氮磷钾肥对盆栽绣球叶片性状的影响

汪雪影，秦俊，张宪权，刘群录*

(1.上海交通大学 设计学院，上海 200240；2.上海辰山植物园，上海 201602；3.上海城市树木生态应用工程技术研究中心，上海 200020)

绣球(Hydrangeamacrophylla)为绣球花科绣球属植物[1]，花大色艳，观赏期长[2]，是园林绿化中常用植物[3]，花手鞠是绣球中的优良品种，被广泛栽植运用。叶片作为光合作用的重要器官，为植物生长提供物质与能量基础[4]，而大小与颜色是叶片的两大重要性状指标。植物的生产能力取决于同化面积[5]，而植物的同化面积又以叶面积为主。对于叶色的研究可用于无损估计叶片乃至整个冠层叶绿素的含量[6]，植物叶色在生产上的研究也可用于决定是否需要追加肥料[7]，因此，研究施肥对于叶片性状的影响具有重要价值。

施肥的剂量直接影响绣球叶片的长势，氮、磷、钾的作用又各不相同，故盆栽绣球氮、磷、钾施肥的定量研究对于精细化的园林生产养护管理具有重要意义。目前施肥对叶片性状影响的研究多集中在农作物上，且多集中于氮肥对植物的影响研究[8]。Bi等[9]研究了不同施氮量对绣球生长和叶片品质参数的影响，结果表明，适量施氮及落叶前喷施叶面氮肥都会促进绣球生长，提高叶片的观赏特征。国内有关盆栽绣球氮磷钾的配比施肥研究较少，多为基于生产实践经验提出的栽培养护建议[10-11]。目前有关于速效水溶肥对绣球生长影响的研究[12]，但缺乏氮、磷、钾单一元素用量对绣球影响的定量研究。“3414”肥效试验是目前应用较广泛的一种平衡施肥方案[13]。该方案设计具有专业性强，处理少，效率高的优点，还可以用于建立3大类共7种回归方程[14]，其中一元肥效模型的拟合成功率高，是对三元二次模型的优化和补充[15]。磷、钾肥对绣球叶片性状的影响研究还相对欠缺，氮、磷、钾单因素如何影响植物叶片性状的研究尚不充足。

本文将“3414”肥料试验设计运用于绣球的施肥研究上，旨在探究氮磷钾施肥量与叶片性状指标的函数关系，在此基础上进行一元二次回归分析[16]，建立肥效模型，找出最有利于增大绣球盆花叶面积、加深叶色等重要叶片性状指标的处理，以及最大氮磷钾施肥量。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种为花手鞠二年生组培苗，供试基质为体积比为田园土∶草炭∶珍珠岩3∶6∶1的混合基质[17]，栽培于上口直径26 cm、下口直径20 cm、高度26 cm的花盆中，基质填充深度为20 cm，每盆栽培基质体积约8 dm3。供试肥料氮肥为尿素(N 46.6%)，磷肥为过磷酸钙(P2O514.5%)，钾肥为硫酸钾(K2O 54.1%)，均为国药集团化学分析纯。

1.2 处理设计

采用二次回归“3414”试验设计[15]。表1所示，N、P、K每个因素有0、1、2、3水平，共计14个处理。其中，2水平是根据上海地区实践经验及相关文献研究结果推算的最佳施肥量，1水平为2水平的一半，3水平为2水平的1.5倍。采用随机区组设计，每处理重复3次，每重复10株苗，共计420株绣球盆栽苗。根据植物的生长节律和肥料的物理性质，氮、钾肥分7次采用水溶施入，施肥间隔期约15 d[5]；磷肥分3次固体施入，首次以基肥施入总磷肥量的50%，后2次分别在初花期和盛花期，各施入25%。

表1 “3414”施肥试验设计与肥料用量

1.3 指标测定及计算方法

1.3.1 株高冠幅及植物生长指数(PGI)

用钢卷尺(0.1 cm)测量盆栽基质表面至植株最高点的自然高度，每处理测量10株，共计140株[18]；测量绣球分枝间的最大宽度记为冠幅1，再测量垂直于冠幅1的宽度，记为冠幅2，每处理测量10株，共计140株[19]。每盆PGI为株高、冠幅1、冠幅2测量值的平均值。

1.3.2 叶片形态指标

用叶面积仪(Min FOLIA分析系统)扫描叶面积，每处理测6片相同叶位的成熟叶片，获取叶片各项形态指标的数据。

1.3.3 叶色

采用便携式分光色差仪(Nippon NF333，日本)测量每处理叶片的L*(亮度值)、a*(红绿值)、b*(黄蓝值)，每处理测6片成熟叶片。

1.3.4 叶绿素含量

叶绿素采用95%乙醇溶液浸提[20]，采用酶标仪(Tecan M200 pro，奥地利)测定665和649 nm处的吸光值。叶绿素a、b和总叶绿素含量的计算公式如下[21]：

chla=13.95D665-6.88D649；

chlb=24.96D649-7.32D665；

chlT=chla+chlb=18.08D649·6.62D663；

叶绿素含量=(C×V×n)/(W×1 000)。

式中，chla、chlb、chlT分别为叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素浓度，C为色素浓度，V为提取液体积，n为稀释倍数，W为称量叶片的鲜重。

1.4 数据处理

采用SPSS 24.0对数据进行多重比较，Pearson进行相关性及回归分析，运用Excel 2019软件做图。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾肥处理下的PGI

PGI是评估绣球植物地上部分品质的重要参数。分别在固定另外两个因素为2水平时，分析不同氮、磷、钾施肥水平之间是否存在显著性差异。如图1所示，绣球PGI在不同氮肥水平下差异显著。其中，N3处理(T11)的PGI值最大，为66.17，比N0(T2)处理提高69%。PGI在不同梯度磷肥处理间差异不显著。钾肥处理中，K3(T10)的PGI值显著高于K0、K1、K2处理，其他3个钾素处理间的PGI差异不显著。

同因素无相同小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)。

2.2 氮磷钾肥对叶片形态特征的影响

由表2可知，将叶片的形态指标测量值与氮、磷、钾肥用量进行相关性分析表明，叶长、叶宽、叶面积和周长与施氮量呈极显著正相关，而与施磷量之间均无显著相关性；钾肥施用量除与叶长无显著相关性外，与其他4个形态指标都呈极显著相关。

表2 不同因素与叶片形态特征指标的相关性

根据表2中的相关性分析结果，进一步分析氮、钾肥两个单因素产生的叶片形态效应，结果如表3所示。

由表3可知，与不施氮肥的T2处理相比，除长宽比外，其他施氮处理的各叶片形态指标显著增大。叶长、叶宽指标随着氮素水平的升高而增加，其中T6处理叶宽与T2、T3存在显著差异，而与T11处理均无显著性差异。叶周长和叶面积随着氮素水平的升高均呈先升高后降低的趋势，最大值均出现在氮素为2水平时的T6处理，周长和面积值分别是0水平T2处理的1.56和2.58倍；3水平T11处理的叶周长和叶面积平均值有所下降，但较T6处理无显著性差异。

表3 不同因素对叶片五大形态指标的影响

叶片长宽与叶周长、叶面积的钾肥效应的最大值均出现在钾素为2水平的T6处理，显著高于0水平T8，其叶长、宽、周长及面积值相较于T8分别增加11.9%、70.7%、19.2%和42.1%。当钾素升至3水平时，上述4个指标值较钾素为2水平时数值均降低，其中叶长显著低于T6，其他3个指标较之2水平数值有所降低，但无显著性差异。

2.3 氮磷钾肥对叶片色度值及叶绿素含量的影响

2.3.1 对叶片色度值的影响

色度值表示叶片的色彩。L*值表征叶色的亮度，a*值代表红与绿之间的变化，正值偏红，负值偏绿；b*代表色彩在黄色与蓝色之间的变化，正值偏黄，负值偏蓝。

由表4可知，从氮素效应看，3个色度值均在N2水平即T6处理处取得最小值，与N0(T2)处理的色度值间的差异均达到显著水平，但与N1和N3处理间差异不显著。从磷肥效应来看，L*在P2(T6)水平时最低，且与P1水平(T5)、P3水平(T7)处理差异显著；a*和b*均在P2水平(T6)取得极值，但各磷肥处理间无显著差异。钾肥不同处理间色度值均无显著差异，3个色度指标在T6处理取得极值，即K2水平处理的叶片亮度最暗、叶色最绿。综合分析可知，T6处理，即氮、磷肥施用量为0.38 kg·m-3、K2O施用量为1.0 kg·m-3时叶色最绿。

表4 不同因素对叶片色度值的影响

2.3.2 对叶绿素含量的影响

由表5可知，N1(T3)、N2(T6)、N3(T11)处理间的叶绿素含量无显著性差异，均显著高于N0(T2)处理。P0(T4)、P1(T5)、P2(T6)处理间叶绿素含量无显著差异，均显著高于P3(T7)处理。从钾肥效应来看，其对于叶绿素b的含量影响较显著，K3(T10)处理的叶绿素b含量显著低于K0。

表5 不同因素对叶片叶绿素含量的影响

2.3.3 氮磷钾施肥处理与叶片色度值及叶绿素含量的相关性

表6显示，氮肥与叶片色度值呈极显著负相关，与叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量呈极显著正相关。磷肥与色度值无显著相关性，但与叶绿素含量呈极显著负相关。钾肥与色度值及叶绿素a含量无显著性关系，与叶绿素b及总叶绿素含量呈显著负相关。

表6 不同因素与叶片色度值和叶绿素含量的相关性

2.4 氮磷钾肥与叶片性状指标间的模型构建

分别将植株叶片叶面积及总叶绿素含量设为因变量Y，每盆的肥料施用设为自变量X，基于显著性及相关性分析结果，对与氮磷钾施肥有显著相关性的指标进行一元二次肥料效应模型的拟合。首先采用离差标准化法，将施肥数据变量进行标准化，每盆的肥料施用量都将在[0，1]之间，标准化方法是用该变量的观察值减去该变量的最小值除以该变量的极差[22]。标准化后的数据都是纯数量，没有单位，标准化后的结果在表1中的编码值列出。建立编码值与3个指标值之间的方程(表7)，拟合成功的一元二次方程中的二次项系数都为负数，说明函数具有最大值。分别求解表7中4个方程的最大值，以及方程取得最大值时所对应的编码值，并转换为对应的氮磷钾施用量。在施肥与叶面积的一元二次模型拟合中，氮肥与钾肥拟合成功。根据拟合方程，当氮肥施用量为1.15 kg·m-3(即9.2 g·盆-1)时，或钾肥的施用量为1.04 kg·m-3(即8.3 g·盆-1)时，叶面积取得最大值，分别为55.65 cm2和57.26 cm2。从氮肥和磷肥与总叶绿素含量的模型拟合结果可得，氮肥施用量为1.04 kg·m-3(即8.32 g·盆-1)时总叶绿素含量最高，为0.83 mg·g-1；磷肥施用量为0.01 kg·m-3(即0.083 g·盆-1)时，总叶绿素含量最高，为0.94 mg·g-1。

表7 因素施肥模型的拟合结果

3 讨论

3.1 配方施肥对花手鞠叶片形态特性的影响

施肥可以促进叶片的生长，增大叶面积。Li等[19]在研究氮肥对绣球生长的影响中也有相似的发现。在0～20 mmol·L-1施氮量的范围内，随着氮肥水平的增加绣球叶面积逐渐增加，在20 mmol·L-1处理时叶面积和叶绿素含量均达到最大值。尤伟忠等[23]也发现，在补光条件下，东方百合玛丽的植株叶面积随着施肥水平的提高而增加。施氮处理的夏玉米相较于不施氮肥处理叶长和叶宽均增加[24]。油楠叶子形态在氮磷钾配施时的叶片大、叶色更浓[25]。本研究表明，氮肥对叶形态指标均有促进作用，以N2水平作用最明显，当施氮量超过N2水平时，叶面积不再有显著增加。此研究结果与丁雪梅[26]对大丽花叶面积的研究结果相似，又存在不同。本研究中N超出2水平后平均叶面积不增反减，说明3水平已经超出了植物生长的需求。而在丁雪梅[26]的研究中，N3处理促进作用最为明显，并未出现氮肥到达一定水平后叶面积下降的现象。

在本研究中，钾肥水平与绣球平均叶面积呈极显著正相关，施钾肥处理的平均叶面积显著高于不施钾肥的处理，这与丁雪梅[26]的研究结果相同。K2水平升至K3水平时，绣球的叶面积虽与K2水平无显著差异，但略有下降，说明从平均叶面积这一指标来看，本研究中设置的K2水平，即K2O 1 kg·m-3的T6组合较为合理。

本研究结果显示，磷肥与叶片主要形态指标无显著相关性。目前还缺乏磷肥用量与绣球叶面积和周长相关性的研究，但农业生产中磷肥是造成地表水富营养化的主要污染源[27]，所以在不影响盆栽植物生长的情况下，应减少磷肥施用量[28]。

3.2 配方施肥对花手鞠叶片色度值及叶绿素含量的影响

叶片色度值与叶片叶绿素含量显著相关，叶绿素含量的变化在视觉效应上即反应在色度值上。本研究中氮磷钾与叶片的亮度(L*值)均有极显著相关性。单因素效应分析结果显示，氮和磷不同水平处理间差异显著，钾肥各水平之间无显著差异。不施氮肥的两个处理叶片明度最大，显著高于其他处理，说明施氮肥可以降低叶片明度，加深叶色。刘岳路等[29]发现，金旗玉簪叶片黄色部位的明度随着氮肥水平的升高而降低。本试验中N2水平的亮度最低，颜色最暗，绿色程度显著加深；当氮肥达到N3水平时，叶色明度不再随着施肥水平的升高而降低，说明N3水平已超过最大施肥量。Li等[19]的绣球施肥试验也表明，所有施氮肥处理的叶绿素相对含量显著高于不施氮肥的对照处理，印证了本研究的试验结果。综合叶面积和色度值及叶绿素含量2个指标可以发现，本试验处理中N2P2K2施肥处理效果最优，进一步说明本试验设计的2水平相对合理。

4 小结

叶片是绣球的主要营养器官，叶片性状一定程度上表征了植株生长状态，影响着植株观赏性。本文将“3414”试验方案的单因素分析法运用于盆栽绣球中，以植株叶片的主要形态指标建立了施肥模型，是该方案在木本花卉上的一次成功运用。氮、钾肥是影响绣球叶片大小的主要元素，氮肥与叶片颜色相关性显著。N 1.0 kg·m-3、P2O50.38 kg·m-3、K2O 1.0 kg·m-3是本试验中适合盆栽绣球花手鞠生长、最能提升营养生长期叶片品质的肥料配方用量。