指數(shù)施肥對(duì)栓皮櫟容器苗生長(zhǎng)和氮積累的影響1)

李國(guó)雷 祝 燕 蔣 樂(lè) 史文輝 王佳茜 劉佳嘉 程中倩

(省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京林業(yè)大學(xué))，北京，100083)

苗木造林后，由于根系從土壤中吸收的養(yǎng)分有限，其生長(zhǎng)主要依賴于貯存于體內(nèi)的養(yǎng)分［1－6］。因此，在苗圃培育苗木的過(guò)程中，合理施肥使苗木體內(nèi)養(yǎng)分最大化尤為關(guān)鍵［7－8］。指數(shù)施肥即對(duì)苗木進(jìn)行多次施肥，每次施肥量呈指數(shù)增加，提供苗木養(yǎng)分量同步于苗木生長(zhǎng)發(fā)育需求量，使苗木體內(nèi)積累大量養(yǎng)分(養(yǎng)分加載)，也被稱為穩(wěn)態(tài)施肥［9］。指數(shù)施肥在容器苗上的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于裸根苗，如紅櫟(Quercus rubra L.)容器苗［10］和裸根苗［8，11］的最佳施肥量分別為100、1 680 mg/株。指數(shù)施肥因而廣泛應(yīng)用于歐美主要造林樹(shù)種紅櫟、刺葉櫟(Q.ilex L.)、黑云杉(Picea mariana ［Mill.］B.S.P.)、扭葉松(Pinus monticola Dougl.)、脂松(P.resinosa Ait.)、異葉鐵杉 (Tsuga heterophylla ［Raf.］Sarg.)等容器苗［7，10，12－15］。盡管我國(guó)早在 20 世紀(jì)八九十年代以蘭考泡桐(Paulow elongate S.Y.Hu.)、刺槐(Robinia pseudoacacia L.)、杉木(Cunninghamia lanceolata［Lamb.］Hook.)、濕地松(P.elliottii Engelm)、楊樹(shù)(Populus× euramericana‘I－69’)等樹(shù)種為對(duì)象開(kāi)展了穩(wěn)態(tài)施肥的研究［16－18］，但多在人工氣候室、普通溫室水培或蔭棚盆栽等條件下完成;同時(shí)，施肥處理設(shè)置較少，這些樹(shù)種在工廠化育苗條件下的最佳施肥量尚不清楚。近年來(lái)，對(duì)西南樺(Betula alnoides Buch.－Ham.ex D.Don)容器苗7個(gè)施肥處理的研究，已確定出其最適施肥量［19］。因此，對(duì)我國(guó)主要造林樹(shù)種的容器苗開(kāi)展指數(shù)施肥研究，找出最佳施肥量以提高其苗木質(zhì)量亟為重要。

栓皮櫟(Q.variabilis Blume)是我國(guó)暖溫帶和亞熱帶的鄉(xiāng)土樹(shù)種，國(guó)內(nèi)對(duì)栓皮櫟地理分布、生物生態(tài)學(xué)特征、栽培技術(shù)及利用進(jìn)行了大量研究［20］，但對(duì)栓皮櫟苗木施肥方面的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。筆者對(duì)栓皮櫟設(shè)置施氮25～175 mg/株6個(gè)處理，研究栓皮櫟對(duì)養(yǎng)分虧缺、充足、過(guò)剩養(yǎng)分的響應(yīng)，確定出適宜施肥量，以期為提高栓皮櫟苗木質(zhì)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院溫室內(nèi)進(jìn)行。2009年9月中旬在北京四座樓栓皮櫟良種基地采集種子，立即浸入50℃溫水30 min以殺死象鼻蟲(chóng)，然后按V(種子)∶V(濕沙)=1∶3混合，于冰箱中2℃貯藏。2010年3月25日將種子播于裝有V(泥炭)∶V(蛭石)=3∶1混合基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)缽中(體積1 150 cm3)。同時(shí)，隨機(jī)取出15粒種子進(jìn)行初始生物量((3.44 ±0.52)g/粒，n=15)和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)((0.96±0.02)%，n=4)的測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與施肥處理

4月11日至9月12日的23周里，對(duì)苗木施用23次氮肥，6種處理的累計(jì)施肥量分別為25、75、100、125、150、175 mg·株－1(圖 1)。試驗(yàn)為完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)4次。施肥時(shí)，將稱好的尿素(西隴化工股份有限公司)溶于一定量的水中，每株苗木施入尿素溶液20 mL。將一定量的過(guò)磷酸鈣(天津市大茂化學(xué)試劑廠)和硫酸鉀(西隴化工股份有限公司)溶于水，每2周對(duì)苗木補(bǔ)充1次磷肥和鉀肥，整個(gè)生長(zhǎng)季共補(bǔ)充10次，P2O5和K2O累計(jì)量均為60 mg·株－1。在苗木培育過(guò)程中，利用重力法判斷土壤水分狀況，并適量補(bǔ)充水分［21］。

圖1 栓皮櫟苗木指數(shù)施肥進(jìn)度

1.3 取樣與測(cè)定

在9月13日至10月24日(24—30周)階段，減少灌溉量以利于苗木木質(zhì)化。10月24日，將苗木從溫室移至室外、假植。11月8日(第32周)，對(duì)苗木進(jìn)行破壞取樣。每處理每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取8株苗木，用水小心沖洗掉根系周圍的基質(zhì)，并用蒸餾水潤(rùn)洗2次，測(cè)定其苗高和地徑;然后將這8株苗木分根、莖剪開(kāi)，把根、莖分別裝入信封形成混合樣品，帶回試驗(yàn)室在烘箱中65℃烘48 h，分別測(cè)定生物量;再將根、莖粉碎、過(guò)篩，用 KMnO4－Fe－H2SO4消煮，利用全自動(dòng)定氮儀(UDK－152，Velp Scientifica，USA)定氮。

1.4 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSS16.0軟件，利用廣義線性模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。苗高和地徑以小區(qū)單株苗木測(cè)定值為基礎(chǔ)，見(jiàn)公式(1);生物量、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氮質(zhì)量以小區(qū)8株苗木形成的混合樣品測(cè)定值為基礎(chǔ)，見(jiàn)公式(2)。對(duì)于上述每個(gè)方差分析，當(dāng)固定變量施肥處理達(dá)到顯著時(shí)(α=0.05)，應(yīng)用Duncan法對(duì)其進(jìn)行多重比較。

式中:Yij是苗木生長(zhǎng)或養(yǎng)分狀況;i為施肥處理(i=1…6);j為樣品測(cè)定重復(fù)數(shù)(j=1，2，3，4);μ 為總體平均數(shù);Fi為固定變量施肥處理;Bj為隨機(jī)變量區(qū)組;FBij為施肥量與區(qū)組的交互效應(yīng);εij為隨機(jī)誤差。

2 結(jié)果與分析

2.1 指數(shù)施肥對(duì)苗木生長(zhǎng)的影響

施肥量對(duì)苗高、地徑均無(wú)顯著影響(表1)。植株體內(nèi)的生物量分配受到氮素供應(yīng)水平的影響，施肥量對(duì)莖生物量影響不顯著，而對(duì)根生物量影響顯著，生物量的差異主要是由根系引起的(表1)。隨施肥量的增大，整株生物量基本呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);施肥量為125 mg/株時(shí)，生物量達(dá)到最大(5.29 g/株)，但與 75 mg/株相比，并無(wú)顯著差異;當(dāng)施肥量增加至150 mg/株時(shí)，生物量迅速下降至4.61 g/株，而繼續(xù)增大施肥量至175 mg/株時(shí)，生物量銳減至4.40 g/株，抑制了苗木干物質(zhì)的積累。

2.2 指數(shù)施肥對(duì)苗木氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和質(zhì)量的影響

施肥量為25 mg/株時(shí)，莖氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.88%;施肥量增加至75 mg/株，莖氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著提高，較施肥量25 mg/株的苗木增加19.30%;而施肥量繼續(xù)增大時(shí)，莖氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)則無(wú)顯著提高(表1)。與莖不同的是，根、整株苗木氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨施肥量的增大而增大。施肥量由25 mg/株增至125 mg/株，莖、根、整株氮質(zhì)量逐漸增大;施肥量增大至150 mg/株，莖、根、整株氮質(zhì)量均下降(表1)。

3 結(jié)論與討論

充足施肥量、最佳施肥量通常是通過(guò)在苗木生物量和氮質(zhì)量與施肥量的響應(yīng)曲線上尋找拐點(diǎn)的方法來(lái)確定的［10－11，13，15］。首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或資料設(shè)置多個(gè)施肥量，根據(jù)每個(gè)施肥量下的生物量，模擬出生物量、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氮質(zhì)量對(duì)施肥量的響應(yīng)曲線，生物量開(kāi)始達(dá)到最大時(shí)的施肥量即為充足施肥量;隨施肥量繼續(xù)增加，苗木生物量基本維持不變，而苗木繼續(xù)吸收氮，體內(nèi)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大，當(dāng)施肥量持續(xù)增大到一定量時(shí)，基質(zhì)溶液中氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高，脅迫效應(yīng)出現(xiàn)，苗木生物量開(kāi)始下降，苗木即將受到脅迫時(shí)的苗木所對(duì)應(yīng)的施肥量稱為最佳施肥量。利用這一方法，紅櫟［10］、刺葉櫟［15］容器苗充足施肥量均為25 mg/株，最佳施肥量均為100 mg/株。栓皮櫟充足施肥量和最佳施肥量分別為75、125 mg(表1)，均高于紅櫟、刺葉櫟。原因可能在于，暖溫帶和亞熱帶分布的栓皮櫟較溫帶地區(qū)的紅櫟、刺葉櫟生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，苗木需要的養(yǎng)分較大。

表1 施肥量對(duì)栓皮櫟苗高、地徑、生物量、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氮質(zhì)量的影響

苗木造林后，由于根系從土壤中吸收的養(yǎng)分有限，造林效果取決于苗木初始養(yǎng)分狀況［1］。研究表明，常綠針葉樹(shù)種葉片氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)與造林效果關(guān)系最為密切，施肥量達(dá)到充足時(shí)，不同樹(shù)種葉片氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.5% ～2.5%［22］，施肥量達(dá)到最佳時(shí)，葉片氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.5%以上［23］。施肥量達(dá)到充足、最佳施肥量時(shí)，寒溫帶樹(shù)種紅櫟的容器苗整株氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 3.0%和3.5%［10］;暖溫帶樹(shù)種栓皮櫟容器苗則分別為1.2%和1.4%(表1)?？梢?jiàn)，同屬不同樹(shù)種苗木充足、最佳氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)差別較大，劃分落葉樹(shù)種苗木適應(yīng)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較常綠樹(shù)種困難。由于落葉樹(shù)種造林時(shí)，苗木構(gòu)成為根和莖，目前尚未清楚落葉樹(shù)種造林效果與根、莖哪個(gè)更為密切，因此通過(guò)建立造林效果與根莖氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)分析找出表征造林效果的組織將是今后研究的重點(diǎn)之一。

苗木體內(nèi)若貯存大量養(yǎng)分，造林后將向新生組織轉(zhuǎn)移大量養(yǎng)分，從而提高苗木成活和生長(zhǎng)［5，11，15］。而不少研究認(rèn)為，這一觀點(diǎn)受制于立地條件和觀測(cè)時(shí)間。在瘠薄的造林地上，土壤本身提供的養(yǎng)分較少［6］，或雜草叢生的造林地上，苗木貯存的養(yǎng)分得以更多地向生長(zhǎng)點(diǎn)轉(zhuǎn)移［3－4］，造林效果主要取決于苗木初始養(yǎng)分狀況，因此，初始礦質(zhì)養(yǎng)分含量高的苗木造林效果得以充分體現(xiàn)。但在立地條件較好的造林地上，苗木的生長(zhǎng)狀況主要取決于土壤供給的養(yǎng)分，苗木本身提供的養(yǎng)分被掩蓋，效果則不明顯［2，24］。Heiskanen 等［6］甚至發(fā)現(xiàn)，即使在貧瘠的造林地上，初始養(yǎng)分含量大的苗木僅能在造林第1年表現(xiàn)出生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，2年后這種優(yōu)勢(shì)喪失。因此，在苗圃對(duì)栓皮櫟可成功實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分加載，最佳施肥量125 mg/株時(shí)，氮質(zhì)量較施肥量25 mg/株的苗木提高51.4%(表1)，但貯存在體內(nèi)的養(yǎng)分是否促進(jìn)造林效果，需要在貧瘠立地和較好立地分別造林，進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)。

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