不同铵硝比对高山杜鹃侧枝生长和生理特性影响

高 研 彭绿春 李世峰 解玮佳 宋 杰 张 露熊俊芬 赵正雄，

（1云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；2云南省农业科学院花卉研究所/国家观赏园艺工程技术研究中心/云南省花卉育种重点实验室/云南花卉技术工程研究中心，云南 昆明 650205）

高山杜鹃（Rhododendronhybrids）是杜鹃花科杜鹃花属中常绿阔叶种类及其杂交后代的总称［1］。因其株型紧凑、花苞呈球形开放、颜色丰富艳丽，在城市园林绿化及盆花栽培中具有较高的观赏价值和经济价值，已成为世界公认的高档盆花［2］。目前云南地区高山杜鹃数量占全国总量的80%以上［3］。粉精灵是云南省农科院选育出的高山杜鹃新品种，具香味且易形成花芽，在花卉市场中具有巨大发展潜力。

施肥是花卉栽培管理重要过程之一，合理施肥不仅促进植株增产，提高植株品质，还能提高肥料利用率，减少环境污染［4］。氮素是植物体内重要的营养物质和信号物质，且植物对氮素需求量高于其他元素［5-6］。铵态氮和硝态氮是植物吸收无机态氮的主要形式［7］，具有促进植物营养生长，提高光合能力，从而保证其正常生长发育的功能［8］。氮素形态不同，对植物生长及生理调节过程也存在差异。研究表明，植物对氮素吸收、运输和同化取决于硝铵比例。相比单一氮源，适当比例的硝铵更有利于植物生长发育［9］。硝铵比在3∶1 时会促进辣椒根系发育，提高谷氨酰胺合成酶与谷氨酸合成酶活性，使编码酶的基因上调，提高果实产量和品质［10］。硝铵比例为1∶5 时，蓝莓根系和地上部分长势最好，光合能力较强［11］。百香果属于耐铵植物，而铵态氮浓度超过临界值时会抑制氮素利用率［12］。非洲菊切花生产中，硝铵比为4∶1 时的生长和品质最佳［13］。

近年来，云南高山杜鹃盆栽产业处于快速发展阶段［14］，株型是否饱满是衡量其品相好坏的重要标准之一，而侧枝质量是影响株型结构的重要因素，也是生殖阶段花芽形成的重要基础。由于缺乏相配套的科学、系统的施肥体系，使苗木和盆花的产品质量存在很大的不稳定性。目前，生产实践中，高山杜鹃施肥配比及施肥量多凭借经验和施肥习惯，造成资源浪费和生长缓慢现象；而前人研究仍主要围绕施肥方式［15-17］、施用量展开［18］，关于营养生长期氮素形态对侧枝生长及生理特性影响的研究鲜有报道。因此，在施肥前明确高山杜鹃营养生长期对不同氮素偏好程度十分必要。鉴于此，本试验通过探究不同氮素形态比例对粉精灵高山杜鹃侧枝生长、光合参数、酶活性及营养元素积累的影响，旨在为生产栽培中合理有效选择及施用氮肥、培育优质苗木提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验于2022 年6 月14 日—8 月12 日在云南省昆明市云南省农业科学院花卉研究所大春河基地进行。供试材料为三年生粉精灵（Rhododendron，Fen Jingling）盆栽苗。栽培基质为直径0～30 mm 的草炭，理化性质如下：pH值6.12，电导率（electrical conductivity，EC）0.84 ms·cm-1，铵态氮24.99 mg·kg-1，硝态氮16.07 mg·kg-1，有效磷31.83 mg·kg-1，速效钾65.75 mg·kg-1。本试验所用分析纯试剂均购自四川西隆科学有限公司（成都），EDTA-MIX 螯合全元素购自欧贝斯农业科技技术发展有限公司（连云港）。螯合全元素中养分含量如下：含铁≥5.6%，含锌≥4.7%，含锰≥4.7%，含硼≥1.8%，含铜≥1.7%，含钼≥0.4%。

1.2 试验设计

试验采用营养液-基质栽培法，栽培过程中每盆每次根灌营养液500 mL，其总N 含量为66 mg，设置NH4+-N∶NO3--N不同比例共5个处理，分别为：T1：100∶0；T2：75∶25；T3：50∶50；T4：25∶75；T5：0∶100。每处理11 盆，每盆视为1 次重复，共55 盆，以单一铵态氮（NH4+-N）和单一硝态氮（NO3--N）处理为对照。其中（NH4）2SO4提供NH4+-N，Ca（NO3）2、KNO3提供NO3--N，具体每次单株实际施用量见表1。其余微量元素由EDTA-MIX螯合全元素提供，Ca2+用氯化钙进行平衡。

表1 营养液中不同形态氮素比例处理下各营养元素实际用量Table 1 Actual amount of each nutrient element under the treatment of different forms of nitrogen ratio in nutrient solution/（mg/株）

2022年6月初选择打顶后生长状况基本一致的健壮苗木，将其定植于装有2 L 基质的上直径22 cm、下直径17 cm、高15 cm 容器中，每盆1 株。缓苗7 d 后按表1对粉精灵进行施肥。每隔15 d浇1次处理液，共施3 次，间隔期进行正常浇水管理，每次处理液配好后，利用浓盐酸调节pH 值至6.0±0.5 后再浇灌，除试验因素外，其他管理均保持一致。根据表2 中植株相关生长信息进行取样。

表2 植株取样时间Table 2 Plant sampling times

1.3 测定指标与方法

1.3.1 植物生长指标的测定 分别对3 个时期苗高增量、侧枝干物质积累量、侧枝长度、根冠比进行统计，并采集相应样品。用卷尺测量基质表面至植株最高点的距离作为株高，每处理固定3个植株进行株高测量。施肥处理前的株高为初始值，每次取样时测量固定植株株高，测量值与初始值差值为苗高增长量。选取每处理中长势一致3 株，采集每盆中所有新发侧枝，放入保鲜盒中迅速带回实验室，用去离子水洗净并擦干，称量侧枝的鲜质量，然后用游标卡尺测量侧枝长度，最后将样品置于恒温干燥鼓风箱中105 ℃杀青30 min，之后80 ℃烘干至恒重，称重后用于养分含量测定。各处理中选取1 株，将其根、茎和叶片分开洗净后，吸干水分，称取地上部分和地下部分鲜质量，根冠比＝地下部分鲜质量／地上部分鲜质量。在侧枝半木质化期时，每处理选取长势一致3 株，统计叶面积、侧枝数、侧枝着生叶片数。选取成熟侧枝中部的第3 片叶，使用游标卡尺测量其叶长和叶宽，叶面积=叶长×叶宽×0.75。

1.3.2 光合特性与SPAD 值的测定 光合特性：在2022 年7 月19 日进行最后一次施肥，待植株充分吸收肥料后，于2022 年8 月12 日上午9：00—11：00 对侧枝半木质化期光合指标进行测定，每处理随机选取3盆，测定部位为侧枝中部第3 片成熟叶，用LI-6400 XT 光合测定仪（LI-COR 公司，美国）测定净光合速率（net photosynthetic rate，Pn）、气孔导度（stomatal conductance，Gs）、胞间CO2浓度（intercellular CO2concentration，Ci）、蒸腾速率（transpiration rate，Tr），并计算水分利用效率（water use efficiency，WUE），其中WUE=Pn/Tr。测定时使用红蓝光源叶室，设定人工光照强度为1 200 μmol·m-2·s-1，CO2浓度为400 μmol·mol-1［1］。叶绿素相对含量值（soil and plant analysis development，SPAD）：选取测定光合参数后的叶片，使用SPAD-502 叶绿素仪（美能达有限公司，日本）在叶片上、中、下不同位置测量3次取平均值。

1.3.3 硝酸还原酶活性的测定 分别于侧芽萌发期、嫩侧枝期、侧枝半木质化期在每处理随机选择3 株植株，取侧枝顶芽从上往下第1～第2 片叶，保存于液氮，待取样结束，采用试剂盒法测定硝酸还原酶活性，硝酸还原酶（nitrate reductase，NR）试剂盒购于苏州格锐思生物科技有限公司。

1.3.4 植物养分含量的测定 将测定侧枝半木质化期干物质积累量的样品粉碎后过60 目筛，用于叶片中营养元素含量测定。称取0.2 g样品，经浓硫酸—双氧水联合消煮后，参考《土壤农业化学分析方法》［19］采用凯氏定氮法测定叶片全氮含量，钼锑抗比色法测定叶片全磷含量，火焰光度计法测定叶片全钾含量，原子吸收法测定叶片铁、镁含量。每个指标重复测定3次。

1.4 数据处理和统计分析

采用Microsoft Excel 2021 软件进行数据处理，SPSS 25.0 软件对数据进行单因素方差分析（one way ANOVA），Duncan 法进行多重比较。Origin 2020 软件进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

公式参考文献［20］，利用Microsoft Excel 2021 软件计算各综合指标隶属函数值及综合评价值：

式（1）～（3）中，μ（Xi）代表第i个综合指标的隶属函数值；Xi为第i个综合指标值；Xmax为第i个综合指标最大值；Xmin为第i个综合指标最小值；Wi代表第i个综合指标在所有综合指标中的重要程度及权重；Pi为各处理第i个综合指标的贡献率；D 代表在各处理由综合指标计算所得综合评价值。

2 结果与分析

2.1 不同处理对营养生长期粉精灵侧枝生长的影响

不同氮素形态对营养生长期（侧芽萌发期、嫩侧枝期、侧枝半木质化期）粉精灵侧枝生长均产生影响（图1）。在侧芽萌发期时，侧枝干物质积累量（图1-A）、苗高增量（图1-B）和侧枝长度（图1-D）整体随氮肥中硝态氮比例增加呈现先升高后降低的趋势，侧枝干物质积累量在T3 处理时达到峰值，苗高增量和侧枝长度在T4 处理时最高。在嫩侧枝期和半木质化期时，苗高增量随着氮肥中硝态氮比例增加呈波浪形趋势，即先增高后降低再增高再下降，以T2 处理最高，侧枝长度呈现相同规律。与单一氮源相比，混合氮源均有利于提高各生长期中侧枝干物质积累量、苗高增量和侧枝长度。综上，侧芽萌发期时，T3 处理更有利于侧枝干物质积累。嫩侧枝期和侧枝半木质化期时，T2 和T4 处理更有利于促进苗高增量和侧枝长度的提高，以T2 处理促进效果最显著。在不同生长期时，不同处理对根冠比（图1-B）有不同影响，在半木质化期时，以T1 处理最低，表明过量的铵态氮会导致地上与地下部分生物量分配不平衡，从而不利于植物生长。

图1 不同处理对营养生长期粉精灵侧枝生长的影响Fig.1 Effect of different treatments on the growth of new shoots of Fen Jing-ling

由表3 可知，在侧枝半木质化期时，不同处理叶长、侧枝数和着生叶片数均无显著差异，而叶宽和叶面积在部分处理间差异显著。表明不同氮素形态并不会对叶长、侧枝数和着生叶片数产生明显影响。

表3 不同处理对半木质化期粉精灵侧枝生长的影响Table 3 Effect of different treatments on the growth of new shoots of Fen Jing-ling in semi-lignification stage

2.2 不同处理对粉精灵侧枝生理生化的影响

2.2.1 不同处理对粉精灵侧枝叶片光合特性的影响 由图2 可知，不同氮素形态对粉精灵净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）及水分利用效率（WUE）有明显影响。与单一氮源处理相比，除T3 处理外，混合氮源处理中的Pn、Gs显著增加；与之相反，与单一氮源处理相比，T4 处理胞间CO2浓度（Ci）显著降低。水分利用效率在不同处理间呈U 型变化趋势，且不同处理间整体差异显著，以T3 处理水分利用效率最低。T3 处理叶绿素相对含量最低，且与T2 和T4 处理间差异显著。由此可见，在侧枝半木质化期以T2 和T4 处理光合特性较强，更有利于叶片生长和有机物质积累。

图2 不同处理对粉精灵半木质化期叶片光合特性的影响Fig.2 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of leaves of Fen Jing-ling at semi-lignification stage

2.2.2 不同处理对粉精灵侧枝叶片酶活性的影响硝酸还原酶是影响氮代谢重要的关键酶和限速酶。由图3 可知，在不同处理下，NR 活性随生育期的推进呈现先增加后降低趋势，以嫩侧枝期的NR 活性最高，且不同处理之间在同一生长期存在差异。3 个生长时期的NR 活性均以T5 处理最高，T1 处理最低，而T2～T4处理在不同生长期呈不同变化趋势。表明硝态氮含量会影响NR 活性，且以粉精灵嫩侧枝期时的酶活性最强。

图3 不同处理对粉精灵侧枝叶片硝酸还原酶活性的影响Fig.3 Effect of different treatments on nitrate reductase activity in lateral branch leaves of Fen Jing-ling

2.3 不同处理对半木质化期粉精灵侧枝营养元素含量的影响

由表4 可知，进入侧枝半木质化期后，侧枝叶片氮含量随硝态氮比例增加呈先增加后减小趋势，以T3处理叶片氮含量最高，T5 处理最低，T1 与T2 处理间无显著差异。叶片中磷含量随硝态氮比例增加呈先增后减再增的趋势，以T2 处理最高，T4 处理最低。T1～T4 处理侧枝叶片钾含量均高于T5 处理，以T4 处理叶片含钾量最高，表明含铵态氮处理中侧枝叶片钾含量均高于不含铵态氮处理，铵态氮含量越低钾含量反而越高。T1处理叶片含氮磷钾量均高于T5处理，但单一氮源处理（T1 和T5）叶片氮磷钾含量整体低于混合氮源处理（T2～T4），且不同处理之间存在差异，表明混合氮源处理对侧枝叶片大量营养元素积累促进作用较强，全铵态氮处理次之，全硝态氮处理最低。

表4 不同处理对半木质化期粉精灵侧枝营养元素含量的影响Table 4 Effect of different treatments on the nutrient element content of the side branches of Fen Jing-ling during the half lignification stage/（mg·g-1）

在不同氮素处理中，侧枝叶片中、微量元素与大量元素含量随硝态氮比例增加呈现相反的变化趋势，即叶片中铁、镁含量随硝态氮比例增加整体呈先降低后升高趋势。叶片铁和镁含量最高值均出现在单一氮源处理中，以T1 处理铁含量最高，T5 处理镁含量最高。最低值均为混合氮源T3 处理，T2 与T4 处理间无显著差异。

2.4 主成分分析结果

对不同氮素形态粉精灵生长、生理生化、营养元素指标进行主成分分析，结果表明（图4），第1 主成分和第2 主成分累计方差贡献率为61.0%，可反映变量初始信息。根据样本点之间的距离可以看出，T2和T4处理样本距离较集中，有95%置信区间部分重叠，表明这两种处理之间差异不显著。T2 和T4 处理的样本点与T1 和T3 样本点距离较远，且有95%置信区间不重叠，表明T2和T4处理与T1、T3处理均有显著差异。第1主成分分析方差贡献率为37.3%，其中NR、LS、HG、Tr、Gs对PC1有较大贡献，反映不同处理下生长及生理生化指标的变化情况。综合分析发现，T5 处理与原点距离较近，表明T5 处理各指标表现较差；T1 处理PCA点位于图中第三象限，表明该处理对指标有抑制作用；T2和T4处理对生长及生理生化指标的促进效果较好，T4 处理次于T2 处理；T3 处理对营养元素积累促进效果较好。

图4 主成分分析Fig.4 Principal component analysis

2.5 半木质化期隶属函数综合分析结果

隶属函数分析是常用的一种综合分析方法，隶属函数值能够综合分析不同氮素处理对粉精灵生长的影响。由表5 可知，在半木质化期，不同氮素形态处理隶属函数综合排名为T2＞T3＞T4＞T5＞T1，其中混合氮源处理对粉精灵营养生长促进作用较强，全硝态氮处理次之，全铵态氮处理最低。表明施加不同氮素形态对高山杜鹃营养生长至关重要，在一定程度上混合态中铵态氮比重越高，越有利于粉精灵生长。

表5 半木质化期隶属函数综合分析Table 5 Comprehensive analysis of membership function

3 讨论

生物量积累与植株形态指标的变化是响应植物生长好坏最直接的体现，本研究发现，在营养生长三个时期中，与单一氮源相比，混合氮源均能促进粉精灵侧枝长度、苗高增量和侧枝干物质积累量的提高。其中T3处理对粉精灵侧芽萌发有促进作用，而T2处理均促进植株在嫩侧枝期和侧枝半木质化期时的生长。已有研究表明，杜鹃科为喜铵植物，但铵在植物体内不能直接被利用，需要与有机酸结合形成酰胺或氨基酸后才能被植物所吸收［21］。本试验结果表明，与单一全铵态氮相比，加入适量硝态氮可促进植株生长，这可能是由于转化过程会造成细胞内酸化，从而导致过高浓度的铵态氮易对植株产生铵毒作用［7］。而过多硝态氮能大量积累在液泡中，对植物无伤害作用，加入适量的硝态氮可以缓解铵态氮的毒害作用。植物对铵态氮和硝态氮的吸收还受生长期、土壤类型、土壤酸碱性等影响［22］。本研究发现，粉精灵生长期不同，对铵态氮和硝态氮吸收偏好程度也不尽相同；在基质栽培条件下，在微生物的作用下通过硝酸反应将铵态氮转化为硝态氮，产生H+，而酸性环境并不适宜硝化细菌生存，导致硝化过程中产生的硝态氮会通过淋溶或反硝化流失，为保持植物体内化学平衡，硝态氮与铵态氮两者之间转换处于动态变化状态。因此，在前期栽培条件一致前提下，不同处理导致基质中酸碱度不同，从而对铵态氮与硝态氮吸收产生不同影响。

氮素形态可影响叶绿体构建、光合反应过程以及光合速率相关变量，从而影响植物总体生物量变化［23］。光合速率有关气体交换参数反映植物光合能力，其中气孔导度主要反映气孔开放程度；叶肉细胞中CO2浓度越高，胞间CO2浓度越低，光合速率越大；水分利用效率是植物净光合和蒸腾特征的综合反映［24］。本研究结果表明，光合特性值与生物量之间存在正相关关系，可能是由于光合作用决定植物生长状态，进而决定生物量积累。与单一氮源相比，混合氮源能够促进植物光合作用，在西瓜研究中也得到类似的结果［25］。其原因为单一氮源可能会破环植物生物膜，减少氧化磷酸化反应，减少光合磷酸化和非光合磷酸的偶联，导致ATP 生成减少，从而抑制CO2固碳作用，降低气孔导度和蒸腾速率［26］。混合氮源处理中，T2处理对植物光合作用的促进效果最明显，这与前人在雷竹林中的研究结果一致［27］。而T3 处理对植物光合作用的促进作用不显著，与前人对油茶［28］、番茄［29］、蓝莓［11］的研究结果相反，这可能与植物种类、生育期和对氮素偏好程度不同有关。

不同氮素形态是影响硝酸还原酶活性的因素之一。前人研究发现，NR 活性与硝态氮含量呈正比［30］，且在野牛草［31］、雷竹林［27］中研究发现，相比单一氮源，两种氮共存时的氮素代谢能力较强，酶活性也随之加强。本研究发现，随着生育期的推进，NR 活性呈先增加后减小趋势，以嫩侧枝期活性最高，可能是由于该时期植株侧枝正处于快速生长阶段，氮代谢和细胞活性较强。而在同一生长期不同处理下，NR活性随硝态氮含量增加而增加，且在一定比例铵态氮处理下对硝酸还原酶活性的促进效果优于全铵态氮处理。表明全铵态氮处理抑制了NR 活性，减弱植物体内硝态氮的同化作用，适宜铵态氮比例能促进NR 活性，但全硝态氮处理对提高酶活性作用更显著。在全硝态氮处理中，各生长期NR 活性均较高，可能是由于大部分植株从根系吸收硝态氮，并通过木质部运输到叶片进行同化，随着硝态氮含量的增加，叶片中的硝酸还原酶活性也增加。

植物中营养元素含量与土壤养分具有直接关系，其营养元素含量受植物自身转运和分配影响。本研究发现，植物叶片营养元素含量在不同氮素形态处理下存在差异。混合氮源处理下侧枝叶片中氮磷钾含量较高；全硝态氮处理下氮磷钾含量较低，但镁含量最高，铁含量较低，与前人在西瓜中的研究结果一致［25］。其原因为不同氮素形态比例会影响栽培基质中的矿化和硝化作用，导致植物自身与微生物之间存在对氮元素的竞争关系，从而影响对养分的吸收和利用，混合氮源处理会促进植物对氮磷钾养分的吸收，全硝态氮处理会提高植物质外体pH 值，阻止Fe（Ⅲ）还原，抑制铁盐进入共质体，造成植物铁含量短缺，而加入一定的铵态氮能降低植物根际和质外体pH值，根际酸化增加了铁的有效性，使植物体中铁含量增加。因此混合氮源能够相互弥补其对植物造成的伤害，保证其正常生长。由于离子间存在拮抗作用，为维护植物体内电荷平衡，铵态氮含量增加会抑制植物对其他阳离子如K+、Ca2+和Mg2+的吸收，从而导致植物体内镁离子含量降低。

4 结论

高山杜鹃盆花生产中不仅要考虑侧枝株型结构，还要考虑侧枝光合和养分积累能力，为后续花芽生理分化奠定营养基础。在相同氮素施加量下，不同氮素形态比例对植株生长状况、养分吸收、光合作用以及代谢酶活性影响也存在差异。以半木质化时期各指标进行综合分析发现，在营养生长期施用铵硝比为75∶25更有利于侧枝生长。