生长调节剂喷施对白枪杆幼苗N、P、K 化学计量特征的影响

井卉竹 董 琼 段华超 叶 澜

（西南林业大学西南地区生物多样性保育国家林业局重点试验室，云南 昆明 650233）

氮（N）、磷（P）、钾（K）作为植物生长发育必需的三大营养元素[1]，其含量、分布以及生态化学计量可以反映出不同器官内各元素的分配规律和相互作用，同时可以作为判断植物生长发育限制性元素的重要依据[2−4]，是当前生态学研究的主要内容和热点[5−6]。有研究表明各营养元素在不同器官内分配不一致，不同阶段植物对营养元素的吸收和利用能力也存在差异，从而导致营养元素化学计量特征在季节、年内、年际间存在差异[3,7−8]。目前有关N、P、K 化学计量特征的研究主要集中于叶片，关于根和茎化学计量特征的报道较少。植物生长调节剂是具有植物激素功能，可以调节植物代谢和生理功能的人工合成的有机物质[6]，并且已广泛用于农业、林业和其他领域[9−10]。细胞分裂素（CTK）可以促进细胞分裂和分化，促进根茎的生长，维持顶端优势[11−12]。生长素可以促进生物量积累，增加叶绿素含量，提高根系活力和光合速率[13]。赤霉素（GA3）主要促进细胞分裂和伸长，还可以通过长距离和短距离运输多方面调控植物生长发育[14]。有研究表明，植物生长调节剂复配比单独使用效果好[15]。程晟等[15]试验表明适合浓度的乙烯利（ETH）、多效唑（PP333）和吲哚乙酸（IAA）可以提高玉米的产量。黄杰等[16]研究发现适当浓度的生根粉（GGR）、IAA和PP333混合可以促进黄花铃木的生长，提高叶绿素含量和光合速率。

白枪杆（Fraxinus malacophylla），木犀科梣属植物，落叶乔木，高约10 m；树皮灰白色。产于云南、广西，分布于海拔500～1 500 m 的石灰岩山地次生林中，为优势种之一[17]。白枪杆可以较好的适应滇南石漠化山地，是石漠化治理中优良的阔叶乔木伴生树种。其生长速度不慢，造林成活率高，植被恢复效果好，被广泛应用于当地植被恢复工程[18]。此外，白枪杆具有较高的产业化前景，其木材可以做家具、农具，根皮可入药。当前对白枪杆的研究主要集中于造林技术[19]、化学成分分析[20]和施肥及激素对其生长发育的影响[21]，激素方面的研究主要集中于促进种子萌发[22]，在不同器官N、P、K 质量分数及生态化学计量方面鲜有研究。本试验选用CTK 中较常见的玉米素（ZT）、生长素中的IAA 和GA3进行正交试验，对白枪杆幼苗叶片进行喷施，通过预试验来设定ZT 浓度，IAA 和GA3浓度参考黄杰等[16]的试验来进行设定，试验结束后测定不同器官内N、P、K 的含量，分析不同器官中N、P、K 含量与各处理间的关系、不同器官中N、P、K 的化学计量特征以及N、P、K 在各器官中的分配策略，并筛选出白枪杆幼苗N、P、K 在根、茎、叶中较优分配比例的处理组合。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在西南林业大学树木园，位于东经102°46′，北纬25°03′，海拔1 964 m。为亚热带高原季风气候区，霜期短，气候温和，历史上年极端气温最高31.2 ℃，最低−7.8 ℃。，年平均降水量1 035 mm，年平均相对湿度67%。

1.2 试验材料

白枪杆试验幼苗由云南省红河州建水县林业局提供，平均苗高6～7 cm，平均地径1.22 mm，于2019 年6 月完成脱肥处理，再移植于无纺布容器中，基质为V腐殖质∶V红壤=1∶2，每袋1 株，定期浇水。选择长势一致的幼苗，于2019 年7 月至12 月开展试验。

供试生长调节剂为GA3、IAA（上海伯奥生物科技有限公司生产）、ZT（上海源叶生物科技有限公司生产），无纺布袋（直径11 cm×高15 cm），蒸馏水。

1.3 试验方法

采用ZT（A），IAA（B），GA3（C）3 种植物生长调节剂进行L9（33）正交试验（如表1）。每个处理6 株，3 次重复，共162 株。试验期间每隔30 d 喷施1 次配置好的植物生长调节剂，每次喷施以叶面布满液滴但不下滴为宜。

表1 正交试验设计组合表Table 1 Combination table of orthodect experiment design

续表 1

1.4 样品采集及营养元素含量测定

于12 月末将样品采回实验室，用去离子水洗净，置于烘箱中105 ℃杀青30 min，然后在80 ℃条件下烘干至恒质量，取出并称量，用高速粉碎机将样品粉碎过0.149 mm（100 目）筛，分别装袋编号，待用。全N 采用H2SO4−H2O2消煮法；全P 采用H2SO4−H2O2消煮，钼锑抗比色法，全K 采用H2SO4−H2O2，火焰光度法[23]。

1.5 数据分析与处理

试验数据通过Excel 2013 和SPSS 25.0 软件进行分析与比较，Origin 2018 作图。利用采用LSD多重比较方法分析同一器官不同处理N、P、K 化学计量特征之间的差异；相关性分析分析3 种植物生长调节剂与各器官内N、P、K 质量分数及其比值的关系，各处理不同器官N、P、K 占比为各器官中N、P、K 积累量占总元素积累量的比值。

2 结果与分析

2.1 不同处理白枪杆各器官N、P、K 质量分数及其比值

2.1.1 白枪杆各器官N、P、K 化学计量平均值

由表2 可知，白枪杆N 质量分数在不同器官中存在显著差异（P0.05），表现为叶根茎；各器官P 平均质量分数在不同器官差异不显著，表现为茎根叶；各器官K 平均质量分数存在显著差异（P0.05），表现为叶茎根。各器官中N∶P、N∶K、K∶P 存在显著差异（P0.05），均表现为叶根茎。

表2 白枪杆不同器官N、P、K 化学计量平均值Table 2 Average content and stoichiometric ratio of N,P and K in different organs of F.malacophylla

2.1.2 不同处理白枪杆各器官N、P、K 质量分数

由图1 可知，各处理间不同器官内N 质量分数存在显著性差异（P0.05），其中处理4 叶片中N 质量分数最高为18.44 mg/g，远高于其他处理叶片N 浓度；茎中处理1、4、5、6 的N 质量分数高于其他处理，其中处理6N 质量分数最高，为6.60 mg/g；处理3 的根中N 质量分数最高，为10.83 mg/g。各处理间P 质量分数存在显著差异（P0.05），处理2 的叶片中P 质量分数为2.85 mg/g，为9 组处理中最高；茎中P 质量分数最高的是处理4，为3.06 mg/g；处理1 根中P 质量分数最高，为2.78 mg/g。各处理中K 质量分数存在显著差异（P0.05），处理6 中叶片中K 质量分数为15.01 mg/g，为9 组处理中最高；处理7 中茎的K 质量分数最高，为14.04 mg/g；处理5 根中K 质量分最高，为11.22 mg/g。

图1 不同处理白枪杆各器官氮质量分数Fig.1 Content of N in different organs of F.malacophylla under different treatments

2.1.3 不同处理白枪杆不同器官N、P、K 比值

由图2 可知，不同处理各器官中N∶P 存在显著差异（P0.05），处理6 中叶和茎中N∶P最大，分别为8.17 和2.97。处理9 根中N∶P 最大，为5.08。不同处理各器官中N∶P 值在不同器官中均小于14。不同处理各器官中N∶K 存在显著差异（P0.05），对叶片N∶K 值而言，处理1 和处理4 值最大，分别为1.51 和1.48；茎中处理1 和处理6N∶K 值最大，分别为0.57 和0.56；根中处理9N∶K 值最大为1.37。不同处理各器官中N∶K 均小于2.1。不同处理各器官中K∶P 存在显著差异（P0.05），叶片中K∶P 值最大值为8.33，是处理6；茎中K∶P 最高的是处理3，最大值为0.33；根中K∶P 最大为处理3，最大值为5.13。茎中K∶P 小于3.4，叶和根中K∶P 大于3.4。

图2 不同处理白枪杆各器官氮钾比Fig.2 Stoichiometric ratio of N,P,K in different organs of F.malacophylla under different treatments

2.2 各处理不同器官中白枪杆不同器官N、P、K 的分配策略

如图3 可知，各处理间根、茎、叶中N、P、K 分配均表现出显著差异（P0.05），各处理间白枪杆的N、K 在营养器官的分配总体表现为叶根茎，P 在营养器官中的分配表现为茎根叶。N 含量在叶、茎、根所占得比重分别为38.89%～53.17%、15.55%～21.20% 和28.53%～35.11%的范围内，其中处理4 中叶片N 含量所占比重最大，根次之，茎中所占比重最小。对于P 在不同器官中分配而言，各器官中P 元素含量平均值相差不大，根、茎、叶中所占的比重为39.80%～36.97%、29.29%～37.26% 和28.49%～40.52%，根据各器官中比重平均值比较得出，茎所占比重最大为34.14%，根次之为33.11%，叶片中最少32.74%。K 元素在在叶、茎、根中所占比重分别为32.61%～40.80%、31.57%～40.38%和25.40%～30.63%，叶片中所占比重最大为36.72%，茎次之为35.57%，根所占比重最小为27.71%。

图3 各处理白枪杆N、P、K 含量在各器官内的分配Fig.3 Allometric relationship of N,P and K contents of different organs in F.malacophylla

2.3 生长调节剂与氮磷钾化学计量特征的相关关系

如表3 可知，ZT 与叶片中N 质量分数呈极显著负相关关系（P0.01）；与茎中P 质量分数呈极显著正相关关系（P0.01）；与根中N 质量分数呈显著正相关关系（P0.05）。IAA 与叶片中N 和P 质量分数呈极显著负相关关系（P0.01），与叶片中K 质量分数呈极显著正相关关系（P0.01）；与茎中P 质量分数呈极显著负相关关系（P0.01），与根中N 质量分数呈极显著正相关关系（P0.01）。GA3与叶片中K 质量分数、茎中N 质量分数和根中P 质量分数呈极显著负相关关系（P0.01）；与茎中K 质量分数和根中K 质量分数呈极显著正相关关系（P0.01）。

表3 生长调节剂与白枪杆N、P、K 化学计量特征的相关关系Table 3 Correlation between growth regulators on ecological stoichiometry characteristic of N,P and K in F.malacophylla

ZT 与叶片中N∶P、N∶K 呈极显著负相关关系（P0.01）；与茎中N∶P、K∶P 呈显著性负相关关系（P0.05）；与根中N∶K 呈显著性正相关关系（P0.05）。IAA 与叶片N∶K 呈极显著性负相关关系（P0.01），与茎中N∶P 呈显著性正相关关系（P0.05）。GA3与叶中K∶P、茎和根中的N∶K 呈极显著负相关关系（P0.01）；与叶片中N∶K 呈极显著性正相关关系（P0.01）；与茎中K∶P 呈显著性正相关关系（P0.05），与根中的K∶P 呈极显著正相关关系（P0.01）。

3 结论与讨论

3.1 白枪杆各器官N、P、K 化学计量特征的总体特征

植物对生长调节剂的响应首先表现在生理和生态功能上[24]。植物各营养元素含量会因环境因素以及植物自身的生理特性而产生差异。植物不同器官N、P、K 含量可以体现出植物对养分的吸收和需求，反映出植物对不同环境的适应情况[25]。本次研究结果表明，不同种类及质量分数的植物生长调节剂处理过的白枪杆幼苗各器官内N、P、K 质量分数存在显著性差异，在该环境下不同处理叶片平均N、P、K 质量分数为14.74、2.44、12.74 mg/g，N、K 的质量分数均低于全国陆生植物叶片N（19.09 g/kg）、K（15.09 g/kg）的平均水平，其N 质量分数平均值大于常绿木本植物叶片N（14.71 g/kg）的平均水平[25]，K 质量分数平均值也大于全国阔叶树（8.95 g/kg）的平均水平[26]；P的质量分数高于全国陆生植物叶片P（1.21 g/kg）的平均水平[25]。筛选出适合白枪杆N、P、K 积累的处理组合为4 号，该处理组合的叶片中N质量分数和茎中P 质量分数为9 组处理中最高。

3.2 白枪杆N、P、K 化学计量特征与生长调节剂种类和浓度的关系

植物生长策略和环境对养分的限制可以用N、P、K 的化学计量特征反映。N、P、K 是植物生长发育过程中的的主要限制性元素，N∶P、N∶K、K∶P 可作为森林植物营养元素限制的判断性指标[26−27]。本次研究结果表明不同处理各器官内N、P、K 化学计量特征存在显著性差异。说明适当浓度的生长调节剂复配可以缓解白枪杆幼苗受到的生长限制，以及提高白枪杆幼苗对N、P、K 的吸收和利用效率。相关性分析表明各生长调节剂与不同器官中化学计量比存在相关关系。有研究表明，当N∶P14 时，N 为生物生长的主要限制性元素；当N∶P16 时，P为植物生长主要限制性元素；当N∶P 为14～16 时，N 和P都是植物生长的限制性元素[28−29]。本研究表明白枪杆各器官N∶P 平均值介于2.16～6.17 之间，远远低于14，表明白枪杆在该环境下生长严重受到N 元素的限制。当N∶K2.1，K∶P3.4 时，K 是植物生长的主要限制性元素[28]。白枪杆各器官N∶K 平均值为0.46～1.17，K∶P 平均值为0.03～5.40，说明该环境下白枪杆幼苗受到K 元素的限制。不同处理间N、P、K 的比值存在显著性差异，表明适当浓度的生长调节剂可以缓解环境带来的生长限制。综上所述，白枪杆幼苗的生长发育主要受到N 元素的限制，其次受到K 元素的限制，因此在林地土壤管理过程中可以适当的增施N 肥和K 肥促进白枪杆幼苗的生长。

3.3 白枪杆不同器官内N、P、K 的分配策略

植株的生理活动和植株对生活环境的适应策略可以通过不同器官中氮、磷、钾的分配来反映[29]。植物的光合作用主要在叶片中进行，叶绿素a、b 以及蛋白质的主要合成元素是N，因此与其他器官相比，叶片中往往具有较高的N 分配比例，研究结果表明，叶片N 平均分配比例为48.15%，其中处理4 中叶片中N 分配比例达48.53%，叶片中N 质量分数显著高于根和茎。P 元素在各器官中平均占比相差不大，叶、茎、根中平均占比为32.75%、33.14%、33.11%，其中茎中P 元素占比最大，茎的主要功能为运输水分和养料，P 元素对植物的株高、茎粗等均有显著影响[30]，促进植物的生长以及营养成分的运输。K 元素做为60 多种酶的活化剂以离子形式游离在植物细胞中，叶片中K 元素含量在各器官中最多，平均分配比例达36.72%，可能是叶片进行光合作用，与茎和根相比需要更多的活化剂，从而促进植株生长及新陈代谢。

不同质量分数的ZT、IAA 和GA3对白枪杆幼苗各器官内N、P、K 质量分数及比值有显著影响，本次选出可促进白枪杆幼苗N、P、K 积累的处理组合为4 号即A2B1C2，ZT 质量浓度为50 mg/L、IAA 质量浓度为50 mg/L、GA3质量浓度为150 mg/L。受到土壤中各元素含量的影响，白枪杆幼苗更容易受到N 和K 元素的限制。各器官在生长发育过程中发挥不一样的作用，因此N、P、K 在各器官内的分布存在显著差异，其叶片中N 和K 元素含量最多，以促进植物光合作用和各类酶的合成；茎中P 元素含量最多，帮助茎杆粗壮，以促进营养物质从根系到叶片的运输。