不同类型养分对棱果花苗期生长及根系发育的影响

杨晓慧，桑贤东，杨会肖，廖焕琴，林晓莹，陈新宇，潘 文，张卫华，徐 斌

（广东省林业科学研究院/广东省森林培育与保护利用重点实验室，广东 广州 510520）

【研究意义】棱果花〔Barthea barthei（Hance ex Benth.）Krass.〕，又名毛药花、大野牡丹、棱果木、芭茜，为野牡丹科棱果花属的中国特有灌木，主要分布于广东、广西、湖南、福建、台湾等地［1］。棱果花生于海拔400～1 300 m（有时达280 m）的山坡、山谷或山顶疏、密林中。棱果花颜色绚丽多彩、花期较长，具有较高的观赏性及开发价值［1］。然而当前棱果花的人工栽培技术体系尚不成熟，影响棱果花生长的关键因素尚未摸清，限制了棱果花在园林绿化中的推广应用。基于此，本研究以棱果花组培苗为材料，通过对棱果花幼苗施加不同的养分类型及浓度，筛选适宜棱果花苗期发育的养分类型及浓度，为棱果花的壮苗繁育及园林绿化推广应用提供技术支持。

【前人研究进展】壮苗繁育技术是一种通过优化幼苗生长环境和管理措施，从而培养出健壮、有活力的幼苗的技术方法。该技术旨在提高幼苗的抗逆能力，为后续的栽培和生长打下良好基础。一般情况下，株高、茎粗、地上生物量和地下生物量是衡量壮苗指数的重要指标［2］。其中，地下生物量主要反映根系的发育情况。研究表明，根系的粗细程度与其功能密切相关，通常直径＜2 mm 的根系，主要负责吸收水分和养分，因此，这类直径根系的表面积大小可体现根的吸收能力［3-4］；直径在2～5 mm 之间的根系主要起支撑、传递水分和养分、固定植物的作用［5-6］；直径＞5 mm 的根系主要为植物提供支撑和稳定植物结构，并输送水分和无机养分到地上部分［7］。因此，研究不同粗度根系指标，对壮苗培育的养分管理具有重要意义。养分施用在壮苗繁育中具有重要作用，植物的生长和发育需要许多不同类型的养分，包括大量元素（如氮、磷、钾）和微量元素（如铁、锌、硼等）。研究表明，氮是合成植物蛋白质和核酸的关键元素，对植物的生长和发育至关重要，氮缺乏会导致植物生长受阻，抗逆能力减弱等［8］。此外，施肥可以使植物具备更好的抵抗力，如抵抗干旱、病虫害等［9］。因此，了解植物在苗期的养分需求规律，制定合理的养分施用方式和施用量，对植物的壮苗培育具有重要意义。棱果花种子较小、成熟时间不统一，自然条件下生长状况不良。为了更好的繁育观赏价值高的棱果花新品系，目前已建立了扦插和组培技术体系［10］，但对适宜棱果花生长的基质、所需要的养分及对环境条件的需求等栽培措施尚未见相关报道。特别是如何满足人工栽培条件下棱果花正常生长所需要的养分及用量尚未有相关研究报道。

【本研究切入点】本研究以园林育苗中常用的6 种不同养分为对象，设置3 种养分施用梯度［11］，每月施加并调查不同养分不同浓度梯度下棱果花苗期苗高、叶片数、分枝数、叶绿素含量等生长和根系发育指标，旨在为棱果花壮苗培育提供养分施用数据。

【拟解决的关键问题】针对当前对棱果花的壮苗培育所需要的养分不明的现状，通过比较不同养分类型及用量对棱果花生长和根系发育的影响，筛选最适用于棱果花组培苗生长的养分种类及施用量，为棱果花的规模化生产及园林绿化推广应用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验以组织培养获得的棱果花无性系为材料，该批组培苗生长情况基本一致，培养至苗高6.85 cm 左右开始进行施肥试验。每个处理选择28 株棱果花苗，共约600 株用于后续试验。苗木以黄心土为栽培基质，移栽于规格为上口径10 cm×高15 cm 的育苗杯中。

1.2 试验方法

选择生长一致的棱果花组培苗，每个处理5株，3 次重复。采用黄心土为基本栽培基质，种植后不施用其他肥料。移栽3 个月后开始施肥处理，试验周期为5 个月（2022 年10 月至2023 年3 月），每30 d 施肥1 次。选择6 种N 素养分（包括谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸3 种氨基酸类养分，普通复合肥、尿素、长效控施肥3 种无机养分），以N 素为基准设置0.7、1.4、2.8 mg/株3 种施用量处理，以不施肥作对照（CK）（表1）。将除长效控释肥外的其他养分按照含N 量等量添加，制成混合营养液，每株施N 量为1.4 mg。其中，谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸为市购分析纯等级的药剂，纯度均达到95%以上；长效控施肥为奥绿长效控释肥，含N 量14%。

表1 棱果花幼苗N 元素施肥量Table 1 Amount of N fertilizer applied to Barthea barthei seedlings

1.3 测定指标及方法

施肥前用直尺定株测量每株苗的苗高，每次施肥后第30 天定株测量苗高以及叶绿素含量。苗高增量为处理后每个月的苗高减去施肥前苗高值。叶绿素含量采用叶绿素仪SPAD-502 Plus（KONOCA MINOLTA,INC,Japan）测定，数据为相对值，无单位。试验周期完成后，从每个处理中选出3 株生长状况较为一致且代表每个处理平均水平的棱果花苗，将其根部洗净（先用自来水冲洗，再用蒸馏水冲洗2 遍），晾干后用直尺测量苗高（cm），调查叶片数（片），用电子秤测定地上部和地下部鲜重（g）、生物量（g）等指标。采用WinRHIZO Pro 2016a 根系扫描仪（Regent Instruments Inc.）获得根部图像并分析根系总根长、总根表面积、总根体积及不同根直径范围内的根长、根表面积和根体积等根系指标；然后将地上部和地下部分别装入信封，75 ℃恒温烘干至重量不再减少，取出测定地上部和地下部生物量。

1.4 数据处理

试验数据采用R 语言软件进行分析处理。主成分分析用于评价对不同处理起重要影响的根系指标。R 语言Reshape 软件包用于方差分析［12］，检测不同养分处理对棱果花幼苗苗高、叶片数和生物量、根系等生长指标产生的影响，评价同一处理内的重复性；Pastecs 软件包用于多重比较分析，检测不同处理间的差异性［13］；Psych 软件包用于进行相关性分析和主成分分析。相关性分析采用Pearson，对P值的矫正采用holm 法。R 语言的Agricolae 软件包用于多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同养分处理下棱果花幼苗生长曲线

为研究不同养分不同用量梯度下棱果花幼苗的生长情况，对其在施肥前和施肥后30、60、120、150 d 的苗高进行测定。结果（图1）显示，处理前苗高为6.85（±0.90）cm，各处理间差异不显著；处理1个月后，T9的苗高增量最大、为5.18（±0.13）cm，其次为T12（4.60±0.24 cm）；2个月后，T12、T9 和T14 苗高增量最大，分别为7.68（±0.65）、7.55（±0.47）、7.20（±0.53）cm；4、5 个月后，均以T18 的苗高增量最大、分别 为14.74（± 0.74）、19.56（±0.91）cm，其次是T17 的苗高增量、分别为14.35（±0.15）、19.14（±0.21）cm。丙氨酸处理的棱果花苗木在前2 个月与对照相比差异不大，特别是2.8 mg/株丙氨酸处理（T6），其苗高增量在各月份均低于对照；1.4 mg/株丙氨酸处理（T5）的苗木前2 个月苗高增量与对照相比差异不大，而第4、第5个月后苗高增量远高于对照，说明中等浓度的丙氨酸在后期可显著促进棱果花苗高生长。

图1 不同养分不同浓度处理下棱果花苗高增量Fig.1 Seedling height increment of Barthea barthei under different nutrient and different concentration treatments

2.2 不同养分处理下棱果花幼苗根系指标主成分分析

为研究不同养分处理下棱果花根系发育情况，采用WinRHIZO Pro 2016a 根系扫描仪进行检测，获得59 个根系指标。为了确定响应不同养分处理的主要指标，对59 个根系指标进行主成分分析，由图2、表2 可知，前5 个主成分的累积贡献率接近90%，因此，可将前5 个主成分作为候选输出。主成分分析中，第1 主成分中总根体积（X6）、总投影面积（X2）和总根表面积（X3）占有最高系数，均为0.93 以上；根直径介于0.5～1.0 mm 的根表面积（X21）、根投影面积（X31）、根体积（X41）、根长（X11）及总根长（X1）占有较高系数，均在0.81 以上，方差贡献率为37.60%，说明第1 主成分是表示总根体积或总根表面积的综合因子。在第2 主成分中，根直径介于3.0～3.5 mm 的根表面积（X26）、根投影面积（X36）、根体积（X46）、根长（X16）占有最高系数，均为0.79 以上，方差贡献率为19.87%，说明第2 主成分是表示根直径在3.0～3.5 mm 之间的根表面积、根投影面积、根体积和根长的综合因子。第3 主成分中，根直径介于4.0～4.5 mm 的根长（X18）、根表面积（X28）、根投影面积（X38）和根体积（X48）占有最高系数，均为0.69，方差贡献率为13.81%，说明第3 主成分是表示根直径在4.0～4.5 mm 之间的根表面积、根投影面积和根体积的综合因子。第4 主成分中，根直径＞4.5 mm 的根长（X19）、根体积（X49）、根表面积（X29）和根投影面积（X39）占有最高系数，均为0.54 以上，方差贡献率为9.26%，说明第4主成分是表示根直径＞4.5 mm的根表面积、根投影面积和根体积的综合因子。第5 主成分中，根尖数（X7）和根直径介于0～0.5 mm 的根尖数（X50）占有最高系数，均为0.49，方差贡献率为6.68%，说明第5 主成分是表示总根尖数和根直径介于0～0.5 mm 的根尖数的综合因子。

图2 棱果花不同养分处理下根系指标各主成分方差解释度Fig.2 Percentage of variance interpretation in each principal component from root indexes of Barthea barthei under different nutrient treatments

表2 不同养分处理下棱果花幼苗根系指标主成分分析Table 2 Principal component analysis of root indexes of Barthea barthei seedlings under different nutrient treatments

不同处理与主成分间的相关性分析显示（图3），不同处理分为3 个大类，其中，处理T3、T6、T19 聚为一类，处理T2、T7、T15 聚为一类，其余14 个处理聚为一类，说明各处理对棱果花组培苗根系的影响既具有差异性，又具有相似性。

图3 不同处理与主成分间的相关性分析Fig.3 Correlation analysis between different treatments and principal components

2.3 不同养分处理下棱果花幼苗根系指标相关性分析

为研究不同处理下根系指标之间的关系，确定不同处理影响棱果花生长的关键指标，本研究对棱果花幼苗不同根系直径下根系的根长、表面积、投影面积、根体积、根尖数进行了相关性分析。结果（图4）表明，同一直径范围内根系的根长、根表面积、根投影面积、根体积之间呈极显著相关（r2≥ 0.98，P=0.00）。例如，X10 与X20、X30、X40 的相关系数分别为0.99、0.99 和0.97，且P值均为0，说明根表面积（X10）可代表根长（X20）、根投影面积（X30）、根体积（X40）等指标。因此，选择不同根系直径的根表面积作为代表指标进行进一步分析。

图4 不同养分处理下棱果花幼苗根系指标相关性分析Fig.4 Correlation analysis of root indexes in Barthea barthei seedlings under different nutrient treatments

2.4 不同养分处理下棱果花幼苗生长指标及主要根系指标方差比较分析

为获得影响棱果花苗期生长的主要因素，对不同处理和同一处理不同重复间的生长指标及根系指标进行方差分析。结果（表3）显示，各处理内重复间差异均不显著，说明各处理内重复性较好；苗高、地上部生物量、地下部生物量、地上部鲜重、地下部鲜重和叶绿素含量等生长指标在各处理间均达到显著或极显著差异水平，分枝数和叶片数在各处理间差异不显著。为了整体理解各养分处理对根系发育的影响，结合不同直径根系的功能，因此将根系指标按照直径≤2 mm、2～4.5 mm 及＞ 4.5 mm 作为分界点分为3 大类，分别为SA1（根系直径≤2 mm 的根表面积）、SA2（根系直径介于2～4.5 mm 的根表面积）和SA3（根系直径＞4.5 mm 的根表面积）。在根系指标中，X22、X24、X25、X26、X28、X29、X50、X55、X57、X59 等在不同处理间均达到显著或极显著水平（P＜0.01），这些在各个处理间差异显著的生长和根系指标将作为主要指标进行进一步分析。

表3 不同养分处理下棱果花幼苗生长指标及根系指标方差分析Table 3 Variance analysis of growth and root indexes in Barthea barthei seedlings under different nutrient treatments

2.5 不同养分处理下棱果花幼苗生长指标及主要根系指标多重比较分析

为了筛选适于棱果花的养分类型及用量，对不同养分不同浓度处理下棱果花苗的生长和主要根系指标进行多重比较分析，结果（表4）显示，2.8 mg/株长效控施肥处理（T18）的苗高、地上部鲜重、地上部生物量、叶绿素含量均显著高于其他处理（P＜0.01）；2.8 mg/株天冬氨酸处理（T9）的地下部鲜重和生物量分别为3.60（±0.32）、0.65（±0.21）g，显著高于其他处理。此外，1.4 mg/株尿素处理（T14）与2.8 mg/株尿素处理（T15）的地下部生物量分别为0.71（±0.40）、0.64（±0.24）g，也较其他处理高，说明这几种养分更有利于棱果花组培苗根系的发育。

表4 不同养分处理下棱果花幼苗生长指标多重比较分析Table 4 Multiple comparative analysis of theseed growth indexes in B. barthei seedlings under different nutrient treatments

进一步对不同养分下棱果花苗的根系生长情况进行调查，结果（表5）显示，不同养分对根系的促进作用不同。其中，1.4 mg/株尿素处理（T14）的根直径介于1.0～1.5 mm 的根表面积为21.84±2.53 cm2，显著高于其他处理；T5 的根直径介于2.5～3.0 mm 的根表面积最高，为8.69 cm2；T9 的SA1 最高，为273.63 cm2，显著高于其他处理；T1 和T5 的SA2 最高，T13 的SA3 最高。结果说明不同养分或同一养分不同浓度对棱果花苗不同径级根系的促进作用不同。

3 讨论

3.1 不同养分对棱果花幼苗生长的影响

土壤养分含量及组成对植物生长发育具有重要意义。氮元素是植物生长发育必不可少的营养元素，在我国农业生产中发挥重要作用，为世界粮食安全做出了重要贡献［14-16］。然而，无机氮肥的大量施用造成土壤退化、面源污染等问题愈演愈烈，严重影响了作物产出［17-18］。研究表明，氨基酸类N 源可直接或间接参与植物的代谢活动，为植物的生长提供碳源和氮源，从而促进植物的生长［19-21］。因此，在农业生产中将有机肥与无机肥结合使用，能减少化肥污染，实现土壤性状改良与作物增产［16,22］。俞建瑛等［23］通过叶面喷施与多种微量元素复配而成的氨基酸营养液使水稻产量提高了4.4%以上；Shaheen 等［24］对洋葱幼苗喷施氨基酸、糖及两者混合物均能促进洋葱对N、P、K 等大量元素及Fe、Mn、Zn 和Cu 等矿质元素的吸收和利用，提高了洋葱产量和品质；唐海洋等［25］发现聚谷氨酸硫基复合肥处理对提高甜高粱的产量和粗蛋白含量及氮利用率具有重要作用，明显优于相同N 元素含量的尿素和硫基复合肥；Shekari 等［26］发现尿素与氨基酸肥混合施用可大大提高西蓝花的产量和品质；倪霞等［27］同田比较了化学肥料、化学肥料+固态氨基酸肥、化学肥料+液态氨基酸肥3 种施肥方式对烟草产量和品质的影响，显示化学肥料搭配液态氨基酸肥可显著促进烤烟生长发育、提高烟叶品质。在野牡丹科植物中，夏科等［28］研究了不同氮肥施用量对展毛野牡丹生长的影响，认为尿素施用量为90 g 时对毛野牡丹株高、地径及生物量的促进作用最明显。然而，该研究所用苗木为苗高30 cm 的大苗，对本研究的参考作用较小。本研究中，以3 月生棱果花组培无性系苗为材料，施肥2 个月后2.8 mg/株天冬氨酸处理（T9）的棱果花幼苗最高，说明早期天冬氨酸对棱果花幼苗生长的促进作用最大，后期可能因为养分施加量和土壤中养分保存量不能满足苗木的生长而导致生长缓慢。丙氨酸处理的苗木在前2 个月与对照相比差异不大，特别是2.8 mg/株丙氨酸处理（T6），其苗高增量在各个月份均低于对照；1.4 mg/株丙氨酸处理（T5）的苗木前2 个月苗高增量与对照相比差异不大，而第4、第5 个月后苗高增量远高于对照，说明中等浓度的丙氨酸在后期可显著提高棱果花苗高生长。氨基酸类养分早期对苗高的促进作用最强，这一结果与前人研究一致［19-21］；而当苗木较大时，长效控释肥因其缓慢释放养分，可大大增加苗木对养分的利用效率而呈现出较高的生长量。

3.2 不同养分对棱果花幼苗根系发育的影响

根系发育状况对植物地上部分的生长及品质具有重要影响，是评价苗木质量的重要指标［29-31］。相关研究表明，小分子有机物可增加作物侧根和不定根数，从而促进作物对养分的吸收和利用［32-34］。Du 等［35］发现钙多氨基酸（Ca-polyAA）可改善土壤物理性质，大大提高水稻分蘖期根系内激素水平和酶活性，并在连续两年的观测中发现水稻根系总根长、表面积、体积和生物量均随Ca-polyAA 施加量的增加而增加。李成江等［36］、王强等［37］发现施加酶解氨基酸肥后小麦的主根数、根体积、根鲜重、根干重和根系活力均显著高于对照，且植株干物质积累和单穗重较对照分别增加了95.45%和140.00%。本研究针对不同养分处理下根系的鲜重、生物量、根总长、根表面积等指标进行了系统分析，结果显示，2.8 mg/株天冬氨酸处理（T9）的棱果花组培苗地下部鲜重和生物量均显著优于其他处理，说明天冬氨酸对棱果花根系的生长具有重要的促进作用，这一结果与李成江等［36］研究一致。然而，以往的研究主要集中在总根长、表面积和体积，未根据根系功能进一步分析。本研究结果表明，根直径介于1.0～1.5 mm的根表面积以1.4 mg/株尿素处理（T14）最高，根直径介于2.5～3.0 mm 的根表面积以T5处理最高，说明不同养分或同一养分不同浓度对不同径级根系的促进作用不同。研究显示，不同直径的根系功能不同，其中，直径≤2 mm 的根表面积以T9 处理最高，说明天冬氨酸有利于棱果花细根生长，丰富的细根有利于养分和水分的吸收利用，从而促进苗木移栽成活率［3-4］。然而，如何确定氨基酸肥与尿素等无机肥之间的最优配比仍需要进一步研究。

4 结论

本研究比较了不同来源N 肥在不同浓度梯度下对棱果花组培苗生长和根系发育的影响，为棱果花苗期养分施用提供技术支持。施肥后棱果花幼苗不同时期生长曲线显示，以天冬氨酸为来源的N 素营养在棱果花生长早期可较好地促进其苗高生长。此外，天冬氨酸对根系的发育具有极强的促进作用，地下生物量显著高于其他处理，说明以天冬氨酸为N 源可促进棱果花根系发育。由于根系的发育状况决定了苗木后期栽培的生活率和生长情况，因此，2.8 mg/株天冬氨酸是适于棱果花壮苗培育的重要养分类型和施用浓度。