氮、磷配施對直干桉苗木生長和養(yǎng)分含量的影響

王曉麗，楊 杰，吳 波，曹現富，李 艷，鄒廣權，曹子林

(1.西南林業(yè)大學 林學院，云南 昆明 650224；2.廣西國有大桂山林場，廣西 賀州 542800；3.西南林業(yè)大學 生態(tài)與環(huán)境學院，云南 昆明 650224)

直干桉（Eucalyptus maideniF.V.Muell.）生長迅速，經營周期短，是桉樹中少有的油、材兼用樹種，經濟價值顯著[1-3]，在云南省較早引種栽植[3].直干桉種粒細小，幼苗細弱且生長緩慢，如何更好地促進苗木生長，獲得更多的壯苗，是直干桉苗木促成培育中亟需解決的問題.苗木培育時，高比例的壯苗可以降低育苗成本.人工林定向培育（超短輪伐期工業(yè)用材林、油用經濟林）中，壯苗是提高其造林成活率和造林后林木生長量的基礎和關鍵.水肥管理是培育健壯苗木的重要技術要素[4]，氮肥和磷肥的施用又是施肥調控的重點.

N、P 是植物生長所必需的大量營養(yǎng)元素，缺之會制約植物的生長和生物產量，導致植物地上部分矮小，地下根系不發(fā)達.中國苗木培育中多采用自然土壤為基質，針對中國大部分地區(qū)土壤中缺P少N 的情況[5-7]，在桉樹苗木培育施肥調控方面，很多學者開展了大量研究.林國祚等[8]在尾巨桉苗木培育中提出，高濃度N 和低濃度P 利于苗高生長，低濃度N 和低濃度P 利于地徑生長.胡厚臻[9]認為氮肥主要影響巨尾桉的苗高和地徑生長，磷肥主要影響苗木的生物量積累及其分配，高濃度氮和低濃度磷配合施肥不利于苗木的養(yǎng)分吸收.王昌熙[10]提出氮肥的施用量決定尾巨桉幼苗根的總生物量.杜旭等[11]的研究表明，適合的氮肥施用量，利于巨尾桉苗木對N、P 和K 元素的積累.

目前，直干桉苗木培育中的施肥調控研究未見報道.本研究采用兩因素三水平3×3 回歸正交設計，通過隨機排列結合拉丁方排列的田間布設，探討氮、磷配施對直干桉苗木生長和養(yǎng)分生理的影響，為直干桉壯苗培育最佳施肥量的確定提供理論依據和技術指導，為直干桉人工林營造提供優(yōu)質造林材料，為云南直干桉產業(yè)的發(fā)展提供技術支撐.

1 材料與方法

1.1 研究材料以540 株5 個月生直干桉實生苗為施肥調控的試驗材料.在西南林業(yè)大學苗圃中，于2018 年3 月利用容器（直徑和高均為20 cm）進行播種育苗，種子來自于云南昆明；每個容器裝填2 kg 的土壤（山地紅壤），而后利用0.1%高錳酸鉀溶液對土壤進行消毒；種子在播種前用始溫45 ℃的水浸種24 h，然后用0.1%高錳酸鉀溶液消毒30 min，再用蒸餾水沖洗2～3 次[12]；播種時每個容器均勻點播10 粒種子；待苗高5cm 左右時進行定植，每個容器定植5 株苗木.于2018 年8 月開展施肥試驗.施肥前后所有苗木的水分管理一致.

1.2 研究方法

1.2.1 苗木施肥 試驗采用氮、磷兩因素三水平3×3 回歸正交設計[13]，氮肥和氮肥分別設置3 個水平（氮肥：0、0.55 g/株和1.1 g/株；磷肥：0、0.6 g/株和1.2 g/株），施肥水平及試驗方案分別如表1 和表2 所示.肥料施用尿素（含純N 46%）和過磷酸鈣（含P2O512%）.試驗設置3 個重復（區(qū)組），每個重復9 個處理組合，每個重復的每個處理組合20 株苗木.田間布設采用隨機排列和拉丁方排列相結合的方法[13]（表3），相同的處理組合為一個小區(qū)，每個區(qū)組9 個小區(qū)，3 個區(qū)組共計27 個小區(qū)，這27 個小區(qū)可以重組成17 個不同的區(qū)組（圖1）.于2018年8 月，當苗齡5 個月時，依據施肥試驗方案對每個處理組合的苗木進行葉面噴施氮肥和磷肥.苗木施肥后按常規(guī)方式進行統(tǒng)一管理.

圖1 小區(qū)重組示意圖Fig.1 Reorganization of experimental plots

表1 施肥試驗因素水平表Tab.1 Factors and levels of the experiment

表2 施肥試驗方案Tab.2 Scheme of the experiment

表3 施肥試驗田間布設Tab.3 Field arrangement of the experiment

1.2.2 苗木生長形態(tài)指標和生物量測定 2018年8 月，當苗齡5 個月時，于施肥前，對每個處理組合每個重復的20 株苗木，分別進行掛牌編號，而后分別測定其苗高（用直尺測量從苗木基部至最高處的距離）和地徑（用游標卡尺測量苗木土痕處的直徑）[14-15]，進行苗木生長的本底調查.

施肥2 個月后，對所有參試苗木的苗高和地徑進行測量，計算其增幅.以苗高和地徑增幅作為肥料效應分析的產量指標，增幅（%）=(最終產量指標?原始產量指標)/原始產量指標×100%.待苗高和地徑測定完成后，每個處理組合的每個重復隨機取3株苗木，將每株苗木都嚴格按照取樣標準從其微環(huán)境中完整取出，用蒸餾水小心沖洗掉根系上的基質，保持根系完整.將苗木的根、莖、葉分開，于105 ℃殺青30 min 后，于80 ℃下烘干至恒重[16]，分別稱量其干質量，得到苗木各器官生物量及總生物量.

1.2.3 苗木各器官中N 和P 質量比的測定 施肥2 個月后，當苗高和地徑測定完成后，每個處理組合的每個重復隨機取1 株苗木，將苗木嚴格按照取樣標準從其微環(huán)境中完整取出，清洗干凈.將每株苗木的根、莖、葉分開研磨，分別測定每株苗木根、莖、葉的N（凱氏定氮儀）和P（鉬銻抗比色法）質量比[17].

1.2.4 數據分析 通過EXCEL2007 進行數據整理，利用SPSS17.0 軟件進行回歸分析和方差分析，采用SAS 9.4 軟件進行曲面圖繪制[13].

2 結果與分析

2.1 N、P 配施對直干桉苗木生長的影響通過施肥處理后苗高和地徑的增幅，分析氮、磷配施對直干桉苗木生長的影響.試驗的9 個處理組合中，苗高、地徑增幅均隨施肥量的增加呈先增大后減小的趨勢（表4），處理組合5（氮肥0.55 g/株、磷肥0.60 g/株配合施用）的苗高增幅（97.35%）和地徑增幅（166.67%）皆最大，處理組合9（氮肥1.10 g/株、磷肥1.20 g/株配合施用）的苗高增幅（12.27%）最小且地徑增幅（110.66%）較小，說明適量的肥料有利于苗高和地徑生長量的積累.試驗中，直干桉苗高和地徑生長的最佳施肥量均為氮肥0.55 g/株、磷肥0.60 g/株配合施用.

表4 不同氮、磷配施處理組合的直干桉苗高、地徑增幅Tab.4 The increments of the seedling height and ground diameter ofEucalyptus maideni with different experimental treatments

根據試驗的小區(qū)重組情況（圖1），分別對苗高、地徑的增幅與氮、磷配施量做回歸分析，2 個產量指標（苗高和地徑的增幅）各得到17 個肥料效應方程.通過比較這17 個肥效方程的顯著水平、是否典型以及是否在實際試驗范圍內，從而選出一個擬合度和顯著水平較高的方程作為該產量指標的肥料效應方程（表5），以此分析氮、磷配施對直干桉苗木的生長效應.從肥料效應方程來看，氮、磷配施對直干桉苗高、地徑生長皆具促進作用（表5）.

根據苗高、地徑增幅肥料效應方程（表5），通過降維法，令其中一個肥料因子為0，每個產量指標可獲得2 個一元肥料效應方程（表6），然后對此肥料因子單獨進行效應分析.結果表明：氮肥對苗高增幅的促進作用要好于磷肥，磷肥對地徑增幅的促進作用要好于氮肥（表6 和圖2）.單施氮肥的苗高增幅最高為82.06%，單施磷肥的苗高增幅最高為62.64%；單施氮肥的地徑增幅最高為122.99%，單施磷肥的地徑增幅最高為128.36%（表6），因此，單施氮肥和單施磷肥，對地徑生長的促進作用大于其對苗高生長的促進作用，即施肥對地徑的影響大于其對苗高的影響.

圖2 直干桉苗高、地徑增量單因素肥料效應曲線Fig.2 Response curve of fertilization effect of single application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter ofEucalyptus maideni

表5 直干桉苗高、地徑增幅氮、磷配施肥效方程Tab.5 Equations of fertilization effect of combining application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter ofEucalyptus maideni

表6 直干桉苗高、地徑增幅單因素肥料效應方程Tab.6 Equations of fertilization effect of single application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter ofEucalyptus maideni

肥料效應方程和肥料效應曲面（表7 和圖3）結果表明：直干桉苗高、地徑增幅肥料效應曲面均為凸形曲面，苗高、地徑增幅均隨施肥量的增加呈先增大后減小的規(guī)律，曲面的頂點所對應的氮、磷施肥量就是苗高、地徑生長的最佳施肥量和最優(yōu)施肥配比.苗高增幅的最佳施肥量為氮肥0.50 g/株、磷肥0.54 g/株配施，最佳氮、磷肥質量比為1∶1.08，最高理論產量為91.28%.地徑增幅的最佳施肥量為氮肥0.60 g/株、磷肥0.66 g/株配施，最佳氮、磷肥質量比為1∶1.1，最高理論生長量為164.07%.從2 個產量指標（苗高增幅和地徑增幅）的最高理論生長生量增幅來看，氮、磷配施的促進效果皆好于單施氮肥及單施磷肥（表6 和表7）.苗高增幅和地徑增幅的等產線圖（圖4 和圖5）均為一般橢圓形圓錐曲線，2 個等產線圖的X軸、Y軸與OA、OB 圍成的區(qū)域分別是促進苗高（0.00 g/株≤氮肥≤0.50 g/株 且0.00 g/株≤磷 肥≤0.54 g/株）和地徑（0.00 g/株≤氮肥≤0.60 g/株且0.00 g/株≤磷肥≤0.66 g/株）生長的合理施肥區(qū)域.

圖3 直干桉苗高、地徑增幅對氮、磷配施的響應曲面Fig.3 Response surface plot of fertilization effect of combining application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter ofEucalyptus maideni

圖4 直干桉苗高增幅等產線圖Fig.4 The diagram of iso-production lines for the increment of the seedling height ofEucalyptus maideni

圖5 直干桉地徑增幅等產線圖Fig.5 The diagram of iso-production lines for the increment of the ground diameter ofEucalyptus maideni

表7 直干桉苗高、地徑增幅的氮、磷配施交互效應分析Tab.7 Interaction effect analysis of combining application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter ofEucalyptus maideni

2.2 N、P 配施對直干桉苗木生物量的影響對于生物量指標來說，在試驗過程中無法直接測得施肥前的原始數據，因此分別用地徑、苗高與整株生物量、各器官生物量進行相關性分析，結果顯示唯苗高與整株生物量高度相關（R=0.817，P<0.01），且以苗高為自變量的三次函數模型的擬合效果最佳（表8），因此以該模型計算苗木原始生物產量.以苗木整株生物量增幅和氮、磷肥施用量進行回歸分析，得到其總生物量肥料效應方程（表8）.根據該肥料效應方程，繪制總生物量增幅的反應曲面（圖6）.從反應曲面可以看出：隨氮、磷配施施肥量的增加，苗木總生物量增幅呈先增大后減小的趨勢；氮肥0.73 g/株、磷肥0.60 g/株配施下苗木總生物量增幅達最大.單因素肥料效應分析認為，氮肥（方程為Y=15.775+34.579X1?24.653X12，總生物量增幅最高為27.879%）對苗木總生物量累積的促進作用大于磷肥（Y=15.775+26.101X2?25.371X22，總生物量增幅最高為22.471%）.肥料交互效應分析發(fā)現，氮、磷配施的總生物量增幅最高為37.047%，表明氮、磷配施對苗木總生物量的累積效果好于單施氮肥或單施磷肥.

圖6 直干桉苗木總生物量增幅對氮、磷配施的響應曲面Fig.6 Response surface plot of fertilization effect of combining application of nitrogen and phosphorus on the increments of total biomass ofEucalyptus maideni seedling

表8 直干桉苗木生物量原始數據值最優(yōu)計算模型和總生物量增幅肥效方程Tab.8 The optimal calculation model of the original data of seedlings biomass and the fertilizer effect equation of total biomass growth ofEucalyptus maideni seedling

2.3 N、P 配施對直干桉苗木養(yǎng)分質量比的影響研究結果（表9）表明，苗木根、莖、葉N 質量比均隨氮肥施用量的增加而增大，且苗木各器官N 質量比在氮肥施用量3 個水平兩兩間均存在顯著差異.當N 肥施用量一定時，苗木各器官N 質量比在磷肥施用量3 個水平兩兩間均無顯著差異，因此認為苗木各器官的N 質量比主要與氮肥施用量相關，而與磷肥施用量無關.單施磷肥時，苗木根、莖、葉P 質量比均顯著大于其對照；氮、磷配施時，苗木根P 質量比在氮肥施用量為0.60 g/株時最大，且顯著大于其在磷肥施用量為0 g/株時，苗木莖P 質量比在磷肥施用量為1.20 g/株時最大，且顯著大于其在磷肥施用量為0 g/株時，苗木葉P 質量比在各處理組合間均無顯著差異，因此認為苗木各器官的P 質量比主要與磷肥施用量相關，氮、磷配施對苗木各器官P 累積的促進作用不顯著.

表9 氮、磷配施對直干桉苗木不同器官N 和P 質量比的影響Tab.9 Effects of combined application of N and P on total nitrogen and total phosphorus in different organs ofEucalyptus maideni seedling

3 討論

氮、磷配施試驗對直干桉苗木生長的影響分析認為，利于苗高和地徑生長的最佳施肥量均為氮肥0.55 g/株、磷肥0.60 g/株配施（處理組合5）.從單因素肥效方程來看，氮肥對苗高生長和總生物量累積的促進作用好于磷肥，磷肥對地徑生長的促進作用好于氮肥，氮肥和磷肥對地徑生長的促進作用均大于其對苗高生長的促進作用.本研究結果與胡厚臻[9]對巨尾桉苗木的施肥調控研究結果有所不同，他認為氮肥主要影響巨尾桉的苗高和地徑生長，磷肥主要影響苗木的生物量積累及其分配，造成此種差異的原因可能是巨尾桉的苗期生長速度遠大于直干桉，氮肥對地徑快速增長的促進作用更加凸顯.因此，對于桉屬中的不同樹種，其壯苗培育中的施肥調控，需根據樹種有針對性的開展工作.

從兩因素肥效方程和肥效曲面來看，直干桉苗高、地徑生長和總生物量累積均隨施肥量的增加呈先增大后減小的趨勢，氮、磷配施對苗高、地徑生長和總生物量累積的促進效果皆好于單施氮肥及單施磷肥，說明氮、磷兩因素相互作用產生了效應，這與林國祚[8]在尾巨桉苗木培育中提出的氮、磷配施有利于苗高和地徑生長的研究結果一致.利于直干桉苗高生長的理論最佳施肥量為氮肥0.50 g/株、磷肥0.54 g/株配施，利于地徑生長的理論最佳施肥量為氮肥0.60 g/株、磷肥0.66 g/株配施，利于總生物量累積的理論最佳施肥量為氮肥0.73 g/株、磷肥0.60 g/株配施.由等產線圖分別圍出利于苗高和地徑生長的合理施肥區(qū)域，避免多施造成的肥料浪費及少施造成的增產效益低的問題.由于氮肥和磷肥對直干桉地徑生長的促進作用均大于其對苗高生長的促進作用，且依據苗木質量分級中以地徑為主、苗高為輔的原則[18]，本研究中利于直干桉苗木生長的理論最佳施肥量為氮肥0.60 g/株、磷肥0.66 g/株配施.綜合考慮等產線圖的合理施肥區(qū)域和利于苗木生長的理論最佳施肥量，認為氮肥0.60 g/株、磷肥0.66 g/株配施作為直干桉壯苗培育的實際施肥量是適宜的.

氮、磷配施對直干桉苗木養(yǎng)分含量的影響分析認為，苗木各器官的N 質量比主要與氮肥施用量相關，苗木各器官的P 質量比亦主要與磷肥施用量相關，氮、磷配施對苗木各器官N、P 累積的促進作用皆不顯著.這與杜旭等[11]的研究結果不完全相同，其研究表明適合的氮肥施用量，利于巨尾桉苗木對N、P 和K 元素的積累.宇萬太等[19]就追施氮肥當年與翌年對桉樹生長及各部位N 貯量的影響研究認為，追施氮肥對生物量的積累當年效果不如次年.本研究中，所用試驗材料為5 個月生的直干桉實生苗，氮、磷配施2 個月后測定苗木各器官中的N、P 質量比，可能測定時間不是苗木對氮、磷配施的最佳響應時間，因此本文中氮、磷配施對苗木體內養(yǎng)分累積影響的研究結果具有一定的階段性.后續(xù)可對施肥處理后的苗木進行體內養(yǎng)分含量監(jiān)測，探討肥效測定時間對苗木體內養(yǎng)分貯量的影響，獲得苗木對施肥的最佳響應時間，進而更好地從養(yǎng)分生理層面解釋施肥對苗木生長的影響.