DRIS法在金花茶和山茶營養(yǎng)診斷上的應(yīng)用研究

韋獻東，盧晶晶，陳 鑫，陶志華，郝蘊祺，王凌暉

（1.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西國有六萬林場，廣西 玉林 537004）

【研究意義】廣西有“世界八角之鄉(xiāng)”的美稱，也是八角（Illicium verumHook.f.）的重要生產(chǎn)基地[1]，種植面積和年產(chǎn)量均占全國的90%以上；金花茶（Camellia nitidissimaChi）屬山茶科（Theaceae）金花茶組（C.SectionChrysantha）植物，被人們公譽為“世界珍品”“茶族皇后”，屬國家一級保護珍稀植物，國外稱之為“幻想中的黃色山茶”[2-4]；山茶（C.japonicaL.）是山茶科（Theaceae）山茶屬植物，是我國十大傳統(tǒng)名花之一，兼具觀賞價值、藥用價值和經(jīng)濟價值，市場需求量大，應(yīng)用廣泛[5-6]，八角林下套種金花茶和山茶模式是廣西快速發(fā)展經(jīng)濟林的重要組成部分。金花茶和山茶具有極高的經(jīng)濟價值，能夠短時間內(nèi)提高八角林的經(jīng)濟效益，運用診斷施肥綜合法（Diagnosis and Recommendation Integrated System，DRIS）得出合理施肥措施是提高廣西八角林經(jīng)濟效益的有效途徑[7-8]。【前人研究進展】植物需肥診斷一般采用植物養(yǎng)分綜合管理系統(tǒng)法、土壤養(yǎng)分診斷、外部形態(tài)癥狀診斷、DRIS法[9]，有研究表明，DRIS法主要通過對植物葉片營養(yǎng)元素含量（植物葉片組織內(nèi)的營養(yǎng)狀況能更直接地反映整體營養(yǎng)的豐缺情況，比通過對土壤觀測判斷植物營養(yǎng)狀況更合理）及其比值進行診斷，最終確定需肥順序和施肥量[10]。DRIS法在經(jīng)濟林上的運用也屢見不鮮，現(xiàn)階段主要應(yīng)用的樹種有樟樹〔Cinnamomum camphora（L.）Presl〕、尾巨桉（Eucalyptus urophylla×E.grandis）、油茶（C.oleifera）、杧果樹（Mangifera indicaL.）[11-14]，但是在金花茶和山茶上的運用鮮有報道?！颈狙芯壳腥朦c】目前，廣西種植的八角林收入周期較長，受自然環(huán)境因素影響大，采伐成本較大，迫切需要林下經(jīng)濟植物來提高八角林的效益[15]，因此對林下經(jīng)濟植物的研究不可或缺。【擬解決關(guān)鍵問題】通過對八角林下的金花茶和山茶進行營養(yǎng)診斷，再根據(jù)診斷結(jié)果及植物營養(yǎng)與肥料的關(guān)系進行平衡施肥，提高經(jīng)濟林生產(chǎn)力和肥料利用率，為經(jīng)濟林下植物的栽培養(yǎng)護提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西玉林市國有六萬林場的河嵩分場（地理坐標109°51′E、22°33′N），年平均降水量1 655 mm，年平均氣溫21.5 ℃。試驗地坡度12°～15°，東南坡向，土壤為赤紅壤，總P含量0.41 mg/g，全K含量14.32 mg/g，總N含量1.06 mg/g，有機質(zhì)24.11 mg/g，pH值5.35。該試驗地的自然條件十分適合八角、金花茶和山茶的種植生長。

1.2 試驗設(shè)計

試驗以林冠郁閉度0.9、林齡23年、栽植密度為500株/hm2的八角人工林為基礎(chǔ)。2015年3月，通過均勻間植、撫育修枝，以目測法結(jié)合采用CI-110植物冠層分析儀[16]進行測量，形成郁閉度約為0、0.5、0.7、0.9等4個梯度系列的樣地，隨后種植金花茶和山茶，金花茶、山茶苗木均為林場提供的苗高、地徑一致的兩年生嫁接苗，另設(shè)置一塊空地種植金花茶和山茶作為對照（CK），每隔5個月進行一次撫育修枝調(diào)控林冠郁閉度。采用單因素隨機試驗設(shè)計，每個郁閉度設(shè)置3個重復(fù)，每個重復(fù)小區(qū)面積1 333.34 m2，種植密度為1 333株/hm2。為避免邊緣效應(yīng)的影響，每個樹種分別在每小區(qū)中間部分設(shè)置固定標準地，固牌測定的株數(shù)為30株。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品采集 于2016年12月對金花茶和山茶葉片進行采樣，此時金花茶和山茶處于休眠期，葉片內(nèi)組織養(yǎng)分及含量處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)金花茶和山茶生長的情況將其劃分為高產(chǎn)組和低產(chǎn)組；采樣時間均在上午9: 00～10: 00，每個樣地選擇3株標準苗進行取樣，每株選取3片健康功能葉，用液態(tài)氮冷凍后放入冰盒帶回實驗室。

1.3.2 指標測定及方法 株高地徑：株高為植株頂部到基質(zhì)表面的高度，用鋼卷尺（精度0.1 cm）測量；地徑為距基質(zhì)表面0.5 cm處莖干的直徑，用數(shù)顯游標卡尺（精度0.01 mm）測量。

葉片指標測定：稱取樣品0.2 g，用H2SO4-H2O2消化后，全N采用凱氏定氮法[17]測定；全P采用鉬銻抗法測定；全K采用火焰光度計法測定；含水率采用干燥法[18]測定。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 DRIS指數(shù)表示金花茶和山茶對某種營養(yǎng)需求強度[19]。營養(yǎng)不平衡指數(shù)值（Nutrient Imbalance Index，NII）為0，表示該營養(yǎng)元素含量處于平衡狀態(tài)；NII為正值，表示該元素含量相對過剩；NII為負值，表示該元素含量相對缺乏。具體計算公式如下：

式中，A/B和a/b分別表示金花茶和山茶低產(chǎn)和高產(chǎn)葉片A、B養(yǎng)分元素的濃度比，CV代表a/b的變異數(shù)，n為參與營養(yǎng)診斷的營養(yǎng)種類數(shù)。

1.4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel，統(tǒng)計分析采用SPSS 22.0和DPS，多重比較分析采用Duncan修復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同郁閉度下金花茶和山茶葉片各元素含量差異

經(jīng)過方差分析得出，郁閉度對金花茶和山茶的葉片全N、P、K含量均有顯著或極顯著影響。由表1可知，隨著郁閉度的增加，金花茶葉片的全N和全P含量呈現(xiàn)“增加-減小”趨勢，在郁閉度0.7時含量最大，且與其他處理間差異極顯著；葉片全K呈現(xiàn)增加趨勢，在郁閉度0.9下最大，與其他處理間差異極顯著；葉片含水率呈現(xiàn)“增加-減小”趨勢，在郁閉度0.7下最大，且與其他處理間差異顯著。山茶葉片的全N、P、K含量以及含水率均呈現(xiàn)出增加趨勢，在郁閉度0.9下最大，與其他處理間差異極顯著。兩種植物的全N、P、K含量以及含水率均在全光照下最小。由以上分析可得，金花茶的葉片營養(yǎng)狀況在郁閉度0.5、0.7條件下較好，山茶的葉片營養(yǎng)狀況在郁閉度0.7、0.9條件下較好。

表1 不同郁閉度下金花茶和山茶葉片總氮、總磷、總鉀含量差異Table 1 Content of total N, P and K in leaves of Camellia nitidissima and C.japonica under different canopy density conditions

2.2 金花茶和山茶葉片營養(yǎng)DRIS診斷

2.2.1 金花茶和山茶高低產(chǎn)分組 根據(jù)實際經(jīng)驗和實測金花茶和山茶的株高、地徑、生物量等數(shù)據(jù)，將金花茶和山茶分為高產(chǎn)組和低產(chǎn)組：郁閉度0.5、0.7分為高產(chǎn)組，全光照和郁閉度0.9分為低產(chǎn)組（表2）。

2.2.2 DRIS參數(shù)確定 金花茶和山茶DRIS參數(shù)的篩選根據(jù)DRIS法的計算原理[20]，將各金花茶和山茶的葉片N、P、K養(yǎng)分含量以N/P、P/N、N/K、K/N、K/P、P/K等6種表現(xiàn)形式，分別計算金花茶和山茶高產(chǎn)組（郁閉度0.5、0.7）和低產(chǎn)組（全光照、郁閉度0.9）各種表達形式的平均值、方差、變異系數(shù)CV以及方差比（VL/VH），并對其不同形式的方差進行顯著性檢驗，通過F檢驗將達到顯著水平的表現(xiàn)形式作為DRIS參數(shù)，如N/K和K/N，只選擇差異最顯著的一個作為重要參數(shù)。結(jié)合表3、表4檢驗結(jié)果，N/P、N/K、K/P等3種表現(xiàn)形式的方差比達到5%顯著水平，因此確定這3種表現(xiàn)形式作為DRIS診斷的重要研究參數(shù)。

表2 不同郁閉度金花茶和山茶生長指標Table 2 Growth indicators of Camellia nitidissima and C.japonica under different canopy density conditions

表3 金花茶和山茶DRIS營養(yǎng)診斷參數(shù)Table 3 Statistical table of DRIS diagnostic parameters of Camellia nitidissima and C.japonica

2.2.3 DRIS指數(shù)法確定需肥順序 從表4可以看出，金花茶和山茶的3種營養(yǎng)元素都處于不平衡狀態(tài)，且不同郁閉度的不平衡程度也不同。就金花茶而言，在全光照下，N值（14.15）和P值（6.57）均為正值，K值（-20.72）為負值，且絕對值表現(xiàn)為K＞N＞P，表示K肥缺乏，需要及時補充K肥，N肥相對P肥充足，因此可以依次推斷出金花茶在全光照下對N、P、K的需肥順序。由表4各指數(shù)值可知，金花茶在全光照、郁閉度0.5、郁閉度0.7、郁閉度0.9下的需肥順序為K＞P＞N、N＞P＞K、K＞N＞P、P＞N＞K；山茶在全光照、郁閉度0.5、郁閉度0.7、郁閉度0.9下的需肥順序為N＞P＞K、K＞P＞N、K＞N＞P、P＞K＞N。NII值代表營養(yǎng)不平衡指數(shù)，是各元素DRIS指數(shù)絕對值的和，NII值越小表示營養(yǎng)越平衡，NII值越大表示營養(yǎng)越不平衡，NII值等于或接近0時營養(yǎng)達到平衡。金花茶NII值表現(xiàn)為郁閉度0.9＞CK＞郁閉度0.7＞郁閉度0.5，山茶NII值表現(xiàn)為CK＞郁閉度0.9＞郁閉度0.5＞郁閉度0.7，金花茶高產(chǎn)組（郁閉度0.5、0.7）的NII值遠低于低產(chǎn)組（全光照、郁閉度0.9）的NII值，說明金花茶低產(chǎn)組內(nèi)營養(yǎng)元素比高產(chǎn)組更不平衡，更需要肥料供給和平衡施肥；山茶在郁閉度0.7、0.9下的NII值低于全光照、郁閉度0.5，說明山茶的營養(yǎng)元素在全光照、郁閉度0.5下更不平衡，更需要肥料供給和平衡施肥。金花茶在郁閉度0.5下和山茶在郁閉度0.7下的營養(yǎng)相對其他處理更平衡，說明山茶比金花茶更適合在郁閉度高的地方種植生長。

表4 金花茶和山茶葉片營養(yǎng)元素含量及DRIS診斷指數(shù)Table 4 Contents of nutrient elements in leaves and DRIS diagnosis indexes of Camellia nitidissima and C.japonica

3 討論

本研究中林冠郁閉度的改變會引起八角林下的光照、溫度、濕度等環(huán)境因子的變化。葉片是植物進行光合作用等代謝活動的重要場所，葉片中N、P、K含量不僅反映植物自身的生長特性，也是植物對生長環(huán)境長期適應(yīng)的結(jié)果[21]。相關(guān)研究結(jié)果表明，植物葉片營養(yǎng)元素的含量不僅由自身生理結(jié)構(gòu)決定，植物通常會可伸縮性地調(diào)整營養(yǎng)元素化學(xué)計量特征來適應(yīng)環(huán)境條件的變化[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，在高郁閉度（0.7、0.9）下金花茶和山茶葉片N、P、K含量明顯高于低郁閉度環(huán)境，可能是因為高郁閉度下金花茶和山茶的生長環(huán)境（如溫度、濕度、光照等）會發(fā)生變化，進而促進植物的自我調(diào)節(jié)。魏太平等[23]對馬尾松（Pinus massoniana）林下土壤生物的研究結(jié)果也表明，馬尾松人工林在郁閉度0.7下，濕度和溫度適宜，土壤生物數(shù)量最多，土壤與根系之間的相互作用強，微生物加速了林地凋落物的分解，為馬尾松的快速生長提供了更多的N、P、K等營養(yǎng)元素。

DRIS法的理論依據(jù)是植物正常生長發(fā)育所需養(yǎng)分是均衡的，一種養(yǎng)分與其他養(yǎng)分的比值均為最適值，因此DRIS法被廣泛運用于作物營養(yǎng)診斷，尤其是經(jīng)濟樹種。例如，康專苗等[14]在帕拉英達杧果樹（Mangifera indicaL.）施肥診斷中應(yīng)用DRIS法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)全部果園的Mg指數(shù)均為負值，表明果園急需補充鎂肥；郭素娟等[24]在燕山早豐板栗（Castanea mollissimacv.Zaofeng）也采用了DRIS法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)遷西縣西北和西南地區(qū)的板栗園的需肥順序中Mn均排在首位，表明該地區(qū)的板栗園普遍存在養(yǎng)分Mn缺失的問題；鄒智瀅等[19]在對芳樟（Cinnamomum camphoravar.iinaloolifera）的不同施肥處理中同樣也運用了DRIS法，結(jié)果表明芳樟對N元素的需求量最大，其次是P、K元素。本研究采用DRIS法對金花茶和山茶營養(yǎng)進行了診斷，結(jié)果表明：金花茶在郁閉度0.5、0.7下指數(shù)絕對值較小，養(yǎng)分更平衡，而山茶在郁閉度0.7、0.9下養(yǎng)分更平衡，可見，山茶相對金花茶更適宜高郁閉度的生境。金花茶和山茶的N、P、K元素都處于不平衡狀態(tài)，且不同郁閉度下不平衡程度也不同，這一方面與土壤N、P、K含量有關(guān)，另一方面也可能因為郁閉度的不同影響了兩種植物的生長生理特性，造成葉片N、P、K含量的差異，進而導(dǎo)致需肥順序的差異。然而，DRIS葉片診斷結(jié)果反映的僅僅是樹體養(yǎng)分均衡狀況以及樹體養(yǎng)分含量之間相對不足或過量，而相對于土壤相對應(yīng)的元素含量是否缺失或過剩，仍需對土壤養(yǎng)分含量進行進一步調(diào)查和驗證，如果把DRIS診斷土壤養(yǎng)分含量和施肥經(jīng)驗結(jié)合起來運用，結(jié)果會更加準確。例如，劉茂橋[25]通過對貴州核桃園的土壤和核桃（Juglans regiaL.）葉片養(yǎng)分狀況的協(xié)同分析，得出核桃園土壤的速效K、有效B、有效Fe相對缺乏，85%的核桃園葉片的K缺乏最為嚴重，相對應(yīng)地對土壤和葉片進行營養(yǎng)補充能夠提高核桃產(chǎn)量。

4 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，不同郁閉度處理均對金花茶葉片的全N、P、K含量有顯著影響。金花茶葉片營養(yǎng)狀況在郁閉度0.5、0.7下較好；山茶葉片營養(yǎng)狀況在郁閉度0.7、0.9下較好。從葉片營養(yǎng)角度來看，山茶比金花茶更耐遮陰。NII值大小顯示，金花茶高產(chǎn)組（郁閉度0.5、0.7）的NII值遠低于低產(chǎn)組（全光照、郁閉度0.9）的NII值，山茶在郁閉度0.7、0.9下的NII值低于全光照、郁閉度0.5，表明金花茶低產(chǎn)組內(nèi)營養(yǎng)元素比高產(chǎn)組更不平衡，山茶的營養(yǎng)元素在全光照、郁閉度0.5下更不平衡，更需要加強施肥和平衡施肥。根據(jù)DRIS指數(shù)法確定施肥順序得出，金花茶在全光照、郁閉度0.5、郁閉度0.7、郁閉度0.9下的需肥順序分別為K＞P＞N、N＞P＞K、K＞N＞P、P＞N＞K；山茶需肥順序為N＞P＞K、K＞P＞N、K＞N＞P、P＞K＞N。