不同施肥處理對(duì)芳樟葉精油及其主成分芳樟醇含量的影響

于靜波，張國(guó)防，李左榮，馮 娟

(福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建福州350002)

芳 樟 (Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.)，為樟科(Lauraceae)常綠喬木，是亞熱帶地區(qū)常綠闊葉林樹(shù)種的代表，為中國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)林、用材林和綠化林樹(shù)種之一［1-3］。樟樹(shù)用途廣泛，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，從根莖到枝葉均可提取樟腦及樟油［4］，樟油中含有桉葉素、黃樟油、芳樟醇、樟腦、松油醇和檸檬醛等成分［5］，均為香料、農(nóng)藥、礦業(yè)、國(guó)防和化工等的重要原料。在樟油的組成成分中，芳樟醇的應(yīng)用范圍最廣，不但可用于各種化妝品、皂用香精、水果型食品香精和辛香料中，也常供藥用，具有抗菌、抗病毒和止痛的功效［6］。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)天然芳香植物產(chǎn)品的需求量不斷增大。以芳樟醇為主成分的芳樟型芳樟在江西和福建兩省的種植面積較大，但每年生產(chǎn)的芳樟醇仍然供不應(yīng)求［7-8］。隨著國(guó)際市場(chǎng)對(duì)樟樹(shù)精油需求量的日益增大，科學(xué)、有效地開(kāi)展樟樹(shù)林的大規(guī)模培育與生產(chǎn)是當(dāng)前亟需解決的重要問(wèn)題。N、P 和K 是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素，也是林業(yè)生產(chǎn)中最常用的肥料，但在現(xiàn)階段的生產(chǎn)實(shí)踐中，樟樹(shù)林的施肥大多憑經(jīng)驗(yàn)，不能充分發(fā)揮施肥的效益，因而，實(shí)施科學(xué)合理的施肥方案對(duì)于提高樟樹(shù)林經(jīng)濟(jì)價(jià)值具有重要意義。

在眾多的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法中，三元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)具有旋轉(zhuǎn)性，能使與試驗(yàn)中心距離相等的點(diǎn)上預(yù)測(cè)值的方差相等，而且試驗(yàn)次數(shù)較少、計(jì)算簡(jiǎn)便，消除了回歸系數(shù)間的相關(guān)性，因而，采用這一方法作為施肥模型可確定最佳的肥料種類和用量［9］。

為此，作者采用三元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)設(shè)置了N、P 和K 施用量不同的20 個(gè)處理組，對(duì)樟樹(shù)葉精油含量及其主成分芳樟醇的相對(duì)含量進(jìn)行比較分析，以確定樟樹(shù)生長(zhǎng)適宜的N、P 和K 施用量，以期對(duì)樟樹(shù)林培育和生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試芳樟為福建廈門牡丹香化公司提供的品種‘牡丹1 號(hào)’的1 年生扦插苗，其葉精油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.55%，精油中芳樟醇的相對(duì)含量為94.67%。實(shí)驗(yàn)在福建農(nóng)林大學(xué)溫室內(nèi)進(jìn)行;采用盆栽實(shí)驗(yàn)方法，選取生長(zhǎng)均勻、高度一致的扦插苗種植于栽培盆中，每盆1 株;盆栽基質(zhì)為黃心土，每盆裝土約3.5 kg;盆栽土中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為3.233、0.214、0.013 和 0.527 g·kg-1，水解氮、有效磷和速效鉀含量分別為 19.3、11.5 和 228.3 mg·kg-1。

供試用商品化肥為尿素(N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%)、過(guò)磷酸鈣(P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%)和氯化鉀(K2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%)。使用的儀器有:GC112 型氣相色譜儀、交聯(lián) SE-230 彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0. 25 mm)、N2000 色譜數(shù)據(jù)工作站。

1.2 方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用三元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，N、P 和 K 的施用量分別設(shè)置5 個(gè)水平:0.00、1.01、2.50、3.99 和 5.00 g，共設(shè)置 20 個(gè)處理;每個(gè)處理3 株，各重復(fù)3 次，即每個(gè)處理9 株。將每一處理N、P 和K 的施用量換算成相應(yīng)的化肥用量后分6 次施肥，施肥時(shí)間為2009 年3 月份至8 月份每個(gè)月的30 日，前4 次施肥量均為總施用量的15%，后2 次施肥量均為總施用量的20%。根據(jù)栽培盆中土壤水分狀況，每隔3 ～5 d 等量澆200 mL 清水，以保證植株正常生長(zhǎng)。

1.2.2 精油提取及精油含量和芳樟醇相對(duì)含量的測(cè)定 于9 月30 日結(jié)束處理，并于9 月底采集每一樣株中下部各方向的較成熟葉片，混合后洗凈晾干并剪成碎片;稱取100 g，采用水蒸汽蒸餾法［10］提取精油并計(jì)算精油含量(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))。

采用氣相色譜法檢測(cè)精油中的芳樟醇含量，具體分析條件參照文獻(xiàn)［11］。采用峰面積歸一化法計(jì)算精油中芳樟醇的相對(duì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

采用Excel 2003 和SPSS 11.5 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和回歸分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同施肥處理對(duì)芳樟葉精油含量的影響及其數(shù)學(xué)模型

2.1.1 不同施肥處理組葉精油含量的比較 采用三元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)設(shè)置N、P 和K 的不同施用量，各處理組芳樟葉精油含量見(jiàn)表1。

由表1 可以看出:20 個(gè)處理組葉精油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1.53%以上，但不同處理組間有一定差異。其中，處理 1、4、11、15、16、18 和 19 的葉精油含量相對(duì)較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過(guò)2%。在20 個(gè)處理組中，處理11(N、P 和 K 施用量分別為 2.50、5.00 和 2.50 g)的葉精油含量最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.30%;處理8(N、P和K 施用量均為1.01 g)的精油含量最低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為1.53%。方差分析結(jié)果表明:各處理組間芳樟葉精油含量的差異均達(dá)到極顯著水平(F=10.018 7，P＜0.01)。

表1 N、P 和K 不同施用量對(duì)芳樟葉精油含量的影響(±SD)Table 1 Effect of different fertilizer amounts of N，P and K on essential oil content in leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.(±SD)

表1 N、P 和K 不同施用量對(duì)芳樟葉精油含量的影響(±SD)Table 1 Effect of different fertilizer amounts of N，P and K on essential oil content in leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.(±SD)

編號(hào)No.每盆施用量/g Fertilizer amount per pot每盆施用量/g Fertilizer amount per pot N P K精油質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%Mass ratio of essential oil編號(hào)No.N P K精油質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%Mass ratio of essential oil 1 3.99 3.99 3.99 2.13±0.07 11 2.50 5.00 2.50 2.30±0.15 2 3.99 3.99 1.01 1.83±0.14 12 2.50 0.00 2.50 1.92±0.11 3 3.99 1.01 3.99 1.74±0.14 13 2.50 2.50 5.00 1.72±0.06 4 3.99 1.01 1.01 2.03±0.12 14 2.50 2.50 0.00 1.79±0.18 5 1.01 3.99 3.99 1.63±0.02 15 2.50 2.50 2.50 2.01±0.15 6 1.01 3.99 1.01 1.60±0.04 16 2.50 2.50 2.50 2.24±0.07 7 1.01 1.01 3.99 1.70±0.08 17 2.50 2.50 2.50 1.90±0.11 8 1.01 1.01 1.01 1.53±0.10 18 2.50 2.50 2.50 2.01±0.09 9 5.00 2.50 2.50 1.92±0.05 19 2.50 2.50 2.50 2.10±0.14 10 0.00 2.50 2.50 1.72±0.11 20 2.50 2.50 2.50 1.90±0.06

2.1.2 回歸顯著性分析 對(duì)不同處理組芳樟葉精油含量進(jìn)行回歸顯著性分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

分析結(jié)果表明:經(jīng)T 檢驗(yàn)，芳樟葉精油含量總體回歸顯著性分析的 P 值為0.015，小于0.05，說(shuō)明各施肥處理對(duì)芳樟葉精油含量的影響達(dá)到顯著水平。其中，N 和 K 施用量的 P 值分別為0.007 和0.036，分別達(dá)到極顯著和顯著水平，說(shuō)明N 和K 的不同施用量對(duì)芳樟葉精油含量有顯著影響;而P 施用量的P 值為0.756，未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明P 的不同施用量對(duì)芳樟葉精油含量沒(méi)有明顯影響。此外，N×P、N×K、P×K的 P 值均高于 0.05，表明 N 與 P、N 與 K 以及 P 和 K施用量之間的相互作用對(duì)芳樟葉精油含量無(wú)顯著影響。而 N2和 K2的 P 值分別為 0.006 與 0.009，均小于0.01，表明N 和K 施用量的平方對(duì)芳樟葉精油含量有極顯著的影響;而 P2的 P 值(0.952)明顯高于 0.05，說(shuō)明P 施用量的平方對(duì)芳樟葉精油含量無(wú)顯著影響。

2.1.3 數(shù)學(xué)模型建立 對(duì)N、P 和K 的施用量與芳樟葉精油含量進(jìn)行回歸方程擬合，建立數(shù)學(xué)模型。所得回歸方程為 Y=1.054+0.392X1-0.037X2+0.280X3+0.014X1X2- 0.022X1X3+ 0.018X2X3- 0.057X12+0.001X22-0.053X32。式中，Y 代表葉精油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%);X1代表N 施用量(g);X2代表P 施用量(g);X3代表K 施用量(g)。根據(jù)回歸方程求得芳樟葉精油的最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)2.22%，與之相對(duì)應(yīng)的N、P 和K 的每盆施用量分別為 3.52、5.00 和 2.76 g。

表2 N、P 和K 不同施用量對(duì)芳樟葉精油含量影響的顯著性分析結(jié)果Table 2 Significance analysis result for effect of different fertilizer amounts of N，P and K on essential oil content in leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.

由表1 數(shù)據(jù)可看出:處理11 的 N、P 和 K 施用量(N、P 和 K 施用量分別為 2.50、5.00 和 2.50 g)與上述所得的N、P 和K 最優(yōu)施用量最接近，而該處理組芳樟葉精油含量也比其他處理組高;此外，處理1 和處理 15、16、17、18、19 和 20 的 N、P 和 K 施用量也比較接近N、P 和K 的最優(yōu)施用量，而這些處理組的芳樟葉精油含量在全部的20 個(gè)處理組中均處于較高水平。處理 10 的 N、P 和 K 施用量分別為0.00、2.50 和2.50 g，其葉精油含量?jī)H為1.72%，該處理組沒(méi)施用N 肥且P 和K 的施用量均低于最優(yōu)施用量，說(shuō)明芳樟葉精油的合成需肥量較高。處理5、6、7 和8 的N 施用量均為1.01 g，明顯低于N 的最優(yōu)施用量，其葉精油含量都處于較低的水平，說(shuō)明N 施用量不足對(duì)芳樟葉精油合成有一定的抑制作用?？傮w上看，芳樟葉精油合成對(duì)N、P 和K 需求量均較大，且對(duì)N 肥需求較為明顯。

2.2 不同施肥處理對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量的影響及其數(shù)學(xué)模型

2.2.1 不同施肥處理組芳樟醇相對(duì)含量的比較 采用三元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)設(shè)置N、P 和K 的不同施用量，各處理組芳樟葉精油中芳樟醇的相對(duì)含量見(jiàn)表3。

由表3 可知:20 個(gè)處理組的芳樟醇相對(duì)含量均在88.36%以上，其中，處理16 的芳樟醇相對(duì)含量最高，達(dá)94.87%;處理10 的芳樟醇相對(duì)含量最低，僅為88.36%;大多數(shù)處理組的芳樟醇相對(duì)含量在90%以上。方差分析結(jié)果表明:各處理組間芳樟醇相對(duì)含量的差異均達(dá)到極顯著水平(F=4.641 5，P＜0.01)。

2.2.2 回歸顯著性分析 對(duì)不同處理組芳樟醇相對(duì)含量進(jìn)行回歸顯著性分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

分析結(jié)果表明:經(jīng)T 檢驗(yàn)，芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量總體回歸顯著性分析的P 值為0.020，小于0.05，說(shuō)明不同施肥處理對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量有顯著影響。其中，N 施用量的P 值為0.013，達(dá)到顯著水平，說(shuō)明不同的N 施用量對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量有顯著影響;而P 和K 施用量的P 值分別為 0.769 和 0.256，均未達(dá)到顯著水平，表明 P 和K 的不同施用量對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量的影響不顯著。兩兩元素間的分析結(jié)果表明:N×P 與N×K 的 P 值分別為 0.329 和 0.422，均未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明N 與P、N 與K 施用量之間的相互作用對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量的影響不顯著;而P×K的P 值為0.048，達(dá)到顯著水平，表明 P 和 K 施用量之間的相互作用對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量的影響顯著。而N2、P2和K2對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量的影響分析結(jié)果表明:只有N2(即N 施用量的平方)對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量的影響達(dá)到極顯著水平。

表3 N、P 和K 不同施用量對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量的影響(±SD)Table 3 Effect of different fertilizer amounts of N，P and K on linalool relative content in essential oil from leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.(±SD)

表3 N、P 和K 不同施用量對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量的影響(±SD)Table 3 Effect of different fertilizer amounts of N，P and K on linalool relative content in essential oil from leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.(±SD)

編號(hào)No.每盆施用量/g Fertilizer amount per pot每盆施用量/g Fertilizer amount per pot N P K芳樟醇相對(duì)含量/%Relative content of linalool編號(hào)No.N P K芳樟醇相對(duì)含量/%Relative content of linalool 1 3.99 3.99 3.99 93.36±0.29 11 2.50 5.00 2.50 93.55±0.39 2 3.99 3.99 1.01 91.46±0.32 12 2.50 0.00 2.50 90.30±0.41 3 3.99 1.01 3.99 89.82±0.66 13 2.50 2.50 5.00 92.23±0.35 4 3.99 1.01 1.01 91.29±0.10 14 2.50 2.50 0.00 89.89±0.51 5 1.01 3.99 3.99 92.92±0.24 15 2.50 2.50 2.50 93.63±0.73 6 1.01 3.99 1.01 89.57±0.70 16 2.50 2.50 2.50 94.87±0.41 7 1.01 1.01 3.99 90.83±0.40 17 2.50 2.50 2.50 93.83±0.74 8 1.01 1.01 1.01 91.14±0.28 18 2.50 2.50 2.50 93.41±0.58 9 5.00 2.50 2.50 90.65±0.18 19 2.50 2.50 2.50 92.16±0.36 10 0.00 2.50 2.50 88.36±0.25 20 2.50 2.50 2.50 91.02±0.65

表4 N、P 和K 不同施用量對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量影響的顯著性分析結(jié)果Table 4 Significance analysis result for effect of different fertilizer amounts of N，P and K on linalool relative content in essential oil from leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.

2.2.3 數(shù)學(xué)模型建立 對(duì) N、P 和 K 的施用量與芳樟葉精油中芳樟醇相對(duì)含量進(jìn)行回歸方程擬合，建立數(shù)學(xué)模型。所得回歸方程為Y=87.206+2.802X1-0.279X2+1.115X3+0.180X1X2-0.147X1X3+0.396X2X3-0.525X12-0.137X22-0.275X32。式中，Y 代表芳樟葉精油中芳樟醇的相對(duì)含量(%);X1代表N 施用量(g);X2代表 P 施用量(g);X3代表 K 施用量(g)。根據(jù)上述回歸方程求得的最優(yōu)芳樟醇相對(duì)含量可達(dá)95.18%，與之相對(duì)應(yīng)的N、P 和K 的每盆施用量分別為 2.84、5.00 和 4.87 g。

由表 3 數(shù)據(jù)可看出:處理 1、5、11、15、16、17、18、19 和20 的芳樟葉精油中的芳樟醇相對(duì)含量均較高，N、P 和K 的施用量也比較接近根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型求得的最優(yōu)N、P 和K 施用量，且除處理5 外，其他幾個(gè)處理組的葉精油含量均處于20 個(gè)處理組的上游水平。而處理10、12 以及14 的芳樟葉精油中的芳樟醇相對(duì)含量均較低，分別為 88. 36%、90. 30% 和89.89%，這 3 個(gè)處理組分別缺施了 N、P 和 K，且這3 個(gè)處理中施用的另外2種元素的每盆施用量均為2.50 g，說(shuō)明缺失某種營(yíng)養(yǎng)元素將對(duì)芳樟葉精油中芳樟醇的合成產(chǎn)生不良影響，其中N 肥的影響最大。

3 討論和結(jié)論

葉精油是樟樹(shù)在生理代謝過(guò)程中分泌出的次生代謝產(chǎn)物之一，這些次生代謝產(chǎn)物對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和抵御外界逆境環(huán)境具有重要作用，葉精油的合成、積累和轉(zhuǎn)化受其遺傳和生長(zhǎng)環(huán)境條件的制約［12-14］，其含量還有一定的時(shí)間變化規(guī)律［15］。

本研究結(jié)果表明:不同施肥處理組的芳樟葉精油質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1.53%以上，葉精油中芳樟醇的相對(duì)含量均在88. 36% 以上，表明本實(shí)驗(yàn)選用的芳樟品種‘牡丹1 號(hào)’1 年生扦插苗已經(jīng)成功保持了其家系優(yōu)良的遺傳特性，具有較高的精油含量和芳樟醇相對(duì)含量。不同施肥處理對(duì)芳樟葉精油及其中的芳樟醇相對(duì)含量均具有顯著影響，根據(jù)獲得的芳樟葉精油含量和芳樟醇相對(duì)含量數(shù)學(xué)模型的回歸方程進(jìn)行最優(yōu)求解，結(jié)果表明當(dāng)N、P 和K 的每盆施用量分別為3.52、5.00 和 2.76 g 時(shí)，最優(yōu)精油含量為 2.22% ，N 肥不足將直接影響芳樟葉精油含量，表明N 肥對(duì)于芳樟葉精油含量的影響較P 肥和K 肥更明顯。當(dāng)N、P 和K 的每盆施用量分別為 2.84、5.00 和 4.87 g 時(shí)，最優(yōu)芳樟醇相對(duì)含量可達(dá)到95.18%，3 種營(yíng)養(yǎng)元素中對(duì)芳樟醇相對(duì)含量影響最大的是N。上述研究結(jié)果說(shuō)明芳樟的葉精油含量及其主成分芳樟醇相對(duì)含量受環(huán)境條件(即不同的施肥處理)的制約明顯。

在實(shí)際生產(chǎn)中，葉精油及其芳樟醇含量決定生產(chǎn)收益，由于本研究得到的最優(yōu)葉精油含量對(duì)應(yīng)的N、P和K 施肥配比與最優(yōu)芳樟醇相對(duì)含量所對(duì)應(yīng)的N、P和K 施肥配比并不完全相同，即N 和K 施用量存在一定差異，因此在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)目的及需求確定適宜的施肥配比。由于樟樹(shù)無(wú)性系能保持母株葉精油的化學(xué)類型和優(yōu)良特性［14］，因此在芳樟優(yōu)良無(wú)性系栽培過(guò)程中可以采用與最優(yōu)精油含量相對(duì)應(yīng)的N、P 和K 施肥配比進(jìn)行施肥，既能使芳樟醇含量保持其母株特性，又能使葉精油含量達(dá)到最高。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在采用三元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)及理想實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上得出的;由于在大棚盆栽實(shí)驗(yàn)條件下的光照、水分、施肥量等環(huán)境因素和時(shí)間因素均由人為控制，實(shí)驗(yàn)條件比較穩(wěn)定，所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果僅僅是理論值。而在野外進(jìn)行樟樹(shù)的實(shí)際培育或生產(chǎn)時(shí)，其環(huán)境因素變化大且極其復(fù)雜，因此在實(shí)際生產(chǎn)中若要獲得最高的葉精油和芳樟醇含量，其施肥配比應(yīng)根據(jù)土壤情況以及林地坡位等環(huán)境因素進(jìn)行綜合考慮，并結(jié)合本研究獲得的最優(yōu)施肥配比對(duì)芳樟林地進(jìn)行科學(xué)合理的施肥。

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