申明海， 章理運， 張英姿， 周寧寧， 李月鳳

（1.信陽市林業(yè)科學研究所，河南信陽 464031； 2.河南雞公山森林生態(tài)國家定位觀測研究站，河南信陽 464031）

氮是限制樹木生長的主要礦質元素，也是樹木最重要的營養(yǎng)元素之一，其供應水平對樹木生長發(fā)育起著決定性的作用. 土壤中氮素供應缺乏，會限制樹木的生長發(fā)育［1-4］. 指數施肥技術可以提高苗木生物量積累和增加苗木養(yǎng)分承載，同時避免大量養(yǎng)分施入而造成養(yǎng)分毒害［5-12］，但容易導致前期施肥不足而后期施肥過量，在生產實踐中也不便于實施. 王東光等［13］用簡易的3階段差量施肥法，亦得出苗高、地徑、葉面積和生物量與指數施肥法一樣的變化規(guī)律.

香椿（Toona sinensis Roem.）為楝科香椿屬落葉喬木，是我國材、蔬、藥兼用的珍貴鄉(xiāng)土樹種，也是木本蔬菜、高檔木材和生態(tài)建設的重要樹種之一. 目前對香椿的施肥、光合作用等已有記載，但是從不同氮素處理下研究其苗木的生長表現(xiàn)、光合特性等方面，確定其氮素需求量鮮有報道. 本試驗嘗試采用3階段性差量施肥的方法，研究不同供氮處理對香椿一年生苗生長特性和光合特性的影響，旨在為香椿幼年期施肥實踐提供依據.

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗地設在河南省信陽市林科所，處于北亞熱帶向暖溫帶的南北過渡區(qū)，氣候條件屬北亞熱帶季風氣候類型，年平均氣溫15.1～15.3 ℃，極端最高氣溫40.9 ℃，極端最低氣溫-20.3 ℃，無霜期220～230 d，年平均降水量1100 mm左右. 土壤為黃棕壤，土層厚度50 cm以上，pH值6.5左右，呈微酸性.

供試苗為苗圃培育的實生苗，種子采自河南省信陽市浉河區(qū). 2016年3月初進行沙藏催芽，待種子1/3露白后播種. 圃地整理成寬1 m、高20 cm、長度依需要而定的苗床，然后開溝條播，行距30 cm，出苗階段不施任何肥料. 4月上中旬苗木出齊后第一次間苗，4月下旬第二次間苗，每平方米留苗20～25株. 5月上旬開始進行施肥試驗. 本試驗所用肥料為當地市場銷售的湖北祥云化工股份有限公司生產的高濃度水溶性復合肥，肥料三要素體積分數分別為N18%、P2O518%、K2O18%.

1.2 試驗設計

采用隨機區(qū)組試驗設計，按照每株施用肥料的含氮總量設置為0、50、100、150、200、300、400、600 mg共8個處理，每個處理1 m2，3次重復，每個重復間隔1 m，防止交叉影響. 從5月上旬開始施肥，采用開溝條施的施肥方法，按4個月份（5—8月）施肥，5月、6月每個月施肥2次，分別于月初、月中施入圃地，每次間隔15 d；7 月、8 月每個月施肥3 次，于月初、月中、月末初的1～2 日施入圃地，每次施肥間隔10 d；共施肥10 次.其中，5月、6月每次每株施氮量為10次平均值的1/4，7月每次施入量為10次的平均值，8月每次施入量為10次平均值的1.5倍. 為防止形成秋梢和木質化不完全而造成冬季凍害，8月以后不再施肥. 具體施肥方案見表1.

表1 香椿一年生苗氮素施肥方案Tab.1 Nitrogen fertilization scheme for one-year seedling of Toona sinensis

1.3 試驗觀測

施肥后每個月的月底測定苗高和香椿苗地徑；一般施肥10～15 d后測定各項指標.

1.3.1 苗高及香椿苗地徑及生物量的測定 測定所有苗的苗高和地徑. 根和莖的生物量于落葉后測定，每小區(qū)隨機抽取3株苗，用去蒸餾水沖洗干凈后，晾干；然后把根和莖分別剪成小段，裝入寫上編號的信封，再分別放入烘箱中，105 ℃殺青30 min，75 ℃下烘干至恒重.

1.3.2 葉綠素含量的測定 葉綠素浸提液采用80%乙醇液提取. 從試驗小區(qū)植株上選取中上部有代表性的葉片數張（除去粗大葉脈），剪碎后混勻，快速稱取0.2 g，置于25 mL刻度試管中，加入80%乙醇10 mL，封口后放在黑暗環(huán)境中（常溫下）浸提24 h，至葉片全部褪綠為止. 用80%乙醇定容至刻度，此液即為葉綠素提取液. 以80%乙醇液為對照，測定各處理提取液在波長663、645 nm處的吸光值（A）.

1.3.3 葉綠素濃度（C）及含量計算公式

式中：C為葉綠素濃度（mg·L－1）；V為提取液體積（mL）；n為稀釋倍數；W為葉片鮮質量（g）.

1.3.4 光合指標的測定 采用英國ADC 公司生產的LCi-SD 便攜式光合儀，應用IRGA（紅外氣體分析）原理，根據精密測量葉片表面CO2濃度及水分的變化情況進行光合指標測定. 測定時間為2016年6月28日上午9：30—11：30，天氣晴朗，大氣溫度33～35 ℃，相對濕度約75%. 每個試驗小區(qū)隨機選取3 株葉片完整的苗，每株選取3片第2輪以下的葉片，每葉重復測定3次.

1.4 數據處理

采用SPSS18.0對數據進行方差分析和Duncan多重比較.

2 結果與分析

2.1 不同氮素處理對香椿苗生長的影響

2.1.1 苗高 從8個供氮水平（N1～N8）的試驗結果看，香椿一年生苗對氮的供應水平反應敏感，不同處理之間苗高差異達極顯著水平（P＜0.01）. 經多重比較分析得知，N7和N8處理表現(xiàn)出最大的高生長，兩處理間差異不顯著，但與其他處理差異顯著（P＜0.05）；N3～N6處理表現(xiàn)出較大的高生長，不供氮（N1）時，苗高生長最?。ū?）. 香椿苗高隨著供氮水平下降而逐漸下降. 8個試驗處理經過4個月的施肥試驗，苗高生長量分別為31.0、46.3、49.0、48.2、50.5、62.6、69.9、65.8 cm，N2～N8處理苗高凈增量分別為對照（N1）的49%、58%、55%、63%、101%、125%和112%，說明香椿幼苗對供氮的適應范圍較寬.

表2 不同氮素處理對一年生香椿苗高、地徑及生物量的影響Tab.2 Effects of different nitrogen treatment on one-year Toona sinensis seedlings’height，diameter growth and biomass

2.1.2 地徑 由表2可知，在不供氮時（N1），香椿苗地徑生長量最小，為5.18 cm. 供氮水平較低（N2、N3、N4）時，香椿苗地徑生長量小，為5.74～6.24 cm. 提高供氮水平（N5～N8）時，香椿苗地徑生長隨供氮水平的增加而增加，至N7處理時，一年生香椿苗地徑生長最大，為8.47 cm. 當供氮再增加時（N8），香椿苗地徑的增長開始下降.

2.1.3 根、莖生物量 香椿一年生苗的根、莖生物量及根莖總生物量，隨著供氮水平的不斷升高，呈現(xiàn)先增后降趨勢（表2）. 3個指標均是N7處理（400 mg/株）最大，分別為4.70、9.44、14.13 g，且與其他處理差異顯著，是其對照的2.94、4.35、3.75倍. 不同氮素（N2～N6，N8）處理間香椿一年生苗的根、莖生物量和根莖生物總量差異不顯著（P＜0.05）

2.2 氮素處理對香椿一年生苗光合作用的影響

2.2.1 氮素處理對香椿一年生苗葉綠素含量的影響 由表3可知，隨著供氮量的增加，葉綠素a、b含量及二者之和大致呈先增加后減少的趨勢. 葉綠素a在400 mg/株（N7）時達到最大，葉綠素b和總葉綠素（a+b）含量在300 mg/株（N6）時達到最大，其值分別為2.24、0.76、3.00 mg/g，不供氮時（N1）葉綠素a、b及總葉綠素含量最低. 葉綠素a/b的值以N4為最高，N5最低. 葉綠素a、b，和總葉綠素（a+b）含量以及葉綠素a/b值各處理間均差異顯著.

表3 不同氮素處理對一年生香椿苗葉綠素含量的影響Tab.3 Effects of different nitrogen treatment on chlorophyll content of one-year Toona sinensis seedlings

圖1 氮素處理對一年生香椿苗光合特征的影響Fig.1 Effects of nitrogen treatment on photosynthetic characteristics of one-year Toona sinensis seedlings

2.2.2 氮素處理對香椿一年生苗光合特征的影響 由圖1可知：香椿一年生苗隨著供氮量的增加，光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）與蒸騰速率（Tr）呈先升高后下降的趨勢. 當供氮量達到400 mg/株（N7）時，凈光合速率值達到最大，為8.81 μmol·m-2·s-1；當供氮量達到300 mg/株（N6）時，氣孔導度值達到最大，為0.32 mol·m-2·s-1；當供氮量達到150 mg/株（N4）時，蒸騰速率值達到最大，為6.96 mmol·m-2·s-1. 而胞間CO2濃度（Ci）隨供氮量的增加而逐漸降低，沒有出現(xiàn)峰值現(xiàn)象.

不同氮素處理間香椿一年生苗的光合速率、蒸騰速率和胞間CO2濃度均有顯著差異（P＜0.05），氣孔導度各處理間差異不顯著. 經多重比較得知，N1、N2、N3、N4、N5處理間的凈光合速率無顯著差異（P＞0.05），但與N6、N7、N8處理差異顯著. 胞間CO2濃度N1與N2、N3處理間差異不顯著，N4與N3、N5、N6處理間差異不顯著，而N7、N8處理顯著低于其他處理. 蒸騰速率N4處理顯著高于N1、N3、N5、N6、N7和N8處理，而其他處理間差異不顯著.

3 結論與討論

在自然狀態(tài)下，土壤中氮營養(yǎng)以礦質態(tài)存在的比例較低，限制了林木的生長發(fā)育. 因此，在氮素營養(yǎng)缺乏的土壤環(huán)境中，增加氮營養(yǎng)供應會促進林木生長；但是，氮供應過量時，則對樹木的生長產生抑制作用［12］，本研究也得出相似結論. 香椿一年生苗生長指標隨供氮量的增加而先升高后下降，當供氮量增至400 mg/株后，苗高、地徑及根莖生物量開始下降，這可能是由于過多的養(yǎng)分導致參與碳同化的羧化酶活性降低，造成光合作用減弱，而且使呼吸作用增強［14］，從而導致新葉萌發(fā)及生長變緩，說明合適的施氮量能促進植物的生長發(fā)育，這與李繼光等［15］、Wu等［16］、魏旭紅等［17］的研究一致.

施氮會影響光合作用及與其相關的氣體交換過程. 本試驗結果表明：香椿一年生苗葉綠素a和b含量、葉綠素總量和光合速率、氣孔導度及蒸騰速率亦均隨供氮量的提高呈先升后降的趨勢，其中葉綠素a 的含量、葉綠素a/b、光合速率于供氮量400 mg/株時最高；葉綠素b的含量、總葉綠素的含量、氣孔導度于供氮量300 mg/株時最高，然后降低. 可見適宜的供氮量有利于香椿一年生苗木葉片光合效率的提高，同時可以促進葉片氣孔開放，降低蒸騰拉力，有利于植物CO2吸收能力的提高. Brown等［18］對西部鐵杉、楊自立等［19］對栓皮櫟的研究中也有相似結果. 香椿一年生苗的胞間CO2濃度、隨供氮量的增加而逐漸降低，這一結論與陳健妙等［20］對麻瘋樹、陳根云等［21］的研究相似，這種負相關可能是由于隨著供氮量的增加，影響香椿葉片中的高羧化活性以至高光合速率導致了低CO2濃度.

本試驗在苗圃中采用3階段差量施肥法，得出隨著供氮水平的增加，苗高、地徑、根、莖生物量和光合速率先升高后降低的變化規(guī)律，得出香椿一年生苗適宜的供氮量為400 mg/株的結果，與彭明俊等［22］對膏桐（Jatropha curcas）在苗期氮素指數施肥試驗結果相比，幼苗所需適宜氮素供應量相似，與王東光等［13］對閔楠和賈瑞豐等［23］對紅厚殼的3階段施肥試驗相比，幼苗所需的適宜氮素供應量偏高，其原因由香椿自身生物學特性所致，即香椿苗早期生長比閔楠和紅厚殼生長快，所以苗期需氮量隨之增加；與膏桐和西南樺生長相近，所以需氮量亦相近.

綜上所述，香椿一年生苗對氮素的供給比較敏感，隨供氮量的增加，苗高、地徑及其生物量、光合速率均于N7處理達到最大值后開始降低，所以每株400 mg左右氮素供應量是滿足香椿一年生苗光合及生長的適宜范圍. 本試驗是在當地苗圃進行的育苗，由于氣候、土壤情況等因素的影響，其他地區(qū)是否適合，仍需開展進一步的研究.