幼齡橡膠樹生長(zhǎng)與葉片養(yǎng)分的相關(guān)性

許木果 劉忠妹 丁華平 陳桂良 楊春霞

摘? 要：通過分析研究幼齡橡膠樹生長(zhǎng)量與葉片養(yǎng)分的相關(guān)性，以實(shí)現(xiàn)幼齡橡膠樹的養(yǎng)分診斷，為幼齡橡膠園的養(yǎng)分管理提供依據(jù)。在橡膠樹定植后的第2～5年，每年9月采集葉片樣品測(cè)定養(yǎng)分含量，同時(shí)測(cè)量橡膠樹莖圍與樹高。在對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，利用多元逐步回歸分析和聚類分析，研究橡膠樹生長(zhǎng)量與葉片養(yǎng)分的相互關(guān)系。結(jié)果表明：莖圍與葉片的N、P、Mg、Fe、Cu具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，樹高與葉片中的N、P、K、Ca、Fe、Cu、Zn具有顯著的正相關(guān)關(guān)系;包含N和Ca的方程為橡膠樹莖圍的最優(yōu)方程，包含N、P和Ca的方程為橡膠樹樹高的最優(yōu)方程。通過聚類分析將橡膠樹分成4種養(yǎng)分類型，不同類型的生長(zhǎng)量及養(yǎng)分含量有明顯差異，其中第4種類型莖圍和樹高相對(duì)較小，N、P含量也處于缺乏范圍;K、Ca的含量較豐富，4種類型均處于正常范圍以上;Mg的含量較低，4種類型均低于正常范圍。幼齡橡膠樹養(yǎng)分不均衡狀況較顯著，葉片中鎂的含量整體較低，幼齡橡膠園的養(yǎng)分管理過程中，增加鎂肥施用量的同時(shí)，還應(yīng)調(diào)整不同養(yǎng)分間比例，以保證橡膠樹的正常生長(zhǎng)及養(yǎng)分間的平衡。

關(guān)鍵詞：幼齡橡膠樹;生長(zhǎng)量;葉片養(yǎng)分含量;逐步回歸分析;聚類分析;養(yǎng)分管理

中圖分類號(hào)：S59????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Correlation Between the Growth of Young Rubber Trees and Nutrient Content of Leaves

XU Muguo， LIU Zhongmei， DING Huaping， CHEN Guiliang， YANG Chunxia*

Yunnan Institute of Tropical Crops， Jinghong， Yunnan 666100， China

Abstract： The correlation between the growth of young rubber trees and leaf nutrients by analysis was studied to realize the nutrient diagnosis of young rubber trees and to provide basis for the nutrient management of young rubber plantation. In the 2 to 5 year after rubber tree planting， leaf samples were collected in September each year to determine the nutrient content， meanwhile， the stem circumference and tree height of rubber trees were measured. Based on the correlation analysis of the measurement results， using multiple stepwise regression analysis and cluster analysis， the relationship between the growth of Hevea brasiliensis and leaf nutrient was studied. There was a significant positive correlation between stem circumference and N， P， Mg， Fe， Cu in leaves. Tree height was positively correlated with N， P， K， Ca， Fe， Cu and Zn in leaves. The equation including N and Ca was the optimal equation of the stem circumference of rubber tree. The equation including N， P and Cawas the optimal equation of height of rubber tree. The rubber trees were divided into four nutrient types by cluster analysis. The growth and nutrient content of different types were significantly different. The stem girth and height of the fourth type were relatively low. The content of N and P was also in the range of deficiency. The content of K and Ca was abundant. All types were above the normal range. The content of Mg in the sample was low. All types were below the normal range. The nutrient imbalance of young rubber trees was significant. The content of magnesium in leaves was lower during nutrient management in young rubber plantations. Increasing the application amount of magnesium fertilizer and adjust ing the proportion of different nutrients could ensure the normal growth of rubber trees and nutrient balance.

Keywords： young rubber trees; growth; nutrient content of leaves; stepwise regression analysis; cluster analysis; nutrient management

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.07.013

橡膠樹是熱帶地區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)林木之一，具有重要的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略價(jià)值[1-2]。橡膠林生態(tài)系統(tǒng)作為人工林生態(tài)系統(tǒng)，其養(yǎng)分研究對(duì)于生產(chǎn)管理和指導(dǎo)施肥具有重要意義[3]。相關(guān)研究表明，橡膠樹營養(yǎng)元素間的平衡對(duì)于橡膠樹的正常生長(zhǎng)發(fā)育有著極其重要的作用[4]，通過營養(yǎng)診斷進(jìn)行有針對(duì)性地施肥，對(duì)于矯正橡膠樹營養(yǎng)元素間不平衡有較明顯效果[5-6]。葉片作為橡膠樹重要的同化器官，其養(yǎng)分含量不僅能反映橡膠樹營養(yǎng)狀況，而且可以反映土壤養(yǎng)分變化[7-9]。

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[10]，自19世紀(jì)60年代橡膠樹營養(yǎng)診斷臨界值被提出后，這種營養(yǎng)診斷方法被植膠國延用至今。我國橡膠樹營養(yǎng)診斷研究始于20世紀(jì)50年代[11]，通過幾十年的發(fā)展，取得了大量的研究成果。劉平東等[12]的研究表明，橡膠樹營養(yǎng)診斷對(duì)癥施肥增產(chǎn)效果顯著，對(duì)比施肥對(duì)照，死皮率明顯下降。曹建華等[13]的研究表明，橡膠樹各養(yǎng)分元素在不同月份（或季節(jié)）的差異較為明顯，但其年度平均值的波動(dòng)幅度則較小，樹葉和樹皮是橡膠樹的同化器官和生物合成器，是橡膠樹生理最活躍的器官。黃艷等[4，14]的研究表明，不同品種間葉片礦質(zhì)營養(yǎng)有顯著或極顯著的差異，橡膠樹葉片養(yǎng)分4—12月總體呈下降的趨勢(shì)，每年的7—9月份養(yǎng)分含量最接近年平均值。華元?jiǎng)偟萚15]的研究結(jié)果表明，隨著植膠年限的增加，橡膠樹葉片養(yǎng)分含量與土壤養(yǎng)分含量的相關(guān)程度越來越小，較難采集到具有代表性的土壤，土壤分析的結(jié)果只能作為參考。2013年橡膠樹葉片營養(yǎng)診斷技術(shù)規(guī)程[16]提出的我國當(dāng)前主要橡膠樹品種的營養(yǎng)診斷指標(biāo)，目前已被廣泛應(yīng)用于指導(dǎo)橡膠樹營養(yǎng)診斷及膠園養(yǎng)分管理。綜合以上研究結(jié)果，橡膠樹葉片營養(yǎng)診斷對(duì)橡膠園養(yǎng)分管理具有重要的指導(dǎo)作用，目前對(duì)橡膠樹養(yǎng)分研究主要集中在不同橡膠樹品種的養(yǎng)分差異或不同時(shí)期葉片養(yǎng)分含量的變化上，而且研究對(duì)象大多為開割膠園，針對(duì)幼齡橡膠園的營養(yǎng)診斷和養(yǎng)分管理技術(shù)方面的研究較少見報(bào)道;本研究擬通過對(duì)幼齡橡膠樹連續(xù)4年的采樣及測(cè)定分析，研究橡膠樹生長(zhǎng)量與葉片養(yǎng)分的相關(guān)關(guān)系，以期為幼齡橡膠園的養(yǎng)分管理及高效利用提供理論參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料

試驗(yàn)區(qū)域?qū)俦睙釒Ш湍蟻啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，日溫差大，年溫差小，基本無霜，年平均氣溫在18.6 ℃～21.9 ℃之間;全年年平均降水量為1200～1700 mm，年平時(shí)日照1800～2300 h，相對(duì)濕度為80%～86%。

試驗(yàn)地位于云南省熱帶作物科學(xué)研究所試驗(yàn)基地，占地約13 000 m2，橡膠樹為2014年定植。根據(jù)不同土壤和橡膠樹養(yǎng)分環(huán)境條件，設(shè)置18個(gè)處理單元，每個(gè)處理單元3個(gè)重復(fù)。在每年9月天氣晴朗的8：00—11：00采集橡膠葉片樣本，每個(gè)重復(fù)均勻選擇10～20株生長(zhǎng)正常的橡膠樹，采集暴露在陽光下穩(wěn)定的光合作用的葉片，混合為一個(gè)樣品;然后將葉片用蒸餾水洗凈，在鼓風(fēng)干燥箱中105 ℃殺青30 min，60 ℃～70 ℃烘干至恒重，將葉樣用粉碎機(jī)磨細(xì)過100目篩后待測(cè)。采樣的同時(shí)測(cè)量橡膠樹莖圍和樹高。

1.2? 方法

采用硫酸-過氧化氫消化葉片后測(cè)定養(yǎng)分含量。用凱氏定氮法（kjeltecTM2300，福斯）測(cè)定全N，鉬銻抗比色法（723，可見光分光光度計(jì)）測(cè)定全P，火焰原子吸收光度法（AA-6300CF，島津）測(cè)定全K，等離子發(fā)射光譜法（Avio 500，珀金埃爾默）測(cè)定Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn。具體方法參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[17-18]。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

利用Office 2016和SPSS 20.0軟件對(duì)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 葉片養(yǎng)分含量分級(jí)

參照橡膠樹葉片營養(yǎng)診斷技術(shù)規(guī)程，結(jié)合橡膠樹養(yǎng)分狀況，將4年所采集的橡膠葉主要養(yǎng)分進(jìn)行分級(jí)，分別為豐富、正常和缺乏水平，含量分級(jí)見表1，表2為不同含量范圍樣本個(gè)數(shù)，由表1和表2可知，大部分橡膠樹樣品N、P養(yǎng)分達(dá)到正常值以上，有約20%的樣品低于正常值;K的含量相對(duì)較高，有一半以上達(dá)到豐富值以上;Ca的含量基本落在正常范圍以內(nèi)，僅有4個(gè)樣品含量低于正常值;Mg的含量相對(duì)缺乏，僅有58個(gè)樣品落在正常值范圍，其余樣品均低于正常值以下。

對(duì)各元素間比值統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表3，由表3可知，元素間比值實(shí)測(cè)平均值除K/Ca落在正常范圍外，其他元素間比值的平均實(shí)測(cè)值均低于或高于正常值范圍。對(duì)達(dá)到正常范圍的樣本比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，除K/Ca達(dá)到46.30%外，其他養(yǎng)分間比值達(dá)正常范圍的比例均較低，幼齡橡膠樹養(yǎng)分不均衡狀況較為突出。

2.2? 生長(zhǎng)量與葉片養(yǎng)分相關(guān)性分析

為分析生長(zhǎng)量與橡膠樹葉片養(yǎng)分間的線性關(guān)系，對(duì)橡膠樹莖圍和樹高與葉片養(yǎng)分進(jìn)行皮爾森相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)的結(jié)果見表4，通過表4可以看出，莖圍和樹高與葉片養(yǎng)分具有較強(qiáng)的相關(guān)性，莖圍與葉片的N、P、K、Ca、Fe、Cu具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，樹高與N、P、K、Ca、Fe、Cu、Zn具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。

2.3? 生長(zhǎng)量與葉片養(yǎng)分的偏相關(guān)分析

考慮到變量之間的相互關(guān)系，分析變量可能會(huì)受到一個(gè)或者多個(gè)變量的的共同影響，因此對(duì)葉片養(yǎng)分含量與橡膠樹生長(zhǎng)量做偏相關(guān)分析[19-20]。以橡膠樹莖圍、樹高為因變量，葉片養(yǎng)分含量為自變量，得出的結(jié)果見表5。結(jié)果表明，除樹高與葉片P的含量呈顯著相關(guān)外，其他養(yǎng)分與生長(zhǎng)量間的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平;生長(zhǎng)量與葉片養(yǎng)分含量的系數(shù)總體偏低，說明莖圍和樹高不止受到一個(gè)變量影響，需進(jìn)行多元回歸分析。

2.4? 逐步回歸分析

在相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，以莖圍和樹高為因變量，葉片養(yǎng)分含量為自變量進(jìn)行多元逐步回歸分析，并對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見表6、表7。由表6、表7可知，各模型回歸系數(shù)的顯著性較強(qiáng)，回歸方程擬合程度較好，各影響因子的多重共線性較弱（VIF值均接近于1）[21]。通過表7的方差分析結(jié)果可知，莖圍模型的Sig值為0.005，樹高模型的Sig值為0.002，回歸模型均具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，得到逐步回歸方程為：莖圍G=?44.752+1.337N+1.729Ca;樹高H=?14.731+0.217N+0.630P+2.750Ca。

為得到最優(yōu)的線性回歸方程，將所有葉片養(yǎng)分納入變量進(jìn)行多元回歸分析，并與逐步回歸所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，所得莖圍和樹高模型復(fù)相關(guān)系數(shù)較高，分別為0.835、0.883，決定系數(shù)和修正系數(shù)均高于其他模型，且與納入全部變量所生成的模型所得的值較為接近[22-23]。因此，包含N和Ca的方程為橡膠樹莖圍的最優(yōu)方程，包含N、P和Ca的方程為橡膠樹樹高的最優(yōu)方程。

2.5? 聚類分析

聚類分析是一種探索性的分類方法，它能夠建立分類的多元統(tǒng)計(jì)，將一批樣本（或變量）數(shù)據(jù)根據(jù)其諸多特征，按照性質(zhì)上的親疏程度在沒有先驗(yàn)知識(shí)的情況下進(jìn)行自動(dòng)分類，產(chǎn)生多個(gè)分類結(jié)果[24-25]。本研究為實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)要素因子的類別劃分，利用系統(tǒng)聚類分析方法對(duì)樣本進(jìn)行聚類分組，將每2個(gè)橡膠葉樣本用平均聯(lián)結(jié)法連結(jié)，利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行分析并繪制樹狀圖，將橡膠樹莖圍和樹高作為聚類變量，將不同生長(zhǎng)狀況的幼齡橡樹進(jìn)行分類，54個(gè)樣本共分為4個(gè)大類，聚類結(jié)果樹狀圖見圖1。

各類別指標(biāo)平均值見表8，由圖1和表8結(jié)果可知，第1類樣品編號(hào)為：37、38、39、40、43、44、45、46、48、49、50、51、52、53、54，比例為總樣本數(shù)的27.7%;第2類樣品編號(hào)為：19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、41、42、47，比例為總樣本數(shù)的38.9%;第3類樣品編號(hào)為：5、6、11，占總樣本數(shù)的5.5%;第4類樣品編號(hào)為：1、2、3、4、7、8、9、10、12、13、14、15、16、17、18，占總樣本數(shù)的27.9%。

通過表8可看出，不同類別的平均值具有明顯差異，其中類別1的莖圍和樹高總體高于其他類別。參照葉片營養(yǎng)診斷規(guī)程，分析不同類別中葉片養(yǎng)分含量，葉片N、P含量類別1、2、3含量均達(dá)到正常值以上，類別4偏低。K、Ca的含量較豐富，但不同類別間有較大差異。Mg的含量整體低于正常值，第1類相對(duì)高于其他三類;第4類的含量最低，僅為正常臨界值的一半左右。

3? 討論

通過相關(guān)性分析和多元回歸分析的結(jié)果可知，幼齡橡膠樹莖圍和樹高與葉片養(yǎng)分具有較強(qiáng)的相關(guān)性，因此，可通過橡膠樹營養(yǎng)診斷，合理調(diào)整施肥配方，以達(dá)到調(diào)控其生長(zhǎng)量的目的。偏相關(guān)分析的結(jié)果表明，橡膠樹莖圍和樹高與部分養(yǎng)分的相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)了負(fù)數(shù)，但是綜合分析比較其相關(guān)系數(shù)的值，可以忽略生長(zhǎng)量與葉片養(yǎng)分偏相關(guān)分析產(chǎn)生的不一致影響因素;另一方面，偏相關(guān)系數(shù)的值總體偏低，原因可能是莖圍和樹高可能還受其他限制因子的影響，比如橡膠園氣候及土壤條件、水文及養(yǎng)分運(yùn)輸、枯落物的養(yǎng)分釋放等[26-27]。

根據(jù)聚類分析結(jié)果，進(jìn)一步對(duì)不同類別膠園土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，不同類別土壤中有效養(yǎng)分含量均具有明顯差異。其中類別4中堿解N和有效P的含量較低，分別為57.47、3.09 mg/kg，明顯低于標(biāo)準(zhǔn)臨界[28];類別3中堿解氮的含量最高，為107.27 mg/kg;類別2中有效P最高，為12.18 mg/kg。土壤中K、Ca、Mg含量不同類別也有一定差異;其中交換性Mg的含量整體偏低，平均含量?jī)H為0.18 cmol/kg，類別4的平均含量?jī)H為0.11 cmol/kg。因此，橡膠樹葉片營養(yǎng)與土壤養(yǎng)分具有較強(qiáng)的交互作用，聚類分析的結(jié)果對(duì)幼齡橡膠園養(yǎng)分管理具有實(shí)際的指導(dǎo)意義，可根據(jù)不同養(yǎng)分類別制定相應(yīng)的施肥方案，采取更為精準(zhǔn)化的施肥管理措施;對(duì)比常規(guī)施肥管理方式[29-30]，可在有效簡(jiǎn)化施肥流程的同時(shí)，保證橡膠園有效養(yǎng)分供應(yīng)，提高了養(yǎng)分利用效率。

相關(guān)研究表明[31-34]，鎂是植物光合作用的關(guān)鍵離子，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中有重要促進(jìn)作用，橡膠樹施用鎂肥可顯著提高莖圍增長(zhǎng)量。對(duì)比本試驗(yàn)相關(guān)性分析結(jié)果，橡膠樹莖圍和樹高與鎂的相關(guān)性不顯著，鎂的含量整體較低，不同類型結(jié)果均低于正常范圍，且處于低值范圍的莖圍和樹高平均值也低于其他類型。分析原因，可能由于大部分樣本鎂的含量低于正常值范圍，導(dǎo)致了橡膠樹生理性缺鎂，影響了相關(guān)性分析的結(jié)果;另一方面，考慮鎂鉀元素間有較強(qiáng)的拮抗作用[35]，由于鉀肥的大量施用，橡膠葉片中鉀含量普遍升高，也會(huì)影響橡膠樹對(duì)鎂的吸收，導(dǎo)致葉片中的鎂含量降低，因此，在增加鎂肥施用量的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)橡膠樹鎂鉀養(yǎng)分的調(diào)控。

楊承棟等[36]對(duì)杉木幼齡林的研究結(jié)果表明，除大量元素外，微量元素Fe、Mn、Cu等與杉木生長(zhǎng)具有密切的相關(guān)性;對(duì)比本研究，幼齡橡膠樹生長(zhǎng)量與微量元素Fe、Cu、Zn顯著性達(dá)相關(guān)及以上水平，與Mn的相關(guān)性較弱。曲天竹[37]對(duì)三倍體毛白楊的研究結(jié)果表明，影響生長(zhǎng)量的主要養(yǎng)分是葉片中的N、P、K、Ca、Fe等元素含量，且不同品系間影響程度有一定差異。李雯[38]對(duì)白樺人工幼齡林的研究結(jié)果表明，P元素為林木生長(zhǎng)主要限制元素，N、P混合施肥更能有效地促進(jìn)林木的生長(zhǎng)，增加林木生物量的積累。綜合以上研究結(jié)果，不同林木養(yǎng)分含量與生長(zhǎng)量有較好的相關(guān)性，但其養(yǎng)分限制因子存在一定的差異; 在今后的研究過程中，還應(yīng)關(guān)注不同橡膠樹品種間養(yǎng)分差異及對(duì)生長(zhǎng)量的影響，研究不同養(yǎng)分間的相關(guān)性及交互作用。同時(shí)，鑒于橡膠樹生長(zhǎng)與部分微量元素有較強(qiáng)的相關(guān)性，而長(zhǎng)期以來對(duì)橡膠園微量元素的補(bǔ)充相對(duì)不足，因此，今后還應(yīng)對(duì)橡膠樹微量養(yǎng)分進(jìn)行進(jìn)一步研究分析，適時(shí)補(bǔ)充相關(guān)養(yǎng)分。

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