氮磷钾配方施肥对贵州金花茶生长及根系形态的影响

龙海燕， 邓伦秀， 徐超然， 陈 锐， 陈志萍

(贵州省林业科学研究院， 贵州 贵阳 550002)

0 引言

【研究意义】贵州金花茶(CamelliahuanaT. L.Ming et W. J. Zhang)为山茶科山茶属金花茶组常绿灌木或小乔木，仅分布于贵州和广西。金花茶组植物是山茶属内唯一开黄色茶花的类群，是世界珍稀的观赏植物和培育杂交茶花品种的优良种质资源；此外，金花茶富含微量元素及人体必需的氨基酸，在降低血脂、血糖及防癌抗癌方面具有特殊功效，具有较高的药用价值[1]，被誉为植物界“大熊猫”“茶族皇后”。贵州金花茶模式标本于1958年由北京植物所曹子余先生采自贵州省册亨县，1993年由昆明植物所阁天绿等将其定名为贵州金花茶[2]。贵州金花茶自发现以来一直未引起足够重视，受利益趋使其野生植株遭到大量采挖贩卖，目前在野外已难寻踪迹，少数被当地村民移栽至房前屋后作为自主产品经营。近年来，随着贵州省积极推动发展林下经济，罗甸县着力推广金花茶种植，种植规模日益扩大，但相关的配套栽培技术却相对匮乏。开展配方施肥对贵州金花茶生长发育及根系形态影响的研究，筛选其最佳氮磷钾(NPK)施肥配方，对促进贵州金花茶种植产业发展具有重要现实意义。【前人研究进展】贵州金花茶相关报道已见遗传学[3-5]、生物学特性[6]及花、叶成分等[7-8]方面的研究。栽培方面，席培宇等[9]探究了贵州金花茶大田扦插技术，扦插生根率达90%以上，并已有就地扦插育苗和叶片快繁的相关专利[10-11]报道。龙海燕等[12]筛选出5株表型优势明显的贵州金花茶优良单株。陈菊艳等[13]探讨遮光对贵州金花茶生长发育和生理指标的影响指出，贵州金花茶扦插苗在30%～60%遮光条件下生长发育更好。但贵州金花茶在施肥技术方面的研究仍是空白。【研究切入点】合理施肥是提高苗木质量与产量的关键因素之一，目前鲜见施肥与金花茶生长发育及根系形态关系的研究报道。【拟解决的关键问题】采用“3414”试验设计研究NPK不同配方施肥下贵州金花茶幼苗生长及根系形态的变化，探明NPK配方施肥对贵州金花茶生长发育的影响，筛选适宜贵州金花茶生长的最佳NPK施肥配方，为金花茶的规模化种植及促进贵州金花茶产业的可持续健康发展提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 金花茶苗 贵州金花茶当年生播种苗，由罗甸茂井基地提供。

1.1.2 肥料 试验用氮肥为尿素(含氮量46.0%)，四川美丰化工股份有限公司；磷肥为过磷酸钙(含磷量16.0%)，福泉市福达磷化工有限责任公司；钾肥为氧化钾(含钾量60.0%)，中化化肥有限公司。

1.1.3 仪器设备 MRS-9600TFU2L多功能根系分析测量仪，0.0001电子天平。

1.1.4 土壤 供试土壤理化性质：pH 4.57，有机质17.4 g/kg，氮0.94 g/kg，磷0.18 g/kg，钾15.6 g/kg，水解氮75.47 mg/kg，有效磷3.58 mg/kg，速效钾80.14 mg/kg，氮含量中等，钾含量稍低，磷含量低下，总体肥力较低。

1.2 方法

1.2.1 材料预处理 2020年4月从当年生播种苗中挑选300株长势一致且无病虫害的贵州金花茶，裸根起苗后用湿沙储藏带回贵州省林业科学研究院中试基地内进行盆栽(规格15.6 cm口径×16 cm高，配有塑料托盘)，每盆栽1株。盆栽土壤按黄心土∶珍珠岩为4∶1混匀，土壤提前15 d采用多菌灵进行消毒处理，缓苗期间进行日常浇水除草管理。

1.2.2 试验设计 采用“3414”设计试验方案(表1)，设置氮磷钾3因素4水平，其中，氮肥施用量为0 g/株、2.18 g/株、4.36 g/株和6.54 g/株，磷肥施用量为0 g/株、6.26 g/株、12.52 g/株和18.78 g/株，钾肥施用量为0 g/株、1.66 g/株、3.32 g/株和4.98 g/株，以不施肥为对照(CK)，共14个处理，每个处理20株，共280株。于2020年6—10月对贵州金花茶幼苗进行施肥，磷肥作为底肥上盆时与土拌匀，一次性施入，尿素、钾肥每月月初施肥1次，每次按试验设计称取2种肥料施肥量的1/5，分别用50 mL水搅拌均匀后缓缓浇灌茶苗。

表1 贵州金花茶施肥试验的“3414”设计方案

1.2.3 指标测定

1) 生长指标。施肥试验开始后，每月中旬每个处理取20株幼苗，分别采用卷尺(精确至0.1 cm)和游标卡尺测量1次苗高和地径，直至试验结束。

2) 叶片形态指标。试验结束后，各处理随机选取3株健康的苗木，每株选取3片长势均匀的良好功能叶，采用直尺测量金花茶叶片的长度和宽度，叶面积采用数字图像处理法，用扫描仪采集叶片数字图像，利用Photoshop统计像素计算面积的方法计算叶片的面积，取平均值。

3) 根系指标。试验结束后，每处理选取3株幼苗浸入水中，小心冲洗取出完整的根系，采用多功能根系分析测量仪进行根系扫描获取图像，用万深根系分析软件(Microtek ScanWizard EZ)对根系图片进行各项指标分析，包括总根长、表面积、体积、平均直径和根尖数。

4) 生物量。试验结束后，每处理随机抽取3株健康的苗木洗净，置于烘箱内在75℃下烘48 h至恒重，取出后分别用天平称量地下部分(根系)和地上部分(茎、叶)干重，计算生物量。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2010进行数据统计以及图、表制作，用SPSS 20.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 NPK不同配方施肥贵州金花茶幼苗的苗高增长量

从图1可知，各施肥处理均不同程度促进贵州金花茶幼苗苗高增长。至测量结束时，各处理幼苗苗高的增长量为4.02～10.16 cm，表现为T2>T6>T9>T5>T11>T12>T4>T8>T10>T13>T7>T1>T3>CK，各处理较CK提高7.73%～152.61%；除T10、T13、T7、T3和T1外，其余施肥处理均较CK显著提高。其中，T2(N1P2K2)的增长量最大，为10.16 cm，是CK(4.02 cm)的2.53倍，显著高于除T6外的其余处理；其次是T6和T9，二者差异不显著，T6显著高于除T5和T9外的其余处理，T9显著高于除T5、T11、T12和T4外的其余处理。不同时段各处理幼苗苗高的增长量均以在7月15日至8月15日和8月15日至9月15日2个时段较大，占整个试验期总增长量的55.33%，表明这2个时段是苗高生长的主要时期，10月中旬以后苗高增长速度趋于缓慢，只占总增长量的8.42%。随着施N量增加，各处理苗高增长量呈先增后减趋势，在N1(2.18 g/株)水平时最大，CK最小；随着施P量和施K量增加，各处理苗高增长量呈上升趋势，分别在P3(18.78 g/株)和K3(4.98 g/株)水平时最大。各元素0水平处理(即T1、T3和T7)的苗高增长量均大于CK，但差异不显著，说明氮、磷、钾3种肥料对贵州金花茶幼苗苗高的生长较关键，偏施某一种肥料均达不到理想的施肥效果。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

2.2 NPK不同配方施肥贵州金花茶幼苗的地径增长量

从图2可见，不同施肥处理对贵州金花茶各处理地径增长量的影响存在差异。各处理幼苗地径的增长量为1.56～3.96 mm，表现为T9>T2>T5>T6>T11>T4>T12>T8>T13>T10>T1>T3>CK>T7，除T7外，各施肥处理地径增长量均大于CK，较CK提高1.27%～232.6%。不同时段各处理幼苗地径增长量，施肥初期(5月15日至6月15日)各处理的地径生长缓慢，此时苗木仍处于缓苗期；6月中旬，各处理地径的生长均不同程度加大，T9的地径增长量增幅最大，其次是T5和T11；7月中旬后，T9、T8和T2的地径增长量较大，表明6月15日至8月15日为地径的快速生长期，而10月中旬以后地径增长速度趋缓。不同施肥处理贵州金花茶的地径总增量以T9(N2P2K3)最大，为3.96 mm，是CK(1.63 mm)的2.42倍，显著高于其余处理；T2和T5其次，分别为3.42 mm和3.07 mm，二者差异不显著，T2显著高于除T5外的其余处理，T5显著高于除T6和T11外的其余处理；T7最小，但与CK和T3、T1无显著差异。随着施N量和施P量增加，各处理地径增量均呈先增后减趋势，分别在N1(2.18 g/株)和P2(12.52 g/株)水平时最大，在CK最小；随着施K量增加，各处理地径增长量呈先降后增趋势，在K0(0 g/株)水平即T7时最低，且低于CK，但二者差异不显著，说明缺失钾肥对幼苗地径的影响较大。

图2 NPK不同配方施肥处理各时段贵州金花茶幼苗地径的增长量

2.3 NPK不同配方施肥贵州金花茶幼苗叶片的形态特征

从表2看出，不同施肥处理贵州金花茶幼苗叶形态特征的变化。

表2 NPK不同配方施肥处理贵州金花茶幼苗叶片的形态特征

2.3.1 叶长 各处理幼苗平均叶长为7.77～11.97 cm，表现为T8>T2=T9>T4>T6>T13>T12>T5>T11>T7>CK>T3>T10>T1。其中，T8的叶长最长，与T2(11.93 cm)和T9(11.93 cm)无显著差异，三者分别比CK显著提高29.13%、28.69%和28.69%；T1的叶长最短，与T3(8.67 cm)、T10(8.17 cm)无显著差异，但显著低于其余处理。

2.3.2 叶宽 各处理幼苗平均叶宽为3.33～5.10 cm，T2>T9>T5>T4>T6>T8>T12=T11>T13>T10>T3>T7>CK>T1。T2的叶宽最宽，其次是T9(4.67 cm)、T5(4.47 cm)和T4(4.43 cm)，四者间差异不显著；T2显著高于除T9、T5和T4外的其余处理；T1的叶宽最窄，低于CK(3.77 cm)，且显著低于除T3(3.90 cm)、T7(3.80 cm)和CK外的其余处理。

2.3.3 叶面积 各处理幼苗叶面积为18.97～35.57 cm2，T2>T9>T5>T4>T6>T8>T13>T11>T12>T10>T3>T7>CK>T1。T2的叶面积最大，其次是T9(34.03 cm2)和T5(32.67 cm2)，T2显著高于除T9和T5外的其余处理；T1的叶面积最小，且低于CK(20.37 cm2)，二者差异不显著，但均显著低于除T3(20.70 cm2)、T7(20.63 cm2)、T10(22.40 cm2)和CK外的其余处理。

2.3.4 叶片数 各处理幼苗叶片数为6.4～11.1片，表现为T5>T2>T11>T9=T8>T4>T12>T6>T13>T7>T10>T3>T1>CK。T5的叶片数最多，其次是T2(10.4片)，分别比CK(6.4片)显著提高73.4%和62.5%；CK的叶片数最少，其次是T1，二者差异不显著。

综上看出，氮元素对贵州金花茶幼苗叶片的形态起关键作用，氮肥不足不利于幼苗叶片的生长。

2.4 NPK不同配方施肥贵州金花茶幼苗的生物量

由表3可见，不同施肥处理贵州金花茶生物量的积累存在差异。与CK相比，施肥处理的贵州金花茶生物量均不同程度增大，说明施肥能够促进植物生物量的积累。

表3 NPK不同配方施肥处理贵州金花茶幼苗的生物量

2.4.1 根 各施肥处理根干重为0.40～1.58 g，表现为T2>T5>T9>T11>T6>T4>T8>T12>T13>T7>T10>T1>T3>CK。其中，T2根干重最高，显著高于其余处理；T5其次，为1.27 g，与T6(1.06 g)、T9(1.16 g)和T11(1.11 g)间无显著差异；CK的根干重最小，为0.40 g，但与T10(0.50 g)、T1(0.48 g)和T3(0.47 g)间无显著差异。

2.4.2 茎 各施肥处理的茎干重范围在0.42～1.48 g，表现为T2>T9>T5>T11>T4>T8>T6>T12>T13>T7>T10>T1>T3>CK。其中，T2的茎干重最大，T9(1.32 g)其次，T2显著高于除T9(1.32 g)、T5(1.29 g)和T11(1.28 g)外的其余处理；CK的茎干重最小，为0.42 g，显著低于除T1(0.59 g)、T3(0.52 g)外的其余处理。

2.4.3 叶 各施肥处理的叶干重为0.65～2.25 g，表现为T9>T2>T5>T11>T4>T8=T12>T6>T13>T7>T3>CK>T1>T10。其中，T9的叶干重最大，为CK(0.70 g)的3.21倍，显著高于其余处理；T2其次，为1.89 g，显著高于其余处理；T10最小，为0.65 g，与除T1(0.66 g)、T3(0.88 g)和CK外的其余处理间差异显著。

2.4.4 总干重 各施肥处理的总干重为1.52～4.94 g，表现为T2>T9>T5>T11>T4>T8>T6>T12>T13>T7>T3>T10>T1>CK。其中，T2最高，与T9(4.72 g)差异不显著，但均显著高于其余处理；其次是T5(4.07 g)与T11(3.78 g)，二者间无显著差异，T5显著高于除T11外的其余处理；CK(1.52 g)的干重最小，但与T1(1.73 g)、T3(1.87 g)、T10(1.83 g)间无显著差异。

2.5 NPK不同配方施肥贵州金花茶幼苗的根系形态特征

根系长度、表面积、体积、平均直径及生物量是量化和评价根系特征的常用指标[14]。由图3可见，不同配方施肥处理贵州金花茶幼苗的根系形态特征变化存在差异。

图3 不同配方施肥处理贵州金花茶幼苗的根系形态特征

2.5.1 幼苗总根长 贵州金花茶幼苗各施肥处理的总根长为46.53～166.05 cm，表现为T5>T2>T9>T8>T6>T4>T11>T13>T12>T7>T1>T3>CK>T10。除T10外，其余处理均较CK不同程度增加。其中，T5(N2P2K2)总根长最大，为166.05 cm，是 CK(56.65 cm)的2.93倍；其次是T2(157.38 cm)，T5和T2差异不显著，但均显著高于其余处理；T9(137.44 cm)，显著高于除T8外的其余处理；T10最小，为46.53 cm，显著低于除CK外的其余处理。

2.5.2 幼苗根表面积 不同施肥处理下贵州金花茶幼苗根表面积为24.24～67.95 cm，差异较大，表现为T2>T9>T5>T6>T8>T4>T11>T13>T12>T7>T1>T10>T3>CK。随着N、P肥增大，根表面积均呈先增后减趋势，N肥在1水平(2.18 g/株)时即T2达最大，与其余水平差异显著，N3水平(6.54 g/株)小于N0(0 g/株)，但二者差异不大。P肥在2水平(12.52 g/株)时即T5最大，与T6无显著差异。N、P肥不变的情况下，随着K肥增大，根表面积呈增加趋势，在3水平时即T9最大，但与T5无显著差异。各处理中，以T2(N1P2K2)总表面积最大，为67.95 cm2，是CK的2.8倍； CK最小，为24.24 cm2。

2.5.3 幼苗根体积 贵州金花茶幼苗不同施肥处理的根体积为1.57～5.35 cm3，表现为T2>T9>T5>T6>T8>T11>T4>T13>T12>T7>T10>T1>T3>CK。与 CK相比，各施肥处理贵州金花茶幼苗根体积均有不同程度增加，随着N、P、K肥增大，根体积的变化规律与根表面积相同。其中，T2(5.35 cm3)根体积最大，是 CK(1.57 cm3)的3.41倍，除T9外，显著高于其他各处理；其次是T9(4.69 cm3)和T5(4.11 cm3)，但两者差异不显著；CK的体积最小，与T3、T1、T7、T10间无显著差异。

2.5.4 幼苗根直径 贵州金花茶当年生幼苗的根平均直径为 0.86～1.53 mm，均值为1.18 mm。不同施肥处理贵州金花茶的根平均直径为CK>T10>T3>T1>T7>T4>T13>T9>T8>T12>T2>T11>T6>T5。在均施P、K肥的情况下，随着N肥增加，根直径呈先降后升趋势，在N3水平(6.54 g/株)达最大，即T10的根直径最大，但与 CK差异不显著，过量氮肥促使根直径变粗。随着P肥增大，根直径呈先降后升趋势，在P0处最大，增施P肥促使贵州金花茶根系变细。在N、P肥不变的情况下，施K肥的根直径与N肥、P肥趋势相同，在T7即K0处最大，均以T5(0.86 mm)的根直径最小。

2.5.5 幼苗根尖数量 不同施肥处理贵州金花茶的根尖数量大小为处理T2>T9>T5>T6>T8>T4>T12>T13>T7>T11>T1>T3>T10>CK。随着施N和施P量增大，根尖数量总的呈先增后减趋势，施N处理中，T2>T5>T1>T10，N肥在1水平(2.18 g/株)时即T2的根尖数量达最大值，T2与T5无显著差异，N3水平小于 N0水平，二者差异显著，表明氮肥过量会抑制根尖数量的增长。P肥则在2水平(12.52 g/株)时即T5最大，与T6无显著差异。K肥则在3水平(4.98 g/株)时即T9最大，与T5无显著差异。各处理中，以T2根尖数量最多，为377个，是CK(102个)的3.70倍；CK最少，与T10无显著差异，与其余处理差异显著。

3 讨论

N、P和K 3种元素对植物生长及产量都有着极为重要的作用，因此，生长期科学施肥有利于植株的营养生长[15]。研究结果表明，NPK配方施用的苗高、地径、叶片形态指标与生物量均有不同程度提高。随着施N量增加，各处理苗高、地径增长量呈先增后减趋势，说明适度施氮能够促进幼苗苗高、地径生长，而氮肥过量则会造成养分毒害，抑制幼苗的生长，与夏善智[16]对紫叶稠李(Prunusvirginiana)、魏红旭等[17]对长白落叶松(Larixolgensis)的研究结果一致。此外，柴胜丰等[15]研究表明，施中等水平的N和P，低水平的K对金花茶的生长效果最好。研究结果表明，以T2(N1P2K2)的苗高、以T9(N2P2K3)的地径增量最大，说明降低N肥比例或提高K肥比例能够较好地促进贵州金花茶生长，可能与不同种金花茶植物体内K含量以及供试土壤K含量水平有关。研究结果表明，施肥处理影响贵州金花茶幼苗叶片的叶长、叶宽与叶面积等形态指标，T1(N0P2K2)的叶宽、叶面积最小，且低于CK，二者差异不显著，表明氮肥是影响叶形态指标的重要元素，缺氮与不施肥同样影响叶片生长。与CK相比，NPK配比处理显著促进贵州金花茶生物量的积累，其中T2(N1P2K2)金花茶幼苗的生物量积累最大；干重最小的CK与T1、T3和T10间无显著差异，表明缺素或者过量施肥均不利于苗木生物量积累，杨阳等[18]对紫椴(Tiliaamurensis)的研究也表明3种元素配施更有利于提高养分吸收利用效率，促进苗木主干的径向和横向生长以及生物量的积累。

苗木根系形态对提高养分的吸收效率具有重要意义，土壤养分的有效性和分布状况是影响根系形态的重要环境因子之一[19]。研究结果表明，除总根长外，施肥处理组的根表面积、根体积和根尖数量均高于CK，T10(N3P2K2)处理的总根长低于对照，可能是因为P、K充足情况下，N施入过量反而抑制幼苗根系的纵向生长。根系平均直径和根尖数量是反映根系吸收功效的重要参数[20]。细根比粗根投入低，表面积大，利于幼苗根系增强对水分及养分的吸收作用。研究结果显示，过高的氮肥和钾肥水平下，金花茶根系的直径增粗，以此调节降低肥料的过量吸收。综合幼苗的根系形态指标看，以T2对幼苗根系的促生效果最好，其次是T9和T5。研究采用盆栽试验，育苗盆对根系生长有一定局限性，今后应在相关试验研究中予以完善。

4 结论

配方施肥能够促进金花茶幼苗生长及生物量的积累，施肥处理的苗高、地径均较CK有不同程度提高，其中T2(N1P2K2)的苗高增量、平均叶宽、叶面积、生物量等指标最优；施肥处理影响幼苗根系形态发育，T2的幼苗根表面积、根体积最高，根尖数量也最多，CK的根系最小。贵州金花茶幼苗生长的最佳施肥配方为N1P2K2，施用量分别为2.18 g /株、12.52 g /株、3.32 g /株，即氮的施用量处于较低水平，磷和钾的施用量处于中等水平时贵州金花茶幼苗的生长及根系发育效果最好。