目前，林木容器苗培育主要采用上方喷灌(overhead irrigation)和随水施肥技术，未被苗木利用而流失的水量可达灌水量的72%(Dumroese et al.，1995)，淋溶的氮和磷可达施肥量的19%和64%(Juntenen et al.，2002)。为了降低容器苗生产中水资源浪费，减少肥料淋溶带来的污染，国内外研究者从植物本身生长生理特性和水分利用率出发，提出了许多节水灌溉技术，其中底部渗灌(sub-irrigation)因其节能、减排、高效而备受青睐。容器苗底部渗灌是指在水泵作用下，把储水箱的水经输水管注入渗灌槽，容器苗通过育苗基质的毛细管作用从渗灌槽底部吸取所需水分，未被利用的水通过回水管流回储水箱，可再次循环利用(祝燕等，2013)。目前关于底部渗灌的研究已经在北美蓝云杉(Picea pungens)、北美红栎(Quercus rubra)、美洲山杨(Populus tremuloides)和柯阿金合欢(Acacia koa)等国外造林树种上开展，涉及底部渗灌对节水量、苗木生长状态、营养元素含量、盐分积累等的影响(Dumroese et al.，1995；2006； 2007； 2011; Davis et al.，2008；2011a; 2011b; Landis et al.，2006; Pinto et al.，2008)。研究证明，底部渗灌可大大减少育苗用水量和养分淋溶，并且能够培育出苗木质量与上方喷灌效果相同甚至更高的苗木。但不同树种在底部渗灌条件下的最佳渗灌参数还有待研究，我国在这方面的研究尤为缺乏。

栓皮栎(Quercus variabilis)是我国重要的造林树种之一，具有较高的生态价值和经济价值，其苗木培育技术一直受到重视。例如，毛海颖(2010)研究发现，上方灌溉下当年生栓皮栎播种苗最佳基质含水量是60%，水肥耦合当年生栓皮栎苗木的最佳土壤水势在-0.126 2~-0.056 0 MPa之间(杨自立，2011)。但有关栓皮栎容器苗在底部渗灌下的最佳渗灌梯度尚未见报道。本文以栓皮栎当年生容器苗为研究对象，研究底部渗灌不同渗灌梯度对栓皮栎容器苗水分利用效率及养分吸收特性的影响，以期为栓皮栎容器苗精准灌溉提供科学依据。

试验地在北京市鹫峰北京林业大学能源林野外试验站温室(40°03′54″N，116°05′45″E)。试验所用栓皮栎种子于2012年9月中旬采购于河南省灵宝市伏秦苗木花卉繁育中心，预处理用50 ℃温水浸泡30 min，杀死象鼻虫，摒弃漂浮在水面的劣种，余下种子沥水后平铺于纸上阴干，随后置于2 ℃冷藏柜中保存待用。育苗容器为D40容器(体积656 cm³，规格6.4 cm×25 cm)和D60容器(体积983 cm³，规格6.4 cm×36 cm)2种规格(美国Stuewe & Sons公司生产)。育苗基质由草炭(丹麦品氏托普公司生产的5号基质)和蛭石按体积比3:1均匀混合而成。肥料为绿色植物营养无机包裹型缓释肥(济南乐喜施肥料有限公司，N:P₂O₅:K₂O质量比13:13:13，肥效5~6个月)，按照每株苗最优施肥量125 mg计算(李国雷等，2012)，在基质中加入缓释肥，充分混匀。

试验采用双因素随机区组设计，因素1为容器规格，2个水平，分别是D60容器(A)和D40容器(B)； 因素2是供水量，设置4个灌水梯度，分别为基质饱和水质量的85%，75%，65%，55%。共8个处理(表 1)，每个处理重复5次，每个重复8株苗木。

表 1 底部渗灌灌水梯度和容器规格的用水量^① Tab.1 The water consumption of sub-irrigation gradients and container size

表 1 底部渗灌灌水梯度和容器规格的用水量① Tab.1 The water consumption of sub-irrigation gradients and container size 处理 Treatment 容器规格Container size 用水量 Water consumption/(L·seedling-1) 水分利用效率 WUEi/(g·L-1) 口径Top diameter /cm 高度Depth/cm 体积Volume/cm3 A-85 3.6 36 983 2.84±0.02a 2.97±0.02b A-75 3.6 36 983 2.76±0.01b 2.69±0.02de A-65 3.6 36 983 2.47±0.01c 2.81±0.03cd A-55 3.6 36 983 2.32±0.05d 2.61±0.03ef B-85 3.6 25 656 2.16±0.02e 2.81±0.07cd B-75 3.6 25 656 2.14±0.03e 2.88±0.06bc B-65 3.6 25 656 1.97±0.02f 2.53±0.02f B-55 3.6 25 656 1.58±0.04g 3.26±0.05a ①A，B 分别表示D60，D40容器；85，75， 65，55 分别表示4种底部渗灌梯度。小写字母为Duncan多重比较结果，相同字母表示同列差异不显著，不同字母表示同列差异显著(P < 0.05)；“±”后的数值为标准差。下同。 A, B mean D60 and D40 container; 85, 75, 65, 55 mean four different subirrigation gradients. Column values not followed by the same letter are significantly different (P < 0.05) according to Duncan’s test．The figures behind “±”are standard deviations．The same below.

播种前，种子按1:3体积比与湿沙混合均匀，放入温室中催芽，于2013年4月26日挑选露胚根和裂嘴的种子播种于装填好基质的容器中，每个容器播种1粒。种子播后到幼苗发芽整齐，统一采用上方喷灌，每天喷水1次，使基质保持湿润。出苗后及时除草，每隔1周喷洒浓度为0.1%的50%多菌灵可湿性粉剂。在培育过程中，采用自然光，温室温度白天28 ℃、夜间16 ℃。同一处理同一区组中苗木每周进行1次位置轮换，以减少边缘效应。

苗木用水量的测定采用经典称质量法。首先用精度为千分之一的SR6400天平称量装满干燥基质(D60容器983 cm³，D40容器656 cm³)的容器质量，再用上部喷灌浇至水分饱和并称质量，用饱和时容器和托盘的质量减去之前装满干燥基质的容器和托盘质量，即得到饱和时基质中的水质量(达到饱和时D60容器和托盘的质量约为11.20 kg，基质干燥时D60容器和托盘的质量约为7.14 kg，则饱和时水分质量为11.20－7.14=4.06 kg)。出苗1个月以后，苗木根系足够发达时，浇1次饱和水，之后每天上午6:00—7:00对所有容器进行称质量监测。当底部渗灌处理的水分质量分别小于饱和时水分质量的85%，75%，65%，55%时(误差范围控制在5%，忽略苗木本身的质量)，采用整理箱(规格570 mm×415 mm×315 mm，容量50 L)盛水模拟渗水槽，进行底部渗灌至容器达到饱和水质量。对渗灌前后的容器称质量，计算出每个处理每次渗灌的水量。试验末期(约10月下旬)，将苗木从温室移至室外，灌溉量减少至饱和含水量的55%，促进苗木木质化。

苗木落叶后(2013年11月23日)，进行破坏取样，并用电导率(electrical conductivity，EC)快速测定仪(Spectrum Technologies公司生产)测定基质内上、中、下不同深度的EC值，对每处理所有苗木进行测定； D40容器分别在距基质表层1~3 cm，11~13 cm，23~25 cm测定，D60容器分别在距基质表层1~3 cm，17~19 cm，34~36 cm测定。对每处理所有苗木测定苗高和地径后，用清水小心冲洗掉根系周围的基质，再用蒸馏水润洗2次。然后将苗木在地径处剪开，茎和根分别装入信封，带回实验室70 ℃下烘72 h至恒质量，分别称质量测定生物量。将烘干样品粉碎，过0.25 mm筛，四分法取0.2 g，用浓H₂SO₄-H₂O₂消煮，凯氏定氮法测定单氮，铝锑抗吸光光度计法测定单磷，火焰光度计法测定单钾(鲍士旦，2005)。

灌溉水分利用效率(WUE_i，irrigation water use efficiency，g·L^-1)用总干物质增量和总灌水量比值表示，计算公式如下： WUE_i=(DM_t－DM_a)/I，式中： DM_t(total dry mass)为总干物质质量，DM_a(average dry mass)为处理前栓皮栎种子平均干物质质量，I为该苗木处理期间总灌水量。

用SPSS 18.0软件对试验数据进行One-way ANOVA分析；如处理间差异显著，用Duncan法在0.05水平上进行多重比较。利用Excel 2010和SigmaPlot 12.0软件对数据进行处理和绘图。

对栓皮栎容器苗用水量的方差分析表明，不同处理对苗木用水量有显著影响，灌水梯度和容器规格各自对用水量影响显著(P < 0.05)；二者存在交互作用，并对用水量影响显著(P < 0.05)。由表 1多重比较可知，灌水梯度相同时，A容器苗木用水量显著多于B容器苗木； 容器规格相同时，用水量随着灌水梯度的降低依次下降，其中A-85处理苗木的用水量最大，为每株2.84 L。

灌水梯度对水分利用效率影响显著(P < 0.05)，容器规格对水分利用效率无显著影响(P>0.05)；二者存在交互作用，并对水分利用效率影响显著(P < 0.05)。表 1多重比较表明，各处理间水分利用效率无明显规律，B-55处理苗木的水分利用效率最大(3.26 g·L^-1)，显著高于其他处理，但灌水梯度高的处理水分利用效率也较高。

由方差分析可知，除高径比外，灌水梯度和容器规格都各自对苗木其他形态特征和生物量有显著影响(P < 0.05)，二者的交互作用也对除高径比外的其他指标有极显著影响(P < 0.001)。表 2多重比较结果显示，灌水梯度相同时，随着容器规格的增大，苗高、地径、茎生物量、根生物量和单株生物量均有增大的趋势，灌水梯度越大，这种趋势越明显。容器规格相同时，灌水梯度高的处理在这些指标上表现更优。A-85处理的地径、茎生物量、根生物量和单株生物量指标在所有处理中都达到最大，分别为4.88 mm，3.25 g，8.18 g和11.43 g，A-75处理的苗高最大为66.6 cm。但A-85和A-75处理之间苗高、地径、茎生物量无显著差异，A-85，A-75，A-65，B-75处理之间根生物量和单株生物量无显著差异。所有处理之间的高径比不存在显著差异。

表 2 底部渗灌灌水梯度和容器规格对栓皮栎容器苗形态特征和生物量的影响 Tab.2 The effect of sub-irrigation gradients and container size on the morphological and biomass of Quercus variabilis container seedlings

表 2 底部渗灌灌水梯度和容器规格对栓皮栎容器苗形态特征和生物量的影响 Tab.2 The effect of sub-irrigation gradients and container size on the morphological and biomass of Quercus variabilis container seedlings 灌溉方式 Irrigation method 苗高 Height/cm 地径 Root-collar diameter/mm 高径比 H/D ratio 茎生物量 Shoot biomass/g 根生物量 Root biomass/g 单株生物量 Total biomass/g A-85 66.5±1.48a 4.88±0.12a 13.75±0.26a 3.25±0.19a 8.18±0.60a 11.43±0.77a A-75 66.6±1.38a 4.72±0.10ab 14.17±0.23a 2.93±0.13ab 7.51±0.54ab 10.44±0.66ab A-65 61.5±1.28b 4.39±0.11cde 14.11±0.21a 2.71±0.15bc 7.24±0.54abc 9.95±0.67ab A-55 61.5±0.98b 4.54±0.08bc 13.62±0.23a 2.60±0.11bcd 6.46±0.35bcd 9.06±0.44bc B-85 62.0±1.11b 4.49±0.65bcd 14.00±0.26a 2.71±0.10bc 6.32±0.36bcd 9.03±0.45bc B-75 62.4±1.40b 4.55±0.72bc 13.71±0.40a 2.85±0.13b 6.98±0.45abc 9.83±0.55ab B-65 59.8±1.02bc 4.18±0.08e 14.50±0.33a 2.42±0.11cd 5.56±0.34d 7.98±0.44c B-55 57.8±1.09c 4.24±0.06de 13.74±0.32a 2.25±0.08d 5.89±0.28cd 8.14±0.32c

方差分析结果显示，容器规格单独仅对栓皮栎容器苗茎中磷和根中钾浓度影响达到显著水平(P < 0.05)，B容器苗的茎中钾浓度显著高于A容器苗(图 1B，C)。灌水梯度单独仅对栓皮栎容器苗茎中磷浓度影响达到显著水平(P < 0.05)。容器规格和灌水梯度存在交互作用，仅对茎中磷浓度和根中钾浓度影响显著(P < 0.05)。

	图 1 底部渗灌灌水梯度×容器规格交互作用下栓皮栎根和茎中氮、磷、钾养分浓度 Fig.1 N, P and K concentration of sub-irrigation gradients × container size interaction in root and shoot for Quercus variabilis container seedlings 相同器官不同的字母表示差异显著(P＜0.05)，否则表示差异不显著。 下同。 Means within the same organ sharing different letters are significantly different according to Duncan’s multiple range test at the 0.05 probability level．The same below.

多重比较结果显示，灌水梯度相同时，苗木茎中磷浓度随容器规格的增大有增加的趋势，灌水梯度越大，这种趋势越不明显(图 1B)，除了A-85和B-85处理外，根中钾浓度也有类似规律(图 1C)。容器规格相同时，处理之间的规律不明显。在所有处理中，A-75茎中磷浓度最大(1.4 mg·g^-1)，B-85处理根中钾浓度最大(5.8 mg·g^-1)。

由方差分析可知，灌水梯度对苗木根的氮、钾含量和茎、单株的氮、磷、钾含量的影响均达到显著水平(P < 0.05)，容器规格对苗木茎的氮、磷含量和根、单株的氮、磷、钾含量的影响达到显著水平(P < 0.05)；二者之间存在交互作用，并对苗木的茎、根和单株氮、磷、钾含量影响显著(P < 0.05)。

多重比较结果(图 2)表明，灌水梯度相同时，苗木根和单株氮、磷、钾含量随容器规格的增大有增大的趋势，茎氮、磷含量也有类似规律。容器规格相同时，灌水梯度高的处理苗木茎、根和单株的氮、磷、钾含量更高。在所有处理中，A-85处理的单株磷、钾含量最大(16.57，53.02 mg)，茎氮、磷、钾含量最大(30.20，4.62，10.12 mg)，根磷、钾含量最大(11.95，42.90 mg)；根、单株的氮含量最大值均出现在A-75处理中，分别为83.54，113.23 mg。但A-85与A-75处理之间茎的氮、磷、钾含量无显著差异，A-85，A-75，A-65处理之间根和单株的氮、磷、钾含量差异不显著。

	图 2 底部渗灌灌水梯度×容器规格交互作用下栓皮栎根和茎中氮、磷、钾养分含量 Fig.2 N, P and K content of sub-irrigation gradients × container size interaction in root and shoot for Quercus variabilis container seedlings

电导率(EC)是反映育苗基质中施肥效果和盐分浓度的重要特征值。栓皮栎容器苗育苗基质上、中、下3层EC值变化趋势如图 3所示，底部渗灌显著提高了基质上层的EC值(P < 0.05)，对基质中层和下层的EC值无显著影响(P>0.05)。灌水梯度相同时，育苗基质上层EC值随容器规格的增大有增大趋势，中层和下层EC值变化不明显。容器规格相同时，栓皮栎容器苗育苗基质EC值不随灌水梯度的变化而变化，上、中、下3层EC值变化均不明显。所有处理中，A-85处理基质上层EC值最高为1.74 dS·m^-1，但与A-75，A-65，A-55处理之间基质上层EC值无显著差异； 所有处理基质中层和下层的EC值无显著差异，但均显著低于上层EC值。

	图 3 不同处理下基质3层深度的电导率 Fig.3 Electrical conductivity values for different treatments at three depths from the top of the container

土壤中的水分含量直接影响植物的生长和体内的营养代谢，研究不同供水状况对苗木生长及生理特性的影响，其目的是既达到最大的节水效果，又保证苗木正常生长。因此，在容器育苗中，找到最佳的灌水梯度是培育高质量苗木的关键。本试验的目的就是要找到底部渗灌条件下栓皮栎容器苗的最佳灌水梯度，即灌水临界值。研究表明，当容器苗基质含水量降至饱和含水量75%~85%时进行灌溉，苗木生长最好。

从用水规律来看，苗木的用水量与灌水梯度呈正相关，这与前人的研究结果(毛海颖，2010; 徐庆华，2010; 高卫东，2011)类似。但栓皮栎容器苗的水分利用效率并没有呈现与用水量类似的规律，这可能与栓皮栎种子大小差异及其耐旱性有关，试验中采用的较低灌水梯度并未过分影响其生物量，从而导致生物量不一定随用水量发生等量变化。

从形态指标来看，灌水梯度为饱和含水量75%~85%时，苗木的苗高、地径、茎生物量、根生物量和单株生物量指标在所有处理中都达到最大。灌水梯度为饱和含水量75%和85% 2个处理间的形态指标差异不显著，但二者与其他含水量更低的处理差异显著。可见，适当较高的灌水梯度有利于苗木在形态指标和生物量方面的表现，徐庆华(2010)和高卫东(2011)的相关研究也发现土壤较高的水分状况能够提供苗木充足的水分，促进苗木的生长，苗木的规格也更大。

从苗木体内养分状况来看，处理之间在养分浓度方面规律不明显。但养分含量方面，灌水梯度为基质饱和含水量75%和85% 2个处理的单株和各器官中养分含量均显著高于其他基质含水量更低的处理，且2个处理之间的养分含量差异不显著。分析其原因可能是土壤水分能直接影响植物体内的营养代谢，充足的水分能促进植物对养分的吸收(Huang et al.，2013)。Khalili等(2008)研究也表明，土壤的水分状况在很大程度上决定着养分的有效性和吸收利用，充足的灌溉能显著提高养分吸收的有效性。育苗的目的是为了造林，在造林初期，由于苗木从土壤获取养分和通过光合作用合成营养物质的能力较弱，其成活和生长主要依靠苗木体内贮藏的养分，增加造林苗体内的营养物质可以促进造林成活率和早期生长，在贫瘠或杂草竞争等困难的造林地上效果更加明显(Folk et al.，2000; Heiskanen et al.，2009; Oliet et al.，2009)。

灌水梯度与容器类型有一定交互作用，在用水量方面，大规格容器苗木要比小规格容器苗木用水量多，Pinto等(2008)的相关研究也证明了这一点。在形态和生物量方面，大规格容器的处理表现更优。在养分状况方面，大规格容器培育的苗木养分含量显著大于小规格容器培育的苗木，而养分浓度无明显规律。相关研究认为，大规格容器能够为容器苗根系提供更大的生长空间，有利于苗木对水肥的利用，进而促进其生长，提高养分含量和生物量(Dominguez-Lerena et al.，2006; Pinto et al.，2008)，而养分浓度有可能会降低。

底部渗灌下的育苗基质通过毛细管作用将水分往上运移，随着基质表层水分蒸发，可溶性肥料或灌溉水中的可溶性盐分逐渐聚集，致使基质上层中的EC值增大，相关研究均证明了这一结论(Bumgarner et al.，2008; Douglas，2011; Dumroese et al.，2006; 2011)。较高的EC值是否会对苗木的生长产生伤害也是研究者很关心的问题，本试验结果表明，底部渗灌显著提高了基质上层的EC值，所有处理基质中层和下层的EC值无显著差异，且均显著低于上层，而灌水梯度的大小对基质上层的EC值无显著影响。Jacobs等(2005)研究认为，苗木能够忍受的最大EC值为2.5 dS·m^-1左右，而本试验测定的EC值都小于2 dS·m^-1，因此，本试验底部渗灌引起的较高EC值不会对苗木造成不利影响。

综上所述，栓皮栎容器苗底部渗灌灌水梯度为75%和85%基质饱和水质量2个处理之间的生长指标、生物量和养分状况等指标无显著差异，但均优于其他处理。底部渗灌灌水梯度为85%基质饱和水质量的处理栓皮栎容器苗用水量最多(2.84 L)，灌水梯度为75%基质饱和水质量的处理用水量次之(2.76 L)，但比灌水梯度为85%基质饱和水质量处理能节约3.5%的灌溉水，水分利用效率也较高，因此，灌水梯度为75%基质饱和水质量处理的苗木既节水又能正常生长，是栓皮栎容器苗底部渗灌的最佳灌水梯度；基质饱和含水量75%的灌水梯度和大规格容器(D60容器)为栓皮栎容器苗底部渗灌的最佳培育组合。然而，本试验育苗容器仅采用2种规格，在数量上有些偏少，今后的试验中应增加多种容器类型和规格。另外，试验结论还需要造林数据的支持，因此底部渗灌对栓皮栎容器苗的造林效果还需进一步研究。