2种不同岩性土壤上施肥后闽楠叶片DRIS营养诊断

陆欣远，韦小丽，张红艳，田 鸿

(贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025)

植物叶片营养诊断方法包括充足范围法 (SRA)、诊断施肥综合法(DRIS)、适度偏差百分数法(DOP)、组分营养诊断法(CND)等4种。其中诊断施肥综合法作为一种判断植物营养情况的先进方法，其诊断结果不受林木品种、叶龄以及部位等影响，能明确表示某种元素的丰缺状况，同时可判断出林木有效的施肥顺序，已被广泛应用于多数果树的营养诊断[1-3]。闽楠(Phoebebournei)樟科楠属，我国二级珍稀保护植物，为我国特有的珍贵用材树种，在国内更是有着“中华第一材”的美誉[4]。正是因其极高的经济价值，闽楠虽在我国多省区均有分布，但长期以来遭受无节制滥伐利用，加之其对立地条件要求严格，生长缓慢等特点，使之自然种群极度稀少甚至面临濒危，已被世界自然保护联盟(IUSN)红皮书列为低危树种[5-6]。而就目前国内关于闽楠的研究多在种群和群落特征[7-8]、苗木繁育[9]和遗传多样性[10]等方面，相关施肥研究也仅为不同施肥方式以及施肥水平的控制[11-13]，关于闽楠在不同岩性发育的土壤上栽植的施肥响应及营养诊断情况研究却鲜见，同时随着苗木不断生长，考虑到土壤中的养分供给有限这一情况，为尽可能避免苗木养分亏缺现象出现导致生长不良[14]，及时对苗木进行营养诊断，掌握苗木在不同土壤条件下的养分需求规律，从而制定施肥方案，合理补充苗木所需养分，快速促进其郁闭成林至关重要。为此，本研究以2年生的闽楠苗木作为研究对象，在2种不同岩性土壤上进行闽楠正交施肥试验，并采用DRIS图解法、指数法营养诊断法和叶片养分临界范围划分对其进行综合营养诊断，探寻闽楠在2种不同岩性土壤上的元素需求顺序、元素最佳比值范围和元素适宜质量分数范围，以便更好揭示其养分需求规律，为其在不同土壤类型造林地上进行科学养分管理和培育高质量闽楠资源提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地为贵州省贵阳市花溪区贵州大学南校区苗圃试验地，地理位置位于106°34′E，26°34′N，平均海拔1 159 m，属于中亚热带湿润温和型气候，平均气温15.8 ℃，年降水量1 229 mm，年平均相对湿度79%，年生长期271 d。经项目组前期试验结果表明，闽楠在煤系砂页岩、玄武岩和石英砂岩和板岩发育而来的土壤上生长较好，其中生长情况最优的土壤类型主要为煤系砂页岩和板岩，因此将其作为本研究闽楠造林优先选择的土壤类型(以下简称“板岩土壤”“煤系砂页岩土壤”，分别用字母“B”“M”表示)，分别采自贵州省剑河县和贵州省贵阳市花溪区，2种土壤均取A层心土层土壤，土层深度20 cm，试验土壤均在采集地过筛后运回试验地。分别将2种土壤装入长5.0 m、宽1.2 m、深0.5 m的水泥框内，土壤装填厚度40 cm，每种土壤装4个框。2种岩性土壤的理化性质为：板岩有机质质量分数49.14 g·kg-1，全N 2.81 g·kg-1，全P 0.07 g·kg-1，全K 12.59 g·kg-1，碱解N mg·kg-1，有效P 1.76 mg·kg-1，速效K 2.32 mg·kg-1；煤系砂页岩有机质质量分数52.99 g·kg-1，全N 3.32 g·kg-1，全P 0.78 g·kg-1，全K 6.98 g·kg-1，碱解N 52.69 mg·kg-1，有效P 2.32 mg·kg-1，速效K 77.83 mg·kg-1。

1.2 试验材料

试验苗木是贵州省从江县国有林场培育的符合造林标准的大小长势基本一致的2年生闽楠苗木，施肥前苗木平均高度(50.4±6.84)cm，平均地径(5.25±0.74)mm。苗木移植时间2018年3月上旬，栽植株间距30 cm×30 cm。

1.3 试验设计

2种岩性土壤上都进行N、P、K 3因素二次回归正交施肥试验[15]，试验共15个处理，重复3次，每个重复10株闽楠苗。实际施肥量参照欧建[16]试验结果进行设计(表1)。肥料分2次施入，施肥时间分别为6月20日和7月15日，每次施肥量为总施肥量的50%，施肥方式为环状沟施于闽楠苗根部周围。试验用肥料N肥：尿素(N≥46.2%)；P肥：生物酶活化P肥(P2O5≥16%)；K肥：K2SO4(K2O≥51%)。

表1 闽楠N、P、K正交回归施肥试验处理方案Table 1 Treatment scheme of quadratic regression orthogonal fertilization experiment of Phoebe bournei,seedlings

1.4 指标测定方法

待12月生长季结束后，在各试验小区内，进行随机取样，每处理每个重复选具有代表性4株苗木采取全挖法起苗，将植株样品带回实验室后及时进行根、茎、叶分离，装进信封放入烘箱90°杀青15 min，然后恒温80 ℃烘样24 h至恒重后取出，称得各部分干重。再将每个处理的全部根、茎、叶干样品分别混匀后用粉碎机磨碎过筛(0.25 mm)，用于植株养分含量(全N、全P、全K)的测定。采用浓硫酸、高氯酸混合酸对样品进行消煮，然后全N含量测定采用扩散吸收法，全P含量测定采用钼锑抗比色法；全K含量测定采用火焰光度计法[17]。

1.5 营养诊断方法

1.5.1 DRIS图解法营养诊断 DRIS诊断图由2个同心圆和3个通过圆心的坐标轴所组成的。圆心作为植株生长良好各营养参数的最佳养分比例。图解法的内、外圆的半径分别为高产组标准差(SD)的2/3倍、4/3倍。其中养分平衡区为两圆的内圆范围，以“→”表示平衡。内圆与外圆之间为稍不平衡区，用“”偏高，“”为偏低表示。外圆外围为养分极不平衡区，分别用“↑”过剩或“↓”缺乏表示[18]。

1.5.2 DRIS指数法营养诊断 DRIS指数表示植物某营养元素的需要程度，当指数为负表示植物需求该元素，且负指数的绝对值越大表示需要程度越大；正指数越大表示植物对元素需要程度越小。若计算结果要求各指数的代数和为零，说明计算无误[19]。N、P、K元素DRIS指数计算公式为[20]

N指数=[f(N/P)+f(N/K)]/2

(1)

P指数=[-f(N/P)-f(K/P)]/2

(2)

K指数=[f(K/P)-f(N/K)]/2

(3)

其中函数f(N/P)、f(K/N)、f(K/P)的计算，以f(N/P)为例：

f(N/P)=100[(N/P)/(n/p)-1](当N/P>n/p，即N/P的实测值>标准值)或f(N/P)=100[1-(N/P)/(n/p)](当N/P>n/p，即N/P的实测值<标准值)，P、K参数同理，标准值是根据各施肥处理各参数的平均值计算得出，其反映了整个林分的平均状况。

养分不平衡指数(NII)为各营养元素指数绝对值代数和，绝代数和越趋近于0，表明各元素处于植物生长平衡状态，代数和越大，表明元素不平衡程度越严重[21]。

1.5.3 叶片营养诊断临界标准 参照高伟等[22]的方法将闽楠营养诊断的标准质量分数分别设为过剩、偏高、平衡、偏低、缺乏5个临界等级，以高产组闽楠叶片营养元素DRIS诊断平均值作为平衡值与其标准差结合，具体营养诊断的标准质量分数设置如下

偏高值=平衡值+4/3标准差

(5)

过剩值=平衡值+8/3标准差

(6)

偏低值=平衡值-4/3标准差

(7)

缺乏值=平衡值-8/3标准差

(8)

1.6 数据分析

利用Excel 2010对数据进行统计整理，SPSS22.0进行数据分析，Origin2019和Auto CAD进行制图。

2 结果与分析

2.1 闽楠产量组划分

根据表2、图1，将板岩土壤上闽楠各施肥处理B1、B2、B3、B4、B6、B9为低产组，B5、B7、B8、B10、B11、B12、B13、B14、B15为高产组；将煤系砂页岩土壤上闽楠各施肥处理M1、M2、M3、M4、M5，M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M14为低产组，M13、M15为高产组，最后选择2种岩性土壤上的高产组与低产组数据进行对比与分析。

表2 2种岩性土壤上闽楠各部分器官生物量分配Table 2 Biomass distribution of various organs of P.bournei in two lithological soils g·株-1

图1 2种岩性土壤上闽楠各处理生物量聚类分析Fig.1 Cluster analysis of biomass of P.bournei in different treatments in two lithologic soils

2.2 闽楠苗营养诊断参数统计

通过对2种岩性土壤上的闽楠生物量进行聚类分析，将不同土壤上的各施肥处理组为高产组、低产组，再分别对其N、P、K、N/P、N/K、P/N、P/K等11种参数的平均数、标准差、变异系数、方差及两者间的方差比(VL/VH)进行对比统计(表3、表4)。板岩土壤上任意2种元素的同等表达式中：N/P>P/N、N/K>K/N、K/P>P/K，选择较大的N/P、N/K、K/P作为闽楠营养诊断的重要参数；在煤系砂页岩土壤上：P/N>N/P、K/N>N/K、P/K>K/P，将P/N、K/N、P/K确定为煤系砂页岩土壤上闽楠营养诊断的重要参数。

表3 板岩高产组和低产组营养元素DRIS诊断参数Table 3 DRIS diagnostic parameters of nutrient elements in high yield group and low yield group (B)

表4 煤系砂页岩高产组和低产组营养元素DRIS诊断参数Table 4 DRIS diagnostic parameters of nutrient elements in high yield group and low yield group (M)

2.3 闽楠苗DRIS图解法营养诊断

将板岩上的闽楠叶片进行DRIS诊断图制作，以选出的高产组3个重要参数平均值作为圆心值，高产组标准差(SD)的2/3、4/3为内、外圆直径(图2)。由此可得N、P、K质量分数最佳配比为N/P=17.713±2.522，N/K=2.939±0.406，K/P=6.088±0.656，当K/P参数值在6.744～7.400时，表明K偏高，P偏低，外圆半径以外，K过剩，P缺乏；N/K参数值在3.345～3.751时，K偏高，N偏低，外圆半径以外K过剩，N缺乏；N/P参数值在20.235～22.756时，N偏高，P偏低，向外扩展N过剩和P缺乏程度越严重。同样在煤系砂页岩上闽楠营养元素质量分数最佳配比为P/N=0.048±0.004、K/N=0.356±0.044、P/K=0.138±0.006。由图2(M)可知，当P/N、K/N参数分别在0.052～0.056和0.400～0.443时均为N偏低、P与K偏高，外圆以外则为N缺乏，P与K过剩；同样P/K参数呈现为，外圆以外为P过剩K缺乏。

图2 2种岩性土壤上闽楠叶片营养DRIS诊断Fig.2 The DRIS of P.bournei leaf in two lithologic soils

2.4 闽楠苗DRIS指数法营养诊断

对2种岩性土壤上的闽楠叶片进行元素DRIS营养诊断，根据计算偏离程度函数f(X/Y)分别计算得出N、P、K的DRIS指数，同时求出各处理营养不平衡指数(NII)。由表5、表6可知，在板岩土壤上，闽楠高产组、低产组所有施肥处理对元素的需求程度表现为P>K>N。其各处理中N指数以B10最小，B9最大；P指数以B9最小，B5最大；K指数以B9最小，B15最大。而从低、高产组平均不平衡指数(NII)对比可知，低产组(NII)>高产组(NII)，其中B9处于不平衡状态，B10更趋于平衡状态；在煤系砂页岩土壤上闽楠各施肥处理对于营养元素的需求程度表现为N>K>P。各处理对N的需求表现为M10最大，各施肥处理中M12的P指数最小，M7最大，而K元素各施肥处理均表现为不同程度缺乏，M7处理K元素缺乏最小也最为严重，而M5相对过剩。煤系砂页岩土壤上各处理也表现为低产组(NII)>高产组(NII)，表明低产组中营养不平衡程度更大，其中以M10不平衡，M12更趋于平衡。

表5 闽楠各施肥处理N、P、K指数及需肥次序Table 5 N,P,K indices and orders of fertilizer requirements in different fertilization treatments of P.bournei

表6 闽楠各施肥处理N、P、K指数及需肥次序Table 6 N,P,K indices and orders of fertilizer requirements in different fertilization treatments of P.bournei

2.5 闽楠苗叶片营养诊断临界标准

将闽楠叶片高产组N、P、K元素的DRIS诊断平均值作为平衡标准，再与标准差相结合制定得出闽楠在2种岩性土壤上几种元素浓度的标准如表7可知，板岩上各元素的适宜范围为：N=18.961～26.010 g/kg，P=1.032～1.577 g/kg，K=6.046～9.709 g/kg；煤系砂页岩上闽楠各元素适宜范围为：N=20.050～29.730 g/kg，P=1.152～1.218 g/kg，K=8.167～9.073 g/kg。

表7 2种岩性土壤上闽楠叶片养分含量范围等级Table 7 Ranges and grades of nutrient contents in the leaves of P.bournei in two lithologic soils g·kg-1

3 结论与讨论

3.1 结论

本试验在2种不同岩性土壤上对闽楠施肥后结合叶片DRIS营养诊断及养分适宜范围等级划分方法，得出精准性较高的试验结果。其中在板岩土壤上闽楠叶片的营养元素质量分数比值的最适范围为：N/P=17.713±2.522，N/K=2.939±0.406，K/P=6.088±0.656，生长过程中对P的需求程度大于K、N；在煤系砂页岩上闽楠叶片的营养元素质量分数比值为：P/N=0.048±0.004、K/N=0.356±0.044、P/K=0.138±0.006，对于N的需求大于K、P。同时板岩上闽楠叶片养分质量分数的适宜范围为：N=18.961～26.010 g/kg，P=1.032～1.577 g/kg，K=6.046～9.709 g/kg；煤系砂页岩上闽楠叶片养分质量分数范围为：N=20.050～29.730 g/kg，P=1.152～1.218 g/kg，K=8.167～9.073 g/kg。通过计算营养不平衡指数(NII)后对比得出B10和M12在各自施肥处理中养分更趋于平衡状态，同时结合闽楠在2种不同土壤上的需肥规律以及叶片养分质量分数适宜范围，合理增减N、P、K施肥量能更好达到闽楠养分科学管理的目的。

3.2 讨论

土壤的发育形成过程与岩性密不可分，而母岩的理化性质又直接影响着土壤的理化性质及养分含量，岩性、土壤、植物三者之间相互联系、相互影响，其中土壤的不同理化性质由岩性的差异性决定，而植物的生长差异又由不同的土壤理化性质决定[23]。但土壤中养分资源十分有限，及时补充苗木所需养分很有必要。在不同的生长阶段苗木对养分的需求不同，养分长期供应不足苗木则生长不良，而当供应过多过快苗木则不能及时吸收而大量流失[24]。本研究通过对闽楠在2种岩性土壤上进行DRIS营养诊断得出，在煤系砂页岩土壤上闽楠养分需求表现为N>K>P，与之相似的有张龙等[25]关于闽楠的营养诊断结果；但在板岩土壤上闽楠养分需求则表现为P>K>N，差异产生的因素一方面不仅与母岩本身养分性质[26]有关，同时不同的林地土壤前期属性、养分管理方式等都会对土壤的养分供应产生影响；其中有研究指出[27]，长期进行种植的土壤若不及时进行施肥，土壤养分含量会明显下降，且如果土壤前期长时间栽植作物，也会导致基础肥力下降，若后期再栽植林木的施肥效果将不明显[28-29]，这也可能是本研究中，煤系砂页岩土壤全N以及碱解N含量虽高于板岩土壤，但闽楠在煤系砂页岩土壤上对N元素需求却大于板岩的原因之一。

据不同树种DRIS营养诊断相关研究结果发现[30-31]，樟树(Cinnamomumcamphora)与杏(Armeniacavulgaris)各自的低产组区的营养不平衡指数(NII)均大于高产组，说明相比于低产组，高产组营养元素更加平衡，这与本研究得出的结果一致；同时从2种不同岩性土壤上的闽楠各处理NII值可得出，板岩和煤系砂页岩土壤上分别以B9和M10处理NII最大，说明该处理下N、P、K养分比例不平衡严重，需及时调整施肥配比；而B10、M12处理NII值最小，均趋于平衡状态，其施肥配比可在基于划分出的元素临界范围内继续用作闽楠在该种土壤环境上造林后养分管理的参考依据。DRIS诊断结果与指数临界值法和养分范围法相结合的方法进行营养诊断，相比于单一方法进行营养诊断，能够有效提高诊断的精准度[18-20]。本研究就2种岩性土壤上的各元素进行临界范围分级划分后对比发现2种岩性土壤上的闽楠P、K最适范围误差较小，诊断结果准确性较好，能为闽楠合理施肥提供理论依据；但N元素最大范围误差达到12.52%，这可能是因为DRIS诊断法作为二元分析方法，考虑元素平衡状况更多，但当几种元素同时过剩或缺乏时，容易导致诊断误差[32-33]。Ams Rocha[34]也指出不同的营养诊断方法对于诊断桉树(Eucalyptus)的真实营养情况效果也有所不同，因此后期可开展多种营养诊断方法进行效应对比研究，使得苗木的营养诊断结果更加准确。