樟子松幼苗對接種外生菌根真菌與指數(shù)施肥的響應(yīng)

王嘉月，郝龍飛，白淑蘭*，包會嘎

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.烏海市濕地管理局，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

苗木質(zhì)量是影響苗木造林與生長的重要因素，在苗木培育中，施肥是提高苗木質(zhì)量的有效手段之一。有研究發(fā)現(xiàn)施用肥料有助于提高農(nóng)、林業(yè)產(chǎn)量[1-2]，但不同施肥方式對苗木的促生作用存在較大差異。目前，苗木培育常采用的施肥方法有常規(guī)施肥（CF）和指數(shù)施肥（EF）。常規(guī)施肥是指在生長季內(nèi)重復(fù)施用等量的肥料或集中一次施用大量肥料。指數(shù)施肥則是指基于“養(yǎng)分承載理論”的一種按指數(shù)遞增供給苗木養(yǎng)分的施肥方式，其符合苗木生長階段的需肥規(guī)律，并能誘導(dǎo)苗木奢侈耗養(yǎng)，從而提高養(yǎng)分承載[3-5]。有研究發(fā)現(xiàn)，指數(shù)施肥的苗木能更好地適應(yīng)造林地環(huán)境，與常規(guī)施肥相比苗木具有更高的成活率[6]。自20世紀80年代瑞典農(nóng)業(yè)科技大學(xué)的Ingestad等[3，7]通過試驗研究創(chuàng)立“指數(shù)養(yǎng)分承載理論”（exponential nutrient loading theory）以來，指數(shù)施肥技術(shù)在國外得到推廣應(yīng)用。如今，指數(shù)施肥技術(shù)培育出的苗木對維護當?shù)厣鷳B(tài)平衡、改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)、廢棄地植被恢復(fù)均有較大貢獻[8]。我國關(guān)于指數(shù)施肥研究開始于20世紀80年代，目前已開展了對沉香（Aquilaria agallocha）、楸樹（Catalpa bungei）、栓皮櫟（Quercus variabilis）、油松（Piuns tabulaeformis）、白樺（Betula platyphylla）等多個重要樹種的指數(shù)施肥研究，取得了一定的成果[9-14]。

菌根是自然界中一種普遍存在的植物共生現(xiàn)象[15]，它可以擴大宿主植物根系的吸收面積，增加宿主植物對養(yǎng)分的吸收，同時，菌根真菌還能產(chǎn)生植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，例如生長素（Auxin）、細胞分裂素（Cytodinin）、赤霉素（Gibbereline）、脫落酸（Abscisicacid）等，促進宿主植物的生長和提高其抗逆性[16-18]。近些年，我國對菌根真菌的研究逐步深入，從菌根真菌資源多樣性研究到對共生植物促進機制研究，均取得了一定成果[19-22]。

樟子松（Pinus sylvestrisvar. mongolica）是我國半干旱風(fēng)沙地區(qū)植樹造林的先鋒樹種，研究發(fā)現(xiàn)，能與樟子松形成外生菌根的菌根真菌種類較多，如彩色豆馬勃（Pisolithus tinctorius）、粘蓋牛肝菌（Suillus bovinus）、淺黃根須腹菌（Rhizopogon luteolus）等[20，23]。目前，樟子松菌根化育苗技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用較為廣泛，但在菌根化育苗生產(chǎn)中，仍然廣泛采用的是常規(guī)施肥方法，這不僅造成嚴重的肥料浪費和土壤的富養(yǎng)化，同時也不符合苗木的養(yǎng)分需求規(guī)律，在林木菌根化育苗過程中如何運用指數(shù)施肥技術(shù)國內(nèi)也鮮見報道。本研究以2年生樟子松苗圃苗為試驗材料，設(shè)置接種外生菌根真菌與指數(shù)施肥處理，探討在兩種因素影響下苗木的生長情況，以提高苗木質(zhì)量，為培育高質(zhì)量樟子松菌根化育苗提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與試驗材料

試驗地設(shè)在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院試驗苗圃，該地屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季氣候變化明顯且差異較大，年平均氣溫為6.7℃，年平均降水量為400 mm左右，土壤類型為潮土，無霜期為113～134 d。

試驗材料為2年生樟子松苗圃苗，幼苗購買于呼和浩特市托克托縣城關(guān)苗圃。2018年秋季移栽幼苗并接種菌劑。選用的菌種原種采集于內(nèi)蒙古大青山地區(qū)，后于實驗室鑒定分離。選用生長健壯的平板菌種制作固體菌劑[20]，供試菌種見表1，試驗用地土壤pH值為7.63，土壤水解氮、速效鉀、有效磷分別為30.15、117.42、7.82 mg·kg-1。

表1 供試菌種名錄

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 試驗區(qū)劃分

將40 m2的試驗用地平整后設(shè)置為18個1 m×1 m的樣地，為防止試驗處理后不同處理的相互干擾，將相鄰的兩個地塊之間用PVC隔板隔開。PVC隔板地下埋藏深度為40 cm，地上露出10 cm。每個樣地選用長勢一致的2年生樟子松幼苗25株，其株行距為20 cm，共計450株。試驗采用完全區(qū)組設(shè)計，每6個樣地為一個區(qū)組，每個區(qū)組在接菌與不接菌的基礎(chǔ)上設(shè)置3種施肥處理，即接菌設(shè)置：指數(shù)施肥（JEF）、2倍指數(shù)施肥（JDEF）、常規(guī)施肥（JCF）；不接菌設(shè)置：指數(shù)施肥（EF）、2倍指數(shù)施肥（DEF）、常規(guī)施肥（CF），共計6個處理，每個處理均重復(fù)3次。

1.2.2 試驗處理

接菌處理：試驗共選用8個菌種，在移栽幼苗的同時進行接菌處理。將制備好的菌劑等量混合攪拌均勻后放入接菌處理幼苗坑穴底部，使其與幼苗根系緊密接觸，每株幼苗接種量為30 g。在接菌約8個月后每個處理隨機選取1株幼苗測定菌根侵染率[21]。

施肥處理：施肥從2019年5月初（接菌9個月后）開始到8月中旬結(jié)束，施肥間隔為2周，共計8次施肥。具體施肥時間見表2。試驗采用Timmer[4]提出的指數(shù)施肥模型計算每次相應(yīng)的施肥量，公式如下：

式中，NT表示生長結(jié)束時苗木體內(nèi)的養(yǎng)分；NS表示苗木初期養(yǎng)分含量；r表示養(yǎng)分相對添加速率；t表示施肥次數(shù)；Nt表示第t次的施肥量；Nt-1表示第t-1次的總施肥量。

試驗開始前測定生長季初期苗木體內(nèi)氮含量為68.28 mg·株-1，利用公式（1）、（2）計算出指數(shù)施肥（EF）和2倍指數(shù)施肥（DEF）每次的施肥量（表2）。常規(guī)施肥（CF）是根據(jù)植物營養(yǎng)生長規(guī)律在第1次和第5次（營養(yǎng)生長和生殖生長）分兩次集中施入。肥料選用尿素[CO（NH2）2含N 46%]，為保證苗木養(yǎng)分平衡，加入KH2PO4以補充P、K肥，施入量為10 mg·株-1，隨尿素一同施入，共計80 mg·株-1。施肥方法為：用小鏟在距離幼苗根部5 cm左右挖1～2 cm深的環(huán)溝，將事先稱量好的肥料溶于水中，用量筒對各處理的幼苗沿環(huán)溝等量澆灌，然后將環(huán)溝覆平[24]。

表2 樟子松不同施肥處理的施肥時間和施肥量 （mg·株-1）

1.3 指標測定

生長指標測定：施肥結(jié)束一周后取樣，每個處理隨機取3株幼苗，分別用卷尺和游標卡尺測量苗高、地徑。將幼苗帶回實驗室用蒸餾水清洗，按根、莖、葉分開并裝入信封放入烘箱內(nèi)，在105℃下殺青30 min，在80℃下烘干至恒重。烘干后稱取幼苗根、莖、葉生物量，總生物量=根生物量+莖生物量+葉生物量。根據(jù)生物量計算苗木質(zhì)量指數(shù)[25]。

植物N、P測定：將烘干后的植株按地上、地下部分混合，研磨后分別采用凱氏定氮法測定全N，鉬銻抗比色法測定全P。N（P）積累量（g·株-1）=幼苗N（P）質(zhì)量分數(shù)（g·kg-1）×不同器官相應(yīng)生物量（g·株-1），總N（P）積累量=地上部分N（P）積累量+地下部分N（P）積累量。

菌根侵染率測定：外生菌根侵染率采用統(tǒng)計計算法。將根樣剪成1 cm左右等長的根段，隨機選取根樣，每個處理100個根段，在體視鏡下觀察外生菌根侵染率[21]。菌根侵染率（%）=（有菌根根段數(shù)/總根段數(shù)）×100。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和SPSS 18.0進行數(shù)據(jù)處理，使用SigmaPlot 14.0進行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對菌根侵染率的影響

在苗圃條件下，接菌處理與不接菌處理的幼苗均與外生菌根真菌形成了菌根，但接菌處理的幼苗菌根侵染率顯著大于不接菌處理（表3）。在施肥結(jié)束后，JEF與JDEF處理幼苗的菌根侵染率與JCF相比均增加了21.1%（P＜0.05），但JEF與JDEF處理之間差異不顯著（P＞0.05）。而DEF處理幼苗菌根侵染率較CF處理增加了17.0%（P＜0.05），DEF與EF處理則差異不顯著（P＞0.05）（表3）。對菌根侵染率進行雙因素方差分析，施肥處理和接菌處理對菌根侵染率有極顯著影響，但二者的交互作用不顯著。

表3 菌根侵染率 （%）

2.2 不同處理對幼苗苗高、地徑的影響

在施肥結(jié)束后，JEF處理的苗高最大（表4），為30.73 cm，顯著高于其他施肥處理（P＜0.05），分別 是JDEF、JCF處 理 的1.13和1.30倍。EF與DEF處理差異不顯著（P＞0.05）（表4），但均與CF處理差異顯著。不同施肥處理對幼苗地徑的影響與對苗高的影響規(guī)律一致。其中，JEF與JDEF地徑無顯著差異，而與其他施肥處理均存在顯著差異（P＜0.05）。由表4可以看出，JEF處理地徑較JCF處理增加了32.3%，達顯著差異（P＜0.05）。在不接菌處理中，EF和DEF處理地徑較CF處理分別增加了22.3%、18.8%，均存在顯著差異（P＜0.05），而EF與DEF處理無顯著差異（P＞0.05）。這表明與常規(guī)施肥相比，指數(shù)施肥對幼苗苗高、地徑生長更有利。從表4還可以看出，JEF效果更佳，一方面對生長促進效果好，另一方面也可以減少肥料的浪費。對幼苗苗高、地徑進行雙因素方差分析（表4）表明，施肥處理、接菌處理對幼苗苗高、地徑影響均達顯著水平（P＜0.01），施肥和接菌處理的交互作用對苗高影響顯著（P＜0.05），對地徑影響則不顯著（P＞0.05）。

表4 不同施肥處理對各指標的影響

2.3 不同處理對幼苗生物量的影響

不同施肥處理均促進了樟子松幼苗生物量積累。施肥結(jié)束后，不同處理的幼苗生物量大小依次 為JEF＞JDEF＞JCF＞EF＞DEF＞CF（ 表4）。JEF處理幼苗生物量較EF、JDEF、DEF、JCF、CF處理 分 別 增 加 了51.8%、18.0%、60.3%、36.9%、102.6%，均達顯著差異（P＜0.05）；對不接菌苗來說，EF處理與DEF處理差異不顯著（P＞0.05），但二者均與CF處理差異顯著（P＜0.05），生物量分別增加了33.5%、26.4%，說明指數(shù)施肥對苗木生長有利。同時，對幼苗生物量進行雙因素方差分析（表4），發(fā)現(xiàn)施肥和接菌處理對幼苗生物量大小影響極顯著（P＜0.001），施肥和接菌處理的交互作用對生物量影響顯著（P＜0.05），表明接種菌根真菌后采用指數(shù)施肥對樟子松幼苗生物量的積累有積極作用。除JEF處理外，不同施肥處理幼苗各器官生物量大小依次為葉＞莖＞根（表4）。JEF處理根生物量最大，且顯著高于其他施肥處理，最小的則是CF處理，為5.53 g；葉生物量與根生物量規(guī)律一致，JEF處理莖生物量最大，除JDEF外顯著高于其他處理。對幼苗根、莖、葉生物量進行雙因素方差分析（表4）表明，施肥、接菌處理及二者交互作用對幼苗根、葉生物量影響均達顯著差異（P＜0.01），而施肥、接菌處理對莖生物量有顯著影響（P＜0.05），而二者交互作用對其無顯著影響（P＞0.05）。

2.4 不同處理對幼苗N、P積累的影響

研究發(fā)現(xiàn)在相同的施肥處理下，接菌處理幼苗總N、P積累量均顯著大于不接菌處理（P＜0.05）。多重比較結(jié)果表明，在接菌與不接菌處理下，EF、DEF處理幼苗總N積累量均與CF處理有顯著差異（P＜0.05），而EF、DEF之間差異不顯著（P＞0.05）（圖1）。JEF、JDEF、JCF處理幼苗總P積累量均差異顯著（圖2），而不接菌幼苗EF與CF處理間差異顯著。試驗結(jié)束后，JEF與EF處理幼苗N積累量較CF處理分別增加了96.4%、38.0%，P積累量較CF處理分別增加了100.7%、21.4%，表明指數(shù)施肥與外生菌根真菌二者的雙重作用更能促進苗木N、P養(yǎng)分積累。JEF處理地上、地下部分N積累量最大，分別為0.51、0.11 g，均顯著大于其他處理；JEF處理地上、地下部分P積累量最大，分別為41.12、16.03 mg，均顯著大于其他處理。

圖1 不同施肥處理的幼苗N積累量

圖2 不同施肥處理的幼苗P積累量

2.5 不同處理對幼苗地上、地下部分N、P積累分配的影響

不同施肥處理下，地上部分N積累分配比例為JDEF＞EF＞CF＞DEF＞JCF＞JEF（圖3），地下部分N積累分配比例為JEF＞JCF＞DEF＞CF＞EF＞JDEF；幼苗地上、地下部分P積累分配比例與N積累分配規(guī)律一致（圖4）。顯然，幼苗地上部分養(yǎng)分所占比例遠大于地下部分，其中，JDEF處理地上部分N、P積累所占比例均最大，JEF處理地下部分N、P積累所占比例也最大，表明接種菌根真菌和指數(shù)施肥處理的幼苗對養(yǎng)分分配有積極影響，從而促進幼苗吸收養(yǎng)分。

圖3 不同施肥處理的N分配比例

圖4 不同施肥處理的P分配比例

3 討論

3.1 不同施肥處理對幼苗菌根侵染率的影響

本研究中接菌與不接菌處理的幼苗均被外生菌根真菌侵染，這可能是因為原來苗圃土壤中存在大量土著外生菌根真菌，在幼苗移栽前就已經(jīng)侵染了苗木，但這些土著菌根真菌的作用如何本研究尚未涉及，在今后的研究中有待于進一步探索。對菌根侵染率進行雙因素方差分析，施肥處理和接菌處理對菌根侵染率均有極顯著影響，但二者的交互作用影響不顯著。這可能是因為不接菌處理的幼苗實際上也被菌根真菌侵染，與接菌處理的幼苗相比，施肥和接菌處理的交互作用相差不大，不能明確判斷2種處理的交互作用對菌根侵染率的影響；此外，指數(shù)施肥在苗木生長后期供肥量較大時是否會對菌根有制約作用，也還需要后續(xù)試驗來進一步探討。

3.2 不同施肥處理對幼苗生長的影響

苗高、地徑、生物量是評價苗木質(zhì)量好壞的重要指標。劉歡等[24]報道了指數(shù)施肥提高1年生杉木苗高、地徑；Iverson[26]認為，苗木生物量越大，競爭能力越強，其在困難立地條件下的存活率越高，而適量的施肥可以提高植物幼苗N、P養(yǎng)分含量，從而影響幼苗生物量積累。通過雙因素方差分析發(fā)現(xiàn)，施肥處理和接菌處理對苗木苗高、地徑、生物量的影響均達顯著水平（P＜0.05），而二者交互作用僅對幼苗苗高、生物量影響顯著（P＜0.05），與指數(shù)施肥能促進美國山核桃幼苗[27]、紫椴幼苗[25]、油松容器苗[28]苗木生長的報道相類似。隨著施肥量的增加，苗高、地徑、生物量等指標不增反降（表4），施肥結(jié)束后，在接菌處理下，指數(shù)施肥處理幼苗苗高、地徑、生物量均大于二倍指數(shù)施肥，同時，二者又都大于常規(guī)施肥，其中，JEF處理幼苗各指標均達最大，這表明指數(shù)施肥和接菌處理的交互作用更能促進幼苗生長。接菌苗和不接菌苗苗木質(zhì)量指數(shù)的大小均為EF＞DEF＞CF，原因為幼苗在生長初期根系還未發(fā)育完全，常規(guī)施肥處理供給幼苗的養(yǎng)分不能被充分利用，甚至?xí)谝欢ǔ潭壬现萍s幼苗根系的生長，這既造成養(yǎng)分的浪費，也影響幼苗苗高、地徑、生物量。幼苗生長至速生期時，常規(guī)施肥處理不能供給幼苗足夠的養(yǎng)分，進而制約幼苗的生長。指數(shù)施肥由于符合苗木生長規(guī)律，在幼苗生長初期，養(yǎng)分供給較少，卻已基本滿足了幼苗的養(yǎng)分需求，此時養(yǎng)分充足的幼苗不需要將更多的光合產(chǎn)物分配到根系，而是用于地上部分的生長，而幼苗地上部分越健壯則對光合作用越有利，繼而提高生物量積累。且較少的肥量在一定程度上可以誘導(dǎo)根系的生長，從而增加地下部分生物量，同時，也避免養(yǎng)分的浪費。在本試驗中，幼苗根、葉對指數(shù)施肥和接菌處理更敏感也與此規(guī)律符合。Hodge[29]的研究也表明，少量氮肥對早期根系發(fā)育至關(guān)重要，它能更有效地促進根系的生長，從而獲取更多的養(yǎng)分。隨著生長幼苗對養(yǎng)分的需求逐漸遞增，指數(shù)施肥提供的肥量也隨之增大，滿足了幼苗生長所需的養(yǎng)分，從而加速幼苗生長。指數(shù)施肥按照指數(shù)遞增的方式供給苗木養(yǎng)分，符合苗木在各個生長階段的需肥規(guī)律，并誘導(dǎo)苗木奢侈耗養(yǎng)，與常規(guī)施肥相比更有利于苗木生長。

3.3 不同施肥處理對幼苗N、P養(yǎng)分積累的影響

祝燕等[30]認為苗木施肥能顯著提高幼苗各器官的氮積累量。朱小樓等[31]研究表明氮素指數(shù)施肥有利于落羽杉幼苗養(yǎng)分的積累。在本試驗中，接菌或不接菌處理幼苗總N、P養(yǎng)分積累量均為EF＞DEF＞CF，表明指數(shù)施肥好于常規(guī)施肥，但也要適量，不能設(shè)置過大的濃度。Salifu等[32]研究發(fā)現(xiàn)，當幼苗養(yǎng)分供不應(yīng)求或充足時，苗木養(yǎng)分積累量隨氮素的增加而增加；當?shù)毓┙o超過苗木的最佳需求時，養(yǎng)分積累量不會繼續(xù)增加，甚至?xí)陆怠Ｔ诒驹囼炛蠮DEF與DEF處理幼苗N、P養(yǎng)分積累量分別小于JEF與EF處理，可能是因為DEF處理提供的肥量超過了幼苗的最佳需求，以致對幼苗產(chǎn)生了輕微毒害，但還未過于制約幼苗生長，但同時也明顯看出造成了養(yǎng)分浪費。這也與王益明等[33]、王曉等[34]研究相似。此外，與劉歡等[24]研究發(fā)現(xiàn)杉木無性系幼苗根中氮所占比例為對照＞常規(guī)施肥＞指數(shù)施肥的結(jié)果不同。本試驗中，不接菌CF處理地下部分N分配比例大于EF處理，而接菌處理則與此相反，為JEF＞JCF。幼苗地下部分P分配規(guī)律與N相同，這一方面表明常規(guī)施肥在幼苗生長后期養(yǎng)分供應(yīng)量不能滿足其生長需求，幼苗將養(yǎng)分由地上部分轉(zhuǎn)移至地下部分，從而促進根系生長進而獲得更多養(yǎng)分；另一方面表明菌根真菌與幼苗根系形成菌根后，提高了養(yǎng)分吸收效率，而指數(shù)施肥與常規(guī)施肥相比更符合幼苗的生長規(guī)律，因此，接種菌根真菌與指數(shù)施肥二者的交互作用對幼苗產(chǎn)生了更積極的影響。

4 結(jié)論

幼苗形成菌根后增強了養(yǎng)分的吸收；與常規(guī)施肥相比指數(shù)施肥更能促進幼苗生長；另外，接菌與施肥處理二者交互作用均顯著提高幼苗的生長和生物體內(nèi)更多N、P養(yǎng)分積累。

接菌與不接菌處理下，二倍指數(shù)施肥處理對幼苗各指標的促進作用低于指數(shù)施肥，為了避免造成肥料的浪費，建議在樟子松菌根化育苗過程中采用指數(shù)施肥更為合理。