不同施肥处理百香果土壤-植株碳氮磷化学计量特征*

吴应海，张丽敏，蔡国俊，彭 熙，张孙健，李安定

(贵州省山地资源研究所，贵州 贵阳 550001)

0 引言

土壤养分是土壤生态系统的重要组成部分和土壤肥力的重要物质基础，直接反映土壤生产力高低，也是保证植物生长和发育所需营养元素的主要来源[1-2]。植物吸收养分的数量和种类取决于植物对养分的需求和土壤供应养分的能力，同时也受植物自身生长过程及土壤养分转化过程相关因素的影响[3]。在土壤-植物系统中，土壤和植物是一个相互作用、相互影响、相互制约、协调发展的统一体，土壤为植物提供必需的营养物质，而植物的生存也影响土壤的形成和发育[4]。在养分循环过程中，碳(C)、氮(N)、磷(P)元素作为生命元素驱动其他元素的循环与转化，是植物生长及土壤肥力的核心。生态化学计量学是结合生物学、化学，研究生态系统能量平衡和物质循环的科学，通过研究不同营养元素在土壤-植物间的计量比，分析自然界生态生物学特征[5-6]，目前已广泛应用于生态系统养分供应与需求的平衡[7-9]。近年来，许多学者运用生态化学计量方法研究了农田生态系统、森林生态系统等土壤-植物之间的物质与能量循环关系，江叶枫等[10]研究了江西省耕地土壤N、P化学计量变化特征及影响因素，发现氮肥施用量是引起土壤N、P生态化学计量空间变异的主要因素；阿布里孜·阿不都热合曼[11]研究不同水肥梯度下罗布麻和盐爪爪两种植物C、N、P化学计量特征及对氮磷肥的重吸收率，发现对氮磷肥的重吸收率与不同水分梯度有关；施家月等[12]对浙江天童植物器官的氮磷养分特征的研究发现植物不同器官营养含量不同，叶中N和P含量明显高于根茎；王维奇等[13]研究发现闽江河口湿地互花米草植物体地上器官C∶N、N∶P、C∶P比值高于叶茳芏。百香果作为贵州省主要的12大扶贫产业之一，2020年已推广种植15.68万亩，但是其水肥需求规律及对土壤的交互作用目前研究甚少，为了弄清百香果的需肥特性，本研究以贵州省黔南州平塘县特色藤本产学研基地“平塘1号”百香果为研究对象，采用盆栽试验，研究不同施肥处理下百香果土壤-植株在不同生育时期对施肥处理的响应，旨在为贵州省百香果产业发展提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

该试验在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇光明村特色藤本产学研基地进行，东经106°48′19″，北纬25°43′37″，以喀斯特地貌为主，土壤类型为黄壤。该区域海拔853 m，气候属中亚热带湿润季风气候，年均温17 ℃，年降雨量1350 mm左右，无霜期312天。

1.2 施肥试验设计

该试验是室内盆栽控制试验，于2019年4月选择大小基本一致的健康百香果苗进行试验。施肥处理设置5个梯度，每株分别以基肥的方式不施肥(CK)、50 g、100 g、150 g、200 g，施肥为氮磷钾配比15∶15∶15的复合肥，每个处理重复8株，3个生长周期，共120株。试验土壤及植株根、茎、叶养分含量见表1。

表1 试验土壤-植株养分含量基本情况Tab.1 Basic situation of soil-plant nutrient contents

1.3 样品采集与处理

于2019年6月(生长期)、10月(结果期)、12月(越冬期)分别采集土壤，植株根、茎、叶，每个处理每次采集8株，每次共采集40株，装入自封袋，土壤带回实验室自然风干，过0.15 mm筛，保存备用，植株根带回实验室洗干净，连同茎、叶放入烘箱中烘干，过0.15 mm筛备用。分别测定土壤-植株(根、茎、叶)碳、氮、磷含量。

1.4 数据分析

用Excel 2010 进行数据统计，采用SPSS 20.0软件进行数据分析和制图。采用单因素方差分析法和最小差异显著法分析差异性，P<0.05表示差异性显著。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理百香果土壤-植株C、N、P含量变化

由图1可知，在不同施肥处理下，百香果土壤-植株C含量在不同生育时期未表现出显著性差异，N、P含量则差异显著，随着施肥量增加，不同生育时期土壤-植株N、P含量呈增长趋势，施肥量200 g处理的土壤-植株N、P含量最高，CK处理最低；在土壤-植株不同器官中，C、N含量表现为植株叶片>茎>根>土壤，P含量在植株茎中表现最高(表2)。植株C、N、P含量分别为449.57 g/kg、25.27 g/kg、3.39 g/kg，土壤C、N、P含量分别为21.38 g/kg、0.76 g/kg、0.26 g/kg，植株含量是土壤的13～33倍，且叶片N、P含量明显高于根茎；在不同生育时期，土壤-植株N、P含量表现出生长期>结果期>越冬期。

表2 百香果土壤-植株碳氮磷含量Tab.2 Contents of soil-plant C，N，P of passion fruit

图1 不同施肥处理下不同生长时期百香果土壤-植株碳氮磷含量(大写字母表示不同施肥处理之间的差异，小写字母表示不同生长时期之间的差异(P<0.05))Fig.1 Contents of soil-plant C，N，P of passion fruit in different growth stages under different fertilization treatments

2.2 不同施肥处理百香果土壤-植株C、N、P化学计量特征

图2中，百香果土壤-植株C/N、C/P、N/P在不同施肥处理下均表现出显著性差异，随着施肥量的增加，C/N、C/P、N/P呈下降趋势。在土壤中CK处理C/N、C/P、N/P分别为68.11 g/kg、387.03 g/kg、5.90 g/kg，显著高于其他施肥处理；在不同生育时期，植株根茎C/N、根茎叶C/P、叶N/P均表现出越冬期和结果期大于生长期，而植株叶C/N、根茎N/P则在生育期、结果期、越冬期基本保持不变；无论是哪一个施肥处理，百香果植株在生长期和越冬期的N∶P小于14，在结果期低施肥处理下，N∶P大于16。

图2 不同施肥处理下不同生长时期百香果土壤-植株碳氮磷化学计量比(大写字母表示不同施肥处理之间的差异，小写字母表示不同生长时期之间的差异(P<0.05))Fig.2 Stoichiometric ratio of soil-plant C，N，P of passion fruit in different growth stages under different fertilization treatments

2.3 不同施肥处理下百香果土壤-植株C、N、P化学计量比相关性

百香果土壤-植株C、N、P化学计量比相关性分析(表3)可知，在C/N中，土壤-根在CK、50 g、150 g处理表现出显著相关关系，土壤-茎和土壤-叶在CK、100 g处理表现出显著相关关系，茎-叶在CK、50 g、100 g、150 g处理表现出极显著相关关系；C/P中，土壤-根、土壤-茎在50 g、100 g、150 g处理表现出显著相关关系，根-茎在所有施肥处理中均表现出显著相关；N/P中，土壤-叶在200 g处理表现出极显著相关关系，根-茎、根-叶在50 g、100 g处理中均表现出显著相关。

3 讨论

3.1 不同施肥处理下百香果土壤-植株C、N、P含量变化特征

在不同施肥处理下，百香果土壤-植株C含量在不同生育时期未表现出显著性差异，N、P含量则差异显著，随着施肥量增加，不同生育时期土壤-植株N、P含量呈增长趋势，说明施肥量为200 g时植株生长最好。百香果土壤-植株C含量不受施肥影响可能是试验所施肥为氮磷钾复合肥，未施入有机肥，导致土壤C含量不变，而植株主要通过光合作用合成糖类，和试验施肥无关，故土壤-植株C含量无显著变化；在土壤-植株不同器官中，C、N含量表现为植株叶片>茎>根>土壤，P含量在植株茎中表现最高，植株养分含量明显高于土壤，这与其他研究结果相一致[11，14-16]。叶片是植株饱和亏缺营养元素最敏感的部位，对外界因子的响应最为迅速，因此在施入复合肥后，叶片C、N含量最高，施肥处理后植株不同器官里C、N、P含量分布规律不一致，说明植株不同器官对营养元素的种类、数量及比例有着不同的需求及摄取能力[17-19]，这可能是植株对养分需求的种类及数量主要受自身代谢过程的控制，与植株本身的基因有关的缘故[20-24]；在不同生育时期，土壤-植株N、P含量表现出生长期>结果期>越冬期。主要是因为施肥是作为底肥一次性施入的，而生长期又是植株生长最快的时期，需肥量大。到了结果期和越冬期，土壤中的养分已不能满足植株的需求，从而出现养分含量表现为生长期最多，结果期最少。

3.2 不同施肥处理下百香果土壤-植株养分限制特征

C、N、P是植株生长和各种生理机制调节最主要的营养元素[25-28]。植株C∶N 和C∶P可以直接反映植物的生长速度[29，16]，且与植株N、P的利用效率有关[30-31]。大量研究发现，植株叶片N∶P是反映植株生长过程中受N、P养分限制状况[32-34]。Wassen[17]和Meuleman[35]通过实验确定，植物生长受N和P阈值的限制。当 N∶P<14时，植物生长主要受N限制；当N∶P>16时，植物生长主要受 P限制；当N∶P 在14～16时，则受N和P的共同限制。本研究中，无论是哪一个施肥处理，百香果植株在生长期和越冬期的叶片N∶P均小于14，说明百香果在生长期和越冬期主要受N元素限制，百香果在生长期处于快速生长状态，N有利于促进植物生长，所以需氮量较大[36-37]，而在越冬期，百香果植株刚挂完果实，树式较弱，养分耗尽，需要补充营养，氮肥能快速促进其恢复，所以在百香果生长期和越冬期要注意N肥的补充；在结果期的低施肥处理下，叶片N∶P大于16，说明百香果在结果期主要受P元素限制，P主要参与百香果果实的形成，对三磷酸腺苷需求较大而核糖核酸合成较多有关[31，38-39]，促进百香果生殖生长，故在百香果结果期需要补足P肥。

4 结论

百香果是属于大水大肥的一种果树，对水肥需求量较大。在本试验中，每株施用200 g复合肥土壤-植株不同器官养分含量最高，效果最佳；在不同生育时期，百香果需肥量及种类有所不同，在生长期和越冬期应满足N肥的需要，在结果期提高P肥的施用量。本研究只涉及了复合肥的施用，未考虑其他肥料及水肥耦合的效果，今后应该拓宽肥料种类及施用量及水的耦合作用，为百香果的种植提供更详细的水肥需求规律。