一种促进橡树生长的组合物和方法与流程

本发明涉及植物幼苗处理领域，具体而言，涉及一种促进橡树生长的组合物和方法。

背景技术：

橡树(quercussp.)是北美和地中海森林生态系统中的重要树种。然而，橡树林由于其更新时遇到的各种问题而使种群一直在萎缩，这使它在美国东部的中央硬木地区失去其主导地位。橡树再生问题是当今最重要的森林资源经营管理问题之一，橡树的成功再生取决于在树冠受到干扰之前是否有足够的竞争性橡树幼苗在森林地面上再生。与其竞争者耐荫的红枫相比，橡树幼苗在第一年通常具有低存活率。由于橡树幼苗具有耐火性，而其竞争对手不具备，因此已采用规定的计划性火烧森林来促进橡树种群更新。但是，在不允许或者不具备火烧的情况下，存在足够数量的竞争性橡树幼苗对橡树种群的更新是至关重要的。

强壮的橡树幼苗生长更快，储存更多的营养物质，这使它们更能抵抗竞争和阳光不足，低位点生育力和食草动物摄食。许多研究人员发现，施用肥料可以改善橡树幼苗的质量和生长。然而，一些文献表明，肥料可能对橡树幼苗生长没有影响，产生模糊影响甚至是负面影响。橡树的田间施肥可能会导致施用的营养物质从橡树中浸出并被其竞争植物无意中吸收，从而使竞争者获得更大的优势。避免这个问题的一种可能的方法可能是施用橡树的特定肥料，即仅橡树可以吸收利用的营养元素，其竞争对手无法吸收利用甚至被抑制生长。

技术实现要素：

为了达到上述目的，本发明旨在提供一种有效促进橡树幼苗生长的方法。

具体地，本发明提供了一种促进橡树生长的方法，包括步骤：给橡树幼苗或种植有橡树幼苗的环境施加肥料组合物，从而促进橡树生长；且所述肥料组合物含有mn盐和/或mn(oh)2。

优选地，所述环境包括土壤、培养基等可以种植有橡树幼苗的环境。

优选地，所述肥料组合物含有mn盐。

优选地，所述肥料组合物含有mn(oh)2。

优选地，所述mn(oh)2为纳米级mn(oh)2和/或非纳米级mn(oh)2。

优选地，所述mn盐为mncl2.nh2o，n为0-4的整数。

优选地，所述mn盐为mncl2.4h2o。

优选地，所述橡树为红橡树和/或白橡树。

优选地，所述促进橡树生长包括促进橡树幼苗生长和/或提高橡树有效部位中的营养元素。

优选地，所述的促进橡树幼苗生长包括以下的一种或多种特征：

改善幼苗高度；

改善幼苗地径；

改善幼苗叶片数量；

改善幼苗有效部位的生物量。

优选地，mn元素的施加浓度为0.001-1.6mg/l。

优选地，mn元素的施加浓度为0.008-0.8mg/l；更优选为0.01-0.4mg/l。

优选地，所述有效部位选自下组的一种或多种：叶、茎、根。

优选地，所述营养元素选自下组的一种或多种：n、p、k、mg、fe、mn。

优选地，当所述橡树为红橡树时，所述有效部位为叶；所述营养元素选自下组的一种或多种：n、p、k、mg、mn。

优选地，当所述橡树为红橡树时，所述有效部位为茎；所述营养元素选自下组的一种或多种：n、p、mg、fe、mn。

优选地，当所述橡树为红橡树时，所述有效部位为根；所述营养元素选自下组的一种或多种：n、p、k、mg、fe、mn。

优选地，当所述橡树为白橡树时，所述有效部位为叶；所述营养元素选自下组的一种或多种：k、mg、mn。

优选地，当所述橡树为白橡树时，所述有效部位为茎；所述营养元素选自下组的一种或多种：n、p、k、mg、fe。

优选地，当所述橡树为白橡树时，所述有效部位为根；所述营养元素选自下组的一种或多种：k、mg、fe。

优选地，所述肥料组合物还含有改良霍格兰氏溶液(hoagland溶液)。

本发明还提供了一种肥料组合物，所述肥料组合物含有mn盐和/或mn(oh)2。

优选地，所述组合物还含有改良霍格兰氏溶液。

优选地，所述肥料组合物含有mn盐。

优选地，所述肥料组合物含有mn(oh)2。

优选地，所述mn(oh)2为纳米级mn(oh)2或非纳米级mn(oh)2。

优选地，所述mn盐为mncl2.nh2o，n为0-4的整数。

优选地，所述mn盐为mncl2.4h2o。

本发明还提供了上述肥料组合物的用途，用于促进橡树幼苗生长。

优选地，所述橡树为红橡树和/或白橡树。

优选地，所述的促进橡树幼苗生长包括以下的一种或多种特征：

改善幼苗高度；

改善幼苗地径；

改善幼苗叶片数量；

改善幼苗有效部位的生物量。

优选地，所述有效部位为根、茎和/或叶。

本发明还提供了上述肥料组合物的用途，用于提高橡树有效部位中营养元素。

优选地，所述橡树为红橡树和/或白橡树。

优选地，所述有效部位选自下组的一种或多种：叶、茎、根。

优选地，所述营养元素选自下组的一种或多种：n、p、k、mg、fe、mn。

本发明的主要优点在于：

发明人经过大量研究发现了可以选择性促进橡树幼苗生长的锰元素添加肥料，该肥料可以促进橡树和枫树的幼苗生长，但是，相比枫树，该肥料对橡树幼苗生长的促进作用更强。这可以有效改善橡树再生问题。

将锰元素添加肥料对红橡树(quercusrubra)，白橡树(quercusrinus)和红枫(acerrubrum)的种子或幼苗进行处理后，测试橡树和枫树对不同形式锰(mn)的生长反应。结果表明，锰元素添加肥料使白橡树幼苗高度和地径分别增加139％-177％和35％-63％，红枫幼苗高度和地径分别为43％-61％和12％-35％。锰元素添加肥料可改善白橡树和红橡树幼苗生长。与橡树相比，锰添加肥料红枫幼苗生长改善较少。

发明人经过大量研究发现了可以选择性促进橡树营养元素的锰添加肥料，该肥料可以促进橡树幼苗营养元素的增长。这可以有效改善橡树再生问题。

将锰添加肥料施加到红橡树(quercusrubra)，白橡树(quercusrinus)和红枫(acerrubrum)幼苗上，以测试橡树和枫树对不同形式锰(mn)的生长反应。结果表明，通过mn(oh)2处理的红橡树幼苗、采用mncl2.4h2o(tmn)处理的白橡树和采用h处理的红枫积累了最多的养分。添加锰肥可改善白橡树和红橡树中的营养元素。

附图说明

图1不同处理对12周龄红橡、白橡和红枫幼苗生长量的影响。不同字母表述不同的显著性差异(0<p<0.05)。

图2不同处理对12周龄红橡、白橡和红枫幼苗生物量的影响。不同字母表述不同的显著性差异(0<p<0.05)。

具体实施方式

肥料一般包括大量元素如氮(n)、磷(p)、钾(k)和微量元素，如锰(mn)。锰元素在植物的光合作用体系ii的水裂解中是关键的微量元素，并且，锰元素能激活植物体中的多种酶，锰元素还对促进植物的根、茎生长以及对植物的鲜干重增加及促进毛细根的生长均有积极作用。

锰元素是以mn²⁺形式被植物从土壤中吸收的。在多数植物的叶片中，锰元素的含量为0.02mgg^-1(叶片干重)即可满足植物的正常生长需要。但是这个浓度因植物的种类、土壤含锰量及土壤ph值而有所不同，例如，地表径流显碱性使锰元素进行化学反应而使土壤中锰含量减少，进而使白橡出现缺锰的症状。

不同植物对锰元素量的要求也有所不同。一般情况下，植物吸收过量的锰可能损害植物光合系统，使植物的生长量减少，显示出对植物的生长的毒害。而一些欧洲橡树树种如英国栎和无梗花栎却通常能生长在锰元素含量很高的土壤中。

红橡和白像是北美地区广泛分布的两种橡树。本试验以红橡、白橡及红枫为例，添加不同的锰元素化合物的营养液对红橡、白橡及红枫的幼苗进行处理。

以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

材料与方法

材料

改良霍格兰氏(hoagland)溶液由实验室配制。

改良霍格兰氏配方：

四水硝酸钙945mg/l

硝酸钾506mg/l

硝酸铵80mg/l

磷酸二氢钾136mg/l

硫酸镁493mg/l

铁盐溶液2.5ml

微量元素液5ml

ph＝6.0

铁盐溶液：

七水硫酸亚铁2.78g

乙二胺四乙酸二钠(edta.na)3.73g

蒸馏水500ml

ph＝5.5

微量元素液：

碘化钾0.83mg/l

硼酸6.2mg/l

硫酸锰22.3mg/l

硫酸锌8.6mg/l

钼酸钠0.25mg/l

硫酸铜0.025mg/l

氯化钴0.025mg/l

纳米mn(oh)2溶液制备方法如下：

用去离子水分别配制一定浓度的羟甲基纤维素钠(nacmc)溶液、硫酸锰溶液(mnso4·h2o)溶液和氢氧化钠(naoh)溶液。在实验室常温下，将25ml的mnso4·h2o溶液滴定到50ml的nacmc溶液中，持续搅动混合液2个小时，然后，将25ml的naoh溶液在不断搅动的状态下滴定到上述的mnso4·h2o和nacmc混合液中，溶液中的oh离子和m²⁺的比例为2:1。

具体可参见《waterairsoilpollut》2016，227:42。doi10.1007/s11270-015-2738-2。

mn(oh)2固体粉末购自thermofisherscientific，用于制备mn(oh)2悬浊液(smn)。

实验条件

北方红橡树，白橡树和红枫各12只幼苗。

幼苗经过处理后，在每只幼苗的有效部位中进行营养元素分析，重复3次。

幼苗分别经如下五种营养液处理：

(1)添加了0.16mg/lmn元素的改良霍格兰氏溶液，mn元素来自mncl2.4h2o(tmn组)，

(2)添加了0.01mg/lmn元素的改良霍格兰氏溶液，mn元素来自纳米mn(oh)2溶液(nmn组)，

(3)添加了0.01mg/lmn元素的改良霍格兰氏溶液，mn元素来自mn(oh)2悬浊液(smn组)，该悬浊液通过将mn(oh)2固体粉末溶于过滤纯净水中制得，

(4)改良霍格兰氏溶液(h组)：含n210mg/l、p31mg/l、k235mg/l、mn0.5mg/l；和

(5)过滤水(无锰)(无mn)，作为对照处理(c组)。

保持营养液供幼苗使用12周。

对于对照处理，每周两次向每个栽植盆浇施25ml过滤水(无锰)。对于所有其他处理，每周两次向每个栽植盆施加25ml的营养液。每天一次向所有盆栽浇施适量过滤水。

形态参数

每半个月测量并记录幼苗的地径和叶数。播种种子三个月后，收获整个幼苗并用过滤水(无锰)仔细洗涤以除去土壤培养基。

将每个幼苗分成叶，茎和根，以获得每个幼苗组分的鲜重，精确到0.01克。

然而，红枫幼苗比红橡树和白橡树小得多，并且没有足够的植物材料能够收集来分析每种成分。因此，使用整个红枫植物而不是将其分离成组分。将每个幼苗组分在60℃下烘箱干燥168小时，以测定水分含量和干重。

植物元素浓度

将这些样品在wiley研磨机中研磨以通过2mm筛，并用于确定营养物分析。通过凯氏定氮法测定总氮，消化后通过icp分析测定剩余元素，在500℃下灰化样品并溶解在10％硝酸溶液中。

数据分析

单因素方差分析用于分析施肥处理对发芽、形态特征和营养状况参数的影响。通过duncan方法使用小于或等于0.05的p值评估处理之间的差异。所有分析均在spss(ibm版本20.0)中进行。

结果

1.幼苗的形态

所有施肥处理对红橡树，白橡树和红枫的幼苗高度(h)有显著影响(p<0.05)(图1和表1)。采用nmn处理，红橡树幼苗表现出最高苗高，为24.89±0.69cm(平均值±se)；采用smn肥处理，白橡树表现出最高苗高，为18.10±1.28cm；采用tmn肥处理，红枫表现出最高苗高，为8.9±0.12cm。然而，施肥处理对红橡树、白橡树和红枫的幼苗基部地径和叶片数量没有产生显著差异(p<0.05)。

表1不同处理对12周龄红橡、白橡和红枫幼苗生长量的影响

注：以上结果数值为平均值±标准差。不同字母表述不同的显著性差异(0<p<0.05)。未标注字母表示没有显著性差异。其中，a与b、c或bc之间具有显著性差异；a或b和ab之间没有显著性差异；b和c之间具有显著性差异；b或c和bc之间没有显著性差异。

讨论

锰对植物形态的影响

结果表明，n、p、k和mn均能提高3种植物的生长，mn可显著提高幼苗生长。三种锰添加处理使白橡树幼苗高度和地径增长分别从139％增加到177％和35％到63％，红枫的幼苗高度和地径增长分别从43％增加到61％和12％增加到35％。其中，增长量＝(处理组(h组、tmn组、smn组或nmm组)-对照组(c组))/对照组(c组)。

本发明研究中，橡子通过nmn处理3个月后，最大的幼苗高度为北方红橡树的24.89±0.69cm。表明北方红橡树因肥料中添加锰元素而受益。

本发明研究结果表明，添加mn的处理可以改善幼苗的生长，特别是橡树幼苗的高度。发现nmn处理最适合北方红橡树幼苗高度，smn最适合处理白橡树和tmn最适合处理红枫。与红枫相比，mn处理使两种橡树的高度增长都有显著增加。因此，有可能在橡树林的林下加入锰肥可以增加橡树幼苗的生长，并区别于红枫树苗，从而使橡树更具竞争优势。

2.幼苗的生物量

除了茎生物量外，本发明的处理对北方红橡生物量具有显著影响(图2和表2)。tmn对红橡处理产生了总生物量和根部生物量最大的生物量增加，分别为12.09±0.02g，5.52±0.30g。

本发明的处理对白橡树生物量也有显著影响(图2和表2)。nmn处理对于整株植物产生最大的生物量增加(4.15±0.56g)、对根产生最大的生物量增加(1.17±0.24g)、对茎产生最大的生物量增加(1.09±0.18g)和对叶子产生最大的生物量增加(1.89±0.16g)。

红枫对本发明的处理的反应不如橡树(图2和表2)。仅叶子生物量显示出显著增加，其中用tmn处理产生最大的增加(0.32±0.03g)。所有其他部位(茎、根)的生物量和总生物量与对照比没有显著差异。

表2不同处理对12周龄红橡、白橡和红枫幼苗生物量的影响

注：以上结果数值为平均值±标准差。不同字母表述不同的显著性差异(0<p<0.05)。未标注字母表示没有显著性差异。其中，a与b之间具有显著性差异；a或b和ab之间没有显著性差异；b和c之间具有显著性差异。

讨论

锰对植物生物量的影响

与对照相比，采用mn处理的橡树和枫树改善了它们的生物量。然而，与北方红橡树和白橡树相比，红枫获得的生物量最少。

采用tmn处理，北方红橡树获得了最大量的生物量(12.09±0.02g)。与h组相比，mn改善了茎和根生物量，但没有改善红橡叶的生物量。纳米粒子mn使茎生物量增长13％，tmn使根生物量增加45％。mn改善了白橡树的叶片、茎和根生物量的增长，其中通过nmn处理，叶片、茎和根生物量分别增加了210％，195％和80％。

本发明研究中，12周内，累计用2.98g含有126mgn和0.006mg纳米颗粒mn进行处理后，白橡树具有如下枝干生物量：叶子(1.89g)和茎(1.09g)。与氮磷钾处理和对照处理相比，锰肥改善了橡树的生物量，改善了植物的生物量生长，这也将抵抗种子萌发后生长阶段使用重型机械进行伐木作业的压实作用的负面影响。

实验结果表明：

mn元素对橡树幼苗生长没有毒性。采用锰处理提高了红橡、白橡和红枫的苗高，相比之下，使用mn元素，橡树比枫树苗长得更快。

施加锰添加肥可以提高橡树幼苗的田间生长性能，从而提高幼苗早期生长，提高橡树种群恢复成功率。

3.植物元素浓度

与茎和根相比，北方红橡树在叶子中积累的营养物质浓度更高(表3)。

表3不同处理对12周龄红橡幼苗营养元素含量的影响。

注：不同字母表述不同的显著性差异(0<p<0.05)。未标注字母表示没有显著性差异。其中，a与b、c或bc之间具有显著性差异；a或b和ab之间没有显著性差异；b和c之间具有显著性差异；b或c和bc之间没有显著性差异。

与对照相比，在所有处理组中，所有幼苗组分中元素n和p显著高于对照。tmn和smn处理组中，根中的元素k和fe分别显著高于对照。然而，所有北方红橡树幼苗组分中mg和mn浓度没有显著差异，并且在所有处理组中，叶和茎组分中k和fe浓度没有显著差异。

在tmn处理组的叶中发现n浓度最高(2.36±0.02mg.g^-1)。此外，在tmn处理组的根中发现n、p和k浓度最高(分别为1.18±0.10mg.g^-1、1.73±0.30mg.g^-1和7.79±0.30mg.g^-1)。通过smn处理，根含有最高浓度的fe(0.07±0.00mg.g^-1)。

表4不同处理对12周龄白橡幼苗营养元素含量的影响。

注：不同字母表述不同的显著性差异(0<p<0.05)。未标注字母表示没有显著性差异。其中，a与b、c或bc之间具有显著性差异；a或b和ab之间没有显著性差异；b和c之间具有显著性差异；b或c和bc之间没有显著性差异。

白橡树在叶子成分中积累了最高浓度的n、k、mg和mn(表4)。p和fe的最高浓度累积在根部成分中。与对照相比，所有处理组中，白橡树叶、茎和根组分中的p浓度显著不同。在所有处理组中，根组分中的n、k、fe和mn的浓度也显著不同。在h处理的叶子组分中，n的浓度最高(3.13±0.09mg.g^-1)。在smn和nmn处理的根部分中分别发现最高浓度的k(16.35±1.94mg.g^-1)和fe(0.12±0.01mg.g^-1)。

结论

锰对植物元素浓度的影响

处理后，红橡树叶、茎和根部分中含有的大多数大量元素如n、p、k、ca、mg没有显著差异。然而，添加mn处理后的馏分中的大量元素具有显著差异。用tmn处理的树木叶中n含量具有显著差异。

通过tmn处理，红橡叶片馏分中具有最大的n浓度。采用tmn处理，红橡树在整株植物中的n浓度最高(4.35％)。富含n的植物具有更多的根生长能力。

本发明研究中，用tmn处理(持续3个月，n共计126mg和p共计31mg)的白橡树芽中含有最高的p浓度，为6.28mg/g。而白橡树的镁和铁浓度低于圣橡。在其他研究中，圣橡芽中的p元素为1.1mg/g(56mgn和27mgp，生长6个月)。圣橡芽中具有2.91mg/g的p(生长7个月)。

实验结果表明，使用mn元素添加肥，橡树能储存较多的营养元素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。