氮磷供应水平对野蔷薇生长和养分吸收的影响

2022-04-12马庆华王兴红蔡京艳汤志敏杨德付郑广顺

新疆农业科学 2022年3期

马庆华，王兴红，蔡京艳，汤志敏，杨德付，郑广顺

(中国林业科学研究院华北林业实验中心/北京九龙山暖温带森林国家长期科研基地，北京 102300)

0 引言

【研究意义】氮(N)和磷(P)是植物生长必需的2大矿质营养元素[1-2]。化肥不合理施用、养分利用效率低是农业生产面临的主要问题[3]。我国氮肥利用率平均为35%，磷肥当季利用率为15%～20%[3-4]。近年来，越来越关注养分资源综合管理技术及面源污染[5]。目前，针对主要农作物(小麦、玉米和水稻等)开展了大量养分精准化管理方法和技术研究，形成了一系列精准施肥管理技术体系[6]。大多数研究集中在农作物种类，关于多年生非禾本科植物如林木和灌木的研究鲜有报道[7]。研究不同氮磷供应水平下野蔷薇生长和养分吸收特色变化，对优化施肥有实际意义。【前人研究进展】全世界蔷薇属植物约有200多种，中国原产约有82种，占世界总数的41%[8]。蔷薇属植物与月季亲缘关系较近，具有抗旱、抗寒、抗病等优良特性。野蔷薇(Rosamultiflora)是中国月季产业主要砧木类型，原产于中国华北、西南及新疆等地，在国外一些国家也广泛应用[9-10]。砧木繁殖通常采用扦插和组培的方法，野蔷薇砧木培养时间一般为3～4年，其培育时间长、主干增粗慢成为制约生产的一个重要因素[11]。已有研究表明，不同氮水平影响植物干物质积累、产量和氮素吸收利用[12]。不同磷水平影响砧木株高和地径，以及根系形态特征和叶片磷酸酶活性[13]。氮磷施用水平影响着植物生长，不同植物种类对氮磷供应水平的响应程度存在显著差异[14]。【本研究切入点】蔷薇是园林生产上常用的砧木资源，针对该植物的养分吸收和利用的研究鲜见报道。需要研究不同养分梯度下野蔷薇生长、养分吸收特征及根土互作效应。【拟解决的关键问题】以亲和性好、根系发达、易管理、树干通直、表面光滑，且耐寒、耐旱的无刺野蔷薇(Rosamultiflora)为对象，依据根—土互作机理，设计不同养分供应水平，定量化描述蔷薇生长和养分吸收特征。采用2年田间试验，定量评价氮磷不同供应水平对蔷薇生长的影响，分析植物生长与土壤养分有效性之间的相关性，为高效养分管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2018年4月至2019年12月在中国林科院华北林业实验中心房山试验田进行，土壤类型为潮土。试验地土壤理化性质为有机碳 7.5 g/kg、总氮0.78 g/kg、速效磷7.5 mg/kg、速效钾56 mg/kg，pH值8.05。

供试的无刺野蔷薇(RosamultifloraThunb.ex Murr.)由中国农业大学园艺学院提供。选取当年生、发育充实的半木质化枝条作插条，并剪成60～65 cm长的插穗，插穗上端在离芽0.5～1 cm处平剪，下端在近节间处斜剪。将插穗浸泡于300 mg/L的ABT 6号生根粉溶液中，浸泡时间为2 h，深度2 cm。插于珍珠岩和蛭石培养基中，放置在温室中培养，待不定根大量萌发且长度为2～3 cm时移栽到大田。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验包括5个氮水平和5个磷水平，施氮量(纯N)分别为0(N0，CK)、50(N50)、100(N100)、200(N200)和300(N300)mg/kg，施磷量(纯P2O5)分别为0(P0，CK)、50(P50)、100(P100)、200(P200)和300(P300)mg/kg。氮肥选用硝酸铵(含N 35%)，磷肥选用磷酸氢二钠(含P 21%)。营养液灌溉，每株用量为1L，分别于2018年4月8日、5月5日、6月5日和7月5日，连续浇灌4次。每个处理均设置3个重复，小区面积为9 m2。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 地径、植株氮磷含量及叶片SPAD

2018年4月5日，扦插苗移栽到大田后，每个单株均挂牌编号，选择距离地面10 cm处，东西方向测定地径，获得地径基础数据。分别于2018年11月25日和2019年10月25日，再次测量地径，计算地径增加值。使用SPAD 502叶绿素仪测定叶片叶绿素相对含量。将植株当年生叶片与枝条剪断分离，将叶片和枝条在105℃下杀青30 min，在70℃烘干48 h至恒重，将烘干后的样品研磨成粉末(< 0.5 mm)后，用H2SO4-H2O2消煮，消煮液的氮浓度用凯氏定氮法测定，消煮液的磷浓度用钒钼黄比色法测定[15]。

1.2.2.2 土壤有效氮和有效磷

准确称取6 g新鲜土样，加入100 mL 0.01 mmol/L CaCl2溶液，在25℃震荡机上震荡1 h，采用连续流动分析仪(TRACS 2000 system, Bran and Luebbe, Norderstedt, Germany)测定土壤有效氮含量(Nmin)。土样风干后，称取2.5 g风干土用pH为8.5的5 mol/L NaHCO3浸提，钼锑抗显色后，测定有效磷含量(Olsen-P)[16]。

1.3 数据处理

采用SAS统计软件(SAS 8.1，美国)进行单因素方差分析，并使用Tukey's方法在P≤0.05水平上进行均值的多重比较。在SigmaPlot(SigmaPlot 10.0，美国)中使用线性模型和经验二次方程式来分析地径与植株养分含量、土壤Olsen-P和 Nmin之间的关系。

2 结果与分析

2.1 氮磷供应水平对野蔷薇主干地径生长影响

研究表明，不同氮处理条件下蔷薇主干地径生长差异显著(P<0.05)。随着供氮强度增加，地径增长量表现出先增加后降低的趋势。当施氮量由N0增加到N100时，地径生长量达到最大值，然后保持平稳，当施氮量为N300时，地径生长量明显降低。与N0，N50和N300处理相比，2018年N100处理地径生长量增加了16.17%～51.15%，2019年N100处理地径生长量增加了8.36%～46.35%；相比较来说，N100和N200处理间地径生长量无显著差异。

不同磷供应条件下，2018年和2019年蔷薇主干地径生长表现不一样的特征。2018年，随着磷供应强度增加，地径生长也表现出先增加后降低的趋势，当施磷量由P0增加到P100时，地径生长量达到最大值，随着施磷量继续增加，地径生长量开始降低。与P0、P50、P200和P300处理相比，P100地径生长量分别增加50.36%、10.99%、20.89%和30.13%。2019年不施磷处理P0地径生长量显著低于其它施磷处理，而P50、P100、P200和P300处理之间地径生长量无显著差异。图1

图1 氮磷不同水平下野蔷薇地径增加值

2.2 氮磷供应水平对叶片和枝条养分吸收影响

研究表明，氮供应水平对蔷薇植株养分吸收有显著影响。随着施氮水平增加，叶片和枝条氮含量均表现出先增加后降低的趋势。2018年，当氮供应量从N0增加到N50时，叶片氮含量增加6.08%；从N50增加到N100，叶片氮含量达到最大值；氮供应量增加到N200时，氮含量保持稳定；继续增加到N300时，叶片氮含量较N200显著下降。枝条氮含量从N0到N200保持增加的趋势，N200较N0增加15.83%，当氮供应量为N300时，枝条氮含量显著降低。2019年叶片和枝条氮含量在N0和N300处理间无显著差异，这2个处理植株氮含量均低于N50、N100和N200处理。表明适宜氮供应水平促进植物养分吸收，过低或高氮水平抑制植株养分吸收。表1

表1 不同氮水平下叶片和枝条氮养分含量变化

磷供应水平对蔷薇植株养分吸收表现出与氮供应不同的状态。2018年，随着磷供应水平增加，叶片磷含量逐渐增加，当磷供应水平为P300时，叶片磷含量达到最大值，P300较P0增加9.89%；与不施磷处理P0相比，其它4个磷处理枝条磷含量显著增加16.91%～20.59%，这4个磷处理间枝条磷含量无显著差异。2019年叶片和枝条磷含量在不施磷处理P0时显著低于其它4个磷处理，4个磷处理间植株磷含量无显著差异。表2

表2 不同磷水平下叶片和枝条磷养分含量变化

2.3 氮磷供应水平对叶片SPAD值的影响

研究表明，不同氮磷供应水平下蔷薇叶片SPAD值存在显著差异。随着氮供应水平增加，SPAD值表现出先增加后降低的趋势；从N0处理到N100处理，SPAD值明显增加；氮N200时，SPAD值达到最大值；当氮供应量增加到N300时，SPAD值显著降低。与N0、N50、N100和N300处理相比，N200处理SPAD值分别增加14.06%、9.98%、4.79%和17.12%。N100和N200处理间SPAD值无显著差异。与P0、P50、P200和P300相比，P100处理SPAD值分别增加17.83%、5.86%、6.49%和12.94%。图2

图2 2018年氮磷不同水平下野蔷薇叶片叶绿素相对含量变化

2.4 主干地径与植株养分含量和土壤有效养分之间的相关性

研究表明，叶片氮含量、枝条氮含量和土壤有效氮与地径生长量均呈现明显的正相关关系(P<0.05)。与枝条氮含量相比，叶片氮含量与主干地径增长量存在更强的正相关关系(P<0.01)。图3

图3 2018年主干地径与植株氮含量和土壤Nmin的相关性

不同磷供应水平下，叶片和枝条磷含量与主干地径增长量不存在正相关关系，而土壤有效磷与主干地径增长量存在显著的正相关关系(P<0.01)。图4

图4 2018年主干地径与植株磷含量和土壤有效磷的相关性

3 讨论

氮和磷供应水平对蔷薇植株生长具有显著的调控作用。随着供氮强度增加，主干地径生长量表现出先增加后降低的特征。适宜供氮水平下，砧木株高和地径均高于其它供氮水平[17-18]。研究中，不同氮供应水平下，叶片和枝条氮含量也表现出先增加后降低的特征，并且叶片和枝条氮含量与主干直径生长表现出强烈的正相关关系，表明蔷薇主干直径的快速增粗可能得益于叶片和枝条适宜的氮含量。与枝条氮含量相比，叶片氮含量与主干直径表现出更强的正相关关系，叶片营养诊断法适用于判断蔷薇植株生长状况[19]。氮不仅是重要的营养元素，而且可以作为系统性信号物质调节一系列代谢过程，从而影响植株地上部生长发育[20]。植物模块化生长和可塑性响应允许植物对土壤中这些养分资源的获取[21]。并且不同供氮水平下，蔷薇叶片SPAD值具有显著差异。已有研究表明，植物叶片SPAD值与全氮含量呈正相关关系，SPAD值高，全氮含量也高，可以用SPAD值估算全氮含量进行植物氮素营养状况诊断[22]。同一品种不同叶位SPAD值与全氮含量可能表现不一致，即与叶片的叶色、形态和生育时期密切相关。试验结果表明，当氮供应水平为N100或N200时，主干地径、叶片和枝条氮含量以及叶片SPAD均达到最大值，100～200 mg/kg 浓度的营养液是促进蔷薇生长的适宜氮供应水平。

磷是继氮之后的第二大营养元素，是核酸、磷脂、植素等有机化合物的重要组成部分，参与植物体内许多生理生化反应(如能量代谢、光合作用和呼吸作用)过程的调节，对植物生长发育有着至关重要的作用[23]。通过比较氮磷不同配比对云南松生长的影响，结果表明，较高的氮肥比例有利于促进根系发育和叶片生物量的积累，较高的磷肥比例有利于促进树干的粗生长和高生长[24]。随着供磷水平提高，砧木的株高、地径、干物质重量及根系长度等指标均先升高后降低，并且磷供应水平影响着氮素利用率[25]。研究表明，随着磷供应水平增加，2018年蔷薇地径生长表现先增加后降低的趋势，而2019年当磷供应水平从P50增加到P300时，主干地径无显著差异，这种效应可能由于土壤中磷素被固定，有效磷含量降低导致的结果[26]。研究发现，随着磷供应水平增加，SPAD值表现出与地径生长类似的先增加后降低的趋势，适宜磷供应水平影响着叶片叶绿素含量，从而影响光合产物的积累。