不同鈣、氮施用量對珍稀資源植物蒜頭果一年生幼苗生長的影響

李雪娟，唐宗英，喬 璐，譚少清

（1.云南林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，昆明 650224；2.紅河縣生態(tài)研究所，云南 紅河 654400）

蒜頭果（Malania oleifera）是隸屬于鐵青樹科（Olcicaceae）蒜頭果屬（Malania）的中國特有的單屬種植物［1］，其自然分布區(qū)域十分狹窄，僅分布于云南東南部的廣南、富寧兩縣和廣西西部的部分區(qū)域［2］。除了植物系統(tǒng)進(jìn)化上的科研價(jià)值外，蒜頭果還是一種珍稀的資源植物。蒜頭果種仁富含神經(jīng)酸等成分［3］，可提高神經(jīng)的活躍度［4］；種仁提取的蛋白質(zhì)對人白血病K562 體外生長具有抑制作用［5］。

由于種子傳播困難、種子油脂含量高易被動(dòng)物啃食、自然條件下種子和幼苗的保存率低［6］、種實(shí)有自毒現(xiàn)象［7］等自然因素以及部分的人為破壞，蒜頭果的資源數(shù)量日漸減少，蒜頭果成為一種亟需保護(hù)和擴(kuò)大種群數(shù)量的珍稀瀕危樹種。已有的研究中化學(xué)成分提取及測定占了相當(dāng)大的比重［8］，另有一些蒜頭果個(gè)體生物學(xué)、種群特征、保護(hù)生物學(xué)、分子生物學(xué)、資源開發(fā)利用及繁育措施等方面的相關(guān)研究［9-14］。關(guān)于幼苗栽培管理的研究不多見，僅見基肥對引種到皖南的2 年生幼苗生長的影響，明確了蒜頭果的喜鈣特性［15］，以及共栽培植物對蒜頭果幼苗生長的影響［16］。苗期施肥是林木培育的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，對提高幼苗保存率、促進(jìn)林木生長、提升苗木品質(zhì)等發(fā)揮關(guān)鍵作用［17］。

鈣既是植物細(xì)胞壁的主要組成成分，又是植物生理過程中的重要信號調(diào)節(jié)因子，同時(shí)，鈣離子是唯一不能在植物篩管中轉(zhuǎn)移的植物必需的大量元素［18］，植物對鈣的需求只能由土壤（培養(yǎng)基質(zhì)）提供。因此，補(bǔ)充鈣元素十分必要。氮是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素［19］，研究表明，氮肥的施用通過提高比葉面積、葉綠素含量等提高植物光合競爭力［20］；通過苗高增量、地徑增量等提高苗木的整體品質(zhì)［21］。

基于蒜頭果幼苗栽培管理研究相對薄弱的情況，本研究通過設(shè)置不同鈣肥及氮肥的施肥水平，揭示鈣肥與氮肥對蒜頭果一年生幼苗植株生長及生物量分配的影響，以期為提高蒜頭果栽培管理水平、加快人工林繁育提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科技支撐，也是建立栽培管理技術(shù)體系的重要組成部分。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于紅河縣甲寅鎮(zhèn)科研基地進(jìn)行，基地位于云南省紅河縣甲寅鎮(zhèn)甲寅村（23.25°N，102.41°E），海拔1 550～1 680 m，地勢南高北低，占地面積3.67 hm2，其中育苗大棚0.93 hm2?；貫閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，氣候溫和，降水充沛，四季分明，立體氣候突出。年平均氣溫15.7 ℃，1 月平均氣溫16 ℃，極端最低氣溫0 ℃，7 月平均氣溫20.2 ℃，極端最高氣溫30 ℃，無霜期年均340 d。年平均降水量1 626 mm，降雨集中在5—8 月，7 月最多。土壤以紅壤和黃壤為主［22，23］。

1.2 育苗袋、基質(zhì)

育苗袋選擇透氣性較好的無紡布袋，直徑30 cm，高度35 cm。每個(gè)育苗袋分別加入腐殖土1.0 kg、生紅土1.5 kg、珍珠巖0.5 kg，共3.0 kg，充分混勻。

1.3 種子前處理與栽種

蒜頭果種子于2021 年10 月成熟收獲后，在控溫、控濕條件下砂藏。2022 年3 月底選擇200 粒大小一致、已初萌芽的蒜頭果種子，每粒種子種植在1 個(gè)獨(dú)立的育苗袋中。育苗袋放在育苗大棚內(nèi)。

1.4 施肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)

鈣（Ca）肥采用氯化鈣，施用量（以Ca 元素計(jì)算）共5 個(gè)水平，0（CA0）、200（CA1）、400（CA2）、800（CA3）、1 200 mg/kg（CA4）。氮（N）肥采用碳酸氫銨，施用量（以N 元素計(jì)算）共5 個(gè)水平，0（N0）、50（N1）、100（N2）、200（N3）、400 mg/株（N4），N 采用平均施肥法進(jìn)行，共設(shè)置25 個(gè)施肥處理（表1）。

1.5 施肥方法及生長指標(biāo)測定

4—7 月為蒜頭果萌芽、展葉等基礎(chǔ)生長期，不進(jìn)行施肥處理。施肥試驗(yàn)從8 月開始，從200 株幼苗中再次篩選出125 株長勢相對一致的幼苗，隨機(jī)分配于25 個(gè)處理，每個(gè)處理5 個(gè)重復(fù)。N 肥分別在8月、9 月、10 月、11 月的3—5 日根據(jù)試驗(yàn)安排進(jìn)行施肥。Ca 肥施用方法為8 月初一次性加入基質(zhì)中，當(dāng)幼苗移栽到野外環(huán)境時(shí)，土壤中已經(jīng)含有鈣元素，施加的最大鈣肥水平與喀斯特地區(qū)土壤鈣含量背景值相近。

10 月初進(jìn)行中期苗高、基徑的測定；12 月初在測定苗高、基徑后進(jìn)行生物量取樣，按根、莖、葉不同器官進(jìn)行分離，為防止水分蒸發(fā)，將植物材料置于自封袋內(nèi)。取樣后盡快帶回實(shí)驗(yàn)室。莖、葉可直接稱取鮮重，根須清理殘存基質(zhì)，待清理干凈后再稱取鮮重。稱重完成后，60 ℃烘干至恒重，然后測量根、莖、葉的干重。

1.6 葉面積的測定

單株葉面積的測量方法采用直接測量法，在稱取葉鮮重后，將植株葉片擺放整齊后置于掃描儀下，得到每棵植株的葉掃描圖片。應(yīng)用LAComputer 軟件讀取掃描圖片，計(jì)算每棵植株的葉面積。

1.7 數(shù)據(jù)分析

原始數(shù)據(jù)在Excel 表格中整理，根據(jù)根、莖、葉的鮮重及干重計(jì)算根冠比、根（莖、葉）的干物質(zhì)含量、比葉面積、苗高增量、基徑增量以及各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鈣肥及氮肥對生長指標(biāo)及生物量分配的影響，應(yīng)用SPSS 22.0 軟件中的一般線性模型進(jìn)行雙因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒜頭果一年生幼苗生長指標(biāo)特征

2.1.1 葉面積特征 通過雙因素方差分析，發(fā)現(xiàn)不同鈣肥水平之間單株葉面積整體差異顯著（P＜0.05）（圖1A），CA0 單株葉面積顯著高于CA2、CA3、CA4；CA1、CA4 顯著高于CA2、CA3，但CA1 與CA0、CA4 差異不顯著；CA2 與CA3 的單株葉面積最小，且兩者間差異不顯著。隨著鈣肥水平的增加，葉面積呈先減少后增加的趨勢。不施鈣的條件下葉面積較大而中等濃度的鈣導(dǎo)致葉面積下降，這一趨勢與已有報(bào)道中提及的蒜頭果喜鈣特性并不一致，可能本研究是針對當(dāng)年新發(fā)的一年生幼苗，而余慧嶸［15］的研究對象為二年生幼苗，王保仙［24］的調(diào)查對象主要針對成年植株。在1 200 mg/kg 鈣肥水平下，葉面積并非最小，也未表現(xiàn)出高鈣濃度對葉生長的抑制作用。

圖1 不同鈣肥或氮肥水平下幼苗生長特征比較

雙因素方差分析表明，鈣肥及氮肥對葉面積的影響具有交互作用，在此分析基礎(chǔ)上，又對每一個(gè)氮肥水平下進(jìn)行不同鈣肥水平間單株葉面積的比較（圖2）。除了N3，其他氮肥水平下單株葉面積在不同鈣肥水平之間仍有顯著差異，但因氮肥水平不同，隨鈣肥水平遞增葉面積變化的趨勢不一致，N0 條件下（圖2A），CA2 的葉面積最小，在N2、N3、N4 條件下，CA3 的葉面積最??；CA0 和CA4 在各種氮肥水平條件下，都未出現(xiàn)過葉面積最低的情況；蒜頭果一年生幼苗葉的生長，對鈣元素呈現(xiàn)出較復(fù)雜的響應(yīng)格局。

圖2 不同鈣肥、氮肥水平幼苗單株葉面積比較

施加氮肥對蒜頭果一年生幼苗葉面積的影響基本符合預(yù)期，最大氮肥水平400 mg/株的葉面積均值最大，5 個(gè)施肥水平基本呈現(xiàn)隨用量升高葉面積逐漸增大的趨勢（圖1D），與其他學(xué)者的研究［20，25］類似。根據(jù)差異性顯著檢驗(yàn)，N3、N4 兩個(gè)濃度的葉面積顯著高于另外3 個(gè)濃度（P＜0.05），N3、N4 之間差異不顯著，N0、N1、N2 之間差異不顯著（圖1D），表明在現(xiàn)有基質(zhì)條件下，200 mg/株的氮肥施用量可滿足一年生蒜頭果幼苗氮肥的需求，施加更多的氮肥（400 mg/株）對于增加葉面積并無顯著意義。

2.1.2 苗高生長特征 施肥中期的苗高（第1 次測定）基本與鈣肥、氮肥用量呈正相關(guān)，但不同施肥水平之間的差異并不顯著。施肥后期（第2 次）測定苗高，不同施肥水平之間產(chǎn)生了顯著的分化，不同鈣肥水平下CA4 的苗高居首位，并顯著高于未施用鈣肥的苗高，CA1～CA3 的苗高也高于CA0，表現(xiàn)出鈣肥施用與未施用之間的明顯區(qū)別；CA4 與其他幾個(gè)鈣肥水平相比雖然有優(yōu)勢，但優(yōu)勢不明顯（表2、圖1B）。從幼苗高度生長來看，蒜頭果喜鈣特性是明確的，對高鈣土壤耐受良好，本試驗(yàn)的鈣用量可能還未達(dá)到其耐受極值。不同氮肥水平的苗高生長與鈣肥相似，以N4 苗高最大，N0 居末，且差異顯著；N3 的苗高也顯著高于N0，N1、N2 的苗高相較于N0 優(yōu)勢不明顯（表3、圖1E）。N3 可以滿足需求，與上述的單株葉面積可類比。

表3 不同氮肥水平下幼苗生長指標(biāo)

試驗(yàn)后期相對于中期的苗高增量在不同施肥水平之間未表現(xiàn)出顯著差異，但可以看出隨著施肥水平的升高苗高增量也更大。

2.1.3 基徑特征 試驗(yàn)中期至后期，蒜頭果幼苗基徑增長了近一倍（表2、表3），但不同施肥水平之間基徑的差異不顯著，表現(xiàn)出一年生幼苗基徑對氮肥和鈣肥的響應(yīng)不敏感。

2.2 蒜頭果一年生幼苗生物量分配特征

2.2.1 生物量特征 蒜頭果一年生幼苗根、莖、葉及全株生物量在不同施肥水平之間的差異均不顯著，但與不施肥相比，施用鈣肥和氮肥均可使生物量有所增加（表4、表5）。由于試驗(yàn)針對的是當(dāng)年萌發(fā)的幼苗，且施肥僅4 個(gè)月，可能施肥對于生物量積累的影響還未顯現(xiàn)。

表4 不同鈣肥水平幼苗生物量特征

表5 不同氮肥水平幼苗生物量特征

2.2.2 根冠比 從地上、地下生物量的分配來看，根冠比基本在1.213～1.399（表4、表5），說明在一年生幼苗階段生物量更多地分配于地下，為更好地吸收營養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。氮肥、鈣肥的施用在此階段并未造成對生物量分配的顯著影響。

2.2.3 干物質(zhì)含量 蒜頭果一年生幼苗的葉干物質(zhì)含量在不同鈣肥水平間已有顯著分化（P＜0.05）（圖1C），CA3 的葉干物質(zhì)含量顯著低于其他鈣肥水平。葉干物質(zhì)含量是葉的結(jié)構(gòu)性功能性狀［26］，由此可知，鈣肥的施用對于葉的功能性狀有一定影響。但在本研究中氮肥的作用不顯著，各氮肥水平之間僅有微弱差異。

根、莖的干物質(zhì)含量表現(xiàn)相對惰性，對鈣肥和氮肥的響應(yīng)都不靈敏，僅表現(xiàn)出中等鈣肥水平下根、莖干物質(zhì)含量略低，而氮肥的影響趨勢更不清晰。

2.2.4 比葉面積 比葉面積（葉面積與葉生物量的比值）也是葉的關(guān)鍵功能性狀。蒜頭果一年生幼苗的比葉面積在不同鈣肥、氮肥水平下波動(dòng)較大（表4、表5），如CA1 水平下比葉面積高達(dá)55.038±70.927 cm2/g，CA4 水平下僅41.866±17.394 cm2/g，N4 水平貢獻(xiàn)了最高的比葉面積，與N2 水平間的差值可達(dá)22.228 cm2/g，施肥對于比葉面積的影響較大。但可能由于此項(xiàng)數(shù)據(jù)在各施肥水平內(nèi)部波動(dòng)較大，因而并未甄別出施肥水平之間的顯著差異。

3 討論

3.1 蒜頭果幼苗生長指標(biāo)對于施肥的響應(yīng)

葉是進(jìn)行光合作用的主要器官，葉面積的大小代表了植物的光合能力［27］，本研究用單株葉面積表征單株幼苗的整體光合能力。不論氮肥還是鈣肥，對葉面積的影響都是顯著的，氮肥的影響趨勢很清晰，即肥力水平越高，葉面積越大。陳琳等［25］的研究中提及N 肥顯著影響灰木蓮幼苗的生長和光合作用。鈣的生理作用包含了調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂［28］和氣孔導(dǎo)度［29］，這意味著鈣對葉的生長、光合作用也起著關(guān)鍵作用。鈣肥對增大單株葉面積并無貢獻(xiàn)，較大的葉面積來自不施鈣肥或極低的鈣肥施用量，中等的鈣肥用量反而抑制了葉的生長。蒜頭果幼苗葉對鈣肥施用的響應(yīng)較復(fù)雜，不施鈣肥或低鈣用量葉面積最大，最高的鈣肥用量下葉面積并非最小，似乎反映了幼苗對土壤高鈣含量的耐受性。統(tǒng)計(jì)分析表明，氮、鈣對葉面積的影響具有交互作用，也是造成葉面積變化趨勢復(fù)雜的可能因素。本研究僅應(yīng)用了鈣肥與氮肥，其他養(yǎng)分元素是否與這兩種元素相互影響還有待進(jìn)一步研究。

苗高和基徑也是直接反饋幼苗生長狀況的常用指標(biāo)，本研究中氮肥和鈣肥都體現(xiàn)了促進(jìn)苗高生長的積極作用。氮肥的促苗高作用在其他研究中也很突出，如羅仙英等［30］對馬尾松幼苗的施肥研究。鈣肥促使幼苗長高的效應(yīng)同樣也體現(xiàn)在其他植物中，如對油茶幼苗高度生長的關(guān)鍵作用［31］。氮肥［30］與鈣肥［32］也促進(jìn)基徑的增加，而蒜頭果幼苗基徑對氮肥和鈣肥的響應(yīng)卻不敏感，與余慧嶸［15］對蒜頭果二年生幼苗的研究結(jié)果迥異。

3.2 蒜頭果幼苗生物量分配對施肥的響應(yīng)

不同鈣肥水平之間的蒜頭果幼苗生物量差異不顯著，4 個(gè)鈣肥水平的生物量表現(xiàn)出先降低再升高的基本趨勢，這與楊樹幼苗對鈣肥的響應(yīng)呈相反的趨勢，隨著鈣濃度的增加，楊樹幼苗的生物量均呈先升高后降低的趨勢［33］。兩者的差異主要來源于物種的內(nèi)在遺傳特性。

氮肥的施加也未造成蒜頭果幼苗生物量的顯著差異，但仍可看出施肥后各器官和整株的生物量都有所增加，除莖的生物量外，根、葉及全株生物量在200 mg/kg 氮肥水平下最高。這些特征說明，與其他植物［30］相似，蒜頭果幼苗增施氮肥對增加生物量有積極意義，但用量應(yīng)根據(jù)物種的需求適量供給，并非多多益善。

鈣、氮雙施且各有5 個(gè)用量水平，仍未鑒別出生物量在組別間的顯著差異，可能是由于研究對象是當(dāng)年萌發(fā)的一年生幼苗，而蒜頭果種仁極富營養(yǎng)［12］，在幼苗萌發(fā)及生長初期對于養(yǎng)分供給的貢獻(xiàn)比例較高，從而在短時(shí)間內(nèi)部分掩蓋了外源性肥料的作用，在時(shí)間尺度上還未到達(dá)可觀測到顯著差異的時(shí)間點(diǎn)。

3.3 蒜頭果幼苗葉的功能性狀對施肥的響應(yīng)

葉干物質(zhì)含量與比葉面積體現(xiàn)了葉的功能性狀。不同鈣肥水平引起葉干物質(zhì)含量的顯著變化，同時(shí)，鈣肥也引起了比葉面積的較大波動(dòng)，說明鈣是葉功能性狀的影響因素。與鈣肥相比，氮肥對葉功能性狀的影響較小。葉的功能性狀在一定程度上說明了生態(tài)位的特征［34］，而與氮素相比，鈣可能是更重要的生態(tài)位關(guān)鍵因子［35］。

4 結(jié)論

鈣肥與氮肥的施加對蒜頭果一年生幼苗的生長有顯著影響，指標(biāo)包括單株葉面積、苗高。鈣肥也造成了葉干物質(zhì)含量的顯著差異，表明鈣在一定程度上影響葉的功能性狀。鈣肥與氮肥存在交互作用，造成了單株葉面積對氮肥響應(yīng)的復(fù)雜格局。本研究中鈣肥與氮肥對生物量分配的影響不顯著，建議在更長時(shí)間尺度上探究蒜頭果幼苗的需肥規(guī)律及生長、生理等方面的響應(yīng)，從而建立完善的栽培管理技術(shù)體系。