稀土元素鑭、鈰對(duì)擎天樹幼苗生長(zhǎng)量的影響

戴文君 陸海燕 楊 梅 梁小春 李 婷

(1. 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004；2. 南寧良鳳江國家森林公園，廣西 南寧 530000)

稀土，又稱稀土元素，是元素周期表第6周期第Ⅲ族副族元素鈧、釔、鑭系共17種化學(xué)元素的總稱[1]。自然界中多以氧化物或含氧酸鹽礦物共生形式存在，中國稀土資源較豐富，約占世界總量的23%[2]。稀土元素對(duì)植物生長(zhǎng)作用具有兩面性：低質(zhì)量濃度時(shí)能激發(fā)植株體內(nèi)的生理活性物質(zhì)、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、提高抗性等；高質(zhì)量濃度時(shí)則會(huì)發(fā)生毒理效應(yīng)，對(duì)植株造成毒害，影響植株正常生長(zhǎng)[3]。稀土在我國多集中應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，以鑭 (La)、鈰 (Ce) 應(yīng)用最為廣泛。黃守程等[4]研究表明，鈰可誘導(dǎo)增強(qiáng)脅迫下番茄 (Lycopersiconesculentum) 幼苗葉片抗氧化酶活性，維持較高水平的光合性能；姜照偉等[5]認(rèn)為，通過施用稀土元素有利于促進(jìn)南非馬唐 (Digitariasmutsii) 的生長(zhǎng)；董誠明等[6]研究發(fā)現(xiàn)，適宜質(zhì)量濃度的鑭、鈰能促進(jìn)冬凌草 (Rabdosiarubescens) 再生植株的生長(zhǎng)及次生產(chǎn)物的合成。關(guān)于稀土元素在林木領(lǐng)域應(yīng)用，劉冉等[7]發(fā)現(xiàn)稀土元素鑭、銪能有效提高紅松 (Pinuskoraiensis) 幼苗多酚類物質(zhì)的含量及苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶 (PAL)、肉桂酸4-羥化酶 (C4H) 的活性；李慶華[8]研究表明，低質(zhì)量濃度稀土鑭處理能緩解刺槐 (Robiniapseudoacacia) 幼苗干旱脅迫下所受傷害。

擎天樹，又名望天樹(Parashoreachinensis)，常綠大喬木。其樹干通直，出材量高，是優(yōu)良速生用材林木，世界珍貴稀有樹種，我國一級(jí)珍稀保護(hù)植物。主要分布于云南西雙版納和廣西巴馬、那坡、田陽等地，生態(tài)適應(yīng)范圍較廣，海拔200～1 100 m的溝壑、高山均能正常生長(zhǎng)。目前望天樹人工造林面積逐漸擴(kuò)大[9]，苗木需求相應(yīng)增加，但擎天樹撫育過程中，存在苗木生長(zhǎng)慢、后期上山造林成活率低等問題。梁機(jī)等[10]提出采用大、中粒種子能有效提高苗木產(chǎn)量及質(zhì)量，用營養(yǎng)袋容器育苗，較田間苗床育苗更有利于苗木高、徑和根系生長(zhǎng)；黃松殿等[11]總結(jié)出 “50%黃心土 + 30%草皮泥 + 20%椰糠 + 3%鈣鎂磷肥” 是適合容器苗生長(zhǎng)的基質(zhì)；韋靈龍等[12]報(bào)道了不同濃度的GGR及IBA等不同生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑能顯著促進(jìn)苗高生長(zhǎng)。本研究結(jié)合稀土元素在農(nóng)業(yè)及林業(yè)上的應(yīng)用效果，觀察稀土元素鑭、鈰對(duì)擎天樹幼苗生長(zhǎng)的影響，探討其對(duì)苗木生長(zhǎng)、苗木質(zhì)量提高的促進(jìn)作用，為進(jìn)一步優(yōu)化擎天樹壯苗培育技術(shù)、開發(fā)稀土元素在林木肥料上的應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西南寧廣西大學(xué)林學(xué)院苗圃，地處東經(jīng)108°22′，北緯22°48′。亞熱帶季風(fēng)氣候，特點(diǎn)是夏長(zhǎng)冬短，溫暖霜少無雪，夏季炎熱潮濕，冬季稍顯干燥，春秋兩季氣候溫暖。年均氣溫21.6 ℃，極端最高氣溫40.4 ℃，極端最低氣溫-2.4 ℃。年均降雨量1 304.2 mm，平均相對(duì)濕度為79%，年均日照時(shí)數(shù)1 617.3 h。試驗(yàn)期各月氣候數(shù)據(jù)由南寧氣象站提供，數(shù)據(jù)見表1。

表1 2016年試驗(yàn)期各月氣候信息Table 1 Climate information for each month in 2016

2 材料與方法

2.1 材料來源

試驗(yàn)苗木選用1 a實(shí)生苗，苗木為采集自廣西那坡縣擎天樹天然種群的種子培育；稀土元素硝酸鑭 (La(NO3)3·6H2O ≥ 99%) 由天津北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開發(fā)有限公司生產(chǎn)，硝酸鈰 (Ce(NO3)3·6H2O ≥ 99%) 由上?？笊锛夹g(shù)有限公司生產(chǎn)。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于遮光15%的塑料蔭棚下進(jìn)行，采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，選取生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)一致的苗木移栽到育苗袋 (高15 cm、直徑10 cm)，基質(zhì)為黃心土，施基肥 (m(N)∶m(P)∶m(K)=16∶9∶20)，定期給試驗(yàn)地除草。試驗(yàn)設(shè)置鑭、鈰溶液質(zhì)量濃度16、32、48、64、80 mg/L各5個(gè)處理，以清水作對(duì)照，每個(gè)處理4株，3次重復(fù)。稀土元素量多會(huì)導(dǎo)致植物產(chǎn)生毒理效應(yīng)，試驗(yàn)期僅2次澆施稀土溶液，于2016年4月4日、2016年7月5日向基質(zhì)澆施鑭、鈰不同質(zhì)量濃度溶液，每次每株澆施60 mL。試驗(yàn)期苗木生長(zhǎng)用水每隔6 h自動(dòng)噴灌，每次持續(xù)2 min。

試驗(yàn)初在苗木移栽當(dāng)天用數(shù)字式千分尺、游標(biāo)卡尺測(cè)定苗木苗高、地徑本底值，試驗(yàn)期每35 d測(cè)定1次苗高、地徑，共測(cè)定6次。試驗(yàn)期末從各處理中選3株綜合長(zhǎng)勢(shì)平均的苗木，沖洗干凈， 105 ℃殺青烘30 min，75 ℃烘至恒質(zhì)量，地上、地下部分分別稱量，統(tǒng)計(jì)不同處理組的苗木根、莖、葉各器官生物量。

2.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excel軟件整理，用SPSS軟件作多重比較、相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 鑭、鈰對(duì)擎天樹幼苗高生長(zhǎng)量的影響

擎天樹幼苗高度變化見表2。從表2可知，各質(zhì)量濃度鈰、鑭處理對(duì)擎天樹苗高均有促進(jìn)作用，顯著高于對(duì)照。鈰處理的促進(jìn)作用較大，處理6個(gè)月后苗高的增長(zhǎng)幅度比鑭處理的多43.1%，比對(duì)照提高了83.9%。對(duì)擎天樹苗高增長(zhǎng)影響最大的為鈰溶液質(zhì)量濃度32 mg/L時(shí)，試驗(yàn)期末苗高27.6 cm，苗高凈增長(zhǎng)量最高，為13.7 cm，相比CK提高了144.6%；鑭溶液在質(zhì)量濃度64 mg/L時(shí)處理擎天樹幼苗促進(jìn)苗高生長(zhǎng)作用最好，苗高凈增長(zhǎng)量為7.5 cm，比CK提高了33.9%。2種元素處理結(jié)果對(duì)比表明，鈰元素對(duì)促進(jìn)擎天樹苗木向高生長(zhǎng)作用更顯著。

表2 鑭、鈰溶液不同質(zhì)量濃度處理下擎天樹幼苗苗高變化值Table 2 Changes of seedlings height of P.chinensis with different concentrations of La and Ce cm

注：不同小寫字母表示顯著差異。

由表2可知，擎天樹幼苗的苗高生長(zhǎng)主要在5月中旬到8月底，在苗木速生期施用鑭、鈰溶液不同質(zhì)量濃度可起到加速苗木生長(zhǎng)的作用。鑭元素處理的幼苗在10月初的生長(zhǎng)速度下降，而鈰質(zhì)量濃度為32 mg/L、48 mg/L處理的幼苗苗高持續(xù)增長(zhǎng)，其余質(zhì)量濃度處理生長(zhǎng)速度減緩。對(duì)各月苗高增長(zhǎng)量進(jìn)行多重比較可知 (表2)，鑭處理各月變化趨勢(shì)在質(zhì)量濃度64 mg/L時(shí)高度增長(zhǎng)達(dá)鑭處理最高，并顯著高于對(duì)照變化量；鈰處理各月在質(zhì)量濃度32 mg/L時(shí)苗木增長(zhǎng)量最高，顯著高于對(duì)照。鑭質(zhì)量濃度64 mg/L時(shí)施用6月、7月苗高增長(zhǎng)量顯著，均為2.2 cm，為CK的1.5倍，鈰質(zhì)量濃度32 mg/L時(shí)施用在10月初苗高增長(zhǎng)量最大，為4.8 cm，較CK增長(zhǎng)幅度達(dá)6.9倍。

3.2 鑭、鈰對(duì)擎天樹幼苗地徑生長(zhǎng)量的影響

鈰、鑭處理擎天樹幼苗地徑變化見表3。

表3 鑭、鈰不同濃度下擎天樹幼苗地徑生長(zhǎng)值變化Table 3 Changes of seedlings diameter of P.chinensis with different concentrations of La and Ce mm

注：不同小寫字母表示顯著差異。

由表3可知，各質(zhì)量濃度鈰、鑭施用后對(duì)望天樹苗地徑增長(zhǎng)均有促進(jìn)作用，顯著高于CK；對(duì)比2種元素處理后數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鈰處理對(duì)地徑生長(zhǎng)的促進(jìn)作用較大，處理6個(gè)月后其地徑增長(zhǎng)幅度比鑭處理的多14.6%，比CK提高了28.9%。當(dāng)施用的質(zhì)量濃度為32 mg/L時(shí)，試驗(yàn)期末測(cè)得地徑為4.35 mm，地徑凈增長(zhǎng)量最高，為1.88 mm，相比CK提高了46.9%；鑭處理在質(zhì)量濃度64 mg/L時(shí)對(duì)望天樹地徑增長(zhǎng)促進(jìn)作用最好，凈增長(zhǎng)量為1.55 mm，比CK提高了21.1%。由此可知，鈰溶液處理更有利于望天樹苗木地徑的生長(zhǎng)。

表3數(shù)據(jù)顯示，鑭、鈰不同質(zhì)量濃度處理后擎天樹幼苗各月地徑的增長(zhǎng)幅度較平穩(wěn)。鑭處理幼苗地徑的增長(zhǎng)在各月的變化均隨濃度增大，增量呈先降后升的趨勢(shì)，質(zhì)量濃度64 mg/L時(shí)地徑增量為鑭溶液處理組最高；稀土鈰處理的幼苗地徑增長(zhǎng)各月的變化趨勢(shì)也先下降后上升，質(zhì)量濃度32 mg/L處理地徑增量達(dá)最大。稀土鑭64 mg/L處理下在10月初地徑月生長(zhǎng)增量最顯著，為0.42 mm，較CK增長(zhǎng)40%，稀土鈰32 mg/L處理下在10月初地徑月變化量達(dá)到最大，為0.48 mm，為CK的1.6倍。

3.3 鑭、鈰對(duì)擎天樹幼苗生物量積累及分配的影響

生物量指標(biāo)是定量分析苗木生長(zhǎng)情況，全面評(píng)價(jià)苗木生長(zhǎng)的重要參數(shù)，苗木干、鮮質(zhì)量是衡量苗木生產(chǎn)力高低的主要指標(biāo)[13]，鑭、鈰不同質(zhì)量濃度溶液處理下擎天樹幼苗生物量及含水率見表4。由表4可知，對(duì)苗木施用不同稀土元素后干物質(zhì)積累都高于CK，鑭質(zhì)量濃度64 mg/L時(shí)物質(zhì)積累較好，總鮮質(zhì)量為12.41 g，總干質(zhì)量為3.31 g；鈰質(zhì)量濃度在32 mg/L時(shí)物質(zhì)積累量最高，總鮮質(zhì)量為20.96 g，總干質(zhì)量為7.40 g。處理后的苗木各部分物質(zhì)積累比CK明顯提高；根冠比指標(biāo)是反映苗木根莖間的平衡狀況，在鑭2種質(zhì)量濃度48 mg/L、64 mg/L處理后根冠比最大，為0.82，而CK組僅為0.64；一般含水率低的植株抵抗外界因子變化能力會(huì)更好[14]，從含水率指標(biāo)來觀察，鈰質(zhì)量濃度為32 mg/L時(shí)處理的苗木含水率最低，為65%，即施用稀土元素還能提高苗木對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，提高苗木上山成活率。

表4 鑭、鈰不同質(zhì)量濃度下擎天樹幼苗生物量及含水率Table 4 Water content rate and biomass of P.chinensis with different concentrations of La and Ce g

注：不同小寫字母表示顯著差異。

4 結(jié)論與討論

分析2種不同稀土元素對(duì)擎天樹苗木生長(zhǎng)狀況的影響，發(fā)現(xiàn)一定質(zhì)量濃度的鈰對(duì)擎天樹幼苗苗高生長(zhǎng)、地徑生長(zhǎng)以及干物質(zhì)積累的促進(jìn)作用高于鑭。鈰質(zhì)量濃度為32 mg/L時(shí)對(duì)擎天樹幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)效果最好，該處理下幼苗的苗高、地徑等各器官生物量均為最大，顯著高于稀土鑭各處理組及對(duì)照的值。稀土元素處理1 a生擎天樹苗木，在4—10月的生長(zhǎng)期間，苗高、地徑與植株地下干質(zhì)量、總干質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)性，與植物鮮質(zhì)量、地上干質(zhì)量存在顯著正相關(guān)性。

稀土元素可促進(jìn)擎天樹苗的生長(zhǎng)，尤其在施用鈰質(zhì)量濃度32 mg/L溶液時(shí)，擎天樹幼苗苗高、地徑和總生物量的凈增長(zhǎng)量與CK相比提高了182.67%、39.3%、578.9%。以往對(duì)擎天樹育苗技術(shù)的研究報(bào)道中，營養(yǎng)袋中擎天樹幼苗的平均苗高、地徑及總生物量與田間苗床相比提高了12.0%、22.0%、44.0%；M3(50%黃心土 + 30%草皮泥 + 20%椰糠 + 3%鈣鎂磷肥) 混合基質(zhì)下幼苗的平均苗高、地徑、總生物量比最差基質(zhì)提高了19.41%、14.69%、48.26%；單層遮陰下幼苗的苗高、地徑、生物量與自然光照下相比提高了79.4%、56.1%、168.9%。本研究表明，施用稀土元素鈰對(duì)擎天樹幼苗苗高、干物質(zhì)增長(zhǎng)的促進(jìn)作用更為顯著。

稀土元素的施用可以提高苗木質(zhì)量，但超過一定濃度，則使植物遭受毒害，抑制其生長(zhǎng)[15-17]，適宜濃度的稀土元素能促進(jìn)植株對(duì)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)化、利用，并影響植株體一系列的生理過程，其增益作用能提高苗木地上部分營養(yǎng)物質(zhì)合成效率，增強(qiáng)植株內(nèi)養(yǎng)分運(yùn)輸，從而保證各器官生長(zhǎng)發(fā)育，也更有利于植株地下、地上各器官生物量的累積[18]。稀土元素在對(duì)楊樹 (Populussp.)[19]、椰樹[20]、南方紅豆杉 (Taxusmairei)[21]等樹種施用時(shí)能促進(jìn)種子萌發(fā)，苗木生長(zhǎng)的促進(jìn)效果良好。施用鈰質(zhì)量濃度32 mg/L時(shí)擎天樹苗木的生物量是CK的6.79倍，表明適量稀土元素能顯著提高擎天樹植株體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的積累。鑭質(zhì)量濃度為48 mg/L、64 mg/L的溶液處理后根冠比最高，根冠比大，根系發(fā)達(dá)，苗木地上部分蒸騰量小，地下部分吸收量大，有利于苗木的水分平衡，苗木成活率提高[22]。鑭、鈰處理下擎天樹苗木的苗高、地徑、干物質(zhì)積累等均隨著處理濃度的升高呈現(xiàn)生長(zhǎng)受抑制的現(xiàn)象，鑭在80 mg/L以及鈰在48、64、80 mg/L的質(zhì)量濃度下生長(zhǎng)均受到抑制，這與前人研究基本一致，表明過多的施用稀土元素，會(huì)破壞苗木水分平衡、降低植物光合速率以及碳同化速率[23]，從而抑制植物生長(zhǎng)并降低生物量積累，且當(dāng)植物不能吸收時(shí)，稀土?xí)谕寥乐蟹e累或流失于灌溉水，進(jìn)而造成環(huán)境污染[24]。

根據(jù)施用稀土元素鑭、鈰后，擎天樹幼苗的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，說明擎天樹幼苗期培育中可將質(zhì)量濃度32 mg/L的鈰作為添加劑與肥料混合施用，補(bǔ)充適量稀土元素有利于提高苗木造林存活率以及生長(zhǎng)質(zhì)量。因此，在不同稀土元素混合配比使用、不同種類稀土元素的協(xié)同作用、稀土元素與其他育苗措施的加和效應(yīng)、稀土元素用量范圍等方面開展研究，能彌補(bǔ)單一稀土元素的不足從而促進(jìn)稀土元素在林木上的廣泛應(yīng)用。

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