四川榿木不同無性系1 a生嫁接幼苗生長及葉片養(yǎng)分含量特征

白文玉，張林成 ，鐵烈華，馮茂松*，汪亞琳，高嘉翔，賴 娟，戴曉康

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院/長江上游森林資源保育與生態(tài)安全國家林業(yè)和草原局重點實驗室/長江上游林業(yè)生態(tài)工程四川省重點實驗室，成都 611130；；2.平昌縣林業(yè)局，四川 平昌 636400）

四川榿木（Alnusledgeriana）為樺木科（Betulaceae）榿木屬（Alnus）落葉喬木，具有適應(yīng)性強、生長迅速和材質(zhì)優(yōu)良等特點，已成為我國長江防護林工程及國家造林項目的重要樹種[1-2]。四川榿木根系具有根瘤，可以有效改良土壤，選擇榿木良種對于生態(tài)林和用材林基地建設(shè)應(yīng)用具有重要意義[3-4]。林木優(yōu)良無性系的選育是林業(yè)研究的重要內(nèi)容之一[5]。生物量反映了植物的物質(zhì)積累狀況和對環(huán)境資源利用的能力[6-7]，是衡量林木生長情況的重要指標(biāo)[8]。葉是植物光合作用和養(yǎng)分儲存的重要器官，能靈敏反映植物對環(huán)境（如土壤養(yǎng)分含量）變化的適應(yīng)性及植株的生長發(fā)育狀況[9]。葉片養(yǎng)分化學(xué)計量是研究植物生長速度、植物氮（N）和磷（P）利用效率的有效方法[10]。因此，研究植物生物量和葉片養(yǎng)分含量及化學(xué)計量對了解植物對環(huán)境的適應(yīng)能力和對資源的利用能力具有重要的意義。

四川榿木不同無性系長期處于不同的生境中，由于受遺傳變異和自然選擇的影響，其對環(huán)境中營養(yǎng)元素吸收的能力可能不同，其生長情況也可能存在差異，這為四川榿木良種育苗提供了選育材料。近20年來，眾多學(xué)者對四川榿木混交林營造[11]、生物固氮[12]以及光合特征[13]等開展了研究，但目前對于四川榿木種子園建設(shè)中不同無性系生長與葉片養(yǎng)分含量特征的研究鮮有報道。有研究發(fā)現(xiàn)，不同樹種的生長狀況、葉片元素含量及化學(xué)計量比存在一定程度的差異。此外，葉片養(yǎng)分含量會影響植物的生長發(fā)育，然而不同樹種的養(yǎng)分調(diào)控元素可能不同。例如羅漢東等[14]研究了不同施鉀（K）水平對油茶樹體生長和林地養(yǎng)分含量的影響，結(jié)果表明葉片N、P、K是油茶生長（地徑、冠幅乘積、株高）的影響因子；而劉士玲等[15]研究表明，西南樺無性系幼苗葉片N、P及N/P含量是生物量的影響因子?；诖?，本研究依托國家級榿木種子園和榿木良種基地建設(shè)平臺，在四川榿木的適生區(qū)（平昌縣），采集30株四川榿木優(yōu)樹的穗條，將穗條按無性系分別嫁接于生長勢一致的實生四川榿木砧木上，測定四川榿木無性系嫁接幼苗的生長和葉片養(yǎng)分含量，研究不同無性系嫁接幼苗間的生長及葉片養(yǎng)分含量特征，探究四川榿木無性系嫁接幼苗生長與葉片元素含量之間的關(guān)系，為榿木無性系初級種子園和國家級榿木良種基地建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

本次試驗地位于平昌縣元山鎮(zhèn)的榿木良種育苗基地（31°37′18.6′N，107°7′57.4′E），屬于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，海拔650 m，年均降雨為1 200 mm，年均溫為16.8℃，四季分明，年均日照時數(shù)1 239.3 h，無霜期297 d。境內(nèi)植被豐富，主要喬木樹種有榿木、柏木（Cupressus funebris）、馬尾松（Pinus massoniana）等?；仄孪驗闁|南方，坡度約10°，具有灌溉等配套設(shè)備，光照充足，土壤為紫色壤土，呈弱酸性，土層深度大于40 cm。

1.2 試驗材料

2015年11月，將苗圃地劃分為3個區(qū)組，每個區(qū)組包含30個1.2 m×6 m的小區(qū)。將生長健壯、長勢基本一致、無病蟲害的當(dāng)年生四川榿木實生營養(yǎng)袋苗（種子采自平昌縣四川榿木母樹林）按株行距20 cm×20 cm進行栽植，作為砧木。前期對四川省四川榿木的分布情況調(diào)查結(jié)果顯示，平昌縣為四川榿木適生區(qū)，區(qū)域內(nèi)四川榿木生長良好，病蟲害較少，分布相對集中成片?；诖耍?015年12月底，在平昌縣選擇郁閉度大于0.6，林相整齊的15～20 a生四川榿木純林，采用優(yōu)勢木對比法篩選出自然整枝良好、樹干通直、無病蟲害的四川榿木優(yōu)樹共30株，每株采集穗條約200枝。采集穗條時選擇樹冠中上部生長健壯、葉芽飽滿、粗度 3～5 mm，長度 30～50 cm 的1 a生枝條，編號為平昌 1～30（PC1～30）。將采集好的穗條打捆，用濕報紙包裹，放入編號，做好登記，并盡快帶回實驗室，保存于4℃冰柜中待用。2016年1月初，采用隨機區(qū)組設(shè)計方法，將采集的四川榿木優(yōu)樹的穗條嫁接于長勢一致、無病蟲害的砧木上，每小區(qū)內(nèi)約嫁接100株，同株優(yōu)樹上采集的穗條重復(fù)3次（嫁接于3個小區(qū)）。掛上對應(yīng)的標(biāo)號牌，做好登記。

1.3 指標(biāo)測定

2016年9月中旬，測定小區(qū)內(nèi)所有嫁接幼苗的株高和基徑，株高采用卷尺測量植株接穗處以上的高度，基徑采用游標(biāo)卡尺測定植株接穗處的直徑。根據(jù)測定結(jié)果在每個小區(qū)內(nèi)選出3株與均值相近的植株，作為待測植株，將待測植株全株挖起帶回實驗室測定各器官生物量和葉片養(yǎng)分。

生物量測定：將待測植株按器官（葉、莖、根）進行分離，將根系帶回實驗室后洗凈表土，將植株的葉、莖、根放入烘箱105℃殺青30 min，在65℃的烘箱里烘干至恒重，分別稱量其干重，并計算總生物量（葉生物量+莖生物量+根生物量）和根冠比（根生物量/地上部分生物量）。

葉片養(yǎng)分測定：葉片經(jīng)烘干稱量其干重后，剔除主要葉脈并被磨成粉末用以進行養(yǎng)分含量的測定。N-采用凱氏定氮法測定（LY/T 1269-1999）[16]，P-采用鉬銻抗比色法測定，鉀（K）-采用火焰光度計法測定（LY/T 1270-1999）[17]，同時計算N和P質(zhì)量比值（N/P），N和K質(zhì)量比值（N/K）以及P和K質(zhì)量比值（P/K）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用 Excel 2010 和 SPSS 25.0（IBM SPSS,Chicago，USA）統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析方法（one-way ANOVA）比較四川榿木不同無性系嫁接幼苗間生長、生物量、葉片養(yǎng)分含量以及化學(xué)計量比的差異。采用系統(tǒng)聚類方法對四川榿木無性系嫁接幼苗的生長特征（株高、基徑、葉生物量、莖生物量、根生物量和總生物量）進行聚類分析，根據(jù)分類結(jié)果，對不同類無性系嫁接幼苗的生長、生物量及葉片養(yǎng)分含量進行方差分析。并分析生長特征和葉片養(yǎng)分含量之間的皮爾森相關(guān)系數(shù)（pearson correlation coefficient）。本文數(shù)據(jù)統(tǒng)計的顯著性水平設(shè)定為a=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 四川榿木不同無性系嫁接幼苗生長特征

由表1可以看出，四川榿木不同無性系嫁接幼苗間的株高和基徑存在顯著差異（P＜0.05），株高范圍為139.33～221.67 cm，基徑范圍為6.46～20.83 mm，其中無性系PC8的株高顯著（P＜0.05）大于其他無性系，無性系PC7和PC9的基徑顯著（P＜0.05）大于其他無性系。此外，四川榿木不同無性系嫁接幼苗葉生物量范圍為19.60～83.20 g，莖生物量范圍為33.77～145.25 g，根生物量范圍為 8.73～37.74 g，四川榿木不同無性系嫁接幼苗根冠比范圍為0.12～0.26。其中無性系PC8的各器官生物量和總生物量值均最大，其中葉生物量顯著（P＜0.05）大于其他無性系，PC7、PC8和PC9的莖生物量和根生物量差異不顯著（P＞0.05）且均顯著（P＜0.05）大于其他無性系，PC8總生物量最大（265.63 g），是總生物量最小無性系PC13（65.89 g）的4倍?？梢?，四川榿木不同無性系嫁接幼苗生長特征不同，其中無性系PC7、PC8和PC9的長勢好于其他無性系。

表1 四川榿木不同無性系嫁接幼苗生長特征Table 1 Growth performance of grafted seedlings of different clones of Alnus ledgeriana

（續(xù)表1）

2.2 四川榿木不同無性系嫁接幼苗葉片養(yǎng)分含量及其化學(xué)計量比特征

由表2可知，四川榿木不同無性系嫁接幼苗葉片N含量范圍為8.82～16.44 g/kg，葉片P含量范圍為0.87～2.18 g/kg，葉片 K 含量范圍為 5.92～14.64 g/kg。無性系PC8的葉片N含量（16.44 g/kg）最高，與PC2、PC9、PC20、PC30 差異不顯著（P＞0.05），顯著（P＜0.05）大于其他無性系。無性系 PC2、PC23與PC7、PC8、PC9、PC30之間的葉片P含量差異不顯著（P＞0.05），均顯著（P＜0.05）大于其他無性系。無性系PC8葉片K含量最高（14.64 g/kg），是 K 含量最低無性系（PC5）的2.5倍。四川榿木不同無性系嫁接幼苗葉片N/P范圍為 5.61～12.27，N/K 范圍為 1.13～1.99，K/P 范圍為3.71～8.86。無性系PC11葉片的N/P和N/K最大，其中 N/P 與 PC10、PC12、PC16、PC20、PC25、PC26、PC28、PC29差異不顯著（P＞0.05），N/K 與 PC8、PC10差異不顯著（P＞0.05），且顯著（P＜0.05）大于其他無性系；無性系PC8葉片N/K最低，僅為PC27的57%?？梢姡拇伳静煌瑹o性系嫁接幼苗葉片養(yǎng)分及其化學(xué)計量比存在一定的差異，其中無性系PC7、PC8和PC9的葉片養(yǎng)分含量較高。

表2 四川榿木不同無性系嫁接幼苗葉片養(yǎng)分含量及其化學(xué)計量比Table 2 Leaf nutrient concentration and stoichiometric ratio of grafted seedlings of different clones of Alnus ledgeriana

(續(xù)表 2)

2.3 四川榿木不同無性系嫁接幼苗聚類分析

系統(tǒng)聚類分析結(jié)果表明，在平均歐式距離5處，可將30個四川榿木無性系嫁接幼苗按照生長表現(xiàn)劃分為3類（圖1）。第1類包含12個無性系（PC5、PC24、PC4、PC19、PC10、PC2、PC15、PC27、PC26、PC6、PC14、PC30），第 2類包含 15個無性系（PC11、PC28、PC13、PC29、PC20、PC12、PC25、PC16、PC1、PC21、PC3、PC18、PC17、PC22、PC23），第 3 類包含 3 個無性系（PC7、PC9、PC8）。通過對3類無性系嫁接幼苗的生長、生物量及葉片養(yǎng)分含量方差分析表明（圖2），第3類無性系的株高、基徑、各器官生物量、總生物量以及葉片N含量均顯著大于第1類和第2類無性系（P＜0.05），第2類無性系葉片K含量顯著大于第1類和第3類無性系（P＜0.05）。

圖1 四川榿木不同無性系生長特征聚類分析Figure 1 Cluster analysis of Alnus ledgeriana clones based on growth performance

圖2 3類四川榿木無性系嫁接幼苗生長特征和葉片養(yǎng)分含量Figure 2 Growth performance and leaf nutrient concentration of grafted seedlings of three classes of Alnus ledgeriana

2.4 四川榿木嫁接幼苗生長特征與葉片養(yǎng)分含量及化學(xué)計量比的相關(guān)關(guān)系

由表3可知，四川榿木嫁接幼苗葉片的N、P、K含量與株高、基徑葉生物量、莖生物量、根生物量和總生物量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。葉片N/P與株高、基徑葉生物量、莖生物量、根生物量和總生物量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。葉片N/K與葉生物量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與基徑、莖生物量和總生物量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。葉片K/P與株高呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。

表3 四川榿木嫁接幼苗生長與葉片養(yǎng)分之間的相關(guān)性Table 3 The correlations between growth performance and leaf nutrient concentrations for the grafted seedlings of Alnus ledgeriana

3 討論與結(jié)論

植物生物量的大小能反應(yīng)植物利用和積累資源的能力[18]，同一微環(huán)境內(nèi)生物量越大往往表明單位時間內(nèi)植物通過光合作用所生成的有機物質(zhì)減去植物自身呼吸損耗后剩余的部分越大，凈初級生產(chǎn)力也越大[19]。在本研究中，第3類無性系嫁接幼苗（PC7、PC9、PC8）各器官生物量和總生物量都最大，第1類無性系生物量次之，第2類無性系生物量最小。這暗示著3類無性系嫁接幼苗的凈初級生產(chǎn)力可能存在差異，其中第3類無性系嫁接幼苗凈初級生產(chǎn)力可能最大，積累的物質(zhì)和吸收的光能最多；第1類無性系次之，第2類無性系積累的物質(zhì)和吸收的光能最少。我們之前的研究也表明，四川榿木不同嫁接幼苗的光合作用存在差異[20-21]，這進一步支持了3類無性系嫁接幼苗的凈初級生產(chǎn)力存在差異的推論。

N、P、K在植物體的各種生理與生物化學(xué)過程中起著重要作用，一般情況下植物的生長速率與葉片N、P、K元素含量密切相關(guān)[22-23]。在本研究表明，不同無性系嫁接幼苗葉片的N、P、K含量和生長特征存在差異。植株的遺傳特性對葉片養(yǎng)分含量有重要影響[24-25]。在本研究中30株無性系嫁接幼苗所處的環(huán)境，特別是土壤條件一致，砧木的培育方法一致，然而不同無性系嫁接幼苗葉片養(yǎng)分含量卻不同。這可能是因為，不同無性系嫁接幼苗的遺傳特性存在差異，植株對養(yǎng)分的吸收和利用效率不同，因此造成不同無性系嫁接幼苗葉片的N、P、K含量的差異。相似的，劉落魚等[26]對不同品種茶花苗木葉片養(yǎng)分特征的研究結(jié)果表明，茶花苗木遺傳特性的差異是造成葉片養(yǎng)分含量不同的原因。本研究還發(fā)現(xiàn)，第3類無性系嫁接幼苗（PC7、PC9、PC8）葉片的 N、P、K含量較高，長勢最佳。相關(guān)分析結(jié)果表明，四川榿木無性系嫁接幼苗葉片的N、P、K含量與其生長（株高、基徑、各部分生物量）成極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）（表3）。這表明，第3類無性系嫁接幼苗可能對土壤N、P、K養(yǎng)分的吸收能力更強，其無性系嫁接幼苗中葉片的N、P、K養(yǎng)分積累更多，進而對生長有明顯的促進作用?？梢姡~片N、P、K是四川榿木無性系嫁接幼苗生長（株高、基徑、各部分生物量）的調(diào)控因子。這與羅漢東等[27]對不同模式施肥對油茶葉片生長及其養(yǎng)分含量的影響研究結(jié)果相似。此外，有研究表明植物葉片養(yǎng)分可以表征植物對環(huán)境的適應(yīng)能力[28]和植物營養(yǎng)元素的豐缺情況[29-31]。在本研究中，第3類無性系嫁接幼苗（PC7、PC9、PC8）葉片營養(yǎng)含量豐富，同時其長勢較好，表明無性系PC7、PC8、PC9對該環(huán)境的適應(yīng)能力可能更強。因此，在后期初級榿木種子園建設(shè)中可以適當(dāng)推廣栽植無性系 PC7、PC8、PC9。

綜上所述，四川榿木不同無性系嫁接幼苗生長特征和葉片養(yǎng)分含量及化學(xué)計量比存在顯著差異。按照其生長和生物量特征可將30個四川榿木無性系嫁接幼苗分為3類，其中第3類無性系（PC7、PC8和PC9）長勢最佳，葉片養(yǎng)分含量最高，各器官生物量最大；第1類無性系次之；第2類無性系長勢最弱，各器官生物量最小，葉片養(yǎng)分含量相對最少。因此，在國家級榿木良種基地建設(shè)中應(yīng)該重點關(guān)注無性系PC7、PC8和PC9的生長與葉片養(yǎng)分含量特征及其與其他無性系之間的差異，為榿木良種造林推廣提供更為全面的數(shù)據(jù)。最后，四川榿木無性系嫁接幼苗生物量隨著葉片中N、P、K含量的升高而增大，因此增加葉片N、P、K含量可能是加快榿木無性系生長的重要措施，這為初級種子園和國家級榿木良種基地的經(jīng)營管理的提供了科學(xué)依據(jù)。