不同施肥处理对芳樟叶精油及其主成分芳樟醇含量的影响

于静波，张国防，李左荣，冯 娟

(福建农林大学林学院，福建福州350002)

芳 樟 (Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.)，为樟科(Lauraceae)常绿乔木，是亚热带地区常绿阔叶林树种的代表，为中国重要的经济林、用材林和绿化林树种之一［1-3］。樟树用途广泛，经济价值高，从根茎到枝叶均可提取樟脑及樟油［4］，樟油中含有桉叶素、黄樟油、芳樟醇、樟脑、松油醇和柠檬醛等成分［5］，均为香料、农药、矿业、国防和化工等的重要原料。在樟油的组成成分中，芳樟醇的应用范围最广，不但可用于各种化妆品、皂用香精、水果型食品香精和辛香料中，也常供药用，具有抗菌、抗病毒和止痛的功效［6］。随着国民经济的快速发展以及人民生活水平的不断提高，人们对天然芳香植物产品的需求量不断增大。以芳樟醇为主成分的芳樟型芳樟在江西和福建两省的种植面积较大，但每年生产的芳樟醇仍然供不应求［7-8］。随着国际市场对樟树精油需求量的日益增大，科学、有效地开展樟树林的大规模培育与生产是当前亟需解决的重要问题。N、P 和K 是植物生长发育必需的三大营养元素，也是林业生产中最常用的肥料，但在现阶段的生产实践中，樟树林的施肥大多凭经验，不能充分发挥施肥的效益，因而，实施科学合理的施肥方案对于提高樟树林经济价值具有重要意义。

在众多的试验设计方法中，三元二次回归正交旋转组合设计具有旋转性，能使与试验中心距离相等的点上预测值的方差相等，而且试验次数较少、计算简便，消除了回归系数间的相关性，因而，采用这一方法作为施肥模型可确定最佳的肥料种类和用量［9］。

为此，作者采用三元二次回归正交旋转组合设计设置了N、P 和K 施用量不同的20 个处理组，对樟树叶精油含量及其主成分芳樟醇的相对含量进行比较分析，以确定樟树生长适宜的N、P 和K 施用量，以期对樟树林培育和生产提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试芳樟为福建厦门牡丹香化公司提供的品种‘牡丹1 号’的1 年生扦插苗，其叶精油的质量分数为1.55%，精油中芳樟醇的相对含量为94.67%。实验在福建农林大学温室内进行;采用盆栽实验方法，选取生长均匀、高度一致的扦插苗种植于栽培盆中，每盆1 株;盆栽基质为黄心土，每盆装土约3.5 kg;盆栽土中有机质、全氮、全磷和全钾含量分别为3.233、0.214、0.013 和 0.527 g·kg-1，水解氮、有效磷和速效钾含量分别为 19.3、11.5 和 228.3 mg·kg-1。

供试用商品化肥为尿素(N 质量分数为46%)、过磷酸钙(P2O5质量分数为12%)和氯化钾(K2O 质量分数为60%)。使用的仪器有:GC112 型气相色谱仪、交联 SE-230 弹性石英毛细管柱(30 m×0. 25 mm)、N2000 色谱数据工作站。

1.2 方法

1.2.1 实验设计 采用三元二次回归正交旋转组合设计，N、P 和 K 的施用量分别设置5 个水平:0.00、1.01、2.50、3.99 和 5.00 g，共设置 20 个处理;每个处理3 株，各重复3 次，即每个处理9 株。将每一处理N、P 和K 的施用量换算成相应的化肥用量后分6 次施肥，施肥时间为2009 年3 月份至8 月份每个月的30 日，前4 次施肥量均为总施用量的15%，后2 次施肥量均为总施用量的20%。根据栽培盆中土壤水分状况，每隔3 ～5 d 等量浇200 mL 清水，以保证植株正常生长。

1.2.2 精油提取及精油含量和芳樟醇相对含量的测定 于9 月30 日结束处理，并于9 月底采集每一样株中下部各方向的较成熟叶片，混合后洗净晾干并剪成碎片;称取100 g，采用水蒸汽蒸馏法［10］提取精油并计算精油含量(以质量分数计)。

采用气相色谱法检测精油中的芳樟醇含量，具体分析条件参照文献［11］。采用峰面积归一化法计算精油中芳樟醇的相对含量。

1.3 数据统计和分析

采用Excel 2003 和SPSS 11.5 统计分析软件对实验数据进行方差分析和回归分析。

2 结果和分析

2.1 不同施肥处理对芳樟叶精油含量的影响及其数学模型

2.1.1 不同施肥处理组叶精油含量的比较 采用三元二次回归正交旋转组合设计设置N、P 和K 的不同施用量，各处理组芳樟叶精油含量见表1。

由表1 可以看出:20 个处理组叶精油的质量分数均在1.53%以上，但不同处理组间有一定差异。其中，处理 1、4、11、15、16、18 和 19 的叶精油含量相对较高，质量分数均超过2%。在20 个处理组中，处理11(N、P 和 K 施用量分别为 2.50、5.00 和 2.50 g)的叶精油含量最高，质量分数达到2.30%;处理8(N、P和K 施用量均为1.01 g)的精油含量最低，质量分数仅为1.53%。方差分析结果表明:各处理组间芳樟叶精油含量的差异均达到极显著水平(F=10.018 7，P＜0.01)。

表1 N、P 和K 不同施用量对芳樟叶精油含量的影响(±SD)Table 1 Effect of different fertilizer amounts of N，P and K on essential oil content in leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.(±SD)

表1 N、P 和K 不同施用量对芳樟叶精油含量的影响(±SD)Table 1 Effect of different fertilizer amounts of N，P and K on essential oil content in leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.(±SD)

编号No.每盆施用量/g Fertilizer amount per pot每盆施用量/g Fertilizer amount per pot N P K精油质量分数/%Mass ratio of essential oil编号No.N P K精油质量分数/%Mass ratio of essential oil 1 3.99 3.99 3.99 2.13±0.07 11 2.50 5.00 2.50 2.30±0.15 2 3.99 3.99 1.01 1.83±0.14 12 2.50 0.00 2.50 1.92±0.11 3 3.99 1.01 3.99 1.74±0.14 13 2.50 2.50 5.00 1.72±0.06 4 3.99 1.01 1.01 2.03±0.12 14 2.50 2.50 0.00 1.79±0.18 5 1.01 3.99 3.99 1.63±0.02 15 2.50 2.50 2.50 2.01±0.15 6 1.01 3.99 1.01 1.60±0.04 16 2.50 2.50 2.50 2.24±0.07 7 1.01 1.01 3.99 1.70±0.08 17 2.50 2.50 2.50 1.90±0.11 8 1.01 1.01 1.01 1.53±0.10 18 2.50 2.50 2.50 2.01±0.09 9 5.00 2.50 2.50 1.92±0.05 19 2.50 2.50 2.50 2.10±0.14 10 0.00 2.50 2.50 1.72±0.11 20 2.50 2.50 2.50 1.90±0.06

2.1.2 回归显著性分析 对不同处理组芳樟叶精油含量进行回归显著性分析，结果见表2。

分析结果表明:经T 检验，芳樟叶精油含量总体回归显著性分析的 P 值为0.015，小于0.05，说明各施肥处理对芳樟叶精油含量的影响达到显著水平。其中，N 和 K 施用量的 P 值分别为0.007 和0.036，分别达到极显著和显著水平，说明N 和K 的不同施用量对芳樟叶精油含量有显著影响;而P 施用量的P 值为0.756，未达到显著水平，说明P 的不同施用量对芳樟叶精油含量没有明显影响。此外，N×P、N×K、P×K的 P 值均高于 0.05，表明 N 与 P、N 与 K 以及 P 和 K施用量之间的相互作用对芳樟叶精油含量无显著影响。而 N2和 K2的 P 值分别为 0.006 与 0.009，均小于0.01，表明N 和K 施用量的平方对芳樟叶精油含量有极显著的影响;而 P2的 P 值(0.952)明显高于 0.05，说明P 施用量的平方对芳樟叶精油含量无显著影响。

2.1.3 数学模型建立 对N、P 和K 的施用量与芳樟叶精油含量进行回归方程拟合，建立数学模型。所得回归方程为 Y=1.054+0.392X1-0.037X2+0.280X3+0.014X1X2- 0.022X1X3+ 0.018X2X3- 0.057X12+0.001X22-0.053X32。式中，Y 代表叶精油的质量分数(%);X1代表N 施用量(g);X2代表P 施用量(g);X3代表K 施用量(g)。根据回归方程求得芳樟叶精油的最优质量分数可达2.22%，与之相对应的N、P 和K 的每盆施用量分别为 3.52、5.00 和 2.76 g。

表2 N、P 和K 不同施用量对芳樟叶精油含量影响的显著性分析结果Table 2 Significance analysis result for effect of different fertilizer amounts of N，P and K on essential oil content in leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.

由表1 数据可看出:处理11 的 N、P 和 K 施用量(N、P 和 K 施用量分别为 2.50、5.00 和 2.50 g)与上述所得的N、P 和K 最优施用量最接近，而该处理组芳樟叶精油含量也比其他处理组高;此外，处理1 和处理 15、16、17、18、19 和 20 的 N、P 和 K 施用量也比较接近N、P 和K 的最优施用量，而这些处理组的芳樟叶精油含量在全部的20 个处理组中均处于较高水平。处理 10 的 N、P 和 K 施用量分别为0.00、2.50 和2.50 g，其叶精油含量仅为1.72%，该处理组没施用N 肥且P 和K 的施用量均低于最优施用量，说明芳樟叶精油的合成需肥量较高。处理5、6、7 和8 的N 施用量均为1.01 g，明显低于N 的最优施用量，其叶精油含量都处于较低的水平，说明N 施用量不足对芳樟叶精油合成有一定的抑制作用。总体上看，芳樟叶精油合成对N、P 和K 需求量均较大，且对N 肥需求较为明显。

2.2 不同施肥处理对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量的影响及其数学模型

2.2.1 不同施肥处理组芳樟醇相对含量的比较 采用三元二次回归正交旋转组合设计设置N、P 和K 的不同施用量，各处理组芳樟叶精油中芳樟醇的相对含量见表3。

由表3 可知:20 个处理组的芳樟醇相对含量均在88.36%以上，其中，处理16 的芳樟醇相对含量最高，达94.87%;处理10 的芳樟醇相对含量最低，仅为88.36%;大多数处理组的芳樟醇相对含量在90%以上。方差分析结果表明:各处理组间芳樟醇相对含量的差异均达到极显著水平(F=4.641 5，P＜0.01)。

2.2.2 回归显著性分析 对不同处理组芳樟醇相对含量进行回归显著性分析，结果见表4。

分析结果表明:经T 检验，芳樟叶精油中芳樟醇相对含量总体回归显著性分析的P 值为0.020，小于0.05，说明不同施肥处理对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量有显著影响。其中，N 施用量的P 值为0.013，达到显著水平，说明不同的N 施用量对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量有显著影响;而P 和K 施用量的P 值分别为 0.769 和 0.256，均未达到显著水平，表明 P 和K 的不同施用量对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量的影响不显著。两两元素间的分析结果表明:N×P 与N×K 的 P 值分别为 0.329 和 0.422，均未达到显著水平，说明N 与P、N 与K 施用量之间的相互作用对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量的影响不显著;而P×K的P 值为0.048，达到显著水平，表明 P 和 K 施用量之间的相互作用对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量的影响显著。而N2、P2和K2对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量的影响分析结果表明:只有N2(即N 施用量的平方)对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量的影响达到极显著水平。

表3 N、P 和K 不同施用量对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量的影响(±SD)Table 3 Effect of different fertilizer amounts of N，P and K on linalool relative content in essential oil from leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.(±SD)

表3 N、P 和K 不同施用量对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量的影响(±SD)Table 3 Effect of different fertilizer amounts of N，P and K on linalool relative content in essential oil from leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.(±SD)

编号No.每盆施用量/g Fertilizer amount per pot每盆施用量/g Fertilizer amount per pot N P K芳樟醇相对含量/%Relative content of linalool编号No.N P K芳樟醇相对含量/%Relative content of linalool 1 3.99 3.99 3.99 93.36±0.29 11 2.50 5.00 2.50 93.55±0.39 2 3.99 3.99 1.01 91.46±0.32 12 2.50 0.00 2.50 90.30±0.41 3 3.99 1.01 3.99 89.82±0.66 13 2.50 2.50 5.00 92.23±0.35 4 3.99 1.01 1.01 91.29±0.10 14 2.50 2.50 0.00 89.89±0.51 5 1.01 3.99 3.99 92.92±0.24 15 2.50 2.50 2.50 93.63±0.73 6 1.01 3.99 1.01 89.57±0.70 16 2.50 2.50 2.50 94.87±0.41 7 1.01 1.01 3.99 90.83±0.40 17 2.50 2.50 2.50 93.83±0.74 8 1.01 1.01 1.01 91.14±0.28 18 2.50 2.50 2.50 93.41±0.58 9 5.00 2.50 2.50 90.65±0.18 19 2.50 2.50 2.50 92.16±0.36 10 0.00 2.50 2.50 88.36±0.25 20 2.50 2.50 2.50 91.02±0.65

表4 N、P 和K 不同施用量对芳樟叶精油中芳樟醇相对含量影响的显著性分析结果Table 4 Significance analysis result for effect of different fertilizer amounts of N，P and K on linalool relative content in essential oil from leaves of Cinnamomum camphora var. linaloolifera Fujita.

2.2.3 数学模型建立 对 N、P 和 K 的施用量与芳樟叶精油中芳樟醇相对含量进行回归方程拟合，建立数学模型。所得回归方程为Y=87.206+2.802X1-0.279X2+1.115X3+0.180X1X2-0.147X1X3+0.396X2X3-0.525X12-0.137X22-0.275X32。式中，Y 代表芳樟叶精油中芳樟醇的相对含量(%);X1代表N 施用量(g);X2代表 P 施用量(g);X3代表 K 施用量(g)。根据上述回归方程求得的最优芳樟醇相对含量可达95.18%，与之相对应的N、P 和K 的每盆施用量分别为 2.84、5.00 和 4.87 g。

由表 3 数据可看出:处理 1、5、11、15、16、17、18、19 和20 的芳樟叶精油中的芳樟醇相对含量均较高，N、P 和K 的施用量也比较接近根据上述数学模型求得的最优N、P 和K 施用量，且除处理5 外，其他几个处理组的叶精油含量均处于20 个处理组的上游水平。而处理10、12 以及14 的芳樟叶精油中的芳樟醇相对含量均较低，分别为 88. 36%、90. 30% 和89.89%，这 3 个处理组分别缺施了 N、P 和 K，且这3 个处理中施用的另外2种元素的每盆施用量均为2.50 g，说明缺失某种营养元素将对芳樟叶精油中芳樟醇的合成产生不良影响，其中N 肥的影响最大。

3 讨论和结论

叶精油是樟树在生理代谢过程中分泌出的次生代谢产物之一，这些次生代谢产物对植物的生长发育和抵御外界逆境环境具有重要作用，叶精油的合成、积累和转化受其遗传和生长环境条件的制约［12-14］，其含量还有一定的时间变化规律［15］。

本研究结果表明:不同施肥处理组的芳樟叶精油质量分数均在1.53%以上，叶精油中芳樟醇的相对含量均在88. 36% 以上，表明本实验选用的芳樟品种‘牡丹1 号’1 年生扦插苗已经成功保持了其家系优良的遗传特性，具有较高的精油含量和芳樟醇相对含量。不同施肥处理对芳樟叶精油及其中的芳樟醇相对含量均具有显著影响，根据获得的芳樟叶精油含量和芳樟醇相对含量数学模型的回归方程进行最优求解，结果表明当N、P 和K 的每盆施用量分别为3.52、5.00 和 2.76 g 时，最优精油含量为 2.22% ，N 肥不足将直接影响芳樟叶精油含量，表明N 肥对于芳樟叶精油含量的影响较P 肥和K 肥更明显。当N、P 和K 的每盆施用量分别为 2.84、5.00 和 4.87 g 时，最优芳樟醇相对含量可达到95.18%，3 种营养元素中对芳樟醇相对含量影响最大的是N。上述研究结果说明芳樟的叶精油含量及其主成分芳樟醇相对含量受环境条件(即不同的施肥处理)的制约明显。

在实际生产中，叶精油及其芳樟醇含量决定生产收益，由于本研究得到的最优叶精油含量对应的N、P和K 施肥配比与最优芳樟醇相对含量所对应的N、P和K 施肥配比并不完全相同，即N 和K 施用量存在一定差异，因此在实际生产中应根据生产目的及需求确定适宜的施肥配比。由于樟树无性系能保持母株叶精油的化学类型和优良特性［14］，因此在芳樟优良无性系栽培过程中可以采用与最优精油含量相对应的N、P 和K 施肥配比进行施肥，既能使芳樟醇含量保持其母株特性，又能使叶精油含量达到最高。

本实验结果是在采用三元二次回归正交旋转组合设计及理想实验条件的基础上得出的;由于在大棚盆栽实验条件下的光照、水分、施肥量等环境因素和时间因素均由人为控制，实验条件比较稳定，所获得的实验结果仅仅是理论值。而在野外进行樟树的实际培育或生产时，其环境因素变化大且极其复杂，因此在实际生产中若要获得最高的叶精油和芳樟醇含量，其施肥配比应根据土壤情况以及林地坡位等环境因素进行综合考虑，并结合本研究获得的最优施肥配比对芳樟林地进行科学合理的施肥。

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