王益明，盧 藝，張 慧，鞠昌華，裴文明，胡 菲，萬(wàn)福緒*

(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037;2.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042)

培育優(yōu)質(zhì)苗木是提高造林成活率的重要基礎(chǔ)，施肥是提高苗木質(zhì)量的重要措施之一，但不同施肥方法的養(yǎng)分利用效率具有很大差異[1]。傳統(tǒng)施肥一般采用等量施肥法，由于忽視苗木在不同生長(zhǎng)時(shí)期的養(yǎng)分需求，存在著嚴(yán)重的養(yǎng)分利用效率低下的問(wèn)題,不僅造成肥料的浪費(fèi)，而且?guī)?lái)嚴(yán)重的土壤污染[2]。指數(shù)施肥是以指數(shù)遞增方式添加養(yǎng)分，其添加速率與植株生長(zhǎng)速率相適應(yīng)，可以滿(mǎn)足植株在不同生長(zhǎng)時(shí)期的養(yǎng)分需求[3]。該方法可以誘導(dǎo)苗木達(dá)到養(yǎng)分奢侈消耗狀態(tài)，能夠有效地增加苗木體內(nèi)的養(yǎng)分載荷，提高其競(jìng)爭(zhēng)力，從而能夠更好地適應(yīng)困難立地條件[4]。苗木自身儲(chǔ)存穩(wěn)定營(yíng)養(yǎng)可以降低早期生長(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，有效減少化肥的施用，對(duì)田間精準(zhǔn)施肥和環(huán)境保護(hù)有重要的意義[5]。目前指數(shù)施肥法已經(jīng)成為國(guó)外容器育苗的首選方法[6]。

美國(guó)山核桃又名長(zhǎng)山核桃、薄殼山核桃,是胡桃科山核桃屬的深根性樹(shù)種，是世界著名干果樹(shù)種,其具有生長(zhǎng)迅速,樹(shù)姿優(yōu)美等特點(diǎn)，同時(shí)也是良好的水土保持樹(shù)種[7]。近年來(lái)，美國(guó)山核桃在我國(guó)得到迅速推廣，逐漸成為南方地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)樹(shù)種。但美國(guó)山核桃具有深根性的特點(diǎn)，側(cè)根及須根較少，這大大制約了其造林成活率，如何提高美國(guó)山核桃的造林成活率是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題[8]。目前對(duì)于美國(guó)山核桃施肥的研究并不多，尚未有關(guān)于指數(shù)施肥對(duì)美國(guó)山核桃生長(zhǎng)特性的影響的研究報(bào)道。本研究采用指數(shù)施肥法研究不同施氮量對(duì)美國(guó)山核桃容器苗的生長(zhǎng)和葉片養(yǎng)分含量的影響，目的在于探求其最適施氮量并為美國(guó)山核桃容器的科學(xué)育苗和精準(zhǔn)施肥提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地設(shè)在江蘇省南京市南京林業(yè)大學(xué)園林溫室內(nèi)。試驗(yàn)材料取自南京林業(yè)大學(xué)美國(guó)山核桃繁育基地。2017年4月選取生長(zhǎng)相對(duì)一致的一年生美國(guó)山核桃實(shí)生苗300株移栽到規(guī)格為上口徑16.5 cm、下口徑11.5 cm、高24 cm的塑料花盆內(nèi)。采用粒徑為0.2～1.0 mm的河沙為盆栽基質(zhì)。緩苗期約為一個(gè)月，至5月初開(kāi)始進(jìn)行指數(shù)施肥試驗(yàn)。幼苗初始苗高(16.8±0.40)cm,地徑(3.21±0.05)mm。盆內(nèi)套有雙層白色塑料袋以防止水肥流失。試驗(yàn)過(guò)程中采用重量法來(lái)判斷土壤水分狀況，每隔2周移動(dòng)1次苗盆以減少邊緣效應(yīng)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置5個(gè)濃度梯度的指數(shù)施肥處理和1個(gè)不施肥處理對(duì)照組，每個(gè)處理試驗(yàn)幼苗15株，設(shè)置3個(gè)試驗(yàn)重復(fù)。試驗(yàn)采用指數(shù)施肥模型[9]計(jì)算各處理的施肥量，其具體公式如下：

NT=NS(ert-1)

(1)

Nt=NS(ert-1)-Nt-1

(2)

式(1)和(2)中，NT表示施用氮素總量;NS表示指數(shù)施肥處理前幼苗的初始氮含量;Nt表示在相對(duì)增加率r下，t次施肥時(shí)的施氮量;Nt-1代表包含第(t-1)次施肥的施氮總量;r表示氮素相對(duì)添加率;t表示指數(shù)施肥次數(shù)。參考Timmer[9]的方法設(shè)定NS:對(duì)施肥處理前的幼苗樣品進(jìn)行測(cè)定，得出NS=25.35 mg/株。依照指數(shù)施肥模型，設(shè)置5個(gè)不同的氮素指數(shù)施肥處理分別為100、200、400、600和800 mg/株，分別用N100、N200、N400、N600和N800表示;用CK表示不施肥對(duì)照組。每次施肥間隔為1周，共計(jì)進(jìn)行12次指數(shù)施肥處理。本研究的試驗(yàn)肥料為水溶性復(fù)合肥，其主要養(yǎng)分含量為N 20%，P2O520%，K2O 20%。本試驗(yàn)采用水溶施用的方法，每株幼苗每次施用20 mL。每次指數(shù)施肥的具體施氮量見(jiàn)表1。

表1 美國(guó)山核桃不同指數(shù)施肥處理的施氮量 (mg/株)

1.3 指標(biāo)測(cè)定

生長(zhǎng)參數(shù)測(cè)定：分別用直尺及游標(biāo)卡尺測(cè)定幼苗的苗高和地徑。生物量測(cè)定:每小區(qū)隨機(jī)選取生長(zhǎng)相對(duì)一致的幼苗5株，用去離子水洗凈，按根、莖、葉分別剪下，在烘箱中105℃對(duì)其進(jìn)行30 min殺青處理，然后在85℃下烘干至恒重，用電子天平稱(chēng)量其根、莖、葉生物量?？偵锪?g/株)=根生物量+莖生物量+葉生物量。

葉片養(yǎng)分含量測(cè)定：稱(chēng)量后取樣品粉碎過(guò)0.5 mm篩，用元素分析儀(德國(guó)，VARIO Macro)測(cè)定葉片全氮含量。鉬銻抗比色法(LY/T 1269—1999)測(cè)定葉片全磷含量，火焰光度法(LY/T 1270—1999)測(cè)定葉片全鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2013對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表處理,用SPSS 22.0進(jìn)行方差分析及LSD多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 指數(shù)施肥對(duì)美國(guó)山核桃幼苗苗高和地徑的影響

如圖1所示，當(dāng)施氮量≤600 mg/株時(shí)美國(guó)山核桃幼苗的苗高和地徑均隨著施氮量的增加呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，而當(dāng)施氮量達(dá)到800 mg/株時(shí)苗高和地徑都出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。苗高和地徑都在N600達(dá)到最大值，分別為33.4 cm和5.08 mm,分別是CK對(duì)照組的1.48和1.45倍。方差分析結(jié)果表明，施肥結(jié)束時(shí)不同處理間的苗高和地徑差異顯著。多重比較結(jié)果顯示:各施肥處理中的苗高除N600和N800處理差異顯著外，其余各施肥處理間均無(wú)顯著差異；但各施肥處理均與對(duì)照組CK有顯著差異。地徑各施肥處理間無(wú)顯著差異，但均與CK對(duì)照組差異顯著。說(shuō)明適量施氮可以顯著促進(jìn)美國(guó)山核桃幼苗苗高和地徑的生長(zhǎng)，而施氮量過(guò)大對(duì)苗高和地徑的生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生一定的抑制作用。

圖1 指數(shù)施肥對(duì)美國(guó)山核桃苗高和地徑的影響注：不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

2.2 指數(shù)施肥對(duì)美國(guó)山核桃幼苗生物量分配的影響

由表2可知，美國(guó)山核桃幼苗不同處理的莖生物量、葉生物量和總生物量均隨著施氮量的增加而呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，均在N600處理取得最大值，分別為2.30、4.39和9.33 g/株，是CK對(duì)照組的2.30、4.99和2.17倍，說(shuō)明施氮處理對(duì)莖生物量、葉生物量和總生物量的增加有顯著促進(jìn)作用，其中對(duì)葉生物量促進(jìn)作用最大。而根生物量則表現(xiàn)出不同的規(guī)律，隨著施氮量的增加根生物量呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。多重比較結(jié)果表明：不同施肥處理的莖生物量、葉生物量和總生物量均與CK對(duì)照組差異顯著，而根生物量除了N100和N200外，其余處理均與CK對(duì)照組無(wú)顯著差異，說(shuō)明指數(shù)施肥處理對(duì)莖和葉的生物量積累有明顯的促進(jìn)作用，但只有低量施氮才對(duì)根生物量的增加效果明顯。

表2 指數(shù)施肥對(duì)美國(guó)山核桃生物量分配的影響

注：不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著，P<0.05。下同。

同一處理的美國(guó)山核桃幼苗不同器官生物量所占總生物量的比例存在著明顯規(guī)律。美國(guó)山核桃幼苗各指數(shù)施肥處理的葉生物量所占比例比對(duì)照組CK增長(zhǎng)了15.27～27.73個(gè)百分點(diǎn)，根生物量所占比例比對(duì)照組CK降低了11.66～27.87個(gè)百分點(diǎn)，而莖生物量所占比例與CK對(duì)照組相比變化不大。說(shuō)明施氮促使苗木將更多的生物量分配到葉片以促進(jìn)光合作用，而向根部分配的生物量隨之減少。

2.3 指數(shù)施肥對(duì)美國(guó)山核桃幼苗葉片養(yǎng)分含量的影響

如表3所示，各施肥處理美國(guó)山核桃幼苗葉片的氮含量依次為：N800(32.96 g/kg)>N600(29.92 g/kg)>N400(28.73 g/kg)>N200(27.34 g/kg)>N100(23.22 g/kg)>CK(16.21 g/kg)。各指數(shù)施肥處理葉的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)比對(duì)照組CK提高了0.43～1.03倍。葉中磷含量依次為：N800(2.81 g/kg)>N600(2.56 g/kg)>N400(2.53 g/kg)>N200(2.39 g/kg)>N100(2.28 g/kg)>CK(1.09 g/kg)。各指數(shù)施肥處理葉片磷含量比對(duì)照組CK提高了1.09～1.58倍。葉中鉀含量依次為：N800(22.28 g/kg)>N600(21.09 g/kg)>N400(19.07 g/kg)>N200(15.89 g/kg)>N100(12.31 g/kg)>CK(6.71 g/kg)。各指數(shù)施肥處理葉的鉀含量比對(duì)照組CK提高了0.83～2.32倍。葉的氮含量、磷含量和鉀含量均隨著施氮量的增加而增加，各指數(shù)施肥處理均與對(duì)照組(CK)有顯著差異，這表明指數(shù)施肥顯著提高了美國(guó)山核桃幼苗葉片的養(yǎng)分含量。

表3 指數(shù)施肥對(duì)美國(guó)山核桃幼苗葉片養(yǎng)分含量的影響

2.4 適宜施氮量的確定

根據(jù)幼苗生物量與葉片N、P、K含量繪制散點(diǎn)圖可以看出，葉片N、P、K含量與生物量呈拋物線(xiàn)關(guān)系(圖2)。應(yīng)用美國(guó)山核桃幼苗生物量與葉片N、P、K的含量擬合一元二次拋線(xiàn)物方程，經(jīng)顯著性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，3個(gè)方程的顯著性水平達(dá)到0.01(表4)，依據(jù)這些曲線(xiàn)上最大生物量的90%相對(duì)應(yīng)的養(yǎng)分含量作為臨界值和最適含量范圍。美國(guó)山核桃幼苗葉片N、P、K含量的臨界值分別為22.58、1.89和12.71 g/kg，最適含量范圍分別為22.58～32.73、1.89～3.15和12.72～22.05 g/kg。根據(jù)葉片N、P、K的最適濃度范圍確定美國(guó)山核桃幼苗的適宜施氮量范圍分別為100～600、100～800和200～600 mg/株，綜合3種元素的最適含量范圍得出，200～600 mg/株為美國(guó)山核桃幼苗的適宜施氮范圍。

圖2 指數(shù)施肥下美國(guó)山核桃幼苗生物量與葉片養(yǎng)分含量的關(guān)系

表4 美國(guó)山核桃幼苗葉片養(yǎng)分含量與生物量的拋物線(xiàn)回歸方程

3 討論與結(jié)論

在本研究中，美國(guó)山核桃幼苗的地徑、苗高、總生物量均隨著氮素施用量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，在600 mg/株時(shí)達(dá)到最大值；當(dāng)施氮量增加到每株800 mg時(shí)幼苗的地徑、苗高、總生物量均出現(xiàn)明顯下降。施氮使幼苗降低了根系的生物量分配比例，將更多的生物量分配到了莖葉部位，這與賈瑞豐等[10]對(duì)紅厚殼幼苗的研究結(jié)果一致。在本研究中，隨著施氮量的增加，葉片的N、P、K養(yǎng)分含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說(shuō)明指數(shù)施肥顯著提高了美國(guó)山核桃幼苗體內(nèi)的養(yǎng)分承載，這有利于提高其苗木造林成活率。

植物的生物量與葉片養(yǎng)分含量關(guān)系密切，這是植物營(yíng)養(yǎng)診斷的理論基礎(chǔ)。自Ulrich等[11]提出用植物最大理論生長(zhǎng)量或產(chǎn)量的90%所對(duì)應(yīng)的葉片養(yǎng)分含量作為臨界含量之后，臨界值營(yíng)養(yǎng)診斷法已經(jīng)在林業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。Ericsson等[12]的研究表明:垂枝樺的葉片最適氮含量和磷含量分別為33.7和4.8 g/kg。黃益宗等[13]對(duì)1年生尾葉桉的葉片養(yǎng)分分析表明，其臨界養(yǎng)分N、P、K含量范圍分別為15.3～18.1、1.2～1.7和4.2～5.6 g/kg。陳琳等[14]研究表明，西南樺幼苗葉片N、P、K最適含量范圍分別為37.8～59.1、4.1～6.3、24.4～34.7 g/kg。何茜等[15]確定出馬來(lái)沉香和土沉香苗期葉片N、P、K的最適含量范圍分別為35.55～53.11、1.75～2.73、17.99～26.63和37.78～58.56、3.08～4.44、18.89～29.28 g/kg。本研究中，美國(guó)山核桃幼苗葉片N、P、K含量的臨界值分別為22.58、1.89和12.71 g/kg，最適含量范圍分別為22.58～32.73、1.89～3.15和12.72～22.05 g/kg。根據(jù)葉片N、P、K的最適濃度范圍確定美國(guó)山核桃幼苗的適宜施氮量范圍分別為100～600、100～800和200～600 mg/株，綜合3種元素的最適含量范圍得出，200～600 mg/株為美國(guó)山核桃幼苗的適宜施氮范圍。

綜上所述，指數(shù)施肥對(duì)美國(guó)山核桃幼苗的苗高、地徑和生物量均有顯著促進(jìn)作用，當(dāng)施氮量為600 mg/株時(shí)美國(guó)山核桃幼苗的苗高、地徑和總生物量等生長(zhǎng)指標(biāo)均達(dá)到最大值，施氮量增至800 mg/株時(shí)則均出現(xiàn)明顯下降。綜合苗木生長(zhǎng)和葉片養(yǎng)分狀況可以得出，在指數(shù)施肥方式下，施氮量600 mg/株為美國(guó)山核桃幼苗溫室培育的最適施氮量。