中山杉葉片失綠黃化與土壤化學性質的關系

王紫陽，楊 穎，華建峰，施 欽，殷云龍，於朝廣

〔江蘇省中國科學院植物研究所(南京中山植物園) 江蘇省落羽杉屬樹木種質創(chuàng)新與繁育工程研究中心，江蘇 南京 210014〕

【研究意義】中山杉Taxodium‘Zhongshanshan ’ 是江蘇省中國科學院植物研究所通過落羽杉屬樹木種間雜交選育獲得的優(yōu)良無性系的總稱，具有耐水濕、生長快、樹型美等優(yōu)良特性，經過40余年的雜交選育和推廣應用，已獲得中山杉優(yōu)良品種(無性系)20余個，廣泛應用于江蘇、云南、安徽等10余個省份的濕地生態(tài)修復、城鄉(xiāng)綠化和農田林網建設[1-4]。隨著推廣應用范圍的擴大，發(fā)現(xiàn)部分中山杉品種在一些逆境環(huán)境下會出現(xiàn)不同程度葉片失綠黃化現(xiàn)象，對其產生原因和防治措施有待深入研究和探討。葉片失綠是植物葉綠素含量減少而呈現(xiàn)出淺綠色或黃綠色的癥狀，隨著化肥、農藥和除草劑等的大量使用，土壤環(huán)境不斷遭到破壞，失綠癥的發(fā)生頻率也越來越高[5]。【前人研究進展】許多學者針對不同植物從不同角度對葉片失綠現(xiàn)象進行了探究，大多認為與植物葉片失綠有關的主要原因是土壤堿性及氮、鐵、鎂等礦質營養(yǎng)缺失[6-8]。陳棟等[9]對不同失綠程度桃葉片生理指標及礦質養(yǎng)分含量差異進行研究，認為桃葉片失綠現(xiàn)象可能與鐵、鈣和鎂的缺失有關。白鵬華等[10]研究了土壤養(yǎng)分與梨樹葉片失綠的關系，結果表明，梨樹失綠與土壤中全氮、全鎂和全鐵的含量不足關系密切。馬白菡和謝寶多[11]在上海、杭州、武漢等地設置40個樣點，對樟樹成土母質及土壤理化性質進行調查研究，表明土壤pH值與樟樹失綠癥密切相關，其葉片失綠速度和失綠程度與pH值呈顯著正相關。范七君等[12]對5個金柑果園葉片失綠植株和正常植株相應土壤的10種礦質元素含量進行了差異性和相關性分析，結果表明，金柑葉片失綠與氮、磷、鎂和鐵含量的缺乏有關。張俊葉等[13]對徐州市樟樹土壤理化性質進行調查分析，認為土壤呈堿性及有效鐵含量缺乏是引起樟樹失綠的主要原因。2016年4月，將近年來選育的落羽杉屬優(yōu)良無性系中山杉702定植于南京八卦洲試驗地(樣地一、樣地二)開展苗期試驗。2018年6月調查發(fā)現(xiàn)，栽植于樣地一的中山杉702葉片嫩綠、長勢旺盛，而栽植于樣地二的中山杉702均出現(xiàn)不同程度葉片失綠發(fā)黃現(xiàn)象，部分植株甚至出現(xiàn)葉片整體焦枯、瀕臨死亡的現(xiàn)象，株高、地徑也明顯小于樣地一的正常植株?！颈狙芯壳腥朦c】本文為查明樣地二中山杉葉片的失綠原因并提出有效的防治辦法，對樣地一和樣地二土壤化學性質進行調查分析，同時對失綠植株葉片噴施硫酸亞鐵溶液，測定、分析噴施前后失綠葉片葉綠素含量的變化。【擬解決的關鍵問題】為中山杉葉片失綠癥的防治提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地(樣地一、樣地二)位于南京市棲霞區(qū)八卦洲，30°10′N～118°49′E。八卦洲是長江沖淤積作用形成的江中沙洲型平原，具有溫暖濕潤、雨量集中的特點，年平均氣溫約為15℃，年平均降雨量約為1000 mm，屬于亞熱帶季風氣候區(qū)[14]。試驗植株為一年生中山杉702容器苗，于2016年4月定植，每個樣地栽植1200株，株行距為0.8 m×1.2 m。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 2018年6月下旬在樣地一和樣地二分別設置4個取樣點，4個取樣點分別位于樣地的東西南北4個部位，每個取樣點隨機分散選取4個植株，分別測量各植株的地徑。同時在每個植株的樹冠東西南北中部各取營養(yǎng)枝頂端向下的第5片成熟葉片，4個植株的葉片混為1個葉片樣品。在每個植株的東西南北4個方向距離樹干20 cm位置，去除土壤表面雜物采集0～30 cm土層的土壤，4個植株土壤混為1個土壤樣品。葉片和土壤樣品采集后立即裝入保鮮袋帶回實驗室處理。

2018年9月6日，在樣地二(葉片失綠樣地)分散選取21棵失綠植株，3株1組，隨機分為7個處理組，分別對每個處理組植株葉片進行采樣，測定各植株葉綠素含量。9月7日分別對7個處理組植株葉片噴施不同濃度硫酸亞鐵(FeSO4)溶液，每個植株噴施2000 mL，其后每7 d噴施1次，持續(xù)3次，噴施處理如下：①1組，噴施自來水；②2組，噴施0.02 % FeSO4；③3組，噴施0.06 % FeSO4；④4組，噴施0.1 % FeSO4；⑤5組，噴施0.3 % FeSO4；⑥6組，噴施1 % FeSO4；⑦7組，噴施5 % FeSO4。10月5日對各處理組的葉片進行取樣，測定噴施FeSO4后植株葉片中的葉綠素含量。

1.2.2 指標測定 葉綠素含量采用95 %乙醇提取法[15]，土壤pH參照魯如坤的方法測定[16]，全氮(TN)含量用凱氏定氮儀測定[17]，土壤有效磷(AP)采用鉬銻抗比色法測定[17]，速效鉀(AK)用火焰光度法測定[17]，有效鎂(AMg)、有效鐵(AFe)、有效錳(AMn)、有效鋅(AZn)、有效銅(ACu)采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法測定[16]，全鈣(TCa)含量參照LY/T 1270-1999的方法測定，全硼(TB)含量參照LY/T 1273-1999的方法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 19.0進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 正常和失綠中山杉地徑及葉片葉綠素含量比較

由表1可見，失綠中山杉植株地徑極顯著小于正常葉片植株(P﹤0.01)，失綠葉片中的葉綠素a含量和葉綠素b含量也均極顯著低于正常葉片(P﹤0.01)，失綠葉片葉綠素總量僅為0.09 mg·g-1·FW-1，而正常葉片葉綠素總量高達0.85 mg·g-1·FW-1，說明樣地一和樣地二栽植的中山杉植株地徑、葉片葉綠素含量均存在極顯著差異。

表1 正常和失綠中山杉地徑及葉片葉綠素含量比較

2.2 正常和失綠中山杉植株土壤化學性質比較

從表2可知，葉片失綠樣地土壤pH值變化范圍為8.3～8.44，屬于堿性土壤，葉片正常樣地土壤pH 6.89～7.42，呈中性。失綠樣地土壤的全氮含量顯著低于正常樣地(P﹤0.05)，全鈣含量極顯著高于正常樣地(P﹤0.01)，有效磷、有效鎂、有效鐵、有效錳、有效銅含量均極顯著低于葉片正常樣地土壤(P﹤0.01)，分別低51.03 %、41.93 %、92.01 %、55.61 %和40.88 %，速效鉀、有效鋅和有效硼含量差異不顯著(P﹥0.05)。

表2 正常和失綠中山杉植株土壤化學性質比較

2.3 中山杉葉片葉綠素含量與土壤pH及礦質養(yǎng)分含量的相關性分析

由表3可知，中山杉葉片的葉綠素含量與土壤有效磷、有效鎂、有效鐵、有效錳、有效銅含量呈極顯著正相關(P﹤0.01，下同)，與土壤pH、全鈣含量呈極顯著負相關(P﹤0.01，下同)。說明土壤pH值升高以及全鈣含量過多可能造成中山杉葉片失綠，土壤中有效態(tài)磷、鎂、鐵、錳和銅的含量與葉綠素含量關系密切。

土壤pH值與土壤礦質元素含量存在顯著的相關性，其中pH值與土壤全氮、有效磷、有效鎂、有效鐵、有效錳和有效銅呈極顯著負相關，與土壤全鈣含量呈極顯著正相關。說明土壤pH值與全鈣含量關系密切，pH值的升高可能導致有效態(tài)磷、鎂、鐵、錳、銅和全氮含量的減少。

2.4 失綠中山杉植株葉片噴施FeSO4后葉綠素含量變化

對葉片失綠中山杉噴施不同濃度FeSO4溶液后，調查發(fā)現(xiàn)噴施過0.3 %、1 %、5 % FeSO4的中山杉葉片均出現(xiàn)明顯的黑色斑點，部分葉片出現(xiàn)焦枯現(xiàn)象，說明所用FeSO4濃度過高，對葉片造成不同程度灼傷，因此未對其葉綠素含量進行測定。噴施自來水、0.02 %、0.06 %、0.1 % FeSO4的中山杉葉片未出現(xiàn)灼傷現(xiàn)象，其噴施前后葉片葉綠素含量變化見表4。噴施0.06 % FeSO4后，失綠中山杉葉片葉綠素含量顯著增加(P﹤0.05)，噴施0.1 % FeSO4后，葉綠素含量極顯著增加(P﹤0.01)，噴施自來水和0.02 % FeSO4后葉綠素含量沒有顯著差異(P﹥0.05)。可見，葉面噴施適宜濃度FeSO4溶液能有效增加中山杉失綠葉片的葉綠素含量，濃度在0.06 %～0.1 %范圍內的FeSO4噴施效果較為顯著。

表4 失綠中山杉植株葉片噴施FeSO4后葉綠素含量變化

3 討 論

一種或多種礦質元素缺乏均可能導致植物葉片失綠現(xiàn)象的發(fā)生[18]，土壤氮素不足是引起茶樹葉片失綠的主要因素[19]，失綠甘蔗苗對應土壤中磷、鉀、鎂、鐵、錳和銅含量均極顯著低于正常植株土壤[20]。土壤全氮和有效錳的缺乏會導致葉綠素形成受阻，葉片葉綠素變少而加劇失綠癥狀[10]。與正常植株相比，葉片失綠植株土壤中鐵的含量顯著降低[12-13]。本研究發(fā)現(xiàn)，中山杉葉片的葉綠素含量與土壤有效磷、有效鎂、有效鐵、有效錳、有效銅含量呈極顯著正相關，葉片失綠樣地土壤中這些元素的含量均極顯著低于正常樣地，說明中山杉失綠現(xiàn)象可能與多種礦質元素的缺乏有關，屬于綜合缺素癥。植物根系吸收礦質元素及其在植物體內運輸、利用過程中，礦質元素之間存在著一定的相互作用關系[12,21]。本研究中有效態(tài)磷、鎂、鐵、錳、銅兩兩元素含量之間均呈極顯著正相關，總氮含量與有效鎂含量呈顯著正相關，與有效態(tài)磷、鐵、錳和銅含量呈極顯著正相關，與范七君等[12]對金柑的研究結果相似，至于各元素之間是如何相互作用的還有待于進一步深入探究。

鐵元素是參與植物葉綠素合成的輔酶的主要成分之一，同時也是光合作用中多種電子傳遞體的組成部分，當鐵元素含量不足時，將直接影響植物葉片葉綠素合成以及光合作用的正常進行[9,22]。陳超燕等[22]研究表明，合肥市區(qū)樟樹失綠癥的主要原因是pH過高導致土壤中有效鐵不能被根系吸收所致。Linh TL[23]對正常和失綠獼猴桃樹冠下土壤樣品進行對比分析，認為土壤堿性環(huán)境導致缺鐵引發(fā)的葉片的失綠癥。本研究中失綠樣地土壤pH 8.3～8.44，屬于堿性土壤，而正常樣地pH值范圍為6.89～7.42，呈中性，失綠樣地土壤中全鈣含量顯著高于正常樣地，失綠樣地有效鐵含量僅為12.07 mg/kg，比正常樣地土壤有效鐵含量的151 mg/kg低92.01 %，說明中山杉失綠原因可能與土壤呈堿性以及有效鐵含量嚴重缺乏有關。其原因可能是由于土壤中Ca含量較多以及pH偏高，使得土壤呈堿性，導致土壤中有效鐵含量降低，不能滿足植株正常生長對鐵元素的需求，間接導致葉綠素合成減少，引起植株葉片失綠[13,22,24]。本研究結果表明，對失綠植株噴施0.06 %和0.1 % FeSO4后，失綠中山杉葉片葉綠素含量得到顯著增加?？梢姡a充鐵素后，植株葉片失綠癥狀得到了有效改善，這與關繼義等[24]的研究結論相一致。

根據(jù)本研究結果，提出防治中山杉葉片失綠現(xiàn)象的兩點建議：第一，在定植中山杉之前應檢測土壤pH值及有效鐵等礦質元素含量，堿性土壤應添加酸性客土或者選擇耐堿性較強的品種，同時加強水肥管理，有效預防葉片失綠；第二，堿性環(huán)境下，土壤有效態(tài)礦質元素減少，不能滿足植株正常生長所需養(yǎng)分，可以適當進行根外施肥[13]，由于Fe是葉綠素合成中的關鍵元素，因此尤其需注意鐵肥的及時補充，可采用0.06 %～0.1 %的硫酸亞鐵溶液進行葉面噴灑或者灌根處理，均能取得較好的防治效果。

4 結 論

本研究發(fā)現(xiàn)，葉片失綠中山杉植株土壤呈堿性，其土壤全氮、有效磷、有效鎂、有效鐵、有效錳、有效銅含量均顯著低于葉片正常植株土壤，其中有效鐵含量較正常植株低92.01 %，噴施0.06 %和0.1 % FeSO4溶液后，失綠葉片的葉綠素含量得到顯著增加，可見，土壤呈堿性，有效態(tài)磷、鎂、鐵、錳、銅和總氮缺乏，尤其是有效鐵的嚴重缺乏，導致植株葉綠素含量下降，是引起八卦洲中山杉葉片失綠現(xiàn)象的主要原因。