緩釋肥 × 菌根菌對赤皮青岡容器苗生長性狀和養(yǎng)分狀況的影響

黃盛怡，楊孟晴，王 斌＊，周志春，王秀花，徐衛(wèi)可，吳仁超

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江省林木育種技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311400；2.浙江省慶元縣實(shí)驗(yàn)林場，浙江 慶元 323800)

土壤有效養(yǎng)分和菌根真菌及其互作對植物生長、根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收等有重要影響。土壤中外生菌根真菌侵染植物根系，與植物根結(jié)合形成的共生體-菌根，能增強(qiáng)植物對土壤中氮和磷等養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而促進(jìn)植物的生長發(fā)育和提高植物的抗逆性[1-4]。外生菌根可從根際土壤中吸收NH4+和NO3-這2種氮素形態(tài)，且可以吸收土壤中游離的氨基酸，將其轉(zhuǎn)運(yùn)給宿主植物[5-7]。在菌根共生體中，宿主獲取的所有磷素幾乎全部來自共生真菌[8]，接種菌根真菌使宿主從土壤中吸收的磷成倍增加，即使在土壤極度缺磷時(shí)，菌根仍能吸收磷[9-10]。菌根促進(jìn)其共生植物磷吸收的現(xiàn)象，在各種林木及生長環(huán)境中被廣泛地證實(shí)[11]。已有研究表明，施肥和接種菌根菌及其交互作用對油松（Pinus tabuliformisCarr.）、馬尾松（P. massonianaLamb.）、樟子松（P. sylvestrisL.var.mongolicaLitv.）和刺槐（Robinia pseudoacaciaL.）等生長和生理等指標(biāo)有顯著促進(jìn)作用。

赤皮青岡（Cyclobalanopsis gilvaOerst.）為殼斗科（Fagaceae）青岡屬（CyclobalanopsisOerst.）常綠闊葉大喬木，是我國南方地區(qū)重要的珍貴用材和生態(tài)修復(fù)樹種，造林用苗需求量較大。近幾年，不同學(xué)者從基質(zhì)配比、不同N/P比緩釋肥加載等方面對赤皮青岡優(yōu)質(zhì)容器苗培育展開研究，結(jié)果表明，緩釋肥和N/P配比施肥等不同施肥方式均對赤皮青岡幼苗生長有促進(jìn)作用，同時(shí)也有效提高了赤皮青岡苗木質(zhì)量[12-15]；但相對于殼斗科其它樹種，赤皮青岡1年生容器苗發(fā)芽不整齊，幼苗生長慢仍是其容器苗培育過程中存在的主要問題。殼斗科植物是典型的外生菌根樹種，對外生菌根具有較強(qiáng)的依賴性，自然條件下菌根多樣性豐富[16]，白櫟（Quercus fabriHance）、麻櫟（Q.acutissimaCarruth.）和青岡櫟（C. glaucaOerst.）等殼斗科樹種均表現(xiàn)出積極的菌根效應(yīng)[16-18]，但目前關(guān)于赤皮青岡接種菌根菌的相關(guān)研究尚少，菌根化育苗能否促進(jìn)赤皮青岡幼苗生長尚不清楚，不同緩施肥條件下接種菌根菌對赤皮青岡幼苗的生長和養(yǎng)分利用效率的影響是否不同也有待研究。本文以赤皮青岡1年生容器苗為試驗(yàn)材料，研究不同緩釋肥添加量和接種菌根菌條件下容器苗的生長和養(yǎng)分吸收利用差異，以期為赤皮青岡容器苗合理施肥和菌根化育苗提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在浙江省慶元縣實(shí)驗(yàn)林場（119°01′25″E，27°38′48″ N）育苗基地鋼構(gòu)大棚內(nèi)進(jìn)行，該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，四季分明，海拔510 m，年均氣溫17.6 ℃，年均降水量 1 721.3 mm，無霜期245 d。供試材料為慶元林木良種基地采集的赤皮青岡種子所育的實(shí)生苗。育苗基質(zhì)為泥炭、谷殼和珍珠巖（體積比為6:1:3）。泥炭pH值為5.8，全N、全P和全K含量分別為14.2、0.7和2.7 g·kg-1。谷殼和珍珠巖在育苗期間主要發(fā)揮疏松基質(zhì)作用，谷殼基本無分解。育苗容器規(guī)格為4.5 cm×10 cm（直徑×高）的無紡布網(wǎng)袋。所用菌種彩色豆馬勃（Pisolithus tinctorius(Pers.) Coker &Couch）從北京百歐博偉生物購買，由中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所培養(yǎng)繁殖。所用緩釋肥為美國辛普勞公司生產(chǎn)的愛貝施（Apex）長效控釋肥，其全N含量為180 g·kg-1，有效P含量為60 g·kg-1，全K含量為120 g·kg-1，肥效6—7個(gè)月。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為菌根菌處理，分為接種（LM）和不接種（NM）2個(gè)處理。副區(qū)為緩釋肥加載（F）處理，試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)緩釋肥添加梯度，分別為F1（1.50 kg·m-3）、F2（2.25 kg·m-3）、F3（3.00 kg·m-3）、F4（3.75 kg·m-3）和F5（4.50 kg·m-3）。2021年4月中旬，將大棚中培育的赤皮青岡芽苗移栽至5種不同施肥梯度的育苗容器中，每個(gè)梯度移栽300株，分區(qū)塊放置在育苗盤中（每盤64株）進(jìn)行培養(yǎng)。7月上旬在赤皮青岡容器苗分級(jí)分盤育苗前，從每個(gè)施肥梯度中隨機(jī)選取苗高約10 cm的容器苗60株，分成兩組，一組接種，一組不接種（即對照），每組30株（3次重復(fù)，每重復(fù)10株）。采用育苗容器中間部位注射方式，對接種組每株容器苗接種10 mL彩色豆馬勃（濃度36.28 mg·mL-1）。接種和不接種容器苗均放置在有間隔的育苗盤中進(jìn)行培育，不同處理容器苗之間保持1 m以上間隔。容器苗按育苗基地常規(guī)育苗流程進(jìn)行噴灌和遮陽等生產(chǎn)管理。

1.3 指標(biāo)測定

2021年11月中旬（生長季末），收獲所有試驗(yàn)苗木，分別用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺測量容器苗的苗高和地徑，同時(shí)以每重復(fù)小區(qū)10株為單元進(jìn)行菌根侵染率、生物量和養(yǎng)分測定。隨機(jī)選取容器苗細(xì)根根段，以形成外生菌根的根段數(shù)占觀察的總根段數(shù)的百分比作為菌根侵染率[19]。將植株根、莖、葉各器官均置于105 ℃烘箱中殺青30 min，再在60 ℃下烘至恒質(zhì)量，測定其各器官干質(zhì)量。稱取各器官干樣，采用H2SO4-H2O2法消煮，分別采用凱氏定氮法和ICP-OES光譜儀（Vista-Mpx，美國Varian公司）測定其氮磷含量。通過根系掃描設(shè)備（Expression 10 000XL 1.0，Canada）對不同處理后的根系進(jìn)行掃描，利用WinRHIZO根系分析軟件分析獲得根長和根系直徑數(shù)據(jù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

苗木高徑比為苗高（cm）與地徑（cm）的比值，N和P含量及吸收量計(jì)算參照文獻(xiàn)[20]，養(yǎng)分利用指數(shù)（INU）采用每單位葉片養(yǎng)分所占苗木生物量來衡量[21]。

采用EXCEL 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及相關(guān)圖形制作，利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行雙因素方差分析和Duncan's檢驗(yàn)（α=0.05）。

2 結(jié)果分析

2.1 赤皮青岡容器苗生長性狀和養(yǎng)分狀況方差分析

試驗(yàn)結(jié)果顯示：LM處理的1年生赤皮青岡容器苗苗高、地徑、高徑比、總生物量、總根長和根系直徑等生長性狀相比NM分別增加18.70%、7.16%、10.75%、24.55%、1.02%和18.47%（表1），N含量、N吸收量和N利用指數(shù)分別增加了2.04%、27.10%和27.67%，P吸收量和P利用指數(shù)分別增加19.72%和30.52%。除P含量降低2.94%外，LM處理對苗木生長性狀和養(yǎng)分狀況均有促進(jìn)作用，其中，總生物量、養(yǎng)分吸收量和利用指數(shù)增幅較大（≥20%）。從變異系數(shù)看，LM處理的苗高、高徑比、總根長、N含量、P含量、P吸收量等變異程度相比NM下降0.13%～7.19%，其一致性有所提高；地徑、總生物量、根系直徑、N吸收量、N利用指數(shù)和P利用指數(shù)等變異程度增加0.14%～4.80%，其一致性有所降低。

表 1 赤皮青岡容器苗生長性狀和養(yǎng)分狀況方差分析Table 1 Variance analysis of growth traits and nutrient status of C. gilva container seedlings

方差分析表明：接種處理（M）對赤皮青岡容器苗苗高、地徑、高徑比、總生物量和根系直徑等生長性狀，N、P吸收量和N、P利用指數(shù)等養(yǎng)分狀況有極顯著影響。不同緩釋肥添加梯度（F）對赤皮青岡容器苗苗高、高徑比、總生物量和總根長等生長性狀及N吸收量、P含量、P吸收量和P利用指數(shù)等養(yǎng)分狀況有顯著或及顯著影響。接種菌根菌和緩釋肥添加（M×F）僅對赤皮青岡容器苗總生物量和P利用指數(shù)有顯著或極顯著影響。

2.2 施肥和接種對赤皮青岡容器苗生長性狀的影響

赤皮青岡容器苗苗高、地徑、高徑比、總生物量和根系直徑等生長性狀在不同緩釋肥添加梯度下均表現(xiàn)為LM＞NM（圖1A、B、C、D、F），可見接種菌根菌對不同緩釋肥梯度下容器苗的生長有較好的促進(jìn)作用?？偢LF1和F2梯度下表現(xiàn)為NM＞LM，F(xiàn)3、F4和F5梯度下表現(xiàn)為LM＞NM（圖1E），高肥力水平下總根長表現(xiàn)出積極的菌根效應(yīng)，但差異不顯著。NM處理下，赤皮青岡容器苗苗高、地徑、高徑比、總生物量和總根長呈先升高后降低趨勢，F(xiàn)3梯度最高，各指標(biāo)比相應(yīng)最小值分別高47.52%、2.82%、42.68%、14.20%和27.63%，苗高和高徑比F3與F5梯度無顯著差異，但顯著高于F1、F2和F4；總根長F3梯度顯著高于F5（圖1E）；地徑、總生物量和根系直徑各梯度間無顯著差異（圖1B、D、F）?？梢娋忈尫侍荻葘γ绺摺⒏邚奖群涂偢L影響較大，對地徑、總生物量和根系直徑影響較小。LM處理下，苗高、地徑、高徑比、總生物量和總根長等性狀隨緩釋肥添加量增加而變化的總體規(guī)律不變，仍以F3梯度最高，各指標(biāo)比相應(yīng)最小值分別高28.72%、9.76%、27.46%、33.72%和28.95%。接種菌根菌后，不同施肥梯度間苗高和高徑比差異縮小，地徑、總生物量和總根長差異增大。

圖1 接種菌根與緩釋肥添加下赤皮青岡容器苗生長差異Fig. 1 Growth difference of C. gilva container seedlings under slow-release fertilizer addition and inoculation of mycorrhizal fungi

2.3 施肥和接種對赤皮青岡容器苗養(yǎng)分狀況的影響

接種菌根菌后赤皮青岡容器苗養(yǎng)分利用效率總體增加，但不同養(yǎng)分指標(biāo)表現(xiàn)不同。N含量和P含量不同緩釋肥添加梯度下LM和NM無顯著差異，N吸收量、P吸收量和N利用指數(shù)均為LM＞NM，P利用指數(shù)F1～F4梯度LM＞NM且差異顯著（圖2A～F）。無論是否接種菌根菌，隨緩釋肥添加量增加，P含量和P吸收量整體呈增加趨勢；NM處理下N含量和N吸收量隨緩釋肥添加量增加呈先增加后降低趨勢，N利用指數(shù)、P利用指數(shù)呈先降低后增加的趨勢；LM處理下N利用指數(shù)、P利用指數(shù)變化趨勢正好相反，呈先增加后降低趨勢，N含量和N吸收量則無明顯變化規(guī)律。

圖2 接種菌根與緩釋肥添加下赤皮青岡容器苗養(yǎng)分差異Fig. 2 Nutrient difference of C. gilva container seedlings under slow-release fertilizer addition and inoculation of mycorrhizal fungi

NM處理下，赤皮青岡容器苗N含量和N吸收量分別以F4和F3梯度最高，比相應(yīng)最小值分別高22.88%和24.72%（圖2A、C，P＜0.05）；P含量和P吸收量以F5梯度最高，比相應(yīng)最小值分別高44.31%和46.18%（圖2B、D，P＜0.05）；N利用指數(shù)F1梯度最高，但不同施肥梯度間差異不顯著（圖2E）；P利用指數(shù)F1梯度最高，比最小的F4梯度高44.54%（圖2F，P＜0.05）。相對而言，施肥梯度對容器苗P利用效率的影響更大。LM處理下，容器苗N含量和N吸收量均以F4梯度最高，P含量和P吸收量分別以F5和F4梯度最高，不同施肥梯度間N含量和P吸收量無顯著差異，N吸收量F4梯度比F5高34.31%（P＜0.05），P含量F5梯度比F1高37.33%（P＜0.05）；N利用指數(shù)F1～F4梯度間無顯著差異，F(xiàn)5梯度最?。▓D2E、F）。接種菌根菌后，不同施肥梯度間N含量、P含量和P吸收量差異縮小，N吸收量、N利用指數(shù)和P利用指數(shù)差異增大。

2.4 赤皮青岡容器苗生長性狀與養(yǎng)分狀況間的關(guān)聯(lián)

NM處理下，赤皮青岡容器苗生長性狀和養(yǎng)分狀況間的聯(lián)系不緊密，僅苗高與P吸收量、總生物量與P利用指數(shù)呈顯著正相關(guān)（表2），相對于N而言，P的供給水平對赤皮青岡生長影響較大。LM處理下，赤皮青岡容器苗生長性狀和養(yǎng)分狀況的關(guān)聯(lián)明顯增強(qiáng)，其中，苗高和高徑比與P吸收量呈顯著正相關(guān)，總生物量和總根長與N吸收量呈顯著正相關(guān)，地徑、總生物量和總根長與P含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，而與N利用指數(shù)和P利用指數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān)。不接種赤皮青岡容器苗總根長與P含量呈負(fù)相關(guān)（r=-0.346），接種后其關(guān)系進(jìn)一步增強(qiáng)（r=-0.524，P＜0.05），意味著苗木的根營養(yǎng)器官較發(fā)達(dá)時(shí)，特別是菌根菌與根共生形成菌根后，苗木將體內(nèi)的P含量維持在相對較低的水平，將更多的P元素用于苗木的生長，特別是增加地徑（r=-0.668，P＜0.01）和總生物量（r=-0.697，P＜0.01）。接種后容器苗地徑越大，總生物量越高，總根長越長，相應(yīng)N吸收量越高，N利用指數(shù)、P利用指數(shù)越大，可見菌根的形成提高了苗木的養(yǎng)分利用效率。

表 2 赤皮青岡容器苗生長性狀與養(yǎng)分狀況相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of growth traits and nutrient status of C. gilva container seedlings

3 討論

接種合適的外生菌根菌能對植物的生長發(fā)育起到明顯的促進(jìn)作用。本研究赤皮青岡容器苗接種彩色豆馬勃后，對不同緩釋肥添加量下容器苗的苗高、地徑、高徑比、總生物量和根系直徑等均有促進(jìn)作用，這與對馬尾松、杉木（Cunninghamia lanceolate（Lamb.）Hook.）、東 北 紅 豆 杉（Taxus cuspidateSieb.）、槲 樹（Quercus dentateThunb.）、 構(gòu) 樹 （Broussonetia papyriferaL'Hér.ex Vent.）等苗木研究結(jié)果一致[22-26]。接種后赤皮青岡容器苗總根長低肥力水平下（≤2.25 kg·m-3）小于不接種，高肥力水平下（≥3.75 kg·m-3）大于不接種，主要是低肥力下，菌根共生關(guān)系強(qiáng)，苗木減少根長而增加根粗，依靠菌絲吸收養(yǎng)分，而高肥力下，菌根共生關(guān)系弱，苗木增加根長生長，擴(kuò)大根系分布范圍增加養(yǎng)分吸收能力[27-28]。關(guān)于緩釋肥對苗木生長和根系發(fā)育的影響，不同研究結(jié)果不盡相同。赤皮青岡容器苗苗高、生物量和根體積隨著緩釋肥施用量增加先升高后降低，根長和根系直徑緩釋肥效應(yīng)較小，與吳小林等[15]關(guān)于赤皮青岡研究結(jié)果相同，其根系直徑?jīng)]有顯著的緩釋肥效應(yīng)，與龐圣江等關(guān)于望天樹（Parashorea chinensisWang Hsie）和白木香（Aquilaria sinensisSpreng.）研究結(jié)果一致[29-30]。

菌根真菌能夠促進(jìn)植物對N、P等營養(yǎng)元素的吸收利用，改善植物體的營養(yǎng)狀況，增加植物體內(nèi)的養(yǎng)分含量，提高植物養(yǎng)分利用效率[27-28]。本研究接種菌根菌對赤皮青岡容器苗N、P吸收量和N、P利用指數(shù)有顯著促進(jìn)作用，與Hu等[27]和Bai等[28]的研究結(jié)果一致，但接種菌根菌對N、P含量無顯著影響，與其研究結(jié)果不同。結(jié)合兩兩比較結(jié)果可見，在適宜的肥力水平下（3 kg·m-3左右），赤皮青岡容器苗N、P含量表現(xiàn)出一定的菌根負(fù)效應(yīng)（接種低于不接種），但該肥力水平下接種菌根菌對容器苗的生長仍為促進(jìn)作用，可能是接種容器苗因?yàn)榫拇嬖?，未在體內(nèi)儲(chǔ)存過多的養(yǎng)分，而是將養(yǎng)分更多用于干物質(zhì)累積，以獲得更多的生長空間[31-32]。接種后隨緩釋肥加載量的增加，赤皮青岡容器苗N、P利用指數(shù)呈先增加后降低趨勢，與不接種正好相反，但在高緩釋肥加載量時(shí)（4.5 kg·m-3），接種和不接種無顯著差異，說明相對偏低的養(yǎng)分環(huán)境中菌根的存在改變了植株的養(yǎng)分利用策略[33]。

N、P元素是植物體內(nèi)重要有機(jī)化合物的組成成分，多方面影響著植物的生長發(fā)育，二者在吸收利用上也存在著相互作用[34]。接種菌根菌赤皮青岡容器苗生長性狀和養(yǎng)分狀況間的相關(guān)性增強(qiáng)，說明接種后苗木生長對養(yǎng)分的變化更敏感，苗木與菌根菌之間形成較好的共生關(guān)系。結(jié)合前述分析可知，這種共生關(guān)系低肥力下更顯著，高肥力下則逐漸減弱。可見培育赤皮青岡容器苗時(shí)，相對較低的肥力條件下接種菌根菌可獲得較好效果。無論是否接種，不同緩釋肥添加量下赤皮青岡容器苗的生長性狀與P元素的關(guān)系都較密切，說明赤皮青岡育苗過程中對P元素的需求更重要。1年生赤皮青岡養(yǎng)分庫構(gòu)建差異研究也表明其培育過程中需要相對高P的緩釋肥[13]。接種前N元素相關(guān)養(yǎng)分狀況與生長性狀間無顯著相關(guān)性，接種后N利用指數(shù)與生長性狀關(guān)聯(lián)增強(qiáng)，主要是接種后菌根的形成促進(jìn)了苗木的生長，提高了苗木對N養(yǎng)分的需求，使N相關(guān)養(yǎng)分與生長指標(biāo)之間的聯(lián)系更緊密[6,35]。

4 結(jié)論

接種外生菌根菌彩色豆馬勃可促進(jìn)1年生赤皮青岡容器苗生長，低肥力下菌根的促生效應(yīng)更顯著。接種后容器苗苗高、總生物量、根系直徑、N吸收量、P吸收量與N利用指數(shù)、P利用指數(shù)等增幅較大，苗高和高徑比的一致性有所提高。緩釋肥添加和接種菌根菌對容器苗總生物量和P利用指數(shù)有顯著的互作效應(yīng)。無論是否接種菌根菌，隨緩釋肥添加量增加，容器苗各生長性狀均呈先增加后降低趨勢，緩釋肥添加量3 kg·cm-3時(shí)生長表現(xiàn)最好。接種后容器苗N、P養(yǎng)分利用效率明顯提高，苗木的生長性狀與養(yǎng)分狀況間的相關(guān)性明顯增強(qiáng)?；趯臃N菌根菌數(shù)據(jù)的分析表明，在相對較低的肥力條件下接種菌根菌，有助于培育赤皮青岡優(yōu)質(zhì)苗木并節(jié)約育苗成本。