青花椒雌雄株養(yǎng)分差異及其對土壤養(yǎng)分的影響

付 豪，任 云，陳澤雄，石陽霖，陳 財(cái)，孫國慶，周尤群，李 強(qiáng)

（1.重慶三峽學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，重慶 萬州 404100；2.重慶文理學(xué)院 a.園林與生命科學(xué)學(xué)院；b.特色植物研究院，重慶 永川 402160）

花椒Zanthoxylum bungeanum為蕓香科花椒屬多年生木本落葉灌木，是世界上栽培歷史悠久、分布廣泛的調(diào)味料與香料樹種[1]。花椒廣泛分布于亞洲、美洲、非洲及大洋洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)，在我國的種植面積超過170 萬hm2，年產(chǎn)量超過40 萬t，均居世界首位。因其具有根系發(fā)達(dá)、耐干旱瘠薄及對氣候的適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，故在土壤條件較差的丘陵和山地地帶均可栽植，目前已成為我國重要的經(jīng)濟(jì)林樹種[2]，其在荒山治理、生態(tài)建設(shè)、脫貧攻堅(jiān)和鄉(xiāng)村振興中均發(fā)揮了重要作用。

花椒按果實(shí)顏色可分為紅花椒和青花椒，紅花椒香甜醇厚，有果甜香、木香味，而青花椒的香氣清涼透發(fā)，其有芳草香味，因?yàn)榍嗷ń肪哂刑厥獾南銡?，所以其具有廣闊的市場前景和較高的研究價值[3]。青花椒的來源地為重慶江津，近年來已逐步形成了西南青花椒主產(chǎn)區(qū)。然而，青花椒產(chǎn)業(yè)在日益擴(kuò)大的同時，一些影響青花椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題也逐漸顯現(xiàn)出來，其中花椒雌株雄化問題尤為突出[4-6]?；ń返男刍ǔ庶S色，雌株雄化的表現(xiàn)即生產(chǎn)中開黃花，具體表現(xiàn)為雄花花柱分化明顯，雌花花柱分化短小，與正?；ㄐ螤钔耆灰粯樱议_黃花的花椒開花前后其葉片生長不出來，造成花椒樹不結(jié)果或結(jié)果少，嚴(yán)重影響了青花椒產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

植株體內(nèi)養(yǎng)分特征對其雌雄花分化及其生命活動具有重要影響。許多研究者指出，雌株比雄株要付出更大的繁殖成本，因而性別不同的植株對營養(yǎng)元素的吸收具有明顯的差異[7-9]。Rocheleau 等[10]發(fā)現(xiàn)，紅巖帚蘭雌株在鎂（Mg）和鈣（Ca）方面的繁殖投入均較高，而雄株則需要較高的氮（N）、磷（P）、鉀（K）。楊鵬等[11]指出，就總P、總Ca 含量而言，青楊雌株高于其雄株；而就總K 含量而言，則雌株低于雄株。前人對青花椒雌株雄化問題進(jìn)行了大量研究，但相關(guān)研究多從防治方法與組學(xué)分析入手[12]，而其形成機(jī)制尚不明確，且關(guān)于青花椒雌雄株養(yǎng)分差異的研究也未見諸報(bào)道。因此，本研究從重慶市青花椒主產(chǎn)區(qū)江津、永川和榮昌的9 個5年以上的青花椒園中取樣，研究青花椒雌雄株養(yǎng)分差異及其對土壤養(yǎng)分的影響情況，以明確青花椒雌雄株養(yǎng)分差異，為青花椒雌株雄化的防治提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 取樣地概況

選取重慶市青花椒主產(chǎn)區(qū)江津、永川和榮昌9 個5年以上的青花椒園為取樣地，各個取樣點(diǎn)的詳細(xì)情況見表1。各取樣點(diǎn)均屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，花椒品種均為‘九葉青’，其種植密度均為3 m×3 m。

表1 取樣花椒園的基本情況Table 1 Basic situation of sampling Z.schinifolium orchard

1.2 試材的采集與處理

于2021年3月花椒花期分別從9 個花椒園采集樣品，每個花椒園選取長勢均勻的花椒雌雄株各6 株，設(shè)3 次重復(fù)。將采集的植株帶回實(shí)驗(yàn)室，按根、莖、葉分開，于105 ℃下殺青30 min，然后于80 ℃溫度條件下烘干至恒質(zhì)量，再分別稱其干質(zhì)量。

土壤樣品的采集：在樹的東、南、西、北4 個方向從樹干到樹冠邊緣的2/3 處，避開施肥點(diǎn)，用土鉆取深度為0 ～30 cm 的土壤樣品。將同一植株的土壤樣品混合拌勻?yàn)? 個土壤樣本，去除石塊、雜草和根系，帶回實(shí)驗(yàn)室后自然風(fēng)干以備用。

1.3 測定指標(biāo)與測定方法

1.3.1 植株養(yǎng)分的測定

分別將植株根、莖、葉樣品烘干稱重后用高速粉碎機(jī)粉碎，過80 目篩后用塑封袋保存，以用于測定植株養(yǎng)分含量。采用凱氏定氮法[13]測定植株氮元素（N）含量；采用鉬銻抗比色法[14]測定植株磷元素（P）含量；采用火焰光度法[15]測定植株鉀元素（K）含量。

1.3.2 土壤養(yǎng)分的測定

土壤全氮、全磷和全鉀含量的測定方法與1.3.1中所述植株養(yǎng)分含量的測定方法相同。根據(jù)劉偉鋒等[16]所用的方法測定土壤堿解氮含量；參考黃路婷等[17]所用的方法測定土壤速效磷含量；根據(jù)王斌等[18]所用的方法測定土壤速效鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 青花椒雌雄株各個器官中氮、磷、鉀含量的差異分析

2.1.1 青花椒雌雄株葉片中氮、磷、鉀含量的差異分析

各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株葉片中氮、磷、鉀元素含量的測定結(jié)果見表2，其方差分析結(jié)果見表3。表2表明，各個取樣點(diǎn)青花椒葉片中氮、磷、鉀含量的差異明顯。其中，含量最高的是氮元素，各個取樣點(diǎn)青花椒葉片中氮的含量為26.15 ～37.93 mg/g，其含量均值達(dá)到31.94 mg/g；其次是磷元素，各個取樣點(diǎn)青花椒葉片中磷的含量為2.15 ～3.50 mg/g，其含量均值達(dá)到2.76 mg/g；含量最低的是鉀元素，各個取樣點(diǎn)青花椒葉片中鉀的含量僅為0.63 ～1.33 mg/g，其含量均值僅有1.03 mg/g。取樣地點(diǎn)與植株性別對青花椒葉片中氮、磷、鉀元素含量的影響均顯著。雌雄株葉片中氮和磷的含量均值，榮隆的均最高，分別達(dá)到37.32 與3.35 mg/g；來蘇的均最低，分別為26.92 與2.19 mg/g。雌雄株葉片中鉀元素的含量均值，先鋒的最高，為1.25 mg/g；銅鼓的最低，為0.75 mg/g。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，葉片中氮、磷、鉀元素的含量，青花椒雌株的均顯著高于其雄株的；各個取樣點(diǎn)雌株葉片中的氮含量較其雄株的高7.17%，其磷含量較其雄株的高5.47%，其鉀含量較其雄株的高21.14%。這一測定結(jié)果表明，青花椒雌雄株葉片中鉀含量的差異最大，其次是氮元素的含量差異，而其磷元素的含量差異最小。

表2 青花椒雌雄株葉片中氮、磷、鉀含量的測定結(jié)果?Table 2 Contents of N, P, K in leaves of male and female plants of Z.schinifolium mg/g

表3 青花椒雌雄株葉片中氮、磷、鉀含量的方差分析結(jié)果?Table 3 Variance analysis of N, P, K contents in leaves of male and female plants of Z.schinifolium

2.1.2 青花椒雌雄株莖中氮、磷、鉀含量的差異分析

各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株莖中氮、磷、鉀元素含量的測定結(jié)果見表4，其方差分析結(jié)果見表5。表4表明，各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株莖中氮、磷、鉀含量的差異明顯。其中，含量最高的是氮元素，各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株莖中氮的含量為8.93 ～18.05 mg/g，其含量均值達(dá)到13.18 mg/g；其次是磷元素，各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株莖中磷的含量為1.34 ～2.32 mg/g，其含量均值達(dá)到1.76 mg/g；含量最低的是鉀元素，各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株莖中鉀的含量僅為0.583 ～1.12 mg/g，其含量均值僅有0.82 mg/g。采樣地點(diǎn)與植株性別對花椒莖中氮、磷、鉀元素含量的影響均顯著。青花椒莖中的氮含量，先鋒的最高，為16.58 mg/g；雙竹的最低，為10.63 mg/g；青花椒莖中的磷含量，吳灘的最高，為2.01 mg/g；雙竹的最低，為1.40 mg/g。青花椒莖中的鉀含量，朱沱的最高，為1.07 mg/g；吳灘的最低，為0.64 mg/g。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，青花椒雌株莖中氮、磷、鉀含量的均顯著高于雄株的，各個取樣點(diǎn)雌株莖中氮、磷、鉀的含量均值較其雄株的分別提高19.20%、24.16%、12.05%。這一測定結(jié)果表明，青花椒雌雄株莖中磷含量的差異最大，其次是氮含量的差異，其鉀含量的差異最小。

表4 青花椒雌雄株莖中氮、磷、鉀含量的測定結(jié)果Table 4 N, P, K content in male and female stems of Z.schinifolium mg/g

表5 青花椒雌雄株莖中氮、磷、鉀含量的方差分析結(jié)果Table 5 Variance analysis of N, P, K contents in stems of male and female plants of Z.schinifolium

2.1.3 青花椒雌雄株根系中氮、磷、鉀含量的差異分析

各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株根系中氮、磷、鉀元素含量的測定結(jié)果見表6，其方差分析結(jié)果見表7。由表6可知，各個取樣點(diǎn)青花椒根系中氮、磷、鉀的含量差異明顯。其中，含量最高的是氮元素，各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株根系中氮的含量為11.13 ～23.72 mg/g，其含量均值達(dá)到16.18 mg/g；其次是磷元素，各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株根系中磷的含量為0.63 ～2.44 mg/g，其含量均值達(dá)到1.52 mg/g；含量最低的是鉀元素，各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株根系中鉀的含量僅為0.18 ～1.33 mg/g，其含量均值僅有0.74 mg/g。由表7可知，取樣地點(diǎn)與植株性別對青花椒根系中氮、磷、鉀元素含量的影響均顯著。青花椒雌雄株根系中氮與磷的含量，吳灘的均最高，分別為18.95 和1.93 mg/g；雙竹的均最低，分別為12.99 和0.83 mg/g。青花椒雌雄株根系中鉀的含量，來蘇的最高，達(dá)到1.04 mg/g；榮隆的最低，僅有0.43 mg/g。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，各個取樣點(diǎn)青花椒雌株根系根系中氮、磷、鉀的含量均顯著高于其雄株的，其雌株根系中氮的含量均值較其雄株的高50.59%，而其磷含量均值較其雄株的高52.47%，其鉀含量均值較其雄株的高83.09%。這一測定結(jié)果表明，青花椒雌雄株根系中鉀元素的含量差異最大，其次為磷含量差異，氮含量差異最小。

表6 青花椒雌雄株根系中氮、磷、鉀含量的測定結(jié)果Table 6 Contents of N, P, K in roots of male and female plants of Z.schinifolium mg/g

表7 青花椒雌雄株根系中氮、磷、鉀含量的方差分析結(jié)果Table 7 Variance analysis of N, P, K contents in roots of male and female plants of Z.schinifolium

2.2 青花椒雌雄株根際土壤養(yǎng)分含量的差異分析

2.2.1 青花椒雌雄株根際土壤中全氮、全磷、全鉀含量的差異分析

各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株根際土壤中全氮、全磷、全鉀含量的測定結(jié)果見表8，其方差分析結(jié)果見表9。表8表明，青花椒根際土壤中全氮、全磷和全鉀含量差異均明顯，其中，含量最高的是全鉀，各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株根際土壤中全鉀的含量為1.77 ～2.55 mg/g，其含量均值達(dá)到2.18 mg/g；其次是全氮，各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株根際土壤中全氮的含量為0.76 ～1.41 mg/g，其含量均值為1.14 mg/g；含量最低的全磷，各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株根際土壤中全磷的含量僅為0.81 ～2.04 mg/g，其含量均值僅有1.03 mg/g。取樣地點(diǎn)與植株性別對青花椒雌雄株根際土壤中全氮、全磷、全鉀含量的影響均顯著。青花椒雌雄株根際土壤中全氮的含量均值，吳灘的最高，達(dá)到1.31 mg/g；雙竹的最低，僅有0.91 mg/g。青花椒雌雄株根際土壤中全磷的含量均值，榮隆的最高，達(dá)到1.49 mg/g；白沙最低，僅有0.86 mg/g。青花椒雌雄株根際土壤中全鉀的含量均值，白沙的最高，為2.40 mg/g；雙竹的最低，僅有1.89 mg/g。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，青花椒雄株根際土壤中全氮、全磷和全鉀的含量均顯著高于雌株的，與各取樣點(diǎn)青花椒雌株根際土壤中全氮、全磷和全鉀的含量均值相比，其雄株根際土壤中全氮、全磷和全鉀的含量均值分別提高17.53%、28.42%和12.93%。

表8 青花椒雌雄株根際土壤中全氮、全磷、全鉀含量的測定結(jié)果Table 8 Soil total nitrogen, total phosphorus and total potassium content of male and female plants g/kg

表9 青花椒雌雄株根際土壤中全氮、全磷、全鉀含量的方差分析結(jié)果Table 9 Variance analysis of soil total N, P, K contents of male and female plants of Z.schinifolium

2.2.2 青花椒雌雄株根際土壤中速效氮、速效磷、速效鉀含量的差異分析

各個取樣點(diǎn)青花椒雌雄株根際土壤中速效氮、速效磷、速效鉀含量的測定結(jié)果見表10，其方差分析結(jié)果見表11。表10 表明，青花椒根際土壤中速效氮、磷、鉀含量均存在明顯差異，其中，含量最高的是速效鉀，各個取樣點(diǎn)青花椒根際土壤中速效鉀的含量為285.92 ～698.18 mg/g，其含量均值達(dá)到525.91 mg/g；其次是速效氮，各個取樣點(diǎn)青花椒根際土壤中速效氮的含量為7.85～66.09 mg/g，其含量均值為29.55 mg/g；含量最低的是速效磷，各個取樣點(diǎn)青花椒根際土壤中速效磷的含量僅為11.39 ～22.60 mg/g，其含量均值僅有17.74 mg/g。取樣地點(diǎn)與植株性別對花椒土壤速效氮、磷、鉀含量的影響均顯著。青花椒雌雄株根際土壤中速效氮的含量均值，榮隆的最高，達(dá)到49.69 mg/g；雙竹的最低，僅為12.55 mg/g。青花椒雌雄株根際土壤中速效磷的含量均值，先鋒的最高，為21.35 mg/g；榮隆的最低，為13.41 mg/g。青花椒雌雄株根際土壤中速效鉀的含量均值，榮隆的最高，為650.38 mg/g；雙竹的最低，為356.48 mg/g。就植株性別而言，青花椒雌株根際土壤中速效氮的含量顯著高于雄株的，而其速效磷與速效鉀的含量均顯著低于雄株的；與各個取樣點(diǎn)青花椒雄株根際土壤中速效氮、有效磷和速效鉀的含量均值相比，其雌株根際土壤中速效氮的含量均值提高了114.32%，而其速效磷和速效鉀的含量均值分別降低了18.65%和22.54%。

表10 青花椒雌雄株根際土壤中速效氮、磷、鉀含量的測定結(jié)果Table 10 Soil available N, P and K contents in male and female plants mg/kg

表11 青花椒雌雄株根際土壤中速效氮、磷、鉀含量的方差分析結(jié)果Table 11 Variance analysis of soil available N, P, K contents of male and female plants of Z.schinifolium

3 討 論

根、莖、葉作為植物的主要營養(yǎng)器官，因其結(jié)構(gòu)和功能的不同，使得各器官中N、P、K 含量差異明顯[19]。根作為植物養(yǎng)分吸收的主要器官，根中的N、P、K 含量可在一定程度上反映其對養(yǎng)分的吸收能力。趙瑞芬等[20]發(fā)現(xiàn)，核桃根系中的N 含量最高，K 含量次之，P 含量最低；而何紹浪等[21]指出，葛根中N、P、K 含量的高低順序?yàn)镵 含量＞N 含量＞P 含量。測定結(jié)果表明，青花椒根系中的N 含量最高，P 含量次之，K 含量最低，這與趙瑞芬等[20]對核桃、何紹浪等[21]對葛根的研究結(jié)果不盡一致，表明不同植物根系中N、P、K的含量差異明顯。莖是植物體內(nèi)物質(zhì)疏導(dǎo)的主要通道，莖中N、P、K 含量的高低可反映其對養(yǎng)分運(yùn)輸能力的強(qiáng)弱。習(xí)嘉民等[22]指出，蘆筍莖中的N 含量最高，K 含量次之，P 含量最低。測定結(jié)果表明，青花椒莖中N、P、K 含量的高低順序?yàn)镹含量＞P 含量＞K 含量。這一結(jié)果與習(xí)嘉民等[22]的研究結(jié)果不盡一致，其原因可能是，蘆筍以莖為收獲器官且莖部較嫩。N 是葉綠素和蛋白質(zhì)合成的主要元素，因此葉片中的N 含量較高。收獲時“巴西”蕉葉片中的氮素含量最高[23]；成熟時玉米葉片中的氮素含量也明顯高于其他器官的[21]。比較分析青花椒各個器官中的N、P、K含量后可知，葉片中的N 含量最高，且葉片中的N 含量大幅高于其P 含量和K 含量，這與胡昊等[24]對玉米和王靜等[225]對闊葉樹種的研究結(jié)果均一致。

研究中發(fā)現(xiàn)，青花椒雌株根、莖、葉中N、P、K 的含量均顯著高于雄株的，且雌雄株根系中N、P、K 的含量差異（其F值分別為1 437.59**、3 266.80**、2 589.59**）大幅度大于雌雄株莖中N、P、K 的含量差異（其F值分別為251.85**、1 081.95**、188.63**）和雌雄株葉片中N、P、K的含量差異（其F值分別為282.95**、86.40**、358.32**），表明青花椒根系的劣變影響了其對N、P、K 的吸收，導(dǎo)致根、莖和葉片中N、P、K 的含量均顯著下降，誘導(dǎo)其雌株雄化。這與陳娟等[7]對雌雄異株植物和Rocheleau 等[10]對紅巖帚蘭的研究結(jié)果均基本一致。其原因可能是：在養(yǎng)分充足的環(huán)境中，雄株的生存能力較弱；而在資源匱乏的環(huán)境中，雌株的生存能力較弱。

土壤養(yǎng)分含量影響植物的形態(tài)、生理和分子，如延緩植株衰老、改善光合速率、調(diào)控活性氧含量等，進(jìn)而影響植物的生長、性別和分布[25-27]。研究結(jié)果表明，青花椒雄株土壤中全氮、全磷、全鉀和速效磷、速效鉀的含量均顯著高于雌株的，而其土壤中速效氮的含量顯著低于雌株的。這一結(jié)果說明，在相同的施肥和管理?xiàng)l件下，雄株土壤中全氮、全磷、全鉀和速效磷、速效鉀的含量較雌株的均更高，這進(jìn)一步說明，青花椒雄株根系劣變影響了其對N、P、K 的吸收。土壤堿解氮含量與根系活動密切相關(guān)[28-29]，青花椒雄株土壤中的堿解氮含量顯著低于雌株的，這從另一方面證明了，在青花椒雌株雄化的過程中，其根系活動減弱，導(dǎo)致其對土壤的礦化作用減輕，從而影響其對土壤養(yǎng)分的吸收，致使植株根、莖、葉各器官中氮、磷、鉀的含量均顯著降低，花椒植株感受到養(yǎng)分脅迫，進(jìn)而開黃花。需要指出的是，本研究從青花椒雌雄株各器官中的養(yǎng)分差異入手，探尋青花椒雌株雄化的形成機(jī)制，對青花椒雌雄株各器官中的養(yǎng)分差異及其對土壤養(yǎng)分的影響進(jìn)行了初步探討，而青花椒雌株雄化的分子調(diào)控機(jī)制尚不明確，因此，在今后的相關(guān)研究中，還應(yīng)運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù)，深入研究青花椒應(yīng)對養(yǎng)分脅迫的分子調(diào)控機(jī)制，為青花椒雌株雄化的防治提供更加科學(xué)的理論依據(jù)。

4 結(jié) 論

青花椒植株根、莖和葉中各個養(yǎng)分含量的高低順序均表現(xiàn)出N 含量＞P 含量＞K 含量，且在各個器官中，葉片中的N、P、K 含量均最高。青花椒雌雄株各個器官中N、P、K 的含量差異均顯著，雌株根、莖和葉中的N、P、K 含量均顯著高于雄株的，且雌雄株根系中N、P、K 的含量差異均大幅度高于莖和葉中相同養(yǎng)分的含量差異，而雄株根際土壤中全氮、全磷、全鉀和速效磷、速效鉀的含量均顯著高于雌株的，而其堿解氮含量顯著低于雌株的。青花椒雄株根際土壤中堿解氮含量下降，表明其根系活動減弱，對土壤的礦化作用降低，而在相同的施肥管理?xiàng)l件下，其根際土壤中全氮、全磷、全鉀和速效磷、速效鉀的含量較雌株的均更高，表明青花椒雄株對土壤養(yǎng)分的吸收能力下降，影響其對土壤N、P、K的吸收，導(dǎo)致植株根、莖、葉各器官中N、P、K含量均顯著下降，花椒植株感受到養(yǎng)分脅迫，進(jìn)而開黃花。