量的觀察值減去該變量的最小值除以該變量的極差[22]。標準化后的數據都是純數量，沒有單位，標準化后的結果在表1中的編碼值列出。建立編碼值與3個指標值之間的方程(表7)，擬合成功的一元二次方程中的二次項系數都為負數，說明函數具有最大值。分別求解表7中4個方程的最大值，以及方程取得最大值時所對應的編碼值，并轉換為對應的氮磷鉀施用量。在施肥與葉面積的一元二次模型擬合中，氮肥與鉀肥擬合成功。根據擬合方程，當氮肥施用量為1.15 kg·m-3(即9.2 g·盆-1)時，或鉀肥的施用量為1.04 kg·m-3(即8.3 g·盆-1)時，葉面積取得最大值，分別為55.65 cm2和57.26 cm2。從氮肥和磷肥與總葉綠素含量的模型擬合結果可得，氮肥施用量為1.04 kg·m-3(即8.32 g·盆-1)時總葉綠素含量最高，為0.83 mg·g-1；磷肥施用量為0.01 kg·m-3(即0.083 g·盆-1)時，總葉綠素含量最高，為0.94 mg·g-1。

表7 因素施肥模型的擬合結果

3 討論

3.1 配方施肥對花手鞠葉片形態特性的影響

施肥可以促進葉片的生長，增大葉面積。Li等[19]在研究氮肥對繡球生長的影響中也有相似的發現。在0～20 mmol·L-1施氮量的范圍內，隨著氮肥水平的增加繡球葉面積逐漸增加，在20 mmol·L-1處理時葉面積和葉綠素含量均達到最大值。尤偉忠等[23]也發現，在補光條件下，東方百合瑪麗的植株葉面積隨著施肥水平的提高而增加。施氮處理的夏玉米相較于不施氮肥處理葉長和葉寬均增加[24]。油楠葉子形態在氮磷鉀配施時的葉片大、葉色更濃[25]。本研究表明，氮肥對葉形態指標均有促進作用，以N2水平作用最明顯，當施氮量超過N2水平時，葉面積不再有顯著增加。此研究結果與丁雪梅[26]對大麗花葉面積的研究結果相似，又存在不同。本研究中N超出2水平后平均葉面積不增反減，說明3水平已經超出了植物生長的需求。而在丁雪梅[26]的研究中，N3處理促進作用最為明顯，并未出現氮肥到達一定水平后葉面積下降的現象。

在本研究中，鉀肥水平與繡球平均葉面積呈極顯著正相關，施鉀肥處理的平均葉面積顯著高于不施鉀肥的處理，這與丁雪梅[26]的研究結果相同。K2水平升至K3水平時，繡球的葉面積雖與K2水平無顯著差異，但略有下降，說明從平均葉面積這一指標來看，本研究中設置的K2水平，即K2O 1 kg·m-3的T6組合較為合理。

本研究結果顯示，磷肥與葉片主要形態指標無顯著相關性。目前還缺乏磷肥用量與繡球葉面積和周長相關性的研究，但農業生產中磷肥是造成地表水富營養化的主要污染源[27]，所以在不影響盆栽植物生長的情況下，應減少磷肥施用量[28]。

3.2 配方施肥對花手鞠葉片色度值及葉綠素含量的影響

葉片色度值與葉片葉綠素含量顯著相關，葉綠素含量的變化在視覺效應上即反應在色度值上。本研究中氮磷鉀與葉片的亮度(L*值)均有極顯著相關性。單因素效應分析結果顯示，氮和磷不同水平處理間差異顯著，鉀肥各水平之間無顯著差異。不施氮肥的兩個處理葉片明度最大，顯著高于其他處理，說明施氮肥可以降低葉片明度，加深葉色。劉岳路等[29]發現，金旗玉簪葉片黃色部位的明度隨著氮肥水平的升高而降低。本試驗中N2水平的亮度最低，顏色最暗，綠色程度顯著加深；當氮肥達到N3水平時，葉色明度不再隨著施肥水平的升高而降低，說明N3水平已超過最大施肥量。Li等[19]的繡球施肥試驗也表明，所有施氮肥處理的葉綠素相對含量顯著高于不施氮肥的對照處理，印證了本研究的試驗結果。綜合葉面積和色度值及葉綠素含量2個指標可以發現，本試驗處理中N2P2K2施肥處理效果最優，進一步說明本試驗設計的2水平相對合理。

4 小結

葉片是繡球的主要營養器官，葉片性狀一定程度上表征了植株生長狀態，影響著植株觀賞性。本文將“3414”試驗方案的單因素分析法運用于盆栽繡球中，以植株葉片的主要形態指標建立了施肥模型，是該方案在木本花卉上的一次成功運用。氮、鉀肥是影響繡球葉片大小的主要元素，氮肥與葉片顏色相關性顯著。N 1.0 kg·m-3、P2O50.38 kg·m-3、K2O 1.0 kg·m-3是本試驗中適合盆栽繡球花手鞠生長、最能提升營養生長期葉片品質的肥料配方用量。