底部滲灌下容器類型及規(guī)格對(duì)油松根系結(jié)構(gòu)的影響

滕 飛，劉 勇，王 琰，胡嘉偉，孫巧玉，萬(wàn)芳芳，張 勁

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

底部滲灌下容器類型及規(guī)格對(duì)油松根系結(jié)構(gòu)的影響

滕 飛，劉 勇，王 琰，胡嘉偉，孫巧玉，萬(wàn)芳芳，張 勁

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

探索底部滲灌條件下最適合油松Pinus tabuliformis容器苗生長(zhǎng)的容器類型及規(guī)格，對(duì)容器苗底部滲灌技術(shù)應(yīng)用的可行性提供理論依據(jù)，完善油松容器苗的培育技術(shù)。試驗(yàn)采用嵌套式試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以油松播種容器苗為研究對(duì)象，在底部滲灌條件下，設(shè)置硬塑料容器（HPC），無(wú)紡布容器（NWC）和黑色塑料容器（BPC）等3種容器類型各2種規(guī)格，通過(guò)對(duì)油松苗根系主根長(zhǎng)、生物量、徑級(jí)分布等形態(tài)指標(biāo)以及不同容器耗水規(guī)律指標(biāo)的測(cè)定，探討不同容器類型及規(guī)格對(duì)苗木根系形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。研究表明：底部滲灌條件下，利用硬塑料容器培育的油松苗主根長(zhǎng)為15.56 cm，而黑色塑料為23.93 cm，遠(yuǎn)超容器長(zhǎng)度，造成窩根現(xiàn)象嚴(yán)重；硬塑料容器（0.15 g）和黑色塑料容器（0.17 g）苗木的主根干質(zhì)量無(wú)顯著差異，但均顯著大于無(wú)紡布容器（0.13 g，P＜0.05）；硬塑料容器下苗木細(xì)根（0.00 mm＜D＜0.50 mm）發(fā)育最好，其根系累計(jì)長(zhǎng)度、根累計(jì)表面積和根累計(jì)體積分別占比為71%，52%和29%，且長(zhǎng)規(guī)格硬塑料容器明顯促進(jìn)細(xì)根的生長(zhǎng)；硬塑料容器最有利于根部氮磷鉀的積累。同時(shí)，底部滲灌期間，硬塑料容器耗水量最少，僅為391.95 mL·株-1。綜上所述，底部滲灌條件下，長(zhǎng)規(guī)格硬塑料容器（3.80 cm×21.00 cm）最有利于油松播種苗根系的生長(zhǎng)，細(xì)根更發(fā)達(dá)，有利于苗木對(duì)養(yǎng)分的吸收，對(duì)今后提高造林成活率有明顯優(yōu)勢(shì)。圖4表6參27

森林培育學(xué)；底部滲灌；容器類型；容器規(guī)格；油松；根系

隨著水資源危機(jī)的加劇，節(jié)水理念貫穿于中國(guó)各行業(yè)，而林業(yè)容器育苗常見(jiàn)的上方灌溉使得水資源浪費(fèi)高達(dá)72%［1］，同時(shí)未經(jīng)苗木利用的養(yǎng)分隨排水流失，極易造成環(huán)境污染［2］。容器苗底部滲灌技術(shù)是利用育苗基質(zhì)的毛細(xì)管作用從容器下方吸收水分對(duì)苗木進(jìn)行灌溉的育苗技術(shù)［3］，可實(shí)現(xiàn)水分的循環(huán)利用。研究發(fā)現(xiàn)，在保證苗木質(zhì)量的前提下，底部滲灌較上方灌溉可節(jié)水49%～72%，節(jié)肥32%～60%［4］，具有廣闊的發(fā)展前景。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)容器苗底部滲灌技術(shù)的研究主要涉及底部滲灌對(duì)節(jié)水節(jié)肥、苗木生長(zhǎng)、光合特性、水分利用效率等方面的影響［5］，而對(duì)苗木根系以及根團(tuán)質(zhì)量的研究較少。根系作為植物吸收水分和養(yǎng)分并進(jìn)行物質(zhì)合成的主要途徑和重要功能器官，是植物與土壤的動(dòng)態(tài)界面［6-7］，其發(fā)育好壞直接影響苗木利用水分及養(yǎng)分的能力，進(jìn)而決定苗木質(zhì)量［8-9］。容器作為根系的主要生存空間，直接影響苗木的生長(zhǎng)發(fā)育，且不同的苗木因生物學(xué)特性的差異所適合的容器也不同［10］。國(guó)外關(guān)于底部滲灌下容器選擇的研究發(fā)現(xiàn)，容器的結(jié)構(gòu)等特性會(huì)影響水分向上運(yùn)動(dòng)的速度和距離，從而影響底部滲灌的效果［11］。中國(guó)對(duì)容器苗底部滲灌技術(shù)的研究?jī)H在栓皮櫟Quercus variabilis［12-13］和華北落葉松Larix principisrupprechtii［14-15］水肥調(diào)控技術(shù)上取得了一些進(jìn)展，而關(guān)于容器選擇的研究還未見(jiàn)報(bào)道，因此，研究不同容器類型及規(guī)格對(duì)底部滲灌下容器苗根系質(zhì)量的影響具有重要意義。本研究以油松Pinus tabuliformis播種容器苗為研究對(duì)象，探討底部滲灌條件下不同容器類型及規(guī)格對(duì)苗木根系質(zhì)量的影響，旨在找出既適合底部滲灌技術(shù)，又適合油松苗木培育的最佳容器，為底部滲灌技術(shù)在中國(guó)造林樹(shù)種容器育苗中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在北京林業(yè)大學(xué)妙峰山教學(xué)試驗(yàn)林場(chǎng)的森林培育學(xué)科普照院科研基地全自動(dòng)透光溫室內(nèi)（39°54′N，116°28′E）。育苗階段溫室采用自然光照，平均溫度為28.6℃，最高溫度為35.0℃，最低溫度為25.9℃，平均濕度為75%，灌溉采用底部滲灌循環(huán)用水。

1.2 試驗(yàn)材料

油松種子采收于河北省承德市北京林業(yè)大學(xué)北方基地，千粒質(zhì)量為40.00 g。育苗基質(zhì)是V（泥炭）∶V（珍珠巖）=3∶1，泥炭為丹麥品氏托普公司生產(chǎn)的5號(hào)泥炭。試驗(yàn)所用肥料為大漢農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的包裹型緩釋復(fù)合肥［V（N）∶V（P）∶V（K）=14∶13∶13］，肥效5～6個(gè)月。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3種容器類型（硬塑料、無(wú)紡布、黑色塑料），每種容器類型下又設(shè)置2種容器規(guī)格（短規(guī)格、長(zhǎng)規(guī)格），構(gòu)成3×2嵌套設(shè)計(jì)，共6個(gè)處理，重復(fù)5次·處理-1，1托盤(pán)·重復(fù)-1，育苗45株·托盤(pán)-1，具體處理見(jiàn)表1。硬塑料容器是內(nèi)壁有4條導(dǎo)根肋，底部有4個(gè)排水口的錐形物理修根容器，進(jìn)口自Stuewe&Sons公司。無(wú)紡布容器屬于空氣修根容器，購(gòu)買(mǎi)于安慶林興育苗有限公司。黑色塑料容器購(gòu)買(mǎi)于北京首創(chuàng)科技有限公司的育苗營(yíng)養(yǎng)杯。

1.4 育苗方法

1.4.1 種子處理與播種 油松種子采收后經(jīng)過(guò)除雜、挑選、陰干，放入0～2℃的冷柜中儲(chǔ)藏，之后于2014年4月15日進(jìn)行種子催芽。油松種子催芽前，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的高錳酸鉀水溶液浸泡2.0 h后，用清水洗凈，然后將種子放在40～50℃的溫水中，自然冷卻1晝夜后撈出，然后按1∶3的比例與濕沙混合均勻，放入溫室中催芽，當(dāng)有30%裂嘴露白即可進(jìn)行播種。2014年4月17日，將油松容器苗按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的育苗株數(shù)及施氮量100.00 mg·株-1計(jì)算出每種容器類型及規(guī)格所需的緩釋肥量，然后將緩釋肥一次性拌入基質(zhì)中并混合均勻，再將混合了緩釋肥的基質(zhì)裝入容器內(nèi)，裝填時(shí)不需壓太緊，墩實(shí)即可，之后將容器置于育苗床上，在播種前澆水至飽和。4月19日播種，播種數(shù)為1～2?！と萜?1，播種深度均為種子直徑的2～3倍。

表1 不同容器類型及規(guī)格的試驗(yàn)處理Table 1 Treatments of different container types and sizes

1.4.2 苗期管理 播種后為保證上層基質(zhì)濕潤(rùn)，采用上方灌溉進(jìn)行少量多次澆水。幼苗出齊后進(jìn)行間苗，并繼續(xù)采用上方灌溉適量灌水，大約2次·d-1。幼苗期結(jié)束后至抗凍鍛煉前，對(duì)苗木進(jìn)行底部滲灌。本試驗(yàn)?zāi)M底部滲灌系統(tǒng)，使用自購(gòu)的帶蓋整理箱作為滲水槽，隔2 d對(duì)育苗托盤(pán)稱量1次，所用天平精度為0.10 g，當(dāng)所稱量達(dá)到灌水參數(shù)時(shí)，將托盤(pán)置于整理箱中滲水至飽和，之后將托盤(pán)置于整理箱上方進(jìn)行控水，大約15 min后將托盤(pán)移至苗床上，試驗(yàn)過(guò)程中定期補(bǔ)充整理箱中的水。灌水參數(shù)的計(jì)算方法如下：首先，在灌水前將容器、基質(zhì)和托盤(pán)的總質(zhì)量記為W1，之后采用上部灌溉使容器內(nèi)基質(zhì)達(dá)到飽和［16］，稱取此時(shí)托盤(pán)、容器和基質(zhì)的總質(zhì)量，記為W2，則基質(zhì)飽和水質(zhì)量W=W2-W1。因設(shè)定速生期灌水參數(shù)為飽和水質(zhì)量的75%～80%，硬化期灌水參數(shù)為飽和水質(zhì)量的55%～60%［17］，則速生期的灌水臨界質(zhì)量為75%W+W1至80%W+W1，硬化期的灌水臨界質(zhì)量為55%W+W1至60%W+W1。

1.5 取樣與測(cè)定

1.5.1 底部滲灌期間每月灌水量測(cè)定 在底部滲灌期間（2014年6-9月），隔2 d對(duì)各育苗托盤(pán)的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)質(zhì)量達(dá)到底部滲灌灌水參數(shù)時(shí)，即對(duì)其進(jìn)行底部滲灌至飽和。在滲灌前，記錄下各育苗托盤(pán)所稱得的質(zhì)量數(shù)據(jù)，計(jì)算每次滲水量。

1.5.2 苗木取樣與測(cè)定 2014年10月20日，將苗木搬出溫室進(jìn)行抗凍訓(xùn)練。11月15日，對(duì)油松苗進(jìn)行破壞取樣，取8株·處理-1·重復(fù)-1，將容器苗根系用清水洗凈后小心裝入自封袋，再置于冰盒中，當(dāng)天即帶回實(shí)驗(yàn)室。將根系樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后先測(cè)定主根長(zhǎng)，之后用Epson V750 Pro數(shù)字化掃描儀掃描，用Win RHIZO根系圖像分析系統(tǒng)軟件定量分析根系掃描圖像的形態(tài)指標(biāo)，主要包括根系長(zhǎng)度、根系表面積、根系體積等指標(biāo)，比根長(zhǎng)為根系總根長(zhǎng)與根生物量之比［18］。根系分級(jí)方法為0.00 mm＜根系直徑（D）≤0.20 mm為第1徑級(jí)，0.20 mm＜D≤0.50 mm為第2徑級(jí)，0.50 mm＜D≤1.00 mm為第3徑級(jí)，1.00 mm＜D≤2.00 mm為第4徑級(jí)，D＞2.00 mm為第5徑級(jí)［15］。之后將根系從距地徑5.00 cm處分開(kāi)，定義5.00 cm以上為上層根系（N1），5.00 cm以下為下層根系（N2），統(tǒng)計(jì)完根系上層和下層的一級(jí)側(cè)根數(shù)量后將上層和下層的側(cè)根剪下，分別混合8株·重復(fù)-1苗木的主根、上層側(cè)根及下層側(cè)根，在105℃的烘箱中殺青20 min，70℃烘干至質(zhì)量恒定后稱量各部分生物量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010整理數(shù)據(jù)，用SPSS 20.0軟件中的嵌套模型對(duì)3×2嵌套設(shè)計(jì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，用最小顯著性差異法（LSD）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較，用Excel 2010繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同容器類型及規(guī)格對(duì)油松苗主根長(zhǎng)、一級(jí)側(cè)根數(shù)的影響

由表2可知：3種容器類型主根長(zhǎng)之間差異顯著（P＜0.05），黑色塑料容器主根長(zhǎng)均值最大，為23.93 cm，明顯超出容器長(zhǎng)度（短規(guī)格為10.00 cm，長(zhǎng)規(guī)格為15.00 cm），其他2種容器類型主根長(zhǎng)均沒(méi)有超出容器長(zhǎng)度。3種容器類型一級(jí)側(cè)根總數(shù)無(wú)明顯差異（P＞0.05），5.00 cm以下一級(jí)側(cè)根數(shù)（N2）均多于5.00 cm以上一級(jí)側(cè)根數(shù)（N1）。黑色塑料容器N1值明顯少于其他2種容器類型，僅為7.30。不同容器類型N1/N2值差異顯著（P＜0.05），表現(xiàn)為無(wú)紡布＞硬塑料＞黑色塑料，無(wú)紡布容器值為1.12，上下層一級(jí)側(cè)根數(shù)基本均衡；硬塑料容器值為0.75，上層一級(jí)側(cè)根略少于下層；而黑色塑料容器值為0.50，上層一級(jí)側(cè)根數(shù)幾乎僅為下層的一半。

對(duì)于容器規(guī)格而言，硬塑料長(zhǎng)規(guī)格容器促進(jìn)了主根的伸長(zhǎng)，較短規(guī)格多出7.36 cm，無(wú)紡布容器的規(guī)格對(duì)主根長(zhǎng)無(wú)明顯影響，黑色塑料容器短規(guī)格主根長(zhǎng)為30.76 cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出容器長(zhǎng)度，長(zhǎng)規(guī)格僅為17.10 cm，略超出容器長(zhǎng)度；硬塑料和無(wú)紡布容器的長(zhǎng)規(guī)格均促進(jìn)了一級(jí)側(cè)根數(shù)和N2的增多，長(zhǎng)規(guī)格硬塑料和無(wú)紡布容器的一級(jí)側(cè)根數(shù)分別比短規(guī)格多出30%和39%，而黑色塑料容器一級(jí)側(cè)根數(shù)、N1以及N2均未受到容器規(guī)格的影響。

表2 容器類型及規(guī)格對(duì)油松主根長(zhǎng)、一級(jí)側(cè)根數(shù)及上下層一級(jí)側(cè)根數(shù)的影響Table 2 Seedlings taproot length,the number of primary lateral roots and primary lateral roots from the root plug in each of the two root plug depths in response to container types and sizes

2.2 不同容器類型及規(guī)格對(duì)油松苗全株以及根部生物量的影響

多重比較結(jié)果顯示（表3）：3種容器類型下單株生物量與根生物量呈現(xiàn)相似規(guī)律，硬塑料和黑色塑料容器無(wú)顯著差異，但均明顯大于無(wú)紡布容器（P＜0.05）。而側(cè)根干質(zhì)量、上層側(cè)根干質(zhì)量（G1）及下層側(cè)根干質(zhì)量（G2）3種容器類型之間均差異顯著（P＜0.05），呈現(xiàn)出黑色塑料＞硬塑料＞無(wú)紡布的規(guī)律，黑色塑料容器側(cè)根干質(zhì)量、上層側(cè)根干質(zhì)量、下層側(cè)根干質(zhì)量分別是硬塑料的1.56倍、1.50倍和1.67倍，無(wú)紡布的2.79倍、2.67倍和3.00倍。從G1/G2值可以看出，3種容器類型之間無(wú)顯著差異（P＞0.05），上層側(cè)根干物質(zhì)積累均約為下層的2.00倍。

由表3可知：對(duì)于硬塑料容器來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)規(guī)格容器顯著促進(jìn)了苗木整株以及根部的生長(zhǎng)，單株干質(zhì)量、主根干質(zhì)量、側(cè)根干質(zhì)量及下層側(cè)根干質(zhì)量分別比短規(guī)格多出0.24，0.04，0.07和0.05 g。對(duì)于無(wú)紡布容器而言，長(zhǎng)規(guī)格容器對(duì)單株、主根和下層側(cè)根的積累促進(jìn)作用較明顯。而在黑色塑料容器中，長(zhǎng)規(guī)格容器顯著促進(jìn)了單株、側(cè)根干質(zhì)量的增多，單株干質(zhì)量較短規(guī)格多出0.64 g。

表3 容器類型及規(guī)格對(duì)油松總生物量以及根生物量的影響Table 3 Seedling total biomass and root biomass in response to container types and sizes

2.3 不同容器類型及規(guī)格對(duì)油松苗根總長(zhǎng)、根表面積、根體積及比根長(zhǎng)的影響

由多重比較結(jié)果可知（表4）：硬塑料與黑色塑料容器各指標(biāo)之間均無(wú)顯著差異，但均顯著大于無(wú)紡布容器（P＜0.05）。黑色塑料容器苗木根總長(zhǎng)、根表面積和根體積的數(shù)值最大，為616.72 cm，98.11 cm2和1.25 cm3，分別是無(wú)紡布容器的3.28，2.91和2.60倍。硬塑料容器比根長(zhǎng)數(shù)值最大，為1 435.97 cm· g-1，約為無(wú)紡布容器的2.11倍。對(duì)于硬塑料和黑色塑料容器來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)規(guī)格均明顯促進(jìn)了根總長(zhǎng)、根表面積和根體積的增加。長(zhǎng)規(guī)格的硬塑料容器苗木根總長(zhǎng)、根表面積和根體積分別比短規(guī)格高出約52%，46%和44%。長(zhǎng)規(guī)格黑色塑料容器苗木根總長(zhǎng)、根表面積和根體積分別較短規(guī)格高出50%，49%和40%。然而，容器規(guī)格并沒(méi)有影響無(wú)紡布容器中苗木的根總長(zhǎng)、根表面積和根體積。在3種容器類型下，容器規(guī)格均沒(méi)有影響苗木比根長(zhǎng)的大小。

表4 容器類型及規(guī)格對(duì)油松根總長(zhǎng)、根表面積、根體積及比根長(zhǎng)的影響Table 4 Seedlings root length,root surface,root volume and SRL in response to container types and sizes

2.4 不同容器類型及規(guī)格對(duì)油松苗根系各徑級(jí)分布的影響

2.4.1 容器類型對(duì)苗木各徑級(jí)累計(jì)根長(zhǎng)、累計(jì)根表面積及累計(jì)根體積的影響 多重比較結(jié)果可知（圖1，圖2）：苗木根系累計(jì)長(zhǎng)度與累計(jì)表面積呈現(xiàn)類似變化趨勢(shì)，隨著徑級(jí)的增加均表現(xiàn)為先增大后減小。不同容器類型下苗木根系累計(jì)長(zhǎng)度在各徑級(jí)上差異顯著（P＜0.05），無(wú)紡布容器第1徑級(jí)到第4徑級(jí)累計(jì)根長(zhǎng)均明顯小于其他2種容器類型，硬塑料和黑色塑料容器細(xì)根（第1徑級(jí)＋第2徑級(jí)）累計(jì)長(zhǎng)度無(wú)明顯差異，硬塑料容器細(xì)根長(zhǎng)為402.32 cm，占總根長(zhǎng)比例最大，達(dá)71%，顯著高于細(xì)根長(zhǎng)為128.23 cm的無(wú)紡布容器。與苗木根系累計(jì)長(zhǎng)度變化相似，3種容器類型徑級(jí)較小的根系累計(jì)表面積占較大比例，但第3徑級(jí)所占比例有明顯提高。硬塑料容器與黑色塑料容器細(xì)根累計(jì)表面積均顯著大于無(wú)紡布容器，硬塑料容器細(xì)根所占比例最大（52%），累計(jì)表面積為41.41 cm2，而無(wú)紡布容器細(xì)根累計(jì)表面積僅為13.22 cm2，占根系總表面積的44%。與根系累計(jì)長(zhǎng)度和累計(jì)表面積相比，根系累計(jì)體積呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)（圖3），徑級(jí)較大的根系累計(jì)體積所占比例逐漸增大，硬塑料和黑色塑料容器第3徑級(jí)根累計(jì)體積占根總體積的比例最大，分別為37%，47%。3種容器類型細(xì)根累計(jì)體積占總體積的17%～29%，其中，硬塑料容器細(xì)根所占比例最大（29%），累計(jì)體積為0.368 cm3，僅次于黑色塑料容器的0.372 cm3，兩者均顯著大于無(wú)紡布容器的0.118 cm3（P＜0.05），且無(wú)紡布容器細(xì)根所占比例最低，僅為17%。

圖1 容器類型及規(guī)格對(duì)油松根系累計(jì)長(zhǎng)度的影響Figure 1 Seedlings root length in response to container types and sizes

圖2 容器類型及規(guī)格對(duì)油松根系累計(jì)表面積的影響Figure 2 Seedlings root surface in response to container types and sizes

圖3 容器類型及規(guī)格對(duì)油松根系累計(jì)體積的影響Figure 3 Seedlings root volume in response to container types and sizes

2.4.2 容器規(guī)格對(duì)苗木各徑級(jí)累計(jì)根長(zhǎng)、累計(jì)根表面積及累計(jì)根體積的影響 從根系累計(jì)長(zhǎng)度、表面積以及體積均可以看出（圖1～3），3種容器類型下，與短規(guī)格容器相比，長(zhǎng)規(guī)格容器均促進(jìn)了各徑級(jí)根系的生長(zhǎng)。就根系累計(jì)長(zhǎng)度而言，長(zhǎng)規(guī)格硬塑料容器第1徑級(jí)至第5徑級(jí)分別較短規(guī)格容器高出1.72倍，60%，19%，1.74倍及79%，長(zhǎng)規(guī)格細(xì)根累計(jì)長(zhǎng)度所占比例（74%）顯著高于短規(guī)格（67%）；長(zhǎng)規(guī)格無(wú)紡布容器第1徑級(jí)至第5徑級(jí)分別較短規(guī)格容器高出1.21倍，89%，97%，20%及21%。黑色塑料容器的長(zhǎng)規(guī)格第1徑級(jí)至第5徑級(jí)分別較短規(guī)格容器高出1.12倍，56%，26%，90%和69%，長(zhǎng)規(guī)格細(xì)根累計(jì)長(zhǎng)度達(dá)505.93 cm，顯著高于短規(guī)格的313.82 cm。根系累計(jì)表面積和累計(jì)體積也呈相似變化規(guī)律，長(zhǎng)規(guī)格容器細(xì)根累計(jì)表面積為17.31～50.47 cm2，顯著高于短規(guī)格細(xì)根累計(jì)表面積的9.13～33.32 cm2，同時(shí)，長(zhǎng)規(guī)格細(xì)根累計(jì)表面積占總表面積的46%～54%，短規(guī)格所占比例為41%～50%；長(zhǎng)規(guī)格容器根系累計(jì)體積為0.15～0.44 cm3，顯著高于短規(guī)格細(xì)根累計(jì)體積的0.08～0.29 cm3。

2.5 不同容器類型及規(guī)格對(duì)油松苗根部氮、磷、鉀積累的影響

2.5.1 不同容器類型及規(guī)格對(duì)根部養(yǎng)分含量的影響 多重比較結(jié)果可知（表5）：硬塑料容器培育下的油松苗根中氮顯著高于無(wú)紡布和黑塑料容器（P＜0.05）；就根中磷含量而言，硬塑料容器和黑色塑料容器根中磷無(wú)顯著差異（P＞0.05），但均顯著大于無(wú)紡布容器（P＜0.05）。3種容器類型根中鉀表現(xiàn)與氮較為一致，硬塑料容器最大，為4.11 mg·株-1，顯著高于無(wú)紡布和黑色塑料容器（P＜0.05），硬塑料容器較最低的無(wú)紡布容器高出約32%。長(zhǎng)規(guī)格的黑色塑料容器明顯促進(jìn)了根部氮的增多，較短規(guī)格容器高出約52%；無(wú)紡布和黑色塑料容器長(zhǎng)規(guī)格較短規(guī)格均有利于根部磷的增加，無(wú)紡布長(zhǎng)規(guī)格較短規(guī)格高出57%，黑色塑料長(zhǎng)規(guī)格磷（0.69 mg·株-1）比短規(guī)格（0.39 mg·株-1）高出77%；短規(guī)格硬塑料容器根部鉀較長(zhǎng)規(guī)格高出22%，無(wú)紡布長(zhǎng)規(guī)格容器根部鉀較短規(guī)格高出22%，黑色塑料容器規(guī)格的變化對(duì)根部鉀無(wú)顯著影響。

表5 容器類型及規(guī)格對(duì)油松苗木根部氮、磷、鉀的影響Table 5 Contents of N，P，K in the root of Pinus tabulaeformis in response to different container types and sizes

2.5.2 不同容器類型及規(guī)格對(duì)根部養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響 根據(jù)苗木的氮、磷、鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)多重比較結(jié)果分析可知（表6）：底部滲灌下各容器類型根部養(yǎng)分差異顯著（P＜0.05）。硬塑料和無(wú)紡布容器氮處于較高水平，硬塑料容器磷顯著高于無(wú)紡布和黑色塑料（P＜0.05），3種容器類型鉀表現(xiàn)為黑色塑料＞硬塑料＞無(wú)紡布，三者之間存在顯著差異性。同時(shí)，由表6可以看出：除無(wú)紡布和黑色塑料長(zhǎng)規(guī)格鉀顯著低于短規(guī)格外，其他長(zhǎng)規(guī)格與短規(guī)格之間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

表6 容器類型規(guī)格對(duì)油松苗木根部氮、磷、鉀養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 6 N，P and K mass fraction in root of Pinus tabulaeformis in response to different container types and sizes

2.6 不同容器類型對(duì)油松苗底部滲灌下耗水規(guī)律的影響

由圖4可以看出：除8月無(wú)紡布和黑色塑料無(wú)顯著差異，但均顯著高于硬塑料外，其他各月份3種容器類型耗水量均呈現(xiàn)顯著差異（P＜0.05）。各月耗水量呈現(xiàn)出無(wú)紡布＞黑色塑料＞硬塑料的規(guī)律。底部滲灌結(jié)束后，無(wú)紡布總耗水量最高，達(dá)到1 453.02 mL·株-1，黑色塑料次之，為964.47 mL·株-1，而硬塑料耗水量最少，僅為391.95 mL·株-1。

圖4 不同容器類型油松容器苗底部滲灌下耗水量差異Figure 4 Effectofdifferentcontainertypeson water consumption of containerized Pinus tabulaeformis under subirrigation

3 討論

根系是植物吸收水分和養(yǎng)分并進(jìn)行物質(zhì)合成的重要功能器官，其發(fā)育好壞直接影響苗木利用水分及養(yǎng)分的能力，進(jìn)而決定苗木質(zhì)量。底部滲灌是利用育苗基質(zhì)毛細(xì)管作用從容器下方吸收水分對(duì)苗木進(jìn)行灌溉，因此，根系的生長(zhǎng)狀況是底部滲灌應(yīng)用的前提。我們的研究表明，黑色塑料容器培育的油松苗出現(xiàn)了嚴(yán)重的窩根現(xiàn)象，主根長(zhǎng)23.93 cm，明顯超出容器長(zhǎng)度，不利于造林后苗木的成活［19］，而具有控根功能的無(wú)紡布和硬塑料容器則可很好地促進(jìn)苗木主根的垂直生長(zhǎng)，沒(méi)有出現(xiàn)窩根現(xiàn)象。無(wú)紡布和硬塑料容器中苗木的側(cè)根都出現(xiàn)了上移現(xiàn)象，由N1/N2值可知，無(wú)紡布容器上下層一級(jí)側(cè)根數(shù)量基本均衡，而黑色塑料容器的側(cè)根則集中在根系下層，下層一級(jí)側(cè)根數(shù)為上層的2.00倍。WENNY等［20］和王良桂等［21］研究也表明，控根容器對(duì)根系上移具有很強(qiáng)的促進(jìn)作用。MARLER等［22］還發(fā)現(xiàn)空氣控根容器能比其他控根容器更明顯地促進(jìn)根系上移，與我們的研究相似。研究發(fā)現(xiàn)3種容器類型苗木側(cè)根干質(zhì)量垂直分布特點(diǎn)一致，上層側(cè)根干質(zhì)量均約為下層的2.00倍。由此可見(jiàn)，黑色塑料容器上層一級(jí)側(cè)根數(shù)量明顯少于下層，但上層側(cè)根干物質(zhì)積累卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)下層，主要原因是底部滲灌下容器下層吸水充分，促進(jìn)了根部的生長(zhǎng)，但黑色塑料容器無(wú)控根功能，造成了生物量的無(wú)效積累。3種容器類型下，容器規(guī)格的增大均明顯促進(jìn)了苗木主根的伸長(zhǎng)和下層根系的生長(zhǎng)。黑色塑料短規(guī)格容器長(zhǎng)度為10.00 cm，但苗木主根長(zhǎng)卻超過(guò)了30.00 cm，窩根現(xiàn)象明顯，而長(zhǎng)規(guī)格容器苗木窩根現(xiàn)象得到極大緩解且根系上下層側(cè)根干質(zhì)量積累均有增加。對(duì)于硬塑料和無(wú)紡布容器來(lái)說(shuō)，容器規(guī)格增大在促進(jìn)主根伸長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，也促進(jìn)了下層一級(jí)側(cè)根數(shù)的增多和下層側(cè)根干質(zhì)量的積累。

根長(zhǎng)、根表面積、根體積以及比根長(zhǎng)都是反映根系形態(tài)的重要指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，比根長(zhǎng)大的苗木，根系吸收能力強(qiáng)，對(duì)基質(zhì)中養(yǎng)分和水分的利用效率高［18］。研究結(jié)果顯示，無(wú)紡布容器的各項(xiàng)指標(biāo)均明顯小于其他2種容器類型，黑色塑料容器中苗木根總長(zhǎng)、根表面積和根體積的數(shù)值分別是無(wú)紡布容器的3.28，2.91和2.60倍，硬塑料容器比根長(zhǎng)數(shù)值約為無(wú)紡布容器的2.11倍，而硬塑料和黑色塑料容器各指標(biāo)無(wú)顯著差異，其中硬塑料容器比根長(zhǎng)最大，體現(xiàn)了很好的根系吸收能力。無(wú)紡布各項(xiàng)指標(biāo)之所以小，可能是由于其透水透氣性好，不利于水分的儲(chǔ)存，造成大量水分散失導(dǎo)致的［23］。對(duì)于3種容器類型來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)規(guī)格的硬塑料和黑色塑料容器顯著促進(jìn)了苗木根總長(zhǎng)、根表面積和根體積的增加，而長(zhǎng)規(guī)格的無(wú)紡布容器各指標(biāo)僅略高于短規(guī)格容器，因此，與其他2種容器類型相比，改變無(wú)紡布容器的規(guī)格對(duì)苗木根系形態(tài)的影響較小。

細(xì)根被認(rèn)為是根系完成基本生理生態(tài)功能的主體，是吸收周圍環(huán)境中養(yǎng)分和水分的主要部分。一般細(xì)根所占比例越大，根系吸收能力越強(qiáng)，且大量的須根容易形成根團(tuán)［24-25］。PREGITZER等［26］認(rèn)為小于0.50 mm的根系為細(xì)根最為合理。研究中，第1徑級(jí)和第2徑級(jí)（0.00 mm＜D≤0.50 mm）的根系為細(xì)根，其中第2徑級(jí)根系（0.20 mm＜D＜0.50 mm）是細(xì)根的主體。底部滲灌條件下3種容器類型第2徑級(jí)根系累計(jì)根長(zhǎng)、累計(jì)表面積及累計(jì)體積呈現(xiàn)相似規(guī)律，即硬塑料和黑色塑料容器無(wú)明顯差異，但均顯著高于無(wú)紡布容器。黑色塑料容器第3徑級(jí)根系生長(zhǎng)明顯優(yōu)于其他2種容器類型，根累計(jì)體積比第2徑級(jí)高出約85%。可見(jiàn)，黑色塑料容器中占據(jù)大多數(shù)空間的是第3徑級(jí)的根系，無(wú)紡布容器占據(jù)較大空間的是第5徑級(jí)的根系，這也可以反映出底部滲灌下無(wú)紡布容器不利于細(xì)根生長(zhǎng)。相比之下，硬塑料容器最有利于細(xì)根的發(fā)育，根系累計(jì)長(zhǎng)度、根累計(jì)表面積、根累計(jì)體積分別為71%，52%和29%。3種容器類型下，與短規(guī)格容器相比，長(zhǎng)規(guī)格容器均顯著促進(jìn)了各徑級(jí)根系的生長(zhǎng)，且對(duì)細(xì)根的促進(jìn)作用明顯大于粗根（第3，4，5徑級(jí)）。

底部滲灌與上方灌溉相比，可以使未經(jīng)苗木利用的養(yǎng)分回流至儲(chǔ)水箱，避免養(yǎng)分淋溶流失，減少對(duì)環(huán)境的污染。底部滲灌條件下，3種容器類型養(yǎng)分含量呈現(xiàn)顯著差異，硬塑料容器根中的氮磷鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著大于其他2種容器類型，有利于油松苗根團(tuán)質(zhì)量的提高，從而促進(jìn)油松苗根部對(duì)養(yǎng)分的吸收與積累，這與DUMROESE等［4］的研究結(jié)果相一致，因此，硬塑料容器對(duì)底部滲灌下油松苗根部氮磷鉀的積累最有利，而高氮磷鉀有利于提高苗木抗性，從而促進(jìn)苗木后期的生長(zhǎng)發(fā)育。3種容器類型下，無(wú)紡布和黑塑料容器受容器規(guī)格的影響較顯著，長(zhǎng)規(guī)格容器更有利于氮磷鉀的積累，而硬塑料容器基本未受到容器規(guī)格的影響。底部滲灌下，硬塑料容器根部氮磷鉀濃度處于較高水平，且根生物量較高，占苗木全株生物量比例最大，因此，3種容器中硬塑料容器最有利于根部養(yǎng)分的積累，同時(shí)，底部滲灌未對(duì)不同規(guī)格產(chǎn)生顯著影響，但長(zhǎng)規(guī)格苗木根部和全株生物量均顯著高于短規(guī)格，因此，長(zhǎng)規(guī)格更有利于苗木根部養(yǎng)分的積累。

底部滲灌作為一個(gè)封閉系統(tǒng)，是將未經(jīng)利用的水分流回儲(chǔ)水箱，進(jìn)而得以回收利用，因此，容器苗底部滲灌最明顯的特點(diǎn)就是節(jié)水［4］，而不同容器類型對(duì)底部滲灌的響應(yīng)有所不同。研究結(jié)果表明，硬塑料容器耗水量最小，對(duì)水分的利用率最高，黑色塑料容器耗水量次之，而無(wú)紡布容器耗水量最大。這是由于硬塑料和黑色塑料容器具有良好的保水性，而無(wú)紡布容器通氣透水性較好，加快了水分散失速率，在相同的灌水參數(shù)下，無(wú)紡布容器總是最先需水，致使苗木在生長(zhǎng)季灌水頻率過(guò)高，耗水量也隨之增大。有研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)高的灌水頻率會(huì)增加水分的無(wú)效消耗并且大大降低苗木吸收水分和養(yǎng)分的效率［26-28］，這可能就是導(dǎo)致無(wú)紡布容器中苗木根系生長(zhǎng)不良的主要原因之一，而根系的不良生長(zhǎng)又最終影響了苗木整體的生長(zhǎng)。

總之，在該試驗(yàn)研究條件下，綜合考慮根系生物量、根系長(zhǎng)度、細(xì)根所占比例以及氮磷鉀養(yǎng)分的積累等因素，長(zhǎng)規(guī)格的硬塑料容器（3.80 cm×21.00 cm）更適合應(yīng)用于底部滲灌系統(tǒng)下培育油松容器苗，此時(shí)能有效保證根系的垂直生長(zhǎng)，同時(shí)根系上下層生長(zhǎng)均衡，根系細(xì)根（0.00 mm＜D＜0.50 mm）所占比例最大，且更有利于氮磷鉀的積累，苗木質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)，耗水量最少，既限制了養(yǎng)分淋溶所造成的環(huán)境污染，又實(shí)現(xiàn)了水分的循環(huán)再利用。

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Sub-irrigation with different container types and sizes for containerized root growth of Pinus tabuliformis seedlings

TENG Fei,LIU Yong,WANG Yan,HU Jiawei,SUN Qiaoyu,WAN Fangfang,ZHANG Jin
（Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China）

An experiment was conducted to study the effect of sub-irrigation with different container types and sizes on root morphology and physiological indexes as well as water-use efficiency for containerized Pinus tabuliformis seedlings.A nested experimental design with treatments of two sizes of hard plastic containers（3.8 cm×14.0 cm and 3.8 cm×14.0 cm）,two sizes of non-woven fabric containers （4.5 cm×10.0 cm and 4.5 cm× 15.0 cm）,and two sizes of black plastic containers （10.0 cm×10.0 cm and 10.0 cm×15.0 cm）was conducted. Results showed that different container types were significantly different for various indexes of seedling roots（P＜0.05）and the influence of root mass quality（P＜0.05）.The taproot length of containerized P.tabuliformis seedlings cultivated in the hard plastic container was 15.56 cm;whereas,the black plastic container was 23.93 cm,which was 1.5 times of the length of the long container.The taproot dry weights for hard plastic containers（0.15 g）and black plastic containers （0.17 g）were not significantly different（P＜0.05）,but both were significantly greater（P＜0.05）than the non-woven containers（0.13 g）.The proportion of fine roots cultivated by hard long plastic containers was 71% （length）,52% （surface area）,and 29% （volume）,respectively.Thehard plastic containers were significantly higher（P＜0.05）than the other two types of containers for accumulation of root nitrogen,phosphorus,and potassium （NPK）.Meanwhile,water consumption of hard plastic containers was only 391.95 mL per plant.In summary,sub-irrigation with long,hard plastic containers（3.80 cm× 21.00 cm）,having more developed fine roots that could absorb nutrients,was most conducive for containerized P.tabuliformis seedlings,and thereby could improve survival.［Ch,4 fig.6 tab.27 ref.］

silviculture;sub-irrigation;container type;container size;Pinus tabuliformis;root system

S723.1

A

2095-0756（2017）03-0449-10

浙 江 農(nóng) 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)，2017，34（3）：449-458

Journal of Zhejiang A＆F University

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.03.010

2016-05-30；

2016-08-15

國(guó)家林業(yè)局引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃（“948”計(jì)劃）項(xiàng)目（2012-4-66）

滕飛，從事容器苗培育技術(shù)與理論研究。E-mail：825501552@qq.com。通信作者：劉勇，教授，博士生導(dǎo)師，從事種苗培育理論與技術(shù)研究。E-mail：lyong@bjfu.edu.cn