DRIS法在金花茶和山茶营养诊断上的应用研究

韦献东，卢晶晶，陈 鑫，陶志华，郝蕴祺，王凌晖

（1.广西大学林学院，广西 南宁 530004；2.广西国有六万林场，广西 玉林 537004）

【研究意义】广西有“世界八角之乡”的美称，也是八角（Illicium verumHook.f.）的重要生产基地[1]，种植面积和年产量均占全国的90%以上；金花茶（Camellia nitidissimaChi）属山茶科（Theaceae）金花茶组（C.SectionChrysantha）植物，被人们公誉为“世界珍品”“茶族皇后”，属国家一级保护珍稀植物，国外称之为“幻想中的黄色山茶”[2-4]；山茶（C.japonicaL.）是山茶科（Theaceae）山茶属植物，是我国十大传统名花之一，兼具观赏价值、药用价值和经济价值，市场需求量大，应用广泛[5-6]，八角林下套种金花茶和山茶模式是广西快速发展经济林的重要组成部分。金花茶和山茶具有极高的经济价值，能够短时间内提高八角林的经济效益，运用诊断施肥综合法（Diagnosis and Recommendation Integrated System，DRIS）得出合理施肥措施是提高广西八角林经济效益的有效途径[7-8]。【前人研究进展】植物需肥诊断一般采用植物养分综合管理系统法、土壤养分诊断、外部形态症状诊断、DRIS法[9]，有研究表明，DRIS法主要通过对植物叶片营养元素含量（植物叶片组织内的营养状况能更直接地反映整体营养的丰缺情况，比通过对土壤观测判断植物营养状况更合理）及其比值进行诊断，最终确定需肥顺序和施肥量[10]。DRIS法在经济林上的运用也屡见不鲜，现阶段主要应用的树种有樟树〔Cinnamomum camphora（L.）Presl〕、尾巨桉（Eucalyptus urophylla×E.grandis）、油茶（C.oleifera）、杧果树（Mangifera indicaL.）[11-14]，但是在金花茶和山茶上的运用鲜有报道。【本研究切入点】目前，广西种植的八角林收入周期较长，受自然环境因素影响大，采伐成本较大，迫切需要林下经济植物来提高八角林的效益[15]，因此对林下经济植物的研究不可或缺。【拟解决关键问题】通过对八角林下的金花茶和山茶进行营养诊断，再根据诊断结果及植物营养与肥料的关系进行平衡施肥，提高经济林生产力和肥料利用率，为经济林下植物的栽培养护提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广西玉林市国有六万林场的河嵩分场（地理坐标109°51′E、22°33′N），年平均降水量1 655 mm，年平均气温21.5 ℃。试验地坡度12°～15°，东南坡向，土壤为赤红壤，总P含量0.41 mg/g，全K含量14.32 mg/g，总N含量1.06 mg/g，有机质24.11 mg/g，pH值5.35。该试验地的自然条件十分适合八角、金花茶和山茶的种植生长。

1.2 试验设计

试验以林冠郁闭度0.9、林龄23年、栽植密度为500株/hm2的八角人工林为基础。2015年3月，通过均匀间植、抚育修枝，以目测法结合采用CI-110植物冠层分析仪[16]进行测量，形成郁闭度约为0、0.5、0.7、0.9等4个梯度系列的样地，随后种植金花茶和山茶，金花茶、山茶苗木均为林场提供的苗高、地径一致的两年生嫁接苗，另设置一块空地种植金花茶和山茶作为对照（CK），每隔5个月进行一次抚育修枝调控林冠郁闭度。采用单因素随机试验设计，每个郁闭度设置3个重复，每个重复小区面积1 333.34 m2，种植密度为1 333株/hm2。为避免边缘效应的影响，每个树种分别在每小区中间部分设置固定标准地，固牌测定的株数为30株。

1.3 试验方法

1.3.1 样品采集 于2016年12月对金花茶和山茶叶片进行采样，此时金花茶和山茶处于休眠期，叶片内组织养分及含量处于相对稳定状态。根据金花茶和山茶生长的情况将其划分为高产组和低产组；采样时间均在上午9: 00～10: 00，每个样地选择3株标准苗进行取样，每株选取3片健康功能叶，用液态氮冷冻后放入冰盒带回实验室。

1.3.2 指标测定及方法 株高地径：株高为植株顶部到基质表面的高度，用钢卷尺（精度0.1 cm）测量；地径为距基质表面0.5 cm处茎干的直径，用数显游标卡尺（精度0.01 mm）测量。

叶片指标测定：称取样品0.2 g，用H2SO4-H2O2消化后，全N采用凯氏定氮法[17]测定；全P采用钼锑抗法测定；全K采用火焰光度计法测定；含水率采用干燥法[18]测定。

1.3.3 数据处理 DRIS指数表示金花茶和山茶对某种营养需求强度[19]。营养不平衡指数值（Nutrient Imbalance Index，NII）为0，表示该营养元素含量处于平衡状态；NII为正值，表示该元素含量相对过剩；NII为负值，表示该元素含量相对缺乏。具体计算公式如下：

式中，A/B和a/b分别表示金花茶和山茶低产和高产叶片A、B养分元素的浓度比，CV代表a/b的变异数，n为参与营养诊断的营养种类数。

1.4 统计分析

数据处理采用Excel，统计分析采用SPSS 22.0和DPS，多重比较分析采用Duncan修复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同郁闭度下金花茶和山茶叶片各元素含量差异

经过方差分析得出，郁闭度对金花茶和山茶的叶片全N、P、K含量均有显著或极显著影响。由表1可知，随着郁闭度的增加，金花茶叶片的全N和全P含量呈现“增加-减小”趋势，在郁闭度0.7时含量最大，且与其他处理间差异极显著；叶片全K呈现增加趋势，在郁闭度0.9下最大，与其他处理间差异极显著；叶片含水率呈现“增加-减小”趋势，在郁闭度0.7下最大，且与其他处理间差异显著。山茶叶片的全N、P、K含量以及含水率均呈现出增加趋势，在郁闭度0.9下最大，与其他处理间差异极显著。两种植物的全N、P、K含量以及含水率均在全光照下最小。由以上分析可得，金花茶的叶片营养状况在郁闭度0.5、0.7条件下较好，山茶的叶片营养状况在郁闭度0.7、0.9条件下较好。

表1 不同郁闭度下金花茶和山茶叶片总氮、总磷、总钾含量差异Table 1 Content of total N, P and K in leaves of Camellia nitidissima and C.japonica under different canopy density conditions

2.2 金花茶和山茶叶片营养DRIS诊断

2.2.1 金花茶和山茶高低产分组 根据实际经验和实测金花茶和山茶的株高、地径、生物量等数据，将金花茶和山茶分为高产组和低产组：郁闭度0.5、0.7分为高产组，全光照和郁闭度0.9分为低产组（表2）。

2.2.2 DRIS参数确定 金花茶和山茶DRIS参数的筛选根据DRIS法的计算原理[20]，将各金花茶和山茶的叶片N、P、K养分含量以N/P、P/N、N/K、K/N、K/P、P/K等6种表现形式，分别计算金花茶和山茶高产组（郁闭度0.5、0.7）和低产组（全光照、郁闭度0.9）各种表达形式的平均值、方差、变异系数CV以及方差比（VL/VH），并对其不同形式的方差进行显著性检验，通过F检验将达到显著水平的表现形式作为DRIS参数，如N/K和K/N，只选择差异最显著的一个作为重要参数。结合表3、表4检验结果，N/P、N/K、K/P等3种表现形式的方差比达到5%显著水平，因此确定这3种表现形式作为DRIS诊断的重要研究参数。

表2 不同郁闭度金花茶和山茶生长指标Table 2 Growth indicators of Camellia nitidissima and C.japonica under different canopy density conditions

表3 金花茶和山茶DRIS营养诊断参数Table 3 Statistical table of DRIS diagnostic parameters of Camellia nitidissima and C.japonica

2.2.3 DRIS指数法确定需肥顺序 从表4可以看出，金花茶和山茶的3种营养元素都处于不平衡状态，且不同郁闭度的不平衡程度也不同。就金花茶而言，在全光照下，N值（14.15）和P值（6.57）均为正值，K值（-20.72）为负值，且绝对值表现为K＞N＞P，表示K肥缺乏，需要及时补充K肥，N肥相对P肥充足，因此可以依次推断出金花茶在全光照下对N、P、K的需肥顺序。由表4各指数值可知，金花茶在全光照、郁闭度0.5、郁闭度0.7、郁闭度0.9下的需肥顺序为K＞P＞N、N＞P＞K、K＞N＞P、P＞N＞K；山茶在全光照、郁闭度0.5、郁闭度0.7、郁闭度0.9下的需肥顺序为N＞P＞K、K＞P＞N、K＞N＞P、P＞K＞N。NII值代表营养不平衡指数，是各元素DRIS指数绝对值的和，NII值越小表示营养越平衡，NII值越大表示营养越不平衡，NII值等于或接近0时营养达到平衡。金花茶NII值表现为郁闭度0.9＞CK＞郁闭度0.7＞郁闭度0.5，山茶NII值表现为CK＞郁闭度0.9＞郁闭度0.5＞郁闭度0.7，金花茶高产组（郁闭度0.5、0.7）的NII值远低于低产组（全光照、郁闭度0.9）的NII值，说明金花茶低产组内营养元素比高产组更不平衡，更需要肥料供给和平衡施肥；山茶在郁闭度0.7、0.9下的NII值低于全光照、郁闭度0.5，说明山茶的营养元素在全光照、郁闭度0.5下更不平衡，更需要肥料供给和平衡施肥。金花茶在郁闭度0.5下和山茶在郁闭度0.7下的营养相对其他处理更平衡，说明山茶比金花茶更适合在郁闭度高的地方种植生长。

表4 金花茶和山茶叶片营养元素含量及DRIS诊断指数Table 4 Contents of nutrient elements in leaves and DRIS diagnosis indexes of Camellia nitidissima and C.japonica

3 讨论

本研究中林冠郁闭度的改变会引起八角林下的光照、温度、湿度等环境因子的变化。叶片是植物进行光合作用等代谢活动的重要场所，叶片中N、P、K含量不仅反映植物自身的生长特性，也是植物对生长环境长期适应的结果[21]。相关研究结果表明，植物叶片营养元素的含量不仅由自身生理结构决定，植物通常会可伸缩性地调整营养元素化学计量特征来适应环境条件的变化[22]。本研究发现，在高郁闭度（0.7、0.9）下金花茶和山茶叶片N、P、K含量明显高于低郁闭度环境，可能是因为高郁闭度下金花茶和山茶的生长环境（如温度、湿度、光照等）会发生变化，进而促进植物的自我调节。魏太平等[23]对马尾松（Pinus massoniana）林下土壤生物的研究结果也表明，马尾松人工林在郁闭度0.7下，湿度和温度适宜，土壤生物数量最多，土壤与根系之间的相互作用强，微生物加速了林地凋落物的分解，为马尾松的快速生长提供了更多的N、P、K等营养元素。

DRIS法的理论依据是植物正常生长发育所需养分是均衡的，一种养分与其他养分的比值均为最适值，因此DRIS法被广泛运用于作物营养诊断，尤其是经济树种。例如，康专苗等[14]在帕拉英达杧果树（Mangifera indicaL.）施肥诊断中应用DRIS法，结果发现全部果园的Mg指数均为负值，表明果园急需补充镁肥；郭素娟等[24]在燕山早丰板栗（Castanea mollissimacv.Zaofeng）也采用了DRIS法，结果发现迁西县西北和西南地区的板栗园的需肥顺序中Mn均排在首位，表明该地区的板栗园普遍存在养分Mn缺失的问题；邹智滢等[19]在对芳樟（Cinnamomum camphoravar.iinaloolifera）的不同施肥处理中同样也运用了DRIS法，结果表明芳樟对N元素的需求量最大，其次是P、K元素。本研究采用DRIS法对金花茶和山茶营养进行了诊断，结果表明：金花茶在郁闭度0.5、0.7下指数绝对值较小，养分更平衡，而山茶在郁闭度0.7、0.9下养分更平衡，可见，山茶相对金花茶更适宜高郁闭度的生境。金花茶和山茶的N、P、K元素都处于不平衡状态，且不同郁闭度下不平衡程度也不同，这一方面与土壤N、P、K含量有关，另一方面也可能因为郁闭度的不同影响了两种植物的生长生理特性，造成叶片N、P、K含量的差异，进而导致需肥顺序的差异。然而，DRIS叶片诊断结果反映的仅仅是树体养分均衡状况以及树体养分含量之间相对不足或过量，而相对于土壤相对应的元素含量是否缺失或过剩，仍需对土壤养分含量进行进一步调查和验证，如果把DRIS诊断土壤养分含量和施肥经验结合起来运用，结果会更加准确。例如，刘茂桥[25]通过对贵州核桃园的土壤和核桃（Juglans regiaL.）叶片养分状况的协同分析，得出核桃园土壤的速效K、有效B、有效Fe相对缺乏，85%的核桃园叶片的K缺乏最为严重，相对应地对土壤和叶片进行营养补充能够提高核桃产量。

4 结论

本试验结果表明，不同郁闭度处理均对金花茶叶片的全N、P、K含量有显著影响。金花茶叶片营养状况在郁闭度0.5、0.7下较好；山茶叶片营养状况在郁闭度0.7、0.9下较好。从叶片营养角度来看，山茶比金花茶更耐遮阴。NII值大小显示，金花茶高产组（郁闭度0.5、0.7）的NII值远低于低产组（全光照、郁闭度0.9）的NII值，山茶在郁闭度0.7、0.9下的NII值低于全光照、郁闭度0.5，表明金花茶低产组内营养元素比高产组更不平衡，山茶的营养元素在全光照、郁闭度0.5下更不平衡，更需要加强施肥和平衡施肥。根据DRIS指数法确定施肥顺序得出，金花茶在全光照、郁闭度0.5、郁闭度0.7、郁闭度0.9下的需肥顺序分别为K＞P＞N、N＞P＞K、K＞N＞P、P＞N＞K；山茶需肥顺序为N＞P＞K、K＞P＞N、K＞N＞P、P＞K＞N。