不同配比施肥对马尾松幼苗生长特征的影响

2022-05-13 06:37罗仙英莫荣海丁贵杰陈龙
广西植物 2022年4期
关键词:马尾松幼苗生长

罗仙英 莫荣海 丁贵杰 陈龙

摘要:  为获得马尾松幼苗最佳施肥配方,该文以1年生马尾松幼苗为试验材料,采用L16(43)正交设计,并通过测定幼苗苗高、地径、生物量、叶绿素含量、叶片N、P、K含量,探讨不同N、P、K配比施肥对马尾松幼苗生长特征影响。结果表明:(1)不同配比施肥处理间马尾松幼苗苗高、地径、生物量、质量指数、叶绿素和养分含量存在显著差异,其中,处理12生物量、质量指数、叶绿素a和总叶绿素含量、隶属值最高。(2)施N对幼苗生长及生理指标均有极显著影响;施K对苗高、地径、地上生物量、总生物量有显著影响,对叶绿素和针叶养分有极显著影响;施P对叶绿素a、叶绿素b、针叶N和P含量有极显著影响,对苗高、地下生物量、总叶绿素含量有显著影响。(3)施N对苗高、地径、地上生物量、总生物量、质量指数、叶绿素a含量、总叶绿素含量和针叶N含量的影响最大,K次之,P最小。各因素对地下生物量和针叶P含量的影响均表现为N>P>K。(4)N3水平利于幼苗苗高地径的生长及生物量的积累,N4水平利于叶绿素a和总叶绿素含量及针叶N、P含量的积累,P4水平利于生物量、叶绿素含量和养分P含量的积累。综合分析可知,马尾松幼苗前期应以施N为主,配施P和K相辅,配施N3P4K2营养液利于提升幼苗综合质量,即N、P、K浓度分别8.25、1.00、1.50 mmol·L-1

關键词: 马尾松, 幼苗, 配比施肥, 生长, 苗木质量

中图分类号:  Q945; S72文献标识码:  A文章编号:  1000-3142(2022)04-0608-09

Effects of different fertilization ratios on growth characteristics of Pinus massoniana seedlings

LUO Xianying MO Ronghai DING Guijie CHEN Long

( 1. Institute for Forest Resources and Environment of Guizhou/College of Forest, Guizhou University, Guiyang 550025, China;

2. Key Laboratory of Forest Cultivation in Plateau Mountain of Guizhou Province, Guiyang 550025, China )

Abstract:  In order to obtain the optimal fertilization formula for Pinus massoniana seedlings, one-year-old seedlings were selected and grown in a L16 (43) orthogonal design. Traits, such as seedling height, ground diameter, biomass, leaf chlorophyll contents and N, P, K contents, were measured to explore the effects of different N, P, K fertilization ratios on growth characteristics. The results were as follows: (1) There were significant differences in seedling height, ground diameter, biomass, quality index, chlorophyll and nutrient contents among different fertilization ratios treatments. Among them, treatment 12 had the highest biomass, quality index, chlorophyll a and total chlorophyll contents, and membership value. (2) N application had extremely significant effects on growth and physiology; K application had significant effects on seedling height, ground diameter, above-ground biomass, total biomass, and had extremely significant effects on chlorophyll and needle nutrients; Besides, P application had extremely significant effects on chlorophyll a, chlorophyll b, N and P contents in needles, and had significant effects on seedling height, under-ground biomass and total chlorophyll content. (3) N application had greater effect on seedling height, ground diameter, above-ground biomass, total biomass, quality index, chlorophyll a, total chlorophyll and N contents in needles than K and P applications. The effects on under-ground biomass and P contents of needles were as N>P>K. (4) N3 level was beneficial to seedling height, diameter and biomass accumulation. N4 level was beneficial to the accumulation of chlorophyll a and total chlorophyll contents, N and P contents in needles, while P4 level was beneficial to biomass accumulation, chlorophyll and P contents accumulation. Comprehensive analysis showed that N should be applied mainly in the early stage of P. massoniana seedlings, supplemented by P and K. N3P4K2 nutrient solution can improve the overall quality of seedlings, with N, P and K concentrations as 8.25, 1.00 and 1.50 mmol·L-1, respectively.

Key words: Pinus massoniana, seedling, fertilization ratios, growth, seedling quality

施肥是改善土壤养分并提高苗木质量的重要措施之一,在苗木管理中常选用氮(N)、磷(P)、钾(K)作为施肥源料,常被植物以吸收运输及同化方式将其运用到生理代谢活动中,其含量的高低对苗木质量的好坏有直接影响(杨阳等,2021)。三者合理协调供应有利于植物各器官N、P、K含量维持相对平衡状态,在满足生长所需养分的同时促进干物质积累和提升综合质量,达到节本增效、用养结合、增强抗逆性的目的(Schoenbeck et al.,2020;Peng et al., 2020)。近年来,苗木配比施肥的研究已见大量报道,常见于薄壳山核桃(Carya illinoinensis)(郑小琴等,2019)、辣木(Moringa oleifera)(张敏等,2019)、紫椴(Tilia amurensis)(杨阳等,2021)、楸树(Catalpa bungei)(王祥等,2021)等树种中。研究表明,根据苗木的需肥特性进行配比施肥研究是提高肥效的关键所在,施肥过多或过少会造成资源浪费或养分不足(张敏等,2019;杨阳等,2021)。在闽楠(Phoebe bournei)、灰木莲(Manglietia glauca)、薄壳山核桃等配方施肥研究中发现,合理N、P、K配施后,苗木通过提高光合色素含量,增强叶片捕光能力,加速光合产物合成,促进苗木苗高地径生长及生物量积累(陈琳等,2017;郑小琴等,2019;Wang et al., 2020)。已有相关研究通过了解薄壳山核桃、紫椴幼苗施肥后叶片N、P、K含量,掌握幼苗的养分分布及植株营养状况(郑小琴等,2019;杨阳等,2021)。但由于树种的遗传性状存在差异,不同配比施肥条件下,苗木对肥效的响应不同,例如,灰木莲光合受P的影响较大,而薄壳山核桃主要受N的影响(陈琳等,2017;郑小琴等,2019;杨阳等,2021)。另外,不同树种的最佳施肥量不同,不同树种的最佳施肥配方尚不完善(Jose et al., 2011;张敏等,2019)。

马尾松(Pinus massoniana)是我国南方特有的乡土造林树种,具有较好的发展前景。近年研究发现,马尾松人工林土壤供N、P能力逐渐下降,马尾松生长由P限制转变为N、P限制的风险增强(盘金文等,2020;Hou et al., 2020)。目前,马尾松幼苗施肥研究也取得较大进展,特别是在肥种效应(Ge et al., 2019)、单一肥种施肥量(吴修蓉等,2019)、不同氮形态(王胤和姚瑞玲,2021)方面取得丰厚成果。适宜的施肥对马尾松叶绿素含量和生物量积累存在一定影响,应用配比施肥方法揭示不同N、P、K水平对马尾松幼苗生长、光合色素含量及叶片养分的影响,从而提出马尾松幼苗施肥管理的最佳配方,此类研究较少。为此,本研究以1年生马尾松幼苗为试验材料,采用L16(43)正交设计,设置不同N、P、K水平的配比组合,探讨不同配比施肥对马尾松幼苗生长特征的影响,以期寻找马尾松幼苗的最佳施肥组合,为优质马尾松幼苗的培育与施肥管理提供科学依据和实践指导。

1材料与方法

1.1 试验地概况

试验于贵阳市花溪区贵州大学林学院实验苗圃(104°39′—104°40′ E,26°26′—26°27′ N)内进行。该区气候属于亚热带湿润温和气候,平均海拔920 m,年平均温度15.6 ℃,年降水量1 229 mm。

1.2 试验材料

2017年4月,于都匀市马尾松国家良种基地1.5代种子种园内的同一半同胞家系中,选取长势均一的112株幼苗,移栽至贵州大学南校区苗圃进行施肥试验,缓苗3个月,7月上旬开始施肥试验。试验前测得苗木苗高为(20.06 ± 2)cm,地径为(3.67 ± 0.4)mm。实验选用20~40目含硅量大于98%的石英砂作为盆栽基质,石英砂经0.3%盐酸浸泡一周后并清洗干净,装于19 cm(径)× 22 cm(高)的塑料盆中,每盆约4.5 kg待用。营养液选用Hoagland和Arnon配方进行配置,且试验期间选用NH4NO3、KNO3、NH4H2PO4、KH2PO4、K2CO3提供N、P、K元素进行施肥试验。

1.3 试验设计

参照周玮和周运超(2011)和简才源(2015)研究结果,采用3因素4水平L16(43)正交试验设计,其中,N因素4个水平分别为0.75、3.75、8.25、15.00 mmol·L-1,P因素4個水平分别为0.05、0.25、0.55、1.00 mmol·L-1,K因素4个水平分别为0.30、1.50、3.00、6.00 mmol·L-1,各因素水平从低浓度到高浓度用1、2、3、4表示。共计16个(表1)处理,每个处理7株幼苗。2017年7月初进行施肥试验,每5 d浇灌1次营养液,每次100 mL,期间酌情补水,培养3个月。

1.4 指标测定

苗高和地径测定:2017年7月初测定苗高和地径初始值,之后每隔15 d用卷尺测定苗高(精确到0.1 cm),用游标卡尺测定地径(精确到0.01 mm),为期3个月。

生物量测定:每个处理组合挖取5株幼苗,充分洗净植株上附着物,用吸水纸吸干水分,从土痕处用枝剪剪开,分地上与地下部分装入信封袋,在烘箱内经105 ℃杀青30 min后70 ℃烘干至恒重,待冷却后用电子天平测定其干重(精确到0.001 g)。

苗木质量指数=苗木总生物量/(苗高/地径+地上干质量/地下干质量)。

叶片养分测定:采用浓硫酸-高氯酸消煮法进行消煮后,采用靛酚蓝比色法测定全氮,采用钼锑抗比色法测定全磷,采用火焰光度法测定全钾(LY-T 1270-1999和LY-T 1269-1999),每个指标测定5个重复。

叶绿素含量测定:针叶剪短后采用80%的丙酮浸泡,叶片变褪色变白后利用分光光度计测定吸光值,每个处理4个重复。

1.5 数据处理

采用SPSS 19.0软件和Microsoft Excel软件进行数据整理及作图,采用多因素方差分析及Duncan进行多重比较,并利用隶属函数模糊分析法对各指标进行综合评价,通过计算出各指标的隶属值,进而评定施肥对马尾松幼苗苗木质量的影响。公式如下:

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)  (1)

U(Xi)=1-(Xi-Xmin) /(Xmax-Xmin) (2)

式中:U(Xi)为隶属函数值;Xi为马尾松幼苗的某个测定指标;Xmax、Xmin分别为该指标内的最大值和最小值。公式(1)表示指标与苗木质量呈正相关,公式(2)则相反。

2结果与分析

2.1 配比施肥对幼苗苗高和地径生长量的影响

由图1可知,苗高生长量在处理13最大,为3.74 cm,变异系数范围为6.82%~43.24%;地径生长量在处理11最高,为2.19 mm,比处理1高108.57%,变异系数范围为19.54%~40.19%。

N、P、K对苗高和地径影响的主效应中,施N对苗高地径生长有极显著影响(P<0.01),施P仅对苗高生长有显著影响(P<0.05),施K对苗高地径生长有显著影响(P<0.05),且N对苗高和地径的影响最大,K次之,P最小,说明苗高地径生长需大量N和K(表2)。施肥水平上,配施N3P1K4营养液可促进幼苗苗高生长;配施N3P2K1营养液可促进地径生长(图2)。

2.2 配比施肥对幼苗生物量的影响

由图3可知,不同配比施肥处理间生物量存在显著差异。其中,地上生物量、地下生物量、总生物量均在处理12最大,其变异系数范围分别为8.80%~33.95%、9.52%~27.68%、5.01%~16.80%。由表2可知,N、P、K对生物量影响的主效应中,施N对幼苗生物量积累有极显著影响(P<0.01),施P对地下生物量的积累有显著影响(P<0.05),施K对地下生物量及总生物量有显著影响(P<0.05)。各因素对地上生物量和总生物量的影响为N>K>P,对地下生物量的影响是N>P>K,说明幼苗生物量以施N为主,施P促进地下生长,地上生长对K的需求高于P。由图4可知,配施N3P4K3营养液利于促进幼苗地上生物量、地下生物量和总生物量的积累。

2.3 配比施肥对幼苗苗木质量指数的影响

由表3可知,质量指数最高的是处理12,较高的还有处理9和处理11,组内的变异系数范围为8.11%~24.05%。N、P、K对幼苗质量指数影响的主效应中,N达到极显著水平(P<0.01),P和K未达到显著水平(P>0.05),各因素对幼苗质量指數的影响大小为N>K>P,表明幼苗期施N利于提高幼苗质量指数。从施肥水平上发现配施N3P4K3营养液利于提高幼苗质量指数(图4)。

2.4 配比施肥对幼苗叶绿素含量的影响

由图5可知,叶绿素a含量在处理12最高,变异系数范围为2.02%~12.97%;叶绿素b含量在处理5最高,变异系数范围为3.03%~15.71%;总叶绿素含量在处理12最高,变异系数范围为2.35%~9.42%。

由表2可知,施N和K对叶绿素含量的影响均达到极显著水平(P<0.01);施P对叶绿素a和叶绿素b有极显著影响(P<0.01),对总叶绿素有显著影响(P<0.05)。各因素对叶绿素a和总叶绿素的影响为N>K>P;施K对叶绿素b的影响最高,N次之,P最小。可见,不同光合色素对肥种的响应存在差异,N是影响叶绿素合成的主要因子。从施肥水平上看,配施N2P4K2可促进叶绿素b含量积累,配施N4P4K2浓度水平的营养液可促进幼苗叶绿素a及总叶绿素含量的积累(图6)。

2.5 配比施肥对幼苗针叶养分含量的影响

由图7可知,叶片N含量处理11最高,变异系数范围为0.15%~4.31%;P含量处理15最高,变异系数范围为1.90%~4.76%;K含量处理10最高,变异系数范围为0.24%~1.60%。表明随施肥量的增加,可促进幼苗叶片养分的积累,且幼苗叶片对N的积累高于K,更高于P。

施肥因素对养分含量的影响中,施N和K对幼苗针叶N、P、K含量的影响达到极显著水平(P<0.01);施P对针叶N和P含量的影响达到极显著水平(P<0.01),但对针叶K含量没有显著影响(P>0.05)(表2)。N、P、K对针叶N含量的影响大小排序为N>K>P,对针叶P含量的影响排序为N>P>K, 对K含量的影响排序为K>N>P, 表明幼苗期施N有利于促进针叶对N和P吸收。施肥水平上,施以N4P3K1营养液利于促进针叶N的积累,配施N4P4K2营养液利于针叶P含量的积累,配施N3P3K4营养液有利于K含量的积累(图6)。

2.6 隶属函数模糊综合评价

为获得马尾松幼苗的最佳施肥配方,选用隶属函数对苗高、地径、生物量、叶绿素含量、叶片养分含量相关指标进行分析,综合评判不同配比施肥条件下幼苗苗木质量。由表4可知,处理12苗木综合质量最高。为获得正交试验的最佳施肥组合,对生长生理指标的隶属值进行极差分析(表2), 施N对幼苗苗高地径生长、 生物量积累、叶绿素和针叶养分含量积累的影响最大,P次之,K最小,且最佳理论施肥组合是N3P4K2,即对应正交方案中处理12,综合表明马尾松幼苗配施N、P、K浓度分别为8.25、1.00、1.50 mmol·L-1的营养液有利于提高马尾松幼苗综合质量。

3讨论与结论

3.1 施肥对马尾松幼苗生长的影响

施肥是育苗生产实践中保障苗木质量的重要措施,合理的施肥可提升苗木质量(王祥等,2021)。本研究表明,N、P、K配比施肥对马尾松幼苗生长有促进作用,显著影响苗高、地径和生物量,对苗高、地径、地上生物量及总生物量的影响效应为N>K>P,这与周樊等(2020)研究薄壳山核桃N、P、K配比施肥结果一致。张敏等 (2019) 认为,植物地上部分生长受N素调控,合适的范围内增加N素含量可促进地上部分生长,本研究结果与之类似。周玮和周运超(2012)研究N、P、K肥种对马尾松幼苗生长结果显示,P对幼苗苗高地径的影响最大,与本研究结果存在差异。可能是周玮等以马尾松林下土壤为基质,所含养分能满足幼苗对N的需求,但基质中欠缺P,增添P会导致响应较大。而本研究盆栽基质为石英砂,基础养分低于土壤,N浓度较低,导致在N浓度较低的环境中, 马尾松幼苗根系周圍固氮菌丰度和群落多样性降低,添加N后苗木为提高菌落丰度加速吸收养分,导致N的影响效应最大(赵辉和周运超,2020)。因此,在N和P限制风险逐渐增强的生长环境中,马尾松应以施N为主,辅以P和K进行混合施肥。随着施肥量的增高,地上生物量及地下生物量呈先升后降趋势,当施肥量超过养分吸收临界点时,继续添加养分会对幼苗地下部分的生长造成毒害作用,抑制幼苗的生长(周樊等,2020)。本研究发现,处理15生物量显著低于其他处理,处理12生物量最高,可能是在P和K充足的环境下,过量的施N对幼苗造成养分毒害,可见施肥量上也遵循适需原则。

3.2 施肥对马尾松幼苗叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素,利用叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素对红光、蓝光和蓝紫光进行吸收,并将能量传递到反应中心产生化学能,增强植物光合作用,提高植株生物量的积累(Li et al., 2019; Vytautas et al., 2020)。在对薄壳山核桃和闽楠的研究中发现,N、P、K配方施肥可显著提高幼苗光合色素含量,增强光合速率(郑小琴等,2019;Wang et al., 2020)。本研究中,叶绿素a和总叶绿素在处理12(N3P4K2)含量最高,叶绿素b在处理5含量最高,说明合理施肥能显著提高马尾松幼苗光合色素含量,促进光合色素分子传递的效率更高,将化学能转化为碳水化合物的能力更强。但促进叶绿素含量积累的最佳施肥组合N4P4K2并未出现在处理中,主要因正交施肥试验设计是不完全设计,可通过现有施肥处理推测最佳施肥处理,其结果与王祥等(2021)和张敏等(2019)的结果类似。有研究表明,N、P、K配方施肥中N是影响叶绿素含量的主要因子,但过高N摄入会抑制光合色素合成,降低1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性,造成捕光能力下降,光合速率受损(郑小琴等,2019;Wang et al., 2020)。与前人研究不同的是,本研究叶绿素含量随施N水平的增加而呈上升趋势。可能是本研究所配施水平低于抑制光合酶活性的临界值,并未对光合系统造成损害,后期可进一步开展高N含量的试验进行验证。

3.3 施肥对马尾松幼苗针叶养分含量的影响

合理施肥能促使植物体内的N、P、K保持在适当水平,从而达到维持植物正常生长发育的目的(郑小琴等,2019)。叶片作为养分的主要储存库,其N、P、K的含量关系到植物光合作用强弱及干物质积累能力(杨阳等,2021),但不同树种叶片对养分的积累存在差异。试验发现,马尾松幼苗针叶养分的积累呈现N>K>P的现象,与辣木类似(张敏等,2019),说明马尾松幼苗针叶对N和K的需求量更大。但与辣木和薄壳山核桃不同(张敏等,2019;郑小琴等,2019),一方面可能是不同树种需肥特性存在差异,马尾松是喜光树种,需要大量的N素提供能量增加叶绿素,同时促进苗木加速对K的吸收以增强Rubisco酶活性,达到提升光合作用的效果(Xu et al., 2019)。另一方面可能是基质中含有大量络合有效P的金属离子,导致幼苗通过消耗体内P含量达到维持内稳态平衡目的,最终造成幼苗叶片P含量最低的现象(Duncan et al., 2012)。有研究发现,苗木体内N含量较高时,参与植物呼吸作用、光合作用及生理代谢的P和K含量也较高,说明配比施肥对矿质营养的吸收是相互作用的(杨阳等,2021)。本研究结果与之类似,即N3和N4水平有利于针叶N、P、K的积累。

综上所述,在本试验环境下,处理12可显著提高马尾松幼苗生物量、质量指数、叶绿素a和总叶绿素含量;针叶对养分的积累呈现N>K>P的现象,且马尾松幼苗生长受N的影响最大,在施肥时应以施N为主,施以P和K相辅。运用隶属函数及极差法综合分析发现,马尾松幼苗最佳施肥组合是N3P4K2,对应施肥处理12,即N、P、K最佳施肥浓度分别为8.25、1.00、1.50 mmol·L-1

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(责任编辑周翠鸣)

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