氮磷供應水平對野薔薇生長和養分吸收的影響

馬慶華，王興紅，蔡京艷，湯志敏，楊德付，鄭廣順

(中國林業科學研究院華北林業實驗中心/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大礦質營養元素[1-2]。化肥不合理施用、養分利用效率低是農業生產面臨的主要問題[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，越來越關注養分資源綜合管理技術及面源污染[5]。目前，針對主要農作物(小麥、玉米和水稻等)開展了大量養分精準化管理方法和技術研究，形成了一系列精準施肥管理技術體系[6]。大多數研究集中在農作物種類，關于多年生非禾本科植物如林木和灌木的研究鮮有報道[7]。研究不同氮磷供應水平下野薔薇生長和養分吸收特色變化，對優化施肥有實際意義。【前人研究進展】全世界薔薇屬植物約有200多種，中國原產約有82種，占世界總數的41%[8]。薔薇屬植物與月季親緣關系較近，具有抗旱、抗寒、抗病等優良特性。野薔薇(Rosamultiflora)是中國月季產業主要砧木類型，原產于中國華北、西南及新疆等地，在國外一些國家也廣泛應用[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積累、產量和氮素吸收利用[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水平的響應程度存在顯著差異[14]。【本研究切入點】薔薇是園林生產上常用的砧木資源，針對該植物的養分吸收和利用的研究鮮見報道。需要研究不同養分梯度下野薔薇生長、養分吸收特征及根土互作效應。【擬解決的關鍵問題】以親和性好、根系發達、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，依據根—土互作機理，設計不同養分供應水平，定量化描述薔薇生長和養分吸收特征。采用2年田間試驗，定量評價氮磷不同供應水平對薔薇生長的影響，分析植物生長與土壤養分有效性之間的相關性，為高效養分管理提供科學依據。

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.)由中國農業大學園藝學院提供。選取當年生、發育充實的半木質化枝條作插條，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基中，放置在溫室中培養，待不定根大量萌發且長度為2～3 cm時移栽到大田。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

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，連續澆灌4次。每個處理均設置3個重復，小區面積為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，獲得地徑基礎數據。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 數據處理

采用SAS統計軟件(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驗二次方程式來分析地徑與植株養分含量、土壤Olsen-P和 Nmin之間的關系。

2 結果與分析

2.1 氮磷供應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，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。

不同磷供應條件下，2018年和2019年薔薇主干地徑生長表現不一樣的特征。2018年，隨著磷供應強度增加，地徑生長也表現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 氮磷供應水平對葉片和枝條養分吸收影響

研究表明，氮供應水平對薔薇植株養分吸收有顯著影響。隨著施氮水平增加，葉片和枝條氮含量均表現出先增加后降低的趨勢。2018年，當氮供應量從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；氮供應量增加到N200時，氮含量保持穩定；繼續增加到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%，當氮供應量為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。表明適宜氮供應水平促進植物養分吸收，過低或高氮水平抑制植株養分吸收。表1

表1 不同氮水平下葉片和枝條氮養分含量變化

磷供應水平對薔薇植株養分吸收表現出與氮供應不同的狀態。2018年，隨著磷供應水平增加，葉片磷含量逐漸增加，當磷供應水平為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分含量變化

2.3 氮磷供應水平對葉片SPAD值的影響

研究表明，不同氮磷供應水平下薔薇葉片SPAD值存在顯著差異。隨著氮供應水平增加，SPAD值表現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；當氮供應量增加到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 主干地徑與植株養分含量和土壤有效養分之間的相關性

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明顯的正相關關系(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關系(P<0.01)。圖3

圖3 2018年主干地徑與植株氮含量和土壤Nmin的相關性

不同磷供應水平下，葉片和枝條磷含量與主干地徑增長量不存在正相關關系，而土壤有效磷與主干地徑增長量存在顯著的正相關關系(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性

3 討 論

氮和磷供應水平對薔薇植株生長具有顯著的調控作用。隨著供氮強度增加，主干地徑生長量表現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，不同氮供應水平下，葉片和枝條氮含量也表現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出強烈的正相關關系，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出更強的正相關關系，葉片營養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元素，而且可以作為系統性信號物質調節一系列代謝過程，從而影響植株地上部生長發育[20]。植物模塊化生長和可塑性響應允許植物對土壤中這些養分資源的獲取[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關系，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狀況診斷[22]。同一品種不同葉位SPAD值與全氮含量可能表現不一致，即與葉片的葉色、形態和生育時期密切相關。試驗結果表明，當氮供應水平為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 濃度的營養液是促進薔薇生長的適宜氮供應水平。

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

4 結 論

4.1隨著施氮量增加，主干地徑生長呈現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出顯著的正相關關系。

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出顯著的正相關關系。

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