王 瑞，何之龍，張 震，徐 婷，王湘南，張 英，陳永忠

（1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.國(guó)家油茶工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

氮素是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的重要因素，在植物生命活動(dòng)中具有不可替代的作用[1]。植物吸收利用的主要氮素形式為銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）和有機(jī)氮，其中NH4+-N和NO3--N吸收量最大。氮素形態(tài)不同，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響有著顯著的不同，對(duì)植物也會(huì)產(chǎn)生不同的生理效應(yīng)[2]。氮素形態(tài)對(duì)植物影響的研究對(duì)指導(dǎo)施肥具有重要意義。

油茶是我國(guó)特有的木本食用油料樹(shù)種，主要分布在紅壤區(qū)，氮素是限制油茶生長(zhǎng)的重要因子之一。農(nóng)業(yè)上關(guān)于氮素形態(tài)對(duì)作物的影響研究較多[3-12]，但并未得出一致性結(jié)論，有學(xué)者認(rèn)為植物對(duì)硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的吸收量相似且效果相當(dāng)，但也有大量研究表明多數(shù)植物更易吸收銨態(tài)氮[13-17]，如王胤等[18]認(rèn)為銨態(tài)氮對(duì)馬尾松組培苗生長(zhǎng)和養(yǎng)分積累的促進(jìn)作用優(yōu)于硝態(tài)氮，在培育馬尾松組培苗時(shí)，建議全施銨態(tài)氮肥料（硝銨配比=0∶10），近年來(lái)越來(lái)越多的研究證明硝銨態(tài)氮混施促進(jìn)植物生長(zhǎng)的效果最為顯著[19]，如花蕊等[20]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)高比例的硝銨配比（硝銨配比=75∶25）是促進(jìn)銀杏苗的生長(zhǎng)和提高葉品質(zhì)效果最佳的配比，陳永亮等[21]通過(guò)對(duì)紅松幼苗的研究表明不同氮素混合處理使紅松幼苗各生理指標(biāo)增加的效應(yīng)大于純銨和純硝處理效果。目前有關(guān)不同氮素形態(tài)對(duì)油茶生長(zhǎng)影響的報(bào)道較少[22-25]。本試驗(yàn)研究了氮素對(duì)油茶苗木營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、光合特性、光合生理指標(biāo)的影響，并利用主成分分析法和隸屬函數(shù)分析法進(jìn)行了分析，以期為油茶苗木施肥提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖南省林業(yè)科學(xué)院國(guó)家油茶種質(zhì)資源收集保存庫(kù)（國(guó)家油茶工程技術(shù)研究中心試驗(yàn)站），（113°01′E，28°06′N），海拔80～100 m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，春末夏初多雨，夏秋多旱，年均溫16.8 ～17.3 ℃，極端最高溫40.6 ℃，極端最低溫-12 ℃。年平均降水量1 422 mm，無(wú)霜期275 d，年均相對(duì)濕度80%。土壤為第四紀(jì)紅壤，pH值在4.5～5.5之間，有機(jī)質(zhì)含量41.01 g·kg-1，全氮含量2.68 g·kg-1，全磷含量0.61 g·kg-1，全鉀含量4.53 g·kg-1[24]。

1.2 試驗(yàn)材料

以‘湘林27號(hào)’1年生實(shí)生苗為試驗(yàn)材料。2018年10月采集油茶種子，選取均勻、顆粒飽滿、無(wú)病蟲(chóng)害的種子砂藏，2019年3月選擇露白一致的種子播種于容器中，容器規(guī)格為高 12 cm，上口徑8 cm，栽培基質(zhì)為黃心土、珍珠巖和泥炭，體積比為3∶1∶1，基質(zhì)pH 值為5.88，銨態(tài)氮0.92 mg·L-1，硝態(tài)氮2.34 mg·L-1。上杯后緩苗3個(gè)月，2019年6月選取生長(zhǎng)狀況一致、無(wú)病蟲(chóng)害的苗木施肥。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用液體澆灌的方式施肥，為了確保苗木在正常營(yíng)養(yǎng)條件下生長(zhǎng)，加入改良的Holgland營(yíng)養(yǎng)液（無(wú)氮素），營(yíng)養(yǎng)液組成為：K2SO4261.39 mg·L-1，KH2PO4136.09 mg·L-1，CaCl2221.98 mg·L-1，MgSO4·7H2O 246.47 mg·L-1，MnSO4·H2O 1.54 mg·L-1，H3BO32.86 mg·L-1，ZnSO4·7H2O 0.22 mg·L-1，CuSO4·5H2O 0.08 mg·L-1，Na2MoO4·2H2O 0.02 mg·L-1，F(xiàn)eSO4·7H2O 20 mg·L-1。在所有營(yíng)養(yǎng)液中均加入7 μmol·L-1硝化抑制劑二氰二胺（C2H4N4）抑制硝化作用。

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，硝態(tài)氮源和銨態(tài)氮源分別為分析純硝酸鈉和硫酸銨，硝酸鈉為天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所生產(chǎn)，NaNO3含量≥99.0%，硫酸銨為天津市大茂化學(xué)試劑廠生產(chǎn)，(NH4)2SO4含量≥99.0%。氮素水平為8.0 mmol·L-1，不同的氮素形態(tài)配比[m(NO3--N)/m(NH4+-N)]=10∶0、7∶3、5∶5、3∶7、0∶10）和對(duì)照（不施氮肥）共計(jì)6個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)200株苗木，具體如表1所示。6月中旬開(kāi)始第一次施肥處理，之后每隔1周施肥1次，共10次，每株苗澆灌300 mL營(yíng)養(yǎng)液，澆透。托盤(pán)收集的溶液用于再次澆灌，確保氮素不流失。試驗(yàn)在溫室中進(jìn)行，溫室光照6 000～8 000 lx，溫度20～25 ℃，濕度80%～85%。除施肥外，正常澆水、除草等管護(hù)。

表1 不同處理下的氮素比例Table 1 Nitrogen ratio under different treatments

1.4 試驗(yàn)方法

苗高用卷尺測(cè)量，地徑用游標(biāo)卡尺測(cè)量，用生長(zhǎng)增量衡量營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)情況。即生長(zhǎng)增量=W2-W1，W1為試驗(yàn)開(kāi)始前采集的數(shù)據(jù)，W2為11月份采集的數(shù)據(jù)。

生物量的測(cè)定采用稱質(zhì)量法。

根系形態(tài)指標(biāo)采用萬(wàn)深LA-S植物根系分析儀測(cè)定。

凈光合速率、光響應(yīng)曲線及熒光參數(shù)使用LI-6400型便攜式光合作用測(cè)定儀測(cè)定。

葉面積采用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-3100A葉面積儀測(cè)定。

葉片SPAD值采用日本柯尼卡公司的SPAD 502 Plus型葉綠素儀測(cè)定。

葉綠素含量的測(cè)定采用丙酮-乙醇混合液法[26]。

硝酸還原酶活性的測(cè)定采用活體分析法[26]。

GS和GOGAT的活性測(cè)定方法參考Miflin[27]、王小純等[28]和杜旭華[3-4]等的方法進(jìn)行測(cè)定。

可溶蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[29]。

可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮比色法[29-30]。

葉片中全氮含量測(cè)定采用凱氏定氮法[31]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行相關(guān)分析、主成分分析和隸屬函數(shù)分析。

隸屬函數(shù)值的計(jì)算方法：

如果某一指標(biāo)與苗木營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)呈正相關(guān)，則公式為：U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，i=1，2，3，…，n；如果某一指標(biāo)與苗木營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)成負(fù)相關(guān)，則公式為：U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，i=1，2，3，…，n。式中：Xi為指標(biāo)測(cè)定值，Xmin和Xmax為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值和最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素形態(tài)對(duì)油茶苗木生產(chǎn)力的影響

氮素對(duì)生產(chǎn)力的影響包括形態(tài)和生理兩方面。形態(tài)特征是外在表現(xiàn)，生理特性是內(nèi)在因素，二者反映了苗木生產(chǎn)力的特性，二者存在相互影響、相互制約的密切關(guān)系。對(duì)與生產(chǎn)力密切相關(guān)的16個(gè)指標(biāo)（形態(tài)指標(biāo)：苗高增量、地徑增量、地上部生物量、地下部生物量、總生物量、葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、根系長(zhǎng)度、根系投影面積、根系表面積、根系體積、根系直徑；生理指標(biāo)：凈光合速率、可溶性糖含量、葉片全氮含量）進(jìn)行了相關(guān)性分析，分析結(jié)果表明油茶苗木生產(chǎn)力相關(guān)的16個(gè)指標(biāo)間均存在正相關(guān)關(guān)系（表2）。苗高增量與地徑增量、生物量、凈光合速率、可溶性糖含量呈極顯著正相關(guān)，與根系形態(tài)特征（根系投影面積、根系表面積、根系體積）、葉片全氮含量呈顯著正相關(guān)；生物量與苗高增量、凈光合速率、可溶性糖含量呈極顯著正相關(guān)，與地徑增量、根系形態(tài)特征（根系投影面積、根系體積、根系直徑）、葉片全氮含量呈顯著正相關(guān)；凈光合速率與生長(zhǎng)指標(biāo)（苗高增量、地徑增量、生物量、根系投影面積、根系體積）和可溶性糖含量呈顯著或極顯著正相關(guān)；葉片全氮含量與根系投影面積、根系表面積、地徑增量呈極顯著正相關(guān)，與苗高增量、生物量、葉面積、凈光合速率、可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)。

表2 油茶各生產(chǎn)力指標(biāo)相關(guān)性分析?Table 2 Correlation coefficients of indexes of productivity of C.oleifera

2.2 氮素形態(tài)對(duì)油茶苗木影響的主成分分析

主成分分析的特征值和貢獻(xiàn)率是選擇主成分的依據(jù)，將不同處理的43個(gè)與苗木生長(zhǎng)相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為 5個(gè)主成分，各主成分的特征值和貢獻(xiàn)率見(jiàn)表3，其中，前5個(gè)主成分的特征值分別為27.338、5.960、4.508、2.927和2.267，貢獻(xiàn)率分別為 63.577%、13.860%、10.483%、6.807%和5.273%，根據(jù)貢獻(xiàn)率大于85%的原則，選擇了前3個(gè)主成分，前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到87.920%。因此，前3個(gè)主成分可以作為氮素對(duì)油茶苗木生長(zhǎng)的重要主成分。

表3 主成分提取分析Table 3 Principal component extraction and analysis

從主成分分析的特征向量可以看出（表4），第1主成分主要包括油茶苗木營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)指標(biāo)、光合生理指標(biāo)、光合特征指標(biāo)等；第2主成分主要為光合氮素利用率；第3主成分為對(duì)環(huán)境的響應(yīng)因子（水分利用效率、初始熒光、光補(bǔ)償點(diǎn)）。通過(guò)主成分分析，原來(lái)43個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為3類新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，這3類綜合指標(biāo)代表了原來(lái)43個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)87.920%的信息。根據(jù)貢獻(xiàn)率大小可知各綜合指標(biāo)的相對(duì)重要性。

表4 主成分分析的特征向量Table 4 Characteristic vector by principal component analysis

根據(jù)因子得分值，計(jì)算出不同處理的主成分值，根據(jù)主成分值及貢獻(xiàn)率大小計(jì)算出綜合得分。由表5綜合得分可知，A0～A5的綜合得分分別為：-4.20，-2.63，0.51，5.46，3.40，-2.53；氮素對(duì)油茶苗木的生長(zhǎng)按由大到小的順序排列依次為：A3＞A4＞A2＞A5＞A1＞A0，即所有的氮素處理均促進(jìn)了油茶苗木的生長(zhǎng)，A3（NO3-∶NH4+=5∶5）對(duì)油茶苗木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最強(qiáng)，其次為A4（NO3-∶NH4+=3∶7）。

表5 不同氮素形態(tài)處理的主成分值和綜合評(píng)價(jià)值Table 5 Principal component and comprehensive evaluation value under different nitrogen form treatments

2.3 氮素形態(tài)對(duì)油茶苗木影響的隸屬函數(shù)分析

氮素對(duì)植物生長(zhǎng)的影響非常復(fù)雜，是多因素綜合影響的結(jié)果。本研究采用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法對(duì)不同氮素形態(tài)及配比對(duì)油茶苗木生長(zhǎng)情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，由表6數(shù)據(jù)可知，不同處理（A0～A5）隸屬函數(shù)值分別為0.189、0.290、0.515、0.856、0.683、0.300。按照隸屬函數(shù)值越大對(duì)苗木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用越強(qiáng)的原則，不同氮素處理（A0～A5）對(duì)苗木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用由強(qiáng)到弱排序?yàn)锳3＞A4＞A2＞A5＞A1＞A0，與主成分分析結(jié)果一致，A3（NO3-∶NH4+=5∶5）對(duì)油茶苗木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最強(qiáng)，其次為A4（NO3-∶NH4+=3∶7）。

表6 油茶苗木生長(zhǎng)指標(biāo)隸屬函數(shù)值Table 6 Subordinate function value of grafting affinity of C.oleifera seedlings

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

相關(guān)分析結(jié)果表明，油茶苗木生產(chǎn)力相關(guān)的16個(gè)指標(biāo)間均存在正相關(guān)關(guān)系，苗高增量與地徑增量、生物量、凈光合速率、可溶性糖含量呈極顯著正相關(guān)，與根系形態(tài)特征（根系投影面積、根系表面積、根系體積）、葉片全氮含量呈顯著正相關(guān)；生物量與苗高增量、凈光合速率、可溶性糖含量呈極顯著正相關(guān)，與地徑增量、根系形態(tài)特征（根系投影面積、根系體積、根系直徑）、葉片全氮含量呈顯著正相關(guān)；凈光合速率與生長(zhǎng)指標(biāo)（苗高增量、地徑增量、生物量、根系投影面積、根系體積）和可溶性糖含量呈顯著或極顯著正相關(guān)；葉片全氮含量與根系投影面積、根系表面積、地徑增量呈極顯著正相關(guān)，與苗高增量、生物量、葉面積、凈光合速率、可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)。

主成分分析結(jié)果與隸屬函數(shù)分析結(jié)果一致，即不同處理（A0～A5）對(duì)苗木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用由強(qiáng)到弱排序?yàn)锳3＞A4＞A2＞A5＞A1＞A0，A3（NO3-∶NH4+=5∶5）對(duì)油茶苗木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最強(qiáng)，其次為A4（NO3-∶NH4+=3∶7）。

3.2 討 論

主成分分析是將多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行組合，轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析方法，從而達(dá)到簡(jiǎn)化的目的[32]。本研究利用主成分分析法和模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法對(duì)氮素形態(tài)及配比影響油茶苗木生長(zhǎng)的指標(biāo)進(jìn)行了分析，2種方法得出的結(jié)果一致。不同氮素形態(tài)配比對(duì)油茶苗木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用由強(qiáng)到弱排序?yàn)锳3＞A4＞A2＞A5＞A1＞A0；在氮素總量為8 mmol·L-1時(shí)，所有氮素處理均促進(jìn)了油茶苗木的生長(zhǎng)，混合氮源（A3、A4、A2）對(duì)油茶苗木的促進(jìn)作用均大于單一氮源（A1、A5）和對(duì)照（A0）。在單一氮素中，全銨處理（A5）大于全硝處理（A1），在混合氮源中，NO3-∶NH4+=5∶5對(duì)油茶苗木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最強(qiáng)，其次為NO3-∶NH4+=3∶7。說(shuō)明油茶苗木對(duì)銨態(tài)氮具有偏好性，混合氮源（銨硝等比）對(duì)油茶苗木的生長(zhǎng)更有利。

同時(shí)選用2種不同的方法對(duì)氮素形態(tài)及配比影響油茶苗木生長(zhǎng)的指標(biāo)進(jìn)行分析。主成分分析法在不損失或很少損失原有信息的前提下，將多個(gè)彼此相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成個(gè)數(shù)較少且彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo)，根據(jù)各自貢獻(xiàn)率的大小可以判斷各綜合指標(biāo)的相對(duì)重要性，依據(jù)綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)。隸屬函數(shù)分析提供了一條在多指標(biāo)測(cè)定基礎(chǔ)上對(duì)材料特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的途徑，可以克服只利用少數(shù)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)的不足，2種分析方法相輔相成，確保了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

氮素形態(tài)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要的影響，多數(shù)植物在同時(shí)施用硝銨態(tài)氮時(shí)的生長(zhǎng)量會(huì)大于單獨(dú)供應(yīng)，且表現(xiàn)出“聯(lián)合效應(yīng)”。使用一定比例的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮均能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)量、產(chǎn)量、新梢長(zhǎng)度等[13-14,33]，在NH4+-N中添加NO3--N可以緩解NH4+-N引起的代謝失調(diào)，在NO3--N中添加NH4+-N可以減少較高濃度NO3-消耗的大量還原力和光量子能量[34]，這與本研究結(jié)果一致?；旌系从欣诖龠M(jìn)苗木生長(zhǎng)，隨著混合氮源中銨態(tài)氮比例的提高，苗木生長(zhǎng)變快，當(dāng)銨態(tài)氮比例超過(guò)50%或70%時(shí)苗木生長(zhǎng)速度降低。之所以混合氮源營(yíng)養(yǎng)可以促進(jìn)苗木生長(zhǎng)，可能是因?yàn)榛旌系从欣诰S持栽培介質(zhì)的pH值，從而促進(jìn)了植物的生理代謝和生長(zhǎng)發(fā)育；也可能是由于NO3-作為信號(hào)物質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞分裂素，調(diào)節(jié)干物質(zhì)在植物體內(nèi)的分配從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)[35]。

油茶對(duì)氮素的吸收、代謝和利用是一系列生理反應(yīng)和物質(zhì)代謝的結(jié)果，同時(shí)植物對(duì)氮素的吸收也會(huì)影響對(duì)其他元素的吸收利用。本試驗(yàn)僅研究了氮素形態(tài)對(duì)油茶苗木生長(zhǎng)指標(biāo)、光合特性及生理指標(biāo)的影響，氮素及磷、鉀肥協(xié)同吸收利用的機(jī)制值得后續(xù)研究。