油用牡丹对钙镁硫元素吸收和积累规律的研究

李海波 赵哀梅 彭霞薇

摘要：为明确油用牡丹植株对Ca、Mg、S的吸收规律，为油用牡丹专用肥配制及合理施用提供参考，本研究以5年生油用牡丹‘凤丹’为试验材料，使用电感耦合等离子体光谱仪测定油用牡丹生长发育过程中叶片、新枝、老枝、根和果荚中Ca、Mg、S元素的含量和积累量，分析其不同器官中三种元素含量和积累量的年变化规律。结果表明：在油用牡丹的年生长周期中，其对各元素的吸收量与积累量存在差异，各时期均表现为Ca>Mg>S;油用牡丹对Ca、Mg、S的年吸收量分别为4.99g/株、0.33g/株和5.92mg/株，吸收比约为843∶56∶1;盛花期（5月）到果荚发育期（6月）是Ca、Mg、S的吸收活跃期。相关性分析表明，油用牡丹植株中Ca、Mg、S的积累量间存在极显著正相关。

关键词：油用牡丹;钙镁硫元素;吸收;积累

油用牡丹（PaeoniasuffruticosaAndr.）是牡丹组植物中产籽能力强、种籽出油率≥22%的种的统称[1]。油用牡丹是我国一种新兴木本油料作物，与油茶、核桃等一起被列为木本油料作物主推品种[2]，为解决我国50%以上的食用油或油籽依靠进口问题提供了可能[3]。近年来，在国家助农脱贫政策支持下，2017年底油用牡丹种植面积已达17万公顷，并逐年增加，相关研究也随之开展[4]。研究表明，牡丹籽油中不饱和脂肪酸含量高达90%以上，且其中的亚麻酸含量在32.72%～67.13%之间[5]，具有抗氧化、降血压和降血脂等功能。

钙、镁、硫是植物生长发育过程中不可缺少的矿质元素，参与多种生理生化过程。钙是细胞壁和质膜的组分，具有稳定细胞结构的作用，也可作为酶的活化剂，参与信息传递[6-8]。镁是合成叶绿素的重要组分，参与光合作用，也是多种酶的活化剂[9]。缺镁时，老叶叶端和叶缘先变黄后逐渐扩展[10-12]。硫是参与蛋白质合成的重要成分，含硫有机物参与植物的呼吸作用[13]。林松明等[14]研究表明施钙肥可提高花生植株叶片叶绿素含量与间作花生的籽粒产量。田贵生等[15]研究表明施镁肥可以提高油菜籽的产量与籽油产量。司贤宗等[16]研究表明施用硫肥可以提高花生籽粒与脂肪的产量。

目前，有关油用牡丹植株对钙、镁、硫元素吸收规律的研究尚未见报道。本试验以油用牡丹‘凤丹’为供试品种，就其年生长周期对钙、镁、硫元素的吸收与累积规律进行研究，以期为油用牡丹合理施肥提供参考。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验材料来自山西省长治地区油用牡丹‘凤丹’种植基地。该基地位于112°58′26″E，36°27′73″N，海拔1000m，年降水量550mm，属大陆性温带季风气候。土壤理化性质为有机质含量10.79g/kg、全氮0.66g/kg、有效磷13.41mg/kg、速效钾365.44mg/kg，pH值7.66，含水量13.36%。

1.2供试材料与样品采集

试验于2018年进行。选取5年生‘凤丹’油用牡丹为材料，设置3个取样区。每个取样区选取5株长势一致、无病虫害、结果正常的油用牡丹标准株，分别于休眠期（1月12日）、大风铃期（4月12日）、盛花期（5月12日）、果荚发育期（6月12日）和种籽成熟期（8月12日）挖取植株，按分解取样法取样，叶片、新枝、果荚、老枝、根分解后置于105℃下杀青30min，后于80℃下恒温烘干至恒重。称重后粉碎过筛，每个取样区5株植株混合为一个样品用于钙、镁、硫元素的测定[17]。

1.3元素测定方法

样品采用微波消解法[18]进行消解，之后采用电感耦合等离子体光谱法[19-21]進行测定。Ca、Mg、S分析谱线波长分别为317.933、279.077、182.034nm。

植株元素积累量=元素含量（g/kg）×植株干重（kg/株）。地上部元素积累量是叶片、新枝、果荚和老枝元素积累量之和，地下部元素积累量是根的元素积累量，整株元素积累量为地上部与地下部元素积累量之和。元素吸收量为不同取样时期元素积累量的差值。

1.4数据分析

采用MicrosoftExcel2019和SPSS19.0软件对试验数据进行统计分析和作图。

2结果与分析

2.1油用牡丹生长过程中Ca、Mg、S元素含量及积累量的变化

2.1.1叶片中的变化 由表1、表2看出，在年生长周期中，叶片Ca含量和积累量不断增加，在种籽成熟期达到最大值，分别为40.08g/kg、2.25g/株。Mg含量和积累量呈先增加后下降趋势，Mg含量在盛花期达到最高值，为3.49g/kg，积累量在果荚发育期最高，为0.17g/株，这与盛花期到果荚发育期叶片不断长大、质量迅速增加有关。S含量先下降后增加，果荚发育期含量最低，为36.82mg/kg，积累量在种籽成熟期最高，为2.69mg/株。

2.1.2新枝中的变化 在年生长周期中（表1、表2），新枝Ca含量和积累量的变化与叶片相同，均不断增加，在种籽成熟期达到最大值，分别为28.74g/kg、0.95g/株。Mg与S含量先下降后增加，分别在种籽成熟期和大风铃期达到最大值，为3.51g/kg、30.01mg/kg。Mg的积累量不断增加，在种籽成熟期达到最大值，为0.12g/株。S的积累量先下降后增加，在果荚发育期积累量最小，为0.31mg/株。

2.1.3老枝中的变化 由表1、表2看出，在年生长周期中，老枝Ca、Mg、S含量呈波动变化，变幅与其他器官相比相对较小，含量和积累量分别在种籽成熟期达到最大，含量分别为23.43g/kg、1.13g/kg、15.87mg/kg，积累量分别为0.98g/株、0.05g/株、0.66mg/株。

2.1.4根中的变化 由表1看出，根中Ca、Mg、S含量均呈波动性变化，Ca、Mg含量在盛花期最大，分别为23.73、1.22g/kg，S含量在种籽成熟期最大，为15.95mg/kg。三种元素的积累量均在种籽成熟期最大，分别为1.47g/株、0.08g/株、1.33mg/株（表2）。

2.1.5果荚中的变化 由表1、表2看出，果荚中Ca、Mg含量呈下降趋势，S呈上升趋势;Ca、Mg、S均在种籽成熟期积累量达到最大，分别为0.75g/株、0.06g/株、1.66mg/株。在果荚发育期至种籽成熟期，果荚迅速增重，各元素积累量也随之增加。

2.2油用牡丹Ca、Mg、S积累量的年变化

2.2.1Ca积累量 由图1看出，从休眠期到种籽成熟期，油用牡丹植株Ca累积量增加4.25g/株。从休眠期到大风铃期，植株地上部Ca积累量增加0.49g/株，总积累量增加占比77.78%，说明此时期油用牡丹植株吸收的Ca主要储存于植株地上部，参与细胞壁的形成、信息传递等功能。从大风铃期到盛花期，植株吸收的Ca主要储存于地下部，总吸收量增加占比68.18%。从盛花期到种籽成熟期，Ca几乎全部储存在植株地上部。综上说明油用牡丹发育过程中，大部分Ca储存在植株地上部用于生长发育。

2.2.2Mg积累量 如图2所示，从休眠期到种籽成熟期，油用牡丹植株Mg累积量增加0.33g/株。从休眠期到大风铃期，Mg的地上部积累量增加0.07g/株，地下部积累量几乎未增加，因此这一时期植株吸收的Mg主要用于地上部的光合作用、参与酶的活化等。从大风铃期到盛花期，Mg的地上部积累量从0.11g/株增加到0.16g/株，总积累量增加占比62.50%。从盛花期到种籽成熟期，Mg的地上部积累量从0.16g/株增加到0.34g/株，总积累量增加占比100%。综上所述，与Ca的积累规律一致，Mg主要积累在油用牡丹植株地上部。

2.2.3S积累量 如图3所示，从休眠期到大风铃期，S积累量从0.86mg/株增加到2.98mg/株，表明这一时期植株吸收的S元素达2.12mg/株，其中地上部增加1.80mg/株，总积累量增加占比84.91%;地下部增加0.32mg/株，总积累量增加占比15.09%。从大风铃期到果荚发育期，地下部积累量为0.07mg/株，总积累量增加占比3.91%，其余大部分均积累在植株地上部。从果荚发育期到种籽成熟期，地下部积累量从0.81mg/株增加到1.33mg/株，总积累量增加占比25.87%。综上所述，S主要积累在地上部，与Ca、Mg比较，S在地下部的积累量相对较多。

2.3Ca、Mg、S吸收量的年变化

如图4所示，每个时期对元素吸收量大小顺序均为Ca>Mg>S，在盛花期（5月）到果莢发育期（6月），Ca、Mg、S的吸收量分别为2.24g/株、0.16g/株、1.59mg/株。与其他时期相比，油用牡丹植株在这个时期对这三种元素的吸收速率最快，可能与植株快速增长有关，应注意这三种肥料的合理配比与用量。年生长周期内Ca、Mg、S的吸收量总和分别为4.99g/株、0.33g/株、5.92mg/株。综上所述，在年生长周期中，油用牡丹植株对Ca的吸收量最大，Mg次之，S最小，Ca、Mg、S的吸收活跃期为盛花期到果荚发育期，其年吸收量之比约为843∶56∶1。

2.4相关性分析

对不同生育期油用牡丹中Ca、Mg、S积累量间的相关性进行分析，结果（表3）表明，除在大风铃期S积累量与Ca积累量呈负相关（P>0.05）外，其他时期三种元素的积累量均呈正相关。其中休眠期Ca与Mg，盛花期S与Mg，果荚发育期Ca、Mg、S，种籽成熟期S与Ca的积累量间呈极显著正相关（P<0.01），其他时期各元素间未达到显著相关（P>0.05）。

3讨论与结论

本研究表明，年生长周期中，油用牡丹植株对Ca、Mg、S的吸收活跃期为盛花期到果荚发育期，年吸收量可达4.99g/株、0.33g/株、5.92mg/株，吸收比例约为843∶56∶1。刘双等[17]研究表明5年生油用牡丹中氮素的年吸收量为2.62g/株，磷素的年吸收量为0.32g/株。与其氮素年吸收量相比，本研究Ca的年吸收量是氮素的2倍，Mg的年吸收量与磷素相同。在木本植物中Ca含量、积累量较高是正常现象，Ca在木本植物的细胞壁、细胞质膜中存在或参与多种代谢活动。前人发现在石灰岩地区油用牡丹植株长势更加良好[22]，这与石灰石土壤中钙含量高有关。李敏等[23]研究表明用含钙离子营养液处理油用牡丹幼苗后，与空白对照相比，株高、叶片叶绿素含量与光合速率都显著提高。Mg是叶绿素光合作用的关键金属离子[24]，在油用牡丹植株中年吸收量相对较高，应注意Mg肥的补充。综上，适量施用含Ca、Mg的肥料，可提高油用牡丹的光合效率，从而有利于油用牡丹植株生长。

对年生长周期植株Ca、Mg、S吸收量的研究表明，盛花期到果荚发育期是这三种元素的吸收活跃期，此时期吸收速率最快，也是油用牡丹植株果荚形成及快速生长的时期，需要吸收大量的营养以供植株快速生长。因此在盛花期前应注意Ca、Mg、S肥的合理配施，有利于提高油用牡丹植株对三种元素的吸收水平，从而促进植株生长。

相关性分析表明，油用牡丹植株体内Ca、Mg、S的积累量之间存在显著相关。植物对营养元素的吸收是一个复杂过程，各元素间可能互相促进[25，26]，也可能某一种元素过多而抑制其他元素的吸收[27]。李敏等[23]研究表明Ca2+浓度过高，并不会促进植株生长，还出现降低叶片叶绿素含量的现象。因此，大风铃期S的积累量与Ca的积累量呈负相关可能的原因是Ca的积累量过高抑制了S的吸收，具体机制还有待于进一步研究。

综上所述，油用牡丹不同生长时期对Ca、Mg、S的吸收与积累规律不一致，需合理配施肥料为其提供足够的养料。施肥对于油用牡丹生长及元素积累的影响还有待于进一步研究。