N素指数施肥对野牡丹幼苗生长和光合特性的影响

李冰敏，卓定龙，谢伟文，方必君，刘晓洲，谭广文

(广州普邦园林股份有限公司，广东 广州 510600)

氮(N)素是植物需求量最大的矿质营养元素，氮的供应量对植物生长的影响更甚于其他营养元素[1]，供应不同量的氮肥将显著影响植物生长进程及生殖分配格局[2]。指数施肥技术是基于“稳态养分”理论，通过指数递增的养分添加方式适应植物在各生长阶段的相对生长率的施肥方法[3]。指数施肥能满足植物不同生长阶段的养分需求，促进苗木生物量积累，提高苗木养分承载，同时明显提高苗木的养分利用效率和竞争力[4—6]。国外关于指数施肥的研究在20世纪80年代成为热点研究，针对日本落叶松Larix kampferi、黑云杉Piceamariana和颤杨Populus tremuloides等植物进行指数施肥研究[7—9]。国内对指数施肥的研究始于对兰考泡桐Paulowniaelongata和刺槐Robiniapseudoacacia的研究[10]，90年代后出现大量指数施肥相关研究， 包括杉木Cunninghamialanceolata、湿地松Pinuselliottii、白桦Betulaplatyphylla和绣球Hydrangeamacrophylla等植物[11—12]。N 素是植物生长的必需元素，N素指数施肥有助于杨树Populusprzewalskii幼苗生长[13]。

野牡丹Melastomacandidum隶属于野牡丹科野牡丹属，是华南地区热门的园林观花灌木，观赏价值高，应用广泛[14—15]。夏科等[16]通过研究不同肥料及氮肥比例对展毛野牡丹Melastoma normale生长的影响，发现氮肥显著促进展毛野牡丹生长，并能延长花期、提高叶绿素含量。高平等[17]对野牡丹的生长与不同肥料配方的相关性进行试验，表明野牡丹营养生长、生殖生长对N 的需求较高。前人研究表明，N 素能促进野牡丹的生长，但目前缺乏对野牡丹指数施肥的研究。因此，本研究设计5 个梯度的氮素水平指数施肥处理，以不施肥处理和传统平均施肥处理为对照，通过测定植株的苗高、地径、生物量、根冠比、叶绿素SPAD 值和光合特性等指标，采用隶属函数分析对所有指标结果进行综合评价，探讨适合野牡丹生长的最佳指数施氮量。

1 材料与方法

1.1 试验地与试验材料

试验场地位于广州市从化区鳌头镇高平百木花场。试验于普邦园林研究院的温室大棚内进行，棚内设备完善，通风良好，日照充足。

选取长势良好且基本一致的野牡丹一年生扦插苗，平均苗高和地径分别为38.52 cm 和5.49 mm，于试验前两周移栽至种植袋(地径25 cm× 上口径25 cm× 高15 cm)中，栽培基质为混合基质(园土与营养土1:1，pH 为5.7)，移入温室内进行环境适应，正常养护至5月开始试验。

1.2 方法

试验设置7 个处理(ck1 不施肥对照，ck2 传统平均施肥对照，以及5 个浓度氮素指数施肥梯度，编号T1～T5)，每处理3 次重复，每重复10 株。传统平均施肥纯氮用量5 g·株–1，指数施肥纯氮用量分别为1、3、5、7、9 g·株–1，采用水溶施肥法，每隔2 周施肥一次，每次施100 mL，共施肥10 次(表1)。

表1 尿素施用量(g·株–1)Table 1 Urea application rate(g per plant)

不同指数施肥浓度参考指数供氮模型：NT=NS(erT–1)，r=In(NT/NS+1)/T，Nt=NS(ert–1)–Nt–1。式中，NT为施肥总量，NS为幼苗初始氮含量，T为施肥总次数，t为指数施肥次数，r为相对添加率，Nt代表在相对增加率下第t次施肥量；Nt–1代表第t–1 次施肥量)。本试验采用含N 量40%的尿素作为供试氮肥，参考指数供氮模型计算得出的施肥量换算后，各处理的施入尿素量见表1。

施肥结束后1 个月，每组处理使用塔尺和游标卡尺测定苗高、地径，共测定5 株；每处理随机选取3 株生长健康且长势相近的幼苗，分根、茎、叶进行破坏性取样，放入105 ℃烘箱杀青30 min，然后75 ℃下烘干至恒重，测得根、茎、叶生物量(地上生物量=茎生物量+叶生物量，总生物量=地上生物量+根生物量，根冠比=根生物量/地上生物量)；使用植物叶绿素检测仪测定叶绿素SPAD 值。

1.3 数据处理

使用SPSS 23.0 和Excel 2010 对数据进行分析以及图表绘制，并各指标进行隶属函数分析。

2 结果与分析

2.1 N素指数施肥处理对野牡丹苗生长的影响

如表2所示，N素指数施肥处理显著提高野牡丹苗高和地径(P<0.05)。野牡丹苗高随着施氮量的增加呈逐渐增加趋势，处理T3、处理T4 和处理T5达到最大值，分别为78.90、78.13 和80.08 cm，且与其他处理存在显著差异(P<0.05)，分别是不施肥处理ck1 的1.33、1.32 和1.35 倍，是平均施肥处理ck2的1.14、1.13 和1.16 倍。地径的生长规律和苗高一致，随着施肥量增加呈逐渐增加的趋势，其中T3和T4 处理达最大值，且显著高于其他处理(P<0.05)，分别为22.49 和22.71 mm，分别是不施肥处理ck1的1.69 倍和1.71 倍，是平均施肥处理ck2 的1.18倍和1.20 倍。说明适当的指数施氮促进野牡丹苗高和地径生长，且处理T3、T4 和T5 的效果较为显著。

表2 不同施肥处理的苗高、地径、生物量及根冠比Table 2 Plant height,ground diameter,biomass of each tissue and root-shoot ratio of seedlings with different fertilization treatments

N素指数施肥显著影响野牡丹幼苗的生物量分配(表2)。随着施氮量的增加，幼苗的根、茎、叶和总生物量表现为先增后减的趋势。处理T3 的根生物量显著高于其他处理(P<0.05)，为0.49 g，是不施肥处理ck1 的2.23 倍，比平均施肥处理ck2 提高39.48%。处理T3、处理T4 和处理T5 的茎生物量较大，与其他处理存在显著差距(P<0.05)，分别是不施肥处理ck1 的3.04、3.24 和2.61 倍，比平均施肥处理ck2 提高63.66%、74.13%和40.29%。处理T3 和处理T4 的叶生物量显著高于其他处理(P<0.05)，分别达1.30 g 和1.35 g，是不施肥处理ck1 的4.04 和4.19 倍，比平均施肥处理ck2 提高65.52%和71.45%。处理T3 和处理T4 的总生物量亦最大，显著高于其他处理(P<0.05)，分别是不施肥处理的3.23 和3.34倍，比平均施肥处理ck2 提高59.33%和65.07%。不同施肥处理的根、茎、叶和总生物量之间的差异表明N素指数施肥可促进野牡丹各组织生物量的增加，其中处理T3、T4 的促进效果最为显著。

N素指数施肥处理和平均施肥处理ck2 的根冠比均显著低于不施肥处理ck1(P<0.05)，而N素指数施肥处理和平均施肥处理之间无显著差异(表2)。说明N 素促使野牡丹生物量累积更多分配至叶片，有助于提高植株光合作用；当N 素缺乏时，野牡丹通过增加根部的生物量来吸收更多的养分；适量的氮肥可促进野牡丹地上部分生长。

2.2 N素指数施肥处理对野牡丹叶片叶绿素SPAD值和光合特性的影响

施氮处理均能有效促进野牡丹叶片叶绿素SPAD 值增加(表3)。施肥后，处理T4 的叶片SPAD值显著高于对照(P<0.05)，比不施肥处理ck1 和平均施肥处理ck2 分别增加22.21%和9.67%，说明N素指数施肥提高了野牡丹叶绿素SPAD 值，且显著影响叶片光合特性(P<0.05)。随着施肥量增加，净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均表现为先增后降的趋势。其中处理T2、T3 和T4的叶片净光合速率均显著高于其他处理(P<0.05)，分别是不施肥处理ck1 的1.60、1.61 和1.66 倍，是平均施肥处理ck2 的1.22、1.23 和1.26 倍；3 种处理的气孔导度均显著高于其他处理(P<0.05)，处理T3、T4 的胞间CO2浓度与其他处理存在显著差异(P<0.05)，分别是不施肥处理ck1 的1.67 和1.68 倍，是平均施肥处理ck2 的1.23 和1.24 倍；处理T4 的蒸腾速率最大且显著高于其他处理(P<0.05)，分别是不施肥处理ck1 和平均施肥处理ck2 的1.24 倍和1.11 倍；指数施肥处理的水分利用效率表现为先升后降的趋势，处理T2、T3 和T4 均达最大值且显著高于其他处理(P<0.05)，分别是不施肥处理ck1 的1.33、1.33 和1.34 倍，是平均施肥处理ck2的1.13、1.13 和1.14 倍。气孔限制值呈现先降后升的趋势，不施肥处理ck1 的气孔限制值最高，达0.45，是处理T3、T4 的5.32 倍和5.69 倍。综上所述，N素指数施肥促进野牡丹叶绿素的生成，有利于提高叶片光合作用以及生物量积累。

表3 不同施肥处理的SPAD 值和光合特性指标Table 3 Chlorophyll SPAD values and photosynthetic characteristics of seedling leaves with different fertilization treatments

2.3 隶属函数分析

采用隶属函数分析对不同处理的所测指标进行综合评价。隶属函数总值越高代表施肥效果越好，各处理的隶属函数总值排序为：T4＞T3＞T2＞T5＞ck2＞ck1(表4)。处理T4 的隶属函数总值最高，其次为处理T3，因此处理T4 的施肥效果最佳。

表4 不同施肥处理的隶属函数总值Table 4 The total value of membership function of different fertilization treatments

3 结论与讨论

科学施肥是促进苗木生长、提高苗木质量的重要途径之一[12]。苗高和地径是评定苗木质量的重要指标，施氮肥能促进苗高、地径的生长，能有效提高苗木质量，缩短育苗周期[18—19]。在本研究中，氮肥显著影响野牡丹的苗高和地径(P＜0.05)，随着施氮量的增加表现为逐渐增加的趋势，但过量的氮肥则会抑制野牡丹苗高和地径生长。这与倪铭等[20]和张广涛等[21]的研究结果相似。生物量是衡量苗木生产力水平的重要参考指标，施氮量的变化也影响植物体内生物量的积累和分配[22—23]。不同N素指数施肥处理的野牡丹苗期根、茎、叶生物量之间存在显著性差异，当施肥量未超过植物需肥量时，苗木生物量随施肥量的增加而增加；当超过需肥量时，会产生毒害作用，生物量由此下降，与李双喜等[24]和马卫平等[25]研究结果一致。根冠比是植物地上部分和地下部分平衡性的评价指标，反映植株生物量的分配关系。传统平均施肥与指数施肥处理的野牡丹幼苗根冠比均低于不施肥对照组，说明随着N 素含量的增加生物量更多累积到叶片中。说明低施氮量处理有利于根系生长，较高施氮量处理则有利于叶片和茎的生长，与前人的研究结论一致[26—27]。

叶绿素SPAD 值反映叶绿素含量，植物叶片的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量与SPAD 值呈正相关[28—29]。本研究中，处理T4 的SPAD 值显著高于其他处理，说明适量N素指数施肥处理能提高野牡丹叶绿素含量，进而促进植株的光合作用[30]。光合特性是反映植物生长情况最重要的指标之一，光合作用是植物生长发育中重要的生命活动，为生长提供物质基础，施肥能影响植物的光合作用[31—32]。研究发现，适当的指数施肥显著影响野牡丹幼苗叶片的光合指标，净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率和水分利用效率随施氮水平的增加均表现为先升后降的趋势，气孔限制则表现为先降后升的趋势。指数施肥处理的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率和水分利用效率均显著高于不施肥处理，气孔限制值也显著低于不施肥处理。说明适量的氮肥促进植株光合作用，有利于植株生长和生物量的积累[33—34]。

通过隶属函数分析对不同施肥处理的野牡丹的生长和光合特性进行综合评价，发现适量的N素指数施肥处理可显著促进野牡丹生长，氮肥较少时幼苗生长速度缓慢，氮肥过量则抑制生长。指数施肥处理T4 对野牡丹幼苗生长的促进效果最好，即野牡丹一年生扦插苗的较适宜施肥方案为每株17.50 g尿素指数施肥。