中山杉叶片失绿黄化与土壤化学性质的关系

王紫阳，杨 颖，华建峰，施 钦，殷云龙，於朝广

〔江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园) 江苏省落羽杉属树木种质创新与繁育工程研究中心，江苏 南京 210014〕

【研究意义】中山杉Taxodium‘Zhongshanshan ’ 是江苏省中国科学院植物研究所通过落羽杉属树木种间杂交选育获得的优良无性系的总称，具有耐水湿、生长快、树型美等优良特性，经过40余年的杂交选育和推广应用，已获得中山杉优良品种(无性系)20余个，广泛应用于江苏、云南、安徽等10余个省份的湿地生态修复、城乡绿化和农田林网建设[1-4]。随着推广应用范围的扩大，发现部分中山杉品种在一些逆境环境下会出现不同程度叶片失绿黄化现象，对其产生原因和防治措施有待深入研究和探讨。叶片失绿是植物叶绿素含量减少而呈现出浅绿色或黄绿色的症状，随着化肥、农药和除草剂等的大量使用，土壤环境不断遭到破坏，失绿症的发生频率也越来越高[5]。【前人研究进展】许多学者针对不同植物从不同角度对叶片失绿现象进行了探究，大多认为与植物叶片失绿有关的主要原因是土壤碱性及氮、铁、镁等矿质营养缺失[6-8]。陈栋等[9]对不同失绿程度桃叶片生理指标及矿质养分含量差异进行研究，认为桃叶片失绿现象可能与铁、钙和镁的缺失有关。白鹏华等[10]研究了土壤养分与梨树叶片失绿的关系，结果表明，梨树失绿与土壤中全氮、全镁和全铁的含量不足关系密切。马白菡和谢宝多[11]在上海、杭州、武汉等地设置40个样点，对樟树成土母质及土壤理化性质进行调查研究，表明土壤pH值与樟树失绿症密切相关，其叶片失绿速度和失绿程度与pH值呈显著正相关。范七君等[12]对5个金柑果园叶片失绿植株和正常植株相应土壤的10种矿质元素含量进行了差异性和相关性分析，结果表明，金柑叶片失绿与氮、磷、镁和铁含量的缺乏有关。张俊叶等[13]对徐州市樟树土壤理化性质进行调查分析，认为土壤呈碱性及有效铁含量缺乏是引起樟树失绿的主要原因。2016年4月，将近年来选育的落羽杉属优良无性系中山杉702定植于南京八卦洲试验地(样地一、样地二)开展苗期试验。2018年6月调查发现，栽植于样地一的中山杉702叶片嫩绿、长势旺盛，而栽植于样地二的中山杉702均出现不同程度叶片失绿发黄现象，部分植株甚至出现叶片整体焦枯、濒临死亡的现象，株高、地径也明显小于样地一的正常植株。【本研究切入点】本文为查明样地二中山杉叶片的失绿原因并提出有效的防治办法，对样地一和样地二土壤化学性质进行调查分析，同时对失绿植株叶片喷施硫酸亚铁溶液，测定、分析喷施前后失绿叶片叶绿素含量的变化。【拟解决的关键问题】为中山杉叶片失绿症的防治提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地(样地一、样地二)位于南京市栖霞区八卦洲，30°10′N～118°49′E。八卦洲是长江冲淤积作用形成的江中沙洲型平原，具有温暖湿润、雨量集中的特点，年平均气温约为15℃，年平均降雨量约为1000 mm，属于亚热带季风气候区[14]。试验植株为一年生中山杉702容器苗，于2016年4月定植，每个样地栽植1200株，株行距为0.8 m×1.2 m。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 2018年6月下旬在样地一和样地二分别设置4个取样点，4个取样点分别位于样地的东西南北4个部位，每个取样点随机分散选取4个植株，分别测量各植株的地径。同时在每个植株的树冠东西南北中部各取营养枝顶端向下的第5片成熟叶片，4个植株的叶片混为1个叶片样品。在每个植株的东西南北4个方向距离树干20 cm位置，去除土壤表面杂物采集0～30 cm土层的土壤，4个植株土壤混为1个土壤样品。叶片和土壤样品采集后立即装入保鲜袋带回实验室处理。

2018年9月6日，在样地二(叶片失绿样地)分散选取21棵失绿植株，3株1组，随机分为7个处理组，分别对每个处理组植株叶片进行采样，测定各植株叶绿素含量。9月7日分别对7个处理组植株叶片喷施不同浓度硫酸亚铁(FeSO4)溶液，每个植株喷施2000 mL，其后每7 d喷施1次，持续3次，喷施处理如下：①1组，喷施自来水；②2组，喷施0.02 % FeSO4；③3组，喷施0.06 % FeSO4；④4组，喷施0.1 % FeSO4；⑤5组，喷施0.3 % FeSO4；⑥6组，喷施1 % FeSO4；⑦7组，喷施5 % FeSO4。10月5日对各处理组的叶片进行取样，测定喷施FeSO4后植株叶片中的叶绿素含量。

1.2.2 指标测定 叶绿素含量采用95 %乙醇提取法[15]，土壤pH参照鲁如坤的方法测定[16]，全氮(TN)含量用凯氏定氮仪测定[17]，土壤有效磷(AP)采用钼锑抗比色法测定[17]，速效钾(AK)用火焰光度法测定[17]，有效镁(AMg)、有效铁(AFe)、有效锰(AMn)、有效锌(AZn)、有效铜(ACu)采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法测定[16]，全钙(TCa)含量参照LY/T 1270-1999的方法测定，全硼(TB)含量参照LY/T 1273-1999的方法测定。

1.3 数据处理

实验数据采用Excel 2010和SPSS 19.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 正常和失绿中山杉地径及叶片叶绿素含量比较

由表1可见，失绿中山杉植株地径极显著小于正常叶片植株(P﹤0.01)，失绿叶片中的叶绿素a含量和叶绿素b含量也均极显著低于正常叶片(P﹤0.01)，失绿叶片叶绿素总量仅为0.09 mg·g-1·FW-1，而正常叶片叶绿素总量高达0.85 mg·g-1·FW-1，说明样地一和样地二栽植的中山杉植株地径、叶片叶绿素含量均存在极显著差异。

表1 正常和失绿中山杉地径及叶片叶绿素含量比较

2.2 正常和失绿中山杉植株土壤化学性质比较

从表2可知，叶片失绿样地土壤pH值变化范围为8.3～8.44，属于碱性土壤，叶片正常样地土壤pH 6.89～7.42，呈中性。失绿样地土壤的全氮含量显著低于正常样地(P﹤0.05)，全钙含量极显著高于正常样地(P﹤0.01)，有效磷、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜含量均极显著低于叶片正常样地土壤(P﹤0.01)，分别低51.03 %、41.93 %、92.01 %、55.61 %和40.88 %，速效钾、有效锌和有效硼含量差异不显著(P﹥0.05)。

表2 正常和失绿中山杉植株土壤化学性质比较

2.3 中山杉叶片叶绿素含量与土壤pH及矿质养分含量的相关性分析

由表3可知，中山杉叶片的叶绿素含量与土壤有效磷、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜含量呈极显著正相关(P﹤0.01，下同)，与土壤pH、全钙含量呈极显著负相关(P﹤0.01，下同)。说明土壤pH值升高以及全钙含量过多可能造成中山杉叶片失绿，土壤中有效态磷、镁、铁、锰和铜的含量与叶绿素含量关系密切。

土壤pH值与土壤矿质元素含量存在显著的相关性，其中pH值与土壤全氮、有效磷、有效镁、有效铁、有效锰和有效铜呈极显著负相关，与土壤全钙含量呈极显著正相关。说明土壤pH值与全钙含量关系密切，pH值的升高可能导致有效态磷、镁、铁、锰、铜和全氮含量的减少。

2.4 失绿中山杉植株叶片喷施FeSO4后叶绿素含量变化

对叶片失绿中山杉喷施不同浓度FeSO4溶液后，调查发现喷施过0.3 %、1 %、5 % FeSO4的中山杉叶片均出现明显的黑色斑点，部分叶片出现焦枯现象，说明所用FeSO4浓度过高，对叶片造成不同程度灼伤，因此未对其叶绿素含量进行测定。喷施自来水、0.02 %、0.06 %、0.1 % FeSO4的中山杉叶片未出现灼伤现象，其喷施前后叶片叶绿素含量变化见表4。喷施0.06 % FeSO4后，失绿中山杉叶片叶绿素含量显著增加(P﹤0.05)，喷施0.1 % FeSO4后，叶绿素含量极显著增加(P﹤0.01)，喷施自来水和0.02 % FeSO4后叶绿素含量没有显著差异(P﹥0.05)。可见，叶面喷施适宜浓度FeSO4溶液能有效增加中山杉失绿叶片的叶绿素含量，浓度在0.06 %～0.1 %范围内的FeSO4喷施效果较为显著。

表4 失绿中山杉植株叶片喷施FeSO4后叶绿素含量变化

3 讨 论

一种或多种矿质元素缺乏均可能导致植物叶片失绿现象的发生[18]，土壤氮素不足是引起茶树叶片失绿的主要因素[19]，失绿甘蔗苗对应土壤中磷、钾、镁、铁、锰和铜含量均极显著低于正常植株土壤[20]。土壤全氮和有效锰的缺乏会导致叶绿素形成受阻，叶片叶绿素变少而加剧失绿症状[10]。与正常植株相比，叶片失绿植株土壤中铁的含量显著降低[12-13]。本研究发现，中山杉叶片的叶绿素含量与土壤有效磷、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜含量呈极显著正相关，叶片失绿样地土壤中这些元素的含量均极显著低于正常样地，说明中山杉失绿现象可能与多种矿质元素的缺乏有关，属于综合缺素症。植物根系吸收矿质元素及其在植物体内运输、利用过程中，矿质元素之间存在着一定的相互作用关系[12,21]。本研究中有效态磷、镁、铁、锰、铜两两元素含量之间均呈极显著正相关，总氮含量与有效镁含量呈显著正相关，与有效态磷、铁、锰和铜含量呈极显著正相关，与范七君等[12]对金柑的研究结果相似，至于各元素之间是如何相互作用的还有待于进一步深入探究。

铁元素是参与植物叶绿素合成的辅酶的主要成分之一，同时也是光合作用中多种电子传递体的组成部分，当铁元素含量不足时，将直接影响植物叶片叶绿素合成以及光合作用的正常进行[9,22]。陈超燕等[22]研究表明，合肥市区樟树失绿症的主要原因是pH过高导致土壤中有效铁不能被根系吸收所致。Linh TL[23]对正常和失绿猕猴桃树冠下土壤样品进行对比分析，认为土壤碱性环境导致缺铁引发的叶片的失绿症。本研究中失绿样地土壤pH 8.3～8.44，属于碱性土壤，而正常样地pH值范围为6.89～7.42，呈中性，失绿样地土壤中全钙含量显著高于正常样地，失绿样地有效铁含量仅为12.07 mg/kg，比正常样地土壤有效铁含量的151 mg/kg低92.01 %，说明中山杉失绿原因可能与土壤呈碱性以及有效铁含量严重缺乏有关。其原因可能是由于土壤中Ca含量较多以及pH偏高，使得土壤呈碱性，导致土壤中有效铁含量降低，不能满足植株正常生长对铁元素的需求，间接导致叶绿素合成减少，引起植株叶片失绿[13,22,24]。本研究结果表明，对失绿植株喷施0.06 %和0.1 % FeSO4后，失绿中山杉叶片叶绿素含量得到显著增加。可见，补充铁素后，植株叶片失绿症状得到了有效改善，这与关继义等[24]的研究结论相一致。

根据本研究结果，提出防治中山杉叶片失绿现象的两点建议：第一，在定植中山杉之前应检测土壤pH值及有效铁等矿质元素含量，碱性土壤应添加酸性客土或者选择耐碱性较强的品种，同时加强水肥管理，有效预防叶片失绿；第二，碱性环境下，土壤有效态矿质元素减少，不能满足植株正常生长所需养分，可以适当进行根外施肥[13]，由于Fe是叶绿素合成中的关键元素，因此尤其需注意铁肥的及时补充，可采用0.06 %～0.1 %的硫酸亚铁溶液进行叶面喷洒或者灌根处理，均能取得较好的防治效果。

4 结 论

本研究发现，叶片失绿中山杉植株土壤呈碱性，其土壤全氮、有效磷、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜含量均显著低于叶片正常植株土壤，其中有效铁含量较正常植株低92.01 %，喷施0.06 %和0.1 % FeSO4溶液后，失绿叶片的叶绿素含量得到显著增加，可见，土壤呈碱性，有效态磷、镁、铁、锰、铜和总氮缺乏，尤其是有效铁的严重缺乏，导致植株叶绿素含量下降，是引起八卦洲中山杉叶片失绿现象的主要原因。