霍燦燦，招禮軍，朱栗瓊，霍麗娜，劉金熾

（廣西大學(xué)林學(xué)院/廣西森林生態(tài)與保育重點實驗室，廣西 南寧 530004）

【研究意義】喀斯特地區(qū)常常出現(xiàn)石質(zhì)荒漠化現(xiàn)象，造成土層淺薄、基巖裸露、土被不連續(xù)、土壤蓄水能力低。據(jù)2018 年統(tǒng)計，廣西河池市石漠化土地占其總面積的21.6%，占廣西石漠化面積的35%以上［1］?？λ固厥瘏^(qū)域的營林造林是改善該生態(tài)環(huán)境的重要方式。山核桃（Carya cathayensisSarg.）又名小核桃、碧根果，是胡桃科（Julandaceae）山核桃屬（Carya）的一種落葉喬木［2］，原產(chǎn)于美國和墨西哥北部，該樹干通直、樹體高大、樹姿美觀，是一種含油率極高的木本油料經(jīng)濟樹種，具有重要的材用價值和庭院綠化價值［3-4］。廣西河池市具有良好的自然氣候，適合山核桃生長，促進山核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展有利于喀斯特石漠化區(qū)的山核桃經(jīng)濟林的經(jīng)營管理［1］。由于山核桃缺乏科學(xué)的管理措施及病蟲害防治體系不健全等因素，導(dǎo)致山核桃出現(xiàn)生長發(fā)育不良、掛果率低、土壤肥力下降、產(chǎn)量和品質(zhì)低等一系列問題［5］。研究山核桃葉片和林地土壤養(yǎng)分狀況，可為提高山核桃品質(zhì)和產(chǎn)量提供理論依據(jù)?！厩叭搜芯窟M展】研究發(fā)現(xiàn)，在山核桃生長周期內(nèi)，葉片各營養(yǎng)元素含量是不斷變化的。研究者通常采用葉片養(yǎng)分指標(biāo)分析法對果樹營養(yǎng)進行診斷［6］。童根平等［7］研究表明，山核桃進入花期后，其葉片中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量逐漸遞減，在開花到坐果期間葉片養(yǎng)分水平顯著下降。丁立忠等［8］發(fā)現(xiàn)經(jīng)有機與無機配方的低用量氮肥處理后，山核桃葉片氮含量增加；有機與無機配方肥和磷肥配施處理后，可提高山核桃葉片積累磷的能力。山核桃葉片養(yǎng)分情況與土壤肥力密切相關(guān)。土壤養(yǎng)分是構(gòu)成土壤肥力的核心因素，對增加農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用［9］。楊惠思等［9］對臨安山核桃品質(zhì)與土壤養(yǎng)分分析結(jié)果表明，土壤中磷、硼、鋅3 種元素可促進其葉片積累養(yǎng)分和山核桃品質(zhì)的提升?！颈狙芯壳腥朦c】目前，關(guān)于山核桃生長發(fā)育中葉片養(yǎng)分和林地土壤養(yǎng)分變化規(guī)律鮮有研究，對果園土壤的精準(zhǔn)施肥缺乏針對性的解決方案。山核桃是廣西河池市的支柱性產(chǎn)業(yè)，對該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和喀斯特石漠化地區(qū)山核桃經(jīng)濟林的經(jīng)營管理有重要意義。近年來，對山核桃的研究主要集中在苗木繁育、遺傳多樣性、果實油脂提取工藝優(yōu)化及生物活性成分等方面，而關(guān)于不同季節(jié)山核桃葉片及土壤養(yǎng)分等方面報道較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】探究山核桃葉片養(yǎng)分和土壤養(yǎng)分在一年中不同季節(jié)的動態(tài)變化，并分析葉片養(yǎng)分和土壤養(yǎng)分的相關(guān)性，旨在從營養(yǎng)利用方面為山核桃經(jīng)濟林的施肥、管理以及低產(chǎn)林的改造提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)河池市環(huán)江縣（107°51′～108°43′E、24°44′～25°33′N），該地區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫南部丘陵為19.9 ℃、北部山區(qū)為15.7 ℃；年平均降雨量南部為1 389.1 mm、北部為1 750 mm，4—9 月降雨量占全年降雨量的70%；年平均相對濕度79%；全年日照時數(shù)4 422 h，無霜期290 d，全年太陽輻射量為98.89 kcal/cm2。

1.2 葉片取樣及測定方法

該試驗分別于2019 年4 月（花期）、7 月（果實生長期）和10 月中旬（果實成熟期）在環(huán)江縣的10 個核桃園進行。所選核桃園土壤和地形條件趨同、日常管理一致。山核桃樹齡5 年，株行距約4 m×5 m，種植海拔65～715 m。每個核桃園按照“S”型隨機采樣，分別選取20 株生長狀況相對一致且無病蟲害的山核桃，分別從東、南、西、北4 個方向采摘發(fā)育枝中部相對的兩片復(fù)葉，共1 000 g。帶回實驗室后，將葉片按照自來水、0.1%洗滌劑、自來水、去離子水（3 遍）的順序清洗后置于烘箱中，在105 ℃下殺青20 min，然后在65 ℃下烘干至恒重，用粉碎機將烘干樣品粉碎過0.15 mm 篩后裝于自封袋保存，用于葉片養(yǎng)分測定。

葉片全碳含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；采用H2SO4-H2O2消煮法制備待測液，然后采用擴散法測定全氮（TN）含量、鉬銻抗比色法測定全磷（TP）含量、火焰光度法測定全鉀（TK）含量；采用干灰化-稀酸溶解-原子吸收分光光度計法測定葉片鈣（Ca）、鐵（Fe）、鋅（Zn）含量，采用干灰化-稀酸溶解-姜黃素比色法測定硼（B）含量。葉片養(yǎng)分參照宋斌等［10］和劉東海［11］的分級標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

表1 葉片養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standards for leaf nutrients

1.3 土壤取樣及測定方法

在每個核桃園所選的20 株山核桃樹冠滴水線位置挖0～40 cm 的土壤剖面，且每次取樣避開上一次取樣點，在剖面均勻取土，5 株混合為一個樣。每個核桃園土樣進行混合后再用四分法采集1 kg 土樣分別裝入自封袋中，帶回實驗室后去除土壤樣品中的石礫、植物根系及碎屑，過2 mm土篩，然后測定土壤養(yǎng)分含量。

土壤中有機碳（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）含量分別采用重鉻酸鉀法、定氮法、比色法、光度法進行測定；有效氮（AN）含量經(jīng)2 moI/L 氯化鉀溶液提取后使用流動分析儀測定；有效磷（AP）含量采用HCl-HF 浸提鉬銻抗比色法測定；速效鉀（AK）含量采用乙酸銨浸提火焰光度計法測定；速效硼（AB）含量采用干灰化-稀酸溶解-姜黃素比色法測定；速效鐵（AFe）、速效鋅（AZn）含量采用DTPA 浸提-原子吸收分光光度法測定；速效鈣（ACa）采用EDTA+NH4OAC 浸提-原子吸收分光光度法［12］測定。土壤養(yǎng)分參照《全國第二次土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)》和張超博［13］的分級標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

表2 土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Classification standards for soil nutrients

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 25.0對數(shù)據(jù)進行計算，以O(shè)ne-way ANOVA進行單因素方差分析，采用Pearson 進行相關(guān)性分析，使用SigmaPlot 14.0 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 山核桃葉片養(yǎng)分含量及季節(jié)動態(tài)

葉片分析是果園施肥管理中最為準(zhǔn)確的檢測技術(shù)，將分析數(shù)據(jù)與合理值進行比較，可以科學(xué)地確定施肥種類及施肥量。由表3 可知，山核桃葉片N、K、Ca、Fe 含量分別以缺乏、低量、低量和高量為主，葉片F(xiàn)e 和B 無缺乏和低量現(xiàn)象。50%的山核桃葉片缺乏P，山核桃葉片Zn 處于高量的占比為50%。葉片B 表現(xiàn)為變異程度較大，其余葉片養(yǎng)分元素均為變異程度較小。

表3 山核桃葉片養(yǎng)分含量及分布頻率Table 3 Nutrient contents and distribution frequency of Carya cathayensis leaves

受季節(jié)性氣候和土壤肥力的影響，山核桃葉片各養(yǎng)分元素表現(xiàn)出明顯季節(jié)性差異。由圖1 可知，葉片N、B 含量在各個季節(jié)差異顯著，葉片N 含量在10 月達到最小值，而B 含量此時達到峰值。4 月，山核桃葉片K、Fe、Zn 含量均顯著高于其他月份，7 月的葉片K、Zn 含量與10 月份差異不顯著，葉片K、Fe 在7 月達到最小值，而葉片Zn 含量于10 月達到最小值。葉片P 含量的峰值出現(xiàn)在7 月，僅在7 月與10 月存在顯著差異。葉片Ca 含量的峰值出現(xiàn)在10 月，且7 月、10 月的葉片Ca 含量是4 月的近2 倍。綜上表明，山核桃果實發(fā)育整個過程對N 的需求量較大，集中表現(xiàn)在果實成熟期；在果實生長期，山核桃對K、Fe 元素的利用最多而對P 的利用較少；在果實生長期和果實成熟期，山核桃對K、Zn 和Ca 的利用處于較穩(wěn)定的狀況。

圖1 山核桃葉片養(yǎng)分含量季節(jié)動態(tài)Fig.1 Seasonal dynamics of nutrient content in Carya cathayensis leaves

2.2 山核桃土壤養(yǎng)分含量及季節(jié)動態(tài)

由表4 可知，山核桃土壤SOM、TN、AB 含量比較豐富，而TK、AN、AK 含量較低。TP 含量僅有適量和極高量兩種情況。85.72%的土壤含有極高的AFe，AZn 含量較多分布在適量和極高水平。ACa 含量無缺乏和極高情況，大多處于適量水平。山核桃土壤AP、AK、AFe、AZn、ACa、AB 表現(xiàn)為變異程度較大，而其他元素均為變異程度較小。

表4 山核桃土壤有機質(zhì)及養(yǎng)分含量Table 4 Soil organic matter and nutrient contents of Carya cathayensis

除山核桃土壤SOM 和TN 外，其他土壤養(yǎng)分元素均表現(xiàn)出較明顯的季節(jié)性差異。由圖2 可知，4 月的土壤TP、AN、AK 含量與7 月、10 月有顯著差異，7 月和10 月則無顯著差異，而AFe 與TP、AN、AK 的季節(jié)差異情況相反。各個季節(jié)的土壤TK、AP、AZn、ACa 含量均存在顯著差異，TK 于10 月達到峰值而AP、AZn 則達到最小值，ACa 于7 月達到峰值，4 月的AZn 含量是10 月的6.9 倍。10 月的土壤AB 與4 月、7 月有顯著差異，且7 月處于峰值。山核桃土壤TK 含量比TN、TP 含量的變幅大，ACa 含量比AFe、AK 含量的變幅大，AZn 含量比AB 含量的變幅大，AP 含量比AN 含量的變幅大。綜上說明，山核桃果實生長發(fā)育過程土壤有機質(zhì)較豐富，果實生長期對土壤N、K 元素的消耗較大，且大量元素的有效性較低；果實成熟期需要補充P、Ca、B 等微量元素肥料。

圖2 山核桃土壤養(yǎng)分含量季節(jié)動態(tài)Fig.2 Seasonal dynamics of soil nutrient content of Carya cathayensis

2.3 山核桃葉片養(yǎng)分和土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

由于本研究區(qū)10 月份的溫度及降雨量等因素變化相對平穩(wěn)，環(huán)境較穩(wěn)定，使得山核桃葉片養(yǎng)分含量相對較穩(wěn)定，可比性強，因此以此時的含量水平為基準(zhǔn)，采用Pearson 分析山核桃葉片養(yǎng)分和土壤各理化性質(zhì)的相關(guān)性。結(jié)果（圖3）表明，山核桃葉片N 含量與土壤AZn 含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.671；葉片P 含量與土壤AN 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.790；葉片F(xiàn)e 含量與土壤AP 含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.642；而葉片其他養(yǎng)分含量與土壤各理化性質(zhì)之間沒有顯著相關(guān)性。

圖3 山核桃葉片養(yǎng)分和土壤養(yǎng)分的相關(guān)性熱圖Fig.3 Correlation heat map of leaf nutrients and soil nutrients of Carya cathayensis

3 討論

葉片是植物進行同化作用并對土壤礦質(zhì)營養(yǎng)反應(yīng)最為敏感的器官，其生理活動旺盛、養(yǎng)分含量高，葉片礦質(zhì)營養(yǎng)狀況可以在一定程度上反映樹體的生理狀態(tài)以及土壤的養(yǎng)分狀況［14］。在植物生活史不同時期，葉片對不同元素的輸入與輸出的比例引起植物葉片養(yǎng)分含量表現(xiàn)出明顯的季節(jié)動態(tài)。此外，由于不同養(yǎng)分元素具有不同生理機能，各元素含量也存在一定差異。大量元素是植物生長所必需的，對植物的光合作用及能量儲存十分重要。N 是構(gòu)成蛋白質(zhì)和葉綠素的重要元素，葉片N 含量較高，可以增強細胞壁組分硬度和碳同化，從而提高抵御病蟲害侵蝕、環(huán)境脅迫和植物光合利用能力［15］。P 能加強碳水化合物的合成和運轉(zhuǎn)，促進N 代謝，與植物開花特性密切相關(guān)；K 是植物生長必需的營養(yǎng)元素，還能促進植物機械組織的發(fā)育，使其增強抗逆性［16］。微量元素在植物體內(nèi)含量雖少，但對植物生長發(fā)育不可或缺，可促進植物對大量元素的吸收利用，保障其產(chǎn)量和品質(zhì)，增強抗逆性。Ca 可以加速植物體有機物的轉(zhuǎn)移與運輸，提高葉片光合效率。Fe 是植物必需的一種微量元素，是植物葉綠體結(jié)構(gòu)及能量代謝的重要元素，還會影響植物對養(yǎng)分的吸收［17］。Zn 作為很多酶的活性核心元素，在植物的光合作用和生長方面發(fā)揮重要作用。B 元素可促進細胞分裂和花粉萌發(fā)，參與植物葉片光合作用碳水化合物的合成，對維持植物葉片功能起著重要作用，植物體缺B 會使葉片葉綠素含量下降，葉綠體結(jié)構(gòu)受到破壞。葉片養(yǎng)分的動態(tài)變化與物候期、外界環(huán)境及遺傳因素有關(guān)，其中季節(jié)變化對其影響最大［18］。本研究結(jié)果表明，4 月份葉片N、P、K 含量較高，推測可能因為根吸收養(yǎng)分后轉(zhuǎn)運到葉片，也可能因光照較弱導(dǎo)致山核桃生理活動弱而產(chǎn)生養(yǎng)分的積累。而N、P、K元素具有較高的移動性［19］，隨著葉齡的增加其含量減少可能是由于光合作用產(chǎn)生的碳水化合物稀釋和養(yǎng)分的再利用造成的。山核桃葉片7 月、10 月的Ca 含量是4 月的近2 倍，這可能因為果實的快速膨大吸收較多礦質(zhì)、Ca 的移動性較小，本研究Ca 含量變化與彭婷等［20］研究結(jié)果一致。在7 月份葉綠體大量形成，而形成葉綠素前體需要Fe 元素，葉片需要向果實提供Fe 元素，所以其含量減少，該元素含量變化與袁紫倩等［21］研究結(jié)果相同。Zn 含量隨著果實發(fā)育逐漸減少，是由于Zn 被轉(zhuǎn)運到果實中，這與黃瑞敏等［22］研究結(jié)果一致。B 含量的不斷增加可能與山核桃的營養(yǎng)生長和生殖生長需要有關(guān)，具體原因仍需進一步深入研究。

山核桃林地土壤養(yǎng)分的變化是海拔、地貌形態(tài)、氣候條件、施肥及灌水管理措施等共同作用的結(jié)果［23］。土壤中的養(yǎng)分含量反映了土壤的肥沃程度，作為提供植物生長必需的能源基礎(chǔ)，決定著植物中的營養(yǎng)含量。土壤營養(yǎng)狀況顯著影響果樹生長及生產(chǎn)力水平，反過來果樹的生長也會影響土壤養(yǎng)分的變化。SOM 含量多少是衡量土壤肥力大小的關(guān)鍵，能夠優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤速效養(yǎng)分含量，本研究發(fā)現(xiàn)山核桃林地土壤肥力相對較高，可能是因為山核桃林套種玉米、旱藕等作物，使得林地植被更繁茂，植物殘體分解后回歸土壤，有機殘落物更豐富，腐殖質(zhì)大量形成［24］。土壤有機質(zhì)有利于山核桃園中叢枝菌根真菌的生長發(fā)育，進而促進山核桃的生長。從4 月至10 月土壤有機質(zhì)的增加與微生物的分解作用有關(guān)，加上山核桃根際微生物的作用，土壤TK含量也不斷增加，而AK 含量減少可能與果實生長發(fā)育過程中的消耗有關(guān)，也受不同的施肥方式、耕作措施及土壤水熱條件影響而呈現(xiàn)差異［25］。林地土壤TN 含量豐富，推測可能因為林地的土壤酶活性較高，分解有機氮的能力增強，進而提高了山核桃林地土壤的肥力水平；但AN 卻處于低量水平，可能因為山核桃的吸收利用，再加上石山地形肥料揮發(fā)快、土壤有機質(zhì)熟化程度低、氮素多以有機態(tài)形式存在。因此，選擇增施葉面肥能達到更好的效果。土壤AN、AP 含量從4 月至10 月不斷減少，這與山核桃果實生長所需、土壤中P 易與Fe 和Al 離子形成不溶于水的磷酸鹽、降雨導(dǎo)致水肥流失等有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，山核桃對AN、AP、AK 的吸收主要在7 月和10 月，這與張春苗等［25］研究結(jié)果一致。從4 月至10 月AZn 含量逐漸減少，可能與果實生長發(fā)育、土壤pH 及根際生長對Zn 有效性的影響等有關(guān)，該結(jié)果還需要進一步驗證。pH 指對AFe、ACa 含量有一定影響，pH 值降低有利于氧化鐵的轉(zhuǎn)化進而提高Fe 的有效性［26-28］，但加快了鹽基離子的流失導(dǎo)致交換性鈣含量的減少。從4 月至10 月AB 含量的倒“V”型變化趨勢是受SOM 變化的影響，因為有機質(zhì)能吸附或螯合B 元素進而使B 元素被固定免受淋洗，同時可將B 元素礦化而提高其有效性［29］。目前國內(nèi)外尚未制定出山核桃林地土壤養(yǎng)分豐缺標(biāo)準(zhǔn)，本文參考的全國第二次土壤普查標(biāo)準(zhǔn)與張超博的土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)是否適用于山核桃林土壤，還有待進一步研究。

山核桃吸收的礦質(zhì)營養(yǎng)大多來源于土壤，研究葉片營養(yǎng)與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性，有助于了解土壤養(yǎng)分情況對樹體的影響。本研究結(jié)果表明，山核桃葉片養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分存在不同程度的相關(guān)性，推測可能與該林地的氣候條件、土壤微環(huán)境、根系吸收能力、元素生理機能及采樣時間等因素有關(guān)。土壤AZn 含量低會顯著提高山核桃葉片N含量，表明施用過多Zn 肥對提高葉片N 含量并無效果［30］，這可能因為Zn 是合成葉綠素的必需元素，土壤AZn 減少運輸?shù)饺~片的Zn 也較少，進而抑制有機質(zhì)合成，減少對N 的利用［31］。土壤AN 含量低直接導(dǎo)致葉片N 含量減少，阻礙蛋白質(zhì)合成，降低了葉片對P 的利用［31］，因此土壤AN 含量低，會在很大程度上促進葉片P 含量的積累。土壤AP 含量低致使運輸?shù)饺~片的AP 也減少，葉綠素-蛋白復(fù)合體合成過程減弱，降低了葉片對Fe 的利用［32］，因此土壤AP 對葉片F(xiàn)e有較大的拮抗作用。

4 結(jié)論

本研究將葉片營養(yǎng)診斷和土壤養(yǎng)分分析相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)山核桃葉片各養(yǎng)分均存在明顯季節(jié)性變化，土壤養(yǎng)分中除SOM 含量和AN 含量無明顯季節(jié)性變化外，其余養(yǎng)分含量均有較明顯的季節(jié)性變化。山核桃葉片N、P、K 含量少，分別為16.72、0.93、11.30 g/kg；山核桃林地土壤綜合養(yǎng)分水平較高，SOM、TN、TP 含量分別為32.68、1.59、1.50 g/kg，AP、AFe、AZn、AB 含量分別為35.82、133.63、4.92、5.04 mg/kg，而TK 含量水平較低，N、K 元素的有效性低。建議在山核桃花期加強施用鉀肥；果實生長期注重施用氮肥、鉀肥，并施用適量的安全無激素生根劑+菌肥；果實成熟期補充磷肥和鈣、硼等微量元素肥料；可考慮山核桃+甘藍等復(fù)合經(jīng)營模式。