不同類型養(yǎng)分對棱果花苗期生長及根系發(fā)育的影響

楊曉慧，桑賢東，楊會肖，廖煥琴，林曉瑩，陳新宇，潘 文，張衛(wèi)華，徐 斌

（廣東省林業(yè)科學(xué)研究院/廣東省森林培育與保護(hù)利用重點實驗室，廣東 廣州 510520）

【研究意義】棱果花〔Barthea barthei（Hance ex Benth.）Krass.〕，又名毛藥花、大野牡丹、棱果木、芭茜，為野牡丹科棱果花屬的中國特有灌木，主要分布于廣東、廣西、湖南、福建、臺灣等地［1］。棱果花生于海拔400～1 300 m（有時達(dá)280 m）的山坡、山谷或山頂疏、密林中。棱果花顏色絢麗多彩、花期較長，具有較高的觀賞性及開發(fā)價值［1］。然而當(dāng)前棱果花的人工栽培技術(shù)體系尚不成熟，影響棱果花生長的關(guān)鍵因素尚未摸清，限制了棱果花在園林綠化中的推廣應(yīng)用?；诖?，本研究以棱果花組培苗為材料，通過對棱果花幼苗施加不同的養(yǎng)分類型及濃度，篩選適宜棱果花苗期發(fā)育的養(yǎng)分類型及濃度，為棱果花的壯苗繁育及園林綠化推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

【前人研究進(jìn)展】壯苗繁育技術(shù)是一種通過優(yōu)化幼苗生長環(huán)境和管理措施，從而培養(yǎng)出健壯、有活力的幼苗的技術(shù)方法。該技術(shù)旨在提高幼苗的抗逆能力，為后續(xù)的栽培和生長打下良好基礎(chǔ)。一般情況下，株高、莖粗、地上生物量和地下生物量是衡量壯苗指數(shù)的重要指標(biāo)［2］。其中，地下生物量主要反映根系的發(fā)育情況。研究表明，根系的粗細(xì)程度與其功能密切相關(guān)，通常直徑＜2 mm 的根系，主要負(fù)責(zé)吸收水分和養(yǎng)分，因此，這類直徑根系的表面積大小可體現(xiàn)根的吸收能力［3-4］；直徑在2～5 mm 之間的根系主要起支撐、傳遞水分和養(yǎng)分、固定植物的作用［5-6］；直徑＞5 mm 的根系主要為植物提供支撐和穩(wěn)定植物結(jié)構(gòu)，并輸送水分和無機(jī)養(yǎng)分到地上部分［7］。因此，研究不同粗度根系指標(biāo)，對壯苗培育的養(yǎng)分管理具有重要意義。養(yǎng)分施用在壯苗繁育中具有重要作用，植物的生長和發(fā)育需要許多不同類型的養(yǎng)分，包括大量元素（如氮、磷、鉀）和微量元素（如鐵、鋅、硼等）。研究表明，氮是合成植物蛋白質(zhì)和核酸的關(guān)鍵元素，對植物的生長和發(fā)育至關(guān)重要，氮缺乏會導(dǎo)致植物生長受阻，抗逆能力減弱等［8］。此外，施肥可以使植物具備更好的抵抗力，如抵抗干旱、病蟲害等［9］。因此，了解植物在苗期的養(yǎng)分需求規(guī)律，制定合理的養(yǎng)分施用方式和施用量，對植物的壯苗培育具有重要意義。棱果花種子較小、成熟時間不統(tǒng)一，自然條件下生長狀況不良。為了更好的繁育觀賞價值高的棱果花新品系，目前已建立了扦插和組培技術(shù)體系［10］，但對適宜棱果花生長的基質(zhì)、所需要的養(yǎng)分及對環(huán)境條件的需求等栽培措施尚未見相關(guān)報道。特別是如何滿足人工栽培條件下棱果花正常生長所需要的養(yǎng)分及用量尚未有相關(guān)研究報道。

【本研究切入點】本研究以園林育苗中常用的6 種不同養(yǎng)分為對象，設(shè)置3 種養(yǎng)分施用梯度［11］，每月施加并調(diào)查不同養(yǎng)分不同濃度梯度下棱果花苗期苗高、葉片數(shù)、分枝數(shù)、葉綠素含量等生長和根系發(fā)育指標(biāo)，旨在為棱果花壯苗培育提供養(yǎng)分施用數(shù)據(jù)。

【擬解決的關(guān)鍵問題】針對當(dāng)前對棱果花的壯苗培育所需要的養(yǎng)分不明的現(xiàn)狀，通過比較不同養(yǎng)分類型及用量對棱果花生長和根系發(fā)育的影響，篩選最適用于棱果花組培苗生長的養(yǎng)分種類及施用量，為棱果花的規(guī)?；a(chǎn)及園林綠化推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗以組織培養(yǎng)獲得的棱果花無性系為材料，該批組培苗生長情況基本一致，培養(yǎng)至苗高6.85 cm 左右開始進(jìn)行施肥試驗。每個處理選擇28 株棱果花苗，共約600 株用于后續(xù)試驗。苗木以黃心土為栽培基質(zhì)，移栽于規(guī)格為上口徑10 cm×高15 cm 的育苗杯中。

1.2 試驗方法

選擇生長一致的棱果花組培苗，每個處理5株，3 次重復(fù)。采用黃心土為基本栽培基質(zhì)，種植后不施用其他肥料。移栽3 個月后開始施肥處理，試驗周期為5 個月（2022 年10 月至2023 年3 月），每30 d 施肥1 次。選擇6 種N 素養(yǎng)分（包括谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸3 種氨基酸類養(yǎng)分，普通復(fù)合肥、尿素、長效控施肥3 種無機(jī)養(yǎng)分），以N 素為基準(zhǔn)設(shè)置0.7、1.4、2.8 mg/株3 種施用量處理，以不施肥作對照（CK）（表1）。將除長效控釋肥外的其他養(yǎng)分按照含N 量等量添加，制成混合營養(yǎng)液，每株施N 量為1.4 mg。其中，谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸為市購分析純等級的藥劑，純度均達(dá)到95%以上；長效控施肥為奧綠長效控釋肥，含N 量14%。

表1 棱果花幼苗N 元素施肥量Table 1 Amount of N fertilizer applied to Barthea barthei seedlings

1.3 測定指標(biāo)及方法

施肥前用直尺定株測量每株苗的苗高，每次施肥后第30 天定株測量苗高以及葉綠素含量。苗高增量為處理后每個月的苗高減去施肥前苗高值。葉綠素含量采用葉綠素儀SPAD-502 Plus（KONOCA MINOLTA,INC,Japan）測定，數(shù)據(jù)為相對值，無單位。試驗周期完成后，從每個處理中選出3 株生長狀況較為一致且代表每個處理平均水平的棱果花苗，將其根部洗凈（先用自來水沖洗，再用蒸餾水沖洗2 遍），晾干后用直尺測量苗高（cm），調(diào)查葉片數(shù)（片），用電子秤測定地上部和地下部鮮重（g）、生物量（g）等指標(biāo)。采用WinRHIZO Pro 2016a 根系掃描儀（Regent Instruments Inc.）獲得根部圖像并分析根系總根長、總根表面積、總根體積及不同根直徑范圍內(nèi)的根長、根表面積和根體積等根系指標(biāo)；然后將地上部和地下部分別裝入信封，75 ℃恒溫烘干至重量不再減少，取出測定地上部和地下部生物量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用R 語言軟件進(jìn)行分析處理。主成分分析用于評價對不同處理起重要影響的根系指標(biāo)。R 語言Reshape 軟件包用于方差分析［12］，檢測不同養(yǎng)分處理對棱果花幼苗苗高、葉片數(shù)和生物量、根系等生長指標(biāo)產(chǎn)生的影響，評價同一處理內(nèi)的重復(fù)性；Pastecs 軟件包用于多重比較分析，檢測不同處理間的差異性［13］；Psych 軟件包用于進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析。相關(guān)性分析采用Pearson，對P值的矯正采用holm 法。R 語言的Agricolae 軟件包用于多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同養(yǎng)分處理下棱果花幼苗生長曲線

為研究不同養(yǎng)分不同用量梯度下棱果花幼苗的生長情況，對其在施肥前和施肥后30、60、120、150 d 的苗高進(jìn)行測定。結(jié)果（圖1）顯示，處理前苗高為6.85（±0.90）cm，各處理間差異不顯著；處理1個月后，T9的苗高增量最大、為5.18（±0.13）cm，其次為T12（4.60±0.24 cm）；2個月后，T12、T9 和T14 苗高增量最大，分別為7.68（±0.65）、7.55（±0.47）、7.20（±0.53）cm；4、5 個月后，均以T18 的苗高增量最大、分別 為14.74（± 0.74）、19.56（±0.91）cm，其次是T17 的苗高增量、分別為14.35（±0.15）、19.14（±0.21）cm。丙氨酸處理的棱果花苗木在前2 個月與對照相比差異不大，特別是2.8 mg/株丙氨酸處理（T6），其苗高增量在各月份均低于對照；1.4 mg/株丙氨酸處理（T5）的苗木前2 個月苗高增量與對照相比差異不大，而第4、第5個月后苗高增量遠(yuǎn)高于對照，說明中等濃度的丙氨酸在后期可顯著促進(jìn)棱果花苗高生長。

圖1 不同養(yǎng)分不同濃度處理下棱果花苗高增量Fig.1 Seedling height increment of Barthea barthei under different nutrient and different concentration treatments

2.2 不同養(yǎng)分處理下棱果花幼苗根系指標(biāo)主成分分析

為研究不同養(yǎng)分處理下棱果花根系發(fā)育情況，采用WinRHIZO Pro 2016a 根系掃描儀進(jìn)行檢測，獲得59 個根系指標(biāo)。為了確定響應(yīng)不同養(yǎng)分處理的主要指標(biāo)，對59 個根系指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，由圖2、表2 可知，前5 個主成分的累積貢獻(xiàn)率接近90%，因此，可將前5 個主成分作為候選輸出。主成分分析中，第1 主成分中總根體積（X6）、總投影面積（X2）和總根表面積（X3）占有最高系數(shù)，均為0.93 以上；根直徑介于0.5～1.0 mm 的根表面積（X21）、根投影面積（X31）、根體積（X41）、根長（X11）及總根長（X1）占有較高系數(shù)，均在0.81 以上，方差貢獻(xiàn)率為37.60%，說明第1 主成分是表示總根體積或總根表面積的綜合因子。在第2 主成分中，根直徑介于3.0～3.5 mm 的根表面積（X26）、根投影面積（X36）、根體積（X46）、根長（X16）占有最高系數(shù)，均為0.79 以上，方差貢獻(xiàn)率為19.87%，說明第2 主成分是表示根直徑在3.0～3.5 mm 之間的根表面積、根投影面積、根體積和根長的綜合因子。第3 主成分中，根直徑介于4.0～4.5 mm 的根長（X18）、根表面積（X28）、根投影面積（X38）和根體積（X48）占有最高系數(shù)，均為0.69，方差貢獻(xiàn)率為13.81%，說明第3 主成分是表示根直徑在4.0～4.5 mm 之間的根表面積、根投影面積和根體積的綜合因子。第4 主成分中，根直徑＞4.5 mm 的根長（X19）、根體積（X49）、根表面積（X29）和根投影面積（X39）占有最高系數(shù)，均為0.54 以上，方差貢獻(xiàn)率為9.26%，說明第4主成分是表示根直徑＞4.5 mm的根表面積、根投影面積和根體積的綜合因子。第5 主成分中，根尖數(shù)（X7）和根直徑介于0～0.5 mm 的根尖數(shù)（X50）占有最高系數(shù)，均為0.49，方差貢獻(xiàn)率為6.68%，說明第5 主成分是表示總根尖數(shù)和根直徑介于0～0.5 mm 的根尖數(shù)的綜合因子。

圖2 棱果花不同養(yǎng)分處理下根系指標(biāo)各主成分方差解釋度Fig.2 Percentage of variance interpretation in each principal component from root indexes of Barthea barthei under different nutrient treatments

表2 不同養(yǎng)分處理下棱果花幼苗根系指標(biāo)主成分分析Table 2 Principal component analysis of root indexes of Barthea barthei seedlings under different nutrient treatments

不同處理與主成分間的相關(guān)性分析顯示（圖3），不同處理分為3 個大類，其中，處理T3、T6、T19 聚為一類，處理T2、T7、T15 聚為一類，其余14 個處理聚為一類，說明各處理對棱果花組培苗根系的影響既具有差異性，又具有相似性。

圖3 不同處理與主成分間的相關(guān)性分析Fig.3 Correlation analysis between different treatments and principal components

2.3 不同養(yǎng)分處理下棱果花幼苗根系指標(biāo)相關(guān)性分析

為研究不同處理下根系指標(biāo)之間的關(guān)系，確定不同處理影響棱果花生長的關(guān)鍵指標(biāo)，本研究對棱果花幼苗不同根系直徑下根系的根長、表面積、投影面積、根體積、根尖數(shù)進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果（圖4）表明，同一直徑范圍內(nèi)根系的根長、根表面積、根投影面積、根體積之間呈極顯著相關(guān)（r2≥ 0.98，P=0.00）。例如，X10 與X20、X30、X40 的相關(guān)系數(shù)分別為0.99、0.99 和0.97，且P值均為0，說明根表面積（X10）可代表根長（X20）、根投影面積（X30）、根體積（X40）等指標(biāo)。因此，選擇不同根系直徑的根表面積作為代表指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

圖4 不同養(yǎng)分處理下棱果花幼苗根系指標(biāo)相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis of root indexes in Barthea barthei seedlings under different nutrient treatments

2.4 不同養(yǎng)分處理下棱果花幼苗生長指標(biāo)及主要根系指標(biāo)方差比較分析

為獲得影響棱果花苗期生長的主要因素，對不同處理和同一處理不同重復(fù)間的生長指標(biāo)及根系指標(biāo)進(jìn)行方差分析。結(jié)果（表3）顯示，各處理內(nèi)重復(fù)間差異均不顯著，說明各處理內(nèi)重復(fù)性較好；苗高、地上部生物量、地下部生物量、地上部鮮重、地下部鮮重和葉綠素含量等生長指標(biāo)在各處理間均達(dá)到顯著或極顯著差異水平，分枝數(shù)和葉片數(shù)在各處理間差異不顯著。為了整體理解各養(yǎng)分處理對根系發(fā)育的影響，結(jié)合不同直徑根系的功能，因此將根系指標(biāo)按照直徑≤2 mm、2～4.5 mm 及＞ 4.5 mm 作為分界點分為3 大類，分別為SA1（根系直徑≤2 mm 的根表面積）、SA2（根系直徑介于2～4.5 mm 的根表面積）和SA3（根系直徑＞4.5 mm 的根表面積）。在根系指標(biāo)中，X22、X24、X25、X26、X28、X29、X50、X55、X57、X59 等在不同處理間均達(dá)到顯著或極顯著水平（P＜0.01），這些在各個處理間差異顯著的生長和根系指標(biāo)將作為主要指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

表3 不同養(yǎng)分處理下棱果花幼苗生長指標(biāo)及根系指標(biāo)方差分析Table 3 Variance analysis of growth and root indexes in Barthea barthei seedlings under different nutrient treatments

2.5 不同養(yǎng)分處理下棱果花幼苗生長指標(biāo)及主要根系指標(biāo)多重比較分析

為了篩選適于棱果花的養(yǎng)分類型及用量，對不同養(yǎng)分不同濃度處理下棱果花苗的生長和主要根系指標(biāo)進(jìn)行多重比較分析，結(jié)果（表4）顯示，2.8 mg/株長效控施肥處理（T18）的苗高、地上部鮮重、地上部生物量、葉綠素含量均顯著高于其他處理（P＜0.01）；2.8 mg/株天冬氨酸處理（T9）的地下部鮮重和生物量分別為3.60（±0.32）、0.65（±0.21）g，顯著高于其他處理。此外，1.4 mg/株尿素處理（T14）與2.8 mg/株尿素處理（T15）的地下部生物量分別為0.71（±0.40）、0.64（±0.24）g，也較其他處理高，說明這幾種養(yǎng)分更有利于棱果花組培苗根系的發(fā)育。

表4 不同養(yǎng)分處理下棱果花幼苗生長指標(biāo)多重比較分析Table 4 Multiple comparative analysis of theseed growth indexes in B. barthei seedlings under different nutrient treatments

進(jìn)一步對不同養(yǎng)分下棱果花苗的根系生長情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果（表5）顯示，不同養(yǎng)分對根系的促進(jìn)作用不同。其中，1.4 mg/株尿素處理（T14）的根直徑介于1.0～1.5 mm 的根表面積為21.84±2.53 cm2，顯著高于其他處理；T5 的根直徑介于2.5～3.0 mm 的根表面積最高，為8.69 cm2；T9 的SA1 最高，為273.63 cm2，顯著高于其他處理；T1 和T5 的SA2 最高，T13 的SA3 最高。結(jié)果說明不同養(yǎng)分或同一養(yǎng)分不同濃度對棱果花苗不同徑級根系的促進(jìn)作用不同。

3 討論

3.1 不同養(yǎng)分對棱果花幼苗生長的影響

土壤養(yǎng)分含量及組成對植物生長發(fā)育具有重要意義。氮元素是植物生長發(fā)育必不可少的營養(yǎng)元素，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用，為世界糧食安全做出了重要貢獻(xiàn)［14-16］。然而，無機(jī)氮肥的大量施用造成土壤退化、面源污染等問題愈演愈烈，嚴(yán)重影響了作物產(chǎn)出［17-18］。研究表明，氨基酸類N 源可直接或間接參與植物的代謝活動，為植物的生長提供碳源和氮源，從而促進(jìn)植物的生長［19-21］。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將有機(jī)肥與無機(jī)肥結(jié)合使用，能減少化肥污染，實現(xiàn)土壤性狀改良與作物增產(chǎn)［16,22］。俞建瑛等［23］通過葉面噴施與多種微量元素復(fù)配而成的氨基酸營養(yǎng)液使水稻產(chǎn)量提高了4.4%以上；Shaheen 等［24］對洋蔥幼苗噴施氨基酸、糖及兩者混合物均能促進(jìn)洋蔥對N、P、K 等大量元素及Fe、Mn、Zn 和Cu 等礦質(zhì)元素的吸收和利用，提高了洋蔥產(chǎn)量和品質(zhì)；唐海洋等［25］發(fā)現(xiàn)聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理對提高甜高粱的產(chǎn)量和粗蛋白含量及氮利用率具有重要作用，明顯優(yōu)于相同N 元素含量的尿素和硫基復(fù)合肥；Shekari 等［26］發(fā)現(xiàn)尿素與氨基酸肥混合施用可大大提高西藍(lán)花的產(chǎn)量和品質(zhì)；倪霞等［27］同田比較了化學(xué)肥料、化學(xué)肥料+固態(tài)氨基酸肥、化學(xué)肥料+液態(tài)氨基酸肥3 種施肥方式對煙草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，顯示化學(xué)肥料搭配液態(tài)氨基酸肥可顯著促進(jìn)烤煙生長發(fā)育、提高煙葉品質(zhì)。在野牡丹科植物中，夏科等［28］研究了不同氮肥施用量對展毛野牡丹生長的影響，認(rèn)為尿素施用量為90 g 時對毛野牡丹株高、地徑及生物量的促進(jìn)作用最明顯。然而，該研究所用苗木為苗高30 cm 的大苗，對本研究的參考作用較小。本研究中，以3 月生棱果花組培無性系苗為材料，施肥2 個月后2.8 mg/株天冬氨酸處理（T9）的棱果花幼苗最高，說明早期天冬氨酸對棱果花幼苗生長的促進(jìn)作用最大，后期可能因為養(yǎng)分施加量和土壤中養(yǎng)分保存量不能滿足苗木的生長而導(dǎo)致生長緩慢。丙氨酸處理的苗木在前2 個月與對照相比差異不大，特別是2.8 mg/株丙氨酸處理（T6），其苗高增量在各個月份均低于對照；1.4 mg/株丙氨酸處理（T5）的苗木前2 個月苗高增量與對照相比差異不大，而第4、第5 個月后苗高增量遠(yuǎn)高于對照，說明中等濃度的丙氨酸在后期可顯著提高棱果花苗高生長。氨基酸類養(yǎng)分早期對苗高的促進(jìn)作用最強(qiáng)，這一結(jié)果與前人研究一致［19-21］；而當(dāng)苗木較大時，長效控釋肥因其緩慢釋放養(yǎng)分，可大大增加苗木對養(yǎng)分的利用效率而呈現(xiàn)出較高的生長量。

3.2 不同養(yǎng)分對棱果花幼苗根系發(fā)育的影響

根系發(fā)育狀況對植物地上部分的生長及品質(zhì)具有重要影響，是評價苗木質(zhì)量的重要指標(biāo)［29-31］。相關(guān)研究表明，小分子有機(jī)物可增加作物側(cè)根和不定根數(shù)，從而促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收和利用［32-34］。Du 等［35］發(fā)現(xiàn)鈣多氨基酸（Ca-polyAA）可改善土壤物理性質(zhì)，大大提高水稻分蘗期根系內(nèi)激素水平和酶活性，并在連續(xù)兩年的觀測中發(fā)現(xiàn)水稻根系總根長、表面積、體積和生物量均隨Ca-polyAA 施加量的增加而增加。李成江等［36］、王強(qiáng)等［37］發(fā)現(xiàn)施加酶解氨基酸肥后小麥的主根數(shù)、根體積、根鮮重、根干重和根系活力均顯著高于對照，且植株干物質(zhì)積累和單穗重較對照分別增加了95.45%和140.00%。本研究針對不同養(yǎng)分處理下根系的鮮重、生物量、根總長、根表面積等指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)果顯示，2.8 mg/株天冬氨酸處理（T9）的棱果花組培苗地下部鮮重和生物量均顯著優(yōu)于其他處理，說明天冬氨酸對棱果花根系的生長具有重要的促進(jìn)作用，這一結(jié)果與李成江等［36］研究一致。然而，以往的研究主要集中在總根長、表面積和體積，未根據(jù)根系功能進(jìn)一步分析。本研究結(jié)果表明，根直徑介于1.0～1.5 mm的根表面積以1.4 mg/株尿素處理（T14）最高，根直徑介于2.5～3.0 mm 的根表面積以T5處理最高，說明不同養(yǎng)分或同一養(yǎng)分不同濃度對不同徑級根系的促進(jìn)作用不同。研究顯示，不同直徑的根系功能不同，其中，直徑≤2 mm 的根表面積以T9 處理最高，說明天冬氨酸有利于棱果花細(xì)根生長，豐富的細(xì)根有利于養(yǎng)分和水分的吸收利用，從而促進(jìn)苗木移栽成活率［3-4］。然而，如何確定氨基酸肥與尿素等無機(jī)肥之間的最優(yōu)配比仍需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究比較了不同來源N 肥在不同濃度梯度下對棱果花組培苗生長和根系發(fā)育的影響，為棱果花苗期養(yǎng)分施用提供技術(shù)支持。施肥后棱果花幼苗不同時期生長曲線顯示，以天冬氨酸為來源的N 素營養(yǎng)在棱果花生長早期可較好地促進(jìn)其苗高生長。此外，天冬氨酸對根系的發(fā)育具有極強(qiáng)的促進(jìn)作用，地下生物量顯著高于其他處理，說明以天冬氨酸為N 源可促進(jìn)棱果花根系發(fā)育。由于根系的發(fā)育狀況決定了苗木后期栽培的生活率和生長情況，因此，2.8 mg/株天冬氨酸是適于棱果花壯苗培育的重要養(yǎng)分類型和施用濃度。