基肥對白樺(Betula platyphylla)幼苗生長影響的研究

劉力武，孫志虎，劉彤

(1.東北林業(yè)大學 林學院，哈爾濱 150040；2.中國吉林森林工業(yè)集團有限責任公司，長春 130021)

基肥對白樺(Betula platyphylla)幼苗生長影響的研究

劉力武1，2，孫志虎1*，劉彤1

(1.東北林業(yè)大學 林學院，哈爾濱 150040；2.中國吉林森林工業(yè)集團有限責任公司，長春 130021)

為了解決白樺容器育苗中的基質(zhì)底肥問題，采用正交試驗設計方法，通過増施不同劑量的尿素(N)、過磷酸鈣(P)和硫酸鉀(K)基肥試驗，篩選適宜的白樺容器育苗基質(zhì)增施基肥方案。當年生白樺播種苗苗高(H)、地徑(D)和地上生物量(B)對増施N、P和K的反應均不相同。隨著N和K的增加，H表現(xiàn)出初始增加隨后降低的拋物線式變化趨勢，而隨著P增加，H表現(xiàn)出初始增加隨后穩(wěn)定的S型曲線變化趨勢；適宜H增長的N、P、K配方分別為1.310 4、0.329 4、0.760 4 g/株。隨著N、P和K的增加，D均表現(xiàn)出初始增加隨后穩(wěn)定的S型曲線變化趨勢；適宜D增長的N、P和K配方分別為1.965 6、0.847 0和0.760 4 g/株。隨著N增加，B表現(xiàn)出初始增加隨后穩(wěn)定的S型曲線變化趨勢，而隨著P和K增加，B表現(xiàn)出初始增加隨后降低的拋物線式變化趨勢；適宜B增長的N、P、K配方為1.9656、0.3294和0.7604g/株。綜合來看，白樺容器育苗時可在育苗基質(zhì)中添加N、P和K分別為1.310 4、0.329 4和0.760 4 g/株。

白樺；容器苗；基肥；生長

0 引言

氮、磷、鉀是植物生長必需的元素，其在土壤中的含量及比例能夠影響林木生長[1]。施肥能夠通過調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分狀況，達到維持和提高土壤肥力的目的[2]。林木苗期施肥是培育壯苗的重要技術(shù)措施之一[3]。不同植物幼苗期所需的肥料量和配比不同，土壤養(yǎng)分不足或過量均會造成苗木生長發(fā)育受抑制[4]。

白樺(BetulaplatyphyllaSuk)是喜光、耐寒、耐貧瘠的陽性樹種，具有適應性強、生長快、材質(zhì)細致和顏色潔白等特點，是北方地區(qū)培育速生豐產(chǎn)林的首選樹種之一。隨著白樺人工栽培面積的擴大，對白樺苗木的培育與管理提出了更高要求，短時間內(nèi)培育出高質(zhì)量白樺幼苗已成為生產(chǎn)經(jīng)營者急于解決的問題[5]。目前有關(guān)白樺育苗，尤其是容器育苗等方面的研究報道甚少[5-6]。白樺常規(guī)育苗基質(zhì)(草炭∶沙∶腐殖土∶農(nóng)家肥=4∶2∶2∶2)中的農(nóng)家肥，在腐熟不充分的條件下，容易使育出的白樺苗得病率較高。為此，本文針對白樺容器育苗的增施底肥問題，通過不同劑量的尿素(N)、過磷酸鈣(P)和硫酸鉀(K)施肥試驗，采用正交試驗設計，提出適宜白樺容器育苗的基質(zhì)增施基肥方案，以期能為東北地區(qū)白樺容器苗的生產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 育苗基質(zhì)增施基肥

本試驗在東北林業(yè)大學白樺強化育種基地6號溫棚中進行。采用L25(56)正交試驗設計方法，共設計了25個育苗基質(zhì)增施基肥處理(見表1)，每處理3套蜂巢狀營養(yǎng)盤，每盤12穴，每穴規(guī)格為8 cm×8 cm×8 cm，每處理共計36株白樺幼苗。于4月24日采用草炭∶沙子∶腐殖土=5∶3∶2的比例進行育苗基質(zhì)的配制。配制基質(zhì)時，添加表1所示的化肥(化學純)于基質(zhì)中?；|(zhì)和化肥混和均勻后填充于蜂巢狀營養(yǎng)盤中進行育苗。

表1 白樺容器育苗基質(zhì)增施基肥L25(56)正交試驗設計

續(xù)表1 白樺容器育苗基質(zhì)增施基肥L25(56)正交試驗設計

(注：表中數(shù)據(jù)為每穴的基肥量)

1.2 研究方法

5月中旬將事先處理好的發(fā)芽白樺種子播種于蜂巢狀營養(yǎng)盤中。9月21日測定所有處理的苗高、地徑和根、莖、葉生物量。苗高測量為25個處理，每個處理36株苗木；地徑測量是結(jié)合生物量測定進行。當年生苗高(H)用鋼卷尺測量，精確到毫米，地徑(D)用游標卡尺測量。每個處理選取營養(yǎng)盤中部不受邊緣效應影響的5～24株白樺分別進行莖、葉生物量調(diào)查。

2 結(jié)果與分析

2.1 白樺苗高與基肥種類和劑量的關(guān)系

當年生白樺苗高(H)隨基肥含量變化的研究結(jié)果表明(如圖1所示)，隨著基質(zhì)中不同種類基肥量的增加，H表現(xiàn)出不同的變化趨勢：隨著過磷酸鈣量(P)的增加，H表現(xiàn)出初始增加隨后穩(wěn)定的S型曲線的變化趨勢，隨著硫酸鉀(K)和尿素(N)增施量的增加，H表現(xiàn)出初始增加隨后降低的拋物線式變化趨勢。

圖1 當年生白樺苗高與基肥含量的關(guān)系Fig.1 The relationship between the height of birch seedling and the base fertilizer amount

2.2 白樺地徑與基肥種類和劑量的關(guān)系

白樺地徑(D)隨基肥含量變化的研究結(jié)果表明(如圖2所示)，隨著基質(zhì)中不同種類基肥量的增加，D表現(xiàn)出相同的變化趨勢，均是隨著化肥增施量的增加，D表現(xiàn)出初始增加隨后穩(wěn)定的S型曲線的變化趨勢。

圖2 當年生白樺地徑與基肥含量關(guān)系Fig.2 The relationship between the root-collar diameter of birch seedling and the base fertilizer amount

2.3 白樺幼苗地上生物量與基肥種類和劑量的關(guān)系

白樺幼苗地上生物量(B)隨基肥含量變化的研究結(jié)果表明(如圖3所示)，隨著基質(zhì)中不同種類基肥量的增加，B表現(xiàn)出不同的變化趨勢：隨著P和K增施量的增加，B表現(xiàn)出初始增加隨后降低的拋物線式變化趨勢；隨著N增施量的增加，B表現(xiàn)出初始增加隨后穩(wěn)定的S型曲線的變化趨勢。

圖3 當年生白樺地上生物量與基肥含量關(guān)系Fig.3 The relationship between the aboveground biomass of birch seedling and the base fertilizer amount

2.4 不同基肥措施對白樺幼苗生長影響

不同基肥措施下當年生白樺幼苗生長狀況的研究結(jié)果表明(見表2)，基肥種類和劑量能夠顯著影響當年生白樺苗高、地徑和地上生物量(P<0.05)。白樺苗高的多重比較結(jié)果表明，26種處理(含對照)可以分為3組：第一組為不施肥的對照S15(CK)；第二組為F1、F11、F21、F24和F25處理；第三組為其余20種處理。同組內(nèi)不同處理之間均在苗高方面無顯著差異，第三組處理的當年生白樺最高，第二組次之，第一組最矮。

白樺地徑的多重比較結(jié)果表明，26種處理可以分為3組，第一組為不施肥的對照S15(CK)；第二組為F5、F8、F11、F13、F16、F17、F21、F23和F25處理；第三組為其余的16種處理。同組內(nèi)不同處理之間均在地徑方面無顯著差異，第三組處理的白樺地徑最粗，第二組次之，第一組最細。

白樺地上生物量的多重比較結(jié)果表明，26種處理可以分為3組，第一組為不施肥的對照S15(CK)，第三組為F9、F10、F12、F14、F15和F18處理，第二組為其余的19種處理。同組內(nèi)不同處理之間均在地上生物量之間無顯著差異，第三組處理的白樺地上生物量最大，第二組次之，第一組最小。

表2 不同基肥措施影響下的當年生白樺幼苗生長狀況

(括號中數(shù)據(jù)為標準偏差，相同字母表示無顯著差異，P<0.05)

2.5 適宜白樺幼苗生長的基肥配方

為了得出適宜白樺生長的基肥配方，按照正交試驗設計的數(shù)據(jù)處理方法得出適宜白樺高生長的基肥配方為：過磷酸鈣3水平、硫酸鉀4水平和尿素2水平(如圖4所示)，即過磷酸鈣、硫酸鉀和尿素分別為0.329 4、0.760 4和1.310 4 g/株；適宜白樺地徑生長的基肥配方為：過磷酸鈣1水平、硫酸鉀4水平和尿素1水平(如圖5所示)，即過磷酸鈣、硫酸鉀和尿素分別為0.847、0.760 4和1.965 6 g/株；適宜白樺莖和葉生長(地上生物量)的基肥配方為：過磷酸鈣3水平、硫酸鉀4水平和尿素1水平(如圖6所示)，即過磷酸鈣、硫酸鉀和尿素分別為0.329 4、0.760 4和1.965 6 g/株。綜合來看，白樺容器育苗時可在育苗基質(zhì)中添加過磷酸鈣、硫酸鉀和尿素分別為0.329 4、0.760 4和1.310 4 g/株。

圖4 基肥劑量對白樺苗高影響的主效應圖Fig.4 Main effect of the base fertilizer amount on the height of birch seedling

圖5 基肥劑量對白樺地徑影響的主效應圖Fig.5 Main effect of the base fertilizer amount on the root-collar diameter of birch seedling

圖6 基肥劑量對白樺地上生物量影響的主效應圖Fig.6 Main effect of the base fertilizer amount on the aboveground biomass of birch seedling

3 討論

容器苗具有不受造林季節(jié)限制、起苗和運苗不損傷根系、造林成活率高等優(yōu)點[7-8]，使其受到廣泛重視。容器育苗基質(zhì)中多混合農(nóng)家肥或化肥[9]，尤其是在添加草炭土等分解緩慢、高含量有機質(zhì)的情況下，容器苗造林后苗木仍然具有保持高的生長量的潛力[8，10]，加上容器苗與裸根苗相比根際土體中保留了較多優(yōu)良菌群[11]，造林初期苗木撫育及時情況下，土壤養(yǎng)分很少成為苗木生長的限制因素[8，12]，而光照多會成為陽性樹種限制因素[8]。在撫育不及時、灌木和雜草生長茂盛地段，與相鄰植被競爭養(yǎng)分和水資源多會影響容器苗生長[13]。容器苗地上部分長勢是評價育苗質(zhì)量的重要內(nèi)容[6]。當年生白樺播種容器苗高在中等基肥條件已達最好(圖1和圖4)，表明此次設計的施肥量已滿足了白樺幼苗高生長的需求。受蜂巢狀營養(yǎng)盤規(guī)格所限(8 cm×8 cm×8 cm)，白樺容器苗株行距僅為8 cm，營養(yǎng)盤邊緣苗木(相鄰營養(yǎng)盤間的步道寬度為50 cm)呈現(xiàn)明顯的側(cè)向偏斜生長，也間接說明單株地上光空間狹小、光資源競爭強烈。受營養(yǎng)盤穴壁所制，相鄰幼苗之間雖然不存在根系之間的養(yǎng)分競爭，所増施的養(yǎng)分基本均限制于單個栽植穴中(底部雖然留孔，但由于透過的滲透水極少，使得淋洗出的養(yǎng)分損失量極小)，但由于栽植穴容積僅為512 cm3，使得每穴能夠供應的水分量有限，即便每日2次的人為澆水頻率下，來自于根系的水分量不足可能也是影響白樺生長的限制因素。秋季起苗時部分營養(yǎng)盤底部被根系所穿透，也間接證明了該點。

與高生長相比，氮更加有利于林木徑向生長和葉生長[14-15]。此次設計的最高氮素施肥量沒有完全滿足白樺當年生幼苗徑向生長和地上生物量生長需求(圖6和圖7)，但高于丁鈿冉等[6]提出的白樺幼苗適宜氮素指數(shù)施肥量，分析其原因可能與基肥方式増施氮肥時，以氣化方式損失的氮素量較多有關(guān)[16]。指數(shù)施肥雖然具有節(jié)肥、高效等優(yōu)點[17]，適用于滴灌下的園藝等領(lǐng)域[18]，而對造林生產(chǎn)所需的容器育苗來講，該方式可能會存在費時、費事等缺陷。

此次試驗的育苗基質(zhì)中添加了有機質(zhì)含量高的草炭土，在外源増施無機肥條件下，土壤微生物活躍，加速了氮素損耗[19-20]，也間接降低了所施氮素對林木生長的促進效率。雖然如此，由于育苗基質(zhì)往往同容器苗一同植苗，使得容器苗根際周圍的優(yōu)良菌群能夠共同植根于造林立地，可能更加有利于造林后苗木的后期生長[21]。研究表明，林木肥效當年即可在林木生長上得以體現(xiàn)[22]，并且能夠持續(xù)維持高達10～13 a之久[23]，分析其原因與施肥后根際土壤微生物菌群得以明顯改善有很大關(guān)系[24]。因此，有必要進行増施基肥后的白樺容器苗后續(xù)造林生長效果連續(xù)監(jiān)測[8]。

[1]Freiberger M B，Guerrini I A，Castoldi G，et al.Soil fertility，nutrition and early growth of physic nut as affected by nitrogen fertilization[J].Journal of Plant Nutrition，2015，38(9)：1309-1322.

[2]Nzokou P，Cregg B.Effect of irrigation and nitrogen fertilization on growth and foliar chemistry ofAbiesfraseri(Pursh)poir.grown in containers[J].Hortscience，2009，44(4)：1038-1039.

[3]Gasparin E，Araujo M M，Saldanha C W，et al.Controlled release fertilizer and container volumes in the production ofParapiptadeniarigida(Benth.)brenanseedlings[J].Acta Scientiarum-Agronomy，2015，37(4)：473-481.

[4]Klooster W S，Cregg B M，F(xiàn)ernandez R T，et al.Growth and photosynthetic response of pot-in-pot-grown conifers to substrate and controlled-release fertilizer[J].Hortscience，2010，45(1)：36-42.

[5]賈斌英，徐惠德，劉桂豐，等.白樺容器育苗的適宜基質(zhì)篩選[J].東北林業(yè)大學學報，2009，37(11)：64-67.

[6]丁鈿冉，郝龍飛，張靜嫻，等.指數(shù)施肥對白樺容器苗生物量及形態(tài)特征的影響[J]東北林業(yè)大學學報，2013，41(10)：31-34.

[7]Haase D L，Rose R，Trobaugh J.Field performance of three stock sizes of Douglas-fir container seedlings grown with slow-release fertilizer in the nursery growing medium[J].New Forests，2006，31(1)：1-24.

[8]Jackson D P，Dumroese R K，Barnett J P.Nursery response of containerPinuspalustrisseedlings to nitrogen supply and subsequent effects on outplanting performance[J].Forest Ecology and Management，2012，265：1-12.

[9]Gruffman L，Ishida T，Nordin A，et al.Cultivation of Norway spruce and Scots pine on organic nitrogen improves seedling morphology and field performance[J].Forest Ecology and Management，2012，276：118-124.

[10]Broschat T K.Effectiveness of pasteurized poultry litter as a partial substitute for controlled-release fertilizers in the production of container-grown ornamental plants[J].HortTechnology 2008，18(4)：671-677.

[11]Menkis A，Burokiene D，Stenlid J，et al.High-throughput sequencing shows high fungal diversity and community segregation in the rhizospheres of container-grown conifer seedlings[J].Forests，2016，7(2)：44.

[12]Knapp B O，Wang G G，Walker J L，et al.Effects of site preparation treatments on early growth and survival of planted longleaf pine(PinuspalustrisMill.)seedlings in North Carolina[J].Forest Ecology and Management，2006，226(1-3)：122-128.

[13]Coll L，Balandier P，Picon-Cochard C.Morphological and physiological responses of beech(Fagussylvatica)seedlings to grass-induced belowground competition[J].Tree Physiology，2004，24(1)：45-54.

[14]Kalliokoski T，Makinen H，Jyske T，et al.Effects of nutrient optimization on intra-annual wood formation in Norway spruce[J].Tree Physiology，2013，33(11)：1145-1155.

[15]Tsialtas J T，Maslaris N.Nitrogen fertilization effects on leaf morphology and evaluation of leaf area and leaf area index prediction models in sugar beet[J].Photosynthetica，2008，46(3)：346-350.

[16]Zhao J C，Su W H，F(xiàn)an S H，et al.Effects of various fertilization depths on ammonia volatilization in Moso bamboo(Phyllostachysedulis)forests[J].Plant Soil and Environment，2016，62(3)：128-134.

[17]Li S Y，Wilson M A，Sun X Y.Evaluation of exponential fertilization technique for cultivation of turf grass during early growth period[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis，(2012，43(4)：716-729.

[18]Dumroese R K.Growth of Juniperus and Potentilla using liquid exponential and controlled-release fertilizers[J].Hortscience，2003，38(7)：1378-1380.

[19]Portela S I，Andriulo A E，Sasal M C，et al.Fertilizer vs.organic matter contributions to nitrogen leaching in cropping systems of the Pampas：15N application in field lysimeters[J].Plant and Soil，2006，289(1-2)：265-277.

[20]Choi W J，Chang S X，Kwak J H，et al.Nitrogen transformations and ammonia volatilization losses from N-15-urea as affected by the co-application of composted pig manure[J].Canadian Journal of Soil Science，2007，87(5)：485-493.

[21]Linderman R G，Davis E A.Evaluation of commercial inorganic and organic fertilizer effects on arbuscular mycorrhizae formed byGlomusintraradices[J].HortTechnology，2004，14(2)：196-202.

[22]Samuelson L J，Pell C J，Stokes T A，et al.Two-year throughfall and fertilization effects on leaf physiology and growth of loblolly pine in the Georgia Piedmont[J].Forest Ecology and Management 2014，330：29-37.

[23]Bennett J N，Blevins L L，Barker J E，et al.Increases in tree growth and nutrient supply still apparent 10 to 13 years following fertilization and vegetation control of salal-dominated cedar-hemlock stands on Vancouver Island[J].Canadian Journal of Forest Research，2003，33(8)：1516-1524.

[24]Mendoza R.，Bailleres M，Garcia I，et al.Phosphorus fertilization of a grass-legume mixture：effect on plant growth，nutrients acquisition and symbiotic associations with soil microorganisms[J].Journal of Plant Nutrition，2016，39(5)：691-701.

Effect of Base Fertilizer on the Growth of ContainerSeedling of White Birth(Betula Platyphylla)

Liu Liwu1，2，Sun Zhihu1*，Liu Tong1

(1Northeast Forestry University，Harbin，150040；2 Jilin Forest Industry Co.，Ltd.Changchun，130021)

In order to determine the base fertilizer for container seedling of white birch(BetulaplatyphyllaSuk)，the optimal formula was constructed applying the method of orthogonal test design by fertilizing experiments of adding different dose of urea(N)，calcium superphosphate(P)，and potassium sulfate(K)to seeding matrix.The responses of annual seedling height(H)，root-collar diameter(D)and aboveground biomass(B)to additive amount of N，P and K fertilizer were different.With the additive amount of N and K increasing，H was in a parabolic dune with an initial increasing trend and followed by a decreasing trend.With the P increasing，the amount of H showed an S type curve with initial increasing and later following by a constant trend.The optimal formula of N，P and K for container seedling height growth was 1.3104，0.3294 and 0.7604 g·stem-1，respectively.With the element of N，P and K increasing，the D presented an S type curve trend of initial increase followed by a constant.The optimal formula of N，P and K for container seedling diameter growth was 1.9656，0.8470 and 0.7604 g·stem-1，respectively.The changing trend of B was the initial increase followed by a constant with N increasing.But as P and K increase，the changing tendency of B showed the parabolic types of the initial increase followed by a decrease.The optimal formula of N，P and K for container seedling B growth was 1.9656，0.3294 and 0.7604 g·stem-1，respectively.In summary，the optimal formula of N，P and K for container seedling was 1.3104，0.3294 and 0.7604 g·stem-1，respectively.

white birch；container seedling；base fertilizer；growth

2016-06-29

中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金項目(2572014EB03-03；DL09EA03-2)；黑龍江省自然科學基金項目(C201107)；“十二五”國家科技支撐計劃(2011BAD08B01；2011BAD37B01)；國家自然科學基金面上項目(31470714)

劉力武，碩士，高級工程師。研究方向：森林經(jīng)營與管理。

*通信作者：孫志虎，博士，副教授。研究方向：森林生態(tài)學。E-mail：szhihunefu@163.com。

劉力武，孫志虎，劉彤.基肥對白樺(Betulaplatyphylla)幼苗生長影響的研究[J].森林工程，2017，33(1)：01-06.

S 792.153

A

1001-005X(2017)01-0001-06