不同施氮方式及施氮量對砂生槐生長及生根的影響1)

李紫帥 柳文杰 張闐真 張喜年 辛福梅

(西藏農(nóng)牧學院，西藏·林芝，860000)

砂生槐(Sophoramoorcroftiana)是西藏高原的一種特有植物，系豆科槐屬，又名西藏“狼牙刺”、“刺柴”，是雅魯藏布江流域干旱河谷地區(qū)分布較廣的豆科灌木，也是該河谷區(qū)植被群落的主要建群物種之一[1-2]。砂生槐不僅具有極強抗旱、耐貧瘠、防風固沙、保持水土等生態(tài)適應性[3]，也是青藏高原地區(qū)防風固沙、保持水土的優(yōu)良樹種之一[4-5]。由于砂生槐灌叢生長環(huán)境受到嚴重干擾導致種群面積不斷減少和生態(tài)功能退化，因此，砂生槐植被重建對于減緩雅魯藏布江流域干旱河谷地區(qū)生態(tài)功能退化、保護西藏高原的生態(tài)屏障具有重要意義[6]。應用砂生槐治沙造林不僅可以加快造林步伐，提高造林成活率，改善生態(tài)環(huán)境，還可以大大降低造林成本，實現(xiàn)砂生槐的生態(tài)效益對雅魯藏布江流域干旱河谷地區(qū)的植被建設(shè)和恢復具有重要作用。

培育優(yōu)質(zhì)砂生槐苗木是提高砂生槐造林成活率的關(guān)鍵，施肥作為提高砂生槐苗木質(zhì)量的重要措施之一，在砂生槐優(yōu)質(zhì)苗木培育中發(fā)揮著重要的作用。然而，在不同施肥方式處理下，養(yǎng)分利用效率存在著較大的差異[7]。在苗木生長期內(nèi)，絕大多數(shù)的育苗者采用平均施肥處理，不僅造成肥料的浪費，還會導致苗木在苗期內(nèi)因體內(nèi)養(yǎng)分物質(zhì)的缺乏而造成形態(tài)上的缺陷等[8]。指數(shù)施肥是苗木穩(wěn)態(tài)營養(yǎng)加載[9-10]的一種施肥方式，在苗木培育過程中，根據(jù)苗木生長對養(yǎng)分需求規(guī)律，每次施肥量呈指數(shù)增加，提供植物養(yǎng)分的量和植物生長量同步，把肥料盡可能多地固定在苗木體內(nèi)以形成養(yǎng)分庫，保持苗木體內(nèi)盡可能多的養(yǎng)分。指數(shù)施肥在苗木培育上的效果高于平均施肥處理，如巨柏(Cupressusgigantea)的最佳施肥方式為指數(shù)施肥處理[11]。指數(shù)施肥廣泛應用于歐美主要造林樹種紅櫟(Quercusrubra)、黑云杉(Piceamariana)、扭葉松(Pinusmonticola)等苗木[12-14]；近年來對西南樺(Betulaalnoides)7個施肥處理的研究，已確定出西南樺最佳施肥量[15-16]。因此，對我國主要造林樹種的苗木培育施肥研究，找出最佳施氮方式及施肥量對提高苗木質(zhì)量具有重要作用。

砂生槐作為西藏干旱半干旱地區(qū)生態(tài)恢復中重要的鄉(xiāng)土樹種，砂生槐壯苗的培育與造林和移栽后的成活率休戚相關(guān)。目前，砂生槐的研究主要集中在其沙質(zhì)適應性、固沙特性和種子生物堿的藥用價值等方面，但對砂生槐苗木施肥方面的研究尚未見報道。因此，本研究通過盆栽對比試驗，設(shè)置兩種施氮方式和5種氮素水平，分析不同施氮方式及施氮量對砂生槐幼苗的影響，確定適宜砂生槐幼苗生長的施氮方式及施氮量，以期為砂生槐優(yōu)質(zhì)壯苗的培育提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設(shè)計

試驗所用的砂生槐種子采自日喀則市江孜縣內(nèi)，于2020年3月在西藏農(nóng)牧學院實習苗圃內(nèi)進行盆栽培育，所用花盆規(guī)格為32 cm×24 cm×32 cm，每盆1株苗木。種子用60 ℃的水浸泡24 h，選擇已充分吸漲的種子用0.5%的高錳酸鉀溶液浸泡30 min后，用清水沖洗干凈。再將消毒后的種子播種到事先裝有基質(zhì)(V(園土)∶V(腐殖質(zhì))∶V(蛭石)=17∶1∶2)的花盆中，每盆裝入過篩基質(zhì)為9 kg，種子發(fā)芽生長至6月初進行施肥試驗。施肥前，測得的土壤全氮質(zhì)量分數(shù)為0.69 g/kg，幼苗全氮質(zhì)量分數(shù)為33.45 g/kg；土壤全磷質(zhì)量分數(shù)為10.75 g/kg，幼苗全磷質(zhì)量分數(shù)為0.58 g/kg；土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)為1.13 g/kg，幼苗全鉀質(zhì)量分數(shù)為7.90 g/kg。2020年6月10日進行施肥試驗，定量澆水，定時施肥。共設(shè)置兩種施肥方式(平均施肥和指數(shù)施肥)，5種氮素水平：對照(CK)不施肥，指數(shù)施肥包括處理1(200 mg/株)、處理2(400 mg/株)、處理3(800 mg/株)、處理4(平均施肥400 mg/株)。自6月10日起每周施肥1次，連續(xù)7周施入，每次施肥2天后澆水，具體施肥時間及施肥量見表1，不同處理各設(shè)置36個重復。7月22日施肥結(jié)束后，測定各處理下幼苗的苗高、地徑等；9月13日各處理分別隨機選取10株，以全株收獲取樣[17]，進行生物量及生根指標測定。

表1 砂生槐的不同施氮方式的施肥量

1.2 施肥方法與施肥量

平均施肥每次施肥量Nt=NT/t。式中，Nt為第t次施肥時的施肥量，NT為總施肥量，t為施肥次數(shù)[18]。

指數(shù)施肥量的計算公式如下：Nt=NS(ert-1)-Nt-1。式中，NT表示施用氮素總量；NS表示指數(shù)施肥處理前幼苗的初始氮質(zhì)量分數(shù)；Nt表示在相對增加率(r)下的第t次施肥時的施氮量；Nt-1代表t-1次施肥的施氮總量；r表示氮素相對添加率，其計算公式為NT=NS(ert-1)；t表示指數(shù)施肥次數(shù)(t=1、2、3、…、7)。施肥處理前測定砂生槐幼苗初始氮素含量=33.45 mg/株。

1.3 指標測定方法

生根指標的測定。對每個處理的苗高采用精度為1 mm的直尺測定；地徑采用精度為0.01 mm的游標卡尺測定。每個處理選取5株幼苗，對帶回實驗室的砂生槐幼苗，苗木生物量采用精度為0.000 1 g的精密電子天平測定；用Epson perfection V700 photo掃描儀掃描葉片面積；將葉片烘干，稱取干質(zhì)量，計算比葉質(zhì)量(葉面積/葉質(zhì)量)；將地上、地下的部分分離，在80 ℃溫度下烘至恒質(zhì)量，統(tǒng)計苗木地上干物質(zhì)量和地下干物質(zhì)量。

生根指標的測定。每個處理選擇5株幼苗，分別采集根系，將全部根系清洗干凈后，用Epson perfection V700 photo根系掃描系統(tǒng)和Win Rhizo根系圖像分析系統(tǒng)對各單株根系進行測定，主要包括總根長、根表面積和根體積。待全部根樣掃描完成之后，將各單株根樣置于80 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，測定各單株根樣的生物量，計算比根長及根系組織密度。比根長=各單株總根長/各單株根樣的地下干質(zhì)量；根組織密度=各根樣的生物量/根體積。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理，采用DPS 7.05進行方差分析，處理間各指標的顯著性比較采用新復極差法(鄧肯法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮方式及施氮量對砂生槐生長的影響

由表2可知，不同施氮方式對幼苗的生長指標影響明顯。在不同施氮方式處理下，指數(shù)施肥(處理1)的苗高最高(20.83 cm)，比CK提高了36.59%，比平均施肥(處理4)提高了41.89%。指數(shù)施肥(處理1)處理的苗高與平均施肥(處理4)的苗高差異顯著(P<0.05)。指數(shù)施肥處理1的地徑最大(2.25 mm)，高于平均施肥處理(1.88 mm)；CK處理的地徑最小(1.40 mm)。指數(shù)施肥處理的高莖比均高于平均施肥(處理4)處理，且不同施氮方式處理下的高徑比差異均不顯著(P>0.05)。指數(shù)施肥處理1的比葉質(zhì)量最大(796.65 cm2/g)，比平均施肥(處理4)高出了28.53%，且二者差異顯著(P<0.05)。指數(shù)施肥(處理1的生物量表現(xiàn)最好(1.14 g)且顯著高于平均施肥(處理4)處理(P<0.05)。

表2 不同施氮方式及施肥量對砂生槐生長的影響

在指數(shù)施肥處理下，幼苗的苗高、地徑和生物量等均隨施氮量的添加呈先升高后降低的趨勢。不同施氮量對幼苗的生長指標影響明顯。苗高、地徑作為評價苗木質(zhì)量重要的指標，可通過分析其動態(tài)變化來研究不同施氮量對苗木生長的影響[19]。處理1的苗高、地徑均為最大，分別為20.83 cm、2.25 mm，分別比對照提高了36.59%、60.71%。砂生槐幼苗的高徑比隨施氮量的增加而降低，對照(CK)處理的高徑比最大(10.89)，平均施肥(處理4)處理的高徑比最低(7.81)。不同施氮量處理下，平均施肥(處理4)處理的比葉質(zhì)量最小(575.33 cm2/g)。處理1的幼苗的生物量最大(1.14 g)，相對CK提高了45.61%，且二者差異顯著(P<0.05)。

2.2 不同施氮方式及施氮量對砂生槐生根的影響

由表1可知，砂生槐幼苗的根系生物量在不同施氮方式處理下影響顯著。在不同施氮方式處理下，指數(shù)施肥(處理1)根系生物量最大(0.57 g)，比CK(0.3 g)提高了90%，且二者差異顯著(P<0.05)；指數(shù)施肥處理下的根系生物量均高于平均施肥(處理4)；不同施氮量處理對砂生槐幼苗根系生物量影響顯著。處理1的砂生槐幼苗根系生物量最大，處理2根系生物量有所下降，平均施肥(處理4)處理根系生物量比處理1、處理2明顯下降；對照(CK)處理的根系生物量最小。

砂生槐幼苗根系總長度在不同施氮方式處理下存在差異，處理1的砂生槐幼苗的根系總長度最長(563.1 cm)，平均施肥處理下最短(306.44 cm)，且二者差異顯著(P<0.05)。指數(shù)施肥處理下的根系總長度隨施氮量添加先增高后降低。砂生槐幼苗根系總長度在不同施氮量處理下存在差異(P<0.05)，處理1的根系總長度最大，處理2的根系總長度較處理1略有下降，處理3明顯下降。

在各施氮方式處理下幼苗的根表面積之間存在差異(P<0.05)。在不同施氮方式處理下，指數(shù)施肥處理2的根表面積最大(87.78 cm2)比CK提高了79.40%，比平均施肥高出76.12%；指數(shù)施肥處理1的根表面積與平均施肥處理下的根表面積差異顯著(P<0.05)。砂生槐幼苗的根表面積在不同施氮量處理下存在差異，處理1與處理2根表面積比較大，分別為82.6、87.78 cm2，且二者之間的差異不顯著。

砂生槐幼苗的根體積在不同施氮方式處理下存在差異(P<0.05)。指數(shù)施肥處理下的根體積均高于平均施肥處理。不同施氮量處理下的砂生槐幼苗根體積存在差異(P<0.05)，隨著施氮量的增加砂生槐幼苗的根體積先增大后減少，處理1的根體積達到最大值(1.12 cm3)，CK處理的幼苗根體積最小。

平均施肥(處理4)處理下的比根長顯著大于指數(shù)施肥(處理1、處理2、處理3)處理(P<0.05)。在不同施氮量處理下，幼苗的比根長在平均施肥(處理4)處理下達到最大值(1 368.92 cm/g)，處理1幼苗的比根長最小(920.09 cm/g)；處理2的比根長與處理3之間差異不顯著。說明比根長決定了根系吸收水分和養(yǎng)分的能力，反映根系生理功能的重要指標[20]。

不同施氮方式處理下的根系組織密度存在差異。在不同施氮方式處理下，指數(shù)施肥(處理1)的根系組織密度最大(0.51 g/cm3)，比平均施肥提高了72.30%。砂生槐幼苗的根系組織密度在不同施氮量處理下存在差異，處理1與處理4的根系組織密度比較大，分別為0.51、0.49 g/cm3，且二者之間差異不顯著；CK處理的根系組織密度略有下降(0.47 g/cm3)。處理2的根系組織密度最小，處理2的根系組織密度與處理1差異顯著(P<0.05)。

表3 不同施氮方式及施氮量對砂生槐生根的影響

3 結(jié)論與討論

氮素是苗木生長所必需的礦質(zhì)元素，適量的施用可以促進苗木生長，過量施用則會導致污染。Timmer et al.[21]研究表明，相對于平均施肥，指數(shù)施肥培育的苗木質(zhì)量更高，同時也避免了因肥料施用過多而引起的污染[22-24]，指數(shù)施肥廣泛應用于以杉科和松科為主的歐美造林樹種[25-26]。本研究表明，指數(shù)施肥處理下促進了砂生槐幼苗的生長，但不同處理間地徑差異不顯著。劉歡等[27]研究認為指數(shù)施肥能顯著增加杉木地徑，但宋曰欽等[28]認為指數(shù)施肥對青岡櫟的苗木地徑影響不顯著，研究結(jié)果不同的主要原因是苗木類型和施肥量的不同；郝龍飛等[29]研究結(jié)果表明，指數(shù)施肥與平均施肥相比，能更有效地促進幼苗生物量積累、提高其體內(nèi)養(yǎng)分承載和養(yǎng)分利用效率。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)生物量在指數(shù)施肥(400、800 mg/株)處理下與平均施肥(400 mg/株)處理沒有顯著差異，但生物量在指數(shù)施肥(200 mg/株)處理下與平均施肥(400 mg/株)處理差異顯著。導致這種現(xiàn)象的主要原因是基質(zhì)的種類、研究條件等的不同。苗木高徑比是反映苗木抗性和造林成活率重要的指標，當苗高達到要求的情況下，高徑比越小越好[30]。砂生槐幼苗的高莖比雖然在不同的施氮方式下并沒有顯著影響，但平均施肥(400 mg/株)下的高徑比最小。在本研究中，砂生槐幼苗的苗高、地徑及生物量等均隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢，在指數(shù)施肥(200 mg/株)處理下達到最大值；當指數(shù)施肥施氮量增至(800 mg/株)時，幼苗的苗高、地徑及生物量等均下降，這與王益明等[31]對美國山核桃幼苗的研究結(jié)果相似。當養(yǎng)分未超過幼苗的承受范圍時，增加施氮量能夠提高光合能力，碳同化物運向根部，促進地下部分的生長，同時也增加了根系吸收養(yǎng)分的能力，從而促進幼苗更好的生長；當施氮量超過幼苗的最佳需氮量時，會降低根部汲取水分和營養(yǎng)的能力，從而抑制幼苗的生長。平均施肥(400 mg/株)處理下的砂生槐幼苗的地徑和生物量均高于CK，但苗高、比葉質(zhì)量均低于CK，且在指數(shù)施肥(200 mg/株)時表現(xiàn)最好，說明平均施肥(400 mg/株)施氮量過高，指數(shù)施氮是與植物生長更匹配的施肥方式。

苗木根系是否發(fā)達，直接影響著苗木移栽造林的效果[32]。在西藏荒漠化治理及高寒、干旱等困難立地的植被恢復過程中，對苗木質(zhì)量的要求較高。氮素是對植物生長影響最大的礦質(zhì)元素，根系與氮素之間的反應是一個復雜的過程，表現(xiàn)為形態(tài)和生理等方面的變化[33]。幼苗對養(yǎng)分的吸收效率與根系的生長和形態(tài)密切相關(guān)，與傳統(tǒng)施肥相比，指數(shù)施肥更有利于培育健康完整的根系。植物根系形態(tài)對基質(zhì)中養(yǎng)分的變化非常敏感，施肥能夠促進根系總根長增長和分枝數(shù)的增加[34]。本試驗中，經(jīng)過指數(shù)施肥的處理，砂生槐根系形態(tài)發(fā)生了很大的變化，低氮(200 mg/株)處理的根系生物量、總長度、體積和組織密度均有促進作用，這與王益明等[35]對美國山核桃幼苗的研究結(jié)果相似，即適量的氮素對根系發(fā)育和形態(tài)建成有促進作用。中高氮(400、800 mg/株)處理下，根系的生物量、總長度、體積和組織密度受到不同程度的抑制，原因在指數(shù)施肥處理下，氮素施入過量超過了幼苗養(yǎng)分的需求量，對根系造成了養(yǎng)分毒害，抑制砂生槐幼苗根系的生長。砂生槐幼苗在平均施肥(400 mg/株)處理下的比根長較大，而在指數(shù)施肥(200 mg/株)處理下較小，且二者差異顯著(P<0.05)，原因是由于當施氮量超過苗木最適需肥量時，不利于砂生槐幼苗根系正常的生長，幼苗通過增加比根長更有效地吸收土壤中的養(yǎng)分和水分。

綜上所述，砂生槐幼苗在不同施氮方式及施氮量下生長發(fā)育和生根表現(xiàn)不同。指數(shù)施肥對砂生槐幼苗的苗高、地徑及表面積等均有促進作用；砂生槐幼苗相對施氮量為200 mg/株時，砂生槐幼苗的苗高、地徑、總根長、根體積和根組織密度等指標均達到最大值，對砂生槐幼苗的生長及生根具有明顯的促進作用。