修剪与施氮对板栗叶片N、P营养及产量的影响

孙慧娟 郭素娟 张 丽 谢明明 宋 影

(北京林业大学林学院，省部共建森林培育保护与利用教育部重点实验室，北京 100083)

修剪和施氮量在果树生长发育过程中起着关键性的作用[1]。修剪是通过调控果树地上部分，特别是协调树体与环境、生长与结果的关系[2]，将各器官营养合理分配和利用，调节营养生长与生殖生长的平衡，确保果树高产、稳产、优产[3]。不同修剪强度下，树冠内通风透光条件[4]、温度、湿度及水分利用效率均不同[5]，进而影响树体叶片的生理特性、矿质元素含量及养分含量等[6]。李明霞等[7]研究表明，更新修剪提高了山地苹果叶片的氮磷含量和果实产量。王刚等[8]研究发现中度修剪可以显著提高锥栗的叶片质量及产量，为锥栗结果期适宜的修剪强度。施氮量通过为树体提供适宜的养分，保证树体生长发育良好[9]。氮是植物生长发育不可缺少的营养元素之一[1]，适当施用氮肥能够提高叶片的光合速率，促进花芽分化，提高坐果率[10]，进而显著增加叶片氮含量以及树体产量。冯焕德等[11]研究表明，适宜施氮量可改善红富士苹果的叶片质量，提高叶片氮磷含量，有利于树体养分积累和增强树势。李洪娜等[12]研究发现适宜施氮量有利于提高苹果矮化密植集约化栽培中的氮素利用率、促进细根生长，同时延缓树势衰老，促进成花，保证氮肥充足和均衡供应。上述研究表明，适宜修剪、合理施氮肥可有效影响树体的叶片营养元素含量及产量。

板栗(CastaneamollissimaBl.)是我国重要经济树种，有数千年的栽培历史，分布于我国26个省市，兼具喜光、顶端优势、发枝力极强等生物学特性，易使树冠郁闭，造成树冠内部光照、通风不足，结果部位外移的现象，加上不合理施氮肥引起的树体营养不平衡等原因[13]，导致板栗的生产潜力难以得到充分发挥，进而影响产量。目前，关于修剪在防止板栗地上部分结果部位外移及冠内光秃的作用[14-15]，以及氮肥在调节板栗营养不平衡和提高板栗产量方面作用[16-17]的研究已取得初步进展，而关于修剪与氮肥协调作用对板栗树体营养及产量影响的研究尚鲜见报道。因此，本研究通过测定、分析修剪与施氮量的交互作用对板栗叶片氮磷含量、氮磷比、产量、单粒重及出实率的影响，以期为板栗科学修剪和施肥措施的选取提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于河北省唐山市迁西县西荒峪村板栗园(118°21′E，40°12′N)进行，东部季风暖温带半湿润气候，最冷月平均气温-6.5℃，最热月平均气温 25.4℃，年平均气温10.9℃，年平均降雨量744.7 mm。研究区域成土母质为片麻岩，土壤类型为砂质壤土，基本理化性质：pH值6.44、有机质5.89 g·kg-1、碱解氮53.48 mg·kg-1，土壤肥力为中等水平。

1.2 试验材料

供试材料为当地主栽品种燕山早丰(C.mollissima)，树龄 13年，株间距×行间距为3.0 m×4.0 m，平均树高 2.7 m。选择生长状况基本一致(修剪前树体结果母枝数量为每株158 ～171条)的健康板栗树(3主枝，开张角度为60°左右)作为试验材料。

1.3 试验设计

采用双因素随机区组试验设计，研究因素包括修剪强度和氮肥施用量。于2016年2月底进行修剪，强度设置3个水平，每单位投影面积(m2)保留果枝17～18个(常规修剪，记为X1)、14～15个(中修剪，记为X2)和11～12个(重修剪，记为X3)；保留结果母枝时其枝长范围控制在34～38 cm，枝粗范围控制在7.70～8.60 mm。氮肥施用量设置3个水平，即0(不施氮肥，记为N0)、375(中氮，记为N1)、750(高氮，记为N2)kg·hm-2[18]；所有肥料均以基肥形式(2016年4月初)一次性开沟均匀施入(沿每棵树树冠滴水线4个方向开沟，沟深30 cm[19]，将肥料均匀平铺至沟内，填土，一次性全量施入)；除氮肥外，磷肥(164 kg·hm-2)和钾肥(311 kg·hm-2)的施入量保持一致，施肥种类分别为尿素、磷酸二铵和硫酸钾。该试验共设置9个处理，每处理设3次重复，共27个试验小区，每重复6棵树。

2016年7月下旬(叶片成熟期)采集叶片，选择冠层中部外围东、南、西、北4个方向的结果枝着生雌花或栗蓬结位的叶片和营养枝的叶片(长势良好且无病虫害)；每试验小区6棵树，以24个叶片为1个重复，每处理共计3个重复。2016年9月(果实成熟期)全树调查刺苞个数；果实成熟后，每棵树在树冠中部外围东、南、西、北4个方向共采摘20个刺苞(长势良好且无病虫害)，每个重复包括120个刺苞，用于统计单粒重及出实率。

1.4 测定指标与方法

参照Falge等[20]的方法进行叶片氮、磷含量测定：将采集好的叶片放入冰盒带回实验室，105℃杀青30 min，然后75℃烘干，粉碎后过筛，采用H2SO4-H2O2消煮，利用AA3连续流动分析仪(德国Seal公司)测定氮磷含量。

果实产量测定：于2016年9月(果实成熟)进行产量测定。统计树体的栗苞个数[19]。测定采集果实的单粒重，按照公式计算出实率(Q)：

Q=m/M×100%

(1)

式中，m为每刺苞产出果实重量(g)，M为刺苞总重量(g)，并计算产量。

1.5 数据分析

采用SPSS 20.0进行方差分析和各处理间差异显著性检验；Origin 2017进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 修剪与施氮对板栗结果枝叶片氮、磷含量的影响

由表1可知，修剪与施氮量的交互作用对板栗结果枝叶片N、P含量及N/P影响显著。由图1可知，X2N1处理的结果枝叶片N含量(23.179 g·kg-1)和N/P(13.67)值均高于其他处理；X1N2、X2N1、X3N0处理的结果枝叶片P含量均高于其他处理，分别为1.65、1.69、1.73 g·kg-1，但三者之间差异不显著。修剪对结果枝叶片N、P含量及N/P影响显著(表1)，其中X2N1处理的结果枝叶片N含量(20.754 g·kg-1)及N/P(13.26)最高。当修剪强度为X1时，施氮量对结果枝叶片N、P含量及N/P的影响均依次表现为N2>N1>N0；修剪强度为X2时，施氮量对结果枝叶片N、P含量及N/P的影响依次为N1>N0>N2；修剪强度为X3时，以X3N0处理的N、P含量最高。结果表明，适当增大修剪强度可以减少氮肥施用量。当施氮量为N0时，修剪对结果枝叶片N、P含量的影响均依次表现为X3>X2>X1；施氮量为N1时，以X2N1处理的N、P含量及N/P为最高；施氮量为N2时，X1N2处理的N、P含量最高。

表1 修剪与施氮量对板栗叶片N、P含量主效应及交互效应方差分析(P值)Table 1 ANOVA of main effects of pruning，nitrogen application and their interaction on nitrogen， phosphorus content of C. mollissima in leaves (P value)

注：*表示在0.05水平差异显著。下同。

Note:*mean significant difference at 0.05 level. The same as following.

注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下同。Note: Different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level. The same as following.图1 修剪与施氮量对板栗结果枝叶片N、P含量及N/P的影响Fig.1 Effect of pruning and nitrogen application on nitrogen and phosphorus contents, N/P in leaves of bearing branch

2.2 修剪与施氮对营养枝叶片氮、磷含量的影响

修剪与施氮量的交互作用对板栗营养枝叶片N、P含量及N/P影响显著(表1)。由图2可知，X2N1处理的营养枝叶片N含量(23.650 g·kg-1)高于其他处理；X1N2、X2N1、X3N0处理的营养枝叶片P含量均高于其他处理，分别为1.80、1.92、1.90 g·kg-1，但三者间差异不显著。修剪强度为X1时，施氮量对营养枝叶片N、P含量的影响均依次表现为N2>N1>N0；修剪强度为X2时，施氮量对营养枝叶片N、P含量的影响均依次表现为N1>N2>N0，但3个处理的N/P差异不显著；修剪强度为X3时，X3N0处理的N、P含量均为最高。施氮量为N0时，修剪对营养枝叶片N、P含量的影响均依次表现为X3>X2>X1；施氮量N1时，修剪对营养枝叶片N、P含量的影响均依次表现为X2>X1>X3；施氮量为N2时，修剪对营养枝叶片N、P含量的影响均依次表现为X1>X2>X3。

2.3 修剪与施氮对产量、粒重及出实率的影响

修剪与施氮量的交互作用对板栗产量、单粒重及出实率的影响显著(表2)。由表3可知，X1N2、X2N1处理的产量、单粒重和出实率均高于其他处理，且二者产量差异显著；X3N0处理的单粒重、出实率均较高，且与X1N2、X2N1间差异不显著。修剪强度对板栗产量及单粒重的影响显著。修剪强度为X1时，施氮量对产量、单粒重及出实率的影响均依次表现为N2>N1>N0；修剪强度为X2时，施氮量对产量的影响依次表现为N1>N2>N0，对单粒重及出实率的影响依次表现为N1>N0>N2，其中X2N1处理的产量、单粒重及出实率均为最高；修剪强度为X3时，施氮量对单粒重及出实率的影响依次表现为N0>N1>N2。结果表明，适当增大修剪强度可以减少氮肥施用量。

表2 修剪与施氮量对板栗产量、单粒重及出实率 的主效应及交互效应方差分析(P值)Table 2 ANOVA of main effects of yield, single fruit weight and bur nut rate and their interaction on nitrogen， phosphorus content of C. mollissima in leaves (P value)

表3 修剪与施氮量对板栗产量、单粒重及出实率的影响Table 3 Effect of pruning and nitrogen rate on yield, single seed weight and bur nut rate of C. mollissima in fruit

注：表中数据为平均数±标准差(n=3)。不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note: The data in the table are mean±SD (n=3). Different small letters mean significant difference at 0.05 level among treatments.

3 讨论

叶片是光合作用的主要器官，为果实生长发育提供、积累养分，因此果树叶片矿质元素含量可反映树体对营养的吸收利用情况。氮、磷是植物生长的主要限制性资源，存在功能上的联系[21]，且都是植物所需的基本营养元素，也是各种蛋白质和遗传物质的重要组成元素[22]。研究发现氮素与树体营养生长关系密切[23]，是限制生长的主要养分[24]；植物体内大部分氮素都集中在叶绿体中，可以调控光合作用，显著影响果树生长发育及产量品质的形成；磷参与糖代谢与脂代谢等重要过程。研究表明，氮磷化学计量比能够反映植物营养与生长状况[25]，是判断环境对植物生长的养分供应状况和植物的生长速率的重要指标[22]。修剪和施氮是影响板栗生长发育的重要措施，二者不仅可以调控树体营养，还对产量及果粒重具有重要影响。本研究中，修剪强度与施氮量的交互作用对板栗树体叶片营养及果实产量和单粒重均有显著影响。在修剪强度方面，结果枝叶片中的氮磷含量随着修剪强度的增加呈先增加后减少趋势，中等修剪(X2)条件下达到最高。这与王刚等[6]的研究结果基本一致。中等修剪强度下果实产量、单粒重和出实率均为最大。这是由于通过干扰板栗地上部分(修剪)，有利于形成高光效的树体结构[26]，将根系吸收的养分集中分配到叶片、果实中，提高了叶片中的养分含量，有利于光合器官的发育[27]，进而促进了光合作用。研究发现果实是幼果期的生长中心[28]，树体产生的碳水化合物向果实转移促进了果实增大[7]，提高了产量。干扰板栗地下部分(施氮量)会影响板栗生长发育，是因为直接吸收土壤中的有机氮是植物从外界环境获取氮的主要途径之一[29]。本研究中，N1(中等施氮量)水平下，结果枝叶片的氮磷含量及氮磷比均较高；随着土壤氮含量的增加，板栗叶片氮含量增加，由于氮磷之间耦合作用较强[22]，因此也提高了叶片的磷含量，说明适宜氮含量会促进植株的生长，在不构成生长限制[30]的前提下，树体对磷含量的需求也会随之上升[31]。氮磷为叶片的重要矿质元素，参与光合作用和能量转化，促进碳水化合物的形成，进而促进果实干物质积累，增加单粒重及产量。研究表明，合理的修剪强度改善了树体内的光照条件，提高了有效叶面积，同时将树体的叶果比控制在合理范围内[32]；而适宜施氮量可提供合理的氮磷浓度，稳定叶片光合能力，同时促进根系生长，增强树体利用土壤养分的能力[33]，进而促进同化产物的积累，为高产的实现奠定物质基础[34]。这与本研究结果相同。本研究发现修剪强度与施氮量2种措施之间具有协同性，这是由于随着修剪强度的增加(即单位面积留枝量减少)，叶片、枝条、果实对氮肥需求量也随之降低；如果氮肥过剩，则会造成营养生长过度加强，枝条叶片相互竞争，使通风透光性变差，影响产量。

N/P广泛应用于诊断植物氮磷养分限制格局。研究表明，N/P小于14时，植物生长较大程度上受氮素限制[22]。本研究中，板栗叶片氮磷比增加但均小于14，表明在迁西地区，氮为板栗生长的主要限制性营养元素，但如果板栗树体内的氮含量过多，则会导致树体营养生长过剩而抑制生殖生长，这与李晶等[23]的研究结果一致。树体生长过程中，如果氮素偏少，则有利于营养生长向生殖生长转化，导致生长缓慢，树体易发生早衰；如果施氮过量则易导致地上部分生长过旺，营养生长与生殖生长争夺养分，落花落果严重。因此适宜氮含量有助于花期提前，增大雌雄比，同时促进光合作用，增加果实单粒重。本研究结果表明，板栗氮磷营养特征总体表现为高氮高磷和低氮低磷，这与李中勇等[28]研究结果一致。这是由于果实形成过程中需要大量核酸、蛋白和糖，氮磷之间呈正相关，氮含量的增加有助于磷的增加，适宜磷含量也有助于树体碳水化合物的形成，促进积累蛋白质、淀粉等物质，进而提高单粒重、增加产量。

4 结论

X3N0、X2N1、X1N2处理的结果枝叶片营养含量和产量均较高；在较高修剪强度(留枝量减少)下，采用低施氮量，在较低修剪强度(留枝量增加)下，采用高施氮量。因此中等修剪强度(每平方米留结果母枝14～15个)和中等施氮量(375 kg·hm-2)处理(K2N2)下的板栗产量、单粒重、出实率及叶片营养元素含量最高，是当地修剪与施氮量组合的较佳选择。