配方施肥對長柄水青岡容器苗生長及葉片元素質(zhì)量分數(shù)的影響1)

李洪忠 王德爐

(貴州大學(xué),貴陽,550025)

In order to reveal the effect of formula fertilization on the growth and physiology of Fagus longipetiolata Seem., the optimal fertilization formula for the growth of F. longipetiolata and the physiological quality of the seedlings was explored. Peat, loess soil and vermiculite were used as matrix raw materials. By using an orthogonal experimental design with three factors and four levels of nitrogen, phosphorus and potassium, different ratios of fertilizers were applied in different containers to measure the morphological indicators (e.g., seedling height, ground diameter, main root length, diameter-to-height ratio, and number of branches) of seedlings under different fertilization conditions and the contents of N, P and K in leaves to determine the best formula for fertilization for Shuiqinggang seedlings. The average contents of N, P, and K elements in the leaves of the fertilization treatment increased by 49.4%, 158.6%, and 65.3% compared with the control. By the orthogonal test range analysis, the best fertilization combination was single plant The nitrogen, phosphorus, and potassium mass fractions of fertilization are 1.2, 1.2, 2.4 or 2.4, 2.4, 2.4, respectively. Comprehensive of all indicators, the optimal formula fertilization combination obtained in the experiment is the fertilization N, P, and K, and whose contents are all 1.2 g/plant.

容器育苗是現(xiàn)階段世界各國廣泛應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)幼苗生產(chǎn)技術(shù)之一，可有效保證幼苗質(zhì)量和供應(yīng)。容器育苗是將配制好的營養(yǎng)土或基質(zhì)裝入合適容器進行育苗的技術(shù)手段。較傳統(tǒng)裸根苗而言，容器育苗主要有培育效率高、不易受外界環(huán)境影響、幼苗規(guī)格質(zhì)量可控、易進行機械化管理以及能夠減少季節(jié)對造林限制的優(yōu)點，并且通過容器育苗的造林過程無緩苗期[1-3]。通過容器育苗探究適合幼苗生長的最優(yōu)條件(基質(zhì)、光照、水分、營養(yǎng))是林木育苗最普遍的手段[4-6]。已有研究表明，合理配比施肥能保證幼苗生長的養(yǎng)分供應(yīng)、增加植物蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、促進根系發(fā)育以及有效提高植物葉片葉綠素質(zhì)量分數(shù)，可顯著提高幼苗的生長速度和質(zhì)量[7-8]。除此之外，施肥還可以有效提高其抗病蟲害、抗寒、抗旱和抗倒伏的能力，促使根部發(fā)達，根系有效吸收面積擴大[9-11]，有效增加幼苗的成活率[12-13]。因此，施肥配方對幼苗生長至關(guān)重要，直接決定幼苗的存活率、質(zhì)量和等級。

長柄水青岡(FaguslongipetiolataSeem.)又名長柄山毛櫸，屬殼斗科(Fagaceae)水青岡屬(FagusL)，落葉喬木，是良好的用材樹種。其種子含油量高、殼斗可入藥，是良好的油漆原料。水青岡屬植物是北溫帶森林的重要建群種之一，具有重要的經(jīng)濟價值[14-18]，其幼苗生長對森林發(fā)育、更新和演替具有一定的意義，在研究植物系統(tǒng)演化和植物地理學(xué)中具有重要的地位，是植物生態(tài)學(xué)家和植物系統(tǒng)學(xué)家們長期關(guān)注的對象。國內(nèi)外對長柄水青岡的研究主要有木材的研究與利用[15]、起源分布、更新、群落結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性[19-21]，劉映良等[22-23]研究了水青岡種子與微生境之間的關(guān)系，此外，賈麗娟等[24]還研究了長柄水青岡種子的萌發(fā)。而關(guān)于施肥配方對水青岡幼苗的生長還需進一步探究。

葉片是樹體生長發(fā)育所需養(yǎng)分的重要來源[25]，對于營養(yǎng)反應(yīng)也是最為敏感和顯著的，其營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)的動態(tài)變化可直接反映出土壤和植物體養(yǎng)分的豐缺狀況[26]，并且可以反映出植物代謝的過程和揭示植物營養(yǎng)元素的吸收、積累狀況。植物體內(nèi)有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與氮、磷兩種元素有著密不可分的聯(lián)系。在實際生產(chǎn)過程中常把氮、磷混合配比施用，因氮能促進植物對磷的吸收，其增產(chǎn)效果遠遠超過單元素施肥的效果。全營養(yǎng)施肥處理的葉片內(nèi)N、P、K質(zhì)量分數(shù)要高于施單元素肥的葉片，是施單元素肥的1.45～4.34倍[27]。而目前缺乏不同施肥配方對水青岡葉片元素質(zhì)量分數(shù)影響的研究。因此，本試驗通過不同肥料用量配比對長柄水青岡幼苗的生長及葉片相關(guān)元素質(zhì)量分數(shù)進行了研究，旨在揭示長柄水青岡幼苗生長規(guī)律及葉片元素質(zhì)量分數(shù)在不同施肥處理下的變化規(guī)律和需求范圍，為長柄水青岡人工育苗、森林營造提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 試驗地區(qū)自然概況

試驗在貴州大學(xué)林學(xué)院實驗苗圃進行，地處黔中地區(qū)，東經(jīng)104°34′、北緯26°34′，海拔高度1 159 m，系中亞熱帶濕潤溫和型氣候，年均氣溫15.8 ℃，絕對最高氣溫39.5 ℃，最低氣溫-9.5 ℃，日均溫≥10 ℃的年活動積溫為4 637.5 ℃，年平均降水量1 229 mm，年均相對濕度79%，太陽輻射總量為3 567 MJ/m2，年生長期271 d。

2 研究方法

試驗材料：施肥試驗幼苗為2年生水青岡實生苗，種子采摘自貴州省黔東南州雷山縣雷公山自然保護區(qū)。幼苗生長健壯，規(guī)格基本一致，苗高均值為38.8 cm，地徑均值為5.50 mm。施肥試驗育苗容器為上口直徑約23 cm、底部直徑15 cm、高17 cm帶托盤的塑料花盆。栽培基質(zhì)為V(泥炭土)∶V(黃心土)∶V(蛭石)=1∶1∶1，每盆栽1株?；|(zhì)容重為0.445 g/cm3、總孔隙度為64.90%、飽和含水量為14.70%、有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為162.52 g/kg，水解氮質(zhì)量分數(shù)為180.62 g/kg、速效鉀質(zhì)量分數(shù)為235.73 g/kg、有效磷質(zhì)量分數(shù)為144.07 g/kg、pH為6.53。施肥試驗所使用的肥料為：氮肥(尿素含氮質(zhì)量分數(shù)46.2%)、磷肥(鈣鎂磷肥含P2O5質(zhì)量分數(shù)16%)、鉀肥(硫酸鉀含氧化鉀質(zhì)量分數(shù)51%)。幼苗移栽于2019年1月25—28日。

試驗設(shè)計：根據(jù)青岡櫟(Cyclobalanopsisglauca(Thunb.) Oerst.)和赤皮青岡(Cyclobalanopsisgilva(Blume) Oerst)等多種同科和生長習(xí)性相近的闊葉樹種容器苗的施肥量設(shè)計施肥配方，按照正交試驗設(shè)計L16(43)方案考察3因素4水平施肥方案對水青岡容器苗生長及葉片元素質(zhì)量分數(shù)的影響(表1)，試驗編號為F1～F16，以不施肥為對照(CK)，共計17個處理，每處理3個重復(fù)，每個重復(fù)10株苗。幼苗共計2次施肥，分別在移栽時加入部分底肥，然后在2019年3月16日進行第2次施肥。

表1 正交試驗時施肥量的梯度設(shè)計

測定指標(biāo)與方法：2019年3月開始，每個月的5號和20號定期測量苗高、地徑、主根長和分枝數(shù)。苗高測量，從植株苗干基部土痕處到頂芽的直線距離，讀數(shù)精確到0.1 cm；地徑測量，用游標(biāo)卡尺測量苗干基部土痕處的粗度，如測量的部位出現(xiàn)膨大或不圓，則測量其上部苗干起始正常處，讀數(shù)精確到0.01 mm；高徑比，用苗高/地徑計算得出；主根長，指幼苗主根長度，直接用直尺測量，讀數(shù)精確到0.1 cm；分枝數(shù)，指幼苗的一級分枝總數(shù)。9月上旬開始測定葉片營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)，植物全氮質(zhì)量分數(shù)用擴散法測定；全磷質(zhì)量分數(shù)，消煮液+鉬銻抗比色法測定；全鉀質(zhì)量分數(shù)，消煮液+火焰光度法測定。

數(shù)據(jù)處理：測量數(shù)據(jù)根據(jù)隨機區(qū)組試驗結(jié)果統(tǒng)計分析方法，用Excel和SPSS 20.0等軟件進行相關(guān)性分析、多因素正交設(shè)計方法分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 配方施肥對幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

表2為不同配方施肥對長柄水青岡幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響，水青岡幼苗的平均苗高為44.6～56.1 cm，F(xiàn)2處理下苗高最佳(56.1 cm)，F(xiàn)4和F16處理苗高最矮(44.6 cm)，最大差為11.5 cm，這表明過度使用N、P、K會抑制水青岡幼苗的苗高。根據(jù)極差分析結(jié)果(表3)，比較各因素不同水平之間苗高均值，幼苗高生長的理論最佳施肥組合為氮肥2.4 g/株、磷肥1.2 g/株、鉀肥2.4 g/株。從表3可知：氮肥施用量對苗高的影響顯著(P<0.05)，磷肥施用量和鉀肥施用量對苗高影響不顯著。對長柄水青岡幼苗苗高影響最大的是氮肥、磷肥次之，第三是鉀肥。對于氮肥的施用質(zhì)量1、2水平處理與4水平處理苗高有顯著差異(P<0.05)，其他均無顯著差異；對于磷肥的施用質(zhì)量1、2、3水平均和4水平處理苗高有顯著差異(P<0.05)，其他均無顯著差異；對于鉀肥的施用質(zhì)量2水平處理和1、3、4水平處理苗高有顯著差異(P<0.05)，其他均無顯著差異。

表2 L16(43)正交試驗施肥下長柄水青岡幼苗形態(tài)指標(biāo)

水青岡幼苗的平均地徑為5.49～7.05 mm。在F1處理下，幼苗地徑最大(7.05 mm)，而在F16處理下，幼苗地徑僅為5.49 mm，地徑最大差為1.56 mm。通過各處理與CK組對比，可以發(fā)現(xiàn)施用氮、磷、鉀肥均有助于幼苗地徑的生長發(fā)育，但過量施用氮、磷、鉀肥不利于水青岡幼苗地徑的生長。根據(jù)極差分析結(jié)果(表3)，比較各因素不同水平之間地徑均值，幼苗地徑生長的理論最佳施肥組合為氮肥1.2 g/株、磷肥3.6 g/株、鉀肥2.4 g/株。由表3可知：氮肥施用量對幼苗地徑的生長影響顯著(P<0.05)，磷肥施用量和鉀肥施用量對地徑生長影響不顯著。氮肥施用量1、2水平與3、4水平處理存在著顯著性差異(P<0.05)，1水平與2水平、3水平與4水平之間無顯著性差異；磷肥和鉀肥的施用量4個水平處理之間均無顯著性差異。

主根長在控制起苗的寬度上有著重要的意義。從表2可知，F(xiàn)4處理的主根是生長最好的，其長度達到了13.8 cm，主根長表現(xiàn)較差的是F1處理，為7.6 cm。根據(jù)極差分析結(jié)果(表3)，對長柄水青岡幼苗的主根長有促進作用的最優(yōu)施肥配比為氮肥3.6 g/株、磷肥4.8 g/株、鉀肥4.8 g/株。這3個因素對主根長影響從大到小依次為鉀肥、磷肥、氮肥。從表3可知：氮肥施用量、磷肥施用量、鉀肥施用量對主根長的影響均不顯著。

分枝數(shù)最多的是F6處理，有4.3條，F(xiàn)16處理的分枝數(shù)是最少的，為2.3條，3個因素對分枝數(shù)影響從大到小依次為磷肥、鉀肥、氮肥(表3)。從表3可知，磷肥施用量對分枝數(shù)的影響顯著(P<0.05)，鉀肥和氮肥施用量對分枝數(shù)的影響均不顯著。通過對磷肥各施肥水平比較得知，2水平和4水平之間存在顯著差異(P<0.05)，磷肥施用量為2水平的分枝數(shù)是最多的，達到了4.1條，對氮肥、鉀肥不同施肥水平之間的比較得知，氮肥施用量為2水平的分枝數(shù)最多、鉀肥施用量為4水平的分枝數(shù)最多。因此，對長柄水青岡幼苗的分枝數(shù)促進作用的最優(yōu)施肥配為氮肥2.4 g/株、磷肥2.4 g/株、鉀肥4.8 g/株。

表3 L16(43)正交試驗施肥時長柄水青岡幼苗形態(tài)指標(biāo)極差分析結(jié)果

高徑比反映了幼苗高度和粗度之間的關(guān)系，同時也是反映幼苗抗性及造林成活率的指標(biāo)。一般高徑比越大，說明幼苗越細越高，抗性弱，造林成活率低。相反，高徑比越小，幼苗則越矮越粗，抗性強，造林成活率高。F8處理的高徑比最大，為88.7，高徑比最小的是F5處理，為71.5。對各因素的比較可知，對高徑比的影響從大到小依次為氮肥、磷肥、鉀肥(表3)。從表3可知，氮、磷、鉀肥施用量對高徑比的影響差異均不顯著。通過對氮肥、磷肥、鉀肥不同施肥水平之間的比較得知，氮肥單株施用量為3.6 g的高徑比最小、磷肥和鉀肥單株施用量為1.2和2.4 g的高徑比最佳，最優(yōu)施肥配比為氮肥3.6 g/株、磷肥1.2 g/株、鉀肥2.4 g/株。

3.2 配方施肥對幼苗葉片營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)的影響

表4為不同配方施肥對水青岡幼苗葉片元素質(zhì)量分數(shù)的影響。不同的肥料組合效果有所差異，配方施肥顯著提高了長柄水青岡葉片氮元素質(zhì)量分數(shù)(P<0.05)，施肥處理平均比CK的葉片全氮質(zhì)量分數(shù)高出49.4%。其中F9處理葉片全氮質(zhì)量分數(shù)最高，為21.352 mg/g，較CK處理高出了95.2%。最低的為F16處理，全氮質(zhì)量分數(shù)為12.345 mg/g，也比CK處理高出了12.9%。從表5可知，施氮肥質(zhì)量對幼苗葉片全氮質(zhì)量分數(shù)的影響最大，其次是施鉀肥質(zhì)量，施磷肥質(zhì)量的影響最小，但氮、磷、鉀各水平間不存在顯著性差異。但從葉片全氮質(zhì)量分數(shù)的平均值來看，各施肥水平中，氮肥1水平最好，磷肥2水平最好，鉀肥3水平最好，也就是單株最佳施肥配比為氮肥1.2 g、磷肥2.4 g、鉀肥3.6 g。

表4 L16(43)正交試驗施肥時長柄水青岡幼苗葉片元素質(zhì)量分數(shù)

由表4可知，不同的肥料組合處理下，葉片的全磷質(zhì)量分數(shù)不同。在16組不同肥料組合中，葉片全磷質(zhì)量分數(shù)最高的為F15處理，質(zhì)量分數(shù)高達1.399 mg/g；全磷質(zhì)量分數(shù)較低的是F7處理，為0.527 mg/g，也較CK組高出62.7%。從表5可知，氮肥對葉片全磷質(zhì)量分數(shù)的影響最大、鉀肥次之、第三是磷肥。從葉片全磷質(zhì)量分數(shù)的平均值來看，各施肥水平中，氮肥4水平最高，磷肥1水平最高，鉀肥2水平最高，可以得出氮、磷、鉀肥的最佳施肥配比為氮磷鉀肥單株施用質(zhì)量分別為4.8、1.2、2.4 g。氮肥施用質(zhì)量對幼苗葉片全磷質(zhì)量分數(shù)影響極顯著(P<0.01)，鉀肥施用質(zhì)量對幼苗葉片全磷質(zhì)量分數(shù)影響顯著(P<0.05)，而磷肥的施用質(zhì)量對幼苗葉片全磷質(zhì)量分數(shù)的影響不顯著。所有處理的葉片全磷質(zhì)量分數(shù)均顯著高于CK組，且磷肥施肥水平為1時，葉片全磷質(zhì)量分數(shù)最高，說明長柄水青岡幼苗對磷肥的需求量較低。

長柄水青岡葉片平均全鉀質(zhì)量分數(shù)為8.021～11.651 mg/g，其中F14處理葉片全鉀質(zhì)量分數(shù)最高，為11.651 mg/g，F(xiàn)7處理最低，為8.021 mg/g，但較CK組仍高出34.8%，葉片全鉀質(zhì)量分數(shù)的最大差值為3.63 mg/g。從表5可知，氮肥對葉片全鉀質(zhì)量分數(shù)的影響最大，其次是鉀肥，第三是磷肥。通過正交方差分析可知，氮肥和鉀肥的不同施肥量均對長柄水青岡葉片全鉀質(zhì)量分數(shù)有極顯著影響(P<0.01)，不同施肥量的磷肥對幼苗葉片全鉀質(zhì)量分數(shù)的影響不顯著。使幼苗葉片全鉀質(zhì)量分數(shù)最高的理論最優(yōu)施肥組合為氮磷鉀肥單株施用質(zhì)量分別為4.8、2.4、3.6 g。

表5 L16(43)正交試驗施肥下長柄水青岡幼苗葉片元素質(zhì)量分數(shù)極差分析結(jié)果

4 結(jié)論與討論

配方施肥對長柄水青岡幼苗生長有較大的影響，氮肥、磷肥、鉀肥對長柄水青岡苗高的影響，從大到小依次為氮肥、磷肥、鉀肥；氮肥、磷肥、鉀肥對長柄水青岡葉片元素質(zhì)量分數(shù)的影響，從大到小依次為氮肥、鉀肥、磷肥。施肥處理葉片氮、磷、鉀元素的平均質(zhì)量分數(shù)與對照組相比分別提高了49.4%、158.6%、65.3%。研究得到的對長柄水青岡生長促進效果最好的配方施肥配比組合為氮肥1.2 g/株、磷肥1.2 g/株、鉀肥2.4 g/株；氮肥2.4 g/株、磷肥2.4 g/株、鉀肥2.4 g/株；即單株施氮元素、P2O5、K2O質(zhì)量分別為1.2、1.2、2.4 g，或者氮元素、P2O5、K2O質(zhì)量均為2.4 g。由于鉀肥的施肥水平中1水平和2水平處理之間的長柄水青岡的形態(tài)指標(biāo)和葉片營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)的差異不顯著，綜合考慮長柄水青岡的生長狀況和施肥的經(jīng)濟成本，經(jīng)濟效益最佳的配方施肥組合為單株施用氮元素、P2O5、K2O質(zhì)量均為1.2 g。

本研究通過設(shè)置不同的氮、磷、鉀肥的配比組合，運用正交試驗設(shè)計對長柄水青岡進行配方施肥研究。結(jié)果表明，配方施肥對長柄水青岡幼苗生長有較大的影響。不同的氮、磷、鉀配比施肥處理對其生長有較為顯著的影響，合理的施肥能夠很好地促進幼苗生長和葉片營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)的提高。氮肥、磷肥、鉀肥對長柄水青岡苗高的影響，從大到小依次為氮肥、磷肥、鉀肥；對葉片元素質(zhì)量分數(shù)的影響，從大到小依次為氮肥、鉀肥、磷肥。本試驗的葉片中全氮質(zhì)量分數(shù)高于全鉀和全磷的質(zhì)量分數(shù)，其中全磷質(zhì)量分數(shù)最低。適量施用氮、磷、鉀肥均對幼苗生長有促進作用，隨著施用量的增加，幼苗生長的各項指標(biāo)和葉片元素質(zhì)量分數(shù)均受不同程度的抑制作用，說明施肥并不遵循“施肥質(zhì)量越大，幼苗質(zhì)量越高”的規(guī)律，相反的是遵循“適需”的原則[28]。鉀肥的單株施用量對于苗高、地徑均沒有顯著性影響，主要原因是由于基質(zhì)對鉀具有較好的固定作用和鉀元素具有較強的流動性，基質(zhì)中水溶態(tài)鉀質(zhì)量分數(shù)較少，此外植物細胞的液泡可以儲存大量的鉀。

在試驗中，配方施肥處理的葉片全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分數(shù)均顯著高于CK組，合理的配方施肥顯著性的提高長柄水青岡葉片全氮、全磷、全鉀的質(zhì)量分數(shù)，可以保證幼苗生長對氮、磷、鉀的需求。在研究中，配方施肥中磷肥對于葉片全磷質(zhì)量分數(shù)沒有顯著性影響，且在4個水平單株施肥質(zhì)量之下的全磷質(zhì)量分數(shù)相差不大，這是受到基質(zhì)中磷元素質(zhì)量分數(shù)豐富和磷肥最低施肥量較大的共同作用。配方施肥后，葉片全氮質(zhì)量分數(shù)為12.345～21.352 mg/g，全磷質(zhì)量分數(shù)為0.527～1.399 mg/g，全鉀質(zhì)量分數(shù)為8.021～11.651 mg/g，可以滿足幼苗生長需求[29]。