营养诊断是决定施肥方案的基础。只有在诊断的基础上, 结合施肥措施, 并研究施肥与产量的关系, 使两者统一起来, 才能使施肥有效、经济和具有科学性, 为林木营养管理提供实践指导和理论依据。营养诊断根据其对象和诊断的目的, 可采用的方法主要有形态诊断法、养分含量临界值法、土壤分析法和综合诊断法等。从近年来这方面的研究进展看来, 结合土壤分析和植株分析的方法被较多地采用(李贻铨, 1991; 姜远茂, 1995; 胡芳名, 1991; 陈道东, 1991; 赵明范, 1991; 卫茂荣, 1994; Beaufils, 1973; Fallahi, 1984; Davee, 1986; Walworth, 1986; Parent, 1989; Goh, 1992)。运用综合诊断分析法(DRIS)能较全面地评价树体的各养分及其比例, 以及确定这种比例的合理范围, 避免由仅凭某一(或几个)元素含量的高低作出丰缺判断的片面性。锥栗是闽北的重要经济树种, 其营养诊断方法未见报道(陈辉等, 1999a; 1999b;2000), 本研究尝试将这种方法应用于锥栗人工林的营养诊断。

1 材料和方法

于建瓯水源乡, 在锥栗人工林几年低改措施的基础上, 经过详细调查, 选择经营好、采用施肥和土壤管理措施、产量较高的林分1块及与其林分年龄相同(8 a生)、产量差异明显的另两块锥栗人工林分, 品种为嫁接后的黄榛。3块林分坡向均为东南, 坡度分别在10°~17°之间。根据产量表现, 在每块林分中分别选择60株, 通过每株产量实测结果, 合并3个林分数据计算出平均单株产量为x=1.833 kg, 标准差S=1.082 kg。为了较明确确定不同类型的产量范围, 根据现实林分的具体情况, 以平均单株产量为基础按1个标准差为单位进行产量类型的划分(表 1)。根据前人研究的基础, 于叶完全展开后, 每隔一段时间, 定株定时采集树冠中上部营养枝自基部起第6~8片叶。每株采10片叶, 采后立即洗涤干净, 并快速烘干后测定叶片的N、P、K、Ca、Mg的含量, 于1997-07-21, 按编号采叶样, 每两株混合为1个样品, 每类型共取30个样品。同年9月底果实成熟时, 逐株测定果实产量按样号求算平均株产量。按土壤分析取样要求, 在3块不同产量水平林分中分别在每块林分内依S形布点分层(0~20 cm, 20~40 cm, 40~60 cm)取样, 每点混合后带回实验室测定。植株样品测定:N用浓H₂SO₄-HClO₄消煮—酸碱滴定法; P用浓H₂SO₄-HClO₄消煮—光电分光光度法; K用H₂SO₄-HClO₄消煮—火焰光度法; Ca、Mg用浓H₂SO₄-浓HNO₃-HClO₄消煮—原子吸收光度法。土壤样品分析, 经烘干、消煮后, 按土壤养分的分析方法测定:N用高氯酸—硫酸消化法; P用比色法; K用光焰光度法; Ca、Mg用原子吸收光谱法。土壤测定结果见表 2 (各样株养分测定结果值略)。

2 结果与分析 2.1 不同产量林分土壤养分含量与树体叶片养分含量的关系

由各样株和表 2的测定结果分析, 高产类型林分土壤水解N、速效P、速效K含量较其余两种类型林分含量高, 其树体叶片中的相应元素含量也较高, 这表明高产类型土壤与树体叶片养分含量有一定程度的相关性。但是, 中产类型林分土壤中水解N含量并未高于低产类型, 而叶片中的N含量却比低产类型略高, Ca、Mg也有类似情况, 这说明叶片中某单一养分元素含量的大小, 并不完全取决于土壤中该养分含量的高低, 还与其它因素有关, 如其它养分因子的含量等, 即不能仅根据土壤中某种养分含量的高低就对其含量合理与否下结论。各种类型土壤养分含量的差异是由林分营养管理和立地的差异造成的, 土壤中的养分含量与叶片中的养分在一定条件下存在着相关性, 但是, 尚不能简单仅凭土壤分析的结果作出评价, 而必须根据树体内养分含量水平进行综合的分析。

2.2 不同产量林分叶片中各养分元素含量的单元素分析

将不同产量林分叶片样品测定分析结果进行统计学检验, 以评价不同产量类型叶片中各养分元素含量水平及其变异, 各类型统计参数计算结果见表 3。对表 3中各产量类型的参数测定结果, 作两两差异的显著性检验以判断它们的差异大小(表 4), 确定各产量类型中营养元素含量的正常与否。可以认为, 高产林分的各元素含量对于较高产量的形成比较合理, 因此, 选择其作为比较的标准。

检验结果显示, 3种不同产量类型, 其叶片中N、P、K、Mg的含量存在极显著或显著的差异, 从单一元素分析可知, 高产类型林分叶片中各元素含量居最高, 其次是中产类型, 最低者是低产类型。而Ca元素含量则不同, 尽管不同产量类型在统计学意义上差异不显著, 可含量上却以低产类型最高, 最低为高产类型。

营养元素含量单指标检验的结果为诊断分析提供了十分有用的信息, 但是, 仅凭这一结果, 尚不能对元素的丰缺作出全面的判断, 这是因为树体对营养成份的需求是多方面的, 尤其是营养成份相互之间的比例和是否平衡, 在诊断分析中往往更为重要, 因此, 必须进一步综合考察这些营养元素之间的平衡关系, 才能提供更为全面的诊断依据。

2.3 养分元素平衡状况诊断分析(DRIS)

DRIS法全称为Diagnosis and Recommendation Integrated System, 是20世纪70年代初由美国人Beaufils (1973)提出的, 这种方法不同于各种单一元素临界诊断法, 它是一个系统, 是以养分平衡作为其理论依据, 诊断结果可以指出营养元素的平衡状况及需要程度, 与临界值法相比, 受发育时期采样部分等因子影响较不敏感、精确性更高。该法的理论依据是作物正常代谢所需的养分必须是平衡的, 一种养分元素与其它元素的比值存在一最适值即最佳平衡状况, 实测值距最适值越近, 说明养分越接近平衡, 反之, 就越不平衡。一种元素的平衡状况以该元素与其他元素实测值偏离相对应最适值程度来反映。其最适值则取自当地高产群体叶分析各元素比值的平均值。DRIS法并不强调把所有元素均作考察。而是根据元素比值及其变动大小确定其在诊断中的重要程度, 如果高产群体中的某两种元素比值变异程度很大, 说明这两种元素的平衡是不重要的, 可以忽略。对高产群体中某两元素比值变异程度较小者则认为是比较重要的, 是考察的重点。这种变异程度的大小, 用相对应的低产群体变异程度来衡量, 通过统计学上差异显著性测定, 以确定某两种元素的比值是重要的或是不重要的, 然后在这些基础上, 求出养分指标的适宜比例及范围。

该方法提出以来, 已在许多农作物和园艺植物的诊断上得到应用(卫茂荣, 1994; Rathfon, 1991; Needham, 1990; Walworth, 1987; Righetti, 1988; 钟安良, 1988; 范少辉, 1996), 对一些木本植物也开展了研究, 但已见报道的尚多应用在苗期阶段, 对经济树种的研究还未见报。为了全面地综合评价锥栗人工林的营养, 应用DRIS法对其作诊断分析。

将高、中、低产量类型的锥栗人工林叶片养分N、P、K、Ca、Mg测定值, 分别计算N/P、N/K、N/Mg……Ca、Mg等30种组合值的平均值、方差、标准差及变异系数, 以高产类型各组合测定值的方差为标准, 求算中、低产类型相应元素组合值方差与其比值, 在一定的可靠性下, 判断其差异显著情况, 对差异显著的元素组合, 探讨其适宜的取值范围, 计算结果见表 5、表 6、表 7。

从表 5~表 7可见, 高、中产类型叶片养分分析值组合间, 差异达显著水平的是N/K, 即N/K的比例未达适宜水平。从具体数字来说, 中产类型N/K=4.1136 > 高产类型N/K=3.2936, 这说明中产类型N元素偏高或是K元素偏低, 结合单元素指标测定可知, 这是由于K的偏低造成的, 由于该类型K的偏低, 造成了N/K的平衡失调, 此外, 尽管中产类型其余组合与高产类型相应组合间, 并未达显著差异水平, 但是其产量却较低, 从单元素指标分析的结果中也可以得知其P、Mg的平均含量也较低, 这些原因的综合, 导致了其产量水平达不到高产类型的产量水平。由此可知, 养分间的平衡值是影响到产量水平的重要因素, 但养分元素的含量值也是决定产量高低的不可或缺的因子。在高产情形下, 各养分元素处于平衡协调的状态下, 并且各养分含量值也必须有各自的适宜范围, 即低养分含量值意义下的平衡仍不可能达到高产。

将高产林分N/K的平均值作为最适值, N/K的养分平衡范围为4/3S、8/3S以外的区域视作严重不平衡区域。比较时:某一元素相对严重过量记作↑, 另一元素相对严重不足记作↓, 介于两者之间的区域为中等不平衡区域, 某一元素相对中等过量记作↗, 相对中等不足记作↘。下面是高产类型N/K的图示情况(图 1)。中产类型的N/K落在右侧严重不平衡区即N过量、K不足, 应在平衡施用各种元素的基础上适当提高K的施用比例。

从高、低产林分叶片养分分析结果及统计参数看来, N、P元素及N/P、N/K、P/K、P/N、Ca/N、Ca/P、Mg/P组合存在极显著或显著的差异, 这表明低产类型在N、P元素的含量及其组合和其它元素的一些组合间的不平衡, 这些不平衡使其产量处于低水平。

从比较结果可知, 低产类型N、P的含量显著偏低, 应给予补偿。N/P、N/K、P/K、P/N的组合也极显著不平衡, 必须综合分析, 因N/P与P/N同属两个元素, 这里选用N/P作代表分析即可(图 2)。

养分平衡诊断图具有直观明了的优点, 在实际应用中, 可以通过待诊断样品N、P、K各元素的叶片分析值, 对照该图, 即可作出诊断, 指导制定养分的补偿措施。

现以低产林分中某一样株叶片测定值数据说明诊断图的应用。实验测得N=1.624、P=0.1101、K=0.385、Ca=0.633、Mg=0.221, 求得N/P=14.75, N/K=4.218, P/K=0.286, 与诊断图比较, N/P落在N→P→区域, 为诊断目的, 通常只记录相对不足的数值, 因此N—P平衡状况为N→P→, 同样可得, N—K的平衡状况为N↑K↓, P—K平衡状况为P↑K↓, 综合得到N—P—K平衡状况为N→P→K↓。因此, 对于该株需肥顺序为K > N=P。

综合诊断还可采用指数法来进行, 指数法是通过具体数字即指数来反映平衡情况。指数等于0时, 说明该元素是平衡的, 大于0说明相对充足, 小于0说明相对不足, 负值越大说明该元素愈为植物之所需。指数法(Righetti, 1988)同样用实测值偏离最适值的偏离程度表示。设X/Y表示X、Y两元素的实测值, x/y表示X、Y两元素的最适值, 则X/Y偏离x/y的程度函数f (X/Y)。

其中, C.V为高产群体元素比值的变异系数, 这是考虑最适值受正常变异影响而对偏离程度函数f (X/Y)的平均调整。当f (X/Y) > 0时, 说明X相对过量而Y相对不足; 当f (X/Y) < 0时, 则说明X相对不足而Y相对过量。如果有更多的元素(Z……)时, x的平衡状况则需以X分别与这些元素比值偏离相应最适值的偏离程度的平均值表示, 即:

式中, n为X元素需要考虑与之平衡的另外元素的个数。现用前例中的低产林样株测定数据, 根据指数法进行分析。因为N/P=14.75 < n/p =14.95, 所以f (N/P) = (1-14.75/14.95) ×1000/3.34=4。同理f (N/K) = (4.218/3.294-1) ×1000/3.27=85.78、f (P/K) = (0.286/0.22-1) ×1000/4.23=70.92, 得:

诊断结果表明其元素补偿顺序应为K > P=N与图示法的结论一致。

对于表中Ca/P、Mg/P等重要比值项(显著者), 也可用指数法根据对待诊断样品的实测结果予以诊断, 现仍以低产林分叶样分析结果进行分析说明。计算得到Ca/N=0.3898, Ca/P=5.7493, Mg/P=2.0073, f (Ca/N) =29.37, f (Ca/P) =25.63, f (Mg/P) =8.90, 得:

同理可求得Mg指数=9。从Ca、Mg、P 3元素的平衡来说, 该样株所含这3元素均相对充足。

3 讨论和结论

营养诊断过程是一个繁锁、复杂, 但又是对栽培营养研究必不可少的重要过程。正确的取样分析是其它分析的基础, 从本研究结果来看, 对锥栗人工林的叶分析取样宜在7月中下旬, 此时处于幼果迅速发育前, 树体的养分相对较稳定。取样部位以树冠中部外围营养枝上自下而上第6~8片叶为好, 分析测定的变异较小, 这与有关文献的结果相一致(王德永, 1991; 盖素芬, 1991; 夏仁学, 1991), 叶片养分含量在1 a中呈现较有规律的变化, 但各养分元素的变化规律不尽相同。因此, 正确的取样技术是诊断分析得以顺利进行的前提。

诊断分析的方法较多, 但大都有一定的局限性, 根据产量与叶片某一定时期内的养分含量存在一定相关的条件下, 对产量划分从而进行叶片营养诊断方有意义。但并不是所有的营养元素各自均和产量相关显著, 因此, 在实践中, 必须合理地划分产量类型, 否则, 得不到理想的诊断效果。任一单因素诊断结论可能造成风险, 仅根据某一元素含量的丰缺下结论未免过于武断, 因为营养元素之间的比例是否协调, 在一定条件下, 是决定产量的主要因素, 当然, 某一元素的过高或过低, 也可能对产量造成不利的影响。DRIS可以较全面地评价各养分元素的比例是否合理, 在通常情况下, 低含量水平下的平衡可使产量不高(陈道东, 1991), 本研究中的中产类型林分就属此类, 从DRIS分析中可见, 该类型在养分平衡上除N/K因素外其余均未与高产类型有显著差异, 但产量却要比后者低得多, 其原因显而易见, 从单因素的比较上看, 其N、P、K、Mg含量均较低, 因此, 尽管在比例上差异不大, 但总量上的不足, 不足以维持一个高产林分的营养代谢需要, 所以最好应在DRIS诊断分析的同时, 考虑这些单个的指标值, 才能做到正确诊断。

就一般意义而言, 诊断分析是建立在对产量划分的基础上, 对不同产量类型叶片养分含量的测定结果进行的, 可见, 这种产量的划分的正确与合理与否至关重要。在其他条件较一致时高产的林分通常认为其养分代谢是平衡的、合理的和充分的, 因此, 将其作为其它产量类型养分丰缺的参比标准。但是, 产量究竟达到多大才算高产, 即这一比较的标准在实际工作中如何获取?这在园艺与农作物栽培实践中, 已得到了一些较成功的经验。但对于锥栗人工林来说, 由于其较规范化的栽培研究刚刚开始, 只能根据现实条件选取相对表现高产的群体并以其叶分析结果作为比较的标准, 这种高产与理论上理想的产量可能存在差异。但从诊断的目的考虑, 对制定指导栽培营养管理措施来说, 应该是现实和有效的, 随着营养研究的进一步深入, 诊断的指标也会更加完善。

由于DRIS法中的指数法便于计算机的运算, 因此, 随着诊断分析研究的更加深入, 可以建立较自动化的综合诊断一综合指标诊断判别系统, 提高诊断分析的效率, 节约大量的运算分析时间, 将结果尽快反馈到栽培实践需要之中。