施N、P肥對西南樺無性系幼苗生長及葉片N、P含量的影響

劉士玲，陳 琳，龐圣江，張 培，楊保國，韋菊玲，李朝英，賈宏炎

(1 中國林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西 憑祥 532600；2 廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，廣西 憑祥 532600)

N和P是植物生長最主要的限制元素，N是植物的蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素和許多次生代謝產(chǎn)物中的重要成分，在光合過程的酶活性中起著至關(guān)重要的作用，P在植物代謝中起著核心作用。外源增施氮、磷肥，能改變土壤中的氮磷結(jié)構(gòu)比例，調(diào)控植物應(yīng)對環(huán)境的生長策略，進(jìn)而影響植物生長[1]。不同植物對養(yǎng)分的需求以及不同土壤的特定肥力指標(biāo)并不相同[2]。有研究表明，增加施肥后植物的生長效率和酶活性也增加[3-4]，而有些研究者發(fā)現(xiàn)生長效率在很大程度上不受營養(yǎng)元素添加的影響[5-6]，且適宜的施肥配方往往因樹種或者無性系而異[7-8]。因此，很有必要針對特定樹種開展施肥配方研究。

西南樺Betula alnoides是我國熱帶、亞熱帶地區(qū)優(yōu)良的鄉(xiāng)土闊葉樹種，它生長快、材質(zhì)優(yōu)，有較高的經(jīng)濟(jì)價值，其林分具有優(yōu)良的生態(tài)特性，如涵養(yǎng)水源、維持生物多樣性和固定碳素等，當(dāng)前種植面積已逾15萬hm2。隨著西南樺種植業(yè)迅速發(fā)展，對容器苗數(shù)量和質(zhì)量的要求不斷提高。育苗容器基質(zhì)中的養(yǎng)分含量往往無法滿足苗木的生長發(fā)育所需，因此通過科學(xué)施肥補(bǔ)充苗木營養(yǎng)需求已成為國內(nèi)外育苗管理的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。目前，西南樺苗木施肥的研究主要集中在營養(yǎng)元素的種類、最佳施肥量和施肥方法等方面[9-15]。研究認(rèn)為，適量地添加N、P會增加西南樺幼苗生長量，但現(xiàn)有對西南樺開展的配方施肥研究報道較少，且多見于N或P的單獨(dú)作用。鑒于此，本文以4個西南樺無性系組培苗為研究對象，通過設(shè)置N、P添加試驗(yàn)，闡明西南樺無性系對不同施肥處理的響應(yīng)差異，揭示西南樺無性系適宜的施肥配方，為西南樺育苗施肥策略提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心站點(diǎn)，地理位置為 22°05′00″N，106°48′12″E，該地屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫21.5 ℃，≥10 ℃ 積溫約 6 000～7 600 ℃，年均降水量 1 400 mm，相對濕度80%～84%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

2017年10月—2018年1月在熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心苗圃溫室內(nèi)開展氮磷施肥對西南樺無性系幼苗生長及葉片N、P含量影響的試驗(yàn)。

參試的4個西南樺無性系為A5、BY-1、FB4、FB4+，其組培苗來自熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心苗圃，平均高度約為4 cm。氮肥為尿素，w(N)≥46.4%，設(shè)置3 個單株施 N 水平 (0、200、400 mg)。磷肥為鈣鎂磷肥，w(P2O5)≥18%，設(shè)置3個單株施P水平(0、70、140 mg)。為防止苗木缺素，按照每株 332 mg施入K肥，鉀肥為氯化鉀(K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥60%)。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，共9個組合處理，具體見表1，每個小區(qū) 25株，3次重復(fù) (區(qū)組)，共計2 700株。

表1 西南樺無性系苗木單株施肥處理Table 1 Fertilization treatment for per seedling of Betula alnoides clone

移苗前將黃心土、炭化樹皮、漚制鋸末、漚制樹皮按體積比 1∶1∶3∶6 充分混合，做為基質(zhì)裝入 12 cm(直徑)×15 cm(高)的無紡布袋，置于塑料盤中。育苗基質(zhì)pH為6.14，全N、全P、全K和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 4.24、0.70、3.18 和 29.97 g/kg。磷肥作為基肥一次性施入基質(zhì)中，移苗后1個月，開始追施氮肥和鉀肥，每周施肥1次，共10次。每隔2周移動1次苗盤，以減小邊際效應(yīng)對試驗(yàn)結(jié)果的影響。

1.3 生長及養(yǎng)分含量測定

試驗(yàn)結(jié)束時，統(tǒng)計每個小區(qū)幼苗的存活率，測定所有幼苗的苗高、地徑、分枝數(shù)等。每個小區(qū)分別選取5株標(biāo)準(zhǔn)西南樺無性系幼苗，用于生物量、葉面積和葉片養(yǎng)分含量的測定。用去離子水將苗木沖洗干凈，并分為根、枝和葉3部分取樣。吸干葉片表面水分，應(yīng)用 Microtek Scan Maker 9700XL 掃描儀獲取葉片圖像，葉面積計算采用Chen等[16]的方法。將根、枝和葉部分分別放入烘箱內(nèi)，65 ℃條件下烘48 h至恒質(zhì)量，測定各部分的干物質(zhì)量。將烘干稱質(zhì)量后的葉片樣品粉碎，過篩后用于葉片養(yǎng)分含量的測定。植株樣品用濃H2SO4-H2O2消煮，全N、全P含量分別用擴(kuò)散法和鉬銻抗比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 19.0軟件一般線性模型對西南樺幼苗生長和葉片養(yǎng)分含量指標(biāo)進(jìn)行方差分析和Duncan’s多重比較分析，用Sigmaplot 10.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 西南樺無性系幼苗生長表現(xiàn)

不同施肥處理下的西南樺無性系幼苗生長情況見表2。方差分析表明：不同施肥處理對西南樺無性系幼苗的苗高、地徑、生物量、根冠比、分枝數(shù)和葉面積影響極顯著(P＜0.01)；4個無性系的生長指標(biāo)(地徑除外)均差異不顯著(P＞0.05)；施肥處理和無性系的交互作用除對生物量和葉面積無顯著影響外，其他生長指標(biāo)均差異極顯著。

表2 不同施肥處理下的西南樺無性系苗木生長表現(xiàn)1)Table 2 Growth performance of Betula alnoides clone seedlings in different fertilization treatments

施肥處理的西南樺無性系幼苗各生長指標(biāo)(除根冠比外)均高于CK處理。其中，處理5的苗高、地徑、生物量、分枝數(shù)和葉面積生長表現(xiàn)最優(yōu)。多重比較發(fā)現(xiàn)，處理5和處理4、6的苗高差異不顯著，3個處理的苗高均顯著高于其他處理，是CK處理的 1.66～1.74倍；處理 5 和處理 4、6、8、9 的地徑、葉面積差異不顯著，比CK處理分別提高了70.94%～91.45%和372.59%～456.31%；處理5和處理4、6、7、8、9的分枝數(shù)差異不顯著，是CK處理的8.13倍；處理5和處理6、8的生物量差異不顯著，是CK處理的近4.58倍。不同施肥處理西南樺幼苗根冠比表現(xiàn)為CK處理最大，與處理2和3無顯著差異，但均顯著高于其他處理。

無性系間比較，除地徑外，4個無性系各生長指標(biāo)均無顯著性差異，但無性系FB4+的苗高、生物量和葉面積均略高于其他3個無性系，BY-1的地徑和根冠比大于其他3個無性系。

2.2 西南樺無性系幼苗葉片養(yǎng)分狀況

由表3可知，施肥處理對西南樺無性系幼苗葉片的N、P含量的影響均達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，無性系對葉片養(yǎng)分含量的影響均未達(dá)到顯著水平，且不存在明顯的無性系和施肥處理的交互作用。

表3 不同施肥處理對西南樺無性系苗木葉片養(yǎng)分含量的影響1)Table 3 Effects of different fertilization treatments on leaf nutrient contents of Betula alnoides clone seedings

不同施肥處理葉片N含量均高于CK處理，其中，處理8的葉片N含量最高，比其他處理增加了6.80%～52.33%。多重比較進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，單施氮肥(處理4和7)或氮磷肥混施(處理5、6、8和9)的西南樺幼苗葉片N含量與CK相比顯著提高，單施磷肥的處理2和3對葉片N含量無顯著影響。與CK相比，各施肥處理顯著影響了西南樺苗木葉片P含量，其中，處理6的葉片P含量最高，是其他處理的1.09～1.46倍。無性系間比較，無性系FB4+的葉片N、P含量高于其他3個無性系，但差異不顯著。

2.3 西南樺無性系幼苗單株生物量與葉片養(yǎng)分的相關(guān)性

通過繪制西南樺無性系幼苗葉片的N、P含量及其比值與生物量的散點(diǎn)圖，及對葉片的N、P含量及其比值與生物量的統(tǒng)計分析表明，葉片N、P含量及其比值與生物量均符合拋物線關(guān)系，且呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(P＜0.000 1，圖1)。從擬合的一元二次拋物線方程可以看出，西南樺幼苗生物量與葉片N/P質(zhì)量比的相關(guān)性最大(R=0.844 0)，其次是葉片N含量(R=0.713 6)，葉片P含量與幼苗生物量的相關(guān)性最小(R=0.406 2)。不同施肥處理相比，西南樺幼苗生物量在處理5最大，而在處理6略有降低，結(jié)合生物量與葉片N/P質(zhì)量比的變化規(guī)律圖(圖1C)，推測處理5的葉片N/P質(zhì)量比約為15，這可能是影響西南樺生長的N/P限制比例。

圖1 西南樺無性系幼苗葉片養(yǎng)分含量與生物量的關(guān)系Fig. 1 Relationship between leaf nutrient content and biomass of Betula alnoides clone seeding

3 討論與結(jié)論

N、P缺乏對植物產(chǎn)生負(fù)面影響[17-18]。本研究中，施肥處理的西南樺無性系幼苗的苗高、地徑、生物量、葉面積和分枝數(shù)均高于對照，其中，處理5(每株施 N 200 mg、施 P 70 mg)的生長表現(xiàn)最好，這與以往研究者[13,15,19-21]認(rèn)為適量地添加氮磷肥能促進(jìn)林木生長的研究結(jié)論一致。然而，Gotore等[6]研究表明，單施氮肥對樹木生長有負(fù)面影響；Rothstein[22]研究表明，與未施肥的對照處理相比，單獨(dú)或組合添加常量營養(yǎng)元素處理均未促進(jìn)北美短葉松Pinus banksiana的生長。其原因可能在于林木不同生長階段對施肥的需求不同或干旱脅迫等立地條件限制了林木對施肥的響應(yīng)。此外，添加氮磷肥能否促進(jìn)植物生長與幼苗所生長的基質(zhì)養(yǎng)分有關(guān)。基質(zhì)養(yǎng)分趨于飽和狀態(tài)時，施肥不一定能促進(jìn)幼苗的生長。如Santiago等[23]研究表明，高施N未促進(jìn)巴拿馬中部巴羅科羅拉多自然保護(hù)區(qū)吉加特半島的5種最常見熱帶樹種幼苗的生長，與研究地土壤N養(yǎng)分已趨于飽和有關(guān)。

葉片的養(yǎng)分含量已被認(rèn)為是反映林分生長和土壤肥力的重要指標(biāo)[24]。植物體內(nèi)某種元素含量會隨著該種元素的添加而明顯增加，但對于其他含量穩(wěn)定的元素可能使其含量降低，即產(chǎn)生稀釋效應(yīng)[25]。本研究結(jié)果表明，葉片的N、P含量隨著氮、磷肥的添加而增加，支持了Chen等[12]、彭少麟[25]和嚴(yán)正兵等[26]的結(jié)論；單施氮肥或磷肥，西南樺無性系幼苗葉片N、P含量增加，但與對照差異不顯著，這一結(jié)果在前人對刨花楠Machilus pauhoi的相關(guān)研究中也得到證實(shí)[27]。植物葉片N/P質(zhì)量比反映植物生長的環(huán)境養(yǎng)分供應(yīng)狀況，被廣泛應(yīng)用于植物的營養(yǎng)限制診斷。研究認(rèn)為，較低的N/P質(zhì)量比說明植物受N限制，較高的N/P質(zhì)量比說明植物受P限制。劉洋等[28]根據(jù)巨桉Eucalyptus grandis生物量與N/P質(zhì)量比的變化規(guī)律，認(rèn)為葉片N/P質(zhì)量比＜15時，巨桉生長受N含量限制。本研究中，西南樺無性系幼苗生物量在處理5施肥條件下最大，而在處理6(每株施 N 200 mg、施 P 140 mg)條件下略有降低，結(jié)合生物量與葉片N/P質(zhì)量比的變化規(guī)律，推測葉片N/P質(zhì)量比約為15可能是影響西南樺無性系生長的N/P質(zhì)量比限制比例。

對于同一樹種，其生長對施肥的響應(yīng)往往因種質(zhì)材料而異。如韋如萍等[8]對低P脅迫下杉木Cunninghamia lanceolate無性系根系形態(tài)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)杉木的根系形態(tài)指標(biāo)隨施P水平的變化呈極顯著的基因型效應(yīng)差異；宋平等[29]研究表明，馬尾松Pinus massoniana無性系幼苗的根系對不同N、P處理水平的形態(tài)反應(yīng)差異顯著；趙燕等[30]研究亦表明，在相同施肥處理?xiàng)l件下，不同系號毛白楊Populus tomentosa苗木的響應(yīng)不盡一致。本研究中，西南樺不同無性系幼苗的生長表現(xiàn)和葉片養(yǎng)分狀況對施肥的響應(yīng)亦存在差異，但無性系間的差異不顯著，與上述研究結(jié)果一致。