苗圃施肥是改善苗圃土壤肥力、促进苗木生长的重要手段(Jacobs et al., 2005; Sardans et al., 2006a；2006b)。但不合理施肥可能导致杂草竞争和肥料浪费(Jobidon et al., 2003)。指数施肥是通过指数递增的养分添加方式适应植物在各生长阶段对养分需求的施肥方法(Timmer, 1996; Oliet et al., 2009a; Islam et al., 2009)。由于指数施肥可以实现包括稳态奢侈养分消耗在内的养分积累，避免大量养分施入而造成养分毒害(Timmer, 1996)，进而可以有效提高苗木体内养分含量，增加苗木竞争能力，更好适应造林地的立地条件(Malik et al., 1998; Salifu et al., 2009)，采用指数施肥培育的苗木比常规苗木成活和生长效果好(Salifu et al., 2001; 魏旭红等, 2010a)。

指数施肥方法必须在了解植物的承载阈值和施肥量的前提下使用，否则可能导致植物中毒和营养平衡失调(Timmer, 1996)。目前在苗木培育过程中，不合理施肥方法导致N肥利用效率严重低下，一般32%~85%的N肥无法被植物吸收利用(Juntunen et al., 2002; 2003)。如何提高苗木的N肥利用效率成为目前研究的热点之一(魏旭红等, 2010b)。我国的1年生播种苗生产，基本上还停留在不施肥或盲目施肥的水平上，既不符合苗木生长和需肥规律，又造成肥料浪费和土壤板结，也加剧环境污染(李玲莉等, 2010)。国内关于大田育苗条件下阔叶树种指数施肥的研究尚未见报道。

山桃稠李(Padus maackii)是蔷薇科(Rosaceae)稠李属植物，浅根性，早期速生，主要分布在东北、华北、西北等地区(王辉忠, 2009; 聂绍荃等, 2003)。山桃稠李是家具、造纸的优良树种(张贵学等, 2008)，同时具有较高的观赏价值(祝宁等, 2002)。目前，有关山桃稠李播种苗培育施肥技术方面的研究尚未见报道。

本研究以山桃稠李1年生播种苗为研究对象，通过指数和常规施用N肥的对比研究，确定不同施肥方式对苗木生长和养分承载的规律，为我国东北地区大田育苗营养管理提供理论参考。

1 材料和方法 1.1 研究区自然概况

研究地点位于黑龙江省尚志市东北林业大学帽儿山实验林场(127°30′—127°34′ E，45°21′—45°25′ N)。该地区海拔300 m左右，属寒温带大陆性季风气候，年均气温2.8 ℃，最冷月(1月)平均温度-23 ℃，最低气温为-44 ℃；最热月(7月)平均温度23 ℃，最高气温为34.8 ℃。年均降水量723 mm，年均蒸发量1 094 mm。无霜期120~140天，≥10 ℃的积温2 526 ℃(潘建平等, 2007)。

1.2 试验材料

山桃稠李种子采自东北林业大学帽儿山实验林场辖区。2009年8月采种，种子净度为96.6%，千粒质量16.72 g，含水率8.7%，种子经低温层积，即经过0.5% KMnO₄消毒的种子与湿沙(沙:种=3:1)220天后，2010年5月上旬以条播方式在苗床上(苗床为高床，宽度1 m，土层厚度25 cm)。苗木出齐后，间苗至100株·m^-2。

苗床土壤为草炭土，土壤pH值为4.68，全氮、全磷、全钾分别为9.35，1.41，6.00 g·kg^-1，硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾分别为123.34，18.18，96.04，153.33 mg·kg^-1。

1.3 施肥方法 1.3.1 施肥方式

N素采用常规施肥(CF)、指数施肥(EF)和2倍指数施肥(DEF)3种方式施入。P，K伴随N素以常规施肥方式施入。

1.3.2 试验区划分

将苗床分成1 m×3 m的小区，每个小区之间设1 m的隔离区。采用完全随机区组设计，共划分9个小区，每小区1种施肥处理，重复3次。

1.3.3 施肥量确定

根据2009年1年生播种苗苗木(未做任何施肥处理)N, P, K养分测定数据，确定苗木初期体内养分含量及生长结束时养分含量。进而得出2010年N素施肥总量为57.73 g·m^-2，换算成NH₄NO₃为165.10 g·m^-2；P，K素施肥总量分别为2.37，23.08 g·m^-2，以需求量较高的K素换算成KH₂PO₄为80.48 g·m^-2(同时满足P素需求)。常规施肥和指数施肥总施肥量相同，2倍指数施肥为常规施肥量的2倍。

2010年5月上旬播种，出苗28天后(6月下旬)开始施肥试验。施肥间隔设为2周，施肥次数为7次。施肥量采用如下公式计算。

1) 常规施肥：在相同时间内施以等量的肥料(李素艳等, 2003)。每次施肥量N_t=N_T/t(N_T为总施肥量，t为施肥次数)。

2) 指数施肥：采用指数施肥模型(Dumroese et al., 2005)确定施肥量，具体为：N_t==N_S(e^rt-1)-N_(t-1)，其中：N_t=为在相对增加率r下的第t次施肥时的施肥量，N_S为在施肥处理的最初阶段苗木的养分含量，N_(t-1)为包括第t-1次施肥在内的养分施入总量(Hawkins et al., 2005)。r的确定参考Dumroese等(2005)的方法：N_T=N_S(e^rt-1)。N_T为经过t次施肥后最终苗木养分含量(假设肥料利用率为100%)。其中N_S, N_T的设定参考上一年(2009年)测定的苗木初期和生长结束时的养分状态(N_S=1.8 mg·株^-1；N_T为463.8 mg·株^-1)，指数施肥的N_T采用此值，并经计算得到指数r=0.791。

3) 2倍指数施肥：高N水平指数施肥处理，其N_T值为苗木测定值的2倍。

综合考虑苗木无法完全吸收所施肥料，总会有部分养分流失，且本试验意在通过稳态奢侈养分增加苗木体内养分承载，因此总施肥量大于最终苗木养分含量，3种N素施肥方案逐次施肥量见表 1。

施肥试验结束后，将苗木置于苗窖中保存，待2011年4月末进行造林。采用完全随机区组方法进行试验设计，分为5个区组(即5次重复)，每个区组有3种不同的施肥处理。每行20株，株行距1 m×1 m，经全面整地后造林，造林后苗木在自然条件下生长，均不做任何施肥处理。

1.4 样品采集及分析方法

每次施肥7天后将苗木进行破坏性取样，取同一区组同一处理的10株大小均匀的苗木，分成根、茎、叶3部分，然后装入封口袋中，用冷藏箱带回实验室。根用蒸馏水洗净，用滤纸吸干表面水分。然后把根、茎、叶分别装入信封中，再放入烘箱。在105 ℃下杀青10 min，70 ℃烘48 h至恒量(齐泽民等, 2008; 安慧等, 2008)，用电子天平(±0.01 g)测其干质量，即为生物量。

将同一区组同一处理烘干后的苗木样品根、茎、叶混合放入用高速粉碎机(天津市泰斯特仪器有限公司, FW100)磨碎，过筛(孔径为0.149 mm)，用元素分析仪(德国·Elementer, VARIO Macro)测定苗木全氮质量分数。

过筛后的样品消化后，用紫外-可见光分光光度计(瑞典·安玛西亚, Ultrospec 4300pro)、火焰光度计(上海艾牧生物科技有限公司, FP640)测定植物全磷、全钾质量分数。

于2011年10月中旬调查野外造林苗木成活率，并在每一区组，每一处理中，随机抽取5株苗木，用游标卡尺和卷尺测量苗木地径及苗高生长情况。

1.5 数据处理

采用SPSS(SPSS公司, 13.0)对数据进行描述统计和正态检验，然后进行单因素方差分析，并用LSD法进行多重比较和Pearson相关性分析。用Sigmaplot(SYSTAT公司, 10.0)作图。

2 结果与分析 2.1 不同施肥处理对山桃稠李播种苗生物量的影响

3种施肥处理山桃稠李苗木生物量均呈指数递增，以后生长变缓(图 1A)。施肥后1~7周，EF，DEF处理苗木生物量均略低于CF处理；7~9周，DEF处理生物量最高；11周后EF处理生物量最高(图 1A)。生长结束时(13周)，EF，DEF，CF处理苗木年单株生物量分别为37.00，35.60，27.10 g，EF，DEF处理比CF处理高出36.5%和31.3%，EF和DEF处理间生物量差异不显著(P>0.05)，但均与CF处理差异显著(P < 0.01)。

施肥处理前10周内3种处理苗木生物量净增速率均呈上升趋势，10周后下降(图 1B)。第2~4周，CF处理生物量净增速率略高于EF，DEF处理；6周后，DEF处理生长速率高于CF处理；8周后，EF处理生长速率高于CF处理(图 1B)。苗木生长高峰期在施肥后10周，生物量净增速率EF>DEF>CF(P < 0.05)。

2.2 不同施肥处理对单株苗木N含量的影响

施肥后前7周，CF处理单株苗木N含量明显增加，并均高于EF, DEF处理，9周后CF处理单株苗木N含量增加缓慢(图 2)。9周以后，DEF处理单株苗木N含量明显高于CF处理。11周以后，EF处理单株苗木N含量高于CF处理。生长结束时，EF和DEF处理单株单株苗木N含量分别为0.69和0.73 g，均显著高于CF(0.44 g)(P < 0.05)(图 2)，DEF处理单株苗木N含量高于EF，但差异不显著(P>0.05)。

2.3 不同施肥处理苗木N，P，K质量分数相关性分析

3种施肥处理苗木N，P间均呈线性相关(P < 0.01)(r_CF=0.845，r_EF=0.880，r_DEF=0.899)，N不同施肥处理P吸收速率DEF>EF>CF(图 3A)。N质量分数与K质量分数也呈线性相关(P < 0.01)(r_CF=0.791，r_EF=0.847，r_DEF=0.887)，不同施肥方式K吸收速率DEF>EF>CF(图 3B)。生长季结束时，EF处理的苗木P，K质量分数比CF处理分别高28.4%和12.5%，DEF处理的苗木P，K质量分数比CF处理苗木分别高9.0%和4.7%；EF处理的苗木P，K质量分数比DEF处理苗木分别高17.7%和19.9%。

2.4 不同施肥处理对山桃稠李苗木N利用效率的影响

山桃稠李苗木生长结束后，3种施肥处理苗木生物量，EF处理最大，CF处理最小。EF, DEF处理苗木生物量比CF处理高出36.5%和31.3%(P < 0.05)。N吸收量顺序为DEF>EF>CF，EF, DEF处理苗木N吸收量比CF处理高出30.2%和37.7%(P < 0.05)。不同施肥处理山桃稠李苗木N吸收效率顺序为EF>CF>DEF，N吸收效率EF处理较CF处理增加4.9%，DEF处理较CF处理降低4.6%(表 2)。

3 讨论

山桃稠李施肥后前7周，EF，DEF处理苗木生物量均略低于CF处理，7周后EF，DEF处理明显高于CF处理(图 1A)，说明CF处理在苗木生长前期能够充分满足苗木养分需求，但后期养分供应不足，而EF，DEF处理能够满足苗木不同时期养分需求。生长结束时EF，DEF处理与CF处理相比显著提高了苗木生物量(P < 0.01)(图 1A)。Malik等(1998)和Burgess(1991)的研究认为指数施肥技术可以显著增加苗木生物量，而有些研究认为指数施肥技术可以使苗木储存大量养分，但苗木总生物量不会显著增加(Salifu et al., 2001; 2003; 2009; Qu et al., 2003; Hawkins et al., 2005)，不同的研究结论可能与试验材料不同有关(魏旭红等, 2010a；2010b)。生长结束时，EF与DEF之间生物量差异不显著(P>0.05)(图 1A)，Hawkins等(2005)在试验中也发现试验材料生物量增加对较高质量分数的养分供应反应不明显的现象。在苗木生长高峰期，8~10周，DEF处理生物量净增速率没有提高，反而略有下降(图 1A)，可能由于养分质量分数过大，造成苗木轻微的养分毒害(郑槐明等, 1999)。

施肥后前7周，CF处理的单株苗木N含量明显提高，且高于EF，DEF处理，9周后CF处理N含量增加速率变缓(图 2)。EF，DEF处理单株苗木N含量在生长季内呈指数型稳定增加(图 2)。施肥9周后，DEF处理施肥量超过CF处理(表 1)，DEF处理单株苗木N含量开始高于CF处理(图 2)；施肥11周后，EF处理施肥量超过CF处理(表 1)，EF处理单株苗木N含量开始高于CF处理(图 2)。生长结束时，EF和DEF处理单株苗木N含量均显著高于CF处理(P < 0.05)，EF和DEF处理的N含量差异不显著(P>0.05)(图 2)。CF处理在苗木生长前期提供相对较多的养分，苗木养分明显增加，但生长前期苗木个体较小，根系吸收能力有限(Timmer，1996; Oliet et al., 2009a)，造成了肥料浪费(李玲莉等, 2010)；苗木生长后期养分供给量相对不足，苗木养分吸收受到限制，生物量积累的速率高于养分吸收速率，单株苗木N含量增加速率下降，引起苗木养分稀释(Timmer, 1996)。苗木在生长中后期普遍存在“奢养消耗”现象，指数施肥技术苗木生长后期养分供给量较多，生长过程中得到稳态养分供给，苗木体内养分含量稳定，同时诱导苗木吸收超出本身需求量以外的养分(Timmer, 1996; Birge et al., 2006; Qu et al., 2003; Oliet et al., 2009a; 2009b)。EF，DEF正是基于这种模式的施肥技术，因此提高了苗木的N含量，避免了苗木生长后期养分胁迫(Timmer, 1996)。Salifu等(2003)认为单株苗木养分含量在奢侈消耗阶段随施肥量增加而明显增加，本试验中DEF处理施肥量比EF增加1倍，单株苗木N含量没有显著变化，说明DEF处理在生长后期可能养分供应过量。苗木在达到最适营养物质相对添加速率前，苗木的相对生长速率与养分添加速率呈正相关，过量后随着营养物质相对添加速率的提高苗木相对生长速率下降(郑槐明等, 1999)，养分供应过量对苗木产生轻微的毒害作用(Salifu et al., 2003)。

不同施肥处理N，P质量分数间和N，K质量分数间均线性相关，3种处理Pearson检验相关系数均极显著(P < 0.01)，不同施肥方式P，K吸收速率DEF>EF>CF(图 3)，结果与Timmer(1996)研究N，P，K间关系的结论一致。该结果一方面由于N素指数施肥处理改变了苗木根系形态，增强了苗木根系对养分吸收能力(Einsmann et al., 1999)；另一方面也可能N素增加提高了苗木的光合能力，使苗木增加对P，K的需求，提高了苗木对P，K的吸收(Timmer, 1996)。指数施肥将植物的指数生长与其对养分的需求紧密结合，大大提高了养分利用率(Thompson et al., 2003)。N素较高的营养库有助于苗木对土壤中其他营养元素的吸收(Salifu et al., 2003)。生长结束时EF处理苗木P，K质量分数比DEF处理分别高17.7%和19.9%，可能由于DEF处理后期N素过量对苗木产生轻微的养分毒害影响P，K吸收(侯金权等, 2009)。

N肥利用率主要反映作物对肥料N的吸收情况(杨治平等, 2007)。3种不同施肥处理N肥的利用率均不高，说明大量的N肥以各种形式流失掉了。山桃稠李苗木N利用效率为EF>CF>DEF(表 2)。与常规施肥相比，EF处理肥料利用率较高，说明EF处理可以有效地将植物吸收的N转化为植物生物量(孙传范, 2004)。DEF处理N肥利用率最低，而其N素施用量最大，说明DEF处理施肥量造成肥料浪费最大，最易造成土壤板结且环境污染最大。

4 结论

EF处理与CF处理相比，山桃稠李1年生播种苗表现出较高的生物量积累和苗木养分承载，说明采用指数施肥有效促进山桃稠李播种苗生长，改善苗木营养状态，同时苗木造林成活率和生长效果较佳(表 2)。DEF处理较EF处理，生物量增长速率和养分承载均无明显增加，说明DEF处理后期施肥过量，造成养分毒害和肥料浪费。然而EF处理苗木体内养分含量是否达到最高养分承载有待进一步细化施肥量梯度进行研究。

本试验共进行7次施肥，施肥次数略显较多，且均为人工完成。但是随着现代苗圃灌溉技术的发展及喷灌、滴灌等现代化设施的应用，大部分苗圃已经可以做到水肥一体化，完全能够实现多次精准化施肥。