不同氮素處理對(duì)香椿一年生苗生長(zhǎng)及光合特性的影響

申明海， 章理運(yùn)， 張英姿， 周寧寧， 李月鳳

（1.信陽(yáng)市林業(yè)科學(xué)研究所，河南信陽(yáng) 464031； 2.河南雞公山森林生態(tài)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，河南信陽(yáng) 464031）

氮是限制樹(shù)木生長(zhǎng)的主要礦質(zhì)元素，也是樹(shù)木最重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一，其供應(yīng)水平對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)發(fā)育起著決定性的作用. 土壤中氮素供應(yīng)缺乏，會(huì)限制樹(shù)木的生長(zhǎng)發(fā)育［1-4］. 指數(shù)施肥技術(shù)可以提高苗木生物量積累和增加苗木養(yǎng)分承載，同時(shí)避免大量養(yǎng)分施入而造成養(yǎng)分毒害［5-12］，但容易導(dǎo)致前期施肥不足而后期施肥過(guò)量，在生產(chǎn)實(shí)踐中也不便于實(shí)施. 王東光等［13］用簡(jiǎn)易的3階段差量施肥法，亦得出苗高、地徑、葉面積和生物量與指數(shù)施肥法一樣的變化規(guī)律.

香椿（Toona sinensis Roem.）為楝科香椿屬落葉喬木，是我國(guó)材、蔬、藥兼用的珍貴鄉(xiāng)土樹(shù)種，也是木本蔬菜、高檔木材和生態(tài)建設(shè)的重要樹(shù)種之一. 目前對(duì)香椿的施肥、光合作用等已有記載，但是從不同氮素處理下研究其苗木的生長(zhǎng)表現(xiàn)、光合特性等方面，確定其氮素需求量鮮有報(bào)道. 本試驗(yàn)嘗試采用3階段性差量施肥的方法，研究不同供氮處理對(duì)香椿一年生苗生長(zhǎng)特性和光合特性的影響，旨在為香椿幼年期施肥實(shí)踐提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地設(shè)在河南省信陽(yáng)市林科所，處于北亞熱帶向暖溫帶的南北過(guò)渡區(qū)，氣候條件屬北亞熱帶季風(fēng)氣候類(lèi)型，年平均氣溫15.1～15.3 ℃，極端最高氣溫40.9 ℃，極端最低氣溫-20.3 ℃，無(wú)霜期220～230 d，年平均降水量1100 mm左右. 土壤為黃棕壤，土層厚度50 cm以上，pH值6.5左右，呈微酸性.

供試苗為苗圃培育的實(shí)生苗，種子采自河南省信陽(yáng)市浉河區(qū). 2016年3月初進(jìn)行沙藏催芽，待種子1/3露白后播種. 圃地整理成寬1 m、高20 cm、長(zhǎng)度依需要而定的苗床，然后開(kāi)溝條播，行距30 cm，出苗階段不施任何肥料. 4月上中旬苗木出齊后第一次間苗，4月下旬第二次間苗，每平方米留苗20～25株. 5月上旬開(kāi)始進(jìn)行施肥試驗(yàn). 本試驗(yàn)所用肥料為當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)銷(xiāo)售的湖北祥云化工股份有限公司生產(chǎn)的高濃度水溶性復(fù)合肥，肥料三要素體積分?jǐn)?shù)分別為N18%、P2O518%、K2O18%.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，按照每株施用肥料的含氮總量設(shè)置為0、50、100、150、200、300、400、600 mg共8個(gè)處理，每個(gè)處理1 m2，3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)間隔1 m，防止交叉影響. 從5月上旬開(kāi)始施肥，采用開(kāi)溝條施的施肥方法，按4個(gè)月份（5—8月）施肥，5月、6月每個(gè)月施肥2次，分別于月初、月中施入圃地，每次間隔15 d；7 月、8 月每個(gè)月施肥3 次，于月初、月中、月末初的1～2 日施入圃地，每次施肥間隔10 d；共施肥10 次.其中，5月、6月每次每株施氮量為10次平均值的1/4，7月每次施入量為10次的平均值，8月每次施入量為10次平均值的1.5倍. 為防止形成秋梢和木質(zhì)化不完全而造成冬季凍害，8月以后不再施肥. 具體施肥方案見(jiàn)表1.

表1 香椿一年生苗氮素施肥方案Tab.1 Nitrogen fertilization scheme for one-year seedling of Toona sinensis

1.3 試驗(yàn)觀測(cè)

施肥后每個(gè)月的月底測(cè)定苗高和香椿苗地徑；一般施肥10～15 d后測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo).

1.3.1 苗高及香椿苗地徑及生物量的測(cè)定 測(cè)定所有苗的苗高和地徑. 根和莖的生物量于落葉后測(cè)定，每小區(qū)隨機(jī)抽取3株苗，用去蒸餾水沖洗干凈后，晾干；然后把根和莖分別剪成小段，裝入寫(xiě)上編號(hào)的信封，再分別放入烘箱中，105 ℃殺青30 min，75 ℃下烘干至恒重.

1.3.2 葉綠素含量的測(cè)定 葉綠素浸提液采用80%乙醇液提取. 從試驗(yàn)小區(qū)植株上選取中上部有代表性的葉片數(shù)張（除去粗大葉脈），剪碎后混勻，快速稱(chēng)取0.2 g，置于25 mL刻度試管中，加入80%乙醇10 mL，封口后放在黑暗環(huán)境中（常溫下）浸提24 h，至葉片全部褪綠為止. 用80%乙醇定容至刻度，此液即為葉綠素提取液. 以80%乙醇液為對(duì)照，測(cè)定各處理提取液在波長(zhǎng)663、645 nm處的吸光值（A）.

1.3.3 葉綠素濃度（C）及含量計(jì)算公式

式中：C為葉綠素濃度（mg·L－1）；V為提取液體積（mL）；n為稀釋倍數(shù)；W為葉片鮮質(zhì)量（g）.

1.3.4 光合指標(biāo)的測(cè)定 采用英國(guó)ADC 公司生產(chǎn)的LCi-SD 便攜式光合儀，應(yīng)用IRGA（紅外氣體分析）原理，根據(jù)精密測(cè)量葉片表面CO2濃度及水分的變化情況進(jìn)行光合指標(biāo)測(cè)定. 測(cè)定時(shí)間為2016年6月28日上午9：30—11：30，天氣晴朗，大氣溫度33～35 ℃，相對(duì)濕度約75%. 每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取3 株葉片完整的苗，每株選取3片第2輪以下的葉片，每葉重復(fù)測(cè)定3次.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和Duncan多重比較.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素處理對(duì)香椿苗生長(zhǎng)的影響

2.1.1 苗高 從8個(gè)供氮水平（N1～N8）的試驗(yàn)結(jié)果看，香椿一年生苗對(duì)氮的供應(yīng)水平反應(yīng)敏感，不同處理之間苗高差異達(dá)極顯著水平（P＜0.01）. 經(jīng)多重比較分析得知，N7和N8處理表現(xiàn)出最大的高生長(zhǎng)，兩處理間差異不顯著，但與其他處理差異顯著（P＜0.05）；N3～N6處理表現(xiàn)出較大的高生長(zhǎng)，不供氮（N1）時(shí)，苗高生長(zhǎng)最?。ū?）. 香椿苗高隨著供氮水平下降而逐漸下降. 8個(gè)試驗(yàn)處理經(jīng)過(guò)4個(gè)月的施肥試驗(yàn)，苗高生長(zhǎng)量分別為31.0、46.3、49.0、48.2、50.5、62.6、69.9、65.8 cm，N2～N8處理苗高凈增量分別為對(duì)照（N1）的49%、58%、55%、63%、101%、125%和112%，說(shuō)明香椿幼苗對(duì)供氮的適應(yīng)范圍較寬.

表2 不同氮素處理對(duì)一年生香椿苗高、地徑及生物量的影響Tab.2 Effects of different nitrogen treatment on one-year Toona sinensis seedlings’height，diameter growth and biomass

2.1.2 地徑 由表2可知，在不供氮時(shí)（N1），香椿苗地徑生長(zhǎng)量最小，為5.18 cm. 供氮水平較低（N2、N3、N4）時(shí)，香椿苗地徑生長(zhǎng)量小，為5.74～6.24 cm. 提高供氮水平（N5～N8）時(shí)，香椿苗地徑生長(zhǎng)隨供氮水平的增加而增加，至N7處理時(shí)，一年生香椿苗地徑生長(zhǎng)最大，為8.47 cm. 當(dāng)供氮再增加時(shí)（N8），香椿苗地徑的增長(zhǎng)開(kāi)始下降.

2.1.3 根、莖生物量 香椿一年生苗的根、莖生物量及根莖總生物量，隨著供氮水平的不斷升高，呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)（表2）. 3個(gè)指標(biāo)均是N7處理（400 mg/株）最大，分別為4.70、9.44、14.13 g，且與其他處理差異顯著，是其對(duì)照的2.94、4.35、3.75倍. 不同氮素（N2～N6，N8）處理間香椿一年生苗的根、莖生物量和根莖生物總量差異不顯著（P＜0.05）

2.2 氮素處理對(duì)香椿一年生苗光合作用的影響

2.2.1 氮素處理對(duì)香椿一年生苗葉綠素含量的影響 由表3可知，隨著供氮量的增加，葉綠素a、b含量及二者之和大致呈先增加后減少的趨勢(shì). 葉綠素a在400 mg/株（N7）時(shí)達(dá)到最大，葉綠素b和總?cè)~綠素（a+b）含量在300 mg/株（N6）時(shí)達(dá)到最大，其值分別為2.24、0.76、3.00 mg/g，不供氮時(shí)（N1）葉綠素a、b及總?cè)~綠素含量最低. 葉綠素a/b的值以N4為最高，N5最低. 葉綠素a、b，和總?cè)~綠素（a+b）含量以及葉綠素a/b值各處理間均差異顯著.

表3 不同氮素處理對(duì)一年生香椿苗葉綠素含量的影響Tab.3 Effects of different nitrogen treatment on chlorophyll content of one-year Toona sinensis seedlings

圖1 氮素處理對(duì)一年生香椿苗光合特征的影響Fig.1 Effects of nitrogen treatment on photosynthetic characteristics of one-year Toona sinensis seedlings

2.2.2 氮素處理對(duì)香椿一年生苗光合特征的影響 由圖1可知：香椿一年生苗隨著供氮量的增加，光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）與蒸騰速率（Tr）呈先升高后下降的趨勢(shì). 當(dāng)供氮量達(dá)到400 mg/株（N7）時(shí)，凈光合速率值達(dá)到最大，為8.81 μmol·m-2·s-1；當(dāng)供氮量達(dá)到300 mg/株（N6）時(shí)，氣孔導(dǎo)度值達(dá)到最大，為0.32 mol·m-2·s-1；當(dāng)供氮量達(dá)到150 mg/株（N4）時(shí)，蒸騰速率值達(dá)到最大，為6.96 mmol·m-2·s-1. 而胞間CO2濃度（Ci）隨供氮量的增加而逐漸降低，沒(méi)有出現(xiàn)峰值現(xiàn)象.

不同氮素處理間香椿一年生苗的光合速率、蒸騰速率和胞間CO2濃度均有顯著差異（P＜0.05），氣孔導(dǎo)度各處理間差異不顯著. 經(jīng)多重比較得知，N1、N2、N3、N4、N5處理間的凈光合速率無(wú)顯著差異（P＞0.05），但與N6、N7、N8處理差異顯著. 胞間CO2濃度N1與N2、N3處理間差異不顯著，N4與N3、N5、N6處理間差異不顯著，而N7、N8處理顯著低于其他處理. 蒸騰速率N4處理顯著高于N1、N3、N5、N6、N7和N8處理，而其他處理間差異不顯著.

3 結(jié)論與討論

在自然狀態(tài)下，土壤中氮營(yíng)養(yǎng)以礦質(zhì)態(tài)存在的比例較低，限制了林木的生長(zhǎng)發(fā)育. 因此，在氮素營(yíng)養(yǎng)缺乏的土壤環(huán)境中，增加氮營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)會(huì)促進(jìn)林木生長(zhǎng)；但是，氮供應(yīng)過(guò)量時(shí)，則對(duì)樹(shù)木的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用［12］，本研究也得出相似結(jié)論. 香椿一年生苗生長(zhǎng)指標(biāo)隨供氮量的增加而先升高后下降，當(dāng)供氮量增至400 mg/株后，苗高、地徑及根莖生物量開(kāi)始下降，這可能是由于過(guò)多的養(yǎng)分導(dǎo)致參與碳同化的羧化酶活性降低，造成光合作用減弱，而且使呼吸作用增強(qiáng)［14］，從而導(dǎo)致新葉萌發(fā)及生長(zhǎng)變緩，說(shuō)明合適的施氮量能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，這與李繼光等［15］、Wu等［16］、魏旭紅等［17］的研究一致.

施氮會(huì)影響光合作用及與其相關(guān)的氣體交換過(guò)程. 本試驗(yàn)結(jié)果表明：香椿一年生苗葉綠素a和b含量、葉綠素總量和光合速率、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率亦均隨供氮量的提高呈先升后降的趨勢(shì)，其中葉綠素a 的含量、葉綠素a/b、光合速率于供氮量400 mg/株時(shí)最高；葉綠素b的含量、總?cè)~綠素的含量、氣孔導(dǎo)度于供氮量300 mg/株時(shí)最高，然后降低. 可見(jiàn)適宜的供氮量有利于香椿一年生苗木葉片光合效率的提高，同時(shí)可以促進(jìn)葉片氣孔開(kāi)放，降低蒸騰拉力，有利于植物CO2吸收能力的提高. Brown等［18］對(duì)西部鐵杉、楊自立等［19］對(duì)栓皮櫟的研究中也有相似結(jié)果. 香椿一年生苗的胞間CO2濃度、隨供氮量的增加而逐漸降低，這一結(jié)論與陳健妙等［20］對(duì)麻瘋樹(shù)、陳根云等［21］的研究相似，這種負(fù)相關(guān)可能是由于隨著供氮量的增加，影響香椿葉片中的高羧化活性以至高光合速率導(dǎo)致了低CO2濃度.

本試驗(yàn)在苗圃中采用3階段差量施肥法，得出隨著供氮水平的增加，苗高、地徑、根、莖生物量和光合速率先升高后降低的變化規(guī)律，得出香椿一年生苗適宜的供氮量為400 mg/株的結(jié)果，與彭明俊等［22］對(duì)膏桐（Jatropha curcas）在苗期氮素指數(shù)施肥試驗(yàn)結(jié)果相比，幼苗所需適宜氮素供應(yīng)量相似，與王東光等［13］對(duì)閔楠和賈瑞豐等［23］對(duì)紅厚殼的3階段施肥試驗(yàn)相比，幼苗所需的適宜氮素供應(yīng)量偏高，其原因由香椿自身生物學(xué)特性所致，即香椿苗早期生長(zhǎng)比閔楠和紅厚殼生長(zhǎng)快，所以苗期需氮量隨之增加；與膏桐和西南樺生長(zhǎng)相近，所以需氮量亦相近.

綜上所述，香椿一年生苗對(duì)氮素的供給比較敏感，隨供氮量的增加，苗高、地徑及其生物量、光合速率均于N7處理達(dá)到最大值后開(kāi)始降低，所以每株400 mg左右氮素供應(yīng)量是滿(mǎn)足香椿一年生苗光合及生長(zhǎng)的適宜范圍. 本試驗(yàn)是在當(dāng)?shù)孛缙赃M(jìn)行的育苗，由于氣候、土壤情況等因素的影響，其他地區(qū)是否適合，仍需開(kāi)展進(jìn)一步的研究.