修剪與施氮對板栗葉片N、P營養(yǎng)及產(chǎn)量的影響

孫慧娟 郭素娟 張 麗 謝明明 宋 影

(北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，省部共建森林培育保護(hù)與利用教育部重點實驗室，北京 100083)

修剪和施氮量在果樹生長發(fā)育過程中起著關(guān)鍵性的作用[1]。修剪是通過調(diào)控果樹地上部分，特別是協(xié)調(diào)樹體與環(huán)境、生長與結(jié)果的關(guān)系[2]，將各器官營養(yǎng)合理分配和利用，調(diào)節(jié)營養(yǎng)生長與生殖生長的平衡，確保果樹高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)[3]。不同修剪強(qiáng)度下，樹冠內(nèi)通風(fēng)透光條件[4]、溫度、濕度及水分利用效率均不同[5]，進(jìn)而影響樹體葉片的生理特性、礦質(zhì)元素含量及養(yǎng)分含量等[6]。李明霞等[7]研究表明，更新修剪提高了山地蘋果葉片的氮磷含量和果實產(chǎn)量。王剛等[8]研究發(fā)現(xiàn)中度修剪可以顯著提高錐栗的葉片質(zhì)量及產(chǎn)量，為錐栗結(jié)果期適宜的修剪強(qiáng)度。施氮量通過為樹體提供適宜的養(yǎng)分，保證樹體生長發(fā)育良好[9]。氮是植物生長發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)元素之一[1]，適當(dāng)施用氮肥能夠提高葉片的光合速率，促進(jìn)花芽分化，提高坐果率[10]，進(jìn)而顯著增加葉片氮含量以及樹體產(chǎn)量。馮煥德等[11]研究表明，適宜施氮量可改善紅富士蘋果的葉片質(zhì)量，提高葉片氮磷含量，有利于樹體養(yǎng)分積累和增強(qiáng)樹勢。李洪娜等[12]研究發(fā)現(xiàn)適宜施氮量有利于提高蘋果矮化密植集約化栽培中的氮素利用率、促進(jìn)細(xì)根生長，同時延緩樹勢衰老，促進(jìn)成花，保證氮肥充足和均衡供應(yīng)。上述研究表明，適宜修剪、合理施氮肥可有效影響樹體的葉片營養(yǎng)元素含量及產(chǎn)量。

板栗(CastaneamollissimaBl.)是我國重要經(jīng)濟(jì)樹種，有數(shù)千年的栽培歷史，分布于我國26個省市，兼具喜光、頂端優(yōu)勢、發(fā)枝力極強(qiáng)等生物學(xué)特性，易使樹冠郁閉，造成樹冠內(nèi)部光照、通風(fēng)不足，結(jié)果部位外移的現(xiàn)象，加上不合理施氮肥引起的樹體營養(yǎng)不平衡等原因[13]，導(dǎo)致板栗的生產(chǎn)潛力難以得到充分發(fā)揮，進(jìn)而影響產(chǎn)量。目前，關(guān)于修剪在防止板栗地上部分結(jié)果部位外移及冠內(nèi)光禿的作用[14-15]，以及氮肥在調(diào)節(jié)板栗營養(yǎng)不平衡和提高板栗產(chǎn)量方面作用[16-17]的研究已取得初步進(jìn)展，而關(guān)于修剪與氮肥協(xié)調(diào)作用對板栗樹體營養(yǎng)及產(chǎn)量影響的研究尚鮮見報道。因此，本研究通過測定、分析修剪與施氮量的交互作用對板栗葉片氮磷含量、氮磷比、產(chǎn)量、單粒重及出實率的影響，以期為板栗科學(xué)修剪和施肥措施的選取提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于河北省唐山市遷西縣西荒峪村板栗園(118°21′E，40°12′N)進(jìn)行，東部季風(fēng)暖溫帶半濕潤氣候，最冷月平均氣溫-6.5℃，最熱月平均氣溫 25.4℃，年平均氣溫10.9℃，年平均降雨量744.7 mm。研究區(qū)域成土母質(zhì)為片麻巖，土壤類型為砂質(zhì)壤土，基本理化性質(zhì)：pH值6.44、有機(jī)質(zhì)5.89 g·kg-1、堿解氮53.48 mg·kg-1，土壤肥力為中等水平。

1.2 試驗材料

供試材料為當(dāng)?shù)刂髟云贩N燕山早豐(C.mollissima)，樹齡 13年，株間距×行間距為3.0 m×4.0 m，平均樹高 2.7 m。選擇生長狀況基本一致(修剪前樹體結(jié)果母枝數(shù)量為每株158 ～171條)的健康板栗樹(3主枝，開張角度為60°左右)作為試驗材料。

1.3 試驗設(shè)計

采用雙因素隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，研究因素包括修剪強(qiáng)度和氮肥施用量。于2016年2月底進(jìn)行修剪，強(qiáng)度設(shè)置3個水平，每單位投影面積(m2)保留果枝17～18個(常規(guī)修剪，記為X1)、14～15個(中修剪，記為X2)和11～12個(重修剪，記為X3)；保留結(jié)果母枝時其枝長范圍控制在34～38 cm，枝粗范圍控制在7.70～8.60 mm。氮肥施用量設(shè)置3個水平，即0(不施氮肥，記為N0)、375(中氮，記為N1)、750(高氮，記為N2)kg·hm-2[18]；所有肥料均以基肥形式(2016年4月初)一次性開溝均勻施入(沿每棵樹樹冠滴水線4個方向開溝，溝深30 cm[19]，將肥料均勻平鋪至溝內(nèi)，填土，一次性全量施入)；除氮肥外，磷肥(164 kg·hm-2)和鉀肥(311 kg·hm-2)的施入量保持一致，施肥種類分別為尿素、磷酸二銨和硫酸鉀。該試驗共設(shè)置9個處理，每處理設(shè)3次重復(fù)，共27個試驗小區(qū)，每重復(fù)6棵樹。

2016年7月下旬(葉片成熟期)采集葉片，選擇冠層中部外圍東、南、西、北4個方向的結(jié)果枝著生雌花或栗蓬結(jié)位的葉片和營養(yǎng)枝的葉片(長勢良好且無病蟲害)；每試驗小區(qū)6棵樹，以24個葉片為1個重復(fù)，每處理共計3個重復(fù)。2016年9月(果實成熟期)全樹調(diào)查刺苞個數(shù)；果實成熟后，每棵樹在樹冠中部外圍東、南、西、北4個方向共采摘20個刺苞(長勢良好且無病蟲害)，每個重復(fù)包括120個刺苞，用于統(tǒng)計單粒重及出實率。

1.4 測定指標(biāo)與方法

參照Falge等[20]的方法進(jìn)行葉片氮、磷含量測定：將采集好的葉片放入冰盒帶回實驗室，105℃殺青30 min，然后75℃烘干，粉碎后過篩，采用H2SO4-H2O2消煮，利用AA3連續(xù)流動分析儀(德國Seal公司)測定氮磷含量。

果實產(chǎn)量測定：于2016年9月(果實成熟)進(jìn)行產(chǎn)量測定。統(tǒng)計樹體的栗苞個數(shù)[19]。測定采集果實的單粒重，按照公式計算出實率(Q)：

Q=m/M×100%

(1)

式中，m為每刺苞產(chǎn)出果實重量(g)，M為刺苞總重量(g)，并計算產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20.0進(jìn)行方差分析和各處理間差異顯著性檢驗；Origin 2017進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 修剪與施氮對板栗結(jié)果枝葉片氮、磷含量的影響

由表1可知，修剪與施氮量的交互作用對板栗結(jié)果枝葉片N、P含量及N/P影響顯著。由圖1可知，X2N1處理的結(jié)果枝葉片N含量(23.179 g·kg-1)和N/P(13.67)值均高于其他處理；X1N2、X2N1、X3N0處理的結(jié)果枝葉片P含量均高于其他處理，分別為1.65、1.69、1.73 g·kg-1，但三者之間差異不顯著。修剪對結(jié)果枝葉片N、P含量及N/P影響顯著(表1)，其中X2N1處理的結(jié)果枝葉片N含量(20.754 g·kg-1)及N/P(13.26)最高。當(dāng)修剪強(qiáng)度為X1時，施氮量對結(jié)果枝葉片N、P含量及N/P的影響均依次表現(xiàn)為N2>N1>N0；修剪強(qiáng)度為X2時，施氮量對結(jié)果枝葉片N、P含量及N/P的影響依次為N1>N0>N2；修剪強(qiáng)度為X3時，以X3N0處理的N、P含量最高。結(jié)果表明，適當(dāng)增大修剪強(qiáng)度可以減少氮肥施用量。當(dāng)施氮量為N0時，修剪對結(jié)果枝葉片N、P含量的影響均依次表現(xiàn)為X3>X2>X1；施氮量為N1時，以X2N1處理的N、P含量及N/P為最高；施氮量為N2時，X1N2處理的N、P含量最高。

表1 修剪與施氮量對板栗葉片N、P含量主效應(yīng)及交互效應(yīng)方差分析(P值)Table 1 ANOVA of main effects of pruning，nitrogen application and their interaction on nitrogen， phosphorus content of C. mollissima in leaves (P value)

注：*表示在0.05水平差異顯著。下同。

Note:*mean significant difference at 0.05 level. The same as following.

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。下同。Note: Different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level. The same as following.圖1 修剪與施氮量對板栗結(jié)果枝葉片N、P含量及N/P的影響Fig.1 Effect of pruning and nitrogen application on nitrogen and phosphorus contents, N/P in leaves of bearing branch

2.2 修剪與施氮對營養(yǎng)枝葉片氮、磷含量的影響

修剪與施氮量的交互作用對板栗營養(yǎng)枝葉片N、P含量及N/P影響顯著(表1)。由圖2可知，X2N1處理的營養(yǎng)枝葉片N含量(23.650 g·kg-1)高于其他處理；X1N2、X2N1、X3N0處理的營養(yǎng)枝葉片P含量均高于其他處理，分別為1.80、1.92、1.90 g·kg-1，但三者間差異不顯著。修剪強(qiáng)度為X1時，施氮量對營養(yǎng)枝葉片N、P含量的影響均依次表現(xiàn)為N2>N1>N0；修剪強(qiáng)度為X2時，施氮量對營養(yǎng)枝葉片N、P含量的影響均依次表現(xiàn)為N1>N2>N0，但3個處理的N/P差異不顯著；修剪強(qiáng)度為X3時，X3N0處理的N、P含量均為最高。施氮量為N0時，修剪對營養(yǎng)枝葉片N、P含量的影響均依次表現(xiàn)為X3>X2>X1；施氮量N1時，修剪對營養(yǎng)枝葉片N、P含量的影響均依次表現(xiàn)為X2>X1>X3；施氮量為N2時，修剪對營養(yǎng)枝葉片N、P含量的影響均依次表現(xiàn)為X1>X2>X3。

2.3 修剪與施氮對產(chǎn)量、粒重及出實率的影響

修剪與施氮量的交互作用對板栗產(chǎn)量、單粒重及出實率的影響顯著(表2)。由表3可知，X1N2、X2N1處理的產(chǎn)量、單粒重和出實率均高于其他處理，且二者產(chǎn)量差異顯著；X3N0處理的單粒重、出實率均較高，且與X1N2、X2N1間差異不顯著。修剪強(qiáng)度對板栗產(chǎn)量及單粒重的影響顯著。修剪強(qiáng)度為X1時，施氮量對產(chǎn)量、單粒重及出實率的影響均依次表現(xiàn)為N2>N1>N0；修剪強(qiáng)度為X2時，施氮量對產(chǎn)量的影響依次表現(xiàn)為N1>N2>N0，對單粒重及出實率的影響依次表現(xiàn)為N1>N0>N2，其中X2N1處理的產(chǎn)量、單粒重及出實率均為最高；修剪強(qiáng)度為X3時，施氮量對單粒重及出實率的影響依次表現(xiàn)為N0>N1>N2。結(jié)果表明，適當(dāng)增大修剪強(qiáng)度可以減少氮肥施用量。

表2 修剪與施氮量對板栗產(chǎn)量、單粒重及出實率 的主效應(yīng)及交互效應(yīng)方差分析(P值)Table 2 ANOVA of main effects of yield, single fruit weight and bur nut rate and their interaction on nitrogen， phosphorus content of C. mollissima in leaves (P value)

表3 修剪與施氮量對板栗產(chǎn)量、單粒重及出實率的影響Table 3 Effect of pruning and nitrogen rate on yield, single seed weight and bur nut rate of C. mollissima in fruit

注：表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)。不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: The data in the table are mean±SD (n=3). Different small letters mean significant difference at 0.05 level among treatments.

3 討論

葉片是光合作用的主要器官，為果實生長發(fā)育提供、積累養(yǎng)分，因此果樹葉片礦質(zhì)元素含量可反映樹體對營養(yǎng)的吸收利用情況。氮、磷是植物生長的主要限制性資源，存在功能上的聯(lián)系[21]，且都是植物所需的基本營養(yǎng)元素，也是各種蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)的重要組成元素[22]。研究發(fā)現(xiàn)氮素與樹體營養(yǎng)生長關(guān)系密切[23]，是限制生長的主要養(yǎng)分[24]；植物體內(nèi)大部分氮素都集中在葉綠體中，可以調(diào)控光合作用，顯著影響果樹生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)的形成；磷參與糖代謝與脂代謝等重要過程。研究表明，氮磷化學(xué)計量比能夠反映植物營養(yǎng)與生長狀況[25]，是判斷環(huán)境對植物生長的養(yǎng)分供應(yīng)狀況和植物的生長速率的重要指標(biāo)[22]。修剪和施氮是影響板栗生長發(fā)育的重要措施，二者不僅可以調(diào)控樹體營養(yǎng)，還對產(chǎn)量及果粒重具有重要影響。本研究中，修剪強(qiáng)度與施氮量的交互作用對板栗樹體葉片營養(yǎng)及果實產(chǎn)量和單粒重均有顯著影響。在修剪強(qiáng)度方面，結(jié)果枝葉片中的氮磷含量隨著修剪強(qiáng)度的增加呈先增加后減少趨勢，中等修剪(X2)條件下達(dá)到最高。這與王剛等[6]的研究結(jié)果基本一致。中等修剪強(qiáng)度下果實產(chǎn)量、單粒重和出實率均為最大。這是由于通過干擾板栗地上部分(修剪)，有利于形成高光效的樹體結(jié)構(gòu)[26]，將根系吸收的養(yǎng)分集中分配到葉片、果實中，提高了葉片中的養(yǎng)分含量，有利于光合器官的發(fā)育[27]，進(jìn)而促進(jìn)了光合作用。研究發(fā)現(xiàn)果實是幼果期的生長中心[28]，樹體產(chǎn)生的碳水化合物向果實轉(zhuǎn)移促進(jìn)了果實增大[7]，提高了產(chǎn)量。干擾板栗地下部分(施氮量)會影響板栗生長發(fā)育，是因為直接吸收土壤中的有機(jī)氮是植物從外界環(huán)境獲取氮的主要途徑之一[29]。本研究中，N1(中等施氮量)水平下，結(jié)果枝葉片的氮磷含量及氮磷比均較高；隨著土壤氮含量的增加，板栗葉片氮含量增加，由于氮磷之間耦合作用較強(qiáng)[22]，因此也提高了葉片的磷含量，說明適宜氮含量會促進(jìn)植株的生長，在不構(gòu)成生長限制[30]的前提下，樹體對磷含量的需求也會隨之上升[31]。氮磷為葉片的重要礦質(zhì)元素，參與光合作用和能量轉(zhuǎn)化，促進(jìn)碳水化合物的形成，進(jìn)而促進(jìn)果實干物質(zhì)積累，增加單粒重及產(chǎn)量。研究表明，合理的修剪強(qiáng)度改善了樹體內(nèi)的光照條件，提高了有效葉面積，同時將樹體的葉果比控制在合理范圍內(nèi)[32]；而適宜施氮量可提供合理的氮磷濃度，穩(wěn)定葉片光合能力，同時促進(jìn)根系生長，增強(qiáng)樹體利用土壤養(yǎng)分的能力[33]，進(jìn)而促進(jìn)同化產(chǎn)物的積累，為高產(chǎn)的實現(xiàn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)[34]。這與本研究結(jié)果相同。本研究發(fā)現(xiàn)修剪強(qiáng)度與施氮量2種措施之間具有協(xié)同性，這是由于隨著修剪強(qiáng)度的增加(即單位面積留枝量減少)，葉片、枝條、果實對氮肥需求量也隨之降低；如果氮肥過剩，則會造成營養(yǎng)生長過度加強(qiáng)，枝條葉片相互競爭，使通風(fēng)透光性變差，影響產(chǎn)量。

N/P廣泛應(yīng)用于診斷植物氮磷養(yǎng)分限制格局。研究表明，N/P小于14時，植物生長較大程度上受氮素限制[22]。本研究中，板栗葉片氮磷比增加但均小于14，表明在遷西地區(qū)，氮為板栗生長的主要限制性營養(yǎng)元素，但如果板栗樹體內(nèi)的氮含量過多，則會導(dǎo)致樹體營養(yǎng)生長過剩而抑制生殖生長，這與李晶等[23]的研究結(jié)果一致。樹體生長過程中，如果氮素偏少，則有利于營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致生長緩慢，樹體易發(fā)生早衰；如果施氮過量則易導(dǎo)致地上部分生長過旺，營養(yǎng)生長與生殖生長爭奪養(yǎng)分，落花落果嚴(yán)重。因此適宜氮含量有助于花期提前，增大雌雄比，同時促進(jìn)光合作用，增加果實單粒重。本研究結(jié)果表明，板栗氮磷營養(yǎng)特征總體表現(xiàn)為高氮高磷和低氮低磷，這與李中勇等[28]研究結(jié)果一致。這是由于果實形成過程中需要大量核酸、蛋白和糖，氮磷之間呈正相關(guān)，氮含量的增加有助于磷的增加，適宜磷含量也有助于樹體碳水化合物的形成，促進(jìn)積累蛋白質(zhì)、淀粉等物質(zhì)，進(jìn)而提高單粒重、增加產(chǎn)量。

4 結(jié)論

X3N0、X2N1、X1N2處理的結(jié)果枝葉片營養(yǎng)含量和產(chǎn)量均較高；在較高修剪強(qiáng)度(留枝量減少)下，采用低施氮量，在較低修剪強(qiáng)度(留枝量增加)下，采用高施氮量。因此中等修剪強(qiáng)度(每平方米留結(jié)果母枝14～15個)和中等施氮量(375 kg·hm-2)處理(K2N2)下的板栗產(chǎn)量、單粒重、出實率及葉片營養(yǎng)元素含量最高，是當(dāng)?shù)匦藜襞c施氮量組合的較佳選擇。