氮磷配施對云南松苗木生長及養(yǎng)分積累的影響

李亞麒，許玉蘭，唐軍榮，和瀅埝，王 丹，李江飛，蔡年輝

（1.西南林業(yè)大學 林學院，云南 昆明 650224；2.云南省農(nóng)業(yè)科學院 熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所，云南 保山 678000）

壯苗培育是實現(xiàn)人工林優(yōu)質(zhì)高效培育目標的關鍵環(huán)節(jié)，優(yōu)質(zhì)苗木不僅能提高造林成活率，也是促進森林早期生長，提升森林質(zhì)量的重要途徑[1]。施肥管理是提高苗木質(zhì)量的核心技術，深入研究苗木施肥技術不僅可以加速苗木發(fā)育進程，縮短育苗周期，同時對苗木養(yǎng)分積累、增產(chǎn)也具有顯著作用，還可以提高苗木質(zhì)量進而提高造林成活率，對促進林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導意義和現(xiàn)實意義[2?3]。苗木施肥主要是針對氮磷鉀3種元素進行，氮磷是植物生長的限制元素，同時也是植物生長所必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，對苗木的生長與發(fā)育具有重要的作用[4]。研究表明：中國土壤氮磷含量低于全球水平，植物的生長容易受到氮磷元素的限制[5?6]。云南松Pinus yunnanensis分布區(qū)的土壤中，低磷少氮較明顯，制約著云南松人工林的發(fā)展[7]。因此，針對氮磷礦質(zhì)營養(yǎng)元素的施肥研究顯得尤為重要。

云南松是中國西南地區(qū)的代表樹種，是該地區(qū)的鄉(xiāng)土樹種及荒山綠化造林先鋒樹種，同時也是云南省的主要造林和用材樹種，在其分布區(qū)的森林和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[8]。然而，云南松苗木質(zhì)量并不理想。同時，近年來，大面積云南松天然林的逆向擇伐，導致其森林質(zhì)量降低，造成林分和林地退化等，從而形成大面積天然更新的低質(zhì)低效次生林，因此，需通過人為干預有效地恢復其質(zhì)量和產(chǎn)量[9]。在實際的造林生產(chǎn)中，人們也普遍缺乏對云南松苗木施肥的重視。大多憑經(jīng)驗施肥，導致用量過少或過多，或不注意肥料之間的配合，浪費現(xiàn)象普遍，甚至造成肥害或施肥不足導致生理病癥[10]。這種現(xiàn)象嚴重阻礙了高質(zhì)量苗木的培育，因此亟需探尋科學施肥策略，為造林提供優(yōu)質(zhì)的苗木。目前氮磷配施已在樟樹Cinnamomum camphora[11]、馬尾松Pinus massoniana和木荷Schima superba[12]等多種苗木中開展研究，針對云南松苗木的氮磷施肥研究缺乏，氮磷肥如何調(diào)控苗木質(zhì)量及養(yǎng)分利用尚不完全清楚。鑒于此，本研究以云南松苗木為研究對象，開展不同氮磷配施對苗木質(zhì)量、生物量及養(yǎng)分積累的影響研究，探明苗木的養(yǎng)分需求特征，為云南松苗期養(yǎng)分管理及苗木培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2020年6月底在西南林業(yè)大學苗圃選擇2年生的云南松塑料盆栽苗，苗木長勢均勻，健康無病蟲害，平均苗高為 8.1 cm，平均地徑為 9.8 mm，平均針葉長為 11.6 cm，基質(zhì)為V(腐殖土)∶V(紅壤)=1∶3的混合土。根據(jù)情況適時對云南松進行澆水，苗木在管理措施上保持完全相同，以排除外部環(huán)境條件不同帶來的干擾。

1.2 試驗設計

采用2因素3水平3×3回歸設計，共組成9個處理(表1)。氮肥磷肥用量參照張躍敏等[13]的方法。外源性氮肥為尿素(CH4N2O)，磷肥為過磷酸鈣(CaP2H4O8)。表1數(shù)據(jù)為純氮、純磷用量。

表1 外源性氮磷添加施肥試驗組合Table 1 Fertilization test combination of exogenous nitrogen and phosphorus addition

1.3 指標測定

于2020年12月底，對指標進行測量。各處理選取3株長勢一致的苗木用于生物量及養(yǎng)分的測定，各處理重復3次。用游標卡尺測量地徑，直尺測定苗高。將每株苗木分為根、莖和葉，分別裝入標記好的紙袋中，在105 ℃烘箱中殺青30 min后，調(diào)至80 ℃烘干至恒量，測量根、莖、葉的生物量。將根、莖、葉樣品烘干后，研磨過篩，用H2SO4-H2O2法消煮植物樣品制備待測液用于養(yǎng)分測定。全氮采用奈氏比色法測定，全磷采用鉬銻抗比色法測定，全鉀采用火焰光度法測定[14]。器官養(yǎng)分儲量=器官養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)×器官生物量；器官養(yǎng)分分配比=器官養(yǎng)分儲量/單株養(yǎng)分儲量×100%；苗木質(zhì)量指數(shù)=苗木總生物量/(苗高/地徑+莖生物量/根生物量)[15]

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS對各指標進行單因素方差分析及回歸分析，采用Origin、SAS軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷配施對苗木生物量及質(zhì)量指數(shù)的影響

由圖1A看出：除P1、N2P2處理外，其余各施肥處理的苗木總生物量均顯著大于對照組(P＜0.05)。苗木總生物量積累從大到小依次為N1P1、N2P1、N1P2、N2、N1、P2、P1、N2P2、ck。由圖1B看出：除P1、P2、N2P2處理外，其余各施肥處理的苗木質(zhì)量指數(shù)均顯著大于對照組(P＜0.05)。苗木質(zhì)量指數(shù)從大到小依次為N1P1、N2P1、N1P2、N2、N1、P1、P2、N2P2、ck。N1P1處理下苗木具有最大的總生物量及苗木質(zhì)量指數(shù)，分別是ck的1.92、1.98倍。在單施氮肥的處理中，總體上隨施氮量的增加，苗木總生物量及質(zhì)量指數(shù)逐漸升高；單施磷肥時，隨施磷量的增加，苗木總生物量也逐漸積累，而苗木質(zhì)量指數(shù)幾乎沒有發(fā)生變化，較為穩(wěn)定。在氮磷配施的處理中，苗木質(zhì)量隨施氮或施磷量的增加，呈降低趨勢。

圖1 氮磷配施處理下云南松苗木生物量和質(zhì)量指數(shù)的變化Figure 1 Change of biomass and quality index of P.yunnanensis seedlings under nitrogen and phosphorus combined application treatments

2.2 氮磷配施對苗木養(yǎng)分儲量的影響

由表2可知：各器官的氮、磷、鉀儲量總體從大到小依次為葉、莖、根。各施肥處理的器官及單株氮、磷、鉀儲量間具有顯著差異(P＜0.05)，較對照組均有不同程度的增加。但各處理的器官及單株氮、磷、鉀儲量大小順序并不唯一，N1P1處理下苗木根、莖、單株的氮、鉀儲量最大，根、莖、葉、單株的磷儲量也最大，N2P1處理下苗木葉的氮、鉀儲量最大。在單施氮肥和磷肥的處理中，總體上隨施氮量和施磷量的增加，各器官及單株的氮、磷、鉀儲量逐漸增加。在氮磷配施的處理中，養(yǎng)分儲量隨施氮或施磷量的增加，呈減小趨勢。

表2 不同施肥處理下云南松苗木養(yǎng)分積累情況Table 2 Nutrient reserves of P.yunnanensis seedlings under different fertilization treatments

2.3 氮磷配施對苗木養(yǎng)分分配的影響

就氮分配情況而言，平均有19.68%分配到根，34.15%分配給莖，46.17%分配到葉(圖2A)。就磷分配情況而言，平均有26.66%分配到根，36.17%分配給莖，37.16%分配到葉(圖2B)。就鉀分配情況而言，平均有20.93%分配到根，38.01%分配給莖，41.07%分配到葉(圖2C)。從各處理的氮分配情況看(圖3)：除P2、N1、N2P2處理外，其余各施肥處理的根氮分配比與對照間差異顯著(P＜0.05)，除P1、P2、N1、N2P2處理外，其余各施肥處理的莖、葉氮分配比與對照間差異顯著(P＜0.05)。各施肥處理的根氮分配比較對照均有不同程度的增加，莖氮分配比中有6個處理較對照有不同程度的增加，而葉氮分配比較對照均有不同程度的減少。

圖2 云南松苗木各器官養(yǎng)分分配總體情況Figure 2 Nutrient distribution of different organs of P.yunnanensis seedlings

圖3 不同施肥處理云南松苗木各器官氮元素分配情況Figure 3 Nitrogen distribution to each organ in P.yunnanensis seedlings under different fertilization treatments

由圖4可知：除N2P2處理外，其余各施肥處理的根磷分配比與對照間差異顯著(P＜0.05)。除N1P2處理外，其余各施肥處理的莖磷分配比與對照間無顯著差異(P＞0.05)。除P1、N1、N2P2處理外，其余各施肥處理的葉磷分配比與對照間差異顯著(P＜0.05)。各施肥處理的根磷分配比較對照均有不同程度的增加，莖磷分配比中有6個處理較對照有不同程度的增加，而葉磷分配比較對照均有不同程度的減少。

圖4 不同施肥處理云南松苗木各器官磷元素分配情況Figure 4 Phosphorus distribution to each organ in P.yunnanensis seedlings under different fertilization treatments

由圖5可知：除N1、N2P2處理外，其余各施肥處理的根鉀分配比與對照間均差異顯著(P＜0.05)。各施肥處理的莖鉀分配比與對照間無顯著差異(P＞0.05)。除P1、N1、N2P2處理外，其余各施肥處理的葉鉀分配比與對照間差異顯著(P＜0.05)。各施肥處理的根鉀分配比較對照均有不同程度的增加，莖鉀分配比中有5個處理較對照有不同程度的增加，而葉鉀分配比較對照均有不同程度的減少。

圖5 不同施肥處理云南松苗木各器官鉀元素分配情況Figure 5 Potassium distribution to each organ in P.yunnanensis seedlings under different fertilization treatments

2.4 肥料效應方程構建

由表3可知：苗木生長及養(yǎng)分指標與肥料用量回歸方程的相關系數(shù)總體上較大，擬合程度較高，可以用來預測不同氮磷施肥處理下的云南松苗木生長及養(yǎng)分指標。

根據(jù)表3的回歸方程，可得到產(chǎn)量效應曲面圖(圖6)。由圖6可知：各生長指標反應曲面均呈單峰曲面模式，即各生長指標均存在一個最大值。峰值以前，各生長指標均隨氮磷用量的增加而增加。峰值以后，各生長指標隨氮磷用量的增加而下降。

圖6 云南松苗木生物量及養(yǎng)分儲量對氮磷配施的效應曲面Figure 6 Effect surface of biomass and nutrient storage of P.yunnanensis seedlings on nitrogen and phosphorus combined application

表3 云南松苗木生長及養(yǎng)分儲量指標對應的回歸方程Table 3 Regression equation of seedling growth and nutrient storage indices of P.yunnanensis seedlings

由表4可知：施肥處理后，氮磷交互產(chǎn)量大于單施氮產(chǎn)量，單施氮產(chǎn)量優(yōu)于單施磷產(chǎn)量。因此，在本研究中，針對2年生云南松苗木的肥料效應而言，氮磷配施的效果優(yōu)于單施氮肥，單施氮肥的效果優(yōu)于單施磷肥。

表4 云南松苗木各生長指標單施氮肥、磷肥及氮磷交互的最高產(chǎn)量Table 4 Highest yield in single-factor of nitrogen or phosphorus and nitrogen and phosphorus interaction with each growth index of P.yunnanensis seedlings

對表3構建的回歸方程求偏導，確定了云南松苗木各項生長指標適宜的氮磷施肥量。由表5可知：2年生云南松苗木適宜的氮磷施肥量分別為氮0.42～0.65 g·株?1，磷0.66～1.01 g·株?1，適宜的氮磷配比為1.00∶1.15～1.00∶2.13。

表5 2 年生云南松苗木在指標最高產(chǎn)量下的適宜施肥量Table 5 Suitable fertilizer amount for two years old P.yunnanensis seedlings under highest yield

3 討論與結(jié)論

生物量綜合反映了苗木的各項生長指標，施肥對苗木生長的影響可以通過其對生物量的影響來反映[16]。本研究發(fā)現(xiàn)：施肥顯著促進了苗木生物量的積累。這與施肥顯著提高紫椴Tilia amurensis[17]、閩楠Phoebe bournei[3]苗木生物量的研究結(jié)果相似，說明施肥促進了苗木生長。苗木質(zhì)量是衡量苗木生活力強弱的重要指標，關系到苗木成活、森林郁閉、森林經(jīng)濟和生態(tài)效益的發(fā)揮。造林后，苗木的存活及生長與苗木初始質(zhì)量息息相關[18]。苗木質(zhì)量受到施肥調(diào)控的影響，如周磊等[15]對細葉楨楠Phoebe hui容器苗進行施肥研究發(fā)現(xiàn)：施肥提高了細葉楨楠的苗木質(zhì)量。羅仙英等[19]研究表明：施肥提高了馬尾松的苗木質(zhì)量。另外，苗木質(zhì)量在一定程度上還受到土壤基質(zhì)的影響，但有些研究卻提出了不同的觀點，認為土壤基質(zhì)對苗木質(zhì)量的影響并不大，如劉婷巖等[20]對不同基質(zhì)與施肥處理下白樺Betula platyhylla的苗木質(zhì)量進行研究發(fā)現(xiàn)：土壤基質(zhì)對白樺苗木質(zhì)量指數(shù)無顯著影響。莎茹等[21]研究表明：在低水平施肥情況下，土壤基質(zhì)對樟子松Pinus sylvestrisvar.mongolica苗木質(zhì)量指標的影響不明顯。邱瓊等[22]研究表明：土壤基質(zhì)對山桂花Paramichelia baillonii容器苗質(zhì)量無顯著影響，不同基質(zhì)處理下苗木的根生物量、主根長、側(cè)根數(shù)等苗木質(zhì)量指標之間均無顯著差異。而本研究在土壤基質(zhì)一致的情況下，發(fā)現(xiàn)各施肥處理下的生物量、苗木質(zhì)量均大于對照，說明施肥是提高苗木質(zhì)量，促進苗木生長的有效途徑之一。

施肥處理后苗木體內(nèi)的養(yǎng)分累積有助于提高苗木的抗性和競爭力，從而提高造林成功的可能性[23]。本研究發(fā)現(xiàn)：云南松苗木氮磷鉀元素主要儲存在葉內(nèi)，總體上養(yǎng)分儲量從大到小依次為葉、莖、根。這與王光如等[24]、劉廣路等[25]的研究結(jié)果類似。植物各器官基本的生理需求不同，組織結(jié)構功能的分化導致氮磷鉀儲量的差異[26]。植物的葉片是植物的同化器官，也是重要的養(yǎng)分儲存器官，而莖作為植物養(yǎng)分的輸送通道，較少儲存養(yǎng)分，進而導致植物葉的氮磷儲量高于莖[27]。本研究發(fā)現(xiàn)：不同施肥處理的各器官及單株氮磷鉀儲量總體上均高于對照，說明施肥對苗木養(yǎng)分積累起到明顯促進作用。王益明等[28]對山核桃Carya cathayensis幼苗進行施肥研究表明：苗木各器官的氮積累量均顯著高于對照組，常笑超等[29]對毛白楊Populus tomentosa的苗木施肥研究也得出：硝態(tài)氮能顯著促進毛白楊的養(yǎng)分積累，可見氮磷添加促進了植物對營養(yǎng)元素的吸收[30]。在N1P1處理下，云南松苗木器官與單株儲量總體最大，說明氮磷配施處理對養(yǎng)分積累的促進效果最佳。同時，也表明在適宜的施肥范圍內(nèi)，各項生長指標隨施肥量的增加而增長，而超過一定的施肥量范圍，則會抑制苗木生長。

營養(yǎng)元素在不同器官的分配是遺傳差異與環(huán)境共同作用的結(jié)果，植物器官結(jié)構和功能差異影響到氮磷鉀等營養(yǎng)元素在植物體內(nèi)的分配[31]，而養(yǎng)分元素在不同器官的合理分配是植物對外界環(huán)境變化響應與適應的重要機制。對于植物來說，葉及根分別是地上和地下的主要營養(yǎng)器官，莖則是植物各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運器官，葉、根與莖將植物的地上和地下部分聯(lián)系起來[32]。本研究發(fā)現(xiàn)：苗木分配給葉的營養(yǎng)元素最多，其次為莖，分配給根的較少，這與王維奇等[33]的研究結(jié)果相似。這闡釋了資源在各功能器官之間的分配權衡，將更多的營養(yǎng)物質(zhì)分配給葉和莖，以保證物質(zhì)充分生產(chǎn)維持苗木正常生長，同時增強苗木對資源以及空間的競爭能力[34]。施肥會使植物的養(yǎng)分分配格局發(fā)生改變，影響幼苗的養(yǎng)分平衡。施侃侃等[35]對紅花玉蘭Magnolia wufengensis幼苗養(yǎng)分分配格局研究發(fā)現(xiàn)：不同的氮磷鉀配施會改變紅花玉蘭幼苗各營養(yǎng)器官內(nèi)養(yǎng)分的分配。常云妮等[36]對華潤楠Machilus chinensis苗木養(yǎng)分分配格局研究發(fā)現(xiàn)：氮添加改變了氮磷在各器官中的分配比例。本研究也得到類似的結(jié)論，即施肥改變了苗木各器官的營養(yǎng)元素分配格局，增大了對根和莖的養(yǎng)分分配，減小了對葉的養(yǎng)分分配。根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，擔負著供給地上部分養(yǎng)分的任務[37]。當苗木生存的養(yǎng)分環(huán)境改變時，將更多的資源分配到根和莖，以擴大營養(yǎng)吸收范圍，獲取更多的水分、養(yǎng)分資源及增強對空間的競爭。同時，在根充分吸收養(yǎng)分和生長后，又可為相對較小的地上部分生長提供所需要的營養(yǎng)與能量，加大對環(huán)境資源的分享。這樣不僅使有限的環(huán)境資源得到最大化的利用，也保證個體的存活與個體的生長，減少營養(yǎng)缺失對云南松幼苗生長的限制，增大了對不良環(huán)境的抵抗能力。因此，根系高比例的養(yǎng)分投資是云南松苗木的生態(tài)對策之一。

構建苗木養(yǎng)分指標與肥料用量的回歸方程發(fā)現(xiàn)：氮磷配施的效果優(yōu)于單施氮肥，單施氮肥的效果優(yōu)于單施磷肥。林婉奇等[11]對樟樹幼苗進行施肥發(fā)現(xiàn)：氮磷配施對幼苗生長的促進效果最好。劉斌等[38]對九連山次生闊葉林幼苗生長進行施肥發(fā)現(xiàn)：與對照相比，氮磷配施對苗木的冠幅增長率促進效果最佳，氮添加次之，磷添加抑制幼苗生長，這與本研究結(jié)果類似。根據(jù)回歸方程求得2年生云南松苗木適宜的氮磷施用量分別為氮0.42～0.65 g·株?1，磷0.66～1.01 g·株?1，適宜的氮磷配比為1.00∶1.15～1.00∶2.13。從苗木的質(zhì)量、生物量及養(yǎng)分積累量考慮，N1P1處理為本研究最優(yōu)氮磷配施組合。