2017, Vol. 37
文章信息
- 段如雁, 韦小丽, 张之栋, 冯艳
- DUAN Ruyan, WEI Xiaoli, ZHANG Zhidong, FENG Yan
- 珍贵树种花榈木容器苗配方施肥试验
- Study on formula fertilization for container seedlings of rare species Ormosia henryi
- 森林与环境学报,2017, 37(2): 225-230.
- Journal of Forest and Environment,2017, 37(2): 225-230.
- http://dx.doi.org/10.13324/j.cnki.jfcf.2017.02.016
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文章历史
- 收稿日期: 2016-07-12
- 修回日期: 2016-11-08
苗木体内的养分直接或间接影响苗木质量和造林效果。容器苗的生长空间有限，苗木在生长过程中不断从基质中吸收营养物质，营养元素大量消耗，因此，对苗木体内养分进行人为地补充和调节，成为容器苗质量控制的重要技术措施之一。许多研究表明，科学合理施肥可以协调好土壤供肥和苗木需肥之间的供求关系，显著地提高苗木对养分的吸收利用效率、苗木的生长量和造林成活率，并促进根系的发育，增强植物的抗逆性[1-2]。
花榈木 (Ormosia henryi Prain) 为蝶形花科红豆树属树种，国家二级保护植物[3]，是制作高档家具、工艺雕刻和特种装饰品的珍贵用材树种，具有很大的发展潜力。当前关于对花榈木的研究，主要集中在种子休眠及破除方法[4]、扦插繁殖与组织培养[5-6]、人工林生长规律[7-8]、播种育苗技术[9]、对不同水分、光照的响应[10-11]以及容器苗基质筛选[12]等方面，但对其容器苗苗期施肥研究尚未报道。有鉴于此，本研究以调控花榈木综合质量为目标，对年生花榈木容器苗进行了不同氮、磷、钾配方施肥的试验研究，以了解不同施肥对其花榈木容器苗生长及生理生化的影响，旨在为花榈木容器苗合理施肥、提高苗木质量提供科学依据。
1 研究方法 1.1 研究地概况试验在贵阳市花溪区贵州大学林学院实验苗圃进行。苗圃位于黔中地区，东经104°39′57″，北纬26°25′39″，海拔高度1 123 m；气候为亚热带湿润温和型气候，年均温度15.8 ℃，极端最高温度39.5 ℃，极端最低温度-9.5 ℃，≥10 ℃的年活动积温为4 637.5 ℃，年降水量1 229 mm，年均相对湿度79%，太阳辐射总量为3 567 MJ·m-2。
1.2 试验材料试验用的花榈木种子于2012年11月采自贵州省黎平县，经催芽后于2013年3月下旬播种。育苗基质为泥炭、蛭石、珍珠岩2:1:1[12]，其养分含量为：全氮1.25 g·kg-1，碱解氮10.25 mg·kg-1，全磷5.84 g·kg-1，速效磷92.91 mg·kg-1，全钾5.05 g·kg-1，速效钾460.51 mg·kg-1，pH值4.65，有机质22.58 g·kg-1。育苗容器为8 cm×15 cm的白色无纺布育苗袋。选用肥料为尿素 (含N 46%)、过磷酸钙 (含P2O5 16%)、氯化钾 (含K2O 60%)。
1.3 试验设计试验参照红豆树施肥研究结果[13]设定本试验的最佳施肥量及比例，采用“3414” 3因素4水平设计方案[14]，共14种处理，N、P、K肥各设4个水平 (0、1、2、3)，0水平指不施肥；2水平指当地最佳施肥量；1水平是施肥量为2水平施肥量的0.5倍；3水平指施肥量为2水平施肥量的1.5倍，具体的施肥配方及每株苗的施肥量见表 1，每处理重复3次，每个重复15株苗。于6月中旬开始施肥，施肥方式为叶面喷施，每周施1次，分10次施完。施肥比例为氮肥、磷肥1~3次施总量的15%，4~7次施总量的10%，8~10次施总量的5%，钾肥1~3次施总量的5%，4~7次施总量的10%，8~10次施总量的15%。11月中旬花榈木容器苗停止生长后测定苗高、地径、≥5 cm侧根数和生物量等生长指标，并测定光合速率、蒸腾速率、叶绿素、硝态氮、根活力等生理生化指标。
| 处理Treatment | 配方Formulation | N/g | P/g | K/g |
| 1#(CK) | N0P0K0 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| 2# | N0P2K2 | 0.00 | 0.40 | 0.50 |
| 3# | N1P2K2 | 0.50 | 0.40 | 0.50 |
| 4# | N2P0K2 | 1.00 | 0.00 | 0.50 |
| 5# | N2P1K2 | 1.00 | 0.20 | 0.50 |
| 6# | N2P2K2 | 1.00 | 0.40 | 0.50 |
| 7# | N2P3K2 | 1.00 | 0.60 | 0.50 |
| 8# | N2P2K0 | 1.00 | 0.40 | 0.00 |
| 9# | N2P2K1 | 1.00 | 0.40 | 0.25 |
| 10# | N2P2K3 | 1.00 | 0.40 | 0.75 |
| 11# | N3P2K2 | 1.50 | 0.40 | 0.50 |
| 12# | N1P1K2 | 0.50 | 0.20 | 0.50 |
| 13# | N1P2K1 | 0.50 | 0.40 | 0.25 |
| 14# | N2P1K1 | 1.00 | 0.20 | 0.25 |
苗高、地径参照GB 6000—1999进行测量。生物量测定方法：生长停止后，选取5株标准株，将苗木洗净擦干后测定根、茎、叶各部分的鲜重，然后放到105 ℃烘箱中杀青15 min，再用70 ℃烘 (17±1) h，冷却干燥后用1/1 000电子天平称各部分干重。根系指标的测定方法：先将选取的花榈木标准株冲洗干净，用吸水纸吸干，把待测根系用根系扫描分析系统 (WinRHIZO) 进行根系指标的分析。
1.4.2 生理生化指标用LI-6400便携式光合仪测定光合速率、蒸腾速率等指标，每个处理选取3片叶龄一致、生长状况良好的标准株叶片，选择典型晴天上午9：00—11：30进行测定，每片测量3次重复。叶绿素含量用丙酮乙醇混合液法测定；硝态氮测定用水杨酸法；硝酸还原酶测定采用活体法；根系活力采用TTC法测定。
1.5 数据统计方法试验数据采用Microsoft Excel 2010、SPSS 22.0软件进行分析处理，肥料效应模型用“3414”试验分析器SG-2.3进行拟合。多重比较采用LSD方法。
三元二次肥料效应模型为：
Y=b0+b1X1+b2X12+b3X2+b4X22+b5X3+b6X32+b7X1X2+b8X1X3+b9X2X3
式中：Y为生物量，X1、X2和X3分别为氮肥、磷肥和钾肥施用克数。
2 结果与分析 2.1 不同配方施肥处理对苗高、地径的影响测定结果表明 (表 2)：不同施肥处理下花榈木容器苗苗高生长差异显著 (P＜0.05)。各个施肥处理的苗高均大于对照，其中6#施肥处理苗高最优，是对照的1.66倍；施肥后苗高生长量最大，增长率为158.15%，是对照的3.05倍。9#、5#次之，是对照的2.31倍，2#最小，为对照的1.12倍。除6#、5#、3#、9#、14#外，其余处理与对照差异不显著 (P＞0.05)。各施肥处理间的地径也存在显著差异 (P＜0.05)。与苗高的生长情况一致，施肥后地径增长率最大的也是6#，即配方N2P2K2，是对照的1.78倍，5#、3#、6#、14#也表现出较好的长势，2#处理地径生长最差，仅为对照的96.30%。
| 处理 Treatment |
苗高Height/cm | 增长率 Increase/% |
地径Ground diameter/mm | 增长率 Increase/% |
||
| 施肥前 Before fertilization |
施肥后 After fertilization |
施肥前 Before fertilization |
施肥后 After fertilization |
|||
| 1#(CK) | 5.52±0.37a | 8.38±1.80e | 51.81 | 1.83±0.16a | 2.73±0.16cde | 48.70 |
| 2# | 5.46±0.42a | 9.38±1.26de | 71.72 | 1.79±0.08a | 2.63±0.39e | 46.82 |
| 3# | 5.58±0.64a | 11.90±1.94abc | 113.21 | 1.86±0.05a | 3.35±0.51abcd | 78.61 |
| 4# | 5.60±0.40a | 10.82±1.90bcde | 93.08 | 1.81±0.04a | 2.98±0.30bcde | 64.81 |
| 5# | 5.55±0.38a | 12.18±1.83ab | 119.46 | 1.96±0.05a | 3.50±0.36ab | 78.57 |
| 6# | 5.40±0.35a | 13.94±1.47a | 158.15 | 1.95±0.08a | 3.64±0.50a | 86.55 |
| 7# | 5.68±0.18a | 10.96±2.10bcd | 92.96 | 1.83±0.07a | 2.87±0.34bcde | 57.15 |
| 8# | 5.32±0.32a | 9.53±2.66de | 79.14 | 1.73±0.07a | 3.12±0.88abcde | 80.22 |
| 9# | 5.37±0.22a | 11.80±0.48abcd | 119.53 | 1.93±0.12a | 3.11±0.45abcde | 61.14 |
| 10# | 5.52±0.31a | 9.48±3.22de | 71.58 | 1.91±0.06a | 2.65±0.76de | 38.74 |
| 11# | 5.33±0.54a | 9.72±1.73cde | 82.54 | 1.90±0.06a | 2.80±0.16cde | 47.45 |
| 12# | 5.47±0.27a | 9.74±1.15cde | 77.88 | 1.92±0.05a | 2.84±0.29bcde | 48.01 |
| 13# | 5.86±0.36a | 9.50±1.64de | 61.69 | 1.83±0.06a | 2.66±0.63de | 45.16 |
| 14# | 5.56±0.49a | 11.46±0.58bcd | 106.12 | 1.87±0.06a | 3.39±0.57abc | 80.80 |
| 1)同列数据后不同字母表示差异显著 (P＜0.05)。Note：different letters in the same column indicate significant differences (P＜0.05). | ||||||
不同配方施肥对根系的影响较大。从表 3可以看出，各处理的总根长差异极显著 (P < 0.01) 且均大于对照，7#处理即N2P3K2总根长最长，是对照的2.07倍，12#处理的总根长最短，比对照长10.70%。各施肥处理的总根表面积均大于对照，且差异显著 (P＜0.05)，10#处理N2P2K3的总根表面积最大，是对照的2.07倍，6#、9#处理也有较大的总根表面积，总根表面积最小的是12#处理，为对照的97.45%。花榈木幼苗平均根系直径、总根体积、≥5 cm侧根数以6#最大，分别是对照的1.77、3.90、5.82倍。各处理的平均根系直径、根尖数显著高于对照 (P＜0.05)，总根体积极显著高于对照 (P＜0.01)。上述表明施肥处理有利于根系长度、总根表面积、根系直径和总根体积的增长及侧根和根尖数的增加。
| 处理 Treatment |
总根长 Root length/cm |
总根表面积 Root area/cm2 |
平均根系直径 Root diameter/mm |
总根体积 Root volume/cm3 |
≥5 cm侧根数 Lateral root number |
根尖数 Tips |
| 1#(CK) | 39.26±4.45E | 13.08±2.58c | 0.72±0.17e | 0.21±0.08F | 1.1±0.1d | 106±6.80e |
| 2# | 48.84±3.76D | 13.30±1.32c | 0.89±0.16d | 0.30±0.05E | 2.0±0.1c | 150±8.55c |
| 3# | 77.38±5.21AB | 17.89±2.32b | 1.07±0.20bc | 0.79±0.09A | 4.3±0.3b | 214±20.83a |
| 4# | 61.43±4.23C | 21.75±1.54ab | 1.16±0.24b | 0.64±0.02B | 3.5±0.3b | 239±9.65a |
| 5# | 71.35±2.67B | 21.09±2.64ab | 1.01±0.13c | 0.54±0.04C | 4.0±0.6b | 240±10.00a |
| 6# | 62.89±1.89C | 25.22±2.33a | 1.28±0.22a | 0.82±0.06A | 6.4±0.6a | 193±5.32b |
| 7# | 81.52±1.88A | 24.40±3.15a | 0.90±0.19d | 0.41±0.02D | 3.2±0.3bc | 158±6.56c |
| 8# | 50.05±2.16D | 20.50±2.07b | 0.88±0.21d | 0.46±0.05D | 4.2±0.1b | 191±10.25b |
| 9# | 60.47±4.53C | 17.31±1.65b | 0.98±0.08c | 0.61±0.08B | 4.4±0.1b | 188±16.40b |
| 10# | 75.43±4.36B | 27.06±3.16a | 1.07±0.21bc | 0.55±0.05C | 3.0±0.2bc | 129±5.65d |
| 11# | 57.97±1.37CD | 17.37±1.97b | 0.99±0.15c | 0.44±0.03D | 3.1±0.3bc | 163±13.46c |
| 12# | 43.46±2.16DE | 12.75±1.45c | 0.94±0.11cd | 0.31±0.01E | 1.1±0.1d | 138±11.22cd |
| 13# | 48.98±3.26D | 14.33±1.58c | 0.91±0.13d | 0.34±0.04E | 4.0±0.3b | 140±8.60cd |
| 14# | 75.15±2.78B | 19.82±2.14b | 0.86±0.12d | 0.43±0.04D | 3.3±0.3bc | 166±9.40c |
| 1)同一列未出现相同大写字母表示差异极显著 (P＜0.01)。Note：the same column does not appear the same capital letters indicate very significant differences (P＜0.01). | ||||||
施肥试验结束后，对花榈木生物量调查结果 (图 1) 分析表明，各施肥处理根生物量和地上生物量存在显著差异 (P＜0.05)，总生物量存在极显著差异 (P＜0.01)，总生物量较大的有6#、7#、10#，分别是对照的2.93、2.81、2.76倍。各处理总生物量的大小排序为：6#＞7#>10#＞9#＞14#＞3#＞11#＞5#＞12#＞8#＞4#＞13 #＞2#＞1#。在生物量分配上，施肥处理对地上部分生物量的影响大于根生物量。
|
图 1 不同配方施肥处理对生物量及分配的影响 Fig. 1 Influence of different formula fertilization on biomass and distribution |
对不同施肥处理间光合速率、蒸腾速率的方差分析结果表明 (表 4)，各处理间光合参数差异显著 (P＜0.05)。各施肥处理的光合速率均高于对照，最大为的6#，是对照的2.20倍，其次为7#、5#，但与6#差异不显著 (P＞0.05)，说明这几个处理光合速率均有较高水平。施肥的处理中光合速率最小的为2#，与对照差异不显著 (P＞0.05)。蒸腾速率则以对照最大，其余施肥处理均显著小于对照 (P＜0.05)，7#蒸腾速率最小，仅为对照的25.85%，说明施肥处理能降低蒸腾、减少苗木水分的丧失。
| 处理Treatment | 光合速率Photosynthetic rate/(μmol·m-2·s-1) | 蒸腾速率Transpiration rate/(mmol·m-2·s-1) |
| 1#(CK) | 2.440±0.170f | 0.615±0.013a |
| 2# | 2.645±0.201f | 0.396±0.010c |
| 3# | 3.477±0.181e | 0.516±0.019b |
| 4# | 3.538±0.141e | 0.238±0.016f |
| 5# | 5.113±0.185a | 0.406±0.026c |
| 6# | 5.373±0.203a | 0.375±0.009cd |
| 7# | 5.165±0.132a | 0.159±0.016g |
| 8# | 4.857±0.365b | 0.365±0.008d |
| 9# | 4.048±0.186d | 0.358±0.013d |
| 10# | 4.825±0.119b | 0.328±0.006e |
| 11# | 4.648±0.136c | 0.248±0.003f |
| 12# | 4.842±0.253b | 0.230±0.009f |
| 13# | 4.701±0.160c | 0.239±0.001f |
| 14# | 4.932±0.247b | 0.336±0.010de |
苗木生理生化指标体现苗木的存活、生长状况或生长潜力，施肥的影响首先体现在植株内在生理生化指标的变化上。研究结果表明 (表 5)：各个施肥处理的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量均极显著 (P＜0.01) 高于对照，6#、11#的叶绿素a最大，是对照的2.52、2.46倍，二者差异不显著 (P>0.05)，4#处理的叶绿素b含量最高，为对照的6.07倍，3#、6#具有较低水平的叶绿素b含量，为对照的1.4倍。11#、4#处理叶绿素总量较高是对照的2.73、2.55倍。3#、12#、2#的叶绿素总量较低。表明氮素的施入量是影响叶绿素总量的主要因素，施入氮肥，有利于提高叶绿素含量。
| 处理 Treatment |
叶绿素a含量 Chlorophyll a /(mg·g-1) |
叶绿素b含量 Chlorophyll b /(mg·g-1) |
叶绿素总量 Total chlorophyll /(mg·g-1) |
硝态氮含量 Nitrate nitrogen /(mg·g-1) |
硝酸还原酶活性 Nitratereductase /(μg·g-1·h-1) |
根活力 Root vitality /(μg·g-1) |
| 1# | 1.49±0.29H | 0.15±0.09G | 1.64±0.48H | 2.11±1.85H | 30.24±0.58G | 0.709±0.003F |
| 2# | 1.80±0.39FG | 0.69±0.03C | 2.49±0.36E | 2.67±2.10G | 37.44±1.05F | 1.393±0.050C |
| 3# | 1.74±0.26G | 0.21±0.06F | 1.95±0.37G | 3.45±1.83EF | 40.06±2.82E | 1.321±0.011C |
| 4# | 3.28±0.15B | 0.91±0.07A | 4.19±0.14AB | 4.39±1.59D | 52.95±2.04C | 1.324±0.023C |
| 5# | 2.53±0.58DE | 0.75±0.16BC | 3.28±0.04C | 4.14±2.37D | 55.72±1.09B | 0.904±0.082E |
| 6# | 3.75±0.24A | 0.21±0.02F | 3.96±0.26B | 5.63±2.33B | 56.53±2.47B | 1.019±0.052DE |
| 7# | 2.62±0.16D | 0.48±0.06D | 2.90±0.21D | 4.48±3.21CD | 57.83±1.37AB | 1.780±0.007A |
| 8# | 2.68±0.28D | 0.26±0.03EF | 2.94±0.27D | 4.89±2.64C | 52.46±1.58C | 1.633±0.040B |
| 9# | 3.34±0.78B | 0.74±0.10BC | 4.08±0.85B | 4.75±1.88C | 50.29±2.07C | 1.165±0.081D |
| 10# | 2.15±0.19F | 0.30±0.01E | 2.45±0.36E | 4.56±2.25CD | 59.47±0.48A | 1.766±0.019A |
| 11# | 3.67±0.67A | 0.80±0.08B | 4.47±0.37A | 6.04±3.54A | 56.40±1.53B | 1.653±0.025B |
| 12# | 1.91±0.12F | 0.24±0.07F | 2.15±0.31F | 3.10±1.67F | 39.12±1.80E | 0.897±0.014E |
| 13# | 1.67±0.20G | 0.76±0.18B | 2.43±0.19E | 3.87±2.33E | 40.20±0.41E | 0.934±0.218E |
| 14# | 2.91±0.19C | 0.42±0.09D | 3.33±0.42C | 4.19±2.26D | 44.35±1.81D | 0.914±0.144E |
不同配方施肥处理花榈木的硝态氮含量与叶绿素含量的变化基本一致，各施肥配方的硝态氮含量均极显著高于对照 (P＜0.01)，11#处理即N3P2K2的硝态氮含量最高，是对照的2.86倍，各处理硝态氮的含量随N素的施入量增大而增大。各施肥处理的硝酸还原酶和根活力也极显著高于对照对照 (P＜0.01)，硝酸还原酶活性最高为10#处理，为对照的1.97倍。根活力最高为7#处理、10#次之，分别是对照的2.51、2.49倍，两者差异不显著 (P>0.05), 表明较高水平的P元素有利于根系的生长。
2.6 施肥模型建立与肥料用量确定通过回归分析，得到生物量与氮磷钾肥料之间三元二次方程回归模型为：
Y=0.409+1.536X1－0.596X12－1.946X2－1.768X22+0.802X3-0.833X32+1.475X1X2-1.744b8X1X3+4.895X2X3
F=18.179＞F0.05=6，R2=0.976，F检验达显著水平，方程拟合成功，根据此方程计算可得生物量最大施肥量为：氮肥1.41 g·株-1、磷肥0.44 g·株-1、钾肥0.29 g·株-1。
3 结论与讨论不同配方施肥试验表明，花榈木施肥后各个处理的苗高、地径、根系、生物量等生长指标以及光合速率、光能利用效率和水分利用效率、叶绿素含量、硝态氮、硝酸还原酶、根活力等生理生化指标均大于对照，蒸腾速率则以对照最大，其余施肥处理均小于对照，不同的施肥配方对一年生花榈木容器苗的影响不同，在14个配方中，6#(N2P2K2) 的苗高、地径、平均根系直径、总根体积、≥5 cm侧根数、总生物量、光合速率，叶绿素a最大，7#(N2P3K2) 总根长最长、根活力最大，光能利用效率最高。10#处理N2P2K3的总根表面积最大，硝酸还原酶活性最高。11#(N3P2K2) 的叶绿素总量、硝态氮含量最高。经三元二次施肥模型拟合，可得生物量最大时施肥方案为：氮肥1.41 g·株-1、磷肥0.44 g·株-1、钾肥0.29 g·株-1。
大量的施肥试验证明[15-16]，氮、磷、钾配方施肥能够显著地提高苗木的生长量，增加叶绿素含量，增强酶的活性，改善光合作用能力，并促进苗根发育，但氮、磷、钾3种肥料对苗木生长和生理影响的效应则差异较大，吴国欣等[17]认为氮、磷、钾3种元素对降香黄檀苗木生长和生理的影响以磷为最大，其次是钾，氮的影响效应最小；郑绍鑫等[18]研究得出氮肥对麻疯树生长和生理影响最显著，磷、钾分别对不同的指标有不同程度的促进作用。本研究结果则与刘秀等研究结果类似：N元素对花榈木生长及生理的影响较大，而P、K元素的影响较小，这可能与试验基质养分状况和苗木特性不同有关。
本研究4个氮肥水平中，第2水平下苗木综合表现最好，氮元素利用率也最高；施氮量最多的3水平则因氮肥过多，植株的生长量反而较低，苗木的生理活性亦有所下降，吸收利用氮的能力降低，施肥量大的处理的部分植株甚至出现轻度萎蔫的现象，这与郭喜军[20]研究结果一致。花榈木作为根瘤树种，自身具有固氮作用，可以少施氮肥，但本研究对象为一年生花榈木，结瘤较少，固氮体系较弱，因此，仍然需要补充中等水平的氮素。磷在固氮豆科作物的生长和结瘤固氮过程中发挥着重要的作用，缺磷会明显影响根瘤生长和同氮能力[21-22]，本试验中7#配方 (N2P3K2) 为高磷配方，根生物量及根活力最大，表明P肥对苗木根系生长的影响高于对苗木地上部分生长的影响，与前人的研究一致。钾虽然不参与植物体内有机物的组成，却是生命活动中不可缺少的重要元素之一，有助于提高植物的抗逆性。本试验中，钾元素不同水平的配方对一年生花榈木生长和生理指标的影响均不显著，原因可能是基质速效钾含量较高，且相对氮、磷元素，钾的流动性较强，同时花榈木生长较慢，其增强抗性的作用在短期内未能表现出来，但和氮肥、磷肥的协同作用却是中等水平最好。因此，在容器苗培育中要注重氮、磷、钾的平衡施用。
本文只对1年生花榈木容器苗进行氮、磷、钾的施肥试验的初步研究，而对花榈木2年生以上苗木的的配方施肥、指数式施肥及其他施肥方式等都有待进一步探索。
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