不同銨硝比對高山杜鵑側枝生長和生理特性影響

高 研 彭綠春 李世峰 解瑋佳 宋 杰 張 露熊俊芬 趙正雄，

（1云南農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，云南 昆明 650201；2云南省農業(yè)科學院花卉研究所/國家觀賞園藝工程技術研究中心/云南省花卉育種重點實驗室/云南花卉技術工程研究中心，云南 昆明 650205）

高山杜鵑（Rhododendronhybrids）是杜鵑花科杜鵑花屬中常綠闊葉種類及其雜交后代的總稱［1］。因其株型緊湊、花苞呈球形開放、顏色豐富艷麗，在城市園林綠化及盆花栽培中具有較高的觀賞價值和經濟價值，已成為世界公認的高檔盆花［2］。目前云南地區(qū)高山杜鵑數量占全國總量的80%以上［3］。粉精靈是云南省農科院選育出的高山杜鵑新品種，具香味且易形成花芽，在花卉市場中具有巨大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

施肥是花卉栽培管理重要過程之一，合理施肥不僅促進植株增產，提高植株品質，還能提高肥料利用率，減少環(huán)境污染［4］。氮素是植物體內重要的營養(yǎng)物質和信號物質，且植物對氮素需求量高于其他元素［5-6］。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是植物吸收無機態(tài)氮的主要形式［7］，具有促進植物營養(yǎng)生長，提高光合能力，從而保證其正常生長發(fā)育的功能［8］。氮素形態(tài)不同，對植物生長及生理調節(jié)過程也存在差異。研究表明，植物對氮素吸收、運輸和同化取決于硝銨比例。相比單一氮源，適當比例的硝銨更有利于植物生長發(fā)育［9］。硝銨比在3∶1 時會促進辣椒根系發(fā)育，提高谷氨酰胺合成酶與谷氨酸合成酶活性，使編碼酶的基因上調，提高果實產量和品質［10］。硝銨比例為1∶5 時，藍莓根系和地上部分長勢最好，光合能力較強［11］。百香果屬于耐銨植物，而銨態(tài)氮濃度超過臨界值時會抑制氮素利用率［12］。非洲菊切花生產中，硝銨比為4∶1 時的生長和品質最佳［13］。

近年來，云南高山杜鵑盆栽產業(yè)處于快速發(fā)展階段［14］，株型是否飽滿是衡量其品相好壞的重要標準之一，而側枝質量是影響株型結構的重要因素，也是生殖階段花芽形成的重要基礎。由于缺乏相配套的科學、系統(tǒng)的施肥體系，使苗木和盆花的產品質量存在很大的不穩(wěn)定性。目前，生產實踐中，高山杜鵑施肥配比及施肥量多憑借經驗和施肥習慣，造成資源浪費和生長緩慢現(xiàn)象；而前人研究仍主要圍繞施肥方式［15-17］、施用量展開［18］，關于營養(yǎng)生長期氮素形態(tài)對側枝生長及生理特性影響的研究鮮有報道。因此，在施肥前明確高山杜鵑營養(yǎng)生長期對不同氮素偏好程度十分必要。鑒于此，本試驗通過探究不同氮素形態(tài)比例對粉精靈高山杜鵑側枝生長、光合參數、酶活性及營養(yǎng)元素積累的影響，旨在為生產栽培中合理有效選擇及施用氮肥、培育優(yōu)質苗木提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗于2022 年6 月14 日—8 月12 日在云南省昆明市云南省農業(yè)科學院花卉研究所大春河基地進行。供試材料為三年生粉精靈（Rhododendron，F(xiàn)en Jingling）盆栽苗。栽培基質為直徑0～30 mm 的草炭，理化性質如下：pH值6.12，電導率（electrical conductivity，EC）0.84 ms·cm-1，銨態(tài)氮24.99 mg·kg-1，硝態(tài)氮16.07 mg·kg-1，有效磷31.83 mg·kg-1，速效鉀65.75 mg·kg-1。本試驗所用分析純試劑均購自四川西隆科學有限公司（成都），EDTA-MIX 螯合全元素購自歐貝斯農業(yè)科技技術發(fā)展有限公司（連云港）。螯合全元素中養(yǎng)分含量如下：含鐵≥5.6%，含鋅≥4.7%，含錳≥4.7%，含硼≥1.8%，含銅≥1.7%，含鉬≥0.4%。

1.2 試驗設計

試驗采用營養(yǎng)液-基質栽培法，栽培過程中每盆每次根灌營養(yǎng)液500 mL，其總N 含量為66 mg，設置NH4+-N∶NO3--N不同比例共5個處理，分別為：T1：100∶0；T2：75∶25；T3：50∶50；T4：25∶75；T5：0∶100。每處理11 盆，每盆視為1 次重復，共55 盆，以單一銨態(tài)氮（NH4+-N）和單一硝態(tài)氮（NO3--N）處理為對照。其中（NH4）2SO4提供NH4+-N，Ca（NO3）2、KNO3提供NO3--N，具體每次單株實際施用量見表1。其余微量元素由EDTA-MIX螯合全元素提供，Ca2+用氯化鈣進行平衡。

表1 營養(yǎng)液中不同形態(tài)氮素比例處理下各營養(yǎng)元素實際用量Table 1 Actual amount of each nutrient element under the treatment of different forms of nitrogen ratio in nutrient solution/（mg/株）

2022年6月初選擇打頂后生長狀況基本一致的健壯苗木，將其定植于裝有2 L 基質的上直徑22 cm、下直徑17 cm、高15 cm 容器中，每盆1 株。緩苗7 d 后按表1對粉精靈進行施肥。每隔15 d澆1次處理液，共施3 次，間隔期進行正常澆水管理，每次處理液配好后，利用濃鹽酸調節(jié)pH 值至6.0±0.5 后再澆灌，除試驗因素外，其他管理均保持一致。根據表2 中植株相關生長信息進行取樣。

表2 植株取樣時間Table 2 Plant sampling times

1.3 測定指標與方法

1.3.1 植物生長指標的測定 分別對3 個時期苗高增量、側枝干物質積累量、側枝長度、根冠比進行統(tǒng)計，并采集相應樣品。用卷尺測量基質表面至植株最高點的距離作為株高，每處理固定3個植株進行株高測量。施肥處理前的株高為初始值，每次取樣時測量固定植株株高，測量值與初始值差值為苗高增長量。選取每處理中長勢一致3 株，采集每盆中所有新發(fā)側枝，放入保鮮盒中迅速帶回實驗室，用去離子水洗凈并擦干，稱量側枝的鮮質量，然后用游標卡尺測量側枝長度，最后將樣品置于恒溫干燥鼓風箱中105 ℃殺青30 min，之后80 ℃烘干至恒重，稱重后用于養(yǎng)分含量測定。各處理中選取1 株，將其根、莖和葉片分開洗凈后，吸干水分，稱取地上部分和地下部分鮮質量，根冠比＝地下部分鮮質量／地上部分鮮質量。在側枝半木質化期時，每處理選取長勢一致3 株，統(tǒng)計葉面積、側枝數、側枝著生葉片數。選取成熟側枝中部的第3 片葉，使用游標卡尺測量其葉長和葉寬，葉面積=葉長×葉寬×0.75。

1.3.2 光合特性與SPAD 值的測定 光合特性：在2022 年7 月19 日進行最后一次施肥，待植株充分吸收肥料后，于2022 年8 月12 日上午9：00—11：00 對側枝半木質化期光合指標進行測定，每處理隨機選取3盆，測定部位為側枝中部第3 片成熟葉，用LI-6400 XT 光合測定儀（LI-COR 公司，美國）測定凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）、氣孔導度（stomatal conductance，Gs）、胞間CO2濃度（intercellular CO2concentration，Ci）、蒸騰速率（transpiration rate，Tr），并計算水分利用效率（water use efficiency，WUE），其中WUE=Pn/Tr。測定時使用紅藍光源葉室，設定人工光照強度為1 200 μmol·m-2·s-1，CO2濃度為400 μmol·mol-1［1］。葉綠素相對含量值（soil and plant analysis development，SPAD）：選取測定光合參數后的葉片，使用SPAD-502 葉綠素儀（美能達有限公司，日本）在葉片上、中、下不同位置測量3次取平均值。

1.3.3 硝酸還原酶活性的測定 分別于側芽萌發(fā)期、嫩側枝期、側枝半木質化期在每處理隨機選擇3 株植株，取側枝頂芽從上往下第1～第2 片葉，保存于液氮，待取樣結束，采用試劑盒法測定硝酸還原酶活性，硝酸還原酶（nitrate reductase，NR）試劑盒購于蘇州格銳思生物科技有限公司。

1.3.4 植物養(yǎng)分含量的測定 將測定側枝半木質化期干物質積累量的樣品粉碎后過60 目篩，用于葉片中營養(yǎng)元素含量測定。稱取0.2 g樣品，經濃硫酸—雙氧水聯(lián)合消煮后，參考《土壤農業(yè)化學分析方法》［19］采用凱氏定氮法測定葉片全氮含量，鉬銻抗比色法測定葉片全磷含量，火焰光度計法測定葉片全鉀含量，原子吸收法測定葉片鐵、鎂含量。每個指標重復測定3次。

1.4 數據處理和統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2021 軟件進行數據處理，SPSS 25.0 軟件對數據進行單因素方差分析（one way ANOVA），Duncan 法進行多重比較。Origin 2020 軟件進行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

公式參考文獻［20］，利用Microsoft Excel 2021 軟件計算各綜合指標隸屬函數值及綜合評價值：

式（1）～（3）中，μ（Xi）代表第i個綜合指標的隸屬函數值；Xi為第i個綜合指標值；Xmax為第i個綜合指標最大值；Xmin為第i個綜合指標最小值；Wi代表第i個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度及權重；Pi為各處理第i個綜合指標的貢獻率；D 代表在各處理由綜合指標計算所得綜合評價值。

2 結果與分析

2.1 不同處理對營養(yǎng)生長期粉精靈側枝生長的影響

不同氮素形態(tài)對營養(yǎng)生長期（側芽萌發(fā)期、嫩側枝期、側枝半木質化期）粉精靈側枝生長均產生影響（圖1）。在側芽萌發(fā)期時，側枝干物質積累量（圖1-A）、苗高增量（圖1-B）和側枝長度（圖1-D）整體隨氮肥中硝態(tài)氮比例增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，側枝干物質積累量在T3 處理時達到峰值，苗高增量和側枝長度在T4 處理時最高。在嫩側枝期和半木質化期時，苗高增量隨著氮肥中硝態(tài)氮比例增加呈波浪形趨勢，即先增高后降低再增高再下降，以T2 處理最高，側枝長度呈現(xiàn)相同規(guī)律。與單一氮源相比，混合氮源均有利于提高各生長期中側枝干物質積累量、苗高增量和側枝長度。綜上，側芽萌發(fā)期時，T3 處理更有利于側枝干物質積累。嫩側枝期和側枝半木質化期時，T2 和T4 處理更有利于促進苗高增量和側枝長度的提高，以T2 處理促進效果最顯著。在不同生長期時，不同處理對根冠比（圖1-B）有不同影響，在半木質化期時，以T1 處理最低，表明過量的銨態(tài)氮會導致地上與地下部分生物量分配不平衡，從而不利于植物生長。

圖1 不同處理對營養(yǎng)生長期粉精靈側枝生長的影響Fig.1 Effect of different treatments on the growth of new shoots of Fen Jing-ling

由表3 可知，在側枝半木質化期時，不同處理葉長、側枝數和著生葉片數均無顯著差異，而葉寬和葉面積在部分處理間差異顯著。表明不同氮素形態(tài)并不會對葉長、側枝數和著生葉片數產生明顯影響。

表3 不同處理對半木質化期粉精靈側枝生長的影響Table 3 Effect of different treatments on the growth of new shoots of Fen Jing-ling in semi-lignification stage

2.2 不同處理對粉精靈側枝生理生化的影響

2.2.1 不同處理對粉精靈側枝葉片光合特性的影響 由圖2 可知，不同氮素形態(tài)對粉精靈凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）及水分利用效率（WUE）有明顯影響。與單一氮源處理相比，除T3 處理外，混合氮源處理中的Pn、Gs顯著增加；與之相反，與單一氮源處理相比，T4 處理胞間CO2濃度（Ci）顯著降低。水分利用效率在不同處理間呈U 型變化趨勢，且不同處理間整體差異顯著，以T3 處理水分利用效率最低。T3 處理葉綠素相對含量最低，且與T2 和T4 處理間差異顯著。由此可見，在側枝半木質化期以T2 和T4 處理光合特性較強，更有利于葉片生長和有機物質積累。

圖2 不同處理對粉精靈半木質化期葉片光合特性的影響Fig.2 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of leaves of Fen Jing-ling at semi-lignification stage

2.2.2 不同處理對粉精靈側枝葉片酶活性的影響硝酸還原酶是影響氮代謝重要的關鍵酶和限速酶。由圖3 可知，在不同處理下，NR 活性隨生育期的推進呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，以嫩側枝期的NR 活性最高，且不同處理之間在同一生長期存在差異。3 個生長時期的NR 活性均以T5 處理最高，T1 處理最低，而T2～T4處理在不同生長期呈不同變化趨勢。表明硝態(tài)氮含量會影響NR 活性，且以粉精靈嫩側枝期時的酶活性最強。

圖3 不同處理對粉精靈側枝葉片硝酸還原酶活性的影響Fig.3 Effect of different treatments on nitrate reductase activity in lateral branch leaves of Fen Jing-ling

2.3 不同處理對半木質化期粉精靈側枝營養(yǎng)元素含量的影響

由表4 可知，進入側枝半木質化期后，側枝葉片氮含量隨硝態(tài)氮比例增加呈先增加后減小趨勢，以T3處理葉片氮含量最高，T5 處理最低，T1 與T2 處理間無顯著差異。葉片中磷含量隨硝態(tài)氮比例增加呈先增后減再增的趨勢，以T2 處理最高，T4 處理最低。T1～T4 處理側枝葉片鉀含量均高于T5 處理，以T4 處理葉片含鉀量最高，表明含銨態(tài)氮處理中側枝葉片鉀含量均高于不含銨態(tài)氮處理，銨態(tài)氮含量越低鉀含量反而越高。T1處理葉片含氮磷鉀量均高于T5處理，但單一氮源處理（T1 和T5）葉片氮磷鉀含量整體低于混合氮源處理（T2～T4），且不同處理之間存在差異，表明混合氮源處理對側枝葉片大量營養(yǎng)元素積累促進作用較強，全銨態(tài)氮處理次之，全硝態(tài)氮處理最低。

表4 不同處理對半木質化期粉精靈側枝營養(yǎng)元素含量的影響Table 4 Effect of different treatments on the nutrient element content of the side branches of Fen Jing-ling during the half lignification stage/（mg·g-1）

在不同氮素處理中，側枝葉片中、微量元素與大量元素含量隨硝態(tài)氮比例增加呈現(xiàn)相反的變化趨勢，即葉片中鐵、鎂含量隨硝態(tài)氮比例增加整體呈先降低后升高趨勢。葉片鐵和鎂含量最高值均出現(xiàn)在單一氮源處理中，以T1 處理鐵含量最高，T5 處理鎂含量最高。最低值均為混合氮源T3 處理，T2 與T4 處理間無顯著差異。

2.4 主成分分析結果

對不同氮素形態(tài)粉精靈生長、生理生化、營養(yǎng)元素指標進行主成分分析，結果表明（圖4），第1 主成分和第2 主成分累計方差貢獻率為61.0%，可反映變量初始信息。根據樣本點之間的距離可以看出，T2和T4處理樣本距離較集中，有95%置信區(qū)間部分重疊，表明這兩種處理之間差異不顯著。T2 和T4 處理的樣本點與T1 和T3 樣本點距離較遠，且有95%置信區(qū)間不重疊，表明T2和T4處理與T1、T3處理均有顯著差異。第1主成分分析方差貢獻率為37.3%，其中NR、LS、HG、Tr、Gs對PC1有較大貢獻，反映不同處理下生長及生理生化指標的變化情況。綜合分析發(fā)現(xiàn)，T5 處理與原點距離較近，表明T5 處理各指標表現(xiàn)較差；T1 處理PCA點位于圖中第三象限，表明該處理對指標有抑制作用；T2和T4處理對生長及生理生化指標的促進效果較好，T4 處理次于T2 處理；T3 處理對營養(yǎng)元素積累促進效果較好。

圖4 主成分分析Fig.4 Principal component analysis

2.5 半木質化期隸屬函數綜合分析結果

隸屬函數分析是常用的一種綜合分析方法，隸屬函數值能夠綜合分析不同氮素處理對粉精靈生長的影響。由表5 可知，在半木質化期，不同氮素形態(tài)處理隸屬函數綜合排名為T2＞T3＞T4＞T5＞T1，其中混合氮源處理對粉精靈營養(yǎng)生長促進作用較強，全硝態(tài)氮處理次之，全銨態(tài)氮處理最低。表明施加不同氮素形態(tài)對高山杜鵑營養(yǎng)生長至關重要，在一定程度上混合態(tài)中銨態(tài)氮比重越高，越有利于粉精靈生長。

表5 半木質化期隸屬函數綜合分析Table 5 Comprehensive analysis of membership function

3 討論

生物量積累與植株形態(tài)指標的變化是響應植物生長好壞最直接的體現(xiàn)，本研究發(fā)現(xiàn)，在營養(yǎng)生長三個時期中，與單一氮源相比，混合氮源均能促進粉精靈側枝長度、苗高增量和側枝干物質積累量的提高。其中T3處理對粉精靈側芽萌發(fā)有促進作用，而T2處理均促進植株在嫩側枝期和側枝半木質化期時的生長。已有研究表明，杜鵑科為喜銨植物，但銨在植物體內不能直接被利用，需要與有機酸結合形成酰胺或氨基酸后才能被植物所吸收［21］。本試驗結果表明，與單一全銨態(tài)氮相比，加入適量硝態(tài)氮可促進植株生長，這可能是由于轉化過程會造成細胞內酸化，從而導致過高濃度的銨態(tài)氮易對植株產生銨毒作用［7］。而過多硝態(tài)氮能大量積累在液泡中，對植物無傷害作用，加入適量的硝態(tài)氮可以緩解銨態(tài)氮的毒害作用。植物對銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的吸收還受生長期、土壤類型、土壤酸堿性等影響［22］。本研究發(fā)現(xiàn)，粉精靈生長期不同，對銨態(tài)氮和硝態(tài)氮吸收偏好程度也不盡相同；在基質栽培條件下，在微生物的作用下通過硝酸反應將銨態(tài)氮轉化為硝態(tài)氮，產生H+，而酸性環(huán)境并不適宜硝化細菌生存，導致硝化過程中產生的硝態(tài)氮會通過淋溶或反硝化流失，為保持植物體內化學平衡，硝態(tài)氮與銨態(tài)氮兩者之間轉換處于動態(tài)變化狀態(tài)。因此，在前期栽培條件一致前提下，不同處理導致基質中酸堿度不同，從而對銨態(tài)氮與硝態(tài)氮吸收產生不同影響。

氮素形態(tài)可影響葉綠體構建、光合反應過程以及光合速率相關變量，從而影響植物總體生物量變化［23］。光合速率有關氣體交換參數反映植物光合能力，其中氣孔導度主要反映氣孔開放程度；葉肉細胞中CO2濃度越高，胞間CO2濃度越低，光合速率越大；水分利用效率是植物凈光合和蒸騰特征的綜合反映［24］。本研究結果表明，光合特性值與生物量之間存在正相關關系，可能是由于光合作用決定植物生長狀態(tài)，進而決定生物量積累。與單一氮源相比，混合氮源能夠促進植物光合作用，在西瓜研究中也得到類似的結果［25］。其原因為單一氮源可能會破環(huán)植物生物膜，減少氧化磷酸化反應，減少光合磷酸化和非光合磷酸的偶聯(lián)，導致ATP 生成減少，從而抑制CO2固碳作用，降低氣孔導度和蒸騰速率［26］。混合氮源處理中，T2處理對植物光合作用的促進效果最明顯，這與前人在雷竹林中的研究結果一致［27］。而T3 處理對植物光合作用的促進作用不顯著，與前人對油茶［28］、番茄［29］、藍莓［11］的研究結果相反，這可能與植物種類、生育期和對氮素偏好程度不同有關。

不同氮素形態(tài)是影響硝酸還原酶活性的因素之一。前人研究發(fā)現(xiàn)，NR 活性與硝態(tài)氮含量呈正比［30］，且在野牛草［31］、雷竹林［27］中研究發(fā)現(xiàn)，相比單一氮源，兩種氮共存時的氮素代謝能力較強，酶活性也隨之加強。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著生育期的推進，NR 活性呈先增加后減小趨勢，以嫩側枝期活性最高，可能是由于該時期植株側枝正處于快速生長階段，氮代謝和細胞活性較強。而在同一生長期不同處理下，NR活性隨硝態(tài)氮含量增加而增加，且在一定比例銨態(tài)氮處理下對硝酸還原酶活性的促進效果優(yōu)于全銨態(tài)氮處理。表明全銨態(tài)氮處理抑制了NR 活性，減弱植物體內硝態(tài)氮的同化作用，適宜銨態(tài)氮比例能促進NR 活性，但全硝態(tài)氮處理對提高酶活性作用更顯著。在全硝態(tài)氮處理中，各生長期NR 活性均較高，可能是由于大部分植株從根系吸收硝態(tài)氮，并通過木質部運輸到葉片進行同化，隨著硝態(tài)氮含量的增加，葉片中的硝酸還原酶活性也增加。

植物中營養(yǎng)元素含量與土壤養(yǎng)分具有直接關系，其營養(yǎng)元素含量受植物自身轉運和分配影響。本研究發(fā)現(xiàn)，植物葉片營養(yǎng)元素含量在不同氮素形態(tài)處理下存在差異。混合氮源處理下側枝葉片中氮磷鉀含量較高；全硝態(tài)氮處理下氮磷鉀含量較低，但鎂含量最高，鐵含量較低，與前人在西瓜中的研究結果一致［25］。其原因為不同氮素形態(tài)比例會影響栽培基質中的礦化和硝化作用，導致植物自身與微生物之間存在對氮元素的競爭關系，從而影響對養(yǎng)分的吸收和利用，混合氮源處理會促進植物對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收，全硝態(tài)氮處理會提高植物質外體pH 值，阻止Fe（Ⅲ）還原，抑制鐵鹽進入共質體，造成植物鐵含量短缺，而加入一定的銨態(tài)氮能降低植物根際和質外體pH值，根際酸化增加了鐵的有效性，使植物體中鐵含量增加。因此混合氮源能夠相互彌補其對植物造成的傷害，保證其正常生長。由于離子間存在拮抗作用，為維護植物體內電荷平衡，銨態(tài)氮含量增加會抑制植物對其他陽離子如K+、Ca2+和Mg2+的吸收，從而導致植物體內鎂離子含量降低。

4 結論

高山杜鵑盆花生產中不僅要考慮側枝株型結構，還要考慮側枝光合和養(yǎng)分積累能力，為后續(xù)花芽生理分化奠定營養(yǎng)基礎。在相同氮素施加量下，不同氮素形態(tài)比例對植株生長狀況、養(yǎng)分吸收、光合作用以及代謝酶活性影響也存在差異。以半木質化時期各指標進行綜合分析發(fā)現(xiàn)，在營養(yǎng)生長期施用銨硝比為75∶25更有利于側枝生長。