摘要
明确氮、磷、钾、镁缺乏对橡胶幼苗生长及养分吸收、分配的影响，探究橡胶幼苗适应不同养分缺乏的机制。采用营养液培养的方式，以全营养液培养为对照，设置缺氮、缺磷、缺钾、缺镁 4 个缺素处理，分析不同培养条件下橡胶幼苗形态、叶绿素、生物量、根系结构、养分吸收及分配差异。结果表明，缺氮、缺磷、缺钾、缺镁均不同程度地抑制了橡胶幼苗生长，其叶片、茎秆、根系及单株总生物量均显著降低，且叶片生物量降低幅度（29.1% ～ 56.4%）远高于茎秆（12.6% ～ 22.9%）和根系（5.5% ～ 28.0%）；与对照相比，各处理总生物量分别降低 37.5%、24.6%、23.4%、25.7%。不同养分缺乏（磷除外）对橡胶幼苗根系构型参数的影响主要是降低其总根长，降幅为 10.4%～24.4%。缺氮、缺镁均会显著降低橡胶叶片叶绿素 a、b、a+b 的含量，提高叶绿素 a/b。氮、磷、钾、镁中某一元素的缺乏会显著降低该元素在橡胶幼苗各部位的含量和积累量，且茎秆（63.6% ～ 73.4%） 和根系（63.8% ～ 71.3%）中养分含量的降低幅度远大于叶片（32.9% ～ 55.8%）。缺氮不影响氮在橡胶幼苗各部位的分配，但会显著降低叶片磷、钾、镁的分配比例；缺磷提高了叶片磷的分配，降低了根系氮分配；缺钾降低了根系磷、钾分配；缺镁增加了叶片镁分配，降低根系磷、钾、镁分配。氮、磷、钾、镁缺乏均会不同程度的抑制橡胶幼苗的生长和养分吸收、分配，在橡胶幼苗管理中应注意氮、磷、钾、镁的补充。
Abstract
The effects of nitrogen，phosphorus，potassium and magnesium deficiency on the growth，nutrient absorption and distribution of rubber seedlings were analyzed，and the mechanism of rubber seedlings adapting to different nutrient deficiency was explored. Nutrient solution culture was used to analyze the differences in morphology，chlorophyll，biomass， root structure，nutrient absorption and distribution of rubber seedlings under different culture conditions，and four nutrient deficiency treatments were set up with total nutrient solution culture as the control. The deficiency of nitrogen，phosphorus， potassium and magnesium inhibited the growth of rubber seedlings to varying degrees，and the leaf，stem，root and total biomass per plant were significantly decreased，and the decrease of leaf biomass（29.1%-56.4%）was much higher than that of stem（12.6%-22.9%）and root system（5.5%-28.0%）. Compared with the control，the total biomass of nitrogen， phosphorus，potassium and magnesium nutrient deficiency treatments decreased by 37.5%，24.6%，23.4% and 25.7%， respectively. The effect of different nutrient deficiency（except phosphorus）on root structural parameters of rubber seedlings was mainly to reduce the total root length by 10.4%-24.4%. The contents of chlorophyll a，b and a+b in rubber leaves were significantly reduced by nitrogen and magnesium deficiency，and chlorophyll a/b was increased. The deficiency of nitrogen， phosphorus，potassium and magnesium significantly reduced the content and accumulation of nitrogen，phosphorus， potassium and magnesium in all parts of rubber seedlings，and the reduction of nutrient content in stem（63.6%-73.4%） and root（63.8%-71.3%）was much greater than that in leaves（32.9%-55.8%）. Nitrogen deficiency did not affect the distribution of nitrogen in each part of rubber seedlings，but significantly reduced the distribution ratio of phosphorus， potassium and magnesium in leaves. Phosphorus deficiency increased phosphorus allocation in leaves and decreased nitrogen allocation in roots. Potassium deficiency decreased the distribution of phosphorus and potassium in roots. Magnesium deficiency increased the distribution of magnesium in leaves and decreased the distribution of phosphorus，potassium and magnesium in roots. The deficiency of nitrogen，phosphorus，potassium and magnesium could inhibit the growth and nutrient absorption and distribution of rubber seedlings. Attention should be paid to the supplement of nitrogen，phosphorus， potassium and magnesium in the management of rubber seedlings.
Keywords
巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）是大戟科橡胶树属乔木，原产于巴西，其树干产生的乳白色液体“天然橡胶”，是全球重要的工业原料和战略性物资源[1]。由于巴西橡胶生长和产胶对气候要求严格，我国仅有云南、海南、广东、福建等部分区域适宜种植橡胶树[2]，橡胶自给率不足 15%[1]。因此，在适宜种植面积有限的情况下，提高橡胶产量对缓解供需矛盾、促进橡胶产业良性发展尤为重要。
充足的养分供应是提高橡胶产量的有效途径之一。氮、磷、钾、镁是橡胶生长中需求量较大的营养元素，其丰缺状况直接影响橡胶树光合作用[2-3]、胶乳合成[4]、产排胶[5]等过程。然而，在适宜橡胶生长的热带地区，土壤高度风化、酸性较强，降雨淋溶作用强，有效态氮、磷、钾、镁易随雨水淋失，造成土壤养分缺乏[6-9]。据相关报道，云南省胶园土壤有效磷缺乏比率高达 82%，速效钾缺乏比率达 27%[10]；橡胶叶片养分含量属于正常范围的仅占 38%，其余则是缺乏氮、磷、钾、镁中的一种或多种元素[11]，这些养分的缺乏必将影响到橡胶树的生长及产量提升。尽管前人已经开展了一些橡胶树养分管理方面的研究，如施肥对橡胶产量的提升[12]、橡胶专用肥的应用效果[13]、橡胶树氮素贮藏及翌年分配利用特征[14]等，但关于橡胶对不同养分缺乏的响应还缺少系统的研究。
在养分胁迫时，植物为了满足自身生长发育的需求往往会做出相应的调节策略。缺氮时，植物会通过减缓叶片扩张速率[15]、降低光合作用来降低地上部生物量[16]，将较多的同化产物分配给根系，用于根系生长[17-18]；缺磷时，植物生物量降低[19]，根冠比及根长增加[20]，一些植物还会通过增加根系有机酸分泌，活化土壤中的磷来响应胁迫[20-21]；缺钾时，植物会通过减少地上部生物量来降低养分需求，同时也会增加根系表面积尤其是根毛面积来促进养分吸收[22]；缺镁时，叶片叶绿素降解，成熟叶片中的镁向幼叶转移以满足幼叶生长的需求[23]。由此可见，由于不同养分在植物生长发育中的作用不一样，植物对不同养分缺乏的敏感程度不同，应对不同养分缺乏的机制也存在较大差异[24-25]。因此，研究橡胶在不同养分缺乏条件下植株的形态变化、生长、养分吸收分配对了解橡胶响应逆境的机制具有重要意义。然而，橡胶树为高大乔木，难以利用成年树开展某一养分缺乏后对橡胶树物质分配、养分吸收、分配等的影响。为此，本研究以橡胶树实生幼苗为材料，采用营养液培养方式，研究氮、磷、钾、镁缺乏对橡胶幼苗生长、养分吸收分配、根系形态等的影响，探索橡胶幼苗响应不同养分缺乏的机制，以期为橡胶幼苗的养分科学管理提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验于2023 年 9—11 月在云南省热带作物科学研究所光照培养室进行，供试橡胶品种为 RRIM600 实生苗。于 2023 年 8 月在试验基地收集橡胶种子，选取大小相对一致、无损伤的种子进行消毒、播种，用湿沙催芽法放入温室中催芽。待种子发芽并开始长叶片时，选取长势良好且大小相对均匀的橡胶实生苗，用蒸馏水洗净泥沙，用脱脂棉将橡胶幼苗固定在带有孔径的黑色定植板上，然后移栽到盛有营养液的黑色塑料桶（直径 191 mm，高 210 mm）中进行培养。
1.2 试验设计
试验包含 5 个处理，以全营养液培养为对照，设置缺氮、缺磷、缺钾、缺镁 4 个缺素处理。每个处理 4 次重复，每个重复 8 株幼苗，按照 4 株 / 桶种植于 2 个塑料桶中。营养液参考 Hoagland 和 Arnon 营养液配方，略有改动，缺素处理的营养液以 Hoagland 营养液为基础营养液并缺少该元素，其中 CaCl2 用于补充缺氮处理的钙，Na2SO4 用于补充缺镁处理的硫，具体浓度见表1。培养初期，先用各处理营养液浓度的 1/4 进行预培养 4 d，然后转入 1/2 浓度营养液培养 4 d，此后转入全营养液进行培养，培养期间每隔 4 d 更换 1 次营养液，配液时将营养液的 pH 调节为 6.0。试验期间设置光周期为 12 h/12 h（昼 / 夜），光照强度为 5000 lx，每隔 4 h 用通气泵通气 5 min，保持室温培养（20～30℃）。培养 60 d 后，收获样品测定相应指标。
表1不同处理营养液配方及浓度
注：-N、-P、-K、-Mg、CK 分别为缺氮、缺磷、缺钾、缺镁、全营养液对照处理。下同。铁盐（EDTA-Fe）由 FeSO4·7H2O 和 Na2EDTA 螯合形成。
1.3 测定指标及方法
1.3.1 复叶数测定
样品收获前，统计每重复 8 株橡胶幼苗的总复叶数，计算单株复叶数。
1.3.2 叶绿素含量测定
将样品用蒸馏水洗净，选取橡胶幼苗最下部叶片的中间小叶，每重复 4 株，每株取 1 片，避开叶脉，在叶片中部剪取 1 cm×1 cm 的小块（图1），剪碎、混匀，称取 0.10 g（精确到 0.0001 g）样品，用 95% 乙醇浸提 24 h，分光光度计测定叶绿素 a、 b 含量。
图1叶绿素含量测定取样区域示意图
1.3.3 根系结构参数测定
将各处理样品洗净，每个重复选取长势相对均匀的幼苗 4 株，剪下根系，采用 EPSON 扫描仪进行扫描获取根系图片，采用 WinRHIZO 根系分析系统进行分析，测定根系结构参数。
1.3.4 干物质量测定
将上述根系扫描结束后的 4 株幼苗按照根、茎、叶分开，在 105℃下杀青 30 min，65℃烘至恒重，分别测定各部位干重（即各部位干物质量），各部位干重之和即为总干物质量；根系干重与地上部（茎 + 叶）干重之比即为根冠比。
1.3.5 养分含量测定
干重测定结束后的样品经磨碎、过筛，采用硫酸-过氧化氢消煮，测定氮、磷、钾、镁含量，其中，氮、磷采用流动分析仪（SEAL AA3，德国）测定，钾、镁采用原子吸收分光光度计（AA-6300C，日本）。
各部位养分积累量按照下式计算：
养分积累量（mg/ 株）= 养分含量（g/kg）× 干物质量（g/ 株）。
1.4 数据处理与分析
采用 Office 2016、Origin Pro 2021 进行数据处理和作图，采用 SPSS 22.0进行差异显著性检验 （LSD 法）。
2 结果与分析
2.1 氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗干物质量的影响
由图2可以看出，氮、磷、钾、镁缺乏后橡胶幼苗表观生长受到抑制，植株及叶片比对照略小。缺氮处理橡胶幼苗叶片失绿发黄、叶片较小、植株较矮；缺磷和缺镁对橡胶幼苗株高和叶片影响相对较小，但缺镁处理老叶出现缺镁症状，即叶脉绿色，脉间叶肉失绿黄化；缺钾处理植株比对照矮小，叶缘出现焦枯。
图2氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗表观生长的影响
由图3所示，与对照相比，缺氮、缺磷、缺钾、缺镁处理叶片和茎秆干物质量均显著降低（P<0.05），降幅分别为 56.4%、33.7%、29.1%、30.0% 和 22.9%、 16.3%、12.6%、21.2%；根系干物质量分别降低了 5.5%、12.1%、28.0%、21.2%。单株总干物质量以缺氮处理最低，对照最高，缺氮、缺磷、缺钾、缺镁处理总干物质量分别比对照低37.5%、24.6%、 23.4%、25.7%。不同养分缺乏影响橡胶幼苗干物质分配，与对照相比，缺氮和缺磷处理根系、茎秆干物质分配比例显著提高，缺氮、缺磷、缺钾处理叶片干物质分配比例显著降低（P<0.05），其余处理与对照无显著差异（P>0.05）。同时，缺氮处理的单株复叶数最少，与对照相比降低 22.3%，其余缺素处理单株复叶数与对照无显著差异（P>0.05）。缺氮、缺磷显著提高橡胶的根冠比，增幅分别为 66.7% 和 20.5%，缺钾和缺镁对根冠比无显著影响（P>0.05）。
2.2 氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗叶绿素含量的影响
不同营养胁迫对橡胶幼苗叶片叶绿素含量的影响如表2所示。与对照相比，缺氮和缺镁显著降低橡胶叶片叶绿素 a、b、a+b 的含量（P<0.05），降低幅度分别为 41.5%、58.1%、39.7% 和 21.1%、 40.9%、26.8%，显著提高叶绿素 a/b，提高幅度分别为 39.7% 和 34.5%，缺磷和缺钾未显著影响橡胶叶片叶绿素 a、b 的含量（P>0.05）。
图3氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗生物量的影响
注：小写字母不同表示不同处理间差异显著（P<0.05），大写字母不同表示不同处理间总干物质量差异显著（P<0.05）。下同。
表2氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗叶绿素含量的影响
注：同列数据后小写字母不同表示不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。
2.3 氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗根系结构参数的影响
不同养分缺乏对橡胶幼苗根系结构参数的影响如图4所示，与对照相比，缺氮处理总根长降低 10.4%，根尖数增加 76.9%，其他参数无显著差异； 缺磷处理各根系参数与对照均无显著差异；缺钾处理总根长降低 24.4%，根表面积降低 13.6%，平均根系直径增加 12.7%；缺镁处理总根长降低 15.6%，根尖数增加 149.3%，其他参数与对照无显著差异。
2.4 氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗养分含量的影响
不同养分缺乏对橡胶幼苗各部位养分含量的影响如表3所示，与对照相比，缺氮处理叶片、茎秆、根系氮含量分别降低 32.9%、64.6%、65.1%，叶片磷和钾含量、茎秆钾含量、根系磷和镁含量均有不同程度的增加；缺磷处理叶片、茎秆、根系磷含量分别降低55.8%、73.4%、71.3%，茎秆氮和镁含量、根系氮和钾含量分别降低 15.9% 和 20.2%、7.6% 和 12.8%；缺钾处理叶片、茎秆、根系钾含量分别降低 52.2%、63.3%、66.1%，叶片磷含量、茎秆磷和镁含量、根系氮和镁含量分别增加 40.1%、13.4% 和 20.7%、11.4% 和 75.7%；缺镁处理叶片、茎秆、根系镁含量分别降低 42.9%、67.7%、63.8%，缺镁会增加叶片、茎秆中的磷含量和钾含量，但降低根系中的钾含量。综上所述，某一元素的缺乏会显著降低该元素在橡胶幼苗各部位的含量，且茎秆和根系养分含量降低幅度大于叶片，同时也会影响其他元素的含量。
2.5 氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗养分积累、分配的影响
与对照相比，缺氮、缺磷、缺钾、缺镁处理橡胶幼苗整株的氮积累量降低22.4%～70.7% （图5）；缺氮和缺磷处理整株磷积累量分别比对照低 24.1% 和 74.3%，缺钾和缺镁处理整株磷积累量与对照无显著差异（P>0.05），但其根系磷积累量分别比对照低 27.4% 和 21.5%。不同养分缺乏均会降低橡胶幼苗叶片、根系和整株的钾积累量（P<0.05），与对照相比，各处理整株的钾积累量降低 15.7%～68.6%。缺钾不影响橡胶幼苗整株镁积累量（P>0.05），缺氮、缺磷、缺镁处理整株镁积累量分别比对照低 34.1%、33.0%、66.7%。
图4氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗根系结构参数的影响
表3氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗各部位养分含量的影响
养分在橡胶幼苗不同部位的分配比例受到养分缺乏的影响（图6）。与对照相比，缺磷处理根系氮分配提高 18.9%，缺钾处理叶片氮分配降低 8.0%，茎秆氮分配提高 14.3%，其他元素缺乏不影响氮在各部位的分配比例（P>0.05）；缺氮处理叶片磷分配降低 13.3%，根系磷分配增加 45.3%，缺磷处理叶片磷分配提高 13.2%，缺钾和缺镁处理根系磷分配分别降低 22.7% 和 13.9%。与对照相比，缺氮处理叶片钾分配降低 25.9%，茎秆和根系钾分配分别增加 26.5% 和 21.3%，缺磷不影响各部位钾素分配，缺钾和缺镁均降低根系钾分配，降低幅度分别为 22.1% 和 21.8%。与对照相比，缺氮和缺钾均降低叶片镁分配（27.9% 和 18.4%），增加茎秆、根系镁分配（8.4% 和 14.0%、 91.9% 和 37.1%），缺磷增加根系镁分配，增幅为 19.7%，缺镁增加叶片镁分配（19.2%），降低茎秆和根系镁分配，降低幅度分别为 23.6% 和 13.9%。
图5氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗养分积累的影响
注：大写字母不同表示不同处理间整株养分积累量差异显著（P<0.05）。
图6氮磷钾镁缺乏对橡胶幼苗养分分配的影响
3 讨论
氮、磷、钾、镁是橡胶生长中需求量较大的营养元素，对橡胶叶片生长发育、叶片光合作用和光合同化物的积累、转运具有重要影响。本研究中，与充足养分供应相比，氮、磷、钾、镁缺乏均造成橡胶幼苗叶片、茎秆、根系和总干物质量不同程度的降低，该结果与前人在紫云英[26]、脐橙幼苗[27]、香蕉幼苗[28]上的研究结果一致。这主要是因为养分缺乏后橡胶幼苗各部位的养分含量、积累量大幅度降低，无法满足橡胶幼苗生长对养分的需求，从而对橡胶幼苗的生长造成了负面影响；此外，养分的缺乏也导致了根系结构的变化，缺氮、缺钾、缺镁均会导致橡胶幼苗总根长不同程度降低，这可能也会影响橡胶幼苗水分和养分吸收效率，最终影响橡胶幼苗的生长。不同养分中，氮素缺乏对橡胶幼苗干物质量的影响最大，这可能是因为氮是蛋白质、核酸、酶的组成成分，在控制叶片生长、叶绿素合成、光合作用等方面具有重要作用[29]，缺氮后橡胶幼苗叶片叶绿素 a、 b、a+b 含量大幅度降低，叶绿素合成受到抑制，导致缺氮后橡胶幼苗叶片出现明显的失绿黄化，影响光合作用；同时，由于缺氮后橡胶幼苗各部位氮含量大幅度降低，不能满足橡胶生长需求，叶片扩张受限，导致缺氮后橡胶叶片较小，植株较矮，最终影响生物量。从不同部位来看，氮、磷、钾、镁缺乏对橡胶幼苗叶片干物质量的降低幅度远大于茎秆和根系，且缺氮和缺磷处理茎秆干物质降低比例也高于根系，这就导致了叶片干物质分配比例的降低，但根冠比增加。这是橡胶幼苗对养分缺乏做出的响应，这种分配机制符合最优分配理论[30]，即橡胶幼苗为了适应所处的有限养分条件，优先将生物量分配给根系，以建立更多的吸收表面，获取尽可能多的受限制的养分来满足自身生长需求，这与前人在橡胶[31]、棉花[32]上的研究结果一致。
植物通过根系吸收的养分会向茎秆、叶片转移、分配，其中茎秆主要起储存养分的作用，叶片则是利用各种养分合成大分子物质[33]。本研究发现，氮、磷、钾、镁中某一元素的缺乏对茎秆和根系中该养分含量的降低幅度远大于叶片，说明在养分缺乏的条件下，橡胶幼苗可能调动根系和茎秆中的养分向叶片转移，维持叶片的同化作用，进而满足橡胶幼苗的生长[19]。由于元素之间存在相互作用，某一元素缺乏后还会引起其他元素的变化[27]，本研究中，缺氮提高了橡胶幼苗叶片磷、钾含量，缺钾提高了叶片磷含量，缺镁提高了叶片磷、钾含量，与前人报道的缺氮导致杉木幼苗根和叶的磷含量显著增加[34]、缺钾导致香蕉磷含量增加[35]、缺镁导致脐橙幼苗叶片钾含量增加[36]的结果一致。其可能的原因是某一养分的缺乏刺激了根系的觅食能力，对其他养分的吸收能力也相应增强；另一方面，也可能是养分缺乏条件下橡胶幼苗生物量更小，养分的稀释作用弱，导致养分含量高于对照[34]。因此，在进行叶片营养诊断时尤其应注意各元素间的相互影响。
养分在叶片、茎秆和根系中的分配比例表征各器官对养分的利用情况，与对照相比，缺氮对橡胶幼苗各部位氮素分配无显著影响，但显著降低了叶片磷、钾、镁的分配比例，增加了根系和茎秆中的分配比例，这是因为叶片扩张受氮素影响较大[29]，缺氮后叶片生物量的降低远高于茎秆和根系，导致叶片分配的磷、钾、镁较低。与缺氮不同，缺磷降低了橡胶幼苗叶片干物质比例，但叶片磷分配比例是增加的，同样，缺镁时叶片镁的分配比例也比对照高，说明在缺磷、缺镁条件下，橡胶幼苗将自身受限制的养分优先分配给生长代谢最旺盛的叶片，保证叶片能顺利完成光合作用，该结果与前人在杉木幼苗上的研究结论一致[37]。综上所述，橡胶幼苗对不同养分缺乏的响应存在差异，可能包括以下原因，首先，不同养分在橡胶幼苗生长、发育中的营养功能不一样；其次，橡胶幼苗对不同养分缺乏的敏感程度不一样。
4 结论
（1）氮、磷、钾、镁缺乏均会对橡胶幼苗产生负面影响，造成橡胶幼苗各部位及总生物量降低，且养分缺乏对叶片生物量的降低幅度大于茎秆和根系，其中，氮素是限制橡胶幼苗生长发育的主要养分因子。
（2）氮、磷、钾、镁中某一元素的缺乏会显著降低该元素在橡胶幼苗各部位的含量和积累量，且茎秆和根系中养分含量的降低幅度远大于叶片。某一养分的缺乏不仅影响该养分在橡胶幼苗各部位的积累、分配，还对其他养分的积累、分配产生了一定影响。该结果反映了在橡胶幼苗管理中除保证充足的氮素供应，还应注意磷、钾、镁的补充。