不同土壤及氮肥對1年生臺灣榿木生長的影響*

魯瑩瑩，姜英，劉秀，申文輝，譚長強

(1.廣西大學林學院，廣西　南寧530002；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院，廣西　南寧530002)

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不同土壤及氮肥對1年生臺灣榿木生長的影響*

魯瑩瑩1,2，姜英2，劉秀2，申文輝2，譚長強2

(1.廣西大學林學院，廣西南寧530002；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院，廣西南寧530002)

以1年生榿木實生苗為研究對象，探討臺灣榿木幼苗在不同土壤條件下，施用不等量的氮肥對其生長指標、生物量以及對植株葉綠素(a、b)含量的影響。結果表明，隨著氮肥量的增加，幼苗苗高、地徑、生物量隨之減少，不施加氮肥效果最好，高濃度氮肥在初施時有促進作用，其后導致死亡；葉綠素含量為低氮肥較優(yōu)于無氮和高氮肥；生長及生理質(zhì)量表現(xiàn)最優(yōu)的土壤條件為T2的酸性黃心土。通過簡單研究土壤條件及氮肥料對臺灣榿木小苗的影響差異，為臺灣榿木在廣西引種苗期栽培養(yǎng)護提供建議。

臺灣榿木；氮肥；葉綠素；生物量

臺灣榿木(Alnusformosana)為樺木科(Betulaceae)榿木屬落葉大喬木，為引進臺灣樹種，其干形高大通直，材質(zhì)柔韌細密，在多種復雜地貌地形上皆能生存生長，是當?shù)氐脑炝窒蠕h樹種[1]。臺灣榿木因耐瘠薄不專生的高強適應性，且兼具速生和固氮功能，已在福建、四川、湖南等地大范圍引種造林且表現(xiàn)出良好的適應性[2～3]。臺灣榿木可為一種弗蘭克氏固氮菌內(nèi)生形成根瘤，在幼齡期速生且固氮量大，使林木具有培肥土壤、保持地力的作用[4～5]。本文對外源氮肥以及不同土壤類型對臺灣榿木苗期生長的影響展開研究，初步得出土壤類型、養(yǎng)分條件及氮肥量高低對苗期生長的影響規(guī)律和相關性，為廣西地區(qū)進行臺灣榿木苗木培育和引種造林提供基礎理論參考。

1　材料與方法

1.1研究地概況

研究地設在南寧市北郊的廣西林業(yè)科學研究院試驗苗圃內(nèi)(108°28′E，22°55′N)，海拔約為85m，年平均氣溫21.5℃，年平均降水量1 304mm以上，年蒸發(fā)量達1 397mm，為典型的的南亞熱帶季風氣候，氣候溫和濕潤，平均相對濕度達79%，陽光充足，日照時數(shù)約1 550h。極端最高溫(7～8月)為40.4℃，最冷月(1月)平均氣溫12.8℃，極端最低溫-1.5℃，干濕季分明，降雨量大，集中在4～9月。

1.2材料與方法

2014年11月選擇生長情況相對一致的1年生臺灣榿木實生幼苗(平均高52cm，地徑5.7mm)，用4種不同理化性質(zhì)的土壤，分別為T1(酸性黑壤土)、T2(酸性黃心土)、T3(酸性紅壤土)、T4(堿性紅壤土)(表1)。裝盆栽植(盆規(guī)格直徑×高為23cm×20cm)，常規(guī)培養(yǎng)2個月后開始施肥處理，氮肥(尿素)設3個濃度梯度(N1為0g/株、N2為6g/株、N3為12g/株)，磷鉀肥(過磷酸鈣10g/株、氧化鉀5g/株)，雙因素完全隨機區(qū)組設計，共12個處理，每個處理樣本為30盆，共360盆，統(tǒng)一管理，每天視情況澆水，肥料平均分4次施完，每月1次。每月定期進行株高、地徑測量，處理4個月后，選擇標準株進行地上部分鮮重、地上部分干重、地下部分鮮重、地下部分干重的測量及葉片葉綠素含量測定。

土壤pH值采用電位法pH計測量；全氮測定用凱氏定氮蒸餾法；水解氮用堿解擴散法；全磷用濃硫酸-高氯酸消煮-鉬銻抗比色法；有效磷用0.5mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬酸氨抗比色法，用分光光度計進行測定；全鉀用氫氧化鈉堿熔-原子光度吸收法；速效鉀用1mol/L乙酸銨浸提p原子光度吸收法；有機質(zhì)用重鉻酸鉀氧化p外加熱法；葉綠素用分光光度計測量[6～7]。

表1　試驗用土的pH及營養(yǎng)條件Tab.1　pH and nutritional conditions of the tested soil

1.3數(shù)據(jù)處理

運用MicrosoftExcel 2003、Origin7.0和DPSV3．01軟件進行作圖和分析。

2　結果與分析

2.1不同土壤氮肥條件下臺灣榿木1年生幼苗生

長情況比較

由圖1可知，不同土壤條件及不同的氮肥處理使臺灣榿木幼苗生長出現(xiàn)了不同的結果，從土壤性質(zhì)的差別和氮肥的需求量兩方面對生長綜合影響。由表2測量結果可知，N1即無氮肥添加處理的苗木苗高、地徑保持在一定正常生長水平，施加不同氮肥量處理后對生長造成相反趨勢的影響，少氮處理前期增長緩慢，后期明顯促進，高氮處理前期增勢明顯，后期抑制作用增強，整體形勢為隨著氮濃度的增大各土壤處理苗木生長增量呈先增強后降低趨勢；N2處理的苗高、地徑增長量最大，相比N1有促進作用；N3處理對苗高有一定促進作用，但濃度太高導致部分苗木死亡，相比N1抑制幼苗生長；N1處理下，苗木高生長增量在不同土壤條件下表現(xiàn)為T2>T1>T3>T4，地徑生長增量為T1>T3>T2>T4；N2水平下，苗高增量表現(xiàn)為T2>T1>T3>T4，地徑增量表現(xiàn)為T2>T1>T3>T4；N3水平下苗高增長量則為T4>T2>T1>T3，地徑增長量為T4>T1>T3>T2；整體肥料效果表現(xiàn)，無氮肥添加有利于地徑生長，少量氮肥則對苗高有明顯促進作用，T1、T3在N1或N2都有較好生長增勢，T2最優(yōu)為N2，T4最優(yōu)為N3，增長量最大的為5號處理即T2N2水平。

圖1不同土壤氮肥臺灣榿木1年生幼苗總生長量

Fig.1Total growth ofAlnusformosanaunder different soil and nitrogen fertilizer

方差分析表明，不同土壤條件及不同氮肥條件對苗木生長具有不同影響，3種氮肥水平下，N2與其他水平間有極顯著差異性，N1與N3無顯著差異；4種土壤條件下，T1和T4間差異不顯著，T2與T3均與其他有極顯著的差異。

表2　不同土壤氮肥條件下幼苗每月株高與地徑測量值Tab.2　Height and diameter growth by month under different soil nitrogen fertilizers

2.2不同土壤氮肥條件下臺灣榿木1年生幼苗生

物量分配情況比較

方差分析表明，不同土壤條件和不同氮肥處理對苗木根、莖、葉及根瘤生物量的積累有顯著差異性的影響。整體水平上施氮量越高越不利于植株的生物量積累，相較之下，不施氮情況下苗木生長的最好，單株總體生物量積累值最大；4種土壤的平均單株總生物量表現(xiàn)，N2水平時的植株比不施氮水平減少了48%，N3水平下降了59%；3種氮肥水平整體均在T2的地上部分生物量表現(xiàn)最大值。在同一氮水平內(nèi)，不同土壤條件下的苗木生長情況也差異顯著，N1為T2>T3>T4>T1，T2單株平均生物量達到53.84g，分別比T3、T4、T1高出37%、45%、61%；N2及N3水平上明顯具有優(yōu)勢的T2，其單株平均生物量比T3高出45%，其他3種土壤則無明顯差異，N3濃度時表現(xiàn)出的整體水平都為最低，但T2仍明顯優(yōu)于其他3種土壤，可見T2狀況適應于各種施氮肥情況，最有利于植株的生長和吸收養(yǎng)分。

土壤的含氮量以及肥料的供應程度不僅影響著植株的生長表現(xiàn)，對植株最后生物量的積累在各部位的分配比例也有著支配和調(diào)控的作用，由根冠比率可以看出植株生長在地上部分和地下部分的比重及關系，可以反映植株對土壤氮素的吸收利用情況[8～9]。從表3中可以發(fā)現(xiàn)，各處理下植株根冠比都差異不明顯，但總體表現(xiàn)出無氮水平下比值最大，N2水平的比值略小于N3水平，不施加氮肥會增加植株根部的生長以充分吸收氮素，但是施氮濃度太大又不利于對氮的吸收率，從而阻礙了植株在地上部分的生物量積累；土壤方面，富含營養(yǎng)的T2根冠比在相同氮濃度下整體都處于最小狀態(tài)，且其地上生物量又保持在最高水平，利于植株的合理生長；T1的營養(yǎng)程度也較高，但植株根冠比較大，對營養(yǎng)成分的吸收率不高。

表3　不同土壤氮肥條件下臺灣榿木1年生幼苗生物量積累值Tab.3　Biomass allocation of Alnus formosana under different soil nitrogen fertilizers

注:表中同一列不同小寫字母表示不同處理下各臺灣榿木幼苗生物量的差異顯著(P<0.05，Tukey) 。

2.3不同土壤氮肥條件下臺灣榿木1年生幼苗葉

片葉綠素含量比較

由表4可知，不同施氮水平下臺灣榿木幼苗的葉片葉綠素含量差異顯著，不同土壤間也有不同的含量差別，葉綠素a和葉綠素b的含量在不同處理間結果差異復雜，總體規(guī)律不明顯。T1條件下，葉綠素a含量表現(xiàn)為隨氮含量的增加而增加，說明T1條件增施氮肥可促進葉綠素a的形成。T2條件下，表現(xiàn)為N1和N2水平葉綠素含量變化不明顯，過量氮反而降低了葉綠素的形成。T3條件下，表現(xiàn)為3種氮水平的施用對植株葉綠素含量的多少無明顯影響。T4條件下，N2水平的葉綠素a含量和葉綠素b含量都表現(xiàn)為較高于不施氮和施過量氮的情況。

不施氮情況下，土壤條件對苗木葉片葉綠素的含量影響是主要因素，其結果表現(xiàn)為葉綠素a含量大小排序為：T2>T3>T4>T1，葉綠素b含量：T1>T2>T3>T4；施少量氮情況對各土壤條件的葉綠素a含量變化無明顯影響，但過量氮促進了T1苗木葉綠素a的形成，抑制了T2的苗木葉綠素a含量；少量氮在4個土壤條件下葉綠素b含量間差別不明顯，過量氮對其含量影響不大，都表現(xiàn)為T1和T2顯著高于T3，T4葉綠素b含量始終處于較低狀態(tài)。4種土壤條件下，不同施氮濃度對葉片葉綠素(a+b)含量總和的影響在T3和T4有一致規(guī)律，表現(xiàn)為施氮相較不施氮有利于葉綠素含量的提高，且少量氮濃度為適宜水平；T1則表現(xiàn)多施氮顯著利于葉綠素總含量的增加，T2表現(xiàn)為過量氮會減少葉綠素總含量。

表4　不同土壤氮肥條件下臺灣榿木1年生 幼苗葉綠素含量值Tab.4　Chlorophyll content of Alnus formosana under different soil nitrogen fertilizers

2.4各指標間相關性分析

相關性分析可以看出土壤指標對苗木生長的主要影響因素及對其產(chǎn)生的具體作用。對苗木各生長指標進行相關性分析(表5)，結果顯示，土壤pH與各指標呈負相關，與苗高增量呈顯著負相關，與葉綠素總量呈極顯著負相關；有機質(zhì)與根瘤干重呈不顯著負相關，除與地徑增量和總生物量呈顯著正相關外，與其它呈不顯著正相關；土壤全氮除與地徑增量呈顯著正相關外，與其它指標呈不顯著正相關，與根瘤干重呈不顯著負相關；水解氮含量與地徑增量呈極顯著正相關，與苗高增量呈顯著正相關，與根瘤干重呈不顯著負相關；土壤全磷含量與苗木生物量總量及葉、莖干質(zhì)量均呈極顯著的正相關，與根干重呈顯著正相關；有效磷含量除與根瘤干重呈負相關外，與其它指標呈正相關；全鉀含量與各指標呈正相關，與葉綠素總量及根瘤干重呈顯著正相關，速效鉀與根瘤干重呈正相關，與其它則為負相關關系。

表5　土壤養(yǎng)分與各生長指標的相關性分析Tab.5　Correlation analysis of soil nutrient and growth indicators

注：* 表示在p<0.05水平上有顯著差異,**表示在p<0.01水平上有顯著差異。

3　討論與結論

3.1討論

臺灣榿木為廣西新引進樹種，其對土壤的適應性較廣泛，并兼具可結根瘤固定氮的特性，對土壤氮元素敏感[10～11]，對氮肥的需要量相對較少，適量氮肥結合土壤自身物化特質(zhì)，平衡營養(yǎng)可顯著提高臺灣榿木幼苗生長質(zhì)量、葉綠素含量及生物量的積累。馮岑探討對臺灣榿木的施肥配比認為，不同的氮磷鉀肥配比方案對植株有不同的促進功效，但總體氮肥量均表現(xiàn)不高[12]；潘燕研究施肥與根系關系時發(fā)現(xiàn)氮肥在臺灣榿木生長初期對根系生長有促進作用，其后則表現(xiàn)抑制作用[13]。本試驗所用的4種土壤分別是：T1酸性黑壤土、T2酸性黃心土、T3酸性紅壤土、T4堿性紅壤土。幼苗試驗對土壤的適應性結果表明，臺灣榿木幼苗在4種土壤上均能正常生長，在酸性的黃心土中都有較大的苗高、地徑值，生長良好。其次，無氮肥水平生長量表現(xiàn)正常，增加氮肥處理后，苗木生長高峰出現(xiàn)在前2個月，之后在同等土壤環(huán)境中少氮促進作用增強，隨著外施氮肥量持續(xù)增加，生長開始受到抑制性影響：在少氮水平，植株高而細，促進苗高生長，但不利于地徑生長；在高氮水平，苗木表現(xiàn)為前期生長良好且迅速，在第4個月就開始出現(xiàn)黃葉，之后苗木死亡加劇。可見，氮肥用量過高會損害臺灣榿木幼苗的生長，高氮對苗木生長有一定促進作用，但不適宜長期施用。

植物生物量分配格局和土壤的性質(zhì)密切相關，反映了植物適應程度，土壤化學性質(zhì)及物理結構的不同，施肥后人工改變了土壤養(yǎng)分環(huán)境，植物可通過調(diào)節(jié)其生物量的不同比例分配來適應環(huán)境[14～15]。而營養(yǎng)元素缺乏和過量都會導致植物養(yǎng)分分配不均或不生長，通常植物在受到脅迫時會增加根在整體生長的比重[16]。另外土壤養(yǎng)分條件的改變會對固氮樹種根系結瘤情況有調(diào)控作用，植物無法有效地利用土壤中的氮元素，會結大量根瘤通過固氮作用的方式來維持營養(yǎng)，當土壤中有足夠的無機氮供給，則苗木根瘤減少。試驗中根冠比較大的黑壤土，強度生長根系來促進吸收營養(yǎng)，其土壤氮及有效磷含量并不低，可能由于土壤持水性差，植物通過根系的延伸增大吸收面積；而分配較大莖葉生物量的黃心土，根生長受限制，后期追加養(yǎng)分會緩解。氮、磷、速效鉀含量較高的黃心土處理，苗木有較高生物量積累，其他處理地上部分的生物量與之差異明顯，酸性黃心土處理，苗木不僅有發(fā)達的根系，枝葉的生長量也遠大于其他試驗苗，其無氮肥處理單株生物量達53.84g，是無氮肥中最小的黑壤土的2.1倍。

土壤的酸堿度會通過影響元素的溶解度，來改變其有效性，從而直接影響著植物對養(yǎng)分的吸收利用[17～18]，臺灣榿木在原產(chǎn)地多生長于酸性山地土壤。本試驗中，T1、T2、T3均為酸性，T4為堿性，從苗木總生物量對比結果可看出，在堿性環(huán)境下的試驗苗生物量值最低，葉綠素a和b的含量也相對較低。研究表明，葉片葉綠素含量高低可以反映植物體內(nèi)營養(yǎng)程度，且與植物吸收氮素營養(yǎng)能力成正比[19]。葉綠素含量最高的為土壤T1增施高氮肥情況，則表明其對氮素的利用率得到增高，其他土壤條件下增施氮肥反而會抑制氮素的吸收、利用效果。

3.2結論

通過臺灣榿木對土壤以及氮肥的適應性生長研究，初步得出在酸性T2(黃心土)基礎上，施加少量或微量氮肥苗木生長情況較好，其次為酸性紅壤土；根冠比隨氮肥濃度增加而呈現(xiàn)一定程度的降低；氮肥在一定范圍內(nèi)對植株葉綠體的形成有促進作用，表現(xiàn)為N2>N3>N1。試驗中存在肥料梯度較少，氮肥對臺灣榿木最適宜影響濃度的小范圍不確定，觀測期不長導致結果規(guī)律不統(tǒng)一，另處，土壤與肥料的交互作用產(chǎn)生的影響也是致復雜結果的重要因素之一[20]，土壤堿性無持續(xù)控制等問題，以及和磷鉀肥的調(diào)配比例還有待進一步細化研究。

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Effects of Different Soil Conditions and Nitrogen Fertilizer on Growth of one-year-old Alnus formosana

LU Ying-ying1,2,JIANG Ying2,LIU Xiu2,SHEN Wen-hui2,TAN Zhang-qiang2

(1.Forestry College of Guangxi University,Nanning Guangxi 530002,P.R.China;2.Guangxi Forestry Research Institute,Nanning Guangxi 530002,P.R.China)

1-year-oldAlnusformosanaseedlings as the research material,the effects of different soil conditions and nitrogen fertilizer on its growth indictors,biomass,and the content of chlorophyll (a,b)were investigated and analyzed.The results showed that the seedling height,diameter,and biomass reduced with the increase in the amount of nitrogen fertilizer,while non-nitrogen-fertilizer treatment worked best.The nitrogen fertilizer with high concentration facilitated the growth ofAlnusformosanaseedlings at the early stage,while it led to death with concentration increasing.The content of chlorophyll under low nitrogen was more than high nitrogen fertilizer or non-nitrogenous fertilizer.The optimal soil conditions for the best performance of growth indictors and physiological quality was the acidity red loam T2.

Alnusformosana;nitrogen fertilizer;chlorophyll;biomass

10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.05.014

2015-11-27

廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室自主課題(13-A-02-02；14-A-02-02；15-A-02-02)。

魯瑩瑩(1989-)，女，研究生，主要從事森林培育研究。E-mail:399597426@qq.com

簡介：姜英(1985-)，女，工程師，碩士，主要從事森林培育及植物生理研究。E-mail:271805294@qq.com

S 792.14

A

1672-8246(2016)05-0073-06