陸欣遠(yuǎn)，韋小麗，張紅艷，田 鴻

(貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

植物葉片營養(yǎng)診斷方法包括充足范圍法 (SRA)、診斷施肥綜合法(DRIS)、適度偏差百分?jǐn)?shù)法(DOP)、組分營養(yǎng)診斷法(CND)等4種。其中診斷施肥綜合法作為一種判斷植物營養(yǎng)情況的先進(jìn)方法，其診斷結(jié)果不受林木品種、葉齡以及部位等影響，能明確表示某種元素的豐缺狀況，同時可判斷出林木有效的施肥順序，已被廣泛應(yīng)用于多數(shù)果樹的營養(yǎng)診斷[1-3]。閩楠(Phoebebournei)樟科楠屬，我國二級珍稀保護(hù)植物，為我國特有的珍貴用材樹種，在國內(nèi)更是有著“中華第一材”的美譽(yù)[4]。正是因其極高的經(jīng)濟(jì)價值，閩楠雖在我國多省區(qū)均有分布，但長期以來遭受無節(jié)制濫伐利用，加之其對立地條件要求嚴(yán)格，生長緩慢等特點(diǎn)，使之自然種群極度稀少甚至面臨瀕危，已被世界自然保護(hù)聯(lián)盟(IUSN)紅皮書列為低危樹種[5-6]。而就目前國內(nèi)關(guān)于閩楠的研究多在種群和群落特征[7-8]、苗木繁育[9]和遺傳多樣性[10]等方面，相關(guān)施肥研究也僅為不同施肥方式以及施肥水平的控制[11-13]，關(guān)于閩楠在不同巖性發(fā)育的土壤上栽植的施肥響應(yīng)及營養(yǎng)診斷情況研究卻鮮見，同時隨著苗木不斷生長，考慮到土壤中的養(yǎng)分供給有限這一情況，為盡可能避免苗木養(yǎng)分虧缺現(xiàn)象出現(xiàn)導(dǎo)致生長不良[14]，及時對苗木進(jìn)行營養(yǎng)診斷，掌握苗木在不同土壤條件下的養(yǎng)分需求規(guī)律，從而制定施肥方案，合理補(bǔ)充苗木所需養(yǎng)分，快速促進(jìn)其郁閉成林至關(guān)重要。為此，本研究以2年生的閩楠苗木作為研究對象，在2種不同巖性土壤上進(jìn)行閩楠正交施肥試驗(yàn)，并采用DRIS圖解法、指數(shù)法營養(yǎng)診斷法和葉片養(yǎng)分臨界范圍劃分對其進(jìn)行綜合營養(yǎng)診斷，探尋閩楠在2種不同巖性土壤上的元素需求順序、元素最佳比值范圍和元素適宜質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，以便更好揭示其養(yǎng)分需求規(guī)律，為其在不同土壤類型造林地上進(jìn)行科學(xué)養(yǎng)分管理和培育高質(zhì)量閩楠資源提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地為貴州省貴陽市花溪區(qū)貴州大學(xué)南校區(qū)苗圃試驗(yàn)地，地理位置位于106°34′E，26°34′N，平均海拔1 159 m，屬于中亞熱帶濕潤溫和型氣候，平均氣溫15.8 ℃，年降水量1 229 mm，年平均相對濕度79%，年生長期271 d。經(jīng)項(xiàng)目組前期試驗(yàn)結(jié)果表明，閩楠在煤系砂頁巖、玄武巖和石英砂巖和板巖發(fā)育而來的土壤上生長較好，其中生長情況最優(yōu)的土壤類型主要為煤系砂頁巖和板巖，因此將其作為本研究閩楠造林優(yōu)先選擇的土壤類型(以下簡稱“板巖土壤”“煤系砂頁巖土壤”，分別用字母“B”“M”表示)，分別采自貴州省劍河縣和貴州省貴陽市花溪區(qū)，2種土壤均取A層心土層土壤，土層深度20 cm，試驗(yàn)土壤均在采集地過篩后運(yùn)回試驗(yàn)地。分別將2種土壤裝入長5.0 m、寬1.2 m、深0.5 m的水泥框內(nèi)，土壤裝填厚度40 cm，每種土壤裝4個框。2種巖性土壤的理化性質(zhì)為：板巖有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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，堿解N mg·kg-1，有效P 1.76 mg·kg-1，速效K 2.32 mg·kg-1；煤系砂頁巖有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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，堿解N 52.69 mg·kg-1，有效P 2.32 mg·kg-1，速效K 77.83 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)苗木是貴州省從江縣國有林場培育的符合造林標(biāo)準(zhǔn)的大小長勢基本一致的2年生閩楠苗木，施肥前苗木平均高度(50.4±6.84)cm，平均地徑(5.25±0.74)mm。苗木移植時間2018年3月上旬，栽植株間距30 cm×30 cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

2種巖性土壤上都進(jìn)行N、P、K 3因素二次回歸正交施肥試驗(yàn)[15]，試驗(yàn)共15個處理，重復(fù)3次，每個重復(fù)10株閩楠苗。實(shí)際施肥量參照歐建[16]試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(表1)。肥料分2次施入，施肥時間分別為6月20日和7月15日，每次施肥量為總施肥量的50%，施肥方式為環(huán)狀溝施于閩楠苗根部周圍。試驗(yàn)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 閩楠N、P、K正交回歸施肥試驗(yàn)處理方案Table 1 Treatment scheme of quadratic regression orthogonal fertilization experiment of Phoebe bournei,seedlings

1.4 指標(biāo)測定方法

待12月生長季結(jié)束后，在各試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)，進(jìn)行隨機(jī)取樣，每處理每個重復(fù)選具有代表性4株苗木采取全挖法起苗，將植株樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后及時進(jìn)行根、莖、葉分離，裝進(jìn)信封放入烘箱90°殺青15 min，然后恒溫80 ℃烘樣24 h至恒重后取出，稱得各部分干重。再將每個處理的全部根、莖、葉干樣品分別混勻后用粉碎機(jī)磨碎過篩(0.25 mm)，用于植株養(yǎng)分含量(全N、全P、全K)的測定。采用濃硫酸、高氯酸混合酸對樣品進(jìn)行消煮，然后全N含量測定采用擴(kuò)散吸收法，全P含量測定采用鉬銻抗比色法；全K含量測定采用火焰光度計法[17]。

1.5 營養(yǎng)診斷方法

1.5.1 DRIS圖解法營養(yǎng)診斷 DRIS診斷圖由2個同心圓和3個通過圓心的坐標(biāo)軸所組成的。圓心作為植株生長良好各營養(yǎng)參數(shù)的最佳養(yǎng)分比例。圖解法的內(nèi)、外圓的半徑分別為高產(chǎn)組標(biāo)準(zhǔn)差(SD)的2/3倍、4/3倍。其中養(yǎng)分平衡區(qū)為兩圓的內(nèi)圓范圍，以“→”表示平衡。內(nèi)圓與外圓之間為稍不平衡區(qū)，用“”偏高，“”為偏低表示。外圓外圍為養(yǎng)分極不平衡區(qū)，分別用“↑”過?；颉啊比狈Ρ硎綶18]。

1.5.2 DRIS指數(shù)法營養(yǎng)診斷 DRIS指數(shù)表示植物某營養(yǎng)元素的需要程度，當(dāng)指數(shù)為負(fù)表示植物需求該元素，且負(fù)指數(shù)的絕對值越大表示需要程度越大；正指數(shù)越大表示植物對元素需要程度越小。若計算結(jié)果要求各指數(shù)的代數(shù)和為零，說明計算無誤[19]。N、P、K元素DRIS指數(shù)計算公式為[20]

N指數(shù)=[f(N/P)+f(N/K)]/2

(1)

P指數(shù)=[-f(N/P)-f(K/P)]/2

(2)

K指數(shù)=[f(K/P)-f(N/K)]/2

(3)

其中函數(shù)f(N/P)、f(K/N)、f(K/P)的計算，以f(N/P)為例：

f(N/P)=100[(N/P)/(n/p)-1](當(dāng)N/P>n/p，即N/P的實(shí)測值>標(biāo)準(zhǔn)值)或f(N/P)=100[1-(N/P)/(n/p)](當(dāng)N/P>n/p，即N/P的實(shí)測值<標(biāo)準(zhǔn)值)，P、K參數(shù)同理，標(biāo)準(zhǔn)值是根據(jù)各施肥處理各參數(shù)的平均值計算得出，其反映了整個林分的平均狀況。

養(yǎng)分不平衡指數(shù)(NII)為各營養(yǎng)元素指數(shù)絕對值代數(shù)和，絕代數(shù)和越趨近于0，表明各元素處于植物生長平衡狀態(tài)，代數(shù)和越大，表明元素不平衡程度越嚴(yán)重[21]。

1.5.3 葉片營養(yǎng)診斷臨界標(biāo)準(zhǔn) 參照高偉等[22]的方法將閩楠營養(yǎng)診斷的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別設(shè)為過剩、偏高、平衡、偏低、缺乏5個臨界等級，以高產(chǎn)組閩楠葉片營養(yǎng)元素DRIS診斷平均值作為平衡值與其標(biāo)準(zhǔn)差結(jié)合，具體營養(yǎng)診斷的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置如下

偏高值=平衡值+4/3標(biāo)準(zhǔn)差

(5)

過剩值=平衡值+8/3標(biāo)準(zhǔn)差

(6)

偏低值=平衡值-4/3標(biāo)準(zhǔn)差

(7)

缺乏值=平衡值-8/3標(biāo)準(zhǔn)差

(8)

1.6 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計整理，SPSS22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin2019和Auto CAD進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 閩楠產(chǎn)量組劃分

根據(jù)表2、圖1，將板巖土壤上閩楠各施肥處理B1、B2、B3、B4、B6、B9為低產(chǎn)組，B5、B7、B8、B10、B11、B12、B13、B14、B15為高產(chǎn)組；將煤系砂頁巖土壤上閩楠各施肥處理M1、M2、M3、M4、M5，M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M14為低產(chǎn)組，M13、M15為高產(chǎn)組，最后選擇2種巖性土壤上的高產(chǎn)組與低產(chǎn)組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比與分析。

表2 2種巖性土壤上閩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

圖1 2種巖性土壤上閩楠各處理生物量聚類分析Fig.1 Cluster analysis of biomass of P.bournei in different treatments in two lithologic soils

2.2 閩楠苗營養(yǎng)診斷參數(shù)統(tǒng)計

通過對2種巖性土壤上的閩楠生物量進(jìn)行聚類分析，將不同土壤上的各施肥處理組為高產(chǎn)組、低產(chǎn)組，再分別對其N、P、K、N/P、N/K、P/N、P/K等11種參數(shù)的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、方差及兩者間的方差比(VL/VH)進(jìn)行對比統(tǒng)計(表3、表4)。板巖土壤上任意2種元素的同等表達(dá)式中：N/P>P/N、N/K>K/N、K/P>P/K，選擇較大的N/P、N/K、K/P作為閩楠營養(yǎng)診斷的重要參數(shù)；在煤系砂頁巖土壤上：P/N>N/P、K/N>N/K、P/K>K/P，將P/N、K/N、P/K確定為煤系砂頁巖土壤上閩楠營養(yǎng)診斷的重要參數(shù)。

表3 板巖高產(chǎn)組和低產(chǎn)組營養(yǎng)元素DRIS診斷參數(shù)Table 3 DRIS diagnostic parameters of nutrient elements in high yield group and low yield group (B)

表4 煤系砂頁巖高產(chǎn)組和低產(chǎn)組營養(yǎng)元素DRIS診斷參數(shù)Table 4 DRIS diagnostic parameters of nutrient elements in high yield group and low yield group (M)

2.3 閩楠苗DRIS圖解法營養(yǎng)診斷

將板巖上的閩楠葉片進(jìn)行DRIS診斷圖制作，以選出的高產(chǎn)組3個重要參數(shù)平均值作為圓心值，高產(chǎn)組標(biāo)準(zhǔn)差(SD)的2/3、4/3為內(nèi)、外圓直徑(圖2)。由此可得N、P、K質(zhì)量分?jǐn)?shù)最佳配比為N/P=17.713±2.522，N/K=2.939±0.406，K/P=6.088±0.656，當(dāng)K/P參數(shù)值在6.744～7.400時，表明K偏高，P偏低，外圓半徑以外，K過剩，P缺乏；N/K參數(shù)值在3.345～3.751時，K偏高，N偏低，外圓半徑以外K過剩，N缺乏；N/P參數(shù)值在20.235～22.756時，N偏高，P偏低，向外擴(kuò)展N過剩和P缺乏程度越嚴(yán)重。同樣在煤系砂頁巖上閩楠營養(yǎng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最佳配比為P/N=0.048±0.004、K/N=0.356±0.044、P/K=0.138±0.006。由圖2(M)可知，當(dāng)P/N、K/N參數(shù)分別在0.052～0.056和0.400～0.443時均為N偏低、P與K偏高，外圓以外則為N缺乏，P與K過剩；同樣P/K參數(shù)呈現(xiàn)為，外圓以外為P過剩K缺乏。

圖2 2種巖性土壤上閩楠葉片營養(yǎng)DRIS診斷Fig.2 The DRIS of P.bournei leaf in two lithologic soils

2.4 閩楠苗DRIS指數(shù)法營養(yǎng)診斷

對2種巖性土壤上的閩楠葉片進(jìn)行元素DRIS營養(yǎng)診斷，根據(jù)計算偏離程度函數(shù)f(X/Y)分別計算得出N、P、K的DRIS指數(shù)，同時求出各處理營養(yǎng)不平衡指數(shù)(NII)。由表5、表6可知，在板巖土壤上，閩楠高產(chǎn)組、低產(chǎn)組所有施肥處理對元素的需求程度表現(xiàn)為P>K>N。其各處理中N指數(shù)以B10最小，B9最大；P指數(shù)以B9最小，B5最大；K指數(shù)以B9最小，B15最大。而從低、高產(chǎn)組平均不平衡指數(shù)(NII)對比可知，低產(chǎn)組(NII)>高產(chǎn)組(NII)，其中B9處于不平衡狀態(tài)，B10更趨于平衡狀態(tài)；在煤系砂頁巖土壤上閩楠各施肥處理對于營養(yǎng)元素的需求程度表現(xiàn)為N>K>P。各處理對N的需求表現(xiàn)為M10最大，各施肥處理中M12的P指數(shù)最小，M7最大，而K元素各施肥處理均表現(xiàn)為不同程度缺乏，M7處理K元素缺乏最小也最為嚴(yán)重，而M5相對過剩。煤系砂頁巖土壤上各處理也表現(xiàn)為低產(chǎn)組(NII)>高產(chǎn)組(NII)，表明低產(chǎn)組中營養(yǎng)不平衡程度更大，其中以M10不平衡，M12更趨于平衡。

表5 閩楠各施肥處理N、P、K指數(shù)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 閩楠各施肥處理N、P、K指數(shù)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 閩楠苗葉片營養(yǎng)診斷臨界標(biāo)準(zhǔn)

將閩楠葉片高產(chǎn)組N、P、K元素的DRIS診斷平均值作為平衡標(biāo)準(zhǔn)，再與標(biāo)準(zhǔn)差相結(jié)合制定得出閩楠在2種巖性土壤上幾種元素濃度的標(biāo)準(zhǔn)如表7可知，板巖上各元素的適宜范圍為：N=18.961～26.010 g/kg，P=1.032～1.577 g/kg，K=6.046～9.709 g/kg；煤系砂頁巖上閩楠各元素適宜范圍為：N=20.050～29.730 g/kg，P=1.152～1.218 g/kg，K=8.167～9.073 g/kg。

表7 2種巖性土壤上閩楠葉片養(yǎng)分含量范圍等級Table 7 Ranges and grades of nutrient contents in the leaves of P.bournei in two lithologic soils g·kg-1

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本試驗(yàn)在2種不同巖性土壤上對閩楠施肥后結(jié)合葉片DRIS營養(yǎng)診斷及養(yǎng)分適宜范圍等級劃分方法，得出精準(zhǔn)性較高的試驗(yàn)結(jié)果。其中在板巖土壤上閩楠葉片的營養(yǎng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值的最適范圍為：N/P=17.713±2.522，N/K=2.939±0.406，K/P=6.088±0.656，生長過程中對P的需求程度大于K、N；在煤系砂頁巖上閩楠葉片的營養(yǎng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值為：P/N=0.048±0.004、K/N=0.356±0.044、P/K=0.138±0.006，對于N的需求大于K、P。同時板巖上閩楠葉片養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的適宜范圍為：N=18.961～26.010 g/kg，P=1.032～1.577 g/kg，K=6.046～9.709 g/kg；煤系砂頁巖上閩楠葉片養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為：N=20.050～29.730 g/kg，P=1.152～1.218 g/kg，K=8.167～9.073 g/kg。通過計算營養(yǎng)不平衡指數(shù)(NII)后對比得出B10和M12在各自施肥處理中養(yǎng)分更趨于平衡狀態(tài)，同時結(jié)合閩楠在2種不同土壤上的需肥規(guī)律以及葉片養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)適宜范圍，合理增減N、P、K施肥量能更好達(dá)到閩楠養(yǎng)分科學(xué)管理的目的。

3.2 討論

土壤的發(fā)育形成過程與巖性密不可分，而母巖的理化性質(zhì)又直接影響著土壤的理化性質(zhì)及養(yǎng)分含量，巖性、土壤、植物三者之間相互聯(lián)系、相互影響，其中土壤的不同理化性質(zhì)由巖性的差異性決定，而植物的生長差異又由不同的土壤理化性質(zhì)決定[23]。但土壤中養(yǎng)分資源十分有限，及時補(bǔ)充苗木所需養(yǎng)分很有必要。在不同的生長階段苗木對養(yǎng)分的需求不同，養(yǎng)分長期供應(yīng)不足苗木則生長不良，而當(dāng)供應(yīng)過多過快苗木則不能及時吸收而大量流失[24]。本研究通過對閩楠在2種巖性土壤上進(jìn)行DRIS營養(yǎng)診斷得出，在煤系砂頁巖土壤上閩楠養(yǎng)分需求表現(xiàn)為N>K>P，與之相似的有張龍等[25]關(guān)于閩楠的營養(yǎng)診斷結(jié)果；但在板巖土壤上閩楠養(yǎng)分需求則表現(xiàn)為P>K>N，差異產(chǎn)生的因素一方面不僅與母巖本身養(yǎng)分性質(zhì)[26]有關(guān)，同時不同的林地土壤前期屬性、養(yǎng)分管理方式等都會對土壤的養(yǎng)分供應(yīng)產(chǎn)生影響；其中有研究指出[27]，長期進(jìn)行種植的土壤若不及時進(jìn)行施肥，土壤養(yǎng)分含量會明顯下降，且如果土壤前期長時間栽植作物，也會導(dǎo)致基礎(chǔ)肥力下降，若后期再栽植林木的施肥效果將不明顯[28-29]，這也可能是本研究中，煤系砂頁巖土壤全N以及堿解N含量雖高于板巖土壤，但閩楠在煤系砂頁巖土壤上對N元素需求卻大于板巖的原因之一。

據(jù)不同樹種DRIS營養(yǎng)診斷相關(guān)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)[30-31]，樟樹(Cinnamomumcamphora)與杏(Armeniacavulgaris)各自的低產(chǎn)組區(qū)的營養(yǎng)不平衡指數(shù)(NII)均大于高產(chǎn)組，說明相比于低產(chǎn)組，高產(chǎn)組營養(yǎng)元素更加平衡，這與本研究得出的結(jié)果一致；同時從2種不同巖性土壤上的閩楠各處理NII值可得出，板巖和煤系砂頁巖土壤上分別以B9和M10處理NII最大，說明該處理下N、P、K養(yǎng)分比例不平衡嚴(yán)重，需及時調(diào)整施肥配比；而B10、M12處理NII值最小，均趨于平衡狀態(tài)，其施肥配比可在基于劃分出的元素臨界范圍內(nèi)繼續(xù)用作閩楠在該種土壤環(huán)境上造林后養(yǎng)分管理的參考依據(jù)。DRIS診斷結(jié)果與指數(shù)臨界值法和養(yǎng)分范圍法相結(jié)合的方法進(jìn)行營養(yǎng)診斷，相比于單一方法進(jìn)行營養(yǎng)診斷，能夠有效提高診斷的精準(zhǔn)度[18-20]。本研究就2種巖性土壤上的各元素進(jìn)行臨界范圍分級劃分后對比發(fā)現(xiàn)2種巖性土壤上的閩楠P、K最適范圍誤差較小，診斷結(jié)果準(zhǔn)確性較好，能為閩楠合理施肥提供理論依據(jù)；但N元素最大范圍誤差達(dá)到12.52%，這可能是因?yàn)镈RIS診斷法作為二元分析方法，考慮元素平衡狀況更多，但當(dāng)幾種元素同時過?；蛉狈r，容易導(dǎo)致診斷誤差[32-33]。Ams Rocha[34]也指出不同的營養(yǎng)診斷方法對于診斷桉樹(Eucalyptus)的真實(shí)營養(yǎng)情況效果也有所不同，因此后期可開展多種營養(yǎng)診斷方法進(jìn)行效應(yīng)對比研究，使得苗木的營養(yǎng)診斷結(jié)果更加準(zhǔn)確。