蘭州市行道樹法桐葉片營養(yǎng)和土壤養(yǎng)分 相關(guān)性分析

黃登婧，張 靜，霍建強(qiáng) ，程曉月，張建旗，廖偉彪

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070； 2.蘭州市園林科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730070)

法桐(Platanusorientalis)，又名三球懸鈴木、法國梧桐、凈土樹、鴆摩羅什樹、祛汗樹。為大喬木，樹高可達(dá)20～30 m，樹冠呈闊鐘形；干皮灰褐綠色至灰白色，呈薄片狀剝落；花期4～5月，果實(shí)9～10月成熟[1]。作為國際上甄選的4大優(yōu)良行道樹之一，具有行道樹之王的美稱[2]。其遮陰效果好，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，又具有凈化空氣、減少噪音的作用，被世界各地廣泛栽植[3-4]。法桐的缺點(diǎn)是幼葉表面絨毛脫落會(huì)造成環(huán)境污染，也會(huì)引起少數(shù)行人發(fā)生過敏反應(yīng)。但法桐絨毛和果實(shí)脫落時(shí)正好在雨季，它所造成的污染相對(duì)較小[5-6]。法桐根系分布淺、耐修剪、喜濕潤溫暖、適宜于酸性或中性,且排水條件良好的土壤。鑒于以上的各種優(yōu)點(diǎn)及蘭州的栽培條件，張瑜等[7]、唐紅等[8]報(bào)道蘭州市應(yīng)該更多推廣應(yīng)用法桐。有關(guān)蘭州市行道樹的調(diào)查結(jié)果顯示，蘭州市行道樹搭配相對(duì)比較單一，包括法桐在內(nèi)的新樹種的栽植量依舊很小，僅占39%，且法桐多以幼、中齡樹為主，老樹少，長勢(shì)較好[7]。近幾年，雖然蘭州市的行道樹逐漸變得多元化，新樹種被大量引進(jìn)，但在栽植后發(fā)現(xiàn)包括法桐在內(nèi)的一些樹種出現(xiàn)了生長緩慢，樹葉早期發(fā)黃、枯稍、死頂、枯邊、枯枝等現(xiàn)象[9]。法桐在蘭州和其他地方也存在類似的現(xiàn)象，如蘇州古城區(qū)和北京市等地的法桐都有逐漸衰老的現(xiàn)象，其葉片發(fā)黃、長勢(shì)衰弱和病蟲害增多等現(xiàn)象[10-11]。根據(jù)法桐的生長特性，針對(duì)以上問題有相關(guān)研究提出了相應(yīng)的改善措施，如培育生長快、壽命長、抵抗強(qiáng)的速生苗或者直接進(jìn)行大樹移栽；及時(shí)進(jìn)行整枝修剪管理；改善土壤條件、病蟲害防治等[4,12]。

對(duì)蘭州市行道樹的相關(guān)研究，主要集中在行道樹樹種的選擇與搭配、養(yǎng)護(hù)與管理、土壤養(yǎng)分含量及鹽堿性測(cè)定和施用有機(jī)肥對(duì)土壤肥力的影響等方面。而對(duì)法桐生長過程中樹體及其立地土壤養(yǎng)分狀況的研究目前報(bào)道較少。因此，采用葉分析法和土壤診斷法對(duì)蘭州市具有代表性的4個(gè)區(qū)內(nèi)法桐的葉片營養(yǎng)及立地土壤養(yǎng)分等進(jìn)行測(cè)定，并分析了兩者之間的相關(guān)性，為蘭州市行道樹法桐的生長管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

2016年10月15日和2017年5月15日分別在蘭州市西固區(qū)(重工業(yè)區(qū))、安寧區(qū)(居民區(qū))、七里河區(qū)(交通樞紐區(qū))和城關(guān)區(qū)(交通樞紐及工業(yè)區(qū))進(jìn)行取樣，每個(gè)區(qū)隨機(jī)選取4個(gè)街道進(jìn)行取樣。每個(gè)街道4個(gè)樣點(diǎn)，樣點(diǎn)之間間隔15 m。取樣時(shí)在樹冠外圍東、南、西、北4個(gè)方向，用高枝剪分別剪取外圍新梢中部生長健康、無病蟲害的葉片各25片，編號(hào)后放入保鮮盒。用土鉆分別采集與葉片取樣相對(duì)應(yīng)樹木的立地土壤，隨機(jī)在距樹干20～30 cm處分別取0～20，20～40和40～60 cm土層的土壤各3份，混勻后分別裝入自封袋編號(hào)待用。

1.2 樣品處理

及時(shí)清洗帶回的新鮮葉片，用濾紙吸去水分，測(cè)定葉片相對(duì)含水量(RWC)。其余葉片清洗干凈并吸干表面水分經(jīng)20 min，105℃殺青，置于75℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干之后粉碎，貯存于無菌玻璃瓶中，貼標(biāo)簽備用。將土壤自然風(fēng)干并去除雜物，研磨后經(jīng)1 mm孔徑篩子過篩，貯存于信封中做標(biāo)注備用。

1.3 指標(biāo)的測(cè)定

葉片葉綠素含量用SPAD-502Plus便攜式葉綠素測(cè)定儀測(cè)定；全氮—H2SO4混合加速劑—蒸餾法；全磷—鉬銻抗比色法；全鉀—火焰光度計(jì)法；鈣、鎂、銅、鐵—干灰化—原子吸收分光光度法。土壤pH-酸度計(jì)電位法；土壤有機(jī)質(zhì)—高溫外加熱重鉻酸鉀容量法；速效氮—堿解擴(kuò)散法；速效磷—碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀—醋酸銨浸提—火焰光度法；交換性鈣、鎂和有效銅、鐵—原子吸收分光光度法[13-14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和處理；用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行顯著性分析，并用Duncan法進(jìn)行多重比較，用Pearson法進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片相對(duì)含水量、葉綠素和營養(yǎng)元素含量分析

在夏季，4個(gè)區(qū)內(nèi)葉片的RWC、葉綠素、全N、全P、全K、Ca、Mg和Fe的含量變化均不顯著，而Cu含量在西固區(qū)顯著高于安寧區(qū)和七里河區(qū)；秋季，葉片RWC、全N、全P、全K、Mg和Fe的含量在各區(qū)都無顯著差異，城關(guān)區(qū)葉片的葉綠素、安寧區(qū)葉片的Ca含量顯著低于其他區(qū)，并且這2個(gè)區(qū)中葉片的Cu含量都顯著低于另外2個(gè)區(qū)。在4個(gè)試驗(yàn)區(qū)中，葉片的RWC、全P和Cu的含量都為夏季高于秋季，其中Cu的含量差異顯著。而葉片Ca、Mg含量都為秋季高于夏季，但差異不顯著，其余指標(biāo)在各區(qū)夏季秋季之間變化不顯著。安寧區(qū)的葉片RWC和Ca含量比其他區(qū)低，但差異不顯著。葉片所含的各種礦質(zhì)營養(yǎng)元素中含量最高的是全N(25.22～27.59 g/kg)其后依次為Ca、全K、全P、Mg、Fe，最少的是Cu(表1)。

表1 法桐夏秋季葉片營養(yǎng)元素的含量

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 土壤養(yǎng)分含量分析

蘭州市的土壤整體偏堿性且養(yǎng)分含量也比較低，尤其是有機(jī)質(zhì)的含量。土壤pH和速效N的含量呈秋季高于夏季的狀態(tài)，后者在安寧區(qū)、七里河區(qū)和城關(guān)區(qū)內(nèi)夏、秋季間的含量差異顯著。其余指標(biāo)基本都是夏季含量高于秋季。有機(jī)質(zhì)的含量，除了安寧區(qū)，在其他3個(gè)區(qū)夏、秋季差異顯著；速效K在西固區(qū)兩季的含量存在顯著差異。忽略季節(jié)整體分析，安寧區(qū)土壤pH為4個(gè)區(qū)中最高，即其堿性最強(qiáng)，其次為城關(guān)區(qū)。此外，安寧區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)、速效N、速效P、速效K、交換性Ca和交換性Mg的含量都很低，尤其是速效N和速效P都顯著低于其他區(qū)，而速效K和交換性Ca的含量與其他區(qū)的含量間不存在顯著差異。土壤有效Cu的含量在西固區(qū)要顯著高于其他區(qū)。有效Fe的含量在夏、秋季和各區(qū)之間都基本無差異(表2)。

表2 法桐夏秋季土壤狀況

2.3 葉片相對(duì)含水量、葉綠素及營養(yǎng)元素之間的相關(guān)性分析

法桐葉片中RWC的含量除了與全P含量呈負(fù)相關(guān)外(相關(guān)系數(shù)-0.65)，與其余各測(cè)定指標(biāo)均呈正相關(guān)，其中與Cu和Ca的相關(guān)性較大，相關(guān)系數(shù)分別為0.88和0.68。葉綠素含量與全N和Ca的含量呈負(fù)相關(guān)，與全P、全K、Mg、Cu呈正相關(guān)，與Fe含量顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.982(P<0.05)。葉片中全N含量與全P，Mg和Fe含量負(fù)相關(guān)，與全K，Ca和Cu呈正相關(guān)。葉片中Fe元素與全P正相關(guān)，與全K、Ca、Mg、Cu呈負(fù)相關(guān)，其中，Ca元素對(duì)Fe元素的抑制作用最顯著，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到了-0.999(P<0.01)。全K含量與Mg含量負(fù)相關(guān)，與Ca、Cu、Fe呈正相關(guān)，其中與Fe的相關(guān)性系數(shù)很小，為0.02。葉片Ca含量與Fe含量負(fù)相關(guān)，與Mg和Cu成正相關(guān)。Mg含量與Cu、Fe含量、Cu含量與Fe含量皆為正相關(guān)(表3)。

表3 法桐葉片各測(cè)定指標(biāo)間的相關(guān)性

注：*表示P<0.05水平下顯著相關(guān)，**表示P<0.01水平下顯著相關(guān)，下同

2.4 土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性分析

土壤各礦質(zhì)元素之間存在相互作用，法桐立地土壤的pH與其他各測(cè)定指標(biāo)的含量呈負(fù)相關(guān)，其中與有機(jī)質(zhì)、速效P含量相關(guān)性較大，相關(guān)系數(shù)分別為-0.93和-0.90。土壤有機(jī)質(zhì)、速效N、速效P含量與各營養(yǎng)元素含量都呈正相關(guān)，但都不顯著。速效P含量與有機(jī)質(zhì)和速效N的含量相關(guān)性較大，分別為0.88和0.87。土壤交換性Ca與交換性Mg顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.999(P<0.01)(表4)。

2.5 土壤pH、養(yǎng)分和葉片相對(duì)含水量、葉綠素及礦質(zhì)營養(yǎng)的相關(guān)性分析

法桐土壤pH與葉片RWC、葉綠素、全N、全K、Ca和Cu的含量呈負(fù)相關(guān)，與葉片其余測(cè)定指標(biāo)呈正相關(guān)，其中與RWC相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)為0.962(P<0.05)。土壤有機(jī)質(zhì)含量與葉片RWC、葉綠素、全N、全K、Ca、Cu和Fe正相關(guān)，與全P和Mg呈負(fù)相關(guān)。土壤速效P與葉片中全N、全K、Ca、Mg、Cu和Fe都呈正相關(guān)，與葉片全P顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.955。土壤速效N和速效P與葉片全P顯著負(fù)相關(guān)分別為-0.955、-0.964(P<0.05)，而與Ca顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.962、0.967(P<0.05)。土壤有效Cu與葉片全K顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.999(P<0.01)。葉片中N、Ca、Cu和Fe與其在土壤中的含量呈正相關(guān)，而P和Mg負(fù)相關(guān)(表5)。

表4 法桐立地土壤各測(cè)定指標(biāo)間的相關(guān)性

表5 法桐立地土壤養(yǎng)分與其葉片營養(yǎng)的相關(guān)性

3 討論

研究結(jié)果顯示，夏季和秋季蘭州市法桐葉片和立地土壤中的養(yǎng)分狀況有一定的差異，這與法桐的生長規(guī)律和生長機(jī)理密切相關(guān)。在生長過程中，植物從土壤中吸收養(yǎng)分供應(yīng)植株生長，而被運(yùn)送到生長部位的養(yǎng)分又會(huì)通過調(diào)控庫—源關(guān)系的方式來滿足自身在不同的生長階段對(duì)不同營養(yǎng)元素的種類和數(shù)量的需求[15]。因此，在夏、秋兩季對(duì)法桐葉片和立地土壤進(jìn)行養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果有所不同。法桐葉片中全K的秋季含量高于夏季，這與張靜等[16]對(duì)沙田柚的研究結(jié)果相反。因此時(shí)(10月)法桐的果實(shí)已經(jīng)成熟，鉀元素不再被更多地運(yùn)到果實(shí)而是轉(zhuǎn)移到葉片中，使得葉片中K的含量有所增加。法桐葉片中含量最高的是全N，其后依次為Ca、全K、全P、Mg、Fe，全P和Mg含量差異較小，含量最少的是Cu。這與黃開順等[17]的研究結(jié)果一致。

蘭州市的土壤偏堿性并且相對(duì)比較貧瘠[9,18]，這一結(jié)果在試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。其中有機(jī)質(zhì)含量極低，除了施肥管理不到位以外，與人類的清掃行為和道路擴(kuò)建與過度鋪裝等也有密切關(guān)系。道路擴(kuò)建和過度鋪裝減少了土壤與空氣的接觸面積，從而減少了土壤中微生物的活性，而人類對(duì)落葉和雜草等的清除使土壤不能夠通過微生物的降解作用來增加有機(jī)物質(zhì)的積累。在4個(gè)試驗(yàn)區(qū)中，安寧區(qū)法桐立地土壤的營養(yǎng)狀況最差且pH最大，這與前期有關(guān)蘭州市七葉樹立地土壤的營養(yǎng)狀況西固區(qū)土壤養(yǎng)分最差的結(jié)果不一致[9]，主要與取樣地點(diǎn)以及樹種不同有關(guān)。西固區(qū)葉片和土壤中的Cu含量都明顯高于其他區(qū)，這一結(jié)果主要是由于西固區(qū)是甘肅省和蘭州市的核心工業(yè)區(qū)，為中國西部最大的石油化工基地，其生產(chǎn)過程中排放的含Cu的污染物的量相比于其他區(qū)要明顯高于其他地區(qū)。

樹體中水分和營養(yǎng)的供給主要來源于土壤，但葉片和土壤中的礦質(zhì)元素并不是孤立存在的，其之間有的會(huì)存在相互協(xié)同作用，而有的則會(huì)發(fā)生拮抗作用[19-20]，陳娟[10]對(duì)蘇州法桐的立地土壤進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)土壤呈弱堿性，同時(shí)鐵和磷的供應(yīng)不足，這與試驗(yàn)結(jié)果一致，因?yàn)檩^高的pH使得土壤中的磷和鐵元素處于不易被吸收的狀態(tài)，從而使可被利用的有效態(tài)含量減少。此外，土壤的pH與土壤的速效N、速效K、交換性Ca和有效Cu都呈負(fù)相關(guān)(表2)，因此pH較高時(shí)，從土壤吸收轉(zhuǎn)運(yùn)到葉片的相應(yīng)礦質(zhì)元素的含量也就比較少，從而使得土壤pH與這些礦質(zhì)元素在葉片中的含量呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，而這些礦質(zhì)元素的減少又密切影響著樹體的光合、蒸騰等代謝過程，使RWC和葉綠素也有所減少。這與王莉莉[21]研究土壤pH對(duì)植物生長及生理特性影響的結(jié)果一致。在法桐立地土壤中，與臧成鳳等[22]的研究結(jié)果一致，速效P與葉片中全N、全K、Ca、Mg、Cu和Fe含量都呈正相關(guān)，但也有研究發(fā)現(xiàn)磷肥會(huì)妨礙氮、鉀的吸收，在磷肥的量過多時(shí)發(fā)生[23]。此外也有研究顯示在果樹吸收過程中P與Cu存在拮抗的關(guān)系，可能與根際培養(yǎng)介質(zhì)中的氧化還原狀況、pH以及微生物環(huán)境有關(guān)，其具體的原因還需要做進(jìn)一步研究。近期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)銀杏對(duì)氮素和鉀的吸收具有協(xié)同作用[24]，這一結(jié)果同樣存在于蘭州市法桐中。在土壤條件最差的安寧區(qū)中，葉片與土壤養(yǎng)分之間的相互關(guān)系有較明顯的體現(xiàn)，如安寧區(qū)法桐葉片中Ca的含量低，同時(shí)它在土壤中的含量也很低，而葉片與土壤中Ca元素的相關(guān)性分析顯示兩者呈正相關(guān)，可見是土壤中Ca元素的不足導(dǎo)致其在葉片中的含量低的狀況。

4 結(jié)論

通過葉分析法和土壤養(yǎng)分診斷法測(cè)定并分析葉片營養(yǎng)和土壤養(yǎng)分相互關(guān)系，蘭州市法桐立地土壤總體呈堿性，營養(yǎng)狀況較差，尤其是安寧區(qū)，其土壤的有機(jī)質(zhì)、速效N、速效P、速效K、交換性Ca和交換性Mg的含量都很低，且該區(qū)葉片的營養(yǎng)狀況相對(duì)較差。4個(gè)區(qū)中法桐葉片和立地土壤中的營養(yǎng)狀況在夏、秋季的狀況有差異，且法桐葉片中的營養(yǎng)元素含量與其立地土壤中各元素的含量之間存在協(xié)同或拮抗作用。在對(duì)蘭州市法桐進(jìn)行施肥管理時(shí)，應(yīng)根據(jù)葉片和土壤的實(shí)際營養(yǎng)狀況，結(jié)合不同生長期對(duì)養(yǎng)分的需求合理施肥(尤其是安寧區(qū))，建議少施堿性肥料。