林业科学  2006, Vol. 42 Issue (4): 44-50   PDF    
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张建国, 盛炜彤, 熊有强, 万细瑞.
Zhang Jianguo, Sheng Weitong, Xiong Youqiang, Wan Xirui.
施肥对盆栽杉木苗土壤养分含量的影响
Effects of Fertilization on Soil Nutrient Content of Potted Chinese Fir Seedling
林业科学, 2006, 42(4): 44-50.
Scientia Silvae Sinicae, 2006, 42(4): 44-50.

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收稿日期:2005-06-03

作者相关文章

张建国
盛炜彤
熊有强
万细瑞

施肥对盆栽杉木苗土壤养分含量的影响
张建国1, 盛炜彤1, 熊有强2, 万细瑞2     
1. 中国林业科学研究院林业研究所 国家林业局林木培育重点实验室 北京 100091;
2. 中国林业科学研究院亚热带林业实验中心 分宜 336600
摘要: 研究施肥对1年生(1 a)与2年生(2 a)杉木苗盆栽土壤养分含量的影响。结果表明:在氮、磷营养亏缺的酸性黄红壤上, 随着氮肥施用量的增加, 1 a苗木盆栽土壤pH值、全钾含量下降, 全氮、水解氮、水溶性钙镁含量增加, 全磷、有效磷、速效钾变化不明显。由于局部尿素浓度过大直接导致幼苗受伤, 影响了成活率。而2 a苗木的土壤则是全氮、水解氮、水溶性钙镁含量呈上升趋势, 全钾、速效钾含量和pH值下降, 有机质和全磷含量变化不明显。有效磷含量与pH值呈明显负相关, 表明pH值下降导致闭蓄态磷活化, 促进了2 a苗木的生长。在氮、磷营养亏缺条件下, 施磷量的增加使得1 a苗木土壤全磷、有效磷、速效钾含量、pH值增加, 全钾、水溶性钙镁含量则下降, 有机质、水解氮没有明显变化。养分含量与生长指标的相关分析表明:施用磷肥解除了1 a苗木磷素营养亏缺, 显著促进了苗木生长; 而对2 a苗木, 施磷肥使土壤中的全磷、有效磷增加, 全钾含量下降, pH值、有机质、全氮、速效钾、水溶性钙镁没有明显变化。对养分含量与生长指标的相关分析表明:施磷肥对2 a苗木生长没有促进作用, 而且使土壤营养平衡进一步失调, 苗木仍处于营养亏缺状态。在氮素营养充足、磷素亏缺的营养条件下, 随着氮磷复合肥施肥量的增加, 2 a苗木中的全氮、全磷、水解氮、有效磷增加, 速效钾含量下降。施用氮磷复合肥可促进苗木对速效钾的吸收利用, 导致苗木的光合产物向叶和茎部转移。
关键词: 杉木苗    酸性土壤    施肥    土壤养分含量    相关分析    
Effects of Fertilization on Soil Nutrient Content of Potted Chinese Fir Seedling
Zhang Jianguo1, Sheng Weitong1, Xiong Youqiang2, Wan Xirui2     
1. Research Institute of Forestry, CAF Key Laboratory of Forest Silviculture of the State Forestry Administration, Beijing 100091;
2. Experimental Center of Subtropical Forestry, CAF Fenyi 336600
Abstract: The purpose of this study was to illustrate the effects of some fertilizers on the soil nutrient content of one-year-old (1 a) and two-year-old (2 a) potted seedlings. The results showed that: on the N-deficient and P-deficient acidic soil, with the increase of N fertilizer on 1 a seedlings, obvious changes in the soil nutrient contents were observed. pH and total potassium content (TK) went down, while the concentration of total nitrogen (TN), hydrolytic nitrogen (HN), water-soluble calcium (Ca) and water-soluble magnesium (Mg) rose up. The variation of total phosphorus (TP), availabe-P(AP), rapidly-available potassium (AK) was unnoted. Some of 1a seedlings were damaged by the overhigh of N concentration. For 2 a seedlings, TN, HN, Ca, and Mg in soil went upward with the increase of N fertilizer, while TK, AK and pH dropped. The change of organic matter and TP was not significant. Differed from 1 a seedlings, the decrease of pH activated the occluded phosphorus and led to the increase of AP, which was good for the growth of the 2 a seedlings. Under the N-deficient and P-deficient conditions, TP, AP, AK and pH went up, while TK, Ca and Mg fell down. But no remarkable change took place for organic matter and HN. The correlation analysis between soil nutrient content and growth indexes indicated that the application of P fertilizer eliminated the P stress and accelerated the growth rate of the 1 a seedlings. For the 2 a seedlings, the gradual increase of P fertilizer made TP, AP ascend and TK descend, but pH, organic matter, TN, AK, Ca and Mg had no notable change. The correlation analysis showed that the use of P fertilizer caused soil nutrition imbalance instead of improving the growth status. The 2 a seedlings were still in the situation of nutrition deficiency. On the N-adequate and P-deficient soil, with the increase of NP compound fertilizer applied to the 2 a seedlings, TN, TP, HN and AP in seedlings climbed up and AK went down. According to the correlation analysis, application of NP compound fertilizer to the 2 a seedlings could enhance the absorption and utilization of AK, resulting the transference of photosynthetic production from leaves to roots, therefore accelerate the growth rate greatly.
Key words: Cunninghamia lanceolata seedling    acid soil    fertilization    nutrient content of soil    correlation analysis    

杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国南方最主要的速生丰产造林树种, 在我国人工林中其面积和蓄积量均居首位, 对缓解我国木材供需矛盾具有重大意义。近10年来, 人们发现杉木栽培过程中地力出现明显衰退, 特别是多代连作林分, 地力衰退更为明显, 已严重影响到林分生产力的提高(俞新妥等, 1992;盛炜彤, 1992;方奇, 1992;朱守谦等, 1992;徐化成, 1992)。从本质上说地力衰退是土壤肥力系统的失调或破坏, 因此, 通过施肥补充土壤营养, 调节营养平衡是提高林分生产力的必然途径。关于杉木营养管理和施肥效应已经做了大量研究(叶仲节, 1985;李贻铨等, 1992;1996;范少辉等, 1996;张建国等, 1996a;1996b;; 2003a;2003b), 取得了一定进展。但由于难以对试验条件进行控制, 对施肥导致土壤营养变化规律认识不够充分, 限制了对树木营养特性和肥效作用机理的认识。本文详细研究了氮、磷营养亏缺条件下, 1年生(1 a)、2年生(2 a)杉木苗对氮肥、磷肥的反应, 以及在氮素充足、磷营养亏缺条件下2 a苗木对施氮磷复合肥的反应, 目的是为深入研究杉木的营养特性、建立营养诊断指标体系, 以及揭示杉木地力衰退的机理提供基础依据。

1 材料与方法 1.1 材料

整个试验在中国林业科学研究院亚热带林业实验中心树木园进行。参试苗木类型为杉木当年生播种移栽芽苗、1 a裸根苗和1 a扦插苗, 供试土壤为黄红壤。1 a扦插苗供试土壤取自树木园0~40 cm土层(A+AB层), 捣碎后加20%的珍珠岩混匀而成培育基质, 土壤pH值为5.5, 有机质6.4 g·kg-1, 全N为1.24 g·kg-1, 速效N为119 mg·kg-1, 速效K为65 mg·kg-1, 速效P为1.77 mg·kg-1。移栽芽苗和1 a裸根苗供试土壤取自树木园40~100 cm土层(B层), 经捣碎混匀而成培育基质, 土壤pH值为5.02, 有机质6.12 g·kg-1, 全N为0.54 g·kg-1, 速效N为40.46 mg·kg-1, 速效K为47.88 mg·kg-1, 速效P为1.81 mg·kg-1。由于0~40 cm和40~100 cm土层土壤在有效P含量方面差异不显著, 所以培育基质的差异主要在N素营养的差异上。但从整体看, 0~40 cm土层土壤培育基质处于P营养亏缺状态, N、K相对比较充足。40~100 cm土层土壤培育基质处于N、P营养亏缺状态, 而K素较为充足。因此, 0~40 cm土层土壤可作为研究P营养亏缺的培育基质, 40~100 cm土层土壤可作为研究N、P营养亏缺的培育基质。

1.2 试验设置

在N、P素营养亏缺的培育基质上, 共设计了N、P、NP 3种试验。1) N营养试验选用肥料为尿素(含有效N 46%), 设计了6个供N水平, 分别为CK(对照)、N1(1 g·盆-1)、N2(2 g·盆-1)、N3(3 g·盆-1)、N4(4 g·盆-1)、N5(5 g·盆-1), 参试苗木为当年生移栽芽苗(测定时已为1 a裸根苗)和1 a播种裸根移栽苗(1 a后测定时已为2 a裸根苗)。试验容器采用黑色塑料桶, 规格为直径31 cm, 高22 cm, 每盆装填基质10 kg。芽苗每盆定植5株, 1 a苗定植4株。2) P素营养试验设计与N营养试验设计相同, 肥料选用一级钙镁磷肥(含P2O5 12.44%)。6个处理分别为CK(对照)、P1(2 g·盆-1)、P2(3 g·盆-1)、P3(4 g·盆-1)、P4(5 g·盆-1)、P5(6 g·盆-1)。3) NP营养试验共设计了5个供NP水平, 选用肥料为(NH4)2HPO4, 5个处理分别为CK(对照)、NP1(0.02%)、NP2(0.04%)、NP3(0.08%)、NP4(0.12%), 百分数表示单位鲜土的施磷量。参试苗木为1 a扦插苗(测定时已为2 a), 试验容器采用泥盆, 规格为直径28 cm, 高19 cm。每盆装基质7.5 kg, 每盆定植4株。

1.3 试验期苗木的管理

苗木定植后, 浇足底水, 以后定时定量浇水。定植后的苗木在温室缓苗1个月, 然后移到室外防雨棚下约10 d左右开始施肥处理, 并进行细致管理。施肥处理方法是先定量称取肥料, 用水溶解稀释后浇入, 肥料分2次施入, 间隔时间为15 d。

1.4 指标测定

苗木在定植5 d后开始测定记录, 1 a苗木试验测定苗高和地径, 芽苗试验只测定苗高。在施肥处理的前1 d, 全部测定1次苗木地径、苗高, 所有处理在施肥后每隔10 d测定1次。试验结束后将苗木全部挖出、洗净, 分株测定根、茎、叶生物量。土壤养分含量均采用常规方法测定。

2 结果与分析 2.1 施氮肥对土壤养分含量的影响

表 1表明:在氮、磷营养亏缺的土壤上施氮肥对1 a苗木土壤养分含量的变化有明显的影响。随着施氮量的增加, 土壤pH值下降, 土壤进一步酸化。全氮和水解氮的含量则随着施氮量的增加而增加, 全磷和有效磷含量变化不甚明显, 全钾含量则随着施肥量水平的提高而下降, 速效钾的变化不明显。水溶性钙和水溶性镁的变化规律非常明显, 均随着施肥量而上升。关于施氮肥导致土壤养分含量的变化规律及其相互关系, 相关分析(表 2)表明, pH值与水溶性钙和水溶性镁含量呈极显著负相关(相关系数分别为-0.981 7和-0.921 6), 表明由于土壤酸化造成水溶性钙镁含量增加; 有机质含量与速效钾含量呈极显著正相关, 表明酸性黄红壤中速效钾的主要来源是有机质; 有效磷和全磷呈正相关, 表明二者是统一的。

表 1 施氮肥对盆栽1 a苗木土壤养分含量的影响 Tab.1 Effects of N fertilizer on soil nutrient content of one-year-old potted seedlings
表 2 施氮肥后盆栽1 a苗木土壤养分含量的相关分析 Tab.2 Correlation analysis among soil nutrients of one-year-old potted seedlings after application of N fertilizer (r0.05=0.811)

要指出的是:由于本试验移栽芽苗比较幼嫩, 局部尿素浓度过大直接导致幼苗受伤。如施肥量在N2水平时, 苗木的生长已受到明显抑制, 与对照CK比较, 地径和苗高分别下降14.3%和21.5%。施肥量在N3水平时, 部分苗木开始死亡, 成活率下降到70%, 在N4、N5水平成活率分别为30%和50%(张建国等, 2003a;2003b)。因此, 在利用N肥时应把握好剂量, 且要均匀施入。

表 3为施氮肥对盆栽2 a苗木土壤养分含量影响的分析结果。从表 3可见, 随着施氮量的增加, pH值随之下降, 全氮、水解氮、水溶性钙镁含量增加, 这与对1 a苗木土壤的变化是一致的。有机质、全磷的含量变化不太明显, 速效钾、全钾含量随施氮量水平的增加而下降。与1 a苗木不同, 随着施氮量的增加, 有效磷含量呈增加的趋势。相关分析(表 4)表明, pH值与有效磷、水溶性钙镁呈显著负相关(相关系数分别为-0.822 9, -0.902 5, -0.832 9), 表明pH值下降是导致闭蓄态磷活化、水溶性钙镁含量增加的一个原因。关于闭蓄态磷的活化可能还与苗木根际分泌物的作用相关, 这一点有待于进一步研究。此外从表 4还可看出, pH值与全钾含量呈显著正相关(相关系数为0.926 8), 与速效钾呈正相关, 但未达到显著水平(相关系数为0.609 9), 这一结果说明随着施氮量的增加, pH值下降, 直接导致了苗木对土壤钾的利用, 这也许是在土壤磷、氮亏缺条件下施氮肥能促进苗木生长的一个原因。全钾与水解氮、有效磷、水溶性钙镁呈显著负相关(相关系数分别为-0.851 2, -0.882 3, -0.941 3, -0.941 2), 表明在施氮肥条件下, 水解氮、有效磷、水溶性钙镁与全钾的变化趋势正好相反; 而全氮与水解氮, 有效磷与水溶性钙, 水解氮与水溶性镁, 水溶性钙与水溶性镁的两两间的显著正相关关系, 表明了两者变化趋势的一致性。

表 3 施氮肥对盆栽2 a苗木土壤养分含量的影响 Tab.3 Effects of N fertilizer on soil nutrient content of two-year-old potted seedlings
表 4 施氮肥后盆栽2 a苗木土壤养分含量的相互分析 Tab.4 Correlation analysis among soil nutrients of two-year-old potted seedlings after application of N fertilizer(r0.05=0.811)

对比2 a苗木与1 a苗木施氮肥后的反应, 1 a苗木的生长随着施肥量的增加受到明显的抑制, 甚至受害并死亡, 成活率下降; 而2 a苗木叶片颜色正常, 呈绿色, 各个生长指标均有不同程度的提高。这说明2 a苗木对氮的需求量明显大于1 a苗木, 生产上施肥时应注意根据不同年龄的苗木采用不同的施肥量。

2.2 施磷肥对土壤养分含量的影响

表 5反应了在氮、磷营养亏缺的土壤上施磷肥对1 a苗木土壤养分含量变化的影响。从表 5可见, 在氮素营养亏缺条件下, 施磷肥使pH值略有提高, 全磷、有效磷、速效钾含量的增加比较明显, 全钾含量下降, 水溶性钙镁下降比较显著, 有机质、水解氮没有明显的变化规律。相关分析(表 6)表明, 在土壤养分含量中, 仅有全氮与水溶性钙镁的负相关关系达到显著水平, 其余指标间均未达到显著水平; 但是养分指标与生长和生物量指标却有明显的相关关系。从表 6可以看出, pH值与苗高、地径呈显著正相关关系, 与叶、茎、根均呈正相关关系, 但未达到显著水平; 有机质与苗高、叶、茎均呈显著正相关关系, 与地径、根呈正相关关系, 但未达到显著水平; 全氮含量与生长指标均呈正相关关系, 但仅与根达到了显著水平, 这说明, 在缺氮、磷的情况下, 施磷肥时加施一定的氮肥是极为必要的; 全磷与苗高、地径、叶、茎均呈显著正相关关系, 与根呈正相关关系, 但未达到显著水平, 全磷的分析结果表明了在氮、磷营养亏缺条件下施磷肥对苗木生长有显著作用; 速效钾与苗高、叶、茎呈显著正相关关系, 与根未达到显著水平, 这表明, 在氮、磷营养亏缺条件下, 随着施磷量的增加, 全钾含量下降, 速效钾含量增加, 这对苗木利用钾是极为有益的。水溶性钙与生长指标呈负相关, 但仅与根达到了显著水平, 表明施磷肥促进了苗木对钙的吸收; 水溶性镁与生长指标无明显关系。

表 5 施磷肥对盆栽1 a苗木土壤养分含量的影响 Tab.5 Effects of P fertilizer on soil nutrient content of one-year-old potted seedlings
表 6 施磷肥后盆栽1 a苗木土壤养分含量变化的相关分析 Tab.6 Correlation analysis among soil nutrients of one-year-old potted seedlings after application of P fertilizer(r0.05=0.811)

表 7为施磷肥对2 a苗木土壤养分含量的影响。表 7表明, 在氮素营养亏缺条件下, 施磷肥对pH值、有机质、全氮、速效钾、水溶性镁的影响不明显, 全磷、有效磷含量因施磷肥而增加, 全钾含量随着施磷肥而下降, 全钾的变化与1 a苗木土壤变化是一致的, 水溶性钙含量随着施肥量的增加而有明显增加的趋势。相关分析(表 8)表明, 在土壤养分含量间的关系中, pH值与水溶性镁达到显著正相关关系, 与其他指标关系不明显; 全磷与全钾呈极显著负相关, 与有效磷呈显著正相关, 有效磷与全钾呈显著负相关, 这与施磷肥对1 a苗木土壤的影响变化是一致的。养分指标与生长和生物量指标的相关分析表明, 土壤有机质含量与叶、茎、根均呈正相关关系, 其中与叶、根达到显著水平, 表明有机质对苗木生长的作用是非常明显的。速效钾、水溶性钙与叶生物量达到极显著正相关; 全磷、有效磷与地径呈显著负相关关系, 表明对2 a苗木, 在氮、磷营养亏缺下, 施磷肥对苗木生长不仅没有促进作用, 反而使营养平衡更为失调, 光合产物由茎部向根系转移, 苗木仍处于营养亏缺状态。可见, 在氮、磷营养亏缺状态下, 1 a和2 a苗木对施磷肥的反应是不同的。对1 a苗木, 施磷肥的作用是明显的, 而对2 a苗木, 则造成营养失调, 因此, 对2 a苗木, 注意营养平衡更为重要。

表 7 施磷肥对盆栽2 a苗木土壤养分含量的影响 Tab.7 Effects of P fertilizer on soil nutrient of two-year-old potted seedlings
表 8 施磷肥后盆栽2 a苗木土壤养分含量变化的相关分析 Tab.8 Correlation analysis among soil nutrients of two-year-old potted seedlings after application of P fertilizer(r0.05=0.811)
2.3 施氮磷复合肥对土壤养分含量的影响

表 9表明, 在氮素充足、磷素亏缺的营养条件下, 随着氮磷复合肥施肥量的增加, 全氮、全磷、水解氮、有效磷随之增加, 相比而言全钾含量增加幅度较小, 而速效钾含量却下降。相关分析(表 10)表明, 全氮与水解氮、有效磷呈显著正相关, 与全磷、全钾随呈正相关, 与速效钾呈负相关, 但均未达到显著水平; 全磷与有效磷呈显著正相关, 与速效钾呈显著负相关; 水解氮与有效磷呈显著正相关, 与速效钾呈负相关, 未达到显著水平; 有效磷与速效钾呈显著负相关。对养分与生长指标的相关分析(表 10)表明, 全氮、全磷与苗木叶、茎生物量达到显著正相关, 与苗高、地径成正相关, 但未达到显著水平; 水解氮与叶、茎生物量也达到显著正相关, 与苗高、地径成正相关, 但未达到显著水平; 有效磷与苗高、叶、茎生物量达到显著正相关, 但与地径未达到显著水平; 速效钾与苗高、地径达到显著负相关, 与叶、茎呈负相关, 未达到显著水平。

表 9 施氮磷复合肥对盆栽2 a苗木土壤养分含量的影响 Tab.9 Effects of NP compound fertilizer on soil nutrient of two-year-old potted seedlings
表 10 施氮磷复合肥后盆栽2 a苗木土壤养分含量变化的相关分析 Tab.10 Correlation analysis among soil nutrients of two-year-old potted seedlings after application of NP fertilizer(r0.05=0.811)

以上的相关分析表明, 在氮素营养充足、磷素亏缺的营养条件下, 施氮磷复合肥解除了苗木的营养亏缺, 特别是磷素, 显著促进了苗木生长, 同时也促进了苗木对速效钾的吸收利用; 要指出的是氮素虽然在本试验中与生长指标呈正相关关系, 尤其是与叶、茎的生物量的相关关系达显著水平, 但由于土壤氮素较为充足, 在施肥的初期仍然对苗木产生了一定的毒害作用, 只是由于氮素的不稳定性和挥发损失, 随着时间的推移, 其毒害作用随之减轻, 直至消失。此外, 还有一个明显的结果是土壤所有营养指标与根系无明显的相关关系, 这表明, 在氮素营养充足、磷素营养亏缺的条件下, 施磷肥导致苗木的光合产物向叶和茎部转移, 这一点与张建国等(2003a)的分析结果也是一致的。

3 结论与讨论

在氮、磷营养亏缺的酸性黄红壤上, 施氮肥导致1 a苗木土壤pH值下降, 土壤进一步酸化。土壤的酸化虽然有利于土壤水溶性钙和水溶性镁含量的上升, 但对所栽芽苗的生长极为不利。当施氮量超过一定量后, 幼苗受到伤害, 并开始死亡, 成活率下降。因此, 建议在南方酸性土壤上, 如果以芽苗移栽方式培育1 a杉木苗木时最好不要施氮肥。

对盆栽2 a苗木土壤来说, 随着施氮量的增加, pH值下降, 全氮、水解氮、水溶性钙镁含量增加, 这与对1 a苗木土壤的影响一致。不同的是, 随着施氮量的增加, 有效磷含量也呈增加趋势, pH值与有效磷呈明显负相关, 表明pH值下降是导致闭蓄态磷活化, 有效磷含量增加的一个原因, 但是否是主要原因还需要进一步的研究。在氮、磷营养亏缺条件下, 2 a苗木对氮的需求量明显大于1 a苗木。

施磷肥使1 a苗木土壤pH值略有提高, 全磷、有效磷、速效钾含量的增加比较明显, 全钾含量下降。水溶性钙镁下降比较显著, 其原因有待进一步的研究。有机质、水解氮没有明显的变化规律。相关分析表明, 全磷与苗高、地径、叶、茎均呈显著正相关关系, 与根呈正相关关系, 但未达到显著水平, 表明在氮、磷营养亏缺条件下施磷肥对苗木生长具有显著作用, 促进了光合产物由根向茎、叶转移, 但土壤有效磷与生长指标的关系不明显。速效钾与苗高、叶、茎呈显著正相关关系, 与根未达到显著水平, 这表明, 在氮、磷营养亏缺条件下, 随着施磷量的增加, 导致全钾含量下降, 速效钾含量增加, 这对苗木的生长是极为有益的。

在氮、磷素营养亏缺条件下, 施磷肥导致2 a苗木土壤全磷、有效磷含量增加, 但对pH值、有机质、全氮、速效钾、水溶性镁的影响不明显, 全钾含量随着磷肥施用量的增加而下降, 水溶性钙含量随着施肥量的增加而有明显增加的趋势。相关分析表明, 全磷、有效磷与苗木地径呈显著负相关关系, 表明施磷肥对苗木生长不仅没有促进作用, 反而使营养更为失调, 光合产物由茎部向根系转移, 苗木仍处于营养亏缺状态。由此可见, 在氮、磷营养亏缺状态下, 1 a和2 a苗木对施磷肥的反应是完全不同的, 对1 a苗木, 施磷肥的作用是明显的, 而对2 a苗木, 注意平衡施肥更为重要。

在氮素营养充足, 磷素亏缺的营养条件下, 随着氮磷复合肥施肥量的增加, 全氮、全磷、水解氮、有效磷增加, 速效钾含量下降。全氮、全磷与苗木叶、茎生物量达到显著正相关, 与苗高、地径成正相关, 但未达到显著水平。水解氮与叶、茎生物量也达到显著正相关, 与苗高、地径成正相关, 但未达到显著水平。有效磷与苗高、叶、茎生物量达到显著正相关, 但与地径未达到显著水平。土壤中氮、磷含量与苗木生长的相关分析表明, 施用氮磷复合肥解除了苗木的营养亏缺, 特别是磷, 显著促进了苗木生长, 同时也促进了苗木对速效钾的吸收利用。土壤中所有营养指标与根系生物量均无明显的相关关系, 这表明在氮素营养充足、磷素营养亏缺的条件下, 施磷肥导致苗木的光合产物向叶和茎部转移, 苗木生长得到促进。

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