黔产青钱柳叶片营养元素含量特征及变异规律

柏文恋，袁丛军，谢 涛，黄安香,丁访军,吴运辉，余德会

（1.贵州省林业科学研究院，贵阳 贵州 550000；2.黎平县林业局，黎平 贵州 557300；3.雷公山自然保护区管理局，雷山 贵州 557100）

青钱柳Cyclocarya paliurus系胡桃科青钱柳属植物，又名青钱李、摇钱树等，是国家重点保护的濒危植物之一[1]。青钱柳叶片内含丰富的无机元素[2-5]，有降血糖、降血脂、抗肿瘤、抗氧化及增强免疫力等功效[6-10]，其材质长成后具有很高的材用价值[11]。贵州省是青钱柳重要的原产地之一，由于自然资源稀缺及人为砍伐等，导致可利用的自然资源非常有限，而且在青钱柳人工培育过程中不够重视科学合理的施肥，多地青钱柳植株表现出矿质元素不均衡症状而造成其品质下降[12]。因此，在青钱柳人工培育中加强肥水管理，提高青钱柳叶片品质已迫在眉睫。

营养元素在树体的生长发育、产量与品质的形成过程中起着至关重要的作用[13-18]，不同土壤环境下作物对营养元素的利用效率不同，因而植物的生长及营养元素含量特征也各不相同[19]。叶片是整个树体对土壤营养反应最明显的器官，其矿质营养含量状况可对树体潜在的营养状况进行诊断，进而为合理化施肥提供依据[20]。研究青钱柳叶片N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn 营养元素含量特征及变异规律，可明晰黔产青钱柳营养状况从而为优化施肥、提高青钱柳产量及品质提供理论依据。

目前涉及叶片营养元素研究的经济林树种有银杏[21-22]、梨树[23-24]、枣[25-26]、核桃[20]等，但这些研究大多局限于N、P、K 元素。关于青钱柳叶片多种矿质营养含量与产地、种源、采样部位及采样时间的关系研究鲜见报道。因此，以贵州省17 个青钱柳主产地共33 个分布点的青钱柳叶片为对象，研究黔产青钱柳叶片N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn 含量特征及变异规律，明晰当前黔产青钱柳人工栽培过程中存在的问题，并以此为依据优化栽培和施肥配方以提高青钱柳品质和产量，该研究对贵州青钱柳产业的发展有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 样品采集与前处理

基于全省青钱柳资源分布调查数据，对贵州省台江县、榕江县、丹寨县等17 个县（市、区）的青钱柳进行调查取样，青钱柳采样林分的起源包括天然林和人工林，树龄为5～10 a，设33 个具有代表性的产地，共33 个分布点，除分布点4、13、22 和33 以外，其余每个分布点采集3 份青钱柳小叶样品。分布点3 共采集6 份样品（青钱柳叶柄样品和小叶样品各3 份）；分布点13 共采集6 份样品（青钱柳复叶样品和小叶样品各3 份）；分布点22 共采集9 份样品（广西种源青钱柳小叶样品、江西种源青钱柳小叶样品和黎平种源青钱柳小叶样品各3 份）；分布点33 共采集9 份样品（分别于2020年4、8 和11月采集青钱柳小叶样品各3 份，其他分布点采样时间均为2020年11月，具体情况见表1，采样部位见图1，每个分布点选择生长良好、无病虫害的植株3～5 株，分别从树冠上部、中部、下部，东、西、南、北4 个方向采集叶片生长完整、无病变及虫害等健康植株叶片，每份样品采收叶片约60～80 片，采集的叶片样品装入干净有孔的塑料袋内，置于有冰块的保温泡沫箱中带回实验室，经过清洗、灭酶、置于烘箱中，105℃下杀青30 min，75℃下恒温烘干、粉碎，备用[25]。

图 1 采样示意图Fig.1 The schematic diagram of sampling

表1 采样情况Table 1 Sampling tables

1.2 测定方法

青钱柳叶片样品用硫酸—过氧化氢消煮，叶片中N、P、K 含量分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和火焰光度法测定[27]；Fe、Mn、Cu、Zn 含量采用中华人民共和国林业行业标准LY/T1270—1999 方法[28]，用硝酸-高氯酸消解后，采样原子吸收分光光度计进行测定。

1.3 青钱柳叶片营养元素含量分级

目前有关于青钱柳叶片营养元素丰缺判断标准的研究相对较少，但由于核桃与青钱柳均属胡桃科植物，因此，本研究参照国内外关于核桃叶片营养含量分级标准及相关研究成果[29-31]，将青钱柳叶片N、P、K、Fe、Mn、Cu 和Zn 按元素含量划分为3 个等级（表2）。

表2 青钱柳叶片中营养元素丰缺判断标准Table 2 Criteria for abundance and deficiency of nutrient elements in Cyclocarya paliurus leaves

1.4 数据处理

所有数据采用 SPSS 17.0 和Excel 2003 软件进行统计分析，采用单因素方差分析法分析不同采样部位、不同种源地和不同采样时间青钱柳叶片中N、P、K、Fe、Mn、Cu 和Zn 含量的差异，所有图表的制作采用Excel 2003 软件完成。

2 结果与分析

2.1 黔产青钱柳叶片营养元素含量特征

由表3 可以看出，不同产地青钱柳含量高低存在差异。黔产青钱柳叶片的N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn 含量分别在1.69～27.86 g/kg、1.01～3.70 g/kg、7.75～ 21.24 g/kg、120.50～537.33 mg/kg、62.10～4 968.01 mg/kg、6.69～12.27 mg/kg、28.55～121.85 mg/kg 之间，N、P、K 平均含量分别为16.77、1.88 和11.63 g/kg，Fe、Mn、Cu、Zn 平均含量分别为205.92、1 417.22、10.03 和69.02 mg/kg。叶片中N、Mn 含量变幅最大，变异系数分别为82.59%和73.40%；P、Fe 含量次之，变异系数分别为51.06%和58.45%；K、Zn含量变异系数较小，分别为32.85%和38.08%；Cu 含量变异系数最小，为25.52%。

表 3 不同产地青钱柳叶片营养元素含量Table 3 The characteristics of macronutrient elements contents in Cyclocarya paliurus leaves in Guizhou

由表4 可以看出，黔产青钱柳叶片存在N、P、K、Fe 含量不足，其中N 含量缺乏最为严重，N、P、K、Fe 含量不足的样本数分别占总样本数的100%、66.7%、96.3%和88.9%。部分地区的青钱柳叶片P、K、Fe、Mn 含量处于适量水平，Mn含量超标的样本数占总样本数的92.6%，Cu、Zn含量均属于适量水平。

表4 黔产青钱柳叶片营养元素含量分布频率Table 4 Percentages of elements contents in Cyclocarya paliurus leaves in Guizhou %

2.2 同一产地同一种源青钱柳不同采样部位营养元素含量特征

图2A—B 为同一产地（台江县）同一种源（台江县本地种源）青钱柳不同采摘部位营养元素含量；图2C—D 为黎平县本地种源青钱柳不同采摘部位营养元素含量。

由图2可以看出，青钱柳树体不同部位营养元素含量差异显著。青钱柳小叶中N、Fe、Mn 含量显著高于叶柄，且分别比叶柄的高251.4%、23.4%、56.3%，但小叶的P、K、Cu、Zn 含量分别比叶柄的低28.9%、31.5%、4.9%、34.8%（图2A—B）；同样由图2C—D 可以看出，青钱柳小叶的P、K、Mn、Fe、Cu 含量分别比复叶的高30.5%、43.7%、126.8%、41.6%、153.7%，但Zn 含量比复叶的低60.6%。

图2 同一产地同一种源青钱柳不同采摘部位营养元素含量特征Fig.2 Characteristics of nutrient elements in different picking parts of Cyclocarya paliurus from the same origin and provenance

2.3 同一产地不同种源青钱柳叶片营养元素含量特征

图3 为同一产地（龙里县）不同种源（广西种源、江西种源、黎平种源）青钱柳叶片营养元素含量。由图3 可以看出，同一产地不同种源青钱柳叶片各营养元素含量差异显著；广西种源和黎平种源青钱柳叶片的N 含量分别比江西种源高6.41%和8.73%；江西种源和黎平种源青钱柳叶片的P 含量均比广西种源的P 含量高17.49%；黎平种源青钱柳叶片的K 含量分别比江西种源和黎平种源K 含量高25.70%和62.45%；同样，江西种源青钱柳叶片中Fe 含量分别比广西种源和黎平种源的高44.31%和54.97%；黎平种源青钱柳叶片的Mn 含量分别比江西种源和黎平种源的高13.07%和134.9%；广西种源青钱柳叶片的Cu 含量分别比江西种源和黎平种源的高35.05%和32.28%；广西种源青钱柳叶片的Zn 含量分别比江西种源和黎平种源的高290.39%和37.07%。

图3 不同种源青钱柳叶片营养元素含量特征Fig.3 Characteristics of nutrient elements in leaves of Cyclocarya paliurus from different provenances

2.4 同一产地同一种源不同采样时间青钱柳叶片营养元素含量特征

图4为同一产地（贵阳市）同一种源（黎平种源）不同采样时间（4、8、11月）青钱柳叶片营养元素含量。由图4 可以看出，不同采样时间的青钱柳叶片各营养元素含量差异显著。采样时间为4月的青钱柳叶片N、K、Cu 含量显著高于8 和11月，且分别比8 和11月的高97.38%和31.73%、35.11% 和35.58%、105.88% 和118.99%； 采样时间为8月的青钱柳叶片Mn、Zn 含量显著高于4 和11月，且分别比4 和11月的高36.05%和72.61%、22.72%和10.16%；采样时间为11月的青钱柳叶片P、Fe 含量显著高于4 和8月，且分别比4 和8月的高62.13%和67.91%、71.01%和26.57%。

图4 不同采样时间青钱柳叶片营养元素含量特征Fig.4 Characteristics of nutrient elements in Cyclocarya paliurus leaves at different sampling times

3 讨论

营养元素在植物生长发育的过程中起着重要作用[32-33]。植物叶片营养元素的丰缺与土壤、施肥量及施肥方式等密切相关[34-35]。研究表明，不同生境下相同植物的营养元素含量有较大的差异[19]；不同地区苹果叶片营养元素含量的差异性与土壤类型、施肥水平、生态气象因子等的差异性有关[36]。本研究中，不同产地青钱柳叶片营养元素含量差异显著，且不同产地青钱柳叶片N、Mn 含量的变异系数最大，说明青钱柳叶片中N、Mn 元素含量受环境因素的影响最大、波动性强，这可能是由于不同产地土壤背景条件及气候条件上的差异，使得土壤pH 值、土壤中有效养分含量及植物对养分的利用效率不同，因而导致不同产地相同植物的生长及植物体内营养元素含量不同[19,37]。本研究还发现，黔产青钱柳叶片存在N、P、K、Fe 含量不足，青钱柳叶片营养元素含量不均衡，说明黔产青钱柳在人工栽培过程中缺乏对施肥的系统管理。在今后的人工培育过程中，要注意N、P、K 肥的配合施用，以利于植物体内营养元素含量的平衡，培育出优质的青钱柳种质资源。

营养元素在植物不同器官及不同营养元素在同一器官中的含量与储量特征，不仅反映了植物自身的生物学特性，而且还反映了植物在一定生境下从土壤中吸收和蓄积矿质养分的能力[38]。在对青秆竹[39]、青皮竹[40]、文冠果树[41]和梨树[24]的研究中发现，不同营养器官的矿质营养元素含量差异显著[40]。本研究中，青钱柳不同采样部位营养元素含量差异显著；青钱柳树体N、Fe、Mn含量表现为小叶＞叶柄，P、K、Cu、Zn 含量表现为小叶＜叶柄，但青钱柳小叶所测营养元素总含量显著高于叶柄所测营养元素总含量，说明叶片对营养元素的富集能力更强。叶片不仅是合成有机物质的同化器官，也是代谢最活跃的器官，因此需要向其输送大量的营养元素来满足生长和代谢的需求[38]。

为适应环境变化，植物种子、叶片及花等的形态特征和养分含量会发生遗传或非遗传变异[42]。彭玉华等[43]研究发现，不同种源红锥叶片营养元素N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn 差异显著[43]；同样，不同种源雷公藤叶片C、N、K、Ca、Mg含量差异显著[44]，说明不同种源对植物叶片各营养元素的含量有显著影响[43-44]。本研究表明，同一产地不同种源青钱柳叶片营养元素含量差异显著，且不同种源青钱柳叶片N、K、Fe、Mn、Zn含量变幅较大。因此，从叶片营养元素含量变异情况分析，判断不同种源植株叶片营养状况，可为选出叶片养分含量平衡、长势较好的青钱柳种源提供参考[44]。

植物叶片中的营养元素含量会随着季节的变化有所变化[12,20,22]；植物体内可移动的元素会随植物组织和器官的老化而逐渐下降，不易移动的元素则随组织和器官的老化而增高[12]。研究表明，核桃叶片中矿质元素含量在不同的生长发育期存在差异[20]；南方红豆杉叶片的N、K 含量随季节变化明显[45]；柑橘叶片中高移动性元素N、P、K 含量随叶龄的增大而下降[46]。本研究表明，同一种源同一种植模式下，青钱柳叶片N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn 含量随季节变化显著，且青钱柳叶片中N、K、Cu 含量随着叶龄的增加而显著降低，这可能是由于青钱柳树体的生长结果需要消耗大量的营养元素，使得叶片中的高移动性元素慢慢被转移出去，其含量有所降低[12]，说明不同采样时间对青钱柳叶片营养元素分析的准确性和可靠性影响较大，应选择在叶片营养元素相对稳定且对养分供应状况反应的敏感期进行[12]。本研究关于不同采样部位、不同种源及不同采样时间的研究只是针对某一个产地进行，其他产地的变异规律是否一致还有待进一步研究，而且本研究也仅对青钱柳叶片的部分营养元素含量进行了分析，对于不同产地的土壤养分含量状况仍需进一步研究。

4 结论

不同产地青钱柳叶片营养元素含量差异显著，黔产青钱柳叶片营养元素含量不均衡，大部分产地区存在N、P、K、Fe 含量不足，在今后的人工培育过程中要注意N、P、K 肥的配合施用。同一产地同一种源青钱柳不同采样部位营养元素含量差异显著，其叶片N、Fe、Mn 含量显著高于叶柄，而P、K、Cu、Zn 含量显著低于叶柄。同一产地不同种源青钱柳叶片营养元素含量差异显著，且不同种源青钱柳叶片N、K、Fe、Mn、Zn 含量变幅较大。同一种源同一种植模式下，青钱柳叶片营养元素含量随季节变化显著，其叶片中N、K、Cu 含量随着叶龄的增加而显著降低。本研究可对青钱柳人工培育过程中施肥量及施肥方式进行优化，同时可为提高青钱柳产量及品质、培育优质青钱柳种质资源提供理论依据。