韋獻東,盧晶晶,陳 鑫,陶志華,郝蘊祺,王凌暉
(1.廣西大學(xué)林學(xué)院,廣西 南寧 530004;2.廣西國有六萬林場,廣西 玉林 537004)
【研究意義】廣西有“世界八角之鄉(xiāng)”的美稱,也是八角(Illicium verumHook.f.)的重要生產(chǎn)基地[1],種植面積和年產(chǎn)量均占全國的90%以上;金花茶(Camellia nitidissimaChi)屬山茶科(Theaceae)金花茶組(C.SectionChrysantha)植物,被人們公譽為“世界珍品”“茶族皇后”,屬國家一級保護珍稀植物,國外稱之為“幻想中的黃色山茶”[2-4];山茶(C.japonicaL.)是山茶科(Theaceae)山茶屬植物,是我國十大傳統(tǒng)名花之一,兼具觀賞價值、藥用價值和經(jīng)濟價值,市場需求量大,應(yīng)用廣泛[5-6],八角林下套種金花茶和山茶模式是廣西快速發(fā)展經(jīng)濟林的重要組成部分。金花茶和山茶具有極高的經(jīng)濟價值,能夠短時間內(nèi)提高八角林的經(jīng)濟效益,運用診斷施肥綜合法(Diagnosis and Recommendation Integrated System,DRIS)得出合理施肥措施是提高廣西八角林經(jīng)濟效益的有效途徑[7-8]?!厩叭搜芯窟M展】植物需肥診斷一般采用植物養(yǎng)分綜合管理系統(tǒng)法、土壤養(yǎng)分診斷、外部形態(tài)癥狀診斷、DRIS法[9],有研究表明,DRIS法主要通過對植物葉片營養(yǎng)元素含量(植物葉片組織內(nèi)的營養(yǎng)狀況能更直接地反映整體營養(yǎng)的豐缺情況,比通過對土壤觀測判斷植物營養(yǎng)狀況更合理)及其比值進行診斷,最終確定需肥順序和施肥量[10]。DRIS法在經(jīng)濟林上的運用也屢見不鮮,現(xiàn)階段主要應(yīng)用的樹種有樟樹〔Cinnamomum camphora(L.)Presl〕、尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)、油茶(C.oleifera)、杧果樹(Mangifera indicaL.)[11-14],但是在金花茶和山茶上的運用鮮有報道?!颈狙芯壳腥朦c】目前,廣西種植的八角林收入周期較長,受自然環(huán)境因素影響大,采伐成本較大,迫切需要林下經(jīng)濟植物來提高八角林的效益[15],因此對林下經(jīng)濟植物的研究不可或缺?!緮M解決關(guān)鍵問題】通過對八角林下的金花茶和山茶進行營養(yǎng)診斷,再根據(jù)診斷結(jié)果及植物營養(yǎng)與肥料的關(guān)系進行平衡施肥,提高經(jīng)濟林生產(chǎn)力和肥料利用率,為經(jīng)濟林下植物的栽培養(yǎng)護提供理論依據(jù)。
試驗地位于廣西玉林市國有六萬林場的河嵩分場(地理坐標(biāo)109°51′E、22°33′N),年平均降水量1 655 mm,年平均氣溫21.5 ℃。試驗地坡度12°~15°,東南坡向,土壤為赤紅壤,總P含量0.41 mg/g,全K含量14.32 mg/g,總N含量1.06 mg/g,有機質(zhì)24.11 mg/g,pH值5.35。該試驗地的自然條件十分適合八角、金花茶和山茶的種植生長。
試驗以林冠郁閉度0.9、林齡23年、栽植密度為500株/hm2的八角人工林為基礎(chǔ)。2015年3月,通過均勻間植、撫育修枝,以目測法結(jié)合采用CI-110植物冠層分析儀[16]進行測量,形成郁閉度約為0、0.5、0.7、0.9等4個梯度系列的樣地,隨后種植金花茶和山茶,金花茶、山茶苗木均為林場提供的苗高、地徑一致的兩年生嫁接苗,另設(shè)置一塊空地種植金花茶和山茶作為對照(CK),每隔5個月進行一次撫育修枝調(diào)控林冠郁閉度。采用單因素隨機試驗設(shè)計,每個郁閉度設(shè)置3個重復(fù),每個重復(fù)小區(qū)面積1 333.34 m2,種植密度為1 333株/hm2。為避免邊緣效應(yīng)的影響,每個樹種分別在每小區(qū)中間部分設(shè)置固定標(biāo)準(zhǔn)地,固牌測定的株數(shù)為30株。
1.3.1 樣品采集 于2016年12月對金花茶和山茶葉片進行采樣,此時金花茶和山茶處于休眠期,葉片內(nèi)組織養(yǎng)分及含量處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)金花茶和山茶生長的情況將其劃分為高產(chǎn)組和低產(chǎn)組;采樣時間均在上午9: 00~10: 00,每個樣地選擇3株標(biāo)準(zhǔn)苗進行取樣,每株選取3片健康功能葉,用液態(tài)氮冷凍后放入冰盒帶回實驗室。
1.3.2 指標(biāo)測定及方法 株高地徑:株高為植株頂部到基質(zhì)表面的高度,用鋼卷尺(精度0.1 cm)測量;地徑為距基質(zhì)表面0.5 cm處莖干的直徑,用數(shù)顯游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測量。
葉片指標(biāo)測定:稱取樣品0.2 g,用H2SO4-H2O2消化后,全N采用凱氏定氮法[17]測定;全P采用鉬銻抗法測定;全K采用火焰光度計法測定;含水率采用干燥法[18]測定。
1.3.3 數(shù)據(jù)處理 DRIS指數(shù)表示金花茶和山茶對某種營養(yǎng)需求強度[19]。營養(yǎng)不平衡指數(shù)值(Nutrient Imbalance Index,NII)為0,表示該營養(yǎng)元素含量處于平衡狀態(tài);NII為正值,表示該元素含量相對過剩;NII為負(fù)值,表示該元素含量相對缺乏。具體計算公式如下:
式中,A/B和a/b分別表示金花茶和山茶低產(chǎn)和高產(chǎn)葉片A、B養(yǎng)分元素的濃度比,CV代表a/b的變異數(shù),n為參與營養(yǎng)診斷的營養(yǎng)種類數(shù)。
數(shù)據(jù)處理采用Excel,統(tǒng)計分析采用SPSS 22.0和DPS,多重比較分析采用Duncan修復(fù)極差法。
經(jīng)過方差分析得出,郁閉度對金花茶和山茶的葉片全N、P、K含量均有顯著或極顯著影響。由表1可知,隨著郁閉度的增加,金花茶葉片的全N和全P含量呈現(xiàn)“增加-減小”趨勢,在郁閉度0.7時含量最大,且與其他處理間差異極顯著;葉片全K呈現(xiàn)增加趨勢,在郁閉度0.9下最大,與其他處理間差異極顯著;葉片含水率呈現(xiàn)“增加-減小”趨勢,在郁閉度0.7下最大,且與其他處理間差異顯著。山茶葉片的全N、P、K含量以及含水率均呈現(xiàn)出增加趨勢,在郁閉度0.9下最大,與其他處理間差異極顯著。兩種植物的全N、P、K含量以及含水率均在全光照下最小。由以上分析可得,金花茶的葉片營養(yǎng)狀況在郁閉度0.5、0.7條件下較好,山茶的葉片營養(yǎng)狀況在郁閉度0.7、0.9條件下較好。
表1 不同郁閉度下金花茶和山茶葉片總氮、總磷、總鉀含量差異Table 1 Content of total N, P and K in leaves of Camellia nitidissima and C.japonica under different canopy density conditions
2.2.1 金花茶和山茶高低產(chǎn)分組 根據(jù)實際經(jīng)驗和實測金花茶和山茶的株高、地徑、生物量等數(shù)據(jù),將金花茶和山茶分為高產(chǎn)組和低產(chǎn)組:郁閉度0.5、0.7分為高產(chǎn)組,全光照和郁閉度0.9分為低產(chǎn)組(表2)。
2.2.2 DRIS參數(shù)確定 金花茶和山茶DRIS參數(shù)的篩選根據(jù)DRIS法的計算原理[20],將各金花茶和山茶的葉片N、P、K養(yǎng)分含量以N/P、P/N、N/K、K/N、K/P、P/K等6種表現(xiàn)形式,分別計算金花茶和山茶高產(chǎn)組(郁閉度0.5、0.7)和低產(chǎn)組(全光照、郁閉度0.9)各種表達形式的平均值、方差、變異系數(shù)CV以及方差比(VL/VH),并對其不同形式的方差進行顯著性檢驗,通過F檢驗將達到顯著水平的表現(xiàn)形式作為DRIS參數(shù),如N/K和K/N,只選擇差異最顯著的一個作為重要參數(shù)。結(jié)合表3、表4檢驗結(jié)果,N/P、N/K、K/P等3種表現(xiàn)形式的方差比達到5%顯著水平,因此確定這3種表現(xiàn)形式作為DRIS診斷的重要研究參數(shù)。
表2 不同郁閉度金花茶和山茶生長指標(biāo)Table 2 Growth indicators of Camellia nitidissima and C.japonica under different canopy density conditions
表3 金花茶和山茶DRIS營養(yǎng)診斷參數(shù)Table 3 Statistical table of DRIS diagnostic parameters of Camellia nitidissima and C.japonica
2.2.3 DRIS指數(shù)法確定需肥順序 從表4可以看出,金花茶和山茶的3種營養(yǎng)元素都處于不平衡狀態(tài),且不同郁閉度的不平衡程度也不同。就金花茶而言,在全光照下,N值(14.15)和P值(6.57)均為正值,K值(-20.72)為負(fù)值,且絕對值表現(xiàn)為K>N>P,表示K肥缺乏,需要及時補充K肥,N肥相對P肥充足,因此可以依次推斷出金花茶在全光照下對N、P、K的需肥順序。由表4各指數(shù)值可知,金花茶在全光照、郁閉度0.5、郁閉度0.7、郁閉度0.9下的需肥順序為K>P>N、N>P>K、K>N>P、P>N>K;山茶在全光照、郁閉度0.5、郁閉度0.7、郁閉度0.9下的需肥順序為N>P>K、K>P>N、K>N>P、P>K>N。NII值代表營養(yǎng)不平衡指數(shù),是各元素DRIS指數(shù)絕對值的和,NII值越小表示營養(yǎng)越平衡,NII值越大表示營養(yǎng)越不平衡,NII值等于或接近0時營養(yǎng)達到平衡。金花茶NII值表現(xiàn)為郁閉度0.9>CK>郁閉度0.7>郁閉度0.5,山茶NII值表現(xiàn)為CK>郁閉度0.9>郁閉度0.5>郁閉度0.7,金花茶高產(chǎn)組(郁閉度0.5、0.7)的NII值遠(yuǎn)低于低產(chǎn)組(全光照、郁閉度0.9)的NII值,說明金花茶低產(chǎn)組內(nèi)營養(yǎng)元素比高產(chǎn)組更不平衡,更需要肥料供給和平衡施肥;山茶在郁閉度0.7、0.9下的NII值低于全光照、郁閉度0.5,說明山茶的營養(yǎng)元素在全光照、郁閉度0.5下更不平衡,更需要肥料供給和平衡施肥。金花茶在郁閉度0.5下和山茶在郁閉度0.7下的營養(yǎng)相對其他處理更平衡,說明山茶比金花茶更適合在郁閉度高的地方種植生長。
表4 金花茶和山茶葉片營養(yǎng)元素含量及DRIS診斷指數(shù)Table 4 Contents of nutrient elements in leaves and DRIS diagnosis indexes of Camellia nitidissima and C.japonica
本研究中林冠郁閉度的改變會引起八角林下的光照、溫度、濕度等環(huán)境因子的變化。葉片是植物進行光合作用等代謝活動的重要場所,葉片中N、P、K含量不僅反映植物自身的生長特性,也是植物對生長環(huán)境長期適應(yīng)的結(jié)果[21]。相關(guān)研究結(jié)果表明,植物葉片營養(yǎng)元素的含量不僅由自身生理結(jié)構(gòu)決定,植物通常會可伸縮性地調(diào)整營養(yǎng)元素化學(xué)計量特征來適應(yīng)環(huán)境條件的變化[22]。本研究發(fā)現(xiàn),在高郁閉度(0.7、0.9)下金花茶和山茶葉片N、P、K含量明顯高于低郁閉度環(huán)境,可能是因為高郁閉度下金花茶和山茶的生長環(huán)境(如溫度、濕度、光照等)會發(fā)生變化,進而促進植物的自我調(diào)節(jié)。魏太平等[23]對馬尾松(Pinus massoniana)林下土壤生物的研究結(jié)果也表明,馬尾松人工林在郁閉度0.7下,濕度和溫度適宜,土壤生物數(shù)量最多,土壤與根系之間的相互作用強,微生物加速了林地凋落物的分解,為馬尾松的快速生長提供了更多的N、P、K等營養(yǎng)元素。
DRIS法的理論依據(jù)是植物正常生長發(fā)育所需養(yǎng)分是均衡的,一種養(yǎng)分與其他養(yǎng)分的比值均為最適值,因此DRIS法被廣泛運用于作物營養(yǎng)診斷,尤其是經(jīng)濟樹種。例如,康專苗等[14]在帕拉英達杧果樹(Mangifera indicaL.)施肥診斷中應(yīng)用DRIS法,結(jié)果發(fā)現(xiàn)全部果園的Mg指數(shù)均為負(fù)值,表明果園急需補充鎂肥;郭素娟等[24]在燕山早豐板栗(Castanea mollissimacv.Zaofeng)也采用了DRIS法,結(jié)果發(fā)現(xiàn)遷西縣西北和西南地區(qū)的板栗園的需肥順序中Mn均排在首位,表明該地區(qū)的板栗園普遍存在養(yǎng)分Mn缺失的問題;鄒智瀅等[19]在對芳樟(Cinnamomum camphoravar.iinaloolifera)的不同施肥處理中同樣也運用了DRIS法,結(jié)果表明芳樟對N元素的需求量最大,其次是P、K元素。本研究采用DRIS法對金花茶和山茶營養(yǎng)進行了診斷,結(jié)果表明:金花茶在郁閉度0.5、0.7下指數(shù)絕對值較小,養(yǎng)分更平衡,而山茶在郁閉度0.7、0.9下養(yǎng)分更平衡,可見,山茶相對金花茶更適宜高郁閉度的生境。金花茶和山茶的N、P、K元素都處于不平衡狀態(tài),且不同郁閉度下不平衡程度也不同,這一方面與土壤N、P、K含量有關(guān),另一方面也可能因為郁閉度的不同影響了兩種植物的生長生理特性,造成葉片N、P、K含量的差異,進而導(dǎo)致需肥順序的差異。然而,DRIS葉片診斷結(jié)果反映的僅僅是樹體養(yǎng)分均衡狀況以及樹體養(yǎng)分含量之間相對不足或過量,而相對于土壤相對應(yīng)的元素含量是否缺失或過剩,仍需對土壤養(yǎng)分含量進行進一步調(diào)查和驗證,如果把DRIS診斷土壤養(yǎng)分含量和施肥經(jīng)驗結(jié)合起來運用,結(jié)果會更加準(zhǔn)確。例如,劉茂橋[25]通過對貴州核桃園的土壤和核桃(Juglans regiaL.)葉片養(yǎng)分狀況的協(xié)同分析,得出核桃園土壤的速效K、有效B、有效Fe相對缺乏,85%的核桃園葉片的K缺乏最為嚴(yán)重,相對應(yīng)地對土壤和葉片進行營養(yǎng)補充能夠提高核桃產(chǎn)量。
本試驗結(jié)果表明,不同郁閉度處理均對金花茶葉片的全N、P、K含量有顯著影響。金花茶葉片營養(yǎng)狀況在郁閉度0.5、0.7下較好;山茶葉片營養(yǎng)狀況在郁閉度0.7、0.9下較好。從葉片營養(yǎng)角度來看,山茶比金花茶更耐遮陰。NII值大小顯示,金花茶高產(chǎn)組(郁閉度0.5、0.7)的NII值遠(yuǎn)低于低產(chǎn)組(全光照、郁閉度0.9)的NII值,山茶在郁閉度0.7、0.9下的NII值低于全光照、郁閉度0.5,表明金花茶低產(chǎn)組內(nèi)營養(yǎng)元素比高產(chǎn)組更不平衡,山茶的營養(yǎng)元素在全光照、郁閉度0.5下更不平衡,更需要加強施肥和平衡施肥。根據(jù)DRIS指數(shù)法確定施肥順序得出,金花茶在全光照、郁閉度0.5、郁閉度0.7、郁閉度0.9下的需肥順序分別為K>P>N、N>P>K、K>N>P、P>N>K;山茶需肥順序為N>P>K、K>P>N、K>N>P、P>K>N。