不同配方轻基质对鳞皮云杉生长及光合参数的影响

王生云，陶永明，司剑华

（1.青海省玛可河林业局，青海 果洛 814300；2.青海大学 农牧学院，青海 西宁 810003）

鳞皮云杉Picea retroflexa属松科Pinaceae云杉属Picea乔木，为中国特有树种，寿命长，材质好，耐荫耐寒性较强，主要分布于四川省岷江支流杂谷河流域、大渡河流域上游和雅碧江流域及青海省东南部[1-2]。鳞皮云杉作为亚高山针叶林的主要建群种之一，在亚高山区森林植被中占有重要的地位。近年来随着退耕还林、封山育林及天保工程的实施，鳞皮云杉也逐渐用于川西高原、青海东南部等亚高山地区造林[3]。

目前，很多苗圃为节约成本，采用传统大田育苗，不仅根系较小，起苗时根系受损较重，对造林成活率影响较大[4-5]。多数研究表明容器育苗是提高苗木质量的重要途径，容器苗具有根系旺盛、无返苗期等特点，不仅可提高造林成活率，并且不受造林季节的限制，增加了造林季节的灵活性[6]。而容器育苗的关键在于基质的选择和配制，作为苗木成活和生长发育的基础，是决定苗木质量的关键因素，对容器育苗的成败起决定作用[7]。

然而，自容器育苗推广以来，大多数育苗仍以森林腐殖质土及当地泥土作为基质，不仅不利于根系的延伸，而且质量较大，不便运输，上山造林人工成本较高[8-9]。轻基质是经过发酵或炭化处理的农林废弃物与泥炭、珍珠岩、蛭石等轻体矿物质组成的混合物，养分丰富、疏松透气，便于根系的生长，并且质量轻、移栽简便不伤根、造林成活率高、有效节约造林成本，是目前容器苗发展的主要趋势，广泛应用于农林业容器育苗等行业[10-11]。因此，本研究在青海省玛珂河林区内，以泥炭、椰糠、珍珠岩为基质原料，配制多种轻基质，研究不同轻基质配方对鳞皮云杉幼苗生长的影响，以筛选适合当地鳞皮云杉容器育苗的最佳配方，为鳞皮云杉的育苗及造林工程提供有效的技术指导及科技支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与方法

试验地点设在玛珂河林区，位于青海省果洛藏族自治州班玛县境内，100°45′E，32°39′N。年平均气温2.4℃，极端最高气温28.1℃，极端最低气温-29.7℃，年平均降水量638.4 mm，年平均日照时数为2 655 h。鳞皮云杉种子采自玛珂河林区的鳞皮云杉母树林，采种时间为2014年10月中旬。选择无纺布育苗袋（直径8 cm，高12 cm）。育苗轻基质设置5个处理，分别为P1（泥炭：椰糠：珍珠岩=4.5:4.5:1，均为体积比），P2（泥炭：椰糠：珍珠岩=5:4:1），P3（泥炭：椰糠：珍珠岩=6:3:1），P4（泥炭：椰糠：珍珠岩=7:2:1），P5（泥炭：椰糠：珍珠岩=8:1:1），泥炭、椰糠、珍珠岩均购于当地花卉市场，并以当地土壤（暗棕壤）作为对照基质（CK），各处理的理化性质见表1。2015年4月10日配制不同配比轻基质，同时对种子采用0.5%的硫酸铜溶液浸泡0.5 h，然后置于干净的河砂中进行沙藏，相对含水量保持在60%～70%。10 d后将各配比的轻基质分别装入无纺布育苗袋中，各200个，1个育苗袋播2～3粒种子，待种子发芽后进行间苗，保持1袋1株苗。连续培育3 a，各处理常规管理一致，2018年5月上旬进行各处理相关指标的测定，包括苗高、地径、生物量、根系形态、根系活力及光合参数。

1.2 测定方法

各处理随机抽取10株鳞皮云杉苗进行各指标的测定（抽样方法分东南西北中5个区域，各区域随机取2株，共取10株），苗高、地径、生物量的测定参照陶永明等[12]的方法；根系形态采用加拿大WinRHIZO根系分析系统测定，包括根系表面积、根长及根尖数量[13]；根系活力采用张志勇等[14]的TTC法；光合参数采用美国LI-COR公司生产的Li-6400光合作用测量系统测定，测定时选择生长正常、成熟的功能叶，叶室采用针叶叶室，测定时间选在晴天9:00-11：00，测定时叶室内光强设定为1 200 μmol·m-2·s-1，CO2浓度同外界大气浓度，叶片温度25～30℃。测定参数包括净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率，水分利用效率直接用测得的净光合速率与蒸腾速率的比值计算[15]。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据统计，OriginPro 8.0进行作图，SPSS 17.0进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理鳞皮云杉的苗高和地径

如图1所示，鳞皮云杉培育3 a后，苗高和地径在不同基质条件下表现出了明显的差异，5个处理的苗高和地径均显著高于CK（P＜0.05）。5种轻基质中，P3，P4，P5处理的苗高较大（三者间差异不显著），高出CK 14.8%以上（图1A），其次是P1和P2，高出CK 7.80%以上。5种轻基质条件下鳞皮云杉的地径无显著性差异（图1B），但均高出CK 18.5%以上。

图1 不同配方轻基质鳞皮云杉的苗高和地径（平均值±标准误差）Figure1 Height and ground diameter of Picea retroflexa seedlings on different medims(mean±SE)

2.2 不同配方轻基质鳞皮云杉的生物量

如图2所示，鳞皮云杉的地上部分和根系生物量在不同基质条件下均表现出了明显差异，均显著高于CK（P＜0.05）。如图2A，5种轻基质中，P4和P5的地上部分生物量最大（两者间差异不显著），比CK高出67.4%以上，其次是P1，P2和P3（三者间差异不显著），比CK高出35.9%。图2B显示，5种轻基质中，P3，P4和P5的根系生物量最大（三者间差异不显著），比CK高出90.7%以上，其次是P1和P2，比CK高出44.4%。

图2 不同配方轻基质鳞皮云杉的生物量（平均值±标准误差）Figure2 Biomass of P.retroflexa seedlings on different medium(mean±SE)

2.3 不同配方轻基质鳞皮云杉的根系生长情况

如表2所示，鳞皮云杉的根系生长在不同基质条件下均表现出了明显差异。5个处理的根系表面积、总根长、根尖数量和根系活力均显著高于CK（P＜0.05），其中，P4和P5的根系表面积最大，两者无显著性差异，但均高出CK 107.6%，其次是P3，高出CK 71.5%，而P1和P2相对较小；5种轻基质中，P4和P5的总根长较大，两者间无显著性差异，但均高出CK 116.9%以上，其次是P1，P2和P3，显著高出CK 80.3%以上；5种轻基质中，P4和P5的根尖数量较大，两者间无显著性差异，但高出CK 99.1%以上，其次是P1，P2和P3，显著高出CK 54.2%以上；5种轻基质中，P3，P4和P5的根系活力最大，三者间无显著性差异，但高出CK 79.2%，其次是P1和P2，显著高出CK 45.8%以上，表现出更强的吸收能力。

表2 不同配方轻基质鳞皮云杉的根系生长（平均值±标准误差）Table2 Root growth of P.retroflexa seedlings on different medium(mean±SE)

2.4 不同配方轻基质鳞皮云杉的光合参数

光合作用是植物生长的物质能量来源，其强弱直接关系着植物生长发育的好坏。如图3A，鳞皮云杉在5种轻基质中，P3，P4和P5净光合速率最大，三者间无显著性差异，均高出CK 66.1%以上，而P1和P2相对较小，两者间无显著性差异，但均高出CK 29.3%。图3B，3C看出，各基质条件下鳞皮云杉的蒸腾速率和气孔导度均以P2最大，其次是P3和P5，而P1，P4和CK较小。水分利用效率是植物消耗单位重量水分所固定CO2的数量，水分利用效率越高，固定CO2的数量越多，光合能力就越强。图3D显示，鳞皮云杉在5种轻基质中，P4的水分利用效率最大，显著高于其它4种轻基质处理（P＜0.05），且显著高出CK 67.6%，其次是P1，P3和P5，显著高出CK 38.8%以上（P＜0.05），P2最小，与CK间无显著性差异。

图3 不同配方轻基质鳞皮云杉的光合参数（平均值±标准误差）Figure2 Photosynthetic parameters of P.retroflexa seedlings on different medium(mean±SE)

2.5 鳞皮云杉根系与地上部分生长情况的相关性

对各轻基质配方条件下鳞皮云杉的根系与地上部分生长及光合情况进行相关性分析，结果见表3。根系表面积、总根长、根尖数量和根系生物量四者之间呈显著正相关，而此四者与根系活力总体上也表现出显著的正相关性。根系表面积、总根长、根尖数量和根生物量总体上均与地上部分生长情况（株高、地径和地上部生物量）、净光合速率及水分利用效率呈显著正相关，并且根系活力同样与地上部分生长、净光合速率及水分利用效率呈显著的正相关。可见，鳞皮云杉根系的生长及吸收能力的增强对地上部分的生长、光合强度及水分利用效率均有显著的促进作用。

表3 鳞皮云杉根系与地上部分生长情况的相关系数Table3 Correlation coefficient of growth of root system and above-ground part of P.retroflexa seedlings

3 结论与讨论

基质作为容器苗成活和生长发育的基础，是决定苗木质量的关键因素，而不同育苗基质直接反映在苗木地上形态的变化上[16-17]。本研究选择泥炭、椰糠、珍珠岩3种育苗常用基质材料，不仅质量较轻，富含N，P，K等植物所需的营养，并且3种材料混合后能克服单种基质理化性状一致的不足，达到更好的育苗效果。从5种轻基质配方鳞皮云杉幼苗的生长情况和光合参数可以明显看出，5个处理的苗高、地径、地上部分生物量、根系生物量、总根长、根系表面积、根尖数量、根系活力等均显著高于CK，表现出更强的长势。净光合速率的强弱直接反应了植物同化CO2，制造干物质的能力，水分利用效率表示消耗单位质量水所制造的干物质量。5种配方轻基质的鳞皮云杉净光合速率和水分利用效率显著高于CK，说明轻基质条件下鳞皮云杉的光合产能更大，并且可以利用较少的水分获得更大的物质积累，这对于降雨量较少的地区育苗具有重要意义。土壤结构会影响土壤中氧气和水分的含量，在植物种子萌发阶段，水分、温度和氧气起着重要作用，但在幼苗生长阶段，光照和矿质营养对其生长则显得更为重要，充足的有效养分能够更好的促进植株的干物质积累[18]。因此，本研究在各基质水分充足且环境条件一致的情况下，5种轻基质比土壤基质更加的疏松透气，可利用的有效N，P，K等养分更多，更好的促进了鳞皮云杉的生长。

本研究还发现，不同轻基质配方的育苗结果也存在较大差异，总体上以P4和P5处理的鳞皮云杉长势更好。这与此两种配方轻基质的N，P，K等有效养分含量更高有关，同时，这两个配方轻基质鳞皮云杉的根系生长情况显著优于其他几个处理。许多研究表明，根系是植物吸收水分和矿质营养的主要器官，其大小、分布及活力直接关系着植物吸收养分和水分的数量，对植物生长发育有很大影响[19]。通过对配方各轻基质鳞皮云杉的根系与地上部分生长情况和光合参数进行相关性分析，发现其根系表面积、总根长、根尖数量、根生物量和根系活力均与地上部分的生长呈显著的正相关性，与地上针叶的净光合速率及水分利用效率同样呈显著正相关，表明旺盛的根系对地上部分的生长和光合产能均具有显著的促进作用。而地上部分生长旺盛，光合能力增强，产生更多的物质能量，反过来又能促进根系的生长。并且，根系旺盛的植物在移栽后更容易存活，能更快适应新的土壤环境[20-21]，因此轻基质营养丰富、疏松透气，能够很好的促进鳞皮云杉的生长，尤其是促进根系旺盛生长，从而提高其上山造林的成活率。

综上所述，P4和P5处理的鳞皮云杉的生长情况均较好，两者之间差异不明显，但P4的水分利用效率更高。本研究选择的几种材料，泥炭成本最高，其次是椰糠，所以兼顾成本的情况下，以配方P4最优。目前，多数轻基质以泥炭为主要材料，且用量较大，而泥炭属于不可再生资源，长期的开采易耗竭，因此在未来鳞皮云杉的育苗研究中，还有待寻找替代泥炭且可再生的材料，促进鳞皮云杉容器育苗产业的健康发展。