遮光和施肥對(duì)蘋婆幼苗生理特性和氮素積累的影響

潘陸榮，周袁慧子，王藝錦，蘇遠(yuǎn)玉，王凌暉

（1.廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004；2.廣西民族大學(xué)建筑工程學(xué)院，南寧 530004；3.廣西國(guó)有欽廉林場(chǎng)，廣西 欽州 535000）

蘋婆（Sterculia nobilisSmith）屬梧桐科（Sterculiaceae）蘋婆屬（SterculiaLinn.），又名鳳眼果、九層皮、頻婆等，作為中國(guó)華南地區(qū)的鄉(xiāng)土樹種，是具有糧用、造林、景觀綠化、生態(tài)修復(fù)等多種用途的優(yōu)勢(shì)常綠喬木，具有開發(fā)利用價(jià)值。針對(duì)蘋婆的研究包括栽培現(xiàn)狀［1］、栽培管理［2］以及發(fā)展前景［3］等方面，但是蘋婆目前多為零星種植，未形成規(guī)?；N植，蘋婆優(yōu)質(zhì)苗木及相關(guān)產(chǎn)品供不應(yīng)求。

光照和施肥是影響植物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子，植物通常會(huì)改變自身的形態(tài)以及一系列生理變化等過(guò)程來(lái)更好地適應(yīng)光照變化，從而維持系統(tǒng)的平衡以及正常的新陳代謝活動(dòng)［4］。前人對(duì)光照或施肥單一因素對(duì)植物影響做了大量研究，孟祥海［5］研究表明，適度遮陰能夠緩解半夏膜系統(tǒng)受到的傷害，隨著遮陰程度的增加，抗氧化酶活性呈先下降后升高的趨勢(shì)，丙二醛含量則隨著遮陰程度增加持續(xù)升高。謝美玲［6］研究表明，施氮水平提高有利于增加烤煙苗期葉片中過(guò)氧化氫酶（CAT）的活性，降低葉片丙二醛（MDA）的含量，有效地緩解了烤煙在高氮脅迫下的膜脂氧化現(xiàn)象。遮陰和施肥互作在提高了植物對(duì)光的利用效率以及對(duì)氮肥的吸收利用率方面具有重大作用。羅文姬［7］研究表明，相同氮素下，遮陰有利于緩解海南風(fēng)吹楠苗木在全光照下的強(qiáng)光脅迫，明顯提高SP、POD活性和SOD活性，苗木通過(guò)提高抗氧化酶活性清除活性氧來(lái)維持植株正常生長(zhǎng)。韋藝［8］研究表明，施加相同氮素條件下，適度遮陰對(duì)閩楠幼苗的生理特性有促進(jìn)作用，隨著光照度的降低其生理特性表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)；相同遮陰條件下，適量添加氮對(duì)閩楠生理特性有促進(jìn)作用，也呈現(xiàn)出低促高抑的相似規(guī)律。但是有關(guān)遮陰、施肥互作對(duì)蘋婆的影響研究鮮見報(bào)道。目前，苗木生產(chǎn)過(guò)程中存在盲目施肥的現(xiàn)象，氮肥過(guò)量施用對(duì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)無(wú)顯著影響且降低了氮肥利用率，而且還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題［9］。因此，本研究針對(duì)蘋婆幼苗進(jìn)行不同遮光處理和氮肥條件控制，探索適合蘋婆生長(zhǎng)的光照和氮素，對(duì)提高氮肥利用率，促進(jìn)蘋婆種植業(yè)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西大學(xué)林學(xué)院苗圃教學(xué)實(shí)習(xí)基地（22°50′N，108°18′E），屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫21.5℃，年降雨量1 304.2 mm左右，年均相對(duì)濕度約為79%，光熱充足，無(wú)霜期長(zhǎng)，適宜蘋婆植株的生長(zhǎng)。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為0.5年生蘋婆幼苗，2014年12月初將蘋婆幼苗（株高約5.0 cm，地徑約3.5 mm）移植到23 cm（徑）×25 cm（高）的有孔塑料盆，培養(yǎng)基質(zhì)由體積比為3∶1的腐殖質(zhì)土與苗圃熟土混合消毒而成，每盆1株蘋婆幼苗，統(tǒng)一水肥管理，緩苗3個(gè)月后開始處理。2015年3月選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致且健康無(wú)病蟲害的蘋婆幼苗160株，分為16組，每組10株，進(jìn)行遮光、施肥處理。基地土壤為偏酸性赤紅壤，有機(jī)質(zhì)含量14.6 g/kg，全氮含量0.59 g/kg，全磷含量0.45 g/kg，全鉀含量0.51 g/kg，堿性氮含量39.72 mg/kg，速效磷含量36.28 mg/kg，速效鉀含量109.47 mg/kg，pH值為4.6。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用遮光、施肥雙因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，各設(shè)置光照（L）和氮素（N）4個(gè)水平，組成16個(gè)處理組合（LmNn），每個(gè)處理10次重復(fù)，共160盆蘋婆幼苗。通過(guò)搭建不同層數(shù)尼龍網(wǎng)進(jìn)行遮光處理，營(yíng)造4種不同光照環(huán)境，分別為自然光（NS，nature source light）的100.0%（L0）、41.3%（L1）、14.3%（L2）、3.6%（L3）；4種氮素水平（以純N含量計(jì)算），分別為0（N0）、2 000（N1）、4 000（N2）、6 000 mg/株（N3），試驗(yàn)氮素來(lái)源于尿素（N：46.67%）。從2015年3月15日開始每15 d處理1次，其余澆水、除草、松土等管理措施保持一致，具體處理如表1所示。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理及光氮水平

1.4 指標(biāo)測(cè)定

分別于2015年3、6、9、12月采摘各處理成熟功能葉進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定及植物葉片氮素積累量測(cè)定，各指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次。其中，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法［10］測(cè)定；超氧化物岐化酶（SOD）活性采用NBT光化還原法［11］測(cè)定；過(guò)氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法［12］測(cè)定；過(guò)氧化氫酶（CAT）活性采用紫外分光光度法［13］測(cè)定；葉片全氮含量采用凱氏定氮法［12］測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件錄入并整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)、繪制圖表，采用DPS軟件進(jìn)行方差分析，采用LSD方法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陰和施肥對(duì)蘋婆幼苗葉片丙二醛（MDA）含量的影響

由表2可知，光照度、氮素與兩者交互對(duì)蘋婆幼苗6、9、12月MDA含量均產(chǎn)生極顯著的影響（P＜0.01），其效應(yīng)強(qiáng)弱表現(xiàn)為光＞氮＞光×氮，即以光照度的影響最大。如圖1所示，3月平均MDA含量為9.44 μmol/g（FW），隨著時(shí)間的推移，各處理MDA含量隨之增加，在12月達(dá)到最大值，平均MDA含量為29.68 μmol/g（FW），是3月的3.14倍，6月、9月平均MDA含量分別為14.43、25.34 μmol/g（FW）。

圖1 蘋婆幼苗不同時(shí)期丙二醛（MDA）含量動(dòng)態(tài)變化

表2 光氮互作對(duì)蘋婆幼苗丙二醛含量影響的顯著性F測(cè)驗(yàn)結(jié)果

隨著遮光程度加強(qiáng)，光照減弱，6、9、12月MDA含量整體呈先下降后升高的趨勢(shì)，均以L0N0處理最高，分別為18.97、40.46、49.27 μmol/g（FW），以L1N2處理最低，分別為10.31、12.47、13.31 μmol/g（FW），整體排序?yàn)長(zhǎng)0＞L3＞L2＞L1。在全光照條件下，丙二醛含量隨氮素增加不斷減少，在各遮陰處理下，丙二醛含量先降后升，均以N0施氮水平最高；在同一氮素水平下，丙二醛含量均隨光照度減弱呈先下降后增加的變化趨勢(shì)，丙二醛含量均以L1光照處理最低，N0、N1、N2氮素水平下以L0光照處理最高，N3氮素水平下以L3光照處理最高?？梢?，光照過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱，氮素水平過(guò)多或缺乏都顯著引起MDA含量增加，適當(dāng)遮陰和施肥有利于降低MDA含量，減少蘋婆幼苗受到的傷害，且存在光氮互作效應(yīng)，以L1N2處理表現(xiàn)較佳。

2.2 遮陰和施肥對(duì)蘋婆幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

由表3可知，光照度、氮素與兩者交互對(duì)蘋婆幼苗6、9、12月SOD活性均產(chǎn)生極顯著的影響（P＜0.01），其中，氮素為主導(dǎo)因素，光氮互作次之，最后為光照單獨(dú)作用。如圖2所示，SOD變化在不同季節(jié)表現(xiàn)不同，整體趨勢(shì)為9月＞6月＞12月＞3月。3月平均SOD活性為289.75 U/g（FW）；經(jīng)過(guò)施N肥和遮陰處理后SOD活性變化較大，9月SOD平均活性最高，為549.25 U/g（FW），6月、12月SOD平均活性分別為487.19、481.85 U/g（FW）。

圖2 蘋婆幼苗不同時(shí)期超氧化物歧化酶（SOD）活性動(dòng)態(tài)變化

表3 光氮互作對(duì)蘋婆幼苗SOD活性影響的顯著性F測(cè)驗(yàn)結(jié)果

隨著光照度逐漸降低，6、9、12月SOD活性整體呈“V”字型變化，大小排序?yàn)長(zhǎng)0＞L3＞L1＞L2。在L0光照條件下，隨著氮素增加，6、9、12月SOD活性不斷下降，均在N0施氮水平下達(dá)到最大值，而L1、L2、L3光照條件下，SOD活性均表現(xiàn)為先降后升的趨勢(shì)，同樣在N0施氮水平下達(dá)到最大值。在N0氮素水平下，隨著光照度降低SOD活性不斷降低，在N1、N2氮素水平下SOD活性先降后升，在N3氮素水平下SOD活性整體呈上升趨勢(shì)。總體來(lái)說(shuō)，L2N2處理下SOD活性最小，L0N0處理下SOD活性最大，說(shuō)明光照過(guò)強(qiáng)、缺少氮素不利于植物生長(zhǎng)，導(dǎo)致SOD活性升高來(lái)保護(hù)植物，適當(dāng)遮陰、施肥可減少細(xì)胞膜系統(tǒng)受到的傷害。

2.3 遮陰和施肥對(duì)蘋婆幼苗葉片過(guò)氧化氫酶（CAT）活性的影響

由表4可知，光照度、氮素與兩者交互對(duì)蘋婆幼苗6、9、12月CAT酶活性均產(chǎn)生極顯著的影響，6、9、12月光強(qiáng)、氮素與光氮互作對(duì)蘋婆幼苗CAT酶活性的影響大小順序?yàn)楣猓竟狻恋镜?。如圖3所示，3月平均CAT活性最低，為197.41 U/（g·min）（FW），6月CAT平均活性為368.85 U/（g·min）（FW），12月CAT平均活性為415.08 U/（g·min）（FW），9月CAT平均活性活性達(dá)到最高值，為447.01 U/（g·min）（FW）。

圖3 蘋婆幼苗不同時(shí)期過(guò)氧化氫酶（CAT）活性動(dòng)態(tài)變化

表4 光氮互作對(duì)蘋婆幼苗CAT活性影響的顯著性F測(cè)驗(yàn)結(jié)果

隨著光照度減弱CAT活性呈“降-升-降”的變化趨勢(shì)，CAT活性大小排序?yàn)長(zhǎng)2＞L0＞L3＞L1。在L0、L1光照條件下，隨著氮素的增加，6、9、12月CAT酶活性均在N1施氮水平下達(dá)到最大值，而L2、L3光照條件下，CAT酶活性均在N3施氮水平下達(dá)到最大值。在N0、N1氮素水平下，CAT酶活性在L0光照條件下達(dá)到最大，N2、N3氮素水平下CAT酶活性分別在L2、L3光照條件下較大?？傮w而言，CAT酶活性在L0N1處理下達(dá)到最大值，L0N3處理下最小。

2.4 遮陰和施肥對(duì)蘋婆幼苗葉片過(guò)氧化物酶（POD）活性的影響

由表5可知，光照度、氮素與兩者交互作用對(duì)蘋婆POD活性的影響在6、9、12月均達(dá)極顯著水平（P＜0.01），其影響大小順序?yàn)楣猓镜竟狻恋Ｈ鐖D4所示，POD活性變化在不同季節(jié)表現(xiàn)不同，9月POD平均活性最高，為354.45 U/（g·min）（FW），其次為12月、6月，分別為303.73、152.64 U/（g·min）（FW），而3月最低，為100.84 U/（g·min）（FW）。

圖4 蘋婆幼苗不同時(shí)期過(guò)氧化物酶（POD）活性動(dòng)態(tài)變化

表5 光氮互作對(duì)蘋婆幼苗POD活性影響的顯著性F測(cè)驗(yàn)

隨著遮陰網(wǎng)加厚、光照度減弱，POD活性呈先下降后上升的趨勢(shì)，不同光照度POD活性排序?yàn)長(zhǎng)3＞L2＞L0＞L1。在全光照條件下，6、9、12月POD活性隨氮素增加而增加，均以N3施氮水平最高；L1、L2光照處理下，POD活性隨氮素增加先升后降，均以N2施氮水平最高，L3光照處理下也表現(xiàn)出相似趨勢(shì)。在N0、N1氮素水平下，POD活性均以L3光照度條件下最高，N2氮素水平下，9、12月POD活性以L3光照度下最高，N3氮素水平下則以L0光照條件下最高?？傮w來(lái)看，L0N3處理下POD活性最高，L0N0處理下POD活性最小。說(shuō)明適當(dāng)遮陰施肥有利于提高細(xì)胞抗氧化能力，維持自由基的產(chǎn)生與清除之間的平衡，提升植物抗逆性。

2.5 遮陰和施肥對(duì)蘋婆幼苗葉片N素濃度的影響

由表6可知，光照度、氮素與兩者交互作用對(duì)蘋婆N素濃度的影響在6、9、12月均達(dá)極顯著水平（P＜0.01），且影響趨勢(shì)為氮＞光＞光×氮，氮對(duì)蘋婆N素濃度的影響顯著大于光的影響。如圖5所示，3、6、9、12月平均葉片N素濃度表現(xiàn)為先上升后下降，大小排序?yàn)?月＞6月＞12月＞3月。其中，3、6、9、12月N素濃度分別為10.21、18.79、21.22、16.88 mg/g。

表6 光氮互作對(duì)蘋婆幼苗葉片N素濃度影響的顯著性F測(cè)驗(yàn)

施N肥和遮陰處理后葉片N素濃度變化較大，在相同光照處理下，6、9、12月平均葉片N素濃度均隨著氮素的增加而增加，均是N0水平的蘋婆幼苗葉片N素濃度最小，在不同光照下蘋婆幼苗葉片N素濃度大小排序?yàn)長(zhǎng)2＞L1＞L3＞L0。相同氮素水平，在一年中不同季節(jié)葉片N素濃度不同光照處理下反應(yīng)不同，當(dāng)?shù)厮椒謩e為N0、N1時(shí)，隨著遮光強(qiáng)度增加，6月、12月氮濃度均呈先升后降的趨勢(shì)，而9月氮濃度變?yōu)橄冉岛笊?；在N2、N3氮素水平下，隨著遮光強(qiáng)度增加，6月N素濃度不斷下降，而12月N素濃度先升后降?？傮w而言，在L1N3處理下取得最大值，在L3N0處理下最小。

2.6 遮陰和施肥對(duì)蘋婆幼苗生理指標(biāo)及養(yǎng)分特征的隸屬分析

根據(jù)隸屬值大小可以將植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)程度分為4個(gè)等級(jí)［14］：高抗型（1≥隸屬值≥0.6）、中抗型（0.6＞隸屬值≥0.4）、弱抗型（0.4＞隸屬值≥0.2）、不抗型（隸屬值＜0.2）。由表7可知，蘋婆幼苗平均隸屬值為0.524，屬于中抗型，表明蘋婆對(duì)環(huán)境有較好適應(yīng)能力、抗性，以及對(duì)病蟲害、生物侵蝕等的耐力。在隸屬函數(shù)模糊綜合評(píng)價(jià)分析下，蘋婆幼苗的隸屬值最大的是L1N3，說(shuō)明該光氮條件下蘋婆的苗木綜合情況最好，其次是L1N2，隸屬值最小的是L0N0，光照過(guò)強(qiáng)、光照不足、缺少氮肥均不利于蘋婆生長(zhǎng)，適度遮陰（41.3%自然光）和施加氮肥（6 000 mg/株）能有效促進(jìn)蘋婆幼苗生長(zhǎng)發(fā)育。

表7 蘋婆幼苗在不同光氮條件下生理指標(biāo)及養(yǎng)分特征的隸屬分析

3 小結(jié)與討論

光是影響和調(diào)節(jié)植物抗氧化能力的重要因子，逆境條件下，植物內(nèi)部氧自由基積累量增加，膜脂過(guò)氧化加劇，導(dǎo)致膜系統(tǒng)受到損傷，影響植物的生長(zhǎng)［15］。本研究結(jié)果表明，MDA含量隨試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加，在12月達(dá)到最大值，不同處理下，葉片中MDA含量差異明顯，光照過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱，氮素水平過(guò)多或缺乏都顯著引起MDA含量增加，適當(dāng)遮陰和施肥有利于降低MDA含量，減少蘋婆幼苗受到傷害，這與何靜雯等［16］對(duì)鄞紅葡萄（Vitis vinifera）的研究結(jié)果相似。

逆境環(huán)境下，植物會(huì)啟動(dòng)一系列保護(hù)酶調(diào)整和降低活性氧含量［17］，SOD、CAT和POD是植物體內(nèi)重要保護(hù)酶，植物在逆境下的適應(yīng)能力也可以根據(jù)其活性變化來(lái)反映，3種保護(hù)酶活性均在9月最高，3月最低，SOD季節(jié)變化整體表現(xiàn)為9月＞6月＞12月＞3月，而POD、CAT季節(jié)變化整體均表現(xiàn)為9月＞12月＞6月＞3月。葉片SOD、POD、CAT雖然都屬于保護(hù)酶，但活性變化在不同光氮條件下表現(xiàn)也不同，SOD活性隨著光照度逐漸降低整體呈“V”字型變化，在全光照條件下隨氮素增加而不斷下降，說(shuō)明SOD活性在強(qiáng)光和弱光條件下表現(xiàn)比較活躍，SOD活性在L0N0處理下達(dá)到最大值，施加氮素緩解逆境傷害從而使SOD活性降低，L2N2處理下SOD活性最低，說(shuō)明適當(dāng)遮陰、施肥最有利于植物生長(zhǎng)。隨著光照度減弱，POD活性呈先下降后上升的趨勢(shì)，在L3光照條件下達(dá)到最大，POD對(duì)不同氮素水平的反應(yīng)與SOD酶活性不同，適量的施用氮素反而能提高POD的活性，這與丁雪梅等［18］研究結(jié)果相似，施用氮肥可顯著提高過(guò)氧化物酶活性，且隨施氮量的增加，抗氧化酶活性不同程度地增加。說(shuō)明可以通過(guò)施加氮素提高葉片酶活性來(lái)清除葉片中氧自由基，降低逆境對(duì)植物的危害。

在本研究中隨著光照度減弱，CAT活性變化整體呈波浪形，大小排序依次為L(zhǎng)2＞L0＞L3＞L1，CAT活性隨著氮素水平的變化反應(yīng)不同。在L0、L1光照條件下，CAT酶活性均在N1施氮水平下達(dá)到最大值，而L2、L3光照條件下，CAT酶活性均在N3施氮水平下達(dá)到最大值，體現(xiàn)光氮互作效應(yīng)，植物在適當(dāng)?shù)拿{迫下能提高CAT活性，但脅迫過(guò)多，反而不利于CAT酶的生成［19］。酶活性對(duì)不同光氮處理變化不同，總體來(lái)說(shuō)L1光照處理下、N3氮素水平下3種酶活性相對(duì)于其他光照條件、氮素水平偏低。研究表明，適量施氮更有利于植物生長(zhǎng)和氮素貯藏。張永發(fā)等［20］研究發(fā)現(xiàn)，橡膠樹（Hevea brasiliensis）氮肥施用量直接影響貯藏氮的積累，不同供氮量貯藏氮水平各異，適量施氮更有利于貯藏氮的積累，尤其是主干的貯藏氮積累。本研究中，蘋婆幼苗施氮后葉片氮素含量顯著提升，葉片N素濃度在一年中9月＞6月＞12月＞3月，相同光照條件下，均是N0水平的蘋婆幼苗葉片N素濃度最小，各光氮處理下平均葉片N素濃度變化均隨著氮素水平的增加，葉片N素濃度不斷上升。

通過(guò)對(duì)蘋婆幼苗各指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)得出，蘋婆幼苗隸屬值最大的是L1N3。綜上所述，光照過(guò)強(qiáng)、光照不足、缺少氮肥均不利于蘋婆生長(zhǎng)，適度遮陰（41.3%自然光）和施加氮肥（6 000 mg/株）能有效促進(jìn)蘋婆幼苗生長(zhǎng)發(fā)育。