不同施肥處理百香果土壤-植株碳氮磷化學(xué)計量特征*

吳應(yīng)海，張麗敏，蔡國俊，彭 熙，張孫健，李安定

(貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001)

0 引言

土壤養(yǎng)分是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分和土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，直接反映土壤生產(chǎn)力高低，也是保證植物生長和發(fā)育所需營養(yǎng)元素的主要來源[1-2]。植物吸收養(yǎng)分的數(shù)量和種類取決于植物對養(yǎng)分的需求和土壤供應(yīng)養(yǎng)分的能力，同時也受植物自身生長過程及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程相關(guān)因素的影響[3]。在土壤-植物系統(tǒng)中，土壤和植物是一個相互作用、相互影響、相互制約、協(xié)調(diào)發(fā)展的統(tǒng)一體，土壤為植物提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)，而植物的生存也影響土壤的形成和發(fā)育[4]。在養(yǎng)分循環(huán)過程中，碳(C)、氮(N)、磷(P)元素作為生命元素驅(qū)動其他元素的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，是植物生長及土壤肥力的核心。生態(tài)化學(xué)計量學(xué)是結(jié)合生物學(xué)、化學(xué)，研究生態(tài)系統(tǒng)能量平衡和物質(zhì)循環(huán)的科學(xué)，通過研究不同營養(yǎng)元素在土壤-植物間的計量比，分析自然界生態(tài)生物學(xué)特征[5-6]，目前已廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分供應(yīng)與需求的平衡[7-9]。近年來，許多學(xué)者運用生態(tài)化學(xué)計量方法研究了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)等土壤-植物之間的物質(zhì)與能量循環(huán)關(guān)系，江葉楓等[10]研究了江西省耕地土壤N、P化學(xué)計量變化特征及影響因素，發(fā)現(xiàn)氮肥施用量是引起土壤N、P生態(tài)化學(xué)計量空間變異的主要因素；阿布里孜·阿不都熱合曼[11]研究不同水肥梯度下羅布麻和鹽爪爪兩種植物C、N、P化學(xué)計量特征及對氮磷肥的重吸收率，發(fā)現(xiàn)對氮磷肥的重吸收率與不同水分梯度有關(guān)；施家月等[12]對浙江天童植物器官的氮磷養(yǎng)分特征的研究發(fā)現(xiàn)植物不同器官營養(yǎng)含量不同，葉中N和P含量明顯高于根莖；王維奇等[13]研究發(fā)現(xiàn)閩江河口濕地互花米草植物體地上器官C∶N、N∶P、C∶P比值高于葉茳芏。百香果作為貴州省主要的12大扶貧產(chǎn)業(yè)之一，2020年已推廣種植15.68萬畝，但是其水肥需求規(guī)律及對土壤的交互作用目前研究甚少，為了弄清百香果的需肥特性，本研究以貴州省黔南州平塘縣特色藤本產(chǎn)學(xué)研基地“平塘1號”百香果為研究對象，采用盆栽試驗，研究不同施肥處理下百香果土壤-植株在不同生育時期對施肥處理的響應(yīng)，旨在為貴州省百香果產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

該試驗在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)光明村特色藤本產(chǎn)學(xué)研基地進行，東經(jīng)106°48′19″，北緯25°43′37″，以喀斯特地貌為主，土壤類型為黃壤。該區(qū)域海拔853 m，氣候?qū)僦衼啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，年均溫17 ℃，年降雨量1350 mm左右，無霜期312天。

1.2 施肥試驗設(shè)計

該試驗是室內(nèi)盆栽控制試驗，于2019年4月選擇大小基本一致的健康百香果苗進行試驗。施肥處理設(shè)置5個梯度，每株分別以基肥的方式不施肥(CK)、50 g、100 g、150 g、200 g，施肥為氮磷鉀配比15∶15∶15的復(fù)合肥，每個處理重復(fù)8株，3個生長周期，共120株。試驗土壤及植株根、莖、葉養(yǎng)分含量見表1。

表1 試驗土壤-植株養(yǎng)分含量基本情況Tab.1 Basic situation of soil-plant nutrient contents

1.3 樣品采集與處理

于2019年6月(生長期)、10月(結(jié)果期)、12月(越冬期)分別采集土壤，植株根、莖、葉，每個處理每次采集8株，每次共采集40株，裝入自封袋，土壤帶回實驗室自然風(fēng)干，過0.15 mm篩，保存?zhèn)溆?，植株根帶回實驗室洗干凈，連同莖、葉放入烘箱中烘干，過0.15 mm篩備用。分別測定土壤-植株(根、莖、葉)碳、氮、磷含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)分析和制圖。采用單因素方差分析法和最小差異顯著法分析差異性，P<0.05表示差異性顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理百香果土壤-植株C、N、P含量變化

由圖1可知，在不同施肥處理下，百香果土壤-植株C含量在不同生育時期未表現(xiàn)出顯著性差異，N、P含量則差異顯著，隨著施肥量增加，不同生育時期土壤-植株N、P含量呈增長趨勢，施肥量200 g處理的土壤-植株N、P含量最高，CK處理最低；在土壤-植株不同器官中，C、N含量表現(xiàn)為植株葉片>莖>根>土壤，P含量在植株莖中表現(xiàn)最高(表2)。植株C、N、P含量分別為449.57 g/kg、25.27 g/kg、3.39 g/kg，土壤C、N、P含量分別為21.38 g/kg、0.76 g/kg、0.26 g/kg，植株含量是土壤的13～33倍，且葉片N、P含量明顯高于根莖；在不同生育時期，土壤-植株N、P含量表現(xiàn)出生長期>結(jié)果期>越冬期。

表2 百香果土壤-植株碳氮磷含量Tab.2 Contents of soil-plant C，N，P of passion fruit

圖1 不同施肥處理下不同生長時期百香果土壤-植株碳氮磷含量(大寫字母表示不同施肥處理之間的差異，小寫字母表示不同生長時期之間的差異(P<0.05))Fig.1 Contents of soil-plant C，N，P of passion fruit in different growth stages under different fertilization treatments

2.2 不同施肥處理百香果土壤-植株C、N、P化學(xué)計量特征

圖2中，百香果土壤-植株C/N、C/P、N/P在不同施肥處理下均表現(xiàn)出顯著性差異，隨著施肥量的增加，C/N、C/P、N/P呈下降趨勢。在土壤中CK處理C/N、C/P、N/P分別為68.11 g/kg、387.03 g/kg、5.90 g/kg，顯著高于其他施肥處理；在不同生育時期，植株根莖C/N、根莖葉C/P、葉N/P均表現(xiàn)出越冬期和結(jié)果期大于生長期，而植株葉C/N、根莖N/P則在生育期、結(jié)果期、越冬期基本保持不變；無論是哪一個施肥處理，百香果植株在生長期和越冬期的N∶P小于14，在結(jié)果期低施肥處理下，N∶P大于16。

圖2 不同施肥處理下不同生長時期百香果土壤-植株碳氮磷化學(xué)計量比(大寫字母表示不同施肥處理之間的差異，小寫字母表示不同生長時期之間的差異(P<0.05))Fig.2 Stoichiometric ratio of soil-plant C，N，P of passion fruit in different growth stages under different fertilization treatments

2.3 不同施肥處理下百香果土壤-植株C、N、P化學(xué)計量比相關(guān)性

百香果土壤-植株C、N、P化學(xué)計量比相關(guān)性分析(表3)可知，在C/N中，土壤-根在CK、50 g、150 g處理表現(xiàn)出顯著相關(guān)關(guān)系，土壤-莖和土壤-葉在CK、100 g處理表現(xiàn)出顯著相關(guān)關(guān)系，莖-葉在CK、50 g、100 g、150 g處理表現(xiàn)出極顯著相關(guān)關(guān)系；C/P中，土壤-根、土壤-莖在50 g、100 g、150 g處理表現(xiàn)出顯著相關(guān)關(guān)系，根-莖在所有施肥處理中均表現(xiàn)出顯著相關(guān)；N/P中，土壤-葉在200 g處理表現(xiàn)出極顯著相關(guān)關(guān)系，根-莖、根-葉在50 g、100 g處理中均表現(xiàn)出顯著相關(guān)。

3 討論

3.1 不同施肥處理下百香果土壤-植株C、N、P含量變化特征

在不同施肥處理下，百香果土壤-植株C含量在不同生育時期未表現(xiàn)出顯著性差異，N、P含量則差異顯著，隨著施肥量增加，不同生育時期土壤-植株N、P含量呈增長趨勢，說明施肥量為200 g時植株生長最好。百香果土壤-植株C含量不受施肥影響可能是試驗所施肥為氮磷鉀復(fù)合肥，未施入有機肥，導(dǎo)致土壤C含量不變，而植株主要通過光合作用合成糖類，和試驗施肥無關(guān)，故土壤-植株C含量無顯著變化；在土壤-植株不同器官中，C、N含量表現(xiàn)為植株葉片>莖>根>土壤，P含量在植株莖中表現(xiàn)最高，植株養(yǎng)分含量明顯高于土壤，這與其他研究結(jié)果相一致[11，14-16]。葉片是植株飽和虧缺營養(yǎng)元素最敏感的部位，對外界因子的響應(yīng)最為迅速，因此在施入復(fù)合肥后，葉片C、N含量最高，施肥處理后植株不同器官里C、N、P含量分布規(guī)律不一致，說明植株不同器官對營養(yǎng)元素的種類、數(shù)量及比例有著不同的需求及攝取能力[17-19]，這可能是植株對養(yǎng)分需求的種類及數(shù)量主要受自身代謝過程的控制，與植株本身的基因有關(guān)的緣故[20-24]；在不同生育時期，土壤-植株N、P含量表現(xiàn)出生長期>結(jié)果期>越冬期。主要是因為施肥是作為底肥一次性施入的，而生長期又是植株生長最快的時期，需肥量大。到了結(jié)果期和越冬期，土壤中的養(yǎng)分已不能滿足植株的需求，從而出現(xiàn)養(yǎng)分含量表現(xiàn)為生長期最多，結(jié)果期最少。

3.2 不同施肥處理下百香果土壤-植株養(yǎng)分限制特征

C、N、P是植株生長和各種生理機制調(diào)節(jié)最主要的營養(yǎng)元素[25-28]。植株C∶N 和C∶P可以直接反映植物的生長速度[29，16]，且與植株N、P的利用效率有關(guān)[30-31]。大量研究發(fā)現(xiàn)，植株葉片N∶P是反映植株生長過程中受N、P養(yǎng)分限制狀況[32-34]。Wassen[17]和Meuleman[35]通過實驗確定，植物生長受N和P閾值的限制。當(dāng) N∶P<14時，植物生長主要受N限制；當(dāng)N∶P>16時，植物生長主要受 P限制；當(dāng)N∶P 在14～16時，則受N和P的共同限制。本研究中，無論是哪一個施肥處理，百香果植株在生長期和越冬期的葉片N∶P均小于14，說明百香果在生長期和越冬期主要受N元素限制，百香果在生長期處于快速生長狀態(tài)，N有利于促進植物生長，所以需氮量較大[36-37]，而在越冬期，百香果植株剛掛完果實，樹式較弱，養(yǎng)分耗盡，需要補充營養(yǎng)，氮肥能快速促進其恢復(fù)，所以在百香果生長期和越冬期要注意N肥的補充；在結(jié)果期的低施肥處理下，葉片N∶P大于16，說明百香果在結(jié)果期主要受P元素限制，P主要參與百香果果實的形成，對三磷酸腺苷需求較大而核糖核酸合成較多有關(guān)[31，38-39]，促進百香果生殖生長，故在百香果結(jié)果期需要補足P肥。

4 結(jié)論

百香果是屬于大水大肥的一種果樹，對水肥需求量較大。在本試驗中，每株施用200 g復(fù)合肥土壤-植株不同器官養(yǎng)分含量最高，效果最佳；在不同生育時期，百香果需肥量及種類有所不同，在生長期和越冬期應(yīng)滿足N肥的需要，在結(jié)果期提高P肥的施用量。本研究只涉及了復(fù)合肥的施用，未考慮其他肥料及水肥耦合的效果，今后應(yīng)該拓寬肥料種類及施用量及水的耦合作用，為百香果的種植提供更詳細(xì)的水肥需求規(guī)律。