黔產(chǎn)青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量特征及變異規(guī)律

柏文戀，袁叢軍，謝 濤，黃安香,丁訪軍,吳運(yùn)輝，余德會(huì)

（1.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院，貴陽(yáng) 貴州 550000；2.黎平縣林業(yè)局，黎平 貴州 557300；3.雷公山自然保護(hù)區(qū)管理局，雷山 貴州 557100）

青錢柳Cyclocarya paliurus系胡桃科青錢柳屬植物，又名青錢李、搖錢樹(shù)等，是國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)的瀕危植物之一[1]。青錢柳葉片內(nèi)含豐富的無(wú)機(jī)元素[2-5]，有降血糖、降血脂、抗腫瘤、抗氧化及增強(qiáng)免疫力等功效[6-10]，其材質(zhì)長(zhǎng)成后具有很高的材用價(jià)值[11]。貴州省是青錢柳重要的原產(chǎn)地之一，由于自然資源稀缺及人為砍伐等，導(dǎo)致可利用的自然資源非常有限，而且在青錢柳人工培育過(guò)程中不夠重視科學(xué)合理的施肥，多地青錢柳植株表現(xiàn)出礦質(zhì)元素不均衡癥狀而造成其品質(zhì)下降[12]。因此，在青錢柳人工培育中加強(qiáng)肥水管理，提高青錢柳葉片品質(zhì)已迫在眉睫。

營(yíng)養(yǎng)元素在樹(shù)體的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量與品質(zhì)的形成過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用[13-18]，不同土壤環(huán)境下作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的利用效率不同，因而植物的生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)元素含量特征也各不相同[19]。葉片是整個(gè)樹(shù)體對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)反應(yīng)最明顯的器官，其礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量狀況可對(duì)樹(shù)體潛在的營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行診斷，進(jìn)而為合理化施肥提供依據(jù)[20]。研究青錢柳葉片N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn 營(yíng)養(yǎng)元素含量特征及變異規(guī)律，可明晰黔產(chǎn)青錢柳營(yíng)養(yǎng)狀況從而為優(yōu)化施肥、提高青錢柳產(chǎn)量及品質(zhì)提供理論依據(jù)。

目前涉及葉片營(yíng)養(yǎng)元素研究的經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種有銀杏[21-22]、梨樹(shù)[23-24]、棗[25-26]、核桃[20]等，但這些研究大多局限于N、P、K 元素。關(guān)于青錢柳葉片多種礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量與產(chǎn)地、種源、采樣部位及采樣時(shí)間的關(guān)系研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，以貴州省17 個(gè)青錢柳主產(chǎn)地共33 個(gè)分布點(diǎn)的青錢柳葉片為對(duì)象，研究黔產(chǎn)青錢柳葉片N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn 含量特征及變異規(guī)律，明晰當(dāng)前黔產(chǎn)青錢柳人工栽培過(guò)程中存在的問(wèn)題，并以此為依據(jù)優(yōu)化栽培和施肥配方以提高青錢柳品質(zhì)和產(chǎn)量，該研究對(duì)貴州青錢柳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與前處理

基于全省青錢柳資源分布調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)貴州省臺(tái)江縣、榕江縣、丹寨縣等17 個(gè)縣（市、區(qū)）的青錢柳進(jìn)行調(diào)查取樣，青錢柳采樣林分的起源包括天然林和人工林，樹(shù)齡為5～10 a，設(shè)33 個(gè)具有代表性的產(chǎn)地，共33 個(gè)分布點(diǎn)，除分布點(diǎn)4、13、22 和33 以外，其余每個(gè)分布點(diǎn)采集3 份青錢柳小葉樣品。分布點(diǎn)3 共采集6 份樣品（青錢柳葉柄樣品和小葉樣品各3 份）；分布點(diǎn)13 共采集6 份樣品（青錢柳復(fù)葉樣品和小葉樣品各3 份）；分布點(diǎn)22 共采集9 份樣品（廣西種源青錢柳小葉樣品、江西種源青錢柳小葉樣品和黎平種源青錢柳小葉樣品各3 份）；分布點(diǎn)33 共采集9 份樣品（分別于2020年4、8 和11月采集青錢柳小葉樣品各3 份，其他分布點(diǎn)采樣時(shí)間均為2020年11月，具體情況見(jiàn)表1，采樣部位見(jiàn)圖1，每個(gè)分布點(diǎn)選擇生長(zhǎng)良好、無(wú)病蟲(chóng)害的植株3～5 株，分別從樹(shù)冠上部、中部、下部，東、西、南、北4 個(gè)方向采集葉片生長(zhǎng)完整、無(wú)病變及蟲(chóng)害等健康植株葉片，每份樣品采收葉片約60～80 片，采集的葉片樣品裝入干凈有孔的塑料袋內(nèi)，置于有冰塊的保溫泡沫箱中帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過(guò)清洗、滅酶、置于烘箱中，105℃下殺青30 min，75℃下恒溫烘干、粉碎，備用[25]。

圖 1 采樣示意圖Fig.1 The schematic diagram of sampling

表1 采樣情況Table 1 Sampling tables

1.2 測(cè)定方法

青錢柳葉片樣品用硫酸—過(guò)氧化氫消煮，葉片中N、P、K 含量分別采用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法和火焰光度法測(cè)定[27]；Fe、Mn、Cu、Zn 含量采用中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1270—1999 方法[28]，用硝酸-高氯酸消解后，采樣原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1.3 青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量分級(jí)

目前有關(guān)于青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素豐缺判斷標(biāo)準(zhǔn)的研究相對(duì)較少，但由于核桃與青錢柳均屬胡桃科植物，因此，本研究參照國(guó)內(nèi)外關(guān)于核桃葉片營(yíng)養(yǎng)含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)研究成果[29-31]，將青錢柳葉片N、P、K、Fe、Mn、Cu 和Zn 按元素含量劃分為3 個(gè)等級(jí)（表2）。

表2 青錢柳葉片中營(yíng)養(yǎng)元素豐缺判斷標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for abundance and deficiency of nutrient elements in Cyclocarya paliurus leaves

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用 SPSS 17.0 和Excel 2003 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析法分析不同采樣部位、不同種源地和不同采樣時(shí)間青錢柳葉片中N、P、K、Fe、Mn、Cu 和Zn 含量的差異，所有圖表的制作采用Excel 2003 軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 黔產(chǎn)青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量特征

由表3 可以看出，不同產(chǎn)地青錢柳含量高低存在差異。黔產(chǎn)青錢柳葉片的N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn 含量分別在1.69～27.86 g/kg、1.01～3.70 g/kg、7.75～ 21.24 g/kg、120.50～537.33 mg/kg、62.10～4 968.01 mg/kg、6.69～12.27 mg/kg、28.55～121.85 mg/kg 之間，N、P、K 平均含量分別為16.77、1.88 和11.63 g/kg，F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn 平均含量分別為205.92、1 417.22、10.03 和69.02 mg/kg。葉片中N、Mn 含量變幅最大，變異系數(shù)分別為82.59%和73.40%；P、Fe 含量次之，變異系數(shù)分別為51.06%和58.45%；K、Zn含量變異系數(shù)較小，分別為32.85%和38.08%；Cu 含量變異系數(shù)最小，為25.52%。

表 3 不同產(chǎn)地青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量Table 3 The characteristics of macronutrient elements contents in Cyclocarya paliurus leaves in Guizhou

由表4 可以看出，黔產(chǎn)青錢柳葉片存在N、P、K、Fe 含量不足，其中N 含量缺乏最為嚴(yán)重，N、P、K、Fe 含量不足的樣本數(shù)分別占總樣本數(shù)的100%、66.7%、96.3%和88.9%。部分地區(qū)的青錢柳葉片P、K、Fe、Mn 含量處于適量水平，Mn含量超標(biāo)的樣本數(shù)占總樣本數(shù)的92.6%，Cu、Zn含量均屬于適量水平。

表4 黔產(chǎn)青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量分布頻率Table 4 Percentages of elements contents in Cyclocarya paliurus leaves in Guizhou %

2.2 同一產(chǎn)地同一種源青錢柳不同采樣部位營(yíng)養(yǎng)元素含量特征

圖2A—B 為同一產(chǎn)地（臺(tái)江縣）同一種源（臺(tái)江縣本地種源）青錢柳不同采摘部位營(yíng)養(yǎng)元素含量；圖2C—D 為黎平縣本地種源青錢柳不同采摘部位營(yíng)養(yǎng)元素含量。

由圖2可以看出，青錢柳樹(shù)體不同部位營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著。青錢柳小葉中N、Fe、Mn 含量顯著高于葉柄，且分別比葉柄的高251.4%、23.4%、56.3%，但小葉的P、K、Cu、Zn 含量分別比葉柄的低28.9%、31.5%、4.9%、34.8%（圖2A—B）；同樣由圖2C—D 可以看出，青錢柳小葉的P、K、Mn、Fe、Cu 含量分別比復(fù)葉的高30.5%、43.7%、126.8%、41.6%、153.7%，但Zn 含量比復(fù)葉的低60.6%。

圖2 同一產(chǎn)地同一種源青錢柳不同采摘部位營(yíng)養(yǎng)元素含量特征Fig.2 Characteristics of nutrient elements in different picking parts of Cyclocarya paliurus from the same origin and provenance

2.3 同一產(chǎn)地不同種源青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量特征

圖3 為同一產(chǎn)地（龍里縣）不同種源（廣西種源、江西種源、黎平種源）青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量。由圖3 可以看出，同一產(chǎn)地不同種源青錢柳葉片各營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著；廣西種源和黎平種源青錢柳葉片的N 含量分別比江西種源高6.41%和8.73%；江西種源和黎平種源青錢柳葉片的P 含量均比廣西種源的P 含量高17.49%；黎平種源青錢柳葉片的K 含量分別比江西種源和黎平種源K 含量高25.70%和62.45%；同樣，江西種源青錢柳葉片中Fe 含量分別比廣西種源和黎平種源的高44.31%和54.97%；黎平種源青錢柳葉片的Mn 含量分別比江西種源和黎平種源的高13.07%和134.9%；廣西種源青錢柳葉片的Cu 含量分別比江西種源和黎平種源的高35.05%和32.28%；廣西種源青錢柳葉片的Zn 含量分別比江西種源和黎平種源的高290.39%和37.07%。

圖3 不同種源青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量特征Fig.3 Characteristics of nutrient elements in leaves of Cyclocarya paliurus from different provenances

2.4 同一產(chǎn)地同一種源不同采樣時(shí)間青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量特征

圖4為同一產(chǎn)地（貴陽(yáng)市）同一種源（黎平種源）不同采樣時(shí)間（4、8、11月）青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量。由圖4 可以看出，不同采樣時(shí)間的青錢柳葉片各營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著。采樣時(shí)間為4月的青錢柳葉片N、K、Cu 含量顯著高于8 和11月，且分別比8 和11月的高97.38%和31.73%、35.11% 和35.58%、105.88% 和118.99%； 采樣時(shí)間為8月的青錢柳葉片Mn、Zn 含量顯著高于4 和11月，且分別比4 和11月的高36.05%和72.61%、22.72%和10.16%；采樣時(shí)間為11月的青錢柳葉片P、Fe 含量顯著高于4 和8月，且分別比4 和8月的高62.13%和67.91%、71.01%和26.57%。

圖4 不同采樣時(shí)間青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量特征Fig.4 Characteristics of nutrient elements in Cyclocarya paliurus leaves at different sampling times

3 討論

營(yíng)養(yǎng)元素在植物生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程中起著重要作用[32-33]。植物葉片營(yíng)養(yǎng)元素的豐缺與土壤、施肥量及施肥方式等密切相關(guān)[34-35]。研究表明，不同生境下相同植物的營(yíng)養(yǎng)元素含量有較大的差異[19]；不同地區(qū)蘋果葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量的差異性與土壤類型、施肥水平、生態(tài)氣象因子等的差異性有關(guān)[36]。本研究中，不同產(chǎn)地青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著，且不同產(chǎn)地青錢柳葉片N、Mn 含量的變異系數(shù)最大，說(shuō)明青錢柳葉片中N、Mn 元素含量受環(huán)境因素的影響最大、波動(dòng)性強(qiáng)，這可能是由于不同產(chǎn)地土壤背景條件及氣候條件上的差異，使得土壤pH 值、土壤中有效養(yǎng)分含量及植物對(duì)養(yǎng)分的利用效率不同，因而導(dǎo)致不同產(chǎn)地相同植物的生長(zhǎng)及植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素含量不同[19,37]。本研究還發(fā)現(xiàn)，黔產(chǎn)青錢柳葉片存在N、P、K、Fe 含量不足，青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量不均衡，說(shuō)明黔產(chǎn)青錢柳在人工栽培過(guò)程中缺乏對(duì)施肥的系統(tǒng)管理。在今后的人工培育過(guò)程中，要注意N、P、K 肥的配合施用，以利于植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素含量的平衡，培育出優(yōu)質(zhì)的青錢柳種質(zhì)資源。

營(yíng)養(yǎng)元素在植物不同器官及不同營(yíng)養(yǎng)元素在同一器官中的含量與儲(chǔ)量特征，不僅反映了植物自身的生物學(xué)特性，而且還反映了植物在一定生境下從土壤中吸收和蓄積礦質(zhì)養(yǎng)分的能力[38]。在對(duì)青稈竹[39]、青皮竹[40]、文冠果樹(shù)[41]和梨樹(shù)[24]的研究中發(fā)現(xiàn)，不同營(yíng)養(yǎng)器官的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著[40]。本研究中，青錢柳不同采樣部位營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著；青錢柳樹(shù)體N、Fe、Mn含量表現(xiàn)為小葉＞葉柄，P、K、Cu、Zn 含量表現(xiàn)為小葉＜葉柄，但青錢柳小葉所測(cè)營(yíng)養(yǎng)元素總含量顯著高于葉柄所測(cè)營(yíng)養(yǎng)元素總含量，說(shuō)明葉片對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的富集能力更強(qiáng)。葉片不僅是合成有機(jī)物質(zhì)的同化器官，也是代謝最活躍的器官，因此需要向其輸送大量的營(yíng)養(yǎng)元素來(lái)滿足生長(zhǎng)和代謝的需求[38]。

為適應(yīng)環(huán)境變化，植物種子、葉片及花等的形態(tài)特征和養(yǎng)分含量會(huì)發(fā)生遺傳或非遺傳變異[42]。彭玉華等[43]研究發(fā)現(xiàn)，不同種源紅錐葉片營(yíng)養(yǎng)元素N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn 差異顯著[43]；同樣，不同種源雷公藤葉片C、N、K、Ca、Mg含量差異顯著[44]，說(shuō)明不同種源對(duì)植物葉片各營(yíng)養(yǎng)元素的含量有顯著影響[43-44]。本研究表明，同一產(chǎn)地不同種源青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著，且不同種源青錢柳葉片N、K、Fe、Mn、Zn含量變幅較大。因此，從葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量變異情況分析，判斷不同種源植株葉片營(yíng)養(yǎng)狀況，可為選出葉片養(yǎng)分含量平衡、長(zhǎng)勢(shì)較好的青錢柳種源提供參考[44]。

植物葉片中的營(yíng)養(yǎng)元素含量會(huì)隨著季節(jié)的變化有所變化[12,20,22]；植物體內(nèi)可移動(dòng)的元素會(huì)隨植物組織和器官的老化而逐漸下降，不易移動(dòng)的元素則隨組織和器官的老化而增高[12]。研究表明，核桃葉片中礦質(zhì)元素含量在不同的生長(zhǎng)發(fā)育期存在差異[20]；南方紅豆杉葉片的N、K 含量隨季節(jié)變化明顯[45]；柑橘葉片中高移動(dòng)性元素N、P、K 含量隨葉齡的增大而下降[46]。本研究表明，同一種源同一種植模式下，青錢柳葉片N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn 含量隨季節(jié)變化顯著，且青錢柳葉片中N、K、Cu 含量隨著葉齡的增加而顯著降低，這可能是由于青錢柳樹(shù)體的生長(zhǎng)結(jié)果需要消耗大量的營(yíng)養(yǎng)元素，使得葉片中的高移動(dòng)性元素慢慢被轉(zhuǎn)移出去，其含量有所降低[12]，說(shuō)明不同采樣時(shí)間對(duì)青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素分析的準(zhǔn)確性和可靠性影響較大，應(yīng)選擇在葉片營(yíng)養(yǎng)元素相對(duì)穩(wěn)定且對(duì)養(yǎng)分供應(yīng)狀況反應(yīng)的敏感期進(jìn)行[12]。本研究關(guān)于不同采樣部位、不同種源及不同采樣時(shí)間的研究只是針對(duì)某一個(gè)產(chǎn)地進(jìn)行，其他產(chǎn)地的變異規(guī)律是否一致還有待進(jìn)一步研究，而且本研究也僅對(duì)青錢柳葉片的部分營(yíng)養(yǎng)元素含量進(jìn)行了分析，對(duì)于不同產(chǎn)地的土壤養(yǎng)分含量狀況仍需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

不同產(chǎn)地青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著，黔產(chǎn)青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量不均衡，大部分產(chǎn)地區(qū)存在N、P、K、Fe 含量不足，在今后的人工培育過(guò)程中要注意N、P、K 肥的配合施用。同一產(chǎn)地同一種源青錢柳不同采樣部位營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著，其葉片N、Fe、Mn 含量顯著高于葉柄，而P、K、Cu、Zn 含量顯著低于葉柄。同一產(chǎn)地不同種源青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量差異顯著，且不同種源青錢柳葉片N、K、Fe、Mn、Zn 含量變幅較大。同一種源同一種植模式下，青錢柳葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量隨季節(jié)變化顯著，其葉片中N、K、Cu 含量隨著葉齡的增加而顯著降低。本研究可對(duì)青錢柳人工培育過(guò)程中施肥量及施肥方式進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)可為提高青錢柳產(chǎn)量及品質(zhì)、培育優(yōu)質(zhì)青錢柳種質(zhì)資源提供理論依據(jù)。