孫 薇，王 斌，楚秀麗，王秀花，張東北，吳小林，周志春

(1.浙江省臨海市自然資源和規(guī)劃局，浙江 臨海 317099；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江省林木育種技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家林業(yè)和草原局馬尾松工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 311400；3.上海植物園，上海 200231；4.浙江省慶元縣實(shí)驗(yàn)林場，浙江 慶元 323800)

在影響植物生長的環(huán)境要素中，土壤養(yǎng)分[氮(N)和磷(P)]及土壤微生物對植物生長起著至關(guān)重要的作用[1-2]。土壤中某些真菌與植物根的共生體——菌根，可以擴(kuò)大植物根系吸收面，增加對原根毛吸收范圍外的元素(特別是P)的吸收能力。對紫花苜蓿(Medicagosativa)和花生(Arachishypogaea)等植物的研究表明，適宜的P添加量可顯著影響植物的生長性狀[3-4]，低P條件下接種外生菌根菌能促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收[5-6]。

馬尾松(Pinusmassoniana)是營建針闊混交林的首選樹種，而南方森林土壤有效磷缺乏成為影響馬尾松生長的主要限制因子，有關(guān)學(xué)者針對性地開展了不同磷環(huán)境下馬尾松幼苗的生長表現(xiàn)與適應(yīng)機(jī)制研究[7-9]。同時，馬尾松是外生菌根專性樹種，菌根對馬尾松生長發(fā)育有著重要意義。前期研究證實(shí)，接種彩色豆馬勃(Pisolithustinctorius)對馬尾松幼樹生長有顯著增益[10]。然而關(guān)于不同磷環(huán)境下菌根作用的有效性，及其對植物生長和養(yǎng)分性狀的影響研究甚少。幼苗是植物生長歷程中最敏感的階段，其功能性狀在適應(yīng)環(huán)境因子的變化過程中表現(xiàn)出一定的可塑性，對于研究植物在養(yǎng)分環(huán)境下的適應(yīng)機(jī)制具有指示性[11-12]。本研究以1年生馬尾松容器苗為對象，研究其在不同P添加量及接種菌根菌相互作用下的生長性狀及氮、磷養(yǎng)分利用效益差異，為優(yōu)質(zhì)馬尾松容器苗培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在浙江省慶元縣實(shí)驗(yàn)林場(119°01′25″E，27°38′48″N)育苗基地鋼構(gòu)大棚內(nèi)進(jìn)行，海拔510 m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，四季分明，年均氣溫17.6 ℃，年均降水量1 721.3 mm，無霜期245 d。供試材料來源于浙江省蘭溪市苗圃木荷(Schimasuperba)馬尾松國家林木良種基地二代無性系種子園，選擇的馬尾松親本無性系為53號[1217(貴州)×1121(廣西)]。

育苗基質(zhì)為泥炭、谷殼和珍珠巖接體積比5∶3∶2配制而成。泥炭全N、全P和全K含量分別為14.2、0.7和2.7 g/kg，pH為5.8。谷殼和珍珠巖在育苗期間主要發(fā)揮疏松基質(zhì)作用，基本無分解。育苗容器規(guī)格為4.5 cm(直徑)×10 cm(高)的無紡布網(wǎng)袋。所用菌種松乳菇(Lactariusdeliciosus)從重慶市縉云山馬尾松林下的酸性黃壤中分離獲得，由西南大學(xué)菌根研究室辜夕容教授進(jìn)行生物學(xué)分類鑒定。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為菌根菌處理，分為接種(編號LM)(播種時在播種穴下方置入由蛭石與松乳菇菌絲體懸浮液制成的固體菌劑0.3 g)與不接種(編號NM)2個處理。副區(qū)樣地為磷添加處理，在保持有效氮和有效鉀添加量(添加量分別為900 g/m3和420 g/m3)相同條件下，設(shè)置7個磷添加水平：P1(50 g/m3)、P2(100 g/m3)、P3(150 g/m3)、P4(200 g/m3)、P5(300 g/m3)、P6(450 g/m3)和P7(600 g/m3)，每水平80袋，重復(fù)3次。不同水平無機(jī)肥通過CH4N2O、KH2PO4、(NH4)2HPO4、K2SO4、KNO3與(NH4)2SO4不同比例混合而成，換算后容器苗有效N和有效K平均添加量分別為143 mg/株和67 mg/株，有效P為8～95 mg/株。馬尾松種子經(jīng)水選后，取大小均一、無病蟲害種子，用清水浸泡24 h后撈出陰干，2019年3月下旬對育苗容器進(jìn)行點(diǎn)播育苗后，將盛放育苗容器的托盤置于配置有遮陽網(wǎng)和自動噴灌系統(tǒng)的鋼構(gòu)大棚內(nèi)覆有地布的苗床上。于7—10月分15次等時間間隔(7月4次、8月4次、9月4次、10月3次)等量將以上氮、磷和鉀肥溶于水后均勻噴灑在苗木上。其他苗木管理同一般生產(chǎn)性輕基質(zhì)網(wǎng)袋容器苗培育。育苗期間及時噴水和控水，保持基質(zhì)濕潤，每周調(diào)換各處理苗盤位置，以消除邊緣效應(yīng)。

1.3 數(shù)據(jù)調(diào)查與分析

于2019年10月底(生長季末)，從每重復(fù)小區(qū)隨機(jī)選取30株生長正常的容器苗，分別用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺測量苗高和地徑，分別精確至0.1 cm和0.01 mm。之后再分別從每重復(fù)小區(qū)隨機(jī)選取10株生長正常的容器苗進(jìn)行菌根侵染率[13]、生物量和養(yǎng)分測定。應(yīng)用Epson根系掃描儀對不同處理后的根系進(jìn)行掃描，獲得根長和根系直徑數(shù)據(jù)。苗木高徑比為苗高(cm)與地徑(cm)的比值，N和P含量及吸收量(整株N、P含量)計(jì)算參照文獻(xiàn)[14]，養(yǎng)分利用指數(shù)采用苗木生物量占葉片養(yǎng)分含量來衡量[15]。采用EXCEL 2017進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及相關(guān)圖形制作，利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行雙因素方差分析和Duncan’s檢驗(yàn)(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下馬尾松容器苗生長和養(yǎng)分性狀方差分析

接種菌根菌(LM)后分析發(fā)現(xiàn)(表1)，1年生馬尾松容器苗平均苗高、地徑、總生物量和根系直徑等生長指標(biāo)相比不接種(NM)分別增加了9.87%、3.35%、41.50%和12.41%，高徑比和總根長分別降低了5.98%和22.47%(表1)；N、P吸收量和利用指數(shù)等養(yǎng)分指標(biāo)分別增加了5.05%、25.03%、100.36%和70.53%，N和P含量分別降低了24.97%和11.26%(表2)。從變異系數(shù)來看，接種前后苗高、高徑比和根系直徑變異相對較小(<10%)，N和P利用指數(shù)變異相對較大(>20%)。

表1 馬尾松容器苗生長性狀及方差分析Table 1 Variance analysis of growth traits of Pinus massoniana container seedlings

表2 馬尾松容器苗養(yǎng)分性狀及方差分析Table 2 Variance analysis of nutrient traits of Pinus massoniana container seedlings

方差分析表明，接種菌根菌對馬尾松容器苗地徑、高徑比、單株總生物量、總根長和根系直徑等生長性狀有顯著影響，對整株N和P含量、P吸收量、N和P利用指數(shù)等養(yǎng)分性狀有顯著影響(P<0.01或P<0.05)。添加P對馬尾松容器苗苗高、地徑、高徑比和單株總生物量等生長性狀有顯著影響，對整株N、P含量和吸收量等養(yǎng)分性狀有顯著影響(P<0.01或P<0.05)。接種菌根菌和添加P對馬尾松容器苗生長和養(yǎng)分性狀無顯著的互作效應(yīng)。

2.2 馬尾松容器苗生長性狀對磷添加和接種菌根菌的響應(yīng)

添加P與接種菌根菌條件下馬尾松容器苗生長性狀見圖1。由圖1看出，馬尾松容器苗地徑、總生物量和根系直徑在不同添加P水平均為接菌(LM)﹥不接菌(NM)；高徑比和總根長均為NM>LM；苗高在P1—P5水平下以LM高于NM，P6—P7水平下則LM低于NM。無論是否接種菌根菌，隨P添加量增加，地徑呈增加趨勢，高徑比呈下降趨勢，總根長除P1水平(50 g/m3)外略呈先增加后降低趨勢，苗高、根系直徑和總生物量無明顯變化規(guī)律，但LM處理下P7水平(600 g/m3)時總?cè)萜髅缟锪吭黾语@著。

不同大寫字母表示相同P添加處理下菌根處理間差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示相同菌根菌處理下P添加處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Different uppercase letters indicated significant differences between different mycorrhizal fungi treatment under the same P addition treatment (P <0.05),while different lowercase letters indicated significant differences between different P addition treatment under the same mycorrhizal fungi treatment (P <0.05).The same below.圖1 磷添加與接種菌根菌條件下馬尾松容器苗生長差異Fig.1 Growth difference of Pinus massoniana container seedlings under phosphorus addition and inoculation of mycorrhizal fungi

NM處理下，馬尾松容器苗苗高以P7顯著高于P1～P5水平；地徑P7顯著高于P1—P6水平；高徑比P1顯著高于P3—P7水平；單株總生物量以P6水平最大(1.583 g/株)，不同P添加水平之間無顯著差異。LM處理下，苗高在不同P添加水平之間無顯著差異；地徑P7水平顯著高于P1—P5水平；高徑比P1—P6水平之間無顯著差異，P7顯著低于P1和P2水平；單株總生物量P7顯著高于P1—P6水平。相同P添加水平下，接種前后地徑和高徑比以P1水平時差異顯著，單株總生物量以P1、P4和P7水平時差異顯著。

NM處理下，馬尾松容器苗總根長P1水平下最大，比P7水平下高36.85%(P<0.05)；LM處理下，總根長P4水平下最大(138.381 cm)，各梯度之間無顯著差異。無論是否接種菌根菌，不同P添加水平之間馬尾松容器苗根系直徑均無顯著差異。相同P添加水平下，接種前后馬尾松容器苗總根長P1和P5水平時差異顯著，根系直徑P5水平時差異顯著。

2.3 馬尾松容器苗養(yǎng)分性狀對磷添加和接種菌根菌的響應(yīng)

添加P與接種菌根菌條件下馬尾松容器苗氮和磷吸收利用差異見圖2，由圖2可知，LM處理后馬尾松容器苗整株N含量在不同P添加水平均為NM>LM，整株P(guān)含量除P6水平外均為NM>LM；整株P(guān)吸收量、N和P利用指數(shù)均為LM>NM。接種前后整株N吸收量P1—P6水平無顯著差異，在P7水平接種比不接種高30.48%(P<0.05)。無論是否接種菌根菌，隨P添加量增加，馬尾松容器苗整株N和P含量呈先增加后降低趨勢，整株P(guān)吸收量略呈增加趨勢，整株N吸收量無明顯變化規(guī)律。NM處理下整株N和P利用指數(shù)隨P添加量增加無明顯變化規(guī)律，LM處理后略呈先降低后增加趨勢。

圖2 磷添加與接種菌根菌條件下馬尾松容器苗氮和磷吸收利用差異Fig.2 N,P uptake and utilization difference of Pinus massoniana container seedlings under phosphorus addition and inoculation of mycorrhizal fungi

NM處理下，馬尾松容器苗整株N含量以P3顯著高于P6和P7水平；整株P(guān)含量P4顯著高于P1和P2水平；整株N吸收量以P3水平最大，比P2水平高39.30%(P<0.05)；整株P(guān)吸收量P6顯著高于P1和P2水平；整株N和P利用指數(shù)P6水平最高，分別為1.06 g和6.18 g，不同P添加水平之間無顯著差異。

LM處理下，整株N含量P4顯著高于P1、P2和P7水平；整株P(guān)含量P6顯著高于P1—P4和P7水平；整株N吸收量P7顯著高于P1、P2、P5和P6水平；整株P(guān)吸收量P7顯著高于P1—P5水平；整株N利用指數(shù)P7顯著高于P4—P6水平；P利用指數(shù)P7顯著高于P5和P6水平。相同添加P水平下，接種前后整株P(guān)含量P1—P4水平差異顯著，整株P(guān)吸收量P6和P7水平差異顯著，整株N和P利用指數(shù)P1—P3水平和P7水平差異顯著。

2.4 不同處理下馬尾松容器苗生長性狀和養(yǎng)分性狀之間的關(guān)聯(lián)

不同處理下馬尾松容器苗生長性狀和養(yǎng)分性狀之間的相關(guān)性分析表明(表3)，NM處理下馬尾松容器苗高徑比與P含量呈顯著負(fù)相關(guān)，其他生長指標(biāo)與整株N和P含量相關(guān)性不顯著；LM處理后容器苗各生長指標(biāo)與N含量相關(guān)性增加，其中苗高、地徑和總生物量與N含量呈顯著負(fù)相關(guān)，高徑比與P含量相關(guān)性不顯著，可見接種菌根菌后馬尾松容器苗生長性狀對N含量的變化更敏感，整株N含量越低，容器苗苗高、地徑和干物質(zhì)積累越大。NM處理下馬尾松容器苗苗高、地徑和總生物量與N、P吸收量和利用指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，LM處理后這種相關(guān)性進(jìn)一步增加，說明接種菌根菌能提高容器苗生長性狀對N和P吸收和利用的響應(yīng)，這對容器苗生長和干物質(zhì)積累有著積極意義。LM處理后馬尾松容器苗總根長與N利用指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，根系直徑與N和P利用指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，可見接種菌根菌改變了根系性狀與N和P利用指數(shù)之間的關(guān)聯(lián)，接種后容器苗總根長越短，根系直徑越大，N和P利用指數(shù)越高。

表3 馬尾松容器苗生長性狀與養(yǎng)分性狀相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of growth and nutrient traits of Pinus massoniana container seedlings

3 討 論

大部分研究表明接種外生菌根真菌后植株的苗高、地徑和總生物量顯著增加[16-19]，但也有研究顯示，接種后苗高顯著增加，對地徑的促進(jìn)作用不顯著[20]，又或者地徑和總生物量增加，苗高卻降低[21]。本研究中馬尾松容器苗接種菌根松乳茹菌后地徑和單株總生物量高于不接種，苗高在磷添加量為P1—P5水平時高于不接種，與馬瓊等[22]、王藝等[23]關(guān)于外生菌根菌促進(jìn)馬尾松幼苗生長的結(jié)論一致；磷添加量為P6—P7水平時，接種后容器苗苗高低于不接種，說明在基質(zhì)P添加量較低(≤300 g/m3)的時候，接種對馬尾松容器苗苗高有促進(jìn)作用，當(dāng)基質(zhì)P添加量較高(≥450 g/m3)的時候，接種會抑制苗木生長，但磷添加量高時苗木地徑和總生物量仍在增加，并且高徑比持續(xù)下降，說明在本研究設(shè)置的磷添加水平范圍內(nèi)，接種菌根菌不僅促進(jìn)了馬尾松容器苗的生長，而且有利于優(yōu)質(zhì)苗木的培育。本研究馬尾松容器苗接種后根系直徑高于不接種，與1年生樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)研究結(jié)果一致[24]；總根長低于不接種，與1年生長白落葉松(Larixolgensis)研究結(jié)果一致[25]。推測接種菌根菌后馬尾松容器苗的生長策略是減少根長從而降低根系分布的范圍，增加根系直徑從而增強(qiáng)根系的吸收能力。研究表明，氮的供應(yīng)水平對苗木根系構(gòu)型的影響更大一些。

菌根可以促進(jìn)植物N、P吸收，但因試驗(yàn)設(shè)計(jì)、菌種種類、宿主植物及生長環(huán)境不同，研究結(jié)果有差異[26-27]。已有研究表明，接種外生菌根菌后馬尾松幼苗N、P養(yǎng)分含量及吸收量均有不同程度增加[22-23]。本研究中馬尾松容器苗接菌后N含量降低，P含量除P6水平(450 g/m3)高于不接種外，其他磷添加梯度均低于不接菌，總的來說接種后整株N、P含量降低。分析其原因，可能是本研究育苗基質(zhì)選用的泥炭養(yǎng)分含量遠(yuǎn)高于馬瓊等[22]研究所選的黃沙壤，以及王藝等[23]研究所選的黃壤，不同的土壤養(yǎng)分環(huán)境形成了馬尾松幼苗不同的生長策略。與此同時，本研究接菌后P吸收量、N和P利用指數(shù)高于不接種，說明接種后容器苗能以較低的養(yǎng)分濃度進(jìn)行正常生長和代謝，即接種提高了養(yǎng)分利用效率?？赡苁牵?dāng)土壤養(yǎng)分供應(yīng)不足時，菌根菌幫助容器苗獲取更多的養(yǎng)分以滿足植物生長需求，因此接種比不接種整株N、P養(yǎng)分含量高；當(dāng)土壤養(yǎng)分供應(yīng)充足時，依靠菌根菌的協(xié)同，容器苗將N、P養(yǎng)分含量維持在相對低的水平，多余的養(yǎng)分用于促進(jìn)苗木生長，使植株變得高大以利于獲得更多的光照[28]，即菌根苗在養(yǎng)分競爭和光競爭方面都比非菌根苗有優(yōu)勢。

植物體內(nèi)N和P在吸收利用上相互依賴[29-32]。本研究容器苗P吸收量P6和P7水平時接種顯著高于不接菌，說明磷添加量較高時，接種菌根菌能顯著增加馬尾松容器苗P吸收量；同時，P吸收量的增加也促進(jìn)了容器苗N吸收量的增加，其表現(xiàn)是N吸收量在磷添加量P7水平時接種顯著高于不接種。接種菌根菌和添加P對馬尾松容器苗生長和養(yǎng)分性狀無顯著的互作效應(yīng)，可能是因?yàn)镻添加量分次噴施，單次噴施的P含量并不高，一定程度上減少了菌根×磷添加互作效應(yīng)的發(fā)生。相關(guān)性分析表明，接種菌根菌后馬尾松容器苗對N含量的變化更敏感，對P含量的變化反而變得不敏感，這與苗木的生長主要受N含量影響有關(guān)。同時，接種后苗高、地徑和單株總生物量與N、P吸收量及利用指數(shù)的相關(guān)性進(jìn)一步提高，說明外生菌根菌與植物之間建立了較好的協(xié)同共生關(guān)系。