腐植酸對(duì)尾巨桉DH32-29苗木生長(zhǎng)及光合作用的影響

杜 旭，劉杰釗，趙毅輝，楊 梅

(1.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西壯族自治區(qū)國(guó)有七坡林場(chǎng)，廣西 南寧 530225)

桉樹(Eucalyptusspp.)為桃金娘科樹種，生長(zhǎng)快速、抗逆性強(qiáng)，是熱帶、亞熱帶地區(qū)優(yōu)質(zhì)的速豐樹種[10].我國(guó)桉樹種植面積位居世界前列，但由于純林連栽、長(zhǎng)期使用化學(xué)肥料引起土壤肥力下降，導(dǎo)致桉樹產(chǎn)量和種植面積不成正比[11].通過(guò)改良桉樹肥料配方，優(yōu)化調(diào)整大量元素、微量元素與有機(jī)質(zhì)、活性物質(zhì)的配比，能有效改善土壤的理化性質(zhì)，增強(qiáng)林地生產(chǎn)力，提高桉樹出材率及木材質(zhì)量[12].目前，桉樹施肥撫育措施正在逐步成熟完善，已由單一肥發(fā)展到復(fù)合肥，由復(fù)合肥發(fā)展到專用配方肥，品種多樣[13].研究表明，相比一般桉樹復(fù)合肥，長(zhǎng)效緩釋肥對(duì)桉樹生長(zhǎng)、生物量積累的促生效果更優(yōu)[14].桉樹人工林追加磷肥時(shí)以水溶性磷酸一銨作為主要磷源，可適當(dāng)補(bǔ)充肥效遲緩、難溶性的鈣鎂磷肥，不同磷源的配合使用可以起到養(yǎng)分速效與緩效釋放的協(xié)同互補(bǔ)作用，有利于養(yǎng)分的持續(xù)供給[15]；桉樹肥料中添加螯合態(tài)的微量元素會(huì)抑制土壤pH和氧化還原電位對(duì)肥料肥力造成的不良反應(yīng)，不僅使微量元素被充分吸收利用，還能促進(jìn)桉樹對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，對(duì)桉樹的生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的促進(jìn)作用[16]；施用腐植酸肥料后，桉樹人工林林分的樹高、胸徑、單株材積顯著提高，土壤地力明顯改善，投入相同成本，施用腐植酸肥料能夠顯著提高產(chǎn)量，同時(shí)儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)成分更為持久[17].為進(jìn)一步探討和評(píng)價(jià)腐植酸肥料的肥效，本研究通過(guò)向桉樹專用肥添加腐植酸，分析、評(píng)價(jià)不同腐植酸肥料、桉樹專用肥、常規(guī)復(fù)合肥處理下尾巨桉DH32-29苗木的生長(zhǎng)、光合特性差異，為制定桉樹人工林施肥撫育措施提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究地概況

試驗(yàn)地位于廣西南寧市樹木園(22°48′N，108°21′E)，氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，干濕分明，夏季濕潤(rùn)多雨，年平均氣溫在21.6 ℃左右，年均降雨量可達(dá)1 300.0 mm，平均相對(duì)濕度為79.0%，日均積溫≥10 ℃時(shí)間超過(guò)300 d，年積溫7 200 ℃.

1.2 試驗(yàn)材料與方法

選取南寧市樹木園組培基地培育的長(zhǎng)勢(shì)一致、無(wú)病蟲侵?jǐn)_、無(wú)機(jī)械損傷的2月生尾巨桉DH32-29無(wú)性系組培苗作為試驗(yàn)材料，平均苗高(20.00±1.12)cm，平均地徑(2.50±0.16)mm.2014年6月1日進(jìn)行基質(zhì)施肥，試驗(yàn)時(shí)間從6月1日到9月1日.試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置5個(gè)處理，包括不施肥，以及施常規(guī)復(fù)合肥、桉專用肥、泥炭腐植酸+桉專用肥、風(fēng)化褐煤腐植酸+桉專用肥，分別用CK、A1、A2、A3、A4表示.每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10株苗木.肥料用量為300 g/株，氮、磷、鉀養(yǎng)分質(zhì)量比為15∶6∶9，添加腐植酸的處理A3、A4腐植酸占肥料總質(zhì)量的10%(肥料基本情況見表1).選用72 cm×60 cm×48 cm塑料容器進(jìn)行盆栽，基質(zhì)為黃心土和珍珠巖(體積比為7∶3)，每盆裝填基質(zhì)高40 cm，質(zhì)量約為30 kg，定時(shí)澆灌，每周除草1次.

表1 肥料基本情況Tab.1 Basic situation of fertilizer

1.3 指標(biāo)及測(cè)定方法

1)生長(zhǎng)指標(biāo)：用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺分別測(cè)定苗高和地徑，每30 d對(duì)試驗(yàn)苗木進(jìn)行一次每木檢尺.各處理分別取6株平均木，對(duì)桉樹苗木根、莖、葉鮮樣進(jìn)行稱重，采用恒重法測(cè)定生物量.計(jì)算根冠比：根冠比=根系干重(g)/[莖枝干重(g)+葉干重(g)].

2)生理指標(biāo)：每個(gè)尾巨桉植株選取3片完整無(wú)缺、無(wú)病蟲害、無(wú)機(jī)械損傷、長(zhǎng)勢(shì)良好的成熟葉片，使用LI-6400便攜式光合測(cè)定儀在晴朗天氣，光照、氣溫、空氣流速等條件相對(duì)穩(wěn)定的上午，8：30—11：30每隔1 h測(cè)定一次樣株瞬時(shí)凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(E)等光合生理指標(biāo)，重復(fù)5次，取平均值.

3)利用擬合效果較好的Farquhars數(shù)學(xué)模型擬合光合曲線[18]：

(1)

式中：Amax為最大凈光合速率；l為光合有效輻射；φ為表觀量子效率；k為曲角；Rday為光下呼吸速率.式(1)已經(jīng)過(guò)規(guī)范化處理，與原文獻(xiàn)公式存在差異.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Excel 2010處理苗木生長(zhǎng)、光合數(shù)據(jù)，用SPSS 20.0對(duì)苗木生長(zhǎng)、光合數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和主成分分析，用Duncan檢驗(yàn)分析差異顯著性.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)苗木生長(zhǎng)的影響

2.1.1 對(duì)苗高生長(zhǎng)的影響

不同施肥處理下的苗高生長(zhǎng)狀況見圖1.由圖1可見：4種施肥處理均對(duì)苗高生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用，施肥3個(gè)月的月平均增長(zhǎng)量為19.10～24.39 cm.施肥2個(gè)月后，腐植酸肥料A3、A4比其他施肥方式對(duì)苗高生長(zhǎng)的促生效果更優(yōu)；施肥3個(gè)月，添加泥炭腐植酸的A3對(duì)苗高的促生效果最優(yōu)，是未添加腐植酸處理A1、A2的1.12和1.06倍，且腐植酸肥料A3相比A4對(duì)苗高的促進(jìn)作用更顯著.

2.1.2 對(duì)地徑生長(zhǎng)的影響

不同施肥處理下的地徑生長(zhǎng)狀況見圖2.由圖2可見：4種施肥處理均對(duì)苗木的地徑生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用，施肥3個(gè)月的月平均增長(zhǎng)量為5.03～5.52 mm，腐植酸肥料A3、A4月平均增長(zhǎng)量最大.施肥第1個(gè)月的地徑長(zhǎng)勢(shì)遲緩，第2、3個(gè)月地徑長(zhǎng)勢(shì)迅速，且施肥第2、3個(gè)月腐植酸肥料A3、A4對(duì)地徑生長(zhǎng)的促進(jìn)作用顯著高于其他施肥處理，但A3、A4兩種腐植酸肥料之間的差異不顯著.

不同大、小寫字母分別表示在0.01和0.05水平下的差異顯著性.圖1不同施肥處理下的苗高生長(zhǎng)狀況Fig.1Growth of seedling height under differentfertilization treatments不同大、小寫字母分別表示在0.01和0.05水平下的差異顯著性.圖2不同施肥處理下的地徑生長(zhǎng)狀況Fig.2Ground diameter growth of seedlings underdifferent fertilization treatments

2.1.3 對(duì)苗木生物量的影響

不同施肥處理下的苗木生物量差異見表2.由表2可知：4種施肥處理均對(duì)苗木的根系、莖、葉和整株干重有顯著的促進(jìn)作用.腐植酸肥料對(duì)根系的促生效果最為顯著，腐植酸肥料A3、A4相比未添加腐植酸的A1、A2根系干重分別增加了17.8%、8.5%和53.0%、40.9%，由此可見，腐植酸有利于苗木的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向地下部分運(yùn)輸.莖、葉、整株干重在4個(gè)施肥處理之間差異均不顯著，可能與鈣鎂磷肥和腐植酸的緩釋性有關(guān).CK的莖干重占比為19.31%，相比4種施肥處理最小.A1、A2的莖生物量占比高于A3、A4，說(shuō)明當(dāng)土壤養(yǎng)分脅迫時(shí)，莖生物量分配量最低，肥料中添加腐植酸會(huì)影響莖生物量的分配，促進(jìn)同化物向營(yíng)養(yǎng)器官——根系、葉片運(yùn)輸.綜合來(lái)看，土壤貧瘠時(shí)，同化物主要向根系積累，腐植酸有助于苗木同化物向地下部分運(yùn)輸，促進(jìn)根系生長(zhǎng).

表2 不同施肥處理下的苗木生物量差異Tab.2 Biomass difference of seedlings under different fertilization treatments

圖3不同施肥處理下桉樹苗木葉片光合曲線Fig.3Photosynthetic curve of Eucalyptus seedlings and leaves under different fertilization treatments

2.2 不同施肥處理對(duì)苗木葉片光合作用的影響

2.2.1 不同施肥處理對(duì)苗木葉片光響應(yīng)曲線參數(shù)的影響

圖3為不同施肥處理的苗木光響應(yīng)曲線，采用擬合效果較好的Farquhar模型擬合尾巨桉DH32-29的光響應(yīng)曲線，擬合度R2在0.992～0.999，模型擬合效果較好.不同施肥處理對(duì)苗木葉片光合特性的影響見表3.由表3可知：施肥處理后光合特性的各個(gè)參數(shù)均明顯高于CK，說(shuō)明施肥能極大影響尾巨桉DH32-29苗木葉片的光合作用.除表觀量子效率外，其他各光合參數(shù)均是腐植酸肥料A3、A4顯著高于未添加腐植酸的A1、A2.腐植酸肥料A3、A4的Amax相比A1、A2分別增加了3.8%、2.7%和7.8%、6.7%，φ均為0.070，明顯低于A1、A2.不同施肥處理苗木的光飽和點(diǎn)(LSP)和光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)變化規(guī)律表現(xiàn)一致，腐植酸明顯提高了光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn).

表3 不同施肥處理對(duì)苗木葉片光合特性的影響Tab.3 Effects of different fertilization treatments on photosynthetic characteristics of seedling leaves

2.2.2 不同施肥處理對(duì)苗木葉片Pn、gs、Ci、E的影響

不同施肥處理對(duì)尾巨桉苗木葉片Pn、gs、Ci、E的影響見表4.由表4可知：4種施肥處理明顯提高了苗木葉片的Pn、gs、E，均表現(xiàn)為腐植酸肥料A3、A4高于未添加腐植酸的A1、A2.腐植酸極大地提高了Pn、gs、E，其中，Pn分別提高了11.5%、9.1%、22.3%和19.7%；gs分別提高了32.5%、6.0%、38.8%和8.8%；E分別提高了5.3%、2.8%、9.7%和7.1%；Ci的表現(xiàn)與Pn、gs、E相反，CK的Ci最大，腐植酸肥料A3、A4相比CK降低最為明顯，分別降低了7.2%和8.0%.可見，施用腐植酸肥料后葉片胞間CO2的利用率明顯提高.

表4 不同施肥處理對(duì)尾巨桉苗木葉片Pn、gs、Ci、E的影響Tab.4 Effects of different fertilization treatments on Pn，gs，Ci and E of Eucalyptus seedling leaves /(μmol·m-2·s-1)

3 主成分分析

不同施肥處理下各指標(biāo)的主成分分析結(jié)果見表5，主成分值及綜合排名見表6.

表5 不同施肥處理各項(xiàng)指標(biāo)主成分分析結(jié)果Tab.5 Principal component analysis results of various indexes under different fertilization treatments

表6 不同施肥處理的主成分值及綜合排名Tab.6 Main component and rankings of different fertilization treatments

由表5可見：前兩個(gè)主成分的特征值大于1，方差貢獻(xiàn)率分別為89.62%和9.19%，累積方差貢獻(xiàn)率已達(dá)到98.81%，說(shuō)明這兩個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率可以解釋腐植酸肥料、桉樹專用肥、常規(guī)復(fù)合肥處理下尾巨桉生長(zhǎng)及光合特性98.81%的變異度，可以反映出本研究中16個(gè)指標(biāo)的大部分信息.因此，提取的兩個(gè)主成分可作為新的變量代替原有的16個(gè)變量分析腐植酸肥料、桉樹專用肥、常規(guī)復(fù)合肥對(duì)苗木生長(zhǎng)及光合特性的影響.由表6可知：主成分分析的綜合得分表現(xiàn)為A4>A3>A2>A1>CK，綜合得分越高，說(shuō)明該肥料對(duì)尾巨桉苗木生長(zhǎng)及光合特性的促進(jìn)作用越好.腐植酸肥料A4(1.06)和A3(-0.01)的得分最高，說(shuō)明腐植酸肥料促進(jìn)巨尾桉苗木生長(zhǎng)及改善光合特性的效果優(yōu)于桉專用肥和常規(guī)復(fù)合肥.

4 結(jié)論與討論

4.1 腐植酸調(diào)控促進(jìn)尾巨桉苗木的生長(zhǎng)

施肥處理與桉樹的生長(zhǎng)發(fā)育具有顯著的相關(guān)性，促進(jìn)作用十分明顯[19].本次研究中，4種施肥處理均對(duì)苗木的苗高、地徑及生物量積累有顯著的促進(jìn)作用，其中，桉專用肥對(duì)尾巨桉苗木的促生效果優(yōu)于常規(guī)復(fù)合肥，這與肥料中的兩種磷源配比不同有關(guān).磷源中，磷酸一銨具有良好的水溶性和有效性；而鈣鎂磷具有難溶性，且肥效遲緩.磷酸鹽又必須在土壤酸或土壤微生物和苗木根系分泌酸的作用下溶解才能釋放出磷素.兩種磷源的水溶性及固定效率相差較大，磷酸一銨對(duì)苗木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用占主導(dǎo)地位[15]，因此，磷酸一銨占比較大的桉專用肥促生效果更好.已有研究顯示：氮、磷、鉀水溶肥添加腐植酸型功能物質(zhì)后，能促進(jìn)蘋果樹葉片、地下部分對(duì)肥料中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，提高營(yíng)養(yǎng)利用率，改善光合特性，使苗木葉片數(shù)量、葉面積及地下部分生物量積累顯著增加，根系活動(dòng)旺盛，有利于增產(chǎn)[20]；腐植酸能顯著增加玉米根系對(duì)氮的吸收，提高氮肥同化率，有利于氮素儲(chǔ)存在表層土壤，抑制養(yǎng)分淋溶流失，進(jìn)而達(dá)到改良土壤及促進(jìn)玉米高產(chǎn)的目的[21].腐植酸極大地改善了桉樹專用肥的肥力，更多地滿足了苗木生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求，林木生長(zhǎng)發(fā)育的促生效果顯著增強(qiáng)[22]，在一定程度上，苗木生長(zhǎng)和生物量積累與根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收能力正相關(guān)[23].桉樹專用肥中添加腐植酸后，苗木的苗高、地徑及整株生物量表現(xiàn)比施桉專用肥和常規(guī)復(fù)合肥的促生效果更優(yōu)，說(shuō)明腐植酸是通過(guò)促進(jìn)根系生長(zhǎng)和提高對(duì)養(yǎng)分的吸收能力來(lái)促進(jìn)苗木生長(zhǎng)及提高生物量積累，其緩急相濟(jì)的養(yǎng)分釋放效率與苗木根系養(yǎng)分吸收規(guī)律基本一致.

腐植酸肥料對(duì)根系的促生效果最為顯著.腐植酸有利于苗木的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向地下部分運(yùn)輸，使其優(yōu)先利用，并對(duì)根系起到生物刺激劑的作用，能明顯促進(jìn)苗木根系伸長(zhǎng)生長(zhǎng)及次生根發(fā)育，擴(kuò)大根系與土壤的接觸面積，提高苗木生根率，使植株充分吸收養(yǎng)分和水分.同時(shí)，加快肥料和土壤養(yǎng)分的富集轉(zhuǎn)化，尤其是速效N、速效P、有機(jī)質(zhì)等速效養(yǎng)分向根系富集，提高肥料利用率，有效改善土壤肥力狀況[24-25].腐植酸含有大量的有機(jī)功能基團(tuán)，具有較強(qiáng)的絡(luò)合、螯合和表面吸附能力，能螯合土壤磷等礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，增強(qiáng)土壤養(yǎng)分的化學(xué)穩(wěn)定性，改善土壤理化性質(zhì)，使苗木根系質(zhì)子泵H+-ATP酶活性增強(qiáng)，引起質(zhì)子濃度梯度增大，為養(yǎng)分跨膜運(yùn)輸提供足夠的驅(qū)動(dòng)力，有利于苗木的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向地下部分運(yùn)輸及植株器官對(duì)養(yǎng)分的充分吸收，提高根系活力.同時(shí)，可有效防止水土流失，使苗木抗旱、耐貧瘠能力大大增強(qiáng)[26].亦有研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸的活性基團(tuán)能夠促進(jìn)苗木生長(zhǎng).作為一種高分子有機(jī)酸，腐植酸的前身就是生物體的殘?bào)w，含有苗木必須的多種營(yíng)養(yǎng)元素，經(jīng)根際分泌物、根際酶等微生物分解成小分子物質(zhì)后，會(huì)被根系吸收利用[27].施用腐植酸肥料后，尾巨桉苗木地上部分生物量并未表現(xiàn)出顯著差異，主要是因?yàn)楦菜釋?duì)肥料具有緩釋作用，能夠延長(zhǎng)氮、鉀等養(yǎng)分的肥效時(shí)限，提高肥料養(yǎng)分的利用率[28]，而肥料磷源中的鈣鎂磷肥本身也具有緩釋性，肥效遲緩[15].KELTING等[29]也報(bào)道了腐植酸對(duì)番茄地下部分生長(zhǎng)發(fā)育有顯著促進(jìn)作用，然而對(duì)地上部分幾乎沒(méi)有效果.腐植酸首先對(duì)植物根部產(chǎn)生作用，經(jīng)過(guò)養(yǎng)分吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)及光合產(chǎn)物再分配后，促進(jìn)地上部分生長(zhǎng).由于本研究的試驗(yàn)期較短，地上部分生物量尚未表現(xiàn)出顯著差異，將來(lái)還需要在桉樹人工林中進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)以驗(yàn)證和評(píng)價(jià)腐植酸肥料的促生效果，并進(jìn)一步評(píng)價(jià)對(duì)土壤質(zhì)量的改良效果.

4.2 腐植酸調(diào)控可改善尾巨桉苗木的光合特性

綠色植物通過(guò)光合作用將CO2固定成有機(jī)物，進(jìn)而為自身的生長(zhǎng)發(fā)育提供ATP.大量研究表明，腐植酸對(duì)綠色植物的光合作用有顯著的促進(jìn)作用，能夠改善苗木光合性能，增加葉綠素含量，提高CO2的同化力，為植株伸長(zhǎng)生長(zhǎng)和生物量的積累提供充足的碳源.即使在水分脅迫下，腐植酸肥料仍可以促進(jìn)植株生長(zhǎng)，改善植株的光合特性，葉片的光合速率、氣孔導(dǎo)度、葉綠素含量均顯著提高，蒸騰速率和胞間CO2濃度顯著降低，使植株正常生長(zhǎng)代謝，提高產(chǎn)量[30-31].本研究中，添加腐植酸后的肥料使尾巨桉DH32-29苗木的苗高、地徑及生物量積累均大幅增加，這與腐植酸能夠改善光合特性密不可分.腐植酸顯著提高了苗木葉片的光合速率，使有機(jī)物的同化量增多，有利于苗木葉片積累的有機(jī)物向地下部分運(yùn)輸，提高根系活力，促進(jìn)植株對(duì)養(yǎng)分的充分吸收，進(jìn)而促使苗木生長(zhǎng)及生物量迅速積累[32].在本研究所添加的兩種腐植酸中，風(fēng)化褐煤腐植酸比泥炭腐植酸對(duì)根系生物量的促進(jìn)作用更佳.由于風(fēng)化褐煤腐植酸對(duì)光合影響大于泥炭腐植酸，使得前者有機(jī)物的同化量和有機(jī)物向根系運(yùn)輸?shù)男示哂诤笳?，能夠更好地促進(jìn)苗木根系伸長(zhǎng)生長(zhǎng)及次生根發(fā)育，進(jìn)而使根系生物量積累高于泥炭腐植酸.

綜上所述，4種肥料中腐植酸肥料對(duì)苗木的生長(zhǎng)、生物量積累及光合作用的促進(jìn)作用最佳.在桉樹林業(yè)生產(chǎn)用肥上，根據(jù)肥料性質(zhì)添加適宜的腐植酸更有利于林木生長(zhǎng)發(fā)育和土壤質(zhì)量改善，但還需進(jìn)一步研究腐植酸肥料的性能、配比、形態(tài)結(jié)構(gòu)，以及與其他有機(jī)物質(zhì)配施對(duì)桉樹生長(zhǎng)的影響及其作用機(jī)理，優(yōu)化桉樹有機(jī)專用肥配方，達(dá)到既提高桉樹人工林木材產(chǎn)量，又維持桉樹人工林地力的雙重目的.