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锌是植物生长发育必需的微量元素，影响植物的许多生理过程，如光合作用、呼吸作用、氮素代谢及生长素的合成与代谢等，对200多种酶有重要的作用[1]。然而近年来，锌缺乏的现象越来越普遍和严重，已经成为限制农林业健康可持续发展的重要因素之一。据统计，全世界50%的作物种植区土壤存在缺锌或潜在缺锌[2]。中国缺锌土壤面积达4 866.7 万hm2，占全国可利用面积的45.7%。这一方面是因为中国南方高分化的酸性土壤和北方石灰性土壤中有效锌含量均较低，极大限制了农林业的产量[3-4]。另一方面是因过量施用氮磷钾复合肥而缺乏有机肥的施用等管理问题，导致土壤缺锌[5-6]。因此，合理增施锌肥等微量元素肥料成为快速缓解缺锌现状的首选，生产中常采用春季叶面喷锌和秋季土壤条施或滴灌方式补充，而叶面喷锌是公认的可快速缓解缺锌症状的管理措施之一[7]。有学者表明：施锌可以提高作物产量，且以叶面喷锌效果最佳[8-10]。薄壳山核桃Carya illinoensis又名美国山核桃或长山核桃，是集果用、材用和油用于一身的优良果树，也常做景观观赏树种[11]。原产美国和墨西哥北部，引种至中国已有100多年的历史，并从最初的零星栽种到现如今的规模化、产业化载植，已在中国22个省(区)打开了市场[12-13]。WOOD等[14]发现：生产中，薄壳山核桃对锌元素高度敏感，当其叶片锌含量低于40 mg·g−1时，会表现出典型的缺锌症状：小叶病，顶端嫩叶卷曲，顶芽枯死，萌芽困难，叶脉间变黄或坏死，叶片变窄，叶片厚度降低。这些症状致使果树光合能力下降，从而限制果树生长、开花和结实，特别是果树处于快速生长期时，这种缺锌现象更为严重[15]。可见，缺锌已成为限制薄壳山核桃果园产量和果实品质的重要因子之一。国外学者在薄壳山核桃果园增施锌肥方面做了大量研究，常采用硝酸锌、硫酸锌、乙二胺四乙酸锌钠(EDTA-Zn)、二乙烯三胺五乙酸锌钠(DTPA-Zn)等作为锌肥来源，与尿素、硼酸、超氨基等组合进行配比喷施肥，已取得了一定的成果[15-17]。而中国薄壳山核桃产业还处于起步阶段，在果园管理中，对锌肥种类及浓度的需求规律并不清楚。为此，本研究以6年生薄壳山核桃‘波尼’‘Pawnee’为研究对象，通过叶面喷锌的试验方法，探讨不同锌肥种类及质量浓度对其生长和矿质营养元素的影响，并采用主成分分析和加权隶属函数相结合的方法对喷锌效果进行评价，科学筛选出叶面喷锌的适宜锌肥种类及质量浓度，旨在为薄壳山核桃果园的丰产管理提供技术及理论依据。
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研究区位于江苏省句容市后白镇张庙村，南京林业大学美国山核桃试验基地(31°52′45″N，119°09′06″E)。该区属北亚热带中部季风气候，年均气温15.6 ℃，年降水量1 018.6 mm，日平均气温大于10 ℃的天数为226 d，无霜期229 d。研究地属典型的低山丘陵地区，土壤为黄棕壤，中性偏酸。土壤铵态氮、有效磷和速效钾分别为22.65、3.07和25.31 mg·kg−1，pH 7.48。
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供试树种为6年生薄壳山核桃‘波尼’。喷锌前，果树生长良好且一致，株行距为8 m×6 m。锌肥种类分别为乙二胺四乙酸锌钠(EDTA-Zn，锌质量分数21.7%)、硫酸锌(ZnSO4·7H2O，锌质量分数22.6%)和硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O，锌质量分数21.9%]。
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试验采用2因素3水平试验设计方案，设10个处理(设锌肥种类与质量浓度2个因素，每因素设3水平，以不喷锌处理作为对照)，3次重复，单株小区，完全随机区组分布，单株隔离保护(表1)。试验区内的土壤水分、肥力条件相对一致，且果园抚育管理措施一致。于2018年4月27日、5月8日、5月23日和6月4日，晴朗无风的清晨，用压缩背负式喷雾器将叶面喷施至微滴水，共喷施4次。
表 1 锌肥2因素3水平试验设计方案
Table 1. Test design table of zinc fertilizer 2-factors 3-levels
处理 锌肥种类 锌肥质量浓度/(mg·L−1) 对照 0 1 乙二胺四乙酸锌钠(EDTA-Zn) 50 2 乙二胺四乙酸锌钠(EDTA-Zn) 100 3 乙二胺四乙酸锌钠(EDTA-Zn) 150 4 硫酸锌(ZnSO4·7H2O) 50 5 硫酸锌(ZnSO4·7H2O) 100 6 硫酸锌(ZnSO4·7H2O) 150 7 硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O] 50 8 硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O] 100 9 硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O] 150 -
2018年8月中旬，采集各处理树木的树冠外围中部长势一致的功能叶5片·株–1，各处理测定3株(3次重复)，分别用于叶片生长及矿质营养元素的测定。
样品采集后装入塑封袋置于冰盒带回，用自来水和纯水分别冲洗干净，晾干。采用YMJ-D型手持叶面积仪(浙江托普仪器公司生产)和千分之一天平分别测定叶面积和叶片鲜质量。随后将新鲜叶片放置100 ℃烘箱杀青10 min，然后60 ℃下烘干至恒量。千分之一天平测定叶片干质量。研磨干样至粉碎，过100目筛，密封保存待用。2018年11月中旬，待叶片全部脱落后测定树高和胸径。
干样采用硝酸-高氯酸消煮，消煮液用来分析叶片矿质营养元素。单位质量叶片中的全磷质量分数用钼锑抗比色法测定，其他元素质量分数用原子吸收分光光度计(AES，英国PYE公司生产的SP9-400型)测定。单位质量叶片中的全氮质量分数(干样)用elementar MACRO cube元素分析仪(德国艾力蒙塔公司生产)测定。
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数据用均值±标准差表示。采用Excel 2016、SPSS 23.0等对数据进行相关性分析、主成分分析，用Duncan’s新复极差法进行差异显著性分析(P＜0.05)。采用Origin 9.1进行图形绘制。根据张婷等[18]的方法，将主成分分析和加权隶属函数法相结合进行综合指标评价，从而计算出10个叶面喷锌处理组的综合评价值(D)。
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薄壳山核桃叶片及树高、胸径指标均随着喷锌质量浓度的递增而增大，且硝酸锌处理的增长趋势更明显(图1)。在150 mg·L−1硝酸锌处理下，叶长、叶宽、叶面积和比叶重增长显著(图1A、图1B、图1C、图1E)，分别超出对照的26%、37%、25%、17%(P＜0.05)。喷锌质量浓度为50~100 mg·L−1时，叶片含水率最高(图1D)，增长率并不受锌肥种类影响，均为4%。各处理组的树高和胸径增长均不显著。
图 1 不同处理下薄壳山核桃生长指标的变化
Figure 1. Changes of growth indexes of C. illinoensis under different treatments
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随喷锌质量浓度递增，各处理组的单位质量叶片中氮、钾、锌、锰质量分数不断上升，钙、镁质量分数先升后降，磷、铁质量分数持续下降，铜质量分数维持稳定(图2)。喷锌质量浓度为150 mg·L−1时，乙二胺四乙酸锌钠、硫酸锌、硝酸锌处理组的单位质量叶片氮、钾、锌、锰质量分数均升至最高，分别超出对照1%、16%、19%；53%、74%、15%；47%、133%、127%；30%、73%、54%(图2A、图2C、图2F、图2H)，且硫酸锌、硝酸锌处理组差异显著(P＜0.05)，而乙二胺四乙酸锌钠处理组差异不显著。喷锌质量浓度为50~100 mg·L−1时，乙二胺四乙酸锌钠、硫酸锌、硝酸锌处理组的单位质量叶片中钙、镁质量分数达到最高拐点，拐点增幅分别为16%、15%、11%和97%、76%、97%(图2D和图2E)，差异显著(P＜0.05)。喷锌质量浓度为150 mg·L−1时，乙二胺四乙酸锌钠、硫酸锌、硝酸锌处理组的单位质量叶片中磷、铁质量分数均降至最低，分别低于对照组38%、43%、43%和22%、43%、39%，且处理组之间差异不显著(图2B和图2G)。
图 2 不同处理下薄壳山核桃叶片矿质营养元素的变化
Figure 2. Changes of leaf mineral elements of C. illinoensis under different treatments
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薄壳山核桃叶片生长和矿质营养元素指标之间具有显著的相关性(表2)。叶长与氮、锌质量分数呈显著(P＜0.05)、极显著(P＜0.01)正相关，相关系数分别为0.437、0.474。叶宽与钙、锌质量分数呈显著正相关(P＜0.05，相关系数为0.446、0.446)。叶面积与氮、钙、锌质量分数呈显著正相关(P＜0.05，相关系数为0.372、0.395、0.483)。叶片含水率与磷质量分数呈显著正相关(P＜0.05，相关系数为0.445)。比叶重则与钙质量分数呈极显著正相关(P＜0.01，相关系数为0.586)。本研究中，叶片锌质量分数不仅与薄壳山核桃叶长、叶宽、叶面积等生长指标呈显著(P＜0.05)、极显著(P＜0.01)正相关，而且与叶片氮、钾、钙、锰质量分数也呈显著(P＜0.05)、极显著(P＜0.01)正相关。
表 2 单项指标的相关系数矩阵
Table 2. Correlation matrix of each individual index
指标 叶长 叶宽 叶面积 含水率 比叶重 树高 胸径 氮 叶长 1 叶宽 0.815** 1 叶面积 0.917** 0.964** 1 含水率 −0.003 0.155 0.122 1 比叶重 0.085 0.363* 0.206 −0.228 1 树高 0.517** 0.510** 0.532** −0.012 0.031 1 胸径 0.147 0.007 0.067 −0.067 −0.291 0.133 1 氮 0.437* 0.296 0.372* −0.050 0.074 0.330 0.089 1 磷 −0.156 −0.169 −0.216 0.445* 0.080 −0.209 −0.003 0.090 钾 −0.178 −0.090 −0.142 −0.151 0.234 −0.163 −0.325 0.034 钙 0.359 0.446* 0.395* −0.101 0.586** 0.286 −0.293 0.243 镁 0.033 0.222 0.132 −0.099 0.257 0.167 −0.142 0.065 锌 0.474** 0.446* 0.483** −0.230 0.311 0.338 0.045 0.457* 铁 0.072 −0.052 0.047 0.217 −0.328 −0.036 0.099 0.154 铜 0.033 0.134 0.081 0.252 −0.012 −0.258 −0.076 −0.331 锰 0.170 0.103 0.143 −0.240 0.023 0.237 0.187 −0.018 指标 磷 钾 钙 镁 锌 铁 铜 锰 磷 1 钾 0.086 1 钙 0.009 0.461* 1 镁 0.077 0.585** 0.413* 1 锌 −0.151 0.401* 0.532** 0.259 1 铁 −0.107 −0.408* −0.195 −0.590** −0.126 1 铜 0.011 0.403* 0.244 0.202 −0.135 0.064 1 锰 −0.328 0.150 0.174 0.063 0.640** −0.039 −0.201 1 说明：*表示显著相关(P＜0.05)；**表示极显著相关(P＜0.01) -
如表3所示：第1、2、3、4主成分的累计贡献率达65%，表明前4个主成分能概括大多数数据信息，因此确定提取这4个主成分，将原来16个单项指标转换成4个相互独立的综合指标，分别用X1、X2、X3、X4表示。
表 3 各综合指标的系数及贡献率
Table 3. Coefficients of comprehensive indexes and proportion
指标 X1 X2 X3 X4 叶面积 0.855 −0.347 0.281 −0.133 宽 0.849 −0.214 0.344 −0.119 长 0.803 −0.412 0.182 −0.075 锌 0.769 0.134 −0.353 0.047 钙 0.685 0.453 0.146 −0.008 树高 0.622 −0.319 −0.102 0.126 钾 0.193 0.832 −0.038 −0.106 镁 0.382 0.649 0.052 0.055 铁 −0.175 −0.619 0.139 −0.190 含水率 −0.128 −0.201 0.729 0.071 锰 0.374 −0.008 −0.641 −0.257 铜 −0.006 0.322 0.561 −0.648 磷 −0.215 0.192 0.476 0.623 氮 0.490 −0.228 −0.038 0.570 胸径 −0.012 −0.465 −0.247 −0.015 比叶重 0.435 0.468 0.052 0.202 贡献率/% 27 18 12 8 -
每个处理各综合指标的隶属函数值计算公式为：
$$ \mu \left( {{X_i}} \right) = \frac{{{X_i} - {X_ {\rm min}}}}{{{X_{\rm max}} - {X_{\rm min}}}},\;i = 1,\;2,\;3,\; \cdots ,\;n{\text{。}} $$ (1) 式(1)中：µ(Xi)表示各处理组第i个综合指标的隶属函数值；Xi表示第i个综合指标；Xmin和Xmax分别表示第i个综合指标的最小值与最大值。
各综合指标权重(Wi)的计算公式为：
$$ {W_i} = {P_i}\Big /\sum\limits_{i = 1}^n {{P_i}} ,\;i = 1,\;2,\;3,\; \cdots ,\;n{\text{。}} $$ (2) 式(2)中：Wi表示第i个综合指标在所有综合指标中的重要程度；Pi为各处理组第i个综合指标的贡献率。
各处理组综合评价值(D)的计算公式为：
$$ D = \sum\limits_{i = 1}^n {\left[ {\mu \left( {{X_i}} \right){W_i}} \right]} ,\;i = 1,\;2,\;3,\; \cdots ,\;n{\text{。}} $$ (3) 式(3)中：D表示在喷锌处理下，计算所得各处理组的综合评价值。
根据各综合指标的贡献率大小可以知道它们的相对重要性，同时根据16个单项指标的平均值及各综合指标的指标系数(表3)求出每个处理的4个综合指标值(表4)。各处理组的喷锌反应根据D排序，从大到小依次为处理9、处理5、处理2、处理8、处理6、处理3、处理4、处理7、处理1、对照。
表 4 各处理组的综合指标值(Xi)、隶属函数值[μ(Xi)]、权重(Wi)、综合评价值(D)及排序
Table 4. Values of each treatment comprehensive index (Xi), subordinate function[μ(Xi)], index weight (Wi), comprehensiveassessment (D) and the order
处理 综合指标值Xi 隶属函数值μ(Xi) 综合评价值D 综合排序 X1 X2 X3 X4 μ(X1) μ(X2) μ(X3) μ(X4) 对照 42.471 −7.373 2.475 12.065 0.000 0.344 0.313 0.427 0.205 10 1 44.448 −6.157 2.468 11.856 0.139 0.478 0.311 0.334 0.287 9 2 50.395 −3.930 3.534 11.103 0.558 0.725 0.633 0.000 0.544 3 3 46.890 −1.926 2.382 11.446 0.311 0.946 0.285 0.152 0.456 6 4 46.923 −6.048 2.696 12.500 0.313 0.490 0.380 0.620 0.412 7 5 49.479 −4.093 2.828 12.448 0.493 0.707 0.420 0.597 0.550 2 6 47.289 −1.443 1.437 12.727 0.339 1.000 0.000 0.721 0.502 5 7 46.929 −7.807 3.215 12.232 0.314 0.296 0.537 0.501 0.374 8 8 50.119 −8.164 3.252 13.356 0.538 0.256 0.548 1.000 0.523 4 9 56.684 −10.477 4.751 12.503 1.000 0.000 1.000 0.622 0.683 1 权重Wi 0.417 0.268 0.186 0.128 -
外施锌肥可从形态和矿质营养元素累积变化中进行直观判断。本研究中，叶面喷锌使薄壳山核桃叶长、叶宽、叶面积和比叶重等有一定程度的增长；也使叶片氮、钾、钙、镁、锌、锰质量分数提高，而磷和铁质量分数降低，尤其以150 mg·L−1硝酸锌处理的增长明显，这与OJEDA-BARRIOS等[15]的结论一致。OJEDA-BARRIOS等[15]对8年生薄壳山核桃叶面喷施硝酸锌、乙二胺四乙酸锌钠、二乙烯三胺五乙酸锌钠表明：叶片锌质量分数提高，同时总叶面积和叶绿素(SPAD)也得到明显增加。ASHRAF等[16]也对薄壳山核桃进行尿素、硼酸、硫酸锌、超氨基等不同组合的叶面喷施表明：尿素、硼酸、硫酸锌、超氨基混合组合在开花前、坐果后可增加叶片氮、磷、钾、钙、镁、锌、锰和铜质量分数。KESHAVARZ等[17]通过对薄壳山核桃叶面混合配施锌肥和硼肥表明：施用174 mg·L−1硼肥和1 050 mg·L−1锌肥时效果最好，可增加叶片氮、磷、钾、铁、锌和硼质量分数。而本研究表明：叶面喷锌不仅促进了薄壳山核桃叶片氮、钾、钙、镁、锌、锰质量分数上升，也使磷、铁质量分数下降。这可能是因为配施比单施效果好，且能避免锌磷拮抗、锌铁拮抗现象[16-17]。
在本研究中，随叶片锌质量分数上升，磷、铁质量分数持续下降，可见，锌磷拮抗、锌铁拮抗现象非常明显。通常，锌磷拮抗主要表现为高磷可诱导锌缺乏症[19]，有3个方面的原因：①高磷通过干扰锌的吸收转运从而引起锌的缺乏；②高磷可降低植物顶端锌的质量分数；③植物细胞内与磷有关的代谢紊乱造成磷锌失衡[1]。仝月澳[20]提出衡量苹果Malus domestica树锌营养用磷/锌指标进行判断，磷/锌＞100易患小叶病，但取样测定时间限制在盛花后8~12周(即6−7月)，否则无可比性。朱文勇等[21]通过细胞超微结构观察也发现：磷/锌＞100时，苹果树易爆发小叶病。王衍安等[22]在此基础上采用根外喷施硫酸锌可大幅度提高苹果枝干锌储藏营养水平，有利于平衡锌在根、枝、叶间的分配，调节树体内磷、钾、锌间的平衡，提高锌运转能力和有效性，满足树体周年发育需求。锌铁拮抗在作物中研究较多，也表现为随铁质量分数升高，锌吸收受到抑制，从而影响作物的正常生长；反之，则促进作物生长。小麦Zea mays幼苗中，低浓度铁对锌吸收没有影响[23]；水稻Oryza sativa幼苗中，高浓度铁则完全抑制锌的吸收[24]；此外，缺铁还能增加双子叶植物和禾本科Gramineae植物嫩枝中锌的吸收[25]。
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本研究建立了一套筛选薄壳山核桃施肥方式的方法，该方法全面、客观、准确，对于薄壳山核桃施肥效果的评价具有重要实践意义。首先采用主成分分析法把16个单项指标转换成4个综合指标，以此作为代表确定其权重，进一步利用加权隶属函数法求出各综合指标评价值(D)，从而筛选出适宜的叶面喷锌处理。此方法在高粱Sorghum bicolor抗旱性[26]、马铃薯Solanum tuberosum耐荫性[27]、桃树Amygdalus persica抗氧化能力[28]、红锥Castanopsis hystrix良种引进[29]、苹果矮化砧的筛选[18]、石榴Punica granatum耐盐性[30]等方面多有报道。该方法可消除单项指标的片面性，能比较科学地筛选出适宜处理。通过筛选，薄壳山核桃适宜喷锌处理为150 mg·L−1硝酸锌或100 mg·L−1硫酸锌或100 mg·L−1乙二胺四乙酸锌钠。在生产实践中，硝酸锌成本较高，且不稳定、不易储存，因此多选用硫酸锌或锌的不同络合物，或进行多种微肥配施[16-17]。
Evaluation of foliar spraying of zinc in Carya illinoensis
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摘要:
目的 探明叶面喷锌肥对薄壳山核桃Carya illinoensis生长的影响，为果树施肥提供科学依据。 方法 以6年生薄壳山核桃‘波尼’‘Pawnee’为试材，设置乙二胺四乙酸锌钠(EDTA-Zn)、硫酸锌(ZnSO4·7H2O)、硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O]等3种锌肥和50、100、150 mg·L−1锌等3个质量浓度水平，共10个处理组(以不喷锌为对照组)进行叶面喷施，分析生长指标(叶长、叶宽、叶面积、含水率、比叶重、树高、胸径)和叶片矿质营养元素(氮、磷、钾、钙、镁、锌、铁、锰、铜)的质量分数变化，并采用主成分分析和加权隶属函数相结合的方法对叶面喷锌效果进行评价。 结果 随喷锌质量浓度递增，薄壳山核桃叶片及树高、胸径指标均有一定程度增大。与对照相比，150 mg·L−1硝酸锌处理的各项形态生长指标增长显著(P＜0.05)，特别是叶长、叶宽、叶面积和比叶重，分别超出对照26%、37%、25%、17%。随喷锌质量浓度递增，叶片氮、钾、锌、锰质量分数均呈上升趋势；磷、铁质量分数不断下降；钙、镁质量分数先升高后下降。相关分析表明：叶片中锌质量分数与叶长、叶宽和氮、钾质量分数呈显著正相关(P＜0.05)，与叶面积和钙、锰质量分数呈极显著正相关(P＜0.01)。 结论 在一定范围内叶面喷锌肥能显著促进薄壳山核桃叶片生长(P＜0.05)，并促进叶片矿质营养元素的积累。因此，建议薄壳山核桃喷锌肥可选用150 mg·L−1硝酸锌或100 mg·L−1硫酸锌或100 mg·L−1乙二胺四乙酸锌钠。图2表4参30 Abstract:Objective With the effect of foliar spraying of zinc (Zn) on leaves growth and mineral elements of pecans (Carya illinoensis) explored, the study is aimed to provide scientific basis for the fertilizer control of fruit trees. Method Using 6-year-old ‘Pawnee’ pecans as the research material under field conditions, a field experiment was conducted with 3 types of zinc fertilizers, such as EDTA-Zn, zinc sulfate (ZnSO4·7H2O), zinc nitrate [Zn (NO3)2·6H2O)] sprayed at 3 levels of concentrations (50, 100, 150 mg·L−1 Zn) in terms of 10 treatments (with 0 mg·L−1 Zn as control). Treatments were replicated three times in a randomized complete block design to measure the growth parameters (leaf length and width and area, rate of water content, specific leaf weight, tree height and diameter) and leaf mineral elements [nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), zinc (Zn), iron (Fe), manganese (Mn), copper (Cu)]. These parameters were initially evaluated with the employment of principal component analysis (PCA) and weight subordinate function (WSF). Result The leaf growth parameters and tree height and diameter increased to a certain extent with the increased concentration. The leaf length, width, area, specific leaf weight increased by 26%, 37%, 25%, 17% with the 150 mg·L−1 of zinc nitrate treatment respectively, which was significantly higher than that with other treatments (P＜0.05). With the increased concentration, the N, K, Zn, Mn contents of pecan leaves increased and the P, Fe content decreased while the Ca and Mg contents first increased and then decreased. As was shown in the correlation analysis, the length, width, N, K were significantly and positively correlated (P＜0.05) to Zn in leaves while the coverage, Ca, Mn were significantly and positively correlated (P＜0.01) to Zn in leaves. Conclusion Foliar spraying of zinc has significantly improved the leaf growth of pecans (P＜0.05) and increased the accumulation of mineral elements in leaves. Thus, it was suggested that 150 mg·L−1 of zinc nitrate or 100 mg·L−1 of zinc sulfate or 100 mg·L−1 of EDTA-Zn could be used for foliar spraying of zinc fertilizers in pecans. [Ch, 2 fig. 4 tab. 30 ref.] -
珠江三角洲地区河湖纵横，是富有岭南特色的水乡聚落聚集地；聚落植被空间特有的线性特征对村民生活、乡村传统文化传承等具有巨大作用，其带状滨河空间具有明显边缘效应和较强的异质性，是城乡最富有魅力的界面，也是理想的生态走廊，成为城乡景观中最具表现力的地带[1]。但乡村聚落居住区人口密集，居住和生产活动频繁，对滨水植物生态系统的结构和功能影响巨大[2-4]；植被特征和功能也因居民需求的多样化而呈现出较强多样化特征，并随着线性聚落居民点的分布差异而变化[5-7]。因此，研究人与植物的双向关系、植物在人们居住活动中所发挥的作用以及居住建设活动对植物多样性的影响等，对乡村聚落植物生态环境的改善和聚落文化的传承具有十分重要的意义[8]。目前国内外对滨河乡村植物基本特征、植物群落结构特征、树木健康评价等聚落植物景观[5-9]，植物景观与村聚落建筑、农田、道路和水体等景观要素的相互关系[10]，乡村人居林分类、结构和配置等[11-17]较为关注，但对基于乡村聚落分布的线性特征及人居需求变化造成植物景观特征变化的研究较少。本研究以典型带状滨河乡村聚落——广州南沙河涌区的3涌为对象，研究聚落带状空间的植物多样性特征以及居住建设活动对其产生的影响，调查不同村落中植物群落的种类及分布变化，分析造成这一变化的影响因素，以期从植物景观建设的视角为中国乡村振兴计划中建设“宜居”的生态环境提出建议[18-20]。
1. 研究区概况
广州南沙河涌区位于广东省广州市最南端，珠江入海口处，是珠江三角洲经济区的几何中心。该区域属亚热带海洋季风气候，年平均气温为21.9 ℃，年平均降水量为1 647.5 mm，雨量充沛，雨热同季，热量和辐射丰富，植被为热带雨林季风植被。区域由北向南按照形成时序依次命名为1涌、2涌、3涌等直至19涌，每条河涌由西闸口和东闸口限制，总面积约160 km2[21]。研究区以南沙河涌区北部的3涌为代表。该涌建成距今约70 a，共有行政村7个，以农田、鱼塘为边界划定乡村植物景观研究范围。调研区域以道路为中心，除大型农业用地外，两侧为建筑、广场、桥、河流、水塘等与村民日常生活密切相关的区域。受城市化建设影响，3涌从西闸至东闸被工厂隔开，根据河涌两岸用地类型对乡村聚落河段进行划分，形成居住农业段(R-A1)-居住段(R)-农业段(A)-居住农业段(R-A2)分布序列。研究区总长为5.3 km，其中居住段占34.0%，农业段约占16.2%，乡村聚落呈非连续分布。
2. 研究方法
2.1 样地调查
根据卫星影像资料确定研究区域主要植物种类及基本性质，采用样方法进行实地群落调查。在河涌两岸乡村聚落带(不包含工厂段)，每隔200 m设置对应的2个样地，其中R-A1和R段分别有12个，A段8个，R-A2段14个，共46个样地。各样地划出40 m × 40 m 的样方，并在样方内设置乔木样方(5 m × 5 m)，灌木样方(5 m × 5 m)和草本样方(1 m × 1 m)，记录其中的乔木名称、空间位置、株数、树高、胸径及年龄，记录灌木或草本的名称、空间位置、株数(盖度)和高度。测量对应样地的河道宽度，记录样方内建筑的覆盖面积、数量、高度等基本信息[22]。
2.2 数据分析
2.2.1 多样性指数及重要值计算
选取相对多度、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Patrick丰富度指数(R)、Pielou均匀度指数(J)和重要值[22]，指示植物基本多样性特征。
2.2.2 其他指标计算
建筑盖度(CB)＝(S投影/S总)×100%，其中S投影为样方内建筑投影面积，S总为样方总面积；河道宽度(WR)：成对样地测量4组河道宽度，其平均值即为该组样地对应河道宽度(m)。
2.2.3 数据统计分析
利用Excel 2016统计分析植物各项形态指标种类、数量及其变化趋势，利用SPSS进行相关统计分析。
3. 结果与分析
3.1 植物种类构成
调查发现：研究区共有植物77种，隶属于44科70属，其中乔木42种，灌木19种，草本13种，藤本3种；乔木占54.55%，具绝对性优势，藤本植物最少。就科属而言，研究区以蔷薇科Rosaceae、棕榈科Palmae植物为主，桑科Moraceae和芸香科Rutaceae次之。
3.2 优势植物构成特征
计算4个河段中乡村聚落植物乔、灌、草的重要值(表1)可知：不同河段的优势乔灌木差异较小，乔木均以龙眼的重要值最高，黄皮Clausena lansium、菠萝蜜Artocarpus heterophyllus和苹婆Sterculia nobilis次之，体现了聚落居民对果树的需求；近西闸口以小叶榕Ficus concinna和白颜树Gironniera subaequalis重要值较高，可能作为风水文化林的形式在河涌区整体植物景观风貌中发挥作用。灌木以九里香Murraya exotica、桂花Osmanthus fragrans和米仔兰Aglaia odorata等观叶观花植物为主，主要见于庭院内外空间，用于满足聚落居民的观赏需求。草本植物以香蕉Musa nana和青皮竹Bambusa textilis为主，成片栽植于河岸边、池塘边和街道两侧。
表 1 优势种重要值特征Table 1. Significant value characteristics of dominant species河段 乔木 灌木 草本 种名 重要值 种名 重要值 种名 重要值 R-A1 龙眼Dimocarpus longan 0.26 桂花Osmanthus fragrans 0.46 香蕉Musa nana 0.64 桃Amygdalus persica 0.12 散尾葵Chrysalidocarpus lutescens 0.18 青皮竹Bambusa textilis 0.21 小叶榕Ficus concinna 0.06 九里香Murraya exotica 0.10 大米草Spartina anglica 0.10 落羽杉Taxodium distichum 0.05 金银花Lonicera japonica 0.07 白花鬼针草Bidens alba 0.05 菠萝蜜Artocarpus heterophyllus 0.05 米仔兰Aglaia odorata 0.05 R 龙眼 0.21 桂花 0.37 香蕉 0.45 白颜树Gironniera subaequalis 0.14 九里香 0.10 青皮竹 0.29 黄皮Clausena lansium 0.08 散尾葵 0.10 甘蔗Saccharum officinarum 0.12 大王椰子Roystonea regia 0.07 米仔兰 0.10 紫苏erilla frutescens 0.04 番石榴Psidium guajava 0.06 月季Rosa chinensis 0.06 狗尾草Setaria viridis 0.03 A 龙眼 0.20 木薯Manihot esculenta 0.56 香蕉 0.68 黄皮 0.13 木瓜Chaenomeles sinensis 0.27 青皮竹 0.24 芒果Mangifera indica 0.11 桂花 0.08 美人蕉Canna indica 0.04 苹婆Sterculia nobilis 0.07 九里香 0.08 朱蕉Cordyline fruticose 0.03 番石榴 0.06 R-A2 龙眼 0.34 朱蕉 0.32 香蕉 0.40 菠萝蜜 0.11 桂花 0.22 青皮竹 0.27 大王椰子 0.09 九里香 0.13 大米草 0.22 黄皮 0.08 变叶木Codiaeum variegatum 0.08 闭鞘姜Costus speciosus 0.05 罗汉松Sterculia nobilis 0.05 米仔兰 0.08 美人蕉 0.02 3.3 植物生长结构特征
研究发现(表2)：不同河段群落上层(高于8 m)植被多以落羽杉Taxodium distichum、龙眼Dimocarpus longan、大王椰子Roystonea regia、白颜树及小叶榕为主；不同河段树种丰富度指数不同(图1)，其中以R段最高(10)，R-A1和R-A2段其次，A段最低(2)；即居住密集区植被较为高大，常以古树名木或风水林的形式存在，农业段多为断枝枯木，罕有大型古树，植被多为人工栽植果树。各河段的群落中层植被以龙眼、黄皮、菠萝蜜和苹婆等果树为主，见于道路、庭院河岸等各类植物功能区，白颜树、美丽异木棉Ceiba speciosa和柳树Salix babylonica等景观观赏树种也较为常见，见于街边游憩广场或小游园；中层植被丰富度指数同样以R段最高(18)，A段(11)最低。相比之下，因包含小乔木、灌木和大型草本植物，群落下层植被丰富度指数较高，近东闸口的R-A2段丰富度指数达到了29，调查显示该段庭院面积较大，庭院内栽植经济类、观赏类果树等的可选择性较高，而近西闸口的R-A1段则庭院面积相对较小，植被多为盆栽为主，因而丰富度指数略低(11)；R和A段丰富度指数基本相当，植被以香蕉、青皮竹及龙眼为主。
表 2 不同高度层树种相对多度Table 2. Relative abundance of tree species at different heights河段 0~4 m 4~8 m ＞8 m 种名 相对多度/% 种名 相对多度/% 种名 相对多度/% R-A1 香蕉 82.02 龙眼 31.08 落羽杉 44.44 青皮竹 11.43 桃 27.03 龙眼 25.93 桂花 2.69 落羽杉 13.51 苦楝 Melia azedaeach 11.11 龙眼 1.85 白颜树 8.11 樟树Cinnamomum camphora 7.41 橡皮树Ficus elastica 0.50 荔枝Litchi chinensis 4.05 R 青皮竹 35.41 龙眼 45.22 大王椰子 43.33 香蕉 32.13 黄皮 14.01 白颜树 23.33 黄皮 16.39 苹婆 8.92 落羽杉 6.67 番石榴 4.43 菠萝蜜 5.10 龙眼 6.67 龙眼. 3.44 罗汉松Podocarpus macrophyllus 3.82 小叶榕 3.33 A 香蕉 63.51 龙眼 31.65 小叶榕 66.67 青皮竹 14.85 美丽异木棉Ceiba speciosa 25.32 苦楝 33.33 龙眼 5.36 黄皮 16.46 美丽异木棉 4.12 杨桃Averrhoa carambola 6.33 R-A2 香蕉 37.23 龙眼 52.00 大王椰子 55.56 龙眼 19.70 柳树Salix babylonica 13.09 小叶榄仁Terminalia neotaliala 27.78 青皮竹 16.01 菠萝蜜 12.73 龙眼 13.89 菠萝蜜 5.59 黄皮 7.27 黄皮 3.56 落羽杉 4.73 3.4 植物多样性特征
由图2可知：不同河段植被多样性指数波动较大，总体表现为R(2.52)＞R-A2(2.45)＞R-A1(1.53)＝A(1.53)，4个河段不同生活型植被多样性则表现为乔木＞灌木＞草本。均匀度指数差异较小，总体表现为R-A2(0.67)＞R(0.65)＞A(0.49)＞R-A1(0.45)，说明均匀度大小与河段用地类型和地理位置相关；不同河段乔灌草均匀度相对大小不同，R-A1段表现为乔木(0.74)＞灌木(0.69)＞草本(0.48)，R段表现灌木(0.82)＞乔木(0.80)＝草本(0.80)，A段表现为灌木(0.62)＞乔木(0.47)＞草本(0.43)，R-A2段表现为灌木(0.69)＞草木(0.68)＞乔本(0.65)。4类河段中R段多样性指数和均匀度指数均最高，主要原因是作为居住用地，R段两岸居住建筑分布多，人为活动频繁，受居民需求层次影响，庭院观赏植物更多，植物选择自由度较高，种类也较为丰富。而同为半居住半农业河段，近西闸的R-A1段乔木多样性高于近东闸口的R-A2段，原因在于西闸口居住建筑密度较高，居民更倾向选择乔木；而东闸口居住密度较小，人为干扰较小，大米草Spartina anglica，白花鬼针草Bidens alba等低矮灌木和草本植物更易生长，自然生态性较强。A段为农业用地，虽然干扰频率较低，但在以经济需求为本的人为管理下均质性较高，多为成片果树林或香蕉等可食用类植物，因此各类指数都低于其他河段。
3.5 居住建设活动对植物多样性的影响
实地调查发现：河涌南岸居住活动较为频繁，而北岸以农用地为主，因此本研究主要对南岸进行植物多样性与河道宽度和建筑盖度相关关系的分析。
Pearson相关性检验发现(图3)：河道宽度与河段区位相关性显著(r＝0.700，P＜0.05)，河道宽度不受用地的限制，而与河段区位直接相关；多重比较(LSD)发现：与其他河段相比，R-A2段河道宽度更大(P＜0.05)，其他河段河道宽度则无显著差异。对河道宽度与乔灌草的多样性和均匀度指数的相关性分析发现：河道宽度与草本植物多样性呈显著正相关(r＝0.537，P＜0.05)；单因素方差分析发现：R与R-A2段草本植物多样性差异显著(P＜0.05)，不同河段表现为R-A2＞A＞R-A1＞R，结合河道宽度认为，河段河道宽度越大，草本植物多样性越高，也就是说，河道宽度较高河段，其河岸带自然性较高，滨河自然野生草本植物生存空间较大，种类也较为丰富。
图 3 河道宽度与多样性指数分布关系图Figure 3. Distribution relationship between river width and diversity index如图4所示：不同河段植被均匀度指数变化较小，建筑盖度变化不明显。Pearson相关性分析发现：建筑盖度与灌木均匀度呈显著负相关(r＝−0.414，P＜0.05)，即建筑盖度越大，灌木分布越不均匀；主要原因在于建筑密集区，庭院分布也较为密集，桂花、九里香和散尾葵Chrysalidocarpus lutescens等常用做庭院造景灌木，受人为干较大；而在建筑盖度较低河段，由庭院导致的灌木分布不均匀的现象则相对较弱。
图 4 建筑盖度与均匀度指数分布关系图Figure 4. Distribution relationship between building coverage and eveness index总的来看，乔木和灌木在不同河段多样性差异不显著，受居住活动影响较小，表明整体乡村聚落河岸带植物景观较为统一，稳定性较强。河道宽度与草本植物多样性显著相关，建筑盖度与灌木均匀度显著相关；前者受河涌本身属性影响，而后者与人居庭院灌木选择的多样化相关，且由西闸口至东闸口的不同河段无明显上升或下降的变化规律，但呈现出多样性指数和河道宽度上升的变化趋势，而均匀度变化趋势则较为平缓。
4. 结论与讨论
4.1 结论
本次样地调查共记录河涌乡村聚落带内植物44科70属77种，其中乔木42种，灌木19种，草本13种，藤本3种；以蔷薇科和棕榈科植物种类数最多，桑科和芸香科次之。
不同河段优势植物种类无显著差异，乔木以龙眼、小叶榕和黄皮等为主，灌木以桂花、九里香和米仔兰为主，草本以香蕉和青皮竹为主。突显了居民的生存、感官和审美等不同层次需求。
由西至东不同河段乔木多样性呈下降趋势，灌木和草本无明显趋势，均匀度无明显变化趋势，但居住段乔灌草的多样性和均匀度指数明显高于其他河段，而农业段各项指数较低于其他河段；主要原因在于农业段受人为管理，栽植经济类树种，异质性较差，而居住密集区植物栽植以居民多样化需求为导向，植物多样性较高。河道宽度与草本植物多样性显著相关，建筑盖度与灌木均匀度显著相关，未发现其他显著相关特征；说明居住建设活动，如河道建设、房屋建设等，对河涌的主体植物，如大型乔灌木的影响较小，但对草本和灌木等低矮植物或盆栽类植物的影响较为显著。
不同河段间优势树种无明显差异，但不同高度层优势树种不同，下层以香蕉、青皮竹和龙眼为主，中层以龙眼、黄皮、落羽杉和白颜树为主，上层以龙眼、小叶榕和大王椰子为主。
4.2 讨论
研究区域虽然是高度人工化的河岸带生态系统，但乡村聚落居民的生活对自然界有很强的依赖性，而聚落树种的选择主要由乡村聚落的主体——人的本能需求为主导，是人为选择，但却是在“无意识”的经验下完成的[23]，说明：在乡村聚落长久的历史发展过程中，适应性强、经济价值高的树种获得了聚落居民的青睐而成为地域特征性树种，其重要值也较高。从个人层面到社会层面聚落居民需求可分为3个层次，第1层次，生存、感官和健康，即对植物作为可食用或可利用资源、环境净化和树冠遮光等的需求；第2层次，心理、审美和隐私，即对植物观赏属性、情感寄托和围合私密空间的需求；第3层次，群体、交通、安全和文化，即对植物构成的聚集空间，防护和集体意识形态层面的文化等的需求[24-26]。结合实地调查结果可知：优势植物不仅能够适应地域气候条件，还发挥了多种功能，以较高的经济和观赏等价值而得到广泛应用，并在邻里之间、代际之间传承[26-27]。在河涌区我们也发现：聚落居民需求主要停留在第1和第2层次，以食用和经济需求为首，观赏和感官等需求次之，因此在居民与植物的“双向选择”过程中，保留种类和数量最多的是果树，也就是说果树景观构成了河涌区的主体植物景观，并且不受用地类型和分布位置的限制[28]。
本研究依托河涌乡村聚落的线性特征，针对河涌两岸的用地状况进行植物多样性变化规律及其影响因素进行研究，分析乡村聚落带内植物基本特征、不同生活型及不同高度层的优势植物特征、植物多样性特征，以及居住建设活动对植物多样性特征的影响。唐赛男等[29]对乡村聚落植物多样性及人类活动对其影响的研究发现，不同人类活动影响下植物多样性等特征呈现出显著差异，尤其在典型带状特征河涌乡村聚落中，道路和居住建筑的建设活动对植物多样性的影响较为突出，并在不同用地类型中呈现出一定规律性，与本研究一致。带状河涌乡村聚落中，受居民需求导向影响，优势种以经济可食用植物为主，观赏和文化类为辅；居民居住活动，如居住建筑和庭院建设对乡村聚落整体植物多样性影响不大。以本研究为例，尽管居住用地植物多样性较农业用地高，但在统计学上差异不显著，居住用地仍然以经济类食用树种为主，这与农业用地主要树种相一致。但由于河段区位和居住建设活动的影响，盆栽灌木和草本类植物部分呈现显著差异。因此，在局部区域进行城镇化对大型乔灌多样性特征的影响不具有实际应用价值，但小尺度范围研究能体现出典型河涌的植物种属以及地域居民对植物的需求特征，突显出地域植物文化。
未来研究应进一步扩大研究范围，选取不同地区同类型以及同地区不同年代的乡村聚落带进行对比研究，增加乡村聚落样本量及其特征的差异性，以进一步说明在城镇化影响下，人类居住活动对植物景观的影响，以及不同地形地貌、气候及文化背景下，滨河乡村聚落植物多样性及其受城镇化影响程度的差异，以及乡村聚落近年来的发展趋势等，分析哪些人类活动以何种程度对乡村聚落的植物景观产生着积极的影响，哪些又产生了强烈的负面影响，去粗取精，探索改善人为干扰负面效应的方法，以指导乡村聚落规划建设活动，对无限制的城市化活动实现科学管控，保留具地域特色的乡村植物景观，建设人与自然和谐相处的乡村聚落生态环境。
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图 1 不同处理下薄壳山核桃生长指标的变化
不同字母表示不同处理间差异显著(P＜0.05)
Figure 1 Changes of growth indexes of C. illinoensis under different treatments
图 2 不同处理下薄壳山核桃叶片矿质营养元素的变化
不同字母表示不同处理间差异显著(P＜0.05)
Figure 2 Changes of leaf mineral elements of C. illinoensis under different treatments
表 1 锌肥2因素3水平试验设计方案
Table 1. Test design table of zinc fertilizer 2-factors 3-levels
处理 锌肥种类 锌肥质量浓度/(mg·L−1) 对照 0 1 乙二胺四乙酸锌钠(EDTA-Zn) 50 2 乙二胺四乙酸锌钠(EDTA-Zn) 100 3 乙二胺四乙酸锌钠(EDTA-Zn) 150 4 硫酸锌(ZnSO4·7H2O) 50 5 硫酸锌(ZnSO4·7H2O) 100 6 硫酸锌(ZnSO4·7H2O) 150 7 硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O] 50 8 硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O] 100 9 硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O] 150 
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表 2 单项指标的相关系数矩阵
Table 2. Correlation matrix of each individual index
指标 叶长 叶宽 叶面积 含水率 比叶重 树高 胸径 氮 叶长 1 叶宽 0.815** 1 叶面积 0.917** 0.964** 1 含水率 −0.003 0.155 0.122 1 比叶重 0.085 0.363* 0.206 −0.228 1 树高 0.517** 0.510** 0.532** −0.012 0.031 1 胸径 0.147 0.007 0.067 −0.067 −0.291 0.133 1 氮 0.437* 0.296 0.372* −0.050 0.074 0.330 0.089 1 磷 −0.156 −0.169 −0.216 0.445* 0.080 −0.209 −0.003 0.090 钾 −0.178 −0.090 −0.142 −0.151 0.234 −0.163 −0.325 0.034 钙 0.359 0.446* 0.395* −0.101 0.586** 0.286 −0.293 0.243 镁 0.033 0.222 0.132 −0.099 0.257 0.167 −0.142 0.065 锌 0.474** 0.446* 0.483** −0.230 0.311 0.338 0.045 0.457* 铁 0.072 −0.052 0.047 0.217 −0.328 −0.036 0.099 0.154 铜 0.033 0.134 0.081 0.252 −0.012 −0.258 −0.076 −0.331 锰 0.170 0.103 0.143 −0.240 0.023 0.237 0.187 −0.018 指标 磷 钾 钙 镁 锌 铁 铜 锰 磷 1 钾 0.086 1 钙 0.009 0.461* 1 镁 0.077 0.585** 0.413* 1 锌 −0.151 0.401* 0.532** 0.259 1 铁 −0.107 −0.408* −0.195 −0.590** −0.126 1 铜 0.011 0.403* 0.244 0.202 −0.135 0.064 1 锰 −0.328 0.150 0.174 0.063 0.640** −0.039 −0.201 1 说明：*表示显著相关(P＜0.05)；**表示极显著相关(P＜0.01)
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表 3 各综合指标的系数及贡献率
Table 3. Coefficients of comprehensive indexes and proportion
指标 X1 X2 X3 X4 叶面积 0.855 −0.347 0.281 −0.133 宽 0.849 −0.214 0.344 −0.119 长 0.803 −0.412 0.182 −0.075 锌 0.769 0.134 −0.353 0.047 钙 0.685 0.453 0.146 −0.008 树高 0.622 −0.319 −0.102 0.126 钾 0.193 0.832 −0.038 −0.106 镁 0.382 0.649 0.052 0.055 铁 −0.175 −0.619 0.139 −0.190 含水率 −0.128 −0.201 0.729 0.071 锰 0.374 −0.008 −0.641 −0.257 铜 −0.006 0.322 0.561 −0.648 磷 −0.215 0.192 0.476 0.623 氮 0.490 −0.228 −0.038 0.570 胸径 −0.012 −0.465 −0.247 −0.015 比叶重 0.435 0.468 0.052 0.202 贡献率/% 27 18 12 8
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表 4 各处理组的综合指标值(Xi)、隶属函数值[μ(Xi)]、权重(Wi)、综合评价值(D)及排序
Table 4. Values of each treatment comprehensive index (Xi), subordinate function[μ(Xi)], index weight (Wi), comprehensiveassessment (D) and the order
处理 综合指标值Xi 隶属函数值μ(Xi) 综合评价值D 综合排序 X1 X2 X3 X4 μ(X1) μ(X2) μ(X3) μ(X4) 对照 42.471 −7.373 2.475 12.065 0.000 0.344 0.313 0.427 0.205 10 1 44.448 −6.157 2.468 11.856 0.139 0.478 0.311 0.334 0.287 9 2 50.395 −3.930 3.534 11.103 0.558 0.725 0.633 0.000 0.544 3 3 46.890 −1.926 2.382 11.446 0.311 0.946 0.285 0.152 0.456 6 4 46.923 −6.048 2.696 12.500 0.313 0.490 0.380 0.620 0.412 7 5 49.479 −4.093 2.828 12.448 0.493 0.707 0.420 0.597 0.550 2 6 47.289 −1.443 1.437 12.727 0.339 1.000 0.000 0.721 0.502 5 7 46.929 −7.807 3.215 12.232 0.314 0.296 0.537 0.501 0.374 8 8 50.119 −8.164 3.252 13.356 0.538 0.256 0.548 1.000 0.523 4 9 56.684 −10.477 4.751 12.503 1.000 0.000 1.000 0.622 0.683 1 权重Wi 0.417 0.268 0.186 0.128
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