施肥方式及接種菌根真菌對1年生油松苗木質(zhì)量的影響

郝龍飛，劉歡，王續(xù)富，包會嘎，徐悅麗

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010019；2.烏海市濕地管理局，內(nèi)蒙古烏海016000；3.包頭黃河國家濕地公園管理處，內(nèi)蒙古包頭014030）

苗木質(zhì)量是造林能否成功的主要影響因素。施肥是提高苗木質(zhì)量的重要措施之一，不同施肥方式對苗木質(zhì)量的影響存在較大差異?；诜€(wěn)態(tài)營養(yǎng)理論，Timmer提出了苗木指數(shù)施肥技術(shù)，在苗木不同生長階段，采用指數(shù)遞增的形式進(jìn)行養(yǎng)分添加，以滿足苗木各生長階段的養(yǎng)分需求[1]。近年來，我國關(guān)于指數(shù)施肥已在紫椴（Tilia amurensis）[2]、美國山核桃（Carya illinoensis）[3]、夏蠟梅（Calycanthus chinensis）[4]、落羽杉（Taxodium distichum）[5]、斑葉稠李（Padus maackii）[6]等闊葉樹種，以及油松（Pinus tabuliformis）[7]、馬尾松（P.massoniana）[8]、長白落葉松（Larix olgensis）[9]等針葉樹種開展了相關(guān)研究。以上研究均表明指數(shù)施肥對苗木形態(tài)和生物量等指標(biāo)有明顯促進(jìn)作用。

油松（Pinus tabuliformis）是中國北方地區(qū)主要的造林樹種，具有根系發(fā)達(dá)，耐干旱，耐貧瘠及適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)良特性，且是典型的菌根依賴型樹種[10]。菌根真菌可以與苗木根系形成高度互惠的共生體，通過擴(kuò)大宿主植物根系吸收面積，促進(jìn)植物養(yǎng)分、水分吸收，增加苗木抗性，提高苗木質(zhì)量，增強(qiáng)苗木對困難立地條件的適應(yīng)性，提高造林成活率[11-14]。近年來，菌根化油松育苗已逐漸在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣及運(yùn)用，然而，目前施肥方式多采用一次施入大量肥料，或施肥量無明顯變化的等量施肥方法，以上施肥方式既不符合苗木生長階段對養(yǎng)分的需求規(guī)律，也會導(dǎo)致雜草競爭、肥料浪費(fèi)和土壤板結(jié)，同時在一定程度上也可能影響苗木木質(zhì)化程度，進(jìn)而影響苗木質(zhì)量[7]。

目前，施肥方式及接種菌根真菌處理作為單一因素對苗木質(zhì)量的影響已開展了大量研究[2-14]，但是關(guān)于施肥方式和接種菌根真菌的互作效應(yīng)對苗木質(zhì)量影響的研究相對缺乏。本研究在大田條件下，以1年生油松接菌苗和非接菌苗為研究對象，開展施肥試驗(yàn)，探究何種施肥方式與接種菌根真菌的協(xié)同作用下苗木質(zhì)量最佳，以期為高質(zhì)量實(shí)生苗培育提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

研究地點(diǎn)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市賽罕區(qū)內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)苗圃，該地區(qū)為典型的蒙古高原大陸性氣候，年平均降水量為335.2~534.6 mm之間，≥10℃的活動積溫2 500℃左右，年平均日照時數(shù)1 600 h，無霜期85~150 d[15]。苗床土壤為潮土，pH值為7.6，其中堿解氮、有效磷及速效鉀含量分別為3.01、0.28、45.91 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

研究所用菌根真菌為：褐環(huán)粘蓋牛肝菌(Suillus luteus)、厚環(huán)粘蓋牛肝菌(Suillus grevillei)、黃褐口蘑(Tricholoma fulvum)、淺 灰 小 牛 肝 菌(Boletinus grisellus)、粘蓋牛肝菌(Suillus bovinus)、球根白絲膜菌(Leucocortinarius bulbiger)、淺黃根須腹菌(Rhizopogon luteolus)、彩色豆馬勃(Pisolithus tinctorius)。

油松種子采集于赤峰市紅山區(qū)。在大田環(huán)境中，采用高低合并床的整地方式，苗床的規(guī)格為8 m×2.5 m，苗床中間留一條20 cm寬和20 cm深的排水溝。種子消毒浸種后于2019年4月上旬播種，播種方式為條播，播幅6~8 cm，條中心距離為30 cm左右，播種量為22.5 g·m-2，播種覆土厚度約為種子短徑的2~3倍，覆土后進(jìn)行鎮(zhèn)壓，使種子與土壤充分接觸。出苗4周后間苗，選取長勢相近且健康狀況良好的植株進(jìn)行定苗，保留480株·m-2苗木用于開展試驗(yàn)。

1.3 研究方法

1.3.1 試驗(yàn)區(qū)劃分

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，2種接種處理和3種施肥處理形成6種組合處理，設(shè)置3次試驗(yàn)重復(fù)。將苗床劃分成1 m×0.5 m的小區(qū)，共劃分18個小區(qū)，每個小區(qū)之間設(shè)置1.0 m隔離帶。每個小區(qū)保留2行平行苗床方向的苗木，每行120株。

1.3.2 接種菌根真菌處理

菌劑采用MMN液體培養(yǎng)基擴(kuò)繁，高溫高壓滅菌1 h，待冷卻后分別接種上述8種菌根真菌的平板菌種，將不同菌種液體菌劑放置搖床（Thermo scientific,MAXQ400）（25℃,150 r·min-1）震蕩9 d。制備的8種菌劑均勻混合，各菌種的菌絲濃度為0.85 g·L-1。于2019年5月7日接菌，接菌量為400 mL·m-2，距油松苗的根部5 cm處開溝，將液體菌液均勻倒入淺溝內(nèi)，待菌液滲入土中再用土覆蓋。

1.3.3 施肥設(shè)計(jì)

接種菌根真菌處理1個月，采用統(tǒng)計(jì)計(jì)算法測定苗木根系菌根侵染率均在30.0 %以上，開展施肥試驗(yàn)：包括常規(guī)施肥（CF）、指數(shù)施肥（EF）和2倍指數(shù)施肥（DEF）處理。肥料選用易吸收的尿素（CON2H4）和磷酸二氫鉀（KH2PO4），在保證P、K供應(yīng)的前提下，探究苗木對N肥的利用效率。施肥間隔周期為10 d，共施肥8次。施肥時在苗木行間開深約5 cm的淺溝，將每個小區(qū)的肥料溶于400 mL水中，均勻施入溝內(nèi)，施肥后覆土踏實(shí)，以減少苗木根部土壤水分散失和肥料揮發(fā)。

1.3.4施肥量確定

試驗(yàn)采用指數(shù)施肥模型來計(jì)算相應(yīng)施肥量[6]，計(jì)算公式如下：

r為養(yǎng)分相對添加率；NS、NT表示苗木在指數(shù)施肥處理初期和生長結(jié)束時養(yǎng)分含量；Nt表示第t次施肥時施肥量；N(t-1)表示包含第（t-1）次施肥的養(yǎng)分施入總量；t為苗木生長期中指數(shù)施肥的次數(shù)。

（1）CF處理，單次施肥量相等，Nt=NT/t；

（2）EF處理，采用EF模型確定每次施肥的施肥量；

（3）DEF處理，每次施肥量均為EF處理施肥量的2倍。

通過預(yù)試驗(yàn)獲得苗木N添加速率r=0.16，磷（P）添加速率r=0.13。KH2PO4的施肥量根據(jù)苗木需求量設(shè)定，以保證P、K肥供應(yīng)充足。3種施肥處理的施肥量見表1。

表1 不同施肥處理1年生油松苗木施肥量/mg·株-1Tab.1 N,P and K supply level of P.tabuliformis seedlings under different fertilization/mg·plant-1

1.3.5 指標(biāo)測定

最后1次施肥試驗(yàn)結(jié)束，間隔15 d，從18塊試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)分別隨機(jī)選取長勢較一致的油松苗木50株。測定其苗高、地徑、主根長、側(cè)根數(shù)、及地上和地下生物量。

采用統(tǒng)計(jì)計(jì)算法測定外生菌根侵染率。在生長季結(jié)束后，各處理隨機(jī)選取苗木，將根系洗凈后剪成1 cm長的根段，將50個根段放入盛有少量去離子水的培養(yǎng)皿（d=90 cm）中為1次重復(fù)，重復(fù)3次，在體式顯微鏡下觀察菌根侵染率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

指標(biāo)計(jì)算公式如下：

菌根侵染率（%）=（被侵染的根段數(shù)/總根段數(shù)）×100%；

高徑比=苗高(cm)/地徑(mm)；

苗木質(zhì)量指數(shù)（QI）=苗木總生物量(g)/［苗高(cm)/地徑(mm)+莖生物量(g)/根生物量(g)］。

利用SPSS 23.0（SPSS for Windows,Chicago,USA），采用雙因素方差分析和LSD多重比較對施肥處理和接種菌根真菌處理的苗木質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行顯著性分析。采用Sigmaplot10.0（Systat Software Inc.,San Jose,CA,USA）進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥方式和接種菌根真菌處理對油松苗木菌根侵染率的影響

對1年生油松苗木菌根侵染率進(jìn)行施肥和接種菌根真菌處理雙因素方差分析，接種菌根真菌處理顯著影響苗木根系侵染率（P＜0.05）；而施肥及二者交互作用對苗木菌根侵染率均無顯著影響（P＞0.05）（表2）。不同施肥處理下，+M處理1年生油松苗菌根侵染率均高于－M處理。其中CF和DEF處理下，+M處理油松苗木菌根侵染率較－M處理分別增加了35.7%（P＜0.05）和35.0%（P＜0.05）（圖1）。

表2 施肥方式和接種菌根真菌處理對油松苗木質(zhì)量指標(biāo)雙因素方差分析Tab.2 Two-Way ANOVA of the seedling quality indicators of P.tabuliformis under fertilization and mycorrhiza fungi inoculation treatments

2.2 施肥方式和接種菌根真菌處理對油松苗木形態(tài)指標(biāo)的影響

圖1 施肥方式和接種菌根真菌處理對油松苗菌根侵染率的影響Fig.1 The root mycorrhizal colonization of P.tabuliformis seedlings under fertilization and mycorrhiza fungi inoculation treatments

對1年生油松苗木形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行施肥和接種菌根真菌處理雙因素方差分析，施肥處理顯著影響苗木各形態(tài)指標(biāo)（P＜0.05），接種菌根真菌處理顯著影響苗木苗高、地徑、主根長（P＜0.05）；而施肥及二者交互作用僅顯著影響苗木主根長和側(cè)根數(shù)（P＜0.05）（表2）。3種施肥處理下，苗高和地徑均為+M高于－M處理，且在+M和EF組合處理下苗木苗高和地徑均達(dá)到最大。－M處理下，3種施肥處理間苗高差異不顯著，而+M處理下，EF和DEF處理的油松苗高較CF處理分別提高了14.9%（P＜0.05）、14.5%（P＜0.05）。－M和CF組合處理中苗木主根長最長，側(cè)根數(shù)較小，而+M和CF組合處理中苗木主根長最小，側(cè)根數(shù)最大。CF處理下，+M處理的苗木主根長較-M處理降低了26.4%（P＜0.05）；而EF、DEF處理處理下，+M處理的苗木主根長與－M處理無顯著差異。EF處理下，－M和+M處理間苗木側(cè)根數(shù)無顯著差異，DEF處理下，+M處理苗木側(cè)根數(shù)較－M處理降低了25.0%（P＜0.05），CF處理下，+M處理苗木側(cè)根數(shù)較－M處理提高了33.3%（P＜0.05）（表3）。

2.3 施肥方式和接種菌根真菌處理對油松苗木生物量的影響

對1年生油松苗木生物量進(jìn)行施肥和接種菌根真菌處理雙因素方差分析，施肥、接種菌根真菌及二者交互作用顯著影響油松苗木生物量（P＜0.05）（表2）。1年生油松苗木的地上生物量均大于地下生物量，且2種接種菌根真菌處理中均在EF處理下苗木生物量的達(dá)到最大（圖2）。+M和EF組合處理中苗木總生物量和地下生物量均最大，且地下生物量占總生物量的比例也最高，達(dá)到了36.4%。CF處理下，+M處理苗木生物量與－M處理無顯著差異，而EF和DEF處理下，+M處理苗木生物量較－M處理分別提高了13.1%(P＜0.05）和25.8%(P＜0.05)。

表3 施肥方式和接種菌根真菌處理及對油松苗木苗高、地徑、主根長和側(cè)根數(shù)的影響Tab.3 The seedling height,basal diameter,main root length,lateral root number of P.tabuliformis seedlings under different fertilization and mycorrhiza fungi inoculation treatments

2.4 施肥方式和接種菌根真菌處理對油松苗木綜合指標(biāo)的影響

圖2 施肥方式和接種菌根真菌處理對油松苗木生物量的影響Fig.2 The seedling biomass of P.tabuliformis seedlings under different fertilization and mycorrhiza fungi inoculation treatments

對1年生油松苗木綜合指標(biāo)進(jìn)行施肥和接種菌根真菌處理雙因素方差分析，接種菌根顯著影響苗木質(zhì)量指數(shù)（P＜0.05），而施肥、接種菌根真菌及二者交互作用未顯著影響苗木高徑比和苗木質(zhì)量指數(shù)（P＜0.05）（表2）。－M處理下，3種施肥處理間苗木高徑比差異不顯著，而+M處理下DEF處理的苗木高徑比較CF處理顯著增加了12.8%（P＜0.05）（圖3）。3種施肥處理下，+M處理的苗木質(zhì)量指數(shù)均高于－M處理。2種接種菌根真菌處理下，EF處理苗木質(zhì)量指數(shù)均為最大，但與CF和DEF處理間無顯著差異。與－M處理下的CF、EF、DEF處理相比，+M與EF組合處理苗木質(zhì)量指數(shù)分別增加了23.8%（P＜0.05）、21.0%（P＜0.05）、27.7%（P＜0.05）（圖3）。

圖3 施肥方式和接種菌根真菌處理對油松苗木高徑比和苗木質(zhì)量指數(shù)的影響Fig.3 The seedling height-diameter ratio and seedling quality index of P.tabuliformis seedlings under different fertilization and mycorrhiza fungi inoculation treatments

3 討論與結(jié)論

3.1 施肥方式和接種菌根真菌處理對油松苗木形態(tài)指標(biāo)的影響

形態(tài)指標(biāo)可以直接評價(jià)苗木質(zhì)量，本研究發(fā)現(xiàn)，接種菌根真菌處理下，EF處理的苗木苗高和地徑均達(dá)到最大；且3種施肥處理下，+M處理的苗高、地徑均大于－M處理，以上結(jié)果表明指數(shù)施肥和接種菌根真菌處理均有利于促進(jìn)苗木地上形態(tài)發(fā)育，但數(shù)據(jù)顯示二者并無交互作用（表2），原因可能為接種菌根真菌改善了苗木養(yǎng)分和水分的吸收能力，促進(jìn)了苗木的生長[16]；同時指數(shù)施肥處理較其它施肥方式更符合苗木生長規(guī)律，滿足苗木各階段養(yǎng)分需求，進(jìn)而促進(jìn)苗木生長[17]。以往研究也發(fā)現(xiàn)施肥在一定程度上會削弱苗木根系和菌根真菌的共生關(guān)系，該結(jié)果符合植物成本－效益生存策略。基于以上原因從苗木地上形態(tài)指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，指數(shù)施肥和接種菌根真菌均有利于促進(jìn)苗木地上部分生長，但是二者的交互作用并未能很好的體現(xiàn)。從苗木地下形態(tài)指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，接種菌根真菌處理中苗木主根長減?。ū?），可能是因?yàn)榻臃N菌根真菌后，菌根真菌的菌絲為植物提供養(yǎng)分，植物改變了原有的碳分配策略，降低了主根生長。本研究也發(fā)現(xiàn)－M處理下EF較CF處理的一級側(cè)根數(shù)顯著增加，表明指數(shù)施肥處理有助于改善苗木根系形態(tài)，與斑葉稠李的根系形態(tài)變化規(guī)律一致[6]；而+M處理下EF處理較CF處理的一級側(cè)根數(shù)降低，表明接種菌根真菌處理在一定程度上改變了植物根系對施肥處理的響應(yīng)策略。原因可能與接種菌根真菌提高了苗木根系活力[18]和改變植物激素含量[19]有關(guān)，并且過量的氮施入會減弱苗木根系形態(tài)建成[20]，綜合分析發(fā)現(xiàn)指數(shù)施肥和接種菌根真菌有利于改善苗木根系形態(tài)。

3.2 施肥方式和接種菌根真菌處理對油松苗木綜合指標(biāo)的影響

苗木生物量和綜合指標(biāo)可有效反映外界養(yǎng)分添加對苗木生長的影響程度，也是評價(jià)苗木質(zhì)量的重要指標(biāo)。本研究中在EF、DEF處理下，+M處理的油松苗木生物量較－M處理有顯著增加（圖2），與以往研究中接種外生菌根真菌可顯著提高苗木的生物量研究結(jié)果一致[12-14，21]，而CF處理下，+M與－M處理的苗木生物量差異不顯著，表明常規(guī)施肥在一定程度上影響了共生菌根真菌對苗木生物量的促進(jìn)作用。+M處理下，EF處理的生物量顯著高于CF處理，且地下生物量占單株總生物量比例也最高，與紫椴[2]、斑葉稠李[6]、歐洲云杉（Picea abies）[22]等研究結(jié)果一致；原因可能為與常規(guī)施肥方式相比，指數(shù)施肥方式更符合苗木生長規(guī)律，有利于促進(jìn)苗木地上和地下部分的均衡生長[23]，也可能是由于苗木在自然狀態(tài)下非優(yōu)勢菌根真菌影響了植物根系發(fā)育[24]，且與植物根系存在一定的碳素競爭[18]，限制了非接菌苗木的生長。本研究發(fā)現(xiàn)－M處理下，3種施肥處理間高徑比和苗木質(zhì)量指數(shù)均無顯著差異，而+M處理下，EF處理的苗木質(zhì)量指數(shù)顯著高于－M處理下的3種施肥處理（圖3），說明2種處理間存在協(xié)同作用，原因可能是油松為典型的菌根依賴型樹種，原有土壤中缺乏油松苗木的優(yōu)勢共生真菌，導(dǎo)致不同施肥方式對非接菌苗木的影響較弱；也可能由于接種優(yōu)勢共生菌根真菌改善了苗木共生關(guān)系，促進(jìn)了苗木養(yǎng)分和水分吸收[14]，最終提高了苗木質(zhì)量。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，指數(shù)施肥和接種菌根真菌均有利于促進(jìn)油松苗木生長和提高苗木質(zhì)量。指數(shù)施肥更有利于促進(jìn)接種優(yōu)勢菌根真菌苗木的生長，改善苗木質(zhì)量。同時接菌處理在一定程度上可以減弱高氮添加對苗木生長的影響。