配方施肥對黑松初級種子園種子產(chǎn)量和品質的影響

王淑惠，陳麗英，路兆軍，苗 杰，王連紅，孫曉慧，李保進

（煙臺市森林資源監(jiān)測保護服務中心，山東煙臺 264000）

黑松（Pinus thunbergii）為松科（Pinaceae）松屬常綠喬木，原產(chǎn)日本及朝鮮東部海岸地區(qū)，在我國主要分布于山東、江蘇和安徽等省[1]。其自然更新能力強，耐干旱瘠薄，是我國北方沙質海岸基干林帶的主要造林樹種之一[2]。黑松為引進樹種，國外對黑松的研究較早。上世紀90年代，國外開始對黑松種子園進行研究。Kang 等[3-5]進行黑松種子園雌雄球果的相對數(shù)量和去劣疏伐的經(jīng)營措施對種子園產(chǎn)量影響及父本和母本遺傳相關性對種子園種子遺傳多樣性影響的研究。Susumu等[6]通過分子標記技術對黑松種子園半同胞子代的親本進行鑒定。國內有關黑松的研究主要集中在黑松的引種馴化[7-8]、優(yōu)樹選擇[9-10]、遺傳分析[11-12]、組織培養(yǎng)[13-14]及黑松沿海防護林的生態(tài)效應[15-16]等方面，黑松種子園的相關研究較少。

研究人員在落葉松（Larix kaempferi）[17]、馬尾松（Pinus massoniana）[18]、油松（Pinus tabulaeformis）[19]、杉木（Cunninghamia lanceolata）[20]、樟子松（Pinus syl?vestrisvar.mongolica）[21]和云南松（Pinus yunnanesis）[22]等樹種的種子園中進行施肥效果研究，結果表明，根據(jù)不同植物對養(yǎng)分的需求，結合土壤的養(yǎng)分狀況，設計科學合理的施肥方案，對提高植物的產(chǎn)量及品質均有重要意義。針對黑松種子園配方施肥的研究較少。本研究在對黑松種子園母樹營養(yǎng)特性和土壤養(yǎng)分進行分析與測定的基礎上，采用正交試驗設計，選擇氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鎂（Mg）和硼（B）5種營養(yǎng)元素，探討不同配比施肥對黑松種子園種子產(chǎn)量和品質的影響，以期為實現(xiàn)種子園高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和優(yōu)產(chǎn)提供科學的施肥方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山東省煙臺市牟平區(qū)垛山國有林場（122°47′E，37°13′N），為丘陵地貌；屬暖溫帶東亞季風型大陸性氣候，氣候溫和，晝夜溫差較小，雨水豐沛，光照充足，無霜期長，年均降水量790.4 mm。土壤為山地酸性紅壤，土層厚度大于1 m，石塊較多，腐殖質層厚1 cm 左右，立地質量等級為Ⅱ類地[23]。

1.2 試驗設計

研究對象為2017年營建的黑松無性系種子園，面積為25 hm2，含76個無性系，株行距4 m×4 m。

2020年4月，在種子園中選擇1 個大區(qū)，在同一坡面、光照較一致和立地條件基本相同的位置設置1 個區(qū)組。施肥試驗前，對種子園母樹（針葉和球果）的營養(yǎng)元素含量進行測定，發(fā)現(xiàn)黑松種子園母樹對N、P、K、Mg 和B 的養(yǎng)分需求較大（N 含量為1.17～3.65 g/kg，P 含量為1.94～6.20 g/kg，K 含量為6.46 ～ 12.18 g/kg，Mg 含量為0.74 ～ 2.5 g/kg，B 含量為0.54 ～ 1.39 mg/kg），根據(jù)生產(chǎn)上常用肥料的特性和利用率，選擇該5種養(yǎng)分元素進行試驗。

采用L16（45）正交試驗設計，設置N、P、K、Mg 和B 5個因子，每因子4個水平，共16個施肥處理，其中處理1 為對照（CK）（表1）。本試驗設計的3 個施肥水平是根據(jù)前期土壤、針葉和球果營養(yǎng)元素的測定結果及各養(yǎng)分間的比例計算得出；N、P、K、Mg和B分別選用尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O515%）、氯化鉀（K2O 60%）、硫酸鎂（MgO 30%）和硼砂（B 15%）。

表1 正交試驗設計及不同施肥處理Tab.1 Orthogonal test and different fertilization treatments

1.3 施肥試驗

因黑松當年開花坐果，次年秋季結果，故施肥兩年，兩年施肥處理的母樹相同，且每株母樹施用相同配比的肥料。2020 和2021年4月初，在選定的試驗地中進行施肥試驗。為消除土壤和無性系對結實性狀的影響，選擇產(chǎn)量相當?shù)臒o性系母樹，無性系數(shù)量盡量少。每個施肥處理5 次重復，共施肥80 株母樹。施用前，按各處理施肥量混合裝袋；沿樹冠投影邊緣開20 cm 深環(huán)狀溝，施肥、覆土，掛標記牌。

1.4 指標測定

2021年10月，按照不同施肥處理，統(tǒng)計母樹球果的總數(shù)量，并采集母樹東、南、西和北4 個方向的球果10～12枚。

采用電子天平（精度為0.001 g）稱量球果鮮重。球果陰干后，收集種子，采用電子天平稱重。隨機數(shù)出100粒種子，采用電子天平稱量種子百粒重，測量3 次求平均值，將平均值乘以10 得到種子千粒重。

以單粒球果重、單株球果數(shù)量、單株球果產(chǎn)量、出籽率、單株種子產(chǎn)量、種子千粒重和種子發(fā)芽率為評價指標。

參照GB 2772-1999《林木種子檢驗規(guī)程》[24]技術標準，統(tǒng)計種子發(fā)芽率。

種子發(fā)芽率（%）= 發(fā)芽種子數(shù)量/參試種子數(shù)

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對球果和種子產(chǎn)量的影響

不同處理間，單粒球果重、單株球果數(shù)量、單株球果產(chǎn)量和單株種子產(chǎn)量均差異顯著或極顯著（P<0.05，P<0.01），出籽率差異不顯著（表2）。T8處理的單粒球果最重（28.57 g）；T3 處理的單株球果數(shù)量最多（150.00 粒/株）；T15 處理的出籽率最高（3.79%）；T11處理的單株球果產(chǎn)量和種子產(chǎn)量均最高，分別為3 379.95 g/株和108.50 g/株。T7、T11 和T15 處理的單株球果和種子產(chǎn)量均較高，其中T15處理的各項產(chǎn)量指標均高于CK；T16、T4 和T6 處理的單株球果和種子產(chǎn)量均較低，其中T6 和T16 處理的各項產(chǎn)量指標均低于CK。

2.2 不同施肥處理對種子品質的影響

種子千粒重能體現(xiàn)種子大小及飽滿程度；一般情況下，種子千粒重越大，其內部儲藏的物質越多，發(fā)芽后長成的小苗越壯，抗性越強[25]。不同處理間，種子千粒重差異極顯著（P<0.01），種子發(fā)芽率差異不顯著（表2）。T11 處理的種子千粒重最大（24.83 g），其次為T5 處理（18.21 g），CK 最?。?.66 g）。說明科學配方施肥可提高黑松種子千粒重。T7和T11處理的種子發(fā)芽率較高，分別為98.00%和90.00%，T12 處理最低（50.00%）；T2、T4、T7 和T11 處理的種子發(fā)芽率均高于CK，其他處理均低于CK。

表2 不同處理母樹性狀Tab.2 Traits of mother trees in different treatments

續(xù)表2 Continued

2.3 不同養(yǎng)分因子對種子產(chǎn)量的影響

種子產(chǎn)量是反映種子園生產(chǎn)狀況的綜合指標。以單株種子產(chǎn)量為指標，進一步分析不同養(yǎng)分因子的影響（表3）。方差分析結果表明，N、P、K、Mg 和B對黑松種子園單株種子產(chǎn)量均有顯著或極顯著影響（P<0.05，P<0.01）。極差分析結果表明，5 個養(yǎng)分因子對單株種子產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為P>Mg>N>K>B，最優(yōu)的施肥組合為N3P3K2Mg1B2。

表3 正交試驗設計（種子產(chǎn)量）極差分析Tab.3 Range analysis of orthogonal test(seed yield)

16 個處理中，T11、T7 和T15 處理的單株種子產(chǎn)量較高，分別為108.50、100.67 和92.82 g，分別為CK的2.06、1.92 和1.77 倍。這3 個施肥處理中，P 的施肥水平均為600 g/株（水平3），與極差分析結果一致，可見在該種子園土壤狀況下，施用600 g/株過磷酸鈣有利于提高黑松種子產(chǎn)量；N、K、Mg 和B 的施肥水平在3 個處理中均不同，T7 處理的Mg、B 施用水平（水平1、水平2）、T11 處理的N 施用水平（水平3）和T15 處理的K 施用水平（水平2）與極差分析中的最優(yōu)施肥組合一致，這可能是由于這4 個因素對種子產(chǎn)量的影響均小于P且互相制約。極差分析的最優(yōu)組合為T11、T7和T15處理的綜合。

3 討論與結論

配方施肥可通過合理地設計肥料施用比例，充分利用肥料間的協(xié)同機制，促進農(nóng)作物的生長發(fā)育[26]。本研究中，T15 處理的各球果和種子產(chǎn)量指標均高于CK，T6和T16處理的各球果和種子產(chǎn)量指標均低于CK。陸梅等[18]在閩北馬尾松（Pinus masso?niana）二代種子園配方施肥試驗中發(fā)現(xiàn)，個別施肥處理的種子產(chǎn)量明顯低于對照。說明種子產(chǎn)量和品質除受土壤營養(yǎng)狀況影響外，受樹體遺傳因素的影響也較大。張振芬等[9]在研究黑松優(yōu)樹球果種子性狀中發(fā)現(xiàn)，黑松單粒球果重、單球果種子重、千粒重和出籽率等性狀在優(yōu)樹間存在較大差異。紅松[27]（Pinus koraiensis）和長白落葉松[28]（Larix olgensis）種子園無性系在生長性狀、木材性狀和種實性狀等方面也存在顯著差異。系統(tǒng)分析種子園無性系的遺傳變異及其親緣關系，結合種子產(chǎn)量和品質評價，對無性系進行再選擇，可為后續(xù)篩選高世代種子園優(yōu)良材料提供參考[29-30]。

種子千粒重表征種子內營養(yǎng)物質，影響種子傳播和萌發(fā)，對幼苗定居、存活、后期生長及適應性有很大影響[18]。葛藝早等[20]在杉木（Cunninghamia lan?ceolata）種子園進行氮、磷和鉀配比施肥試驗時發(fā)現(xiàn)，平衡施肥處理下，杉木種子的發(fā)芽率、千粒重和品質均顯著高于常規(guī)施肥。本研究中，不同配方施肥處理的種子千粒重均高于CK，說明施肥處理能有效改善種子品質，是提高種子園種子品質的重要措施。

王秀麗等[31]研究發(fā)現(xiàn)，種子大小對黑松種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)影響極顯著，大粒種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)較低。本研究中，種子千粒重與種子發(fā)芽率之間沒有特定的規(guī)律?？赡苁且驗楸狙芯恐校恐昴笜渲徊杉?0～12 個球果，采樣量較少，而且用于種子發(fā)芽試驗的種子完全隨機選擇，其大小未經(jīng)分級，每個處理的各重復試驗結果差異較大。

綜合來看，T7、T11 和T15 處理的母樹綜合性狀較好。在黑松種子園進行施肥處理時，可根據(jù)種子園土壤的營養(yǎng)狀況，對這3個處理進行優(yōu)化，提高黑松良種的品質。

植物大多有大小年現(xiàn)象[32]。該現(xiàn)象在果樹中出現(xiàn)較多，形成的原因主要有品種差異、立地和氣候條件差異及樹勢控制和病蟲害等[33-35]。本試驗的研究群體為黑松單一群體，立地條件基本一致，樹勢相當且沒有病蟲害，故未考慮大小年對種子園種子產(chǎn)量的影響。

本研究僅對配方施肥對種子產(chǎn)量和品質的影響進行探討，未研究配方施肥對子代苗木生長情況及適應性的影響，在今后的工作中應繼續(xù)觀測。本試驗結果顯示，黑松種子園種實性狀除施肥效應外，還有無性系效應。黑松初級種子園管理在重視施肥的同時需進行結實優(yōu)良無性系的選擇，不斷提高黑松種子園種子產(chǎn)量和品質，滿足社會對良種的需求。