七叶树叶片营养与立地土壤状况的相关性分析

张建旗，赵峰，黄蓉，程晓月

(兰州市园林科学研究所，甘肃 兰州 730070)

叶片是树木的营养器官，是树木生命活动所需能量的主要来源之一；叶片中营养元素含量会对叶片的健康造成影响，与整个树体健康状态密切相关。土壤是城市园林植物生长的介质和养分供应者，是影响行道树生长的重要环境因子，其质量的好坏直接影响园林植物能否健康生长[1-2]。因此，研究城市园林树木营养状况是建设国家园林城市的重要内容。南京、上海、深圳、哈尔滨、沈阳等地的科研工作者对本地区城市土壤(多为城市绿地和工业污染区)进行了实地监测，对城市土壤的特性、分类、污染状况等进行了研究，城市土壤对树木生长的影响等也有大量的研究报道[3]。兰州市对果树叶片营养和土壤养分的相关性有报道[4]，但对园林树木土壤和叶片养分关系的研究才刚刚起步，报道较少。

七叶树(Aesculushippocastanum)属于七叶树科七叶树属，是世界著名的行道树种之一。树体高大雄伟，树干挺拔，树冠宽阔，绿荫浓密，树形优美，花大秀丽，果形奇特，是观叶观花观果不可多得的树种。在园林配置上，最适宜作为遮阴树及行道树，可在建筑前对植、路边列植、或孤植、丛植于山坡、草地[5-6]。现欧美、日本等地将七叶树作为行道树、庭荫树广泛栽培[7]。在兰州市主城区七叶树主要用于行道树栽植，故本文对七叶树叶片营养和立地土壤状况相关因子进行分析，以期为兰州市七叶树的健康生长、合理施肥提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

兰州市主城区(城关、七里河、西固、安宁区)地理坐标N 35°50′～36°55′，E 103°19′～103°59′，面积1 112.20 km2。市区海拔平均为1 520 m。属温带干旱气候，干燥少雨，年均气温9.8℃，极端最高温39.8℃，极端最低温-19.7℃，气温平均日较差12.9℃，年较差29.1℃，≥10℃的积温为3 242.0℃，年均降水量311.7 mm，年最大降水量546.7 mm，最小降水量155.3 mm，降水主要集中在6～9月，占全年降水量的60%以上，全年日照时数平均2 446 h，年蒸发量1 600 mm，为年降水量的4～6倍，年相对湿度58%；无霜期185～200 d，最大冻土层1.2 m。主要土壤类型为黄绵土和淡灰钙土[8]。

1.2 材料的采集

选取主城区内行道树中可以代表兰州市七叶树生长现状且树龄10年左右的植株(表1)，于夏季(2016年7月)和秋季(2016年10月)在同一时间段利用高枝剪和土钻分别对每棵树的叶片和立地土壤进行采集，每个区随机选取1个街道进行取样，每个街道取6个样点，样点之间间隔15 m，共24棵树。叶片主要从树冠外围东、西、南、北方向采集，各取外围的新梢中部健康叶片(生长正常，无病虫害)100片左右，装入自封袋，编号后放入保鲜盒，及时带回试验室放入5℃冰箱中保存；土壤在离根际20～40 cm处，采集0～60 cm土层深度的土样，每个树穴重复3次，样品混合装入自封袋，编号后带回试验室备用。

表1 调查树种的基本情况与调查地点

1.3 样品处理

叶片经清水、蒸馏水冲洗后用滤纸吸干表面水分，及时测定叶片相对含水量(RWC)；其余叶片放入105℃鼓风烘箱中杀青20 min，然后在75℃下烘干至恒重，粉碎后置于灭菌后的玻璃瓶中。土壤经自然风干去杂质后，研细分别过1 mm和0.25 mm孔径的筛子，装入信封保存备用。

1.4 测定方法

叶片相对含水量采用称重法；叶绿素利用SPAD-502Plus便携式叶绿素测定仪测定；全N采用H2SO4混合加速剂—蒸馏法；全P采用钼锑抗比色法；全K采用火焰光度计法；全Ca和全Mg采用干灰化—原子吸收分光光度法；全Cu和全Fe采用原子吸收分光光度法[9-12]。

土壤pH值、有机质(OM)、有效P、速效K、水解N、交换性Ca、交换性Mg、有效Fe和有效Cu含量参照文献[9-12]的方法测定。

1.5 数据分析

采用Excel软件进行数据录入和处理，分季节分析各项指标(4个区的平均值)，并运用SPSS 17软件和Pearson法进行叶片和立地土壤之间的相关性分析。依据全国第二次土壤普查技术规程[13-14]对土壤状况进行分级(表2)。

表2 土壤养分等级分级标准

2 结果与分析

2.1 叶片营养含量分析

不同季节叶片营养元素含量不尽相同，随着生长季节的变化而变化，并存在着一定的差异(表3)。叶片所含的各种矿质营养元素中含量最高的是全N(29.39 g/kg)，其后依次为全K、全Ca、全P、全Mg和全Fe，最少的是Cu(表3)。叶片相对含水量、叶绿素、全N、全P、全K和全Cu含量均为夏季>秋季，夏季比秋季分别高出5.67%、10.10%、5.48%、8.18%、7.26%和13.16%；叶片中全Ca、全Mg和全Fe含量秋季略高于夏季，分别高出6.75%、0.65%和1.39%。

表3 叶片营养含量

2.2 土壤状况分析

夏季和秋季土壤pH值平均在8.5以上，且调查区域内秋季土壤pH值、水解N、交换性Ca、交换性Mg和有效Cu含量明显高于夏季，尤其是交换性Ca含量，秋季比夏季高353.84 mg/kg；其余指标则相反，夏季>秋季，但变化幅度不大(表4)。整体上，兰州市土壤偏碱性，有机质的含量较低。兰州市土壤pH值、有机质和水解N含量属于四级土壤，速效P、速效K和交换性Ca含量属于一级土壤，土壤交换性Mg、有效Cu和有效Fe含量属于三级(表4)。

表4 土壤各指标含量

2.3 叶片与土壤各指标相关性分析

2.3.1 夏季叶片与土壤各指标间相关性分析 叶片相对含水量与土壤速效P和速效K含量呈正相关，与其他养分含量呈负相关，且与土壤交换性Ca含量显著(P<0.05)负相关，相关系数为-0.541。叶片叶绿素含量与土壤速效K、有效Cu和有效Fe含量呈正相关，与其他养分含量负相关，且与土壤有效Cu和有效Fe含量显著正相关(P<0.05)，相关系数分别为0.585和0.586。叶片中全N、全P和全K含量均与土壤交换性Ca含量极显著(P<0.01)正相关，相关系数分别为0.652、0.692和0.671，与土壤交换性Mg含量显著正相关(P<0.05)，相关系数分别为0.607、0.559和0.641；并且叶片中全N和全K含量与土壤速效N和土壤速效K含量负相关，与其他养分含量呈正相关；叶片全P含量与土壤中各养分含量均呈正相关，但相关性均不显著。叶片中全Ca含量与土壤有机质、交换性Ca和交换性Mg含量呈负相关，与其他养分含量呈正相关，相关性不显著。叶片中全Mg含量与土壤有机质、速效N和速效P含量呈负相关，与其他养分含量呈正相关，相关性未达到显著水平。叶片中全Cu含量与土壤交换性Mg和有效Fe含量呈正相关，与其他养分含量呈负相关，且与速效N、P含量负相关性显著(P<0.05)，相关系数分别为-0.511和-0.532；叶片中全Fe含量与土壤pH值和速效N、P、K含量呈负相关，与其他养分含量正相关，相关性均不显著(表5)。

表5 夏季叶片营养与土壤各指标间相关性

2.3.2 秋季叶片营养与土壤各指标间相关性分析 叶片相对含水量与土壤pH值、速效P、有效Cu和有效Fe含量呈负相关，与其他养分含量呈正相关，相关性不显著。叶片叶绿素含量与土壤pH值和交换性Mg含量呈负相关，与其他元素含量正相关，相关性不显著。叶片全N和全P含量均与土壤pH值和速效N含量负相关，与其他养分含量均呈正相关，但相关性也不显著。叶片全K和交换性Mg含量除了与土壤pH值负相关外，与其他元素含量均呈正相关。叶片交换性Ca含量与土壤pH值、速效K、有效Cu和有效Fe含量呈负相关，与其他养分含量呈正相关，且与速效N含量正相关性显著(P<0.05)，相关系数0.769；叶片中有效Cu含量与土壤pH值、交换性Mg和有效Fe含量呈正相关，与其他养分含量呈负相关，相关性不显著。叶片有效Fe含量与土壤pH值、速效P和有效Fe含量呈负相关，与其他养分含量正相关，相关性均不显著(表6)。

表6 秋季叶片营养与土壤各指标间相关性

3 讨论

植物种(或生态类型)在生理上对某种元素的需求是基本恒定的，其在叶内含量上的差异主要是由环境条件、养分供应水平和其他管理技术所造成的[15-16]。叶片作为有机物的合成场所，是代谢活动最活跃的器官，其营养元素含量和变化不仅可以反映植物代谢的类型，也可以揭示矿质元素的吸收和积累的状况[17-19]。因此，把叶片作为诊断器官进行分析可以判断植株的养分状况，特别是植株处于潜在养分失调状态，叶片或其他器官尚未出现不良症状时，通过叶片分析指导施肥，可防止树体不良症状的发生。本研究表明，七叶树叶片各营养元素含量夏季均高于秋季，这是因为叶是植物进行光合作用的主要器官，在各营养器官中生理机能最活跃，夏季光合作用强，因此营养元素含量高，这与吴家森等研究结果类似[20]；七叶树叶片所含的各种营养元素中含量最高的是全N，其后依次为全K、全Ca、全P、全Mg和全Fe，最少的是Cu，这与黄开顺等的研究结果一致[21]。

土壤是生态环境的重要组成部分，是植物营养的主要来源，是不断地供应和协调植物生长发育所必需的水分、养分、空气、热量和其他生活必需条件的载体，具有一定的肥力，为植物提供养分和水分，同时也作为植物根系伸展、固持的介质。城市中的落叶、残枝作为垃圾被清除，造成土壤营养循环中断，基本上没有养分补给，土壤养分含量较低[22]。有机质是土壤的重要组成部分，虽然有机质含量只占土壤总量的很小一部分，但它在土壤肥力上起着多方面的作用[23]。土壤有机质的含量与土壤肥力呈正相关，在很大程度上影响着土壤结构、持水性、稳定性、缓冲性及生物多样性等，影响着土壤中其他营养元素的可利用状态和土壤的肥力及植物的生长[24]。整体上兰州市的土壤偏碱性并且有机质含量较低，且两者呈负相关，这是由于有机质在分解过程中产生单宁、有机酸多，导致pH值下降，这和吕世丽等人的研究结果相吻合[25]。土壤中速效磷和速效钾含量较高，这和甘肃省的土壤普查结果相吻合[26]。原因除了施肥管理不到位以外，与城市的清扫行为和道路扩建与过度铺装等也有密切关系。

叶片和土壤中各元素含量并不是孤立存在的，它们存在着相互协同作用，甚至有的会发生拮抗作用[27-28]。树体中的水分和营养供给主要来源于土壤，兰州市土壤pH值较高，从而使土壤吸收转运到叶片的营养元素的含量减少，因此土壤pH值与这些矿质元素在叶片中的含量呈负相关的关系，这与王莉莉研究结果一致[29]。七叶树叶片中全N、全P和全K含量均与土壤交换性Ca含量显著正相关，可见土壤中Ca元素的不足会导致其叶片营养元素含量低的状况。

4 结论

兰州市七叶树叶片营养元素夏季高于秋季，立地土壤pH值偏高，有机质、水解N、交换性Mg、有效Cu和有效Fe的含量较低；叶片营养元素含量和立地土壤状况在夏秋季的差异性不尽相同。因此，在养护管理时，可以在树穴中埋入PVC管，以此为媒介，在生长季结合浇水往管里灌氮磷比例高的有机肥溶液或复合肥，使其更好的发挥肥力效应，以便增加土壤养分含量，来满足植物生长需求。