N、P、K配比施肥对美国红枫幼苗生长及叶色变化的影响

陆秀君，葛根塔娜，梅 梅，洪晓松，李克壮

（沈阳农业大学 林学院，辽宁 沈阳 110866）

N、P、K配比施肥对美国红枫幼苗生长及叶色变化的影响

陆秀君，葛根塔娜，梅 梅，洪晓松，李克壮

（沈阳农业大学 林学院，辽宁 沈阳 110866）

为探究不同N、P、K水平施肥处理对优良景观树种美国红枫幼苗生长及叶色变化的影响，选取1年生改良美国红枫Acer×freemanii‘Autumn Blaze’扦插苗为试验材料，采用盆栽实验方法，设3种不同N、P、K施肥配比（N、P、K比例为1∶1∶1、3∶1∶2、3∶2∶1），每种配比设3水平施肥量（15、30、45 g/pot），共9组施肥处理。研究结果表明：在各施肥处理下，美国红枫幼苗生长及叶色变化状况均优于空白对照组，说明配比施肥对美国红枫幼苗生长及叶色变化有促进作用；在促进幼苗生长方面，以处理9（N、P、K比例为3∶2∶1，45 g/pot）植株长势最盛，株高、地径、干质量分别高达83.34 cm、11.39 mm、41.68 g，为最优处理；在叶色变化的影响方面，处理3（N、P、K比例为1∶1∶1，45 g/pot）的植株叶片中花色素苷相对含量与总叶绿素比值均为最大值，分别为3.74 g/pot和278.69，叶片呈鲜红色，观赏性最强，但变色较晚；结合生物学观察，N、P、K比例为3∶1∶2施肥处理的植株，其叶片变色最早，在延长美国红枫幼苗变色期方面为最优施肥配比。

美国红枫；配比施肥；幼苗生长；叶色变化

美国红枫是北美地区红枫的通称，其植物学名为红花槭Acer rubrum，槭树科槭树属落叶大乔木，原产于美国东北部。其适应范围广，抗逆性强，可耐-25 ℃低温，耐潮湿，抗污染。秋季叶片为绚丽的红、黄、紫等色，是美国三大色叶树种之一，也是世界各国园林绿化中应用最为广泛的、著名的风景观赏树种之一。目前我国许多地区也都开展了引种栽培美国红枫的工作，在北方的北京、天津、山东、大连等地有大量的引入，但因各地环境条件的差异，植株生长效果表现不一[1]。近几年，沈阳地区开始引进美国红枫作为景观树种，但笔者发现，由于沈阳地区的纬度相对较高，生长环境与引种源地存在一定差异，部分植株存在生长缓慢、叶色偏暗等问题，直接影响其景观效果。大量研究发现，配方施肥可改善植株生长状况，刘英武等[2]研究发现，不同种类的肥料对美国红枫（红花槭）实生苗的生长均存在促进作用；何军等[3]研究发现，N、P、K 3种元素配比施肥对促进黄芩生长的效果优于其中任意2种元素配比或单质元素施肥。同时，也有研究证明，营养元素的施用，对植株叶片变化有一定影响。高红梅[4]在探究配比施肥对紫叶小檗叶色影响时发现，适当施用氮磷钾肥对紫叶小檗叶色的呈现有一定的促进作用，其中以钾肥对紫叶小檗叶色呈现影响最大；刘振平等[5]通过研究证明，不同营养元素处理的紫叶矮樱叶片，色素含量存在差异，施用硫酸钾时叶片花色素苷含量最高。以上研究说明，适宜施肥对植株生长及叶色变化存在一定的影响。目前，在沈阳地区有关施肥对美国红枫改良品种幼苗生长及叶色变化影响的研究尚未见报道。因此，本研究试图采用不同N、P、K配比施肥处理，探究其对植株生长及叶色变化的影响，寻找美国红枫幼苗营养生长阶段最佳的N、P、K配比施肥处理，以期揭示适合美国红枫生长特性的营养配方，为美国红枫在沈阳地区的栽培管理和推广应用提供科学依据。

1 试验地概况

试验在沈阳农业大学优良苗木繁育基地内进行。该基地位于沈阳市东陵区高坎镇兴隆村，属温带大陆性季风气候，主要特点是：冬冷夏暖，寒冷期长；春秋短促多风；雨量集中，日照充足，四季分明。春季气温回暖较快；夏季炎热多雨，空气湿润，这个季节的降水占全年总降水量的60%左右，雨水主要集中在7、8月份，常以暴雨形式出现；7月气温最高，极端最高气温38.3 ℃，月平均气温为24.6 ℃；秋季天高气爽，凉爽舒适，气候适宜，但时间比较短；冬季漫长寒冷，降雪较少，极端最低气温-32.9 ℃，平均最高温度也在0 ℃以下。全年无霜期155～180 d。

2 材料与方法

供试苗木选用株高、地径相近的美国红枫改良品种Acer×freemanii‘Autumn Blaze’（简称：改良美国红枫）1年生扦插苗。采用野外盆栽方式，以风干后过2 mm筛的地表土为试验用土，盆规格为250 mm（高）×330 mm（直径）并带有底部托盘，每盆盛土量为6.5 kg，于2013年5月开始盆栽。

供试肥料尿素CO（NH2）2（含N 46.4%）、过 磷 酸 钙 [磷 酸 二 氢 钙 Ca（H2PO4）2、 石 膏CaSO4·2H2O]（含 P2O512%）和硫酸钾 K2SO4（含K2O 51%），试验设3种不同的N、P、K配比比例，每种不同N、P、K配比比例设3个施肥量水平，试验设计处理见表1，每处理3个重复。试验中，将配好的各单质肥料混匀，碾成粉末，加水溶解，并按照总施肥量的30%、50%、20%的比例于2013年6月21日、7月11日、7月31日分3次施用，并以盆栽不施肥为对照（CK）。各处理苗木采用随机区组排列。

表1 N、P、K配比施肥试验设计Table 1 Experimental design for ratio fertilization of N, P, K

苗木生长状况调查：试验苗于2013年5月30日移栽至花盆中，经两周缓苗后进行相关生长状况调查。生长初期每10 d测定1次株高和地径，进入快速生长期后，从七月中旬开始，每7 d测量1次，直至3次测量数值不变，即植株停止生长为止。待到冬季，植株完全停止生长（11月20日）后，将其从土壤中全部取出，带回实验室，清洗干净后装入纸袋，放入105 ℃烘箱中杀青15～30 min，然后在70 ℃烘箱中烘4～6 h至恒质量，取出纸袋及材料，放入干燥器中冷却至室温，分别称取地上、地下部分干质量。

叶片样本采集：秋季叶片变色期内，从出现变色叶片开始（10月9日），摘取叶片，每隔5～7 d取样1次，直至叶片凋落，共5次。每次取样时在植株上、中、下3个部位各摘取一枚健康叶片，相同处理的样本放在透气性好的取样袋中，带回实验室，进行色素含量的测定

叶绿素含量的测定：参考张宪政[6]（1986）的方法，略有改动。

花青素含量的测定：参考何奕昆[7]（1995）的方法，略有改动。

数据分析：应用Excel2003和SPSS19.0统计分析软件进行数据处理。

3 结果与分析

3.1 N、P、K配比施肥对美国红枫幼苗生长的影响

试验结果（见表2）表明，各施肥处理的植株长势整体均优于对照，说明施入N、P、K肥后，对改良美国红枫幼苗的生长有一定的促进作用。综合各生长指标分析，试验中3种不同N、P、K配比施肥对苗木生长的影响表现出一定的差异。N、P、K比例为1∶1∶1的3组不同施肥量处理中，以处理3（N、P、K比例为1∶1∶1， 45 g/pot）长势最优，株高为74.91 cm，地径为11.93 mm，干质量为35.51 g，与同配比下其他两组存在差异，但不显著；N、P、K比例为3∶1∶2的3组不同施肥量处理中，长势较好的为处理4（N、P、K比例为3∶1∶2，15 g/pot），其株高、地径、干质量分别为74.66 cm、11.49 mm、34.00 g，但该配比比例下的3种施肥量水平间，植株长势差异较小；在N、P、K施肥配比为3∶2∶1的3组不同施肥量处理中，处理9（N、P、K比例为3∶2∶1，45 g/pot）的植株平均株高、地径、干质量可达83.34 cm、11.39 mm、41.68 g，与同配比下不同施肥量的两组处理间存在显著差异。综合比较3种不同N、P、K施肥比例中较优的处理，即处理3、处理4、处理9，发现株高、干质量、地上及地下部分干质量等指标的最优值均出现在处理9中，均与其他施肥处理间存在显著性差异，可得出处理9（N、P、K比例为3∶2∶1，45 g/pot）对美国红枫幼苗生长的促进作用最大，为9组施肥处理中的最佳处理。

施肥量的不同水平对植株生长状况的影响也存在一定差异。由表3可知，总体上看，施肥量的变化与植株各生长指标之间呈正相关关系，说明施肥量的增加对植株生长存在促进作用，其中株高和地径2个指标表现为极显著相关和显著相关，表示植株株高及地径的生长受到施肥量多少的影响较大。实验结果（见表2）也表明，在N、P、K配比比例为1∶1∶1和3∶1∶2时，均以最高施肥量（45 g/pot）对苗木的生长影响最大。但在N、P、K施肥配比为3∶1∶2的各处理中，各生长指标最优值均出现在最低施肥量（15 g/pot）的处理4中。

综合施肥比例及施肥量两方面结果，在9个不同的施肥处理中，处理9（N、P、K比例为3∶2∶1，45 g/pot）中植株长势最佳，株高达到83.34 cm，地径为11.39 mm，干质量为41.68 g，地上、地下部分干质量分别为14.78、24.90 g，与对照组相比，高出56.51%、21.55%、105.22%、180.46%、78.98%。

表2 N、P、K配比施肥对美国红枫幼苗生长的影响†Table 2 Effects of ratio fertilization of N, P, K to American maple seedling growth

表3 施肥量与各生长指标相关性分析 (n=10)†Table 3 Correlation analysis of fertilization and growth indexes (n=10)

3.2 不同施肥处理对美国红枫幼苗叶色变化的影响

3.2.1 叶绿素含量的变化

（1）总叶绿素含量的变化

叶绿素是植物光合作用中的重要色素, 它直接参与光合作用中光能的吸收、传递、分配和转化等过程[8]。在变色期内，不同施肥处理植株叶片中总叶绿素的含量变化趋势一致（见图1），整体呈现下降趋势，初期（10月9日到10月15日）叶片中总叶绿素含量缓慢下降， 10月15日到10月18日进入快速下降期，总叶绿素含量迅速下降，这可能是由于10月15日气温大幅骤降，叶片中各生理指标均不稳定，导致叶绿素大量降解[9]，10月18日以后，趋于平稳。各施肥处理间虽变化趋势一致，但含量存在一定差异。其中，施肥配比为1∶1∶1 的处理中，前期总叶绿素含量相对较高，处理3中叶片含量最高，可达到1.46 mg/g（见图1A）；而N、P、K施肥配比为3∶2∶1的各处理中，前期总叶绿素含量则相对较低，说明在该施肥比例下，各处理植株叶片中叶绿素降解较早，叶片变色较早。结合实际观察结果发现，叶片中总叶绿素含量高的如处理3、处理2，其叶片颜色偏绿。

图1 各施肥处理美国红枫叶片变色期内总叶绿素含量变化趋势Fig.1 Variation trends of total chlorophyll content of American maple leaves during color-changing period

（2）叶绿素a与叶绿素b比值的变化

由图2可知，各施肥处理下，植株叶片中叶绿素a与叶绿素b比值整体呈现出相同的变化趋势。10月9日到10月15日其比值快速上升，在10月15日达到最大值后，叶绿素a/b的比值大幅下降，10月18日后比值趋于平缓。叶绿素a与叶绿素b比值逐渐下降的趋势表明，叶绿素a的降解速度大于叶绿素b。该比值的变化与周围环境的变化存在一定关系，这也是植物对不良环境（如降温、日照时间缩短等）的适应性变化[10]。N、P、K施肥配比的3种比例中，N、P、K比例为1∶1∶1、3∶1∶2这2种比例下的峰值相对较高，且不同施肥量间存在一定差异，处理4（N、P、K比例为3∶1∶2，15 g/pot）、处理3（N、P、K比例为1∶1∶1，45 g/pot）分别达到12.36和11.50（见图2A、B）；而N、P、K比例为3∶2∶1的各处理，该比值峰值则较低，且不同施肥量间差异不显著。

3.2.2 花色素苷相对含量的变化

图2 各施肥处理美国红枫叶片变色期内叶绿素a与叶绿素b比值变化趋势Fig.2 Variation trends of ratio of chlorophyll-a to chlorophyll-b of American maple leaves during color-changing period

变色期内，各施肥处理的植株叶片中花色素苷含量变化趋势存在一定差异。其中，处理2、3、4、6、7、9均呈现出先上升后下降，最后又出现小幅升高的变化趋势（见图3），初期上升缓慢，从10月15日开始快速升高，峰值出现在10月18日，此时90%植株叶片均呈现出鲜亮的红色，为秋季最佳观赏效果，之后花色素苷含量开始下降，10月26日出现转折，后有小幅提升；处理5和处理8整体趋势则为先上升后下降，峰值分别出现在10月26日和10月18日；而处理1及对照组CK，则呈现出缓慢上升的趋势，峰值出现在11月1日。与对照相比，各施肥处理下植株叶片中花色素苷含量浮动较为明显，对照组则相对平稳。各处理花色素苷含量的最高值出现在处理3（N、P、K比例为1∶1∶1，45 g/pot），相对含量高达3.74，与同施肥比例下不同施肥量的其他两组处理差异显著，其次为处理7（N、P、K比例为3∶2∶1，15 g/pot），峰值为3.53。

图3 各施肥处理美国红枫叶片变色期内花色素苷相对含量变化趋势Fig.3 Variation trends of anthocyanin contents of American maple leaves during color-changing period

3.2.3 花色素苷相对含量与总叶绿素比值

花色素苷相对含量与总叶绿素的比值大小与植株叶片呈色关系密切[11]。结果（见图4）表明，在N、P、K比例为1∶1∶1和3∶2∶1的2种施肥配比下，各处理植株叶片中花色素苷相对含量与叶绿素比值均呈现上升趋势，表现为开始较为缓慢，10月26日后迅速上升达到最大值；在N、P、K比例为3∶1∶2的施肥处理中，处理4、处理6表现为先上升后下降再上升的趋势，处理5则为上升趋势，但转折点出现在10月18日。所有施肥处理中，最大值均出现在处理3（N、P、K比例为1∶1∶1，45 g/pot），高达278.69；其次为处理9（N、P、K比例为3∶2∶1，45 g/pot），最大值为197.99。对照组变化并不明显，趋势较为平缓。各处理中，花色素苷相对含量与总叶绿素比值与施肥量水平并无相关性。

图4 各施肥处理美国红枫叶片变色期内花色素苷相对含量与总叶绿素比值变化趋势Fig.4 Variation trends of ratio of anthocyanin content to total chlorophyll of American maple leaves during color-changing period

4 结论与讨论

N、P、K 3种元素对植物的生命、生长及品质产量都有着极为重要的作用，因此生长时期科学增肥有利于植株的营养生长。试验中，各施肥处理植株生长状况均优于对照组，但3种施肥配比中，N、P、K比例为3∶1∶2及3∶2∶1的施肥处理明显优于N、P、K比例为1∶1∶1的总体生长状况，说明高水平N素施肥处理对植株生长的促进作用表现得更为明显。配比施肥中适量增加N肥比例，可使植株较高、茎秆粗壮、长势强、叶色浓绿等[12]，而这一结果与许家英[13]、胡磊等[14]关于不同营养元素对大花蕙兰、人工毛白杨生长影响的研究结果基本相同。同时，N和P在植物吸收和利用方面相互影响，由于P参与N的代谢、蛋白质合成等，因此N、P的配合施用更有利于植物对这2种元素的吸收及利用。试验中，N、P含量相对较多的比例（3∶2∶1）下的处理9长势最好。试验结果显示K素的施用对美国红枫幼苗的生长影响差异并不显著，这可能与植株内K含量以及土壤K含量相关，需相关实验深入研究。施肥量与各生长指标的相关性分析结果表示，施肥量越高，美国红枫幼苗长势越好，因此，在3个施肥量梯度中，45 g/pot为本试验中最优施肥量，但究竟更高水平的施肥量对植株生长是否仍然表现为促进作用，仍需进一步试验研究。根冠比是指植物地下部分与地上部分的鲜质量或干质量的比值[15]，它的大小反映了植株地下部分与地上部分生长状况的相关性，可作为施肥是否合理的一个重要指标[16]。根据相关研究结果，根冠比越大，说明植株长势越好，越有利于植株生长。但本研究结果显示，各施肥处理植株根冠比均小于对照组，造成这一结果原因可能是N、P、K配比施肥较有利于植株地上部分生长，且盆栽的栽培方式有可能会限制植株根部的生长，导致根冠比较低；同时，植株的根冠比与施肥量呈负相关，但相关性并不显著，说明施肥量的增加可能会抑制植株根部的生长。综合施肥比例、施肥量两方面分析，处理9（N、P、K比例为3∶2∶1，45 g/pot）最适宜美国红枫幼苗的生长。

高等植物叶片颜色是其叶片中各种色素质量分数的综合表现，包括花色素苷、叶绿素a、叶绿素b等。本试验中，在变色期内，所有处理下的植株叶片叶绿素含量不断下降，同时花色素苷含量逐渐升高，这与Saure[17]得出的入秋后随着叶绿素的降解，花色素苷开始合成的研究结果相一致。孙明霞等[18]研究发现，秋季叶片变红是花色素苷大量合成的结果，而史宝胜等[19]则认为花色素苷与总叶绿素的比值大小决定叶片呈色，比值越大，叶片颜色越红，反之则偏绿。试验中，花色素苷含量、花色素苷与总叶绿素比值的最大值均为处理3（N、P、K 比例为1∶1∶1，45 g/pot），且其叶绿素a与叶绿素b的比值也较大，说明其叶片呈色最红，变色也较快，相较于其他2种施肥配比（N、P、K比例为3∶1∶2、3∶2∶1）中N含量少，这与前人在拟南芥的研究中得出的低N条件下有利于植物中花色素苷合成的结果相一致。但生态学形状观察结果则显示，处理3（N、P、K比例为1∶1∶1，45 g/pot）中植株叶片变色较晚，前期叶片中叶绿素含量较高。其他2种施肥配比下的植株叶片，则变色较早，其中N、P、K比例为3∶1∶2处理下植株变色最早，与其他2种施肥配比相比，该比例中P含量相对较低，低P条件会影响植物叶绿素的合成，且有利于叶片中花色素苷的形成[20]，这与Henry等[21]在关于彩叶草和玉米叶片的研究中得出的低P胁迫通常是与花青素的产生相关联的一个条件的结论相一致。但由于幼苗期的缺P叶片中细胞伸长受影响的程度高于叶绿素所受影响的程度，单位面积中的叶绿素含量反而较高，且花色素苷含量也相对较低，这也可能与配比中N含量相对较高的情况有一定的关系。因此，该比例（N、P、K比例为3∶1∶2）下的植株叶片花色素苷与总叶绿素的比值则较小，从而叶片呈色不理想。N、P、K比例为3∶2∶1施肥处理下的各植株，在叶片呈色、变色早晚的比较中，表现均不突出，其中处理9（N、P、K比例为3∶2∶1，45 g/pot）的花色素苷相对含量与总叶绿素的比值虽然较大，但花色素苷相对含量并不高，且前期较低，变色较晚。除土壤养分条件外，温度也是影响叶片中花色素苷含量的重要因素，温度的变化可影响花色素苷的稳定性[22]。试验中，10月15日气温出现大幅骤降，导致各处理植株叶片中总叶绿素含量、叶绿素a与叶绿素b比值迅速下降，花色素苷大量积累，叶片颜色发生变化。Orea等[23]的研究表明，较低的温度可以诱导美国黄栌叶片中花色素苷的合成。陈继卫等[8]也在试验中验证，随着温度的降低，红枫叶片中花色素苷大量合成，同时叶绿素降解，叶片中色素比例发生变化，叶片逐渐呈现出红色。因此可以得出，花青素的形成并非受单一要素影响，而是与温度、养分、光照乃至整个生态环境均有关[24]。

综上，本试验中，N、P、K配比施肥比例为3∶2∶1、施肥量为45 g/pot时，美国红枫幼苗植株长势最旺，该处理为最适宜美国红枫幼苗生长的施肥处理；N、P、K配比施肥比例为1∶1∶1、施肥量为45 g/pot时，美国红枫植株叶片呈鲜红色，观赏性最强，但变色较晚；N、P、K施肥配比为3∶1∶2的美国红枫植株，叶片变色最早，因此N、P、K比例为3∶1∶2的施肥配比为最有利于延长美国红枫幼苗变色期的施肥配比。本研究中，并未找到在促进美国红枫幼苗生长和延长叶片变色期、增强观赏性两方面均达到最优的施肥处理，需进一步深入探究。

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Effects of ratio fertilization of N,P,K on seedling growth and leaf color change of American maple

LU Xiu-jun, GEGEN Ta-na, MEI Mei, HONG Xiao-song, LI Ke-zhuang
( College of Forestry, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, Liaoning, China)

In order to study the effects of different N, P, K levels on seedling growth and leaves color change of American maple, as an excellent ornamental tree, one-year-old American maple improved (Acer×freemanii‘Autumn Blaze’) cutting seedlings were chosen as the tested materials,the potted experiments were carried out, by setting three different N, P, K fertilizer ratios (N∶P∶K=1∶1∶1, 3∶1∶2, 3∶2∶1),each ratio was set three levels of fertilization amount (15, 30, 45 g/pot), a total of 9 groups fertilization treatments were conducted.The results show that the seedling growth and leaves color change of American maple in all fertilizer treatment groups were better than those of the control group, this shows that the ratio of fertilization promoting action on American maple seedling growth and leaves color change; In aspect of promoting seedling growth, T9 (N∶P∶K = 3∶2∶1, 45 g/pot) as the most excellent treatment, the average plant height, average ground diameter, average dry weight reached 83.34 cm, 11.39 mm, 41.68 g, respectively, so the T9 was the best treatment; In terms of impact on leaf color change, the relative content of anthocyanin (3.74 g/pot) and the ratio of anthocyanin content to total chlorophyll (278.69) in the maple leaves treated with T3 (N∶P∶K=1∶1∶1, 45 g/pot) both reached maximum,therefore the ornamental value was the best, but 1eaf color turned red too late; Combining biological observation, it was found that as,the tree treated with fertilization ratio of N∶P∶K=3∶2∶1, its 1eaf color turned red earliest, so the ratio was the optimal ratio in extending discoloration period of American maple seedlings.

American maple(Acer×freemanii‘Autumn Blaze’); combined fertilization; seedling growth; leaves color variation

S723.7

A

1673-923X(2015)05-0009-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.05.002

2014-01-17

辽宁省农业科技攻关项目：国外优良彩叶景观树种引进、挖掘及筛选（2011207003）

陆秀君，教授，博士生导师；E-mail：lxjsyau@126.com

陆秀君，葛根塔娜，梅 梅，等. N、P、K配比施肥对美国红枫幼苗生长及叶色变化的影响[J].中南林业科技大学学报，2015,35(5)：9-15.

[本文编校：谢荣秀]