日本落葉松種子園結(jié)實母株種實性狀對氮磷鉀配比施肥的響應(yīng)

呂 尋 胡勐鴻

( 1. 甘肅省小隴山林業(yè)實驗局，甘肅 天水 741020；2. 甘肅省次生林培育重點實驗室，甘肅 天水 741022；3. 甘肅省小隴山林業(yè)實驗局林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 天水 741022)

日本落葉松（Larix kaempferi）由于適生性廣、易于栽培、早期速生、成林快、干形通直、材質(zhì)優(yōu)良的特性[1-2]，成為廣大北方和西南高海拔地區(qū)退耕還林、荒山綠化、豐產(chǎn)林主要造林樹種之一，是我國重要的建筑結(jié)構(gòu)材和紙漿用材樹種[3-6]；已經(jīng)成我國針葉樹種中栽種區(qū)最廣的樹種，主要栽培區(qū)由原來的遼東山區(qū)擴大到包括四川、湖北、湖南、貴州在內(nèi)的14個?。▍^(qū)）[7]。據(jù)第8 次全國森林資源清查數(shù)據(jù)顯示：落葉松人工林面積為314×104hm2，占全國人工林總面積的6.66%，蓄積1.84 億m3，占人工林蓄積的7.42%。蓄積、面積在我國主要優(yōu)勢樹種人工林蓄積、面積比重中排名第3 和第4，與第七次全國森林資源清查比較，落葉松人工林面積呈逐年增長趨勢。我國是世界上落葉松人工林經(jīng)營第一大國[1]，其中日本落葉松占一半以上[3]。大部分日本落葉松人工林逐漸進入主伐期。采伐跡地人工更新主要靠種子苗。但是落葉松種子園受樹體本身的遺傳因素（如大小年等）[8]、環(huán)境條件（土壤肥力、光照、降水、風(fēng)力等）和管理水平（施肥、修剪、病蟲害防治等）等的影響，種子產(chǎn)量極不穩(wěn)定[2]，難以滿足社會對良種的需求，自然未改良種子仍是造林用種子的主體。良種使用率依然很低，選育的強雜種優(yōu)勢組合未能得到有效推廣，良種化進程緩慢[1]。嚴重妨礙了日本落葉松人工林經(jīng)營效益的提高。氮（N）、磷（P）、鉀（K）是植物生長發(fā)育所必需的大量礦質(zhì)元素，N、P、K 適宜的養(yǎng)分配比，能充分發(fā)揮不同肥料的耦合、協(xié)同和激勵作用，相互促進肥效的發(fā)揮，提高肥料利用效率[9-12]。從而達到促進植物生長、穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)的目的[13-15]。否則，盲目、過量和不合理施肥不僅達不到增產(chǎn)的目的，反而使肥料利用效率下降，造成肥料資源的大量浪費，增加成本，造成香梨果樹的非正常減產(chǎn)，致使果實品質(zhì)下降甚至樹勢衰減[15]，甚至對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的負面影響[16]，成為農(nóng)業(yè)點源污染的主要來源[17-19]。

N、P、K 是生產(chǎn)中常用的肥料[20]，其配比施肥在我國農(nóng)作物和經(jīng)濟林中研究比較廣泛，成效顯著[21-25]。林木種子園在油松（Pinus tabulaeformis）[26]、紅松（Pinus koraiensis）[27]、華山松（Pinus armandi）[28]、云 南 松（Pinus yunnanensis）[29]、樟 子 松（Pinus sylvestrisvar.mongolica）[30-31]、福建柏（Fokienia hodginsii）[32]等樹種中進行過施肥研究，但是與農(nóng)作物和經(jīng)濟林相比，集約化程度不高。通過不同肥料配比精準施肥，有效提高了馬尾松（Pinus massoniana）[33]、杉木（Cunninghamia lanceolata）等樹種高世代種子園種子產(chǎn)量和品質(zhì)[34]。日本落葉松種子園進行過氮素施肥方式、施肥時間和施肥量對球果產(chǎn)量和抗逆性影響的研究[35-37]；但是單一的施肥有許多弊端[38]，任何一種養(yǎng)分的過量投入往往導(dǎo)致多種元素的不協(xié)調(diào)，可使肥效失靈，投入的營養(yǎng)元素?zé)o增產(chǎn)效果，甚至造成減產(chǎn)[39]。而且適宜的施肥配方也因樹種甚至同一樹種在不同生長發(fā)育時期對養(yǎng)分的需求而異。因此為有效提高肥料利用效率，減少化肥施用量，節(jié)約成本，避免造成浪費和環(huán)境污染，在沙壩落葉松/云杉國家良種基地根據(jù)日本落葉松嫁接無性系種子園土壤肥力狀況，研究了N、P、K 不同配方施肥對種實性狀的影響，期望為種子園施肥管理提供參考。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)在甘肅小隴山林業(yè)實驗局沙壩國家落葉松/云杉良種基地，地理位置為105°51′27″～105°54′51″N，34°07′28″～34°10′22″E，海 拔1 560～2 019 m，相對高差700～1 000 m。坡度一般為28°～40°。地貌上屬秦嶺西段，與青藏高原相鄰，受西北干寒氣流影響大。氣候?qū)傥覈瘻貛暇壟c北亞熱帶的過渡地帶，氣候溫暖濕潤，為溫帶濕潤區(qū)。氣候特點是冬無嚴寒夏無酷暑，春季氣溫回升快，常有倒春寒和春旱發(fā)生。年均氣溫7.2 ℃、極端最高氣溫32 ℃、極端最低氣溫-27 ℃、年均降水量460～1 012.2 mm，降雨集中分布在7—9月，一般春秋雨占年降雨量的70%～80%，降雨年際變化較大，枯、豐年份降水量相差近1 倍，年蒸發(fā)量989～1 658 mm，平均相對濕度68%～78%；干燥度1.25～1.50，徑流深度100 mm 左右。平均年日照時數(shù)1 520～2 313 h；≥10 ℃的有效積溫2 443～3 825 ℃，無霜期154～185 d。土層厚度30～60 cm，土壤以山地褐土、山地棕壤為主。

日本落葉松種子園處在山麓坡腳、溝谷地帶，地勢平坦，緊鄰河流，灌溉方便。施肥前土壤本底測定結(jié)果，土壤全N 含量比較高，在0.21%～0.56%之間，速效N 的含量在20～60 mg/kg，土壤全P 含量在0.026%～0.065%之間，土壤有效P 含量在5～10 mg/kg，為全P 含量低的區(qū)域，全K 含量分布在1.5%～2%之間，含鉀量較高。速效N 和有效P 俱缺。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

由于日本落葉松不同無性系間結(jié)實力存在顯著差異[8]，且具有施肥和無性系效應(yīng)[37]。為消除無性系效應(yīng)，試驗選擇日本落葉松無性系種子園（為1987年采用遼寧省日本落葉松優(yōu)樹嫁接，無性系錯位配列，株行距6 m×6 m，整地規(guī)格80 cm×80 cm×60 cm 營建初級種子園）14、15 大區(qū)內(nèi)，生長勢基本一致、樹體沒有損傷（人為修剪、環(huán)剝等）、樹冠完整，已經(jīng)正常結(jié)實的12 號無性系分株為試驗材料。母樹年齡＞30 a，平均胸徑29.8 cm，平均樹高15.6 m，平均冠幅8.9 m。

N 素為尿素（NH4HCO3），蘭州茗溢石化產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)，總氮≥46.4%；施N 量（純養(yǎng)分）設(shè)置N0（0 kg/株）和N1（0.46 kg/株）2個水平。

P 素為過磷酸鈣（Ca（H2PO4）2，有效成分為P2O5），白銀榮峰化工有限公司生產(chǎn)，有效磷≥12.0%； P 素 純 養(yǎng) 分 設(shè) 置P0（ 0 kg/株）、 P1（0.12 kg/株）、P2（0.24 kg/株）3個施 肥 水平；K 素為硫酸鉀（K2SO4），國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司生產(chǎn)，有效氧化鉀（K2O）≥52.0%，K 素純養(yǎng)分設(shè)置K0（0 kg/株）、K1（0.52 kg/株）、K2（1.04 kg/株）3個施肥水平。施肥前將氮磷鉀按照相應(yīng)配比充分混合均勻后待用。施肥組合設(shè)計見表1。

表1 N、P、K 施肥處理組合設(shè)計Table 1 Different fertilization amount treatments of N， P and K

2.2 試驗設(shè)計

采用隨機試驗設(shè)計，氮、磷、鉀（N∶P∶K）質(zhì)量配比設(shè)置4 水平試驗（見表1），每個處理3 株為1 次重復(fù)，3 次重復(fù)，其中N0P0K0為對照，3 次重復(fù)共處理30個無性系分株（其中對照為3 株）。施肥時間：從2011年開始，每年3月中下旬（散粉前10 d 左右）施肥，連續(xù)施肥3 a。根據(jù)落葉松起主要吸收功能的細根（≤5 mm）生物量在樹干和樹冠投影邊緣的中點處最大的特點[40]，施肥方式采用環(huán)狀溝施肥，即以試驗?zāi)钢陿涓苫繛閳A心，樹冠正投影1/2 處為半徑，用鐵鍬或?頭開挖寬30 cm 左右，深30～50 cm 的環(huán)狀溝渠，按照試驗設(shè)計將肥料均勻的灑在溝渠內(nèi)，然后覆土。

2.3 數(shù)據(jù)收集與分析方法

種子成熟后，按照試驗設(shè)計，單株采收球果，為保證試驗的準確，采種時盡量防止樹體損傷，盡可能將球果采收干凈。每個單株隨機抽取30個球果，采用電子游標卡尺測量球果長（mm）、球果寬（最寬處）（mm），種子調(diào)制后，每個單株隨機抽取30 粒種子，采用電子游標卡尺測量種子長（mm）、種子寬（mm），精度0.01 mm。用電子天平稱量隨機抽取的每個單株球果鮮質(zhì)量（g）和單個球果生產(chǎn)種子質(zhì)量（g），測量每個單株種子千粒質(zhì)量（g），精度0.01 g。

數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0 進行方差分析（ANOVA）和多重比較（Duncan），方差分析模型為：

式中： μ為群體均值， αj為第i區(qū)組效應(yīng)值（i=1，2， 3，…, n）， βk為第j水平效應(yīng)值（j=1， 2， 3， …, m），αβjk和eijk分別為試驗誤差和隨機誤差。

3 結(jié)果與分析

3.1 氮磷鉀配比施肥對球果性狀的影響

方差分析和多重比較結(jié)果顯示，氮磷鉀不同配比水平施肥對日本落葉松結(jié)實母樹球果長（F=148.63）、球果寬（F=62.92）、球果長/球果寬（F=81.27）、球果鮮質(zhì)量（F=77.57）、單個球果平均生產(chǎn)種子質(zhì)量（F=41.86）等的影響具有顯著差異（P＜0.05），多重比較結(jié)果見表2。

表2 氮磷鉀不同配比施肥對日本落葉松球果性狀影響的多重比較Table 2 Multiple comparison of effects of different ratios of N， P and K fertilizer on cone traits of L. kaempferi

多重比較顯示，氮、磷、鉀不同配比水平施肥對球果長的影響，不同處理間均具有顯著差異（P＜0.05），且處理3 的效果最為顯著，顯著高于對照和其他配比施肥水平，處理3 球果長高出對照60.1%，比處理4 和處理2 增加了36.2%和14.5%，而且處理2 的球果長比處理4 高18.9%。同對照（ck）相比，不同配方施肥球果長都顯著高于對照（P＜0.05）。在施N 和施K 水平不變時隨著P素水平的提高球果長顯著提高，但是施N 和施P 水平相同時隨著施K 水平的提高球果長反而有減小的趨勢（見表2）。不同施肥處理球果寬均顯著高于對照（P＜0.05），處理3 和處理2 的球果寬最大，分別為（17.62±0.83）mm 和（17.08±0.95）mm，且二者差異不顯著，但二者均與處理4 差異顯著（P＜0.05）。處理2 和處理3 球果寬雖然差異不顯著，但是處理3 比處理2 球果寬大，表明在施N 和P 水平相同時，增加P 素施肥水平，球果寬有所增加，雖然與處理2 相比，球果寬的增加沒有達到差異水平，增加K 素施肥水平球果寬反而不及處理2 和處理3 大。球果長/球果寬比是球果形態(tài)特征的反映，球果鮮質(zhì)量決定了單個球果生產(chǎn)種子的多少。球果長/寬和球果鮮質(zhì)量處理3 最好，且與其他處理差異顯著（P＜0.05），球果長/寬比和球果鮮質(zhì)量分別是1.71±0.14 和（3.04±0.72）g，分別是對照的1.32 和2.08 倍，也是處理4 的1.26 和1.53 倍，比處理2 高出10.3%和9.4%；其次就是處理2，球果長/寬比和球果鮮質(zhì)量分別是1.55±0.16 和（2.78±0.41）g，且與對照、處理3 和處理4 具有顯著差異（P＜0.05），對照和處理4 的球果長/寬和球果鮮質(zhì)量差異不顯著，對照的球果長/寬和球果鮮質(zhì)量分別是1.30±0.05 和（1.46±0.37）g，是幾個處理中最小的，其次就是處理4。單個球果生產(chǎn)種子質(zhì)量決定了種子年產(chǎn)量的大小，是施肥的主要目的。不同配比施肥單個球果生產(chǎn)種子質(zhì)量處理3 最好，單個球果生產(chǎn)種子質(zhì)量種達到（0.52±0.14）g，是對照和處理4 的2.26 和1.53 倍，比處理2 提高了30.0%，與其他處理差異顯著（P＜0.05），其次就是處理2 和處理4，二者單個球果生產(chǎn)種子質(zhì)量差異不顯著，但都顯著高于對照，雖然處理2 和處理4 單個球果生產(chǎn)種子質(zhì)量差異不顯著，但是處理2 的效果好于處理4（表2）。

上述試驗結(jié)果表明，N、P、K 配比施肥中，施N 和施K 水平一致，增加P 素施肥水平顯著提高了球果性狀，在施N 和施P 水平相同時，增加K素施肥水平，并不顯著提高球果性狀。由于日本落葉松種子園土壤有效P 缺乏，提高P 素施肥水平能有效改善球果性狀，提高了肥料的利用效率。因此為提高日本落葉松無性系種子園結(jié)實母株球果性狀，N、P、K 配比施肥應(yīng)適當(dāng)提高P 素水平。

3.2 氮磷鉀配比施肥對種子性狀的影響

方差分析和多重比較結(jié)果，氮磷鉀不同配比施肥對種子長（F=16.18）、種子寬（F=16.73）、種子長/種子寬（F=3.57）、千粒質(zhì)量（F=17.12）的影響具有顯著差異（P＜0.05），多重比較結(jié)果見表3。

表3 氮磷鉀不同配比施肥對日本落葉松種子性狀影響的多重比較Table 3 Multiple comparison of effects of different ratios of N， P and K fertilizer on seed traits of L. kaempferi

多重比較顯示，不同配比水平施肥種子長顯著高于對照（P＜0.05），但不同配比水平施肥間種子長差異不顯著，不同配比水平施肥均能有效提高種子長，種子長從大到小依次為處理3＞處理2＞處理4＞處理1（ck），可見N、P、K 配比中，P 素施肥水平提高對種子長的生長效果略比處理2 和處理4 高0.9%和4.8%，隨K 素施肥水平的提高種子長反而有減小的趨勢（表3）。對種子寬的影響處理2 的效果最好，種子寬達到（2.90±0.28）mm，顯著高于對照、處理3 和處理4（P＜0.05）；處理3 和處理4 種子寬差異不顯著，但二者種子寬均顯著高于對照（P＜0.05），且處理4種子寬略比處理3 高4.1%，提高P 素或者K 素施肥水平并不顯著影響種子寬。種子長/寬處理3 最大且與對照差異不顯著，與處理2 和處理4 具有顯著差異；處理2、處理4 和對照間種子寬差異不顯著，處理2 和處理4 種子寬基本一致，對照種子寬略比處理4 和處理3 高5.1%和4.4%。千粒質(zhì)量是種子品質(zhì)的反映，千粒質(zhì)量的大小表征了種子內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的多少，直接影響到種子產(chǎn)量和品質(zhì)以及播種出苗率及后期生長，是施肥的主要目的。多重比較結(jié)果，不同配比水平施肥種子千粒質(zhì)量顯著高于對照（P＜0.05），處理3、處理2、處理4 依次高出對照38.1%、32.1%、30.0%，但是處理3 種子千粒質(zhì)量比處理2 和處理4 高4.5%和6.2%，從以上分析可以看出，在N、P、K 不同配比水平施肥中的，3個配比水平都能有效提高種子長、種子寬、種子長/寬、千粒質(zhì)量等性狀，但是提高P 素水平除對種子寬的影響不及其他配比水平外，對種子長、種子長/寬、千粒質(zhì)量等性狀的影響效果好于其他配比，因此在30年左右日本落葉松無性系種子園施肥管理中，為提高種子品質(zhì)和產(chǎn)量，N、P、K 適宜的配比水平為N1P2K1。

4 結(jié)論與討論

4.1 配比施肥對球果性狀的影響

本研究顯示，能有效改善種實性狀，提高30年左右日本落葉松無性系種子園種子產(chǎn)量和品質(zhì)的最佳施肥配比為N1P2K1。氮（N）、磷（P）、鉀（K）是生產(chǎn)中常用的肥料，N、P、K 適宜的施肥配比能充分發(fā)揮不同肥料間的媾和、協(xié)同和激勵作用，相互促進肥效的發(fā)揮，提高肥料利用率，節(jié)約成本，降低化肥過量施用對環(huán)境造成的負面影響[16-19]，達到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。葛藝早等[33]在杉木種子園通過氮磷鉀配比精準施肥，杉木種子發(fā)芽率、種子千粒質(zhì)量和種子品質(zhì)顯著高于常規(guī)施肥。陸梅等[32]對閩北馬尾松二代種子園采用多元素配比施肥，種子園產(chǎn)量適宜的配比施肥比同樣經(jīng)營管理水平下的經(jīng)驗施肥或生產(chǎn)上普遍采用的施肥方式，至少提高產(chǎn)量30%以上。然而適宜的施肥配方因樹種甚至同一樹種不同發(fā)育階段而異。本研究表明，N1P1K1、N1P2K1和N1P1K2等3個配比水平施肥都能有效改善30年左右的日本落葉松結(jié)實母樹球果性狀。N1P2K1配比水平對球果性狀的影響最為顯著，N1P1K2配比水平除球果長/寬和球果鮮質(zhì)量與對照沒有顯著差異外，球果長、球果寬、球果生產(chǎn)種子質(zhì)量等性狀顯著高于對照；這可能是30年左右的日本落葉松種子園土壤有效P 缺乏，提高P 施肥水平，協(xié)調(diào)和激勵了N、P、K 的吸收、積累及運轉(zhuǎn)，由于日本落葉松無性系種子園土壤本身K 含量豐富，所以提高K素施肥水平球果性狀改善不及提高P 素水平好。球果大小與種子大小和質(zhì)量密切相關(guān)，球果性狀是種子產(chǎn)量的決定因素[41]，日本落葉松球果長、球果寬、球果生產(chǎn)種子重等性狀間具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系[37]，球果性狀的改善就意味著種子產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。因此30年左右日本落葉松種子園施肥，宜采用N1P2K1施肥配比，能有效改善球果性狀。

4.2 配比施肥對種子性狀的影響

種子性狀的大小表征了種子內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的多少，其大小影響到種子的傳播和萌發(fā)，對幼苗的定居、存活、后期生長及適應(yīng)性有很大的影響[41]。N1P1K1、N1P2K1和N1P1K2等3個配比施肥水平都能有效改善種子性狀，除種子寬N1P1K1效果最好外，對種子長、種子長/寬、千粒質(zhì)量的影響與與球果性狀的影響效果一致，N1P2K1的配比水平種子長、種子長/寬、千粒質(zhì)量最大。由于日本落葉松種子性狀間呈極顯著正相關(guān)[37]，N1P2K1的配比水平能有效改善種實性狀，是提高日本落葉松無性系種子園種子產(chǎn)量和品質(zhì)的最佳施肥配比。

4.3 存在問題與今后研究重點

由于受到無性系分株的限制，本試驗設(shè)置的氮磷鉀配比水平數(shù)少，在今后的研究中應(yīng)該設(shè)置更多配比水平以及微量元素、稀土、激素等對結(jié)實和種實性狀影響的研究，而且日本落葉松種實性狀除施肥效應(yīng)外，還有無性系效應(yīng)[8，37]，因此日本落葉松種子園管理在重視施肥的同時也要重視結(jié)實優(yōu)良無性系的選擇，從而不斷提高日本落葉松種子園種子產(chǎn)量和品質(zhì)，滿足社會對良種的需求。