兰州市行道树法桐叶片营养和土壤养分 相关性分析

黄登婧，张 静，霍建强 ，程晓月，张建旗，廖伟彪

(1.甘肃农业大学 园艺学院， 甘肃 兰州 730070； 2.兰州市园林科学研究所，甘肃 兰州 730070)

法桐(Platanusorientalis)，又名三球悬铃木、法国梧桐、净土树、鸩摩罗什树、祛汗树。为大乔木，树高可达20～30 m，树冠呈阔钟形；干皮灰褐绿色至灰白色，呈薄片状剥落；花期4～5月，果实9～10月成熟[1]。作为国际上甄选的4大优良行道树之一，具有行道树之王的美称[2]。其遮阴效果好，对环境适应性强，又具有净化空气、减少噪音的作用，被世界各地广泛栽植[3-4]。法桐的缺点是幼叶表面绒毛脱落会造成环境污染，也会引起少数行人发生过敏反应。但法桐绒毛和果实脱落时正好在雨季，它所造成的污染相对较小[5-6]。法桐根系分布浅、耐修剪、喜湿润温暖、适宜于酸性或中性,且排水条件良好的土壤。鉴于以上的各种优点及兰州的栽培条件，张瑜等[7]、唐红等[8]报道兰州市应该更多推广应用法桐。有关兰州市行道树的调查结果显示，兰州市行道树搭配相对比较单一，包括法桐在内的新树种的栽植量依旧很小，仅占39%，且法桐多以幼、中龄树为主，老树少，长势较好[7]。近几年，虽然兰州市的行道树逐渐变得多元化，新树种被大量引进，但在栽植后发现包括法桐在内的一些树种出现了生长缓慢，树叶早期发黄、枯稍、死顶、枯边、枯枝等现象[9]。法桐在兰州和其他地方也存在类似的现象，如苏州古城区和北京市等地的法桐都有逐渐衰老的现象，其叶片发黄、长势衰弱和病虫害增多等现象[10-11]。根据法桐的生长特性，针对以上问题有相关研究提出了相应的改善措施，如培育生长快、寿命长、抵抗强的速生苗或者直接进行大树移栽；及时进行整枝修剪管理；改善土壤条件、病虫害防治等[4,12]。

对兰州市行道树的相关研究，主要集中在行道树树种的选择与搭配、养护与管理、土壤养分含量及盐碱性测定和施用有机肥对土壤肥力的影响等方面。而对法桐生长过程中树体及其立地土壤养分状况的研究目前报道较少。因此，采用叶分析法和土壤诊断法对兰州市具有代表性的4个区内法桐的叶片营养及立地土壤养分等进行测定，并分析了两者之间的相关性，为兰州市行道树法桐的生长管理提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 样品采集

2016年10月15日和2017年5月15日分别在兰州市西固区(重工业区)、安宁区(居民区)、七里河区(交通枢纽区)和城关区(交通枢纽及工业区)进行取样，每个区随机选取4个街道进行取样。每个街道4个样点，样点之间间隔15 m。取样时在树冠外围东、南、西、北4个方向，用高枝剪分别剪取外围新梢中部生长健康、无病虫害的叶片各25片，编号后放入保鲜盒。用土钻分别采集与叶片取样相对应树木的立地土壤，随机在距树干20～30 cm处分别取0～20，20～40和40～60 cm土层的土壤各3份，混匀后分别装入自封袋编号待用。

1.2 样品处理

及时清洗带回的新鲜叶片，用滤纸吸去水分，测定叶片相对含水量(RWC)。其余叶片清洗干净并吸干表面水分经20 min，105℃杀青，置于75℃鼓风干燥箱中烘干之后粉碎，贮存于无菌玻璃瓶中，贴标签备用。将土壤自然风干并去除杂物，研磨后经1 mm孔径筛子过筛，贮存于信封中做标注备用。

1.3 指标的测定

叶片叶绿素含量用SPAD-502Plus便携式叶绿素测定仪测定；全氮—H2SO4混合加速剂—蒸馏法；全磷—钼锑抗比色法；全钾—火焰光度计法；钙、镁、铜、铁—干灰化—原子吸收分光光度法。土壤pH-酸度计电位法；土壤有机质—高温外加热重铬酸钾容量法；速效氮—碱解扩散法；速效磷—碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾—醋酸铵浸提—火焰光度法；交换性钙、镁和有效铜、铁—原子吸收分光光度法[13-14]。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2010进行数据记录和处理；用SPSS 22.0统计分析软件进行显著性分析，并用Duncan法进行多重比较，用Pearson法进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 叶片相对含水量、叶绿素和营养元素含量分析

在夏季，4个区内叶片的RWC、叶绿素、全N、全P、全K、Ca、Mg和Fe的含量变化均不显著，而Cu含量在西固区显著高于安宁区和七里河区；秋季，叶片RWC、全N、全P、全K、Mg和Fe的含量在各区都无显著差异，城关区叶片的叶绿素、安宁区叶片的Ca含量显著低于其他区，并且这2个区中叶片的Cu含量都显著低于另外2个区。在4个试验区中，叶片的RWC、全P和Cu的含量都为夏季高于秋季，其中Cu的含量差异显著。而叶片Ca、Mg含量都为秋季高于夏季，但差异不显著，其余指标在各区夏季秋季之间变化不显著。安宁区的叶片RWC和Ca含量比其他区低，但差异不显著。叶片所含的各种矿质营养元素中含量最高的是全N(25.22～27.59 g/kg)其后依次为Ca、全K、全P、Mg、Fe，最少的是Cu(表1)。

表1 法桐夏秋季叶片营养元素的含量

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

2.2 土壤养分含量分析

兰州市的土壤整体偏碱性且养分含量也比较低，尤其是有机质的含量。土壤pH和速效N的含量呈秋季高于夏季的状态，后者在安宁区、七里河区和城关区内夏、秋季间的含量差异显著。其余指标基本都是夏季含量高于秋季。有机质的含量，除了安宁区，在其他3个区夏、秋季差异显著；速效K在西固区两季的含量存在显著差异。忽略季节整体分析，安宁区土壤pH为4个区中最高，即其碱性最强，其次为城关区。此外，安宁区土壤的有机质、速效N、速效P、速效K、交换性Ca和交换性Mg的含量都很低，尤其是速效N和速效P都显著低于其他区，而速效K和交换性Ca的含量与其他区的含量间不存在显著差异。土壤有效Cu的含量在西固区要显著高于其他区。有效Fe的含量在夏、秋季和各区之间都基本无差异(表2)。

表2 法桐夏秋季土壤状况

2.3 叶片相对含水量、叶绿素及营养元素之间的相关性分析

法桐叶片中RWC的含量除了与全P含量呈负相关外(相关系数-0.65)，与其余各测定指标均呈正相关，其中与Cu和Ca的相关性较大，相关系数分别为0.88和0.68。叶绿素含量与全N和Ca的含量呈负相关，与全P、全K、Mg、Cu呈正相关，与Fe含量显著正相关，相关系数为0.982(P<0.05)。叶片中全N含量与全P，Mg和Fe含量负相关，与全K，Ca和Cu呈正相关。叶片中Fe元素与全P正相关，与全K、Ca、Mg、Cu呈负相关，其中，Ca元素对Fe元素的抑制作用最显著，其相关系数达到了-0.999(P<0.01)。全K含量与Mg含量负相关，与Ca、Cu、Fe呈正相关，其中与Fe的相关性系数很小，为0.02。叶片Ca含量与Fe含量负相关，与Mg和Cu成正相关。Mg含量与Cu、Fe含量、Cu含量与Fe含量皆为正相关(表3)。

表3 法桐叶片各测定指标间的相关性

注：*表示P<0.05水平下显著相关，**表示P<0.01水平下显著相关，下同

2.4 土壤养分间的相关性分析

土壤各矿质元素之间存在相互作用，法桐立地土壤的pH与其他各测定指标的含量呈负相关，其中与有机质、速效P含量相关性较大，相关系数分别为-0.93和-0.90。土壤有机质、速效N、速效P含量与各营养元素含量都呈正相关，但都不显著。速效P含量与有机质和速效N的含量相关性较大，分别为0.88和0.87。土壤交换性Ca与交换性Mg显著正相关，相关系数为0.999(P<0.01)(表4)。

2.5 土壤pH、养分和叶片相对含水量、叶绿素及矿质营养的相关性分析

法桐土壤pH与叶片RWC、叶绿素、全N、全K、Ca和Cu的含量呈负相关，与叶片其余测定指标呈正相关，其中与RWC相关性显著，相关系数为0.962(P<0.05)。土壤有机质含量与叶片RWC、叶绿素、全N、全K、Ca、Cu和Fe正相关，与全P和Mg呈负相关。土壤速效P与叶片中全N、全K、Ca、Mg、Cu和Fe都呈正相关，与叶片全P显著负相关，相关系数为-0.955。土壤速效N和速效P与叶片全P显著负相关分别为-0.955、-0.964(P<0.05)，而与Ca显著正相关，相关系数分别为0.962、0.967(P<0.05)。土壤有效Cu与叶片全K显著相关，相关系数0.999(P<0.01)。叶片中N、Ca、Cu和Fe与其在土壤中的含量呈正相关，而P和Mg负相关(表5)。

表4 法桐立地土壤各测定指标间的相关性

表5 法桐立地土壤养分与其叶片营养的相关性

3 讨论

研究结果显示，夏季和秋季兰州市法桐叶片和立地土壤中的养分状况有一定的差异，这与法桐的生长规律和生长机理密切相关。在生长过程中，植物从土壤中吸收养分供应植株生长，而被运送到生长部位的养分又会通过调控库—源关系的方式来满足自身在不同的生长阶段对不同营养元素的种类和数量的需求[15]。因此，在夏、秋两季对法桐叶片和立地土壤进行养分测定结果有所不同。法桐叶片中全K的秋季含量高于夏季，这与张静等[16]对沙田柚的研究结果相反。因此时(10月)法桐的果实已经成熟，钾元素不再被更多地运到果实而是转移到叶片中，使得叶片中K的含量有所增加。法桐叶片中含量最高的是全N，其后依次为Ca、全K、全P、Mg、Fe，全P和Mg含量差异较小，含量最少的是Cu。这与黄开顺等[17]的研究结果一致。

兰州市的土壤偏碱性并且相对比较贫瘠[9,18]，这一结果在试验中得到了验证。其中有机质含量极低，除了施肥管理不到位以外，与人类的清扫行为和道路扩建与过度铺装等也有密切关系。道路扩建和过度铺装减少了土壤与空气的接触面积，从而减少了土壤中微生物的活性，而人类对落叶和杂草等的清除使土壤不能够通过微生物的降解作用来增加有机物质的积累。在4个试验区中，安宁区法桐立地土壤的营养状况最差且pH最大，这与前期有关兰州市七叶树立地土壤的营养状况西固区土壤养分最差的结果不一致[9]，主要与取样地点以及树种不同有关。西固区叶片和土壤中的Cu含量都明显高于其他区，这一结果主要是由于西固区是甘肃省和兰州市的核心工业区，为中国西部最大的石油化工基地，其生产过程中排放的含Cu的污染物的量相比于其他区要明显高于其他地区。

树体中水分和营养的供给主要来源于土壤，但叶片和土壤中的矿质元素并不是孤立存在的，其之间有的会存在相互协同作用，而有的则会发生拮抗作用[19-20]，陈娟[10]对苏州法桐的立地土壤进行测定，发现土壤呈弱碱性，同时铁和磷的供应不足，这与试验结果一致，因为较高的pH使得土壤中的磷和铁元素处于不易被吸收的状态，从而使可被利用的有效态含量减少。此外，土壤的pH与土壤的速效N、速效K、交换性Ca和有效Cu都呈负相关(表2)，因此pH较高时，从土壤吸收转运到叶片的相应矿质元素的含量也就比较少，从而使得土壤pH与这些矿质元素在叶片中的含量呈负相关的关系，而这些矿质元素的减少又密切影响着树体的光合、蒸腾等代谢过程，使RWC和叶绿素也有所减少。这与王莉莉[21]研究土壤pH对植物生长及生理特性影响的结果一致。在法桐立地土壤中，与臧成凤等[22]的研究结果一致，速效P与叶片中全N、全K、Ca、Mg、Cu和Fe含量都呈正相关，但也有研究发现磷肥会妨碍氮、钾的吸收，在磷肥的量过多时发生[23]。此外也有研究显示在果树吸收过程中P与Cu存在拮抗的关系，可能与根际培养介质中的氧化还原状况、pH以及微生物环境有关，其具体的原因还需要做进一步研究。近期试验发现银杏对氮素和钾的吸收具有协同作用[24]，这一结果同样存在于兰州市法桐中。在土壤条件最差的安宁区中，叶片与土壤养分之间的相互关系有较明显的体现，如安宁区法桐叶片中Ca的含量低，同时它在土壤中的含量也很低，而叶片与土壤中Ca元素的相关性分析显示两者呈正相关，可见是土壤中Ca元素的不足导致其在叶片中的含量低的状况。

4 结论

通过叶分析法和土壤养分诊断法测定并分析叶片营养和土壤养分相互关系，兰州市法桐立地土壤总体呈碱性，营养状况较差，尤其是安宁区，其土壤的有机质、速效N、速效P、速效K、交换性Ca和交换性Mg的含量都很低，且该区叶片的营养状况相对较差。4个区中法桐叶片和立地土壤中的营养状况在夏、秋季的状况有差异，且法桐叶片中的营养元素含量与其立地土壤中各元素的含量之间存在协同或拮抗作用。在对兰州市法桐进行施肥管理时，应根据叶片和土壤的实际营养状况，结合不同生长期对养分的需求合理施肥(尤其是安宁区)，建议少施碱性肥料。