稀土元素镧、铈对擎天树幼苗生长量的影响

戴文君 陆海燕 杨 梅 梁小春 李 婷

(1. 广西大学林学院，广西 南宁 530004；2. 南宁良凤江国家森林公园，广西 南宁 530000)

稀土，又称稀土元素，是元素周期表第6周期第Ⅲ族副族元素钪、钇、镧系共17种化学元素的总称[1]。自然界中多以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在，中国稀土资源较丰富，约占世界总量的23%[2]。稀土元素对植物生长作用具有两面性：低质量浓度时能激发植株体内的生理活性物质、促进生长发育、提高抗性等；高质量浓度时则会发生毒理效应，对植株造成毒害，影响植株正常生长[3]。稀土在我国多集中应用在农业领域，以镧 (La)、铈 (Ce) 应用最为广泛。黄守程等[4]研究表明，铈可诱导增强胁迫下番茄 (Lycopersiconesculentum) 幼苗叶片抗氧化酶活性，维持较高水平的光合性能；姜照伟等[5]认为，通过施用稀土元素有利于促进南非马唐 (Digitariasmutsii) 的生长；董诚明等[6]研究发现，适宜质量浓度的镧、铈能促进冬凌草 (Rabdosiarubescens) 再生植株的生长及次生产物的合成。关于稀土元素在林木领域应用，刘冉等[7]发现稀土元素镧、铕能有效提高红松 (Pinuskoraiensis) 幼苗多酚类物质的含量及苯丙氨酸转氨酶 (PAL)、肉桂酸4-羟化酶 (C4H) 的活性；李庆华[8]研究表明，低质量浓度稀土镧处理能缓解刺槐 (Robiniapseudoacacia) 幼苗干旱胁迫下所受伤害。

擎天树，又名望天树(Parashoreachinensis)，常绿大乔木。其树干通直，出材量高，是优良速生用材林木，世界珍贵稀有树种，我国一级珍稀保护植物。主要分布于云南西双版纳和广西巴马、那坡、田阳等地，生态适应范围较广，海拔200～1 100 m的沟壑、高山均能正常生长。目前望天树人工造林面积逐渐扩大[9]，苗木需求相应增加，但擎天树抚育过程中，存在苗木生长慢、后期上山造林成活率低等问题。梁机等[10]提出采用大、中粒种子能有效提高苗木产量及质量，用营养袋容器育苗，较田间苗床育苗更有利于苗木高、径和根系生长；黄松殿等[11]总结出 “50%黄心土 + 30%草皮泥 + 20%椰糠 + 3%钙镁磷肥” 是适合容器苗生长的基质；韦灵龙等[12]报道了不同浓度的GGR及IBA等不同生长调节剂能显著促进苗高生长。本研究结合稀土元素在农业及林业上的应用效果，观察稀土元素镧、铈对擎天树幼苗生长的影响，探讨其对苗木生长、苗木质量提高的促进作用，为进一步优化擎天树壮苗培育技术、开发稀土元素在林木肥料上的应用提供参考。

1 试验地概况

试验地位于广西南宁广西大学林学院苗圃，地处东经108°22′，北纬22°48′。亚热带季风气候，特点是夏长冬短，温暖霜少无雪，夏季炎热潮湿，冬季稍显干燥，春秋两季气候温暖。年均气温21.6 ℃，极端最高气温40.4 ℃，极端最低气温-2.4 ℃。年均降雨量1 304.2 mm，平均相对湿度为79%，年均日照时数1 617.3 h。试验期各月气候数据由南宁气象站提供，数据见表1。

表1 2016年试验期各月气候信息Table 1 Climate information for each month in 2016

2 材料与方法

2.1 材料来源

试验苗木选用1 a实生苗，苗木为采集自广西那坡县擎天树天然种群的种子培育；稀土元素硝酸镧 (La(NO3)3·6H2O ≥ 99%) 由天津北联精细化学品开发有限公司生产，硝酸铈 (Ce(NO3)3·6H2O ≥ 99%) 由上海楷洋生物技术有限公司生产。

2.2 试验方法

试验于遮光15%的塑料荫棚下进行，采用完全随机区组试验，选取生长良好、长势一致的苗木移栽到育苗袋 (高15 cm、直径10 cm)，基质为黄心土，施基肥 (m(N)∶m(P)∶m(K)=16∶9∶20)，定期给试验地除草。试验设置镧、铈溶液质量浓度16、32、48、64、80 mg/L各5个处理，以清水作对照，每个处理4株，3次重复。稀土元素量多会导致植物产生毒理效应，试验期仅2次浇施稀土溶液，于2016年4月4日、2016年7月5日向基质浇施镧、铈不同质量浓度溶液，每次每株浇施60 mL。试验期苗木生长用水每隔6 h自动喷灌，每次持续2 min。

试验初在苗木移栽当天用数字式千分尺、游标卡尺测定苗木苗高、地径本底值，试验期每35 d测定1次苗高、地径，共测定6次。试验期末从各处理中选3株综合长势平均的苗木，冲洗干净， 105 ℃杀青烘30 min，75 ℃烘至恒质量，地上、地下部分分别称量，统计不同处理组的苗木根、茎、叶各器官生物量。

2.3 数据分析

数据用Excel软件整理，用SPSS软件作多重比较、相关性分析。

3 结果与分析

3.1 镧、铈对擎天树幼苗高生长量的影响

擎天树幼苗高度变化见表2。从表2可知，各质量浓度铈、镧处理对擎天树苗高均有促进作用，显著高于对照。铈处理的促进作用较大，处理6个月后苗高的增长幅度比镧处理的多43.1%，比对照提高了83.9%。对擎天树苗高增长影响最大的为铈溶液质量浓度32 mg/L时，试验期末苗高27.6 cm，苗高净增长量最高，为13.7 cm，相比CK提高了144.6%；镧溶液在质量浓度64 mg/L时处理擎天树幼苗促进苗高生长作用最好，苗高净增长量为7.5 cm，比CK提高了33.9%。2种元素处理结果对比表明，铈元素对促进擎天树苗木向高生长作用更显著。

表2 镧、铈溶液不同质量浓度处理下擎天树幼苗苗高变化值Table 2 Changes of seedlings height of P.chinensis with different concentrations of La and Ce cm

注：不同小写字母表示显著差异。

由表2可知，擎天树幼苗的苗高生长主要在5月中旬到8月底，在苗木速生期施用镧、铈溶液不同质量浓度可起到加速苗木生长的作用。镧元素处理的幼苗在10月初的生长速度下降，而铈质量浓度为32 mg/L、48 mg/L处理的幼苗苗高持续增长，其余质量浓度处理生长速度减缓。对各月苗高增长量进行多重比较可知 (表2)，镧处理各月变化趋势在质量浓度64 mg/L时高度增长达镧处理最高，并显著高于对照变化量；铈处理各月在质量浓度32 mg/L时苗木增长量最高，显著高于对照。镧质量浓度64 mg/L时施用6月、7月苗高增长量显著，均为2.2 cm，为CK的1.5倍，铈质量浓度32 mg/L时施用在10月初苗高增长量最大，为4.8 cm，较CK增长幅度达6.9倍。

3.2 镧、铈对擎天树幼苗地径生长量的影响

铈、镧处理擎天树幼苗地径变化见表3。

表3 镧、铈不同浓度下擎天树幼苗地径生长值变化Table 3 Changes of seedlings diameter of P.chinensis with different concentrations of La and Ce mm

注：不同小写字母表示显著差异。

由表3可知，各质量浓度铈、镧施用后对望天树苗地径增长均有促进作用，显著高于CK；对比2种元素处理后数据发现，铈处理对地径生长的促进作用较大，处理6个月后其地径增长幅度比镧处理的多14.6%，比CK提高了28.9%。当施用的质量浓度为32 mg/L时，试验期末测得地径为4.35 mm，地径净增长量最高，为1.88 mm，相比CK提高了46.9%；镧处理在质量浓度64 mg/L时对望天树地径增长促进作用最好，净增长量为1.55 mm，比CK提高了21.1%。由此可知，铈溶液处理更有利于望天树苗木地径的生长。

表3数据显示，镧、铈不同质量浓度处理后擎天树幼苗各月地径的增长幅度较平稳。镧处理幼苗地径的增长在各月的变化均随浓度增大，增量呈先降后升的趋势，质量浓度64 mg/L时地径增量为镧溶液处理组最高；稀土铈处理的幼苗地径增长各月的变化趋势也先下降后上升，质量浓度32 mg/L处理地径增量达最大。稀土镧64 mg/L处理下在10月初地径月生长增量最显著，为0.42 mm，较CK增长40%，稀土铈32 mg/L处理下在10月初地径月变化量达到最大，为0.48 mm，为CK的1.6倍。

3.3 镧、铈对擎天树幼苗生物量积累及分配的影响

生物量指标是定量分析苗木生长情况，全面评价苗木生长的重要参数，苗木干、鲜质量是衡量苗木生产力高低的主要指标[13]，镧、铈不同质量浓度溶液处理下擎天树幼苗生物量及含水率见表4。由表4可知，对苗木施用不同稀土元素后干物质积累都高于CK，镧质量浓度64 mg/L时物质积累较好，总鲜质量为12.41 g，总干质量为3.31 g；铈质量浓度在32 mg/L时物质积累量最高，总鲜质量为20.96 g，总干质量为7.40 g。处理后的苗木各部分物质积累比CK明显提高；根冠比指标是反映苗木根茎间的平衡状况，在镧2种质量浓度48 mg/L、64 mg/L处理后根冠比最大，为0.82，而CK组仅为0.64；一般含水率低的植株抵抗外界因子变化能力会更好[14]，从含水率指标来观察，铈质量浓度为32 mg/L时处理的苗木含水率最低，为65%，即施用稀土元素还能提高苗木对环境的适应性，提高苗木上山成活率。

表4 镧、铈不同质量浓度下擎天树幼苗生物量及含水率Table 4 Water content rate and biomass of P.chinensis with different concentrations of La and Ce g

注：不同小写字母表示显著差异。

4 结论与讨论

分析2种不同稀土元素对擎天树苗木生长状况的影响，发现一定质量浓度的铈对擎天树幼苗苗高生长、地径生长以及干物质积累的促进作用高于镧。铈质量浓度为32 mg/L时对擎天树幼苗生长的促进效果最好，该处理下幼苗的苗高、地径等各器官生物量均为最大，显著高于稀土镧各处理组及对照的值。稀土元素处理1 a生擎天树苗木，在4—10月的生长期间，苗高、地径与植株地下干质量、总干质量存在极显著正相关性，与植物鲜质量、地上干质量存在显著正相关性。

稀土元素可促进擎天树苗的生长，尤其在施用铈质量浓度32 mg/L溶液时，擎天树幼苗苗高、地径和总生物量的净增长量与CK相比提高了182.67%、39.3%、578.9%。以往对擎天树育苗技术的研究报道中，营养袋中擎天树幼苗的平均苗高、地径及总生物量与田间苗床相比提高了12.0%、22.0%、44.0%；M3(50%黄心土 + 30%草皮泥 + 20%椰糠 + 3%钙镁磷肥) 混合基质下幼苗的平均苗高、地径、总生物量比最差基质提高了19.41%、14.69%、48.26%；单层遮阴下幼苗的苗高、地径、生物量与自然光照下相比提高了79.4%、56.1%、168.9%。本研究表明，施用稀土元素铈对擎天树幼苗苗高、干物质增长的促进作用更为显著。

稀土元素的施用可以提高苗木质量，但超过一定浓度，则使植物遭受毒害，抑制其生长[15-17]，适宜浓度的稀土元素能促进植株对养分的吸收、转化、利用，并影响植株体一系列的生理过程，其增益作用能提高苗木地上部分营养物质合成效率，增强植株内养分运输，从而保证各器官生长发育，也更有利于植株地下、地上各器官生物量的累积[18]。稀土元素在对杨树 (Populussp.)[19]、椰树[20]、南方红豆杉 (Taxusmairei)[21]等树种施用时能促进种子萌发，苗木生长的促进效果良好。施用铈质量浓度32 mg/L时擎天树苗木的生物量是CK的6.79倍，表明适量稀土元素能显著提高擎天树植株体内有机物质的积累。镧质量浓度为48 mg/L、64 mg/L的溶液处理后根冠比最高，根冠比大，根系发达，苗木地上部分蒸腾量小，地下部分吸收量大，有利于苗木的水分平衡，苗木成活率提高[22]。镧、铈处理下擎天树苗木的苗高、地径、干物质积累等均随着处理浓度的升高呈现生长受抑制的现象，镧在80 mg/L以及铈在48、64、80 mg/L的质量浓度下生长均受到抑制，这与前人研究基本一致，表明过多的施用稀土元素，会破坏苗木水分平衡、降低植物光合速率以及碳同化速率[23]，从而抑制植物生长并降低生物量积累，且当植物不能吸收时，稀土会在土壤中积累或流失于灌溉水，进而造成环境污染[24]。

根据施用稀土元素镧、铈后，擎天树幼苗的生长数据，说明擎天树幼苗期培育中可将质量浓度32 mg/L的铈作为添加剂与肥料混合施用，补充适量稀土元素有利于提高苗木造林存活率以及生长质量。因此，在不同稀土元素混合配比使用、不同种类稀土元素的协同作用、稀土元素与其他育苗措施的加和效应、稀土元素用量范围等方面开展研究，能弥补单一稀土元素的不足从而促进稀土元素在林木上的广泛应用。

[1] 王小玲, 刘腾云, 高柱, 等. 稀土元素对作物生长及作物品质影响的研究进展[J]. 核农学报, 2016, 30(6): 1240-1247.

[2] 郭伟, 赵仁鑫, 赵文静, 等. 丛枝菌根真菌对稀土尾矿中大豆生长和稀土元素吸收的影响[J]. 环境科学, 2013, 34(5): 1915-1921.

[3] 曹睿, 周青. 稀土细胞毒理效应研究进展[J]. 中国生态农业学报, 2007, 15(4): 180-184.

[4] 黄守程, 黄萍, 陆晓民. 硫酸铈对硝酸钙胁迫下番茄叶片抗氧化酶活性及光合性能的影响[J]. 西北植物学报, 2015, 35(9): 1823-1828.

[5] 姜照伟, 翁伯琦, 黄元仿, 等. 施用稀土元素镧对南非马唐生长及若干生理特性的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2008, 14(4): 713-720.

[6] 董诚明, 曹利华, 苏秀红, 等. 稀土元素镧和铈对冬凌草再生植株生长及次生代谢产物的影响[J]. 广西植物, 2015, 21(3): 437-441.

[7] 刘冉, 王振宇, 黄雨洋, 等. 稀土元素对红松幼苗松多酚含量及PAL, C4H活性的影响[J]. 林业科学, 2014, 50(8): 168-173.

[8] 李庆华. 稀土元素镧对刺槐幼苗抗旱性的影响[J]. 中南林业科技大学学报, 2014, 34(12): 62-65.

[9] Jin X J. Effects of different illumination intensity and moisture on seed germination ofParashoreachinensis[J]. Agricultural Science & Technology, 2015, 16(4): 668-670.

[10] 梁机, 杜加加, 罗桂强, 等. 不同育苗方式及种粒大小对擎天树苗木生长的影响[J]. 南方农业学报, 2012, 43(12): 2025-2029.

[11] 黄松殿, 梁机, 粱小春, 等. 不同育苗基质对擎天树容器苗生长的影响[J]. 中国农学通报, 2012, 28(4): 28-31.

[12] 韦灵龙, 曾祥秀, 曾碧云. 不同生长调节剂对擎天树幼苗高生长的影响[J]. 林业科技情报, 2016, 48(1): 21-23.

[13] 李巍, 王传宽, 张全智. 林木分化对兴安落叶松异速生长方程和生物量分配的影响[J]. 生态学报, 2015, 35(6): 1679-1687.

[14] 舒枭, 杨志玲, 段红平, 等. 厚朴种源苗期生长差异及优良种源选择研究[J]. 生态科学, 2009, 28(4): 311-317.

[15] Boyko A, Matsuoka A, Kovalchuk I. Potassium chloride and rare earth elements improve plant growth and increase the frequency of the agrobacterium tumefaciens-mediated plant transformation[J]. Plant Cell Reports, 2011, 30(4): 505-518.

[16] 何跃君, 薛立. 稀土元素对植物的生物效应及其作用机理[J]. 应用生态学报, 2005, 16(10): 1983-

1989.

[17] Wahid P A, Valiathan M S, Kamalam N V, et al. Effect of rare earth elements on growth and nutrition of coconut palm and root competition for these elements between the palm and calotropisgigantea[J]. Journal of Plant Nutrition, 2000, 23(3): 329-338.

[18] 沈应柏, 王骏, 杨春华, 等. 稀土元素对I-69杨水培苗木生长和光合作用的影响[J]. 北京林业大学学报, 1991, 13(4): 47-52.

[19] 张芹, 冯永军, 梁海永,等. 稀土元素对转基因741杨插穗质量和扦插的影响[J]. 河北农业大学学报, 2003, 26(4): 71-74.

[20] Thomas P J, Carpenter D, Boutin C, et al. Rare earth elements (REEs): effects on germination and growth of selected crop and native plant species[J]. Chemosphere, 2014, 96(2): 57-66.

[21] 仝川, 王玉震, 王昌伟,等. 叶面施肥对南方红豆杉针叶中紫杉醇和10-DAB含量的影响[J]. 生态学报, 2009, 29(2): 553-562.

[22] 郭炳桥, 钟全林, 马玉珠,等. 林分和气候因子对中国天然林根冠比的影响[J]. 应用与环境生物学报, 2016, 22(2): 326-331.

[23] 肖强, 茹巧美, 吴飞华,等. 一氧化氮对水稻叶片中由镧引起的氧化胁迫的缓解作用[J]. 中国稀土学报, 2007, 25(6): 745-750.

[24] 金姝兰, 黄益宗. 稀土元素对农田生态系统的影响研究进展[J]. 生态学报, 2013, 33(16): 4836-4845.