緩釋肥對(duì)馬尾松苗木生長(zhǎng)和根系形態(tài)建成的影響*

陳一群 何波祥 黃建雄 張 謙 梁東成 詹金嬋 潘慶優(yōu) 蔡燕靈

(1. 廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520；2 信宜市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東信宜 525300)

馬尾松Pinus massoniana屬松科松屬，是我國(guó)亞熱帶森林分布最廣、資源最豐富的針葉樹(shù)種之一。它適應(yīng)性、抗逆性強(qiáng)、容易栽培、生長(zhǎng)迅速，具有耐干旱、耐瘠薄等特點(diǎn)，是我國(guó)南方特有的用材和產(chǎn)脂的重要樹(shù)種。其木材主要用于建筑、礦柱、制板、枕木、包裝箱、膠合板等。木材纖維素含量高，在脫脂處理后可為造紙和人造纖維工業(yè)提供重要的原料。松脂經(jīng)過(guò)加工處理制成松香產(chǎn)品，主要用于油墨、涂料、食品、電器等領(lǐng)域，松香改性產(chǎn)品更是廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥、生物農(nóng)藥和生物質(zhì)材料等產(chǎn)業(yè)[1]。馬尾松材脂應(yīng)用廣泛，經(jīng)營(yíng)馬尾松林可為山區(qū)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，也帶動(dòng)了松樹(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2-4]。

優(yōu)質(zhì)種苗是營(yíng)造林成功的物質(zhì)基礎(chǔ)。苗木健康生長(zhǎng)以及平衡根系的形成，離不開(kāi)合理的養(yǎng)分供給。傳統(tǒng)育苗多采用速溶性復(fù)合肥，通過(guò)少量多次施肥來(lái)滿足苗木生長(zhǎng)的需求。緩釋肥是一種新型的長(zhǎng)效肥料，多以包膜包裹肥料使其中的養(yǎng)分元素緩慢釋放，釋放速率與植物養(yǎng)分吸收相對(duì)同步[5-6]。近年來(lái)，施用緩釋肥成為種植業(yè)，特別是水稻、小麥、油菜和棉花等作物栽培中提高肥料利用效率，降低施肥人工成本的有效技術(shù)措施之一[7-11]。

在林木中，已有研究分析了緩釋肥的養(yǎng)分元素比例及其施用量對(duì)南方紅豆杉Taxus wallichiana、木荷Schima superba和赤皮青岡Cyclobalanopsis gilva等樹(shù)種苗木生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的影響[12-14]，但在馬尾松育苗上的應(yīng)用多憑生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，較少開(kāi)展有針對(duì)性的研究[15]。為了進(jìn)一步提高馬尾松輕基質(zhì)容器苗的苗木質(zhì)量和育苗效率，本研究以材用和脂用兩個(gè)系列的馬尾松優(yōu)良品系為試驗(yàn)材料，開(kāi)展緩釋肥養(yǎng)分配比和施用水平的試驗(yàn)研究，為馬尾松輕基質(zhì)苗木生產(chǎn)提供配套的緩釋肥施肥技術(shù)措施。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)苗圃位于廣東省信宜市林業(yè)科學(xué)研究所，地 處 東 經(jīng)110°57’24″，北 緯22°20’58″，海拔100～200 m，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候。溫暖多雨、光熱充足，無(wú)霜期347～355 d，夏季平均氣溫22.4 ℃，最冷為1 月，平均氣溫14.7 ℃, 最熱為7月，平均氣溫28.2 ℃。年均相對(duì)濕度77%，年降雨量為1 800 mm，年平均日照時(shí)數(shù)為1 939 h 。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018 年3 月，采用廣東省信宜市林業(yè)科學(xué)研究所馬尾松種子園培育的材用系列家系W66 和脂用系列家系G31 的種子，在沙床上播種催芽，當(dāng)芽苗出土高度達(dá)到4～5 cm 時(shí)，移植到育苗容器中開(kāi)展試驗(yàn)。育苗容器采用15 孔的泡沫育苗架，育苗孔直徑8.2 cm，高11.0 cm，用泥炭土和珍珠巖按9 ∶1 的比例，并添加緩釋肥混合均勻后填裝在育苗孔中作為育苗基質(zhì)。采用以色列化工集團(tuán)（ICL）生產(chǎn)的耐施利包膜型緩釋肥開(kāi)展施肥試驗(yàn)，包括不同的氮、磷、鉀配比和施用量，各3 個(gè)水平梯度，采用材用家系W66 和脂用家系G31，進(jìn)行三因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)（表1），共9 個(gè)緩釋肥施用處理，每個(gè)處理設(shè)置3 重復(fù)，每重復(fù)中每個(gè)家系各育苗90 株。與試驗(yàn)群體平均值為對(duì)照，比較分析各處理的施肥效果。

表1 各因素的試驗(yàn)梯度水平設(shè)置Table 1 Test gradient level setting of three factors

1.3 項(xiàng)目測(cè)定

每個(gè)處理調(diào)查3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)每個(gè)家系隨機(jī)抽取30 株苗木，調(diào)查半年生和一年生時(shí)的苗高、地徑生長(zhǎng)量。在一年生時(shí)通過(guò)破壞性取樣測(cè)定苗木葉、莖、主根和側(cè)根的干質(zhì)量，每個(gè)處理調(diào)查3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)每個(gè)家系5 株，并采用愛(ài)普生Epson Expression 11000XL 根系掃描儀測(cè)量苗木根系的總長(zhǎng)度、總表面積、平均直徑和根總體積等指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016 軟件整理數(shù)據(jù)，采用SAS 9.4 統(tǒng)計(jì)軟件的GLM 等模塊進(jìn)行方差分析和多重比較[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 緩釋肥對(duì)馬尾松苗木生長(zhǎng)量的影響

2.1.1 苗木生長(zhǎng)量的差異分析 由表2 可知，緩釋肥、施用量、家系在不同處理間，苗木的半年生和一年生苗高生長(zhǎng)量均存在極顯著差異（P＜0.01），這三個(gè)因素之間的兩兩交互作用以及緩釋肥×施肥量×家系的交互作用對(duì)苗高的影響也都達(dá)到極顯著水平。在地徑方面，不同施用量處理間半年生地徑生長(zhǎng)量差異不顯著，施用量與家系之間的交互作用對(duì)半年生和一年生地徑的生長(zhǎng)量影響不顯著，其余試驗(yàn)因素及因素之間的交互作用對(duì)半年生和一年生地徑生長(zhǎng)量的影響都達(dá)到極顯著水平。

表2 不同因素處理下馬尾松苗木生長(zhǎng)量方差分析Table 2 ANOVA of seedling growth of masson pine under different treatments of factors

從表3 可以看出，不同緩釋肥處理間，處理R2 的半年生和一年生苗高、地徑生長(zhǎng)量都顯著高于其它2 個(gè)處理，處理R3 的苗高和地徑生長(zhǎng)量最小。從苗木的高生長(zhǎng)情況來(lái)看，不同緩釋肥施用量中，無(wú)論是半年生還是一年生，處理Q3 的苗高顯著高于其它2 個(gè)處理，處理Q1 的苗高生長(zhǎng)量最小。地徑生長(zhǎng)方面，3 個(gè)處理的半年生地徑生長(zhǎng)量比較接近，到一年生時(shí)，處理Q3 的地徑顯著大于其它2 個(gè)處理。不用家系的苗木生長(zhǎng)量也有不同，材用系列家系的苗高和地徑顯著大于脂用系列。

2.1.2 馬尾松苗木生長(zhǎng)量對(duì)緩釋肥的響應(yīng) 從表3 可以看出，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，處理R2 的半年生和一年生苗高分別達(dá)到27.22 和53.05 cm，比處理R3 分別提高了31.84%和38.93%，比群體均值分別提高了9.09%和10.17%。在緩釋肥施用量方面，半年生苗高隨著緩釋肥施用量的增加而增大，與處理Q1 相比，處理Q2 和Q3 的苗高分別提高了5.25%和10.32%，至一年生時(shí)，苗高保持了原有的增長(zhǎng)趨勢(shì)，處理Q3 的苗高分別比處理Q1 和Q2 提高了3.28%和8.35%，同時(shí)，不同處理間地徑的差異開(kāi)始增大，處理Q3 的苗木地徑比處理Q1 和Q2 分別提高了4.72%和4.88%。在R2 和Q3 的組合處理下，一年生苗高和地徑分別為58.69 cm 和0.79 cm，分別比群體均值提高了18.35%和16.18%。家系W66 的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在苗高上，半年生和一年生時(shí)的苗高分別達(dá)到27.51 和54.53 cm，比G31 提 高 了33.93% 和49.81%。

表3 不同因素處理馬尾松苗木生長(zhǎng)量多重比較Table 3 Multiple comparations of the seedling growth of masson pine with different treatments of factors

2.2 緩釋肥對(duì)馬尾松苗木生物量的影響

2.2.1 苗木生物量累積的差異分析 從表4 可以看出，不同NPK 配比的緩釋肥處理間的葉、莖、主根和側(cè)根的質(zhì)量以及根冠比均存在極顯著差異（P＜0.01）；不同施用量處理間的主根、側(cè)根等地下部分的重量以及根冠比差異也極顯著，而葉、莖等地上部分的質(zhì)量差異不顯著；不同系列的家系，其苗木各部位的質(zhì)量在家系間均存在極顯著差異。緩釋肥×施用量、緩釋肥×家系間的交互作用對(duì)地上部分和地下部分的質(zhì)量均存在極顯著影響；施用量×家系的交互作用對(duì)莖和側(cè)根的質(zhì)量影響極顯著，對(duì)根冠比的影響顯著；緩釋肥×施肥量×家系的交互作用對(duì)莖的質(zhì)量產(chǎn)生極顯著影響，對(duì)其它指標(biāo)影響不顯著。

表4 不同緩釋肥處理馬尾松苗木質(zhì)量的方差分析Table 4 ANOVA of seedling weight of masson pine treated with different slow-release fertilizers

從表5 可以看出，處理R1 和R2 的地上部分質(zhì)量大于處理R3，其中處理R2 的葉和莖干質(zhì)量最大，R1 次之，R3 最??；處理R2 的地下部分質(zhì)量顯著大于處理R1 和R3，這主要表現(xiàn)在主根上，處理R2 的主根質(zhì)量最大，R1 次之，R3 最小，而處理R3 的側(cè)根質(zhì)量要略高于處理R1 和R2。不同緩釋肥施用量處理的葉、莖等地上部分的質(zhì)量大小都比較相近，處理Q3 的主根、側(cè)根等地下部分的質(zhì)量大于處理Q1 和Q2。材用系列的苗木各部分質(zhì)量均顯著高于脂用系列。在根冠比方面，處理R2 和R3 的根冠比顯著大于R1，處理Q3 的根冠比顯著大于處理Q1 和Q2，不用系列家系的根冠比非常相近。

2.2.2 馬尾松苗木生物量對(duì)緩釋肥的響應(yīng) 從表5 可以看出，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，處理R2 一年生苗木的地上部分和地下部分的質(zhì)量最大，分別為13.25 和2.97 g，比生物量最低的處理R3 分別提高了49.55%和43.04%，比試驗(yàn)群體均值分別提高了16.03%和17.93%，尤其莖和主根的質(zhì)量增長(zhǎng)幅度分別達(dá)到18.58%和22.74%。在緩釋肥施

表5 不同因素處理馬尾松苗木生物量多重比較Table 5 Multiple comparations of the seedling biomass of masson pine with different treatments of factors

用量方面，從植株的生物量變化來(lái)看，雖然一年生時(shí)，苗木葉、莖的生物量并沒(méi)有隨著施肥量的增加而有大幅度的提高，但根系的生物量卻顯著提高了，增加緩釋肥用量對(duì)苗木根系生長(zhǎng)的促進(jìn)效果明顯表現(xiàn)出來(lái)，處理Q3 的主根和側(cè)根質(zhì)量分別比群體均值提高了13.85%和21.60%，苗木的根冠比提高3個(gè)百分點(diǎn)以上。在R2 和Q3 的組合處理下，苗木的地上部分和地下部分質(zhì)量分別為15.23 和3.60 g，比群體均值分別提高了33.36%和42.86%。家系W66 苗木的地上部分和地下部分質(zhì)量分別比G31 提高了19.38%和21.44%。

2.3 緩釋肥對(duì)馬尾松苗木根系形態(tài)建成的影響

2.3.1 苗木根系形態(tài)指標(biāo)的差異分析 在不同NPK 配比的緩釋肥處理間，主根長(zhǎng)和根系總體積存在極顯著差異（表6），而其它5 項(xiàng)指標(biāo)在處理間的差異均不顯著；在不同的施用量處理間，總根長(zhǎng)、根表面積和總體積存在極顯著差異，主根長(zhǎng)在處理間存在顯著差異，其余兩項(xiàng)指標(biāo)在處理間的差異均不顯著；在不同家系間，除了主根長(zhǎng)以外，其它5 項(xiàng)根系形態(tài)指標(biāo)均存在極顯著差異。緩釋肥×施用量間的交互作用對(duì)6 項(xiàng)觀測(cè)指標(biāo)的影響都達(dá)到極顯著水平；緩釋肥×家系間的交互作用對(duì)主根長(zhǎng)、總根長(zhǎng)、根表面積和總體積影響極顯著，對(duì)平均直徑的影響顯著，而對(duì)主根占比影響不顯著；施用量×家系間的交互作用對(duì)主根占比和平均直徑的影響極顯著，對(duì)總根長(zhǎng)和總體積影響顯著，而對(duì)其它2 項(xiàng)指標(biāo)均不產(chǎn)生顯著影響；緩釋肥×施肥量×家系的交互作用對(duì)主根長(zhǎng)影響極顯著，對(duì)總根長(zhǎng)和表面積影響顯著。

表6 不同緩釋肥處理馬尾松根系生長(zhǎng)指標(biāo)方差分析結(jié)果Table 6 ANOVA results of root indices of masson pine seedlings treated with different slow-release fertilizers

從表7 可以看出，不同緩釋肥NPK 配比之間，處理R1 和R2 的主根長(zhǎng)顯著大于R3；處理R2 的根平均直徑顯著大于處理R1，處理R3 平均直徑的大小在兩者之間；處理R2 的根總體積顯著大于R1 和R3。在不同緩釋肥施用量之間，處理Q3 的主根長(zhǎng)、總根長(zhǎng)、表面積和總體積都顯著大于Q1 和Q2；處理Q1 的根總體積顯著大于Q2。在不同系列的家系間，材用系列的根系總根長(zhǎng)、表面積和總體積均顯著大于脂用系列，而主根比例和平均直徑顯著小于脂用家系。

2.3.2 苗木根系形態(tài)建成對(duì)緩釋肥的響應(yīng) 由表7 可知，不同養(yǎng)分配比的緩釋肥處理下，馬尾松苗木的根系形態(tài)建成產(chǎn)生了變化。處理R2一年生苗木的主根長(zhǎng)平均值達(dá)到229.06 cm，根系總體積平均值為4.32 cm3，比處理R3 分別提高了19.51%和19.67%，比群體均值分別提高了4.58% 和8.82%；其根系的平均直徑達(dá)0.60 mm，比處理R1 提高了5.26%，比群體均值提高了3.45%，根系比較發(fā)達(dá)，這能夠有效地提高苗木吸收水肥的能力。不同緩釋肥用量作用不同，處理Q3 的主根長(zhǎng)、總根長(zhǎng)、表面積和總體積的平均值分別為237.28 cm、1 554.42 cm、265.39 mm 和4.51 cm3，與 處 理Q1 和Q2 相 比，分 別 提 高 了11.07%～15.10%、21.11%～36.70%、19.86%～31.51% 和16.24%～27.78%， 比 群 體 平均 值 分 別 提 高 了8.34%、17.32%、15.62% 和13.60%，根系的總量隨著緩釋肥施用量的增加而增長(zhǎng)。在R2 和Q3 的組合處理下，苗木的主根長(zhǎng)、總根長(zhǎng)、表面積和總體積分別達(dá)到249.23 cm，1 414.86 cm、255.64 cm2和4.95 cm3，比群體均值分別提高了13.79%、6.78%、11.38%和24.69%。與脂用家系G31 相比，材用家系W66 的根系總根長(zhǎng)、表面積和總體積分別提高了55.66%、43.71%和31.10%，平均直徑減少了10.91%，主根比例降低了9 個(gè)百分點(diǎn)。

表7 不同因素處理馬尾松根系生長(zhǎng)指標(biāo)多重比較結(jié)果Table 7 Multiple comparations of root indices of masson pine seedlings with different treatments of factors

3 討論與結(jié)論

在容器苗的培育過(guò)程中，肥料為苗木生長(zhǎng)提供了主要養(yǎng)分，施肥能夠影響植物葉片和根系的形態(tài)建成，進(jìn)而促進(jìn)植株的生長(zhǎng)[17-18]。肥料中氮、磷和鉀等主要元素的比例和施用量影響著苗木的養(yǎng)分吸收和利用效率[15,19-20]。氮素是苗木生長(zhǎng)的主要養(yǎng)分元素，增施氮肥能促進(jìn)莖葉的生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明馬尾松苗木對(duì)氮需求較高，追施氮肥可顯著提高莖、葉和根的干物質(zhì)累積[21-22]。另一方面，也有研究發(fā)現(xiàn)過(guò)量的N 肥會(huì)抑制馬尾松幼苗生長(zhǎng)，對(duì)根系發(fā)育不利，從而影響了苗木對(duì)水分的吸收能力[23]。本試驗(yàn)中，合適的緩釋肥NPK 配比和施用量顯著提高了馬尾松苗木的生長(zhǎng)量和生物量，也促進(jìn)了苗木根系的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成，體現(xiàn)在苗木根系的長(zhǎng)度、平均直徑、表面積和總體積等方面，這與黑木相思Acacia melanoxylon苗木根系特征變化對(duì)施肥響應(yīng)的研究結(jié)果相似[24]。

苗木不同生長(zhǎng)階段的養(yǎng)分需求是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。有研究應(yīng)用指數(shù)施肥的方法，將植物的指數(shù)生長(zhǎng)與其營(yíng)養(yǎng)需求相結(jié)合，提高了肥料的利用效率[25-26]。本研究的分析結(jié)果表明，在一年生馬尾松輕基質(zhì)容器苗的培育過(guò)程中，適當(dāng)降低緩釋肥中氮的占比，提高磷和鉀的占比，能夠促進(jìn)苗木根系的形態(tài)建成，提高根冠比，有利于苗木的生長(zhǎng)和物質(zhì)的累積。同時(shí)在苗木培育的中后期，根系生長(zhǎng)日趨旺盛，需要適當(dāng)增加緩釋肥用量，來(lái)滿足苗木生長(zhǎng)，特別是根系生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求。隨著緩釋肥用量的增加，苗木根系的體量增長(zhǎng)了，進(jìn)而促進(jìn)了苗木的生長(zhǎng)。與傳統(tǒng)施肥和指數(shù)施肥相比，采用緩釋肥既能與苗木生長(zhǎng)同步提供養(yǎng)分供應(yīng)，避免了過(guò)量施肥造成養(yǎng)分流失和環(huán)境污染，同時(shí)大大減少了施肥頻率，節(jié)省了人工成本。

研究結(jié)果表明，采用的NPK 配比為20.5-4.5-10 的緩釋肥，施用量以2.5 kg/m3為宜，與試驗(yàn)的群體平均值相比，馬尾松一年生苗木的生長(zhǎng)量提高了15%以上，生物量提高30%以上，根系的總體積提高了20%以上。在本研究中，緩釋肥的NPK 配比和家系間的交互作用對(duì)大部分觀測(cè)指標(biāo)的影響都達(dá)到極顯著水平，材用系列家系在苗期就表現(xiàn)出比脂用系列較快的生長(zhǎng)速度，說(shuō)明不同種質(zhì)來(lái)源的苗木對(duì)養(yǎng)分的的需求和利用效率存在差異[15,27]，有必要進(jìn)一步研究不同系列家系對(duì)養(yǎng)分需求的異同，研發(fā)品系專一化的施肥配方，以提高馬尾松精細(xì)化育苗技術(shù)水平。