種源和施肥對文冠果容器苗生長的影響1)

劉思雪 敖妍 雒小菲 朱菲 姜雅歌 侯新村

(北京林業(yè)大學,北京,100083) (北京市農(nóng)林科學院草業(yè)花卉與景觀生態(tài)研究所)

劉金鳳 謝飛 李守科 陳仁鵬

(勝利油田勝大生態(tài)林場)(內(nèi)蒙古赤峰市森林草原保護發(fā)展中心)(山東沃奇農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司)(安丘市林業(yè)發(fā)展中心)

文冠果(Xanthocerassorbifolium)為無患子科(Sapindaceae)文冠果屬(Xanthoceras)植物,適應性較強,抗寒、耐旱、耐鹽堿,廣泛分布于我國北方地區(qū)[1]。文冠果種仁油是制備生物柴油的優(yōu)良原料,亦可作高級食用油。其果殼、種子、葉片、木材和花等均可開發(fā)利用,經(jīng)濟價值很高。作為重要的生物質(zhì)能源樹種、園林觀賞樹種和荒山綠化樹種,文冠果近年來備受關注[2]。然而,目前文冠果林分多處于粗放經(jīng)營狀態(tài),水肥條件差,生長緩慢,養(yǎng)分利用率低,結實情況不是很理想[3-4]。因此,采取有效措施提高苗木質(zhì)量和集約化經(jīng)營管理水平,取得良好的造林效果尤為重要。

緩釋肥可在全生長季為苗木提供均衡的營養(yǎng),提高養(yǎng)分利用率并減少養(yǎng)分損失,且施用方便,是提高苗木質(zhì)量的有效手段[5]。緩釋肥,可以增加苗木在苗圃階段的生物量和養(yǎng)分積累[6-7],提高苗木在造林初期的生根及生長能力[8-9],從而改善造林效果。然而,過量施用緩釋肥會抑制幼苗生長[10],必須合理施用才能培育優(yōu)質(zhì)苗木。同一物種不同種源的植株,由于所處氣候和立地條件不同,會產(chǎn)生不同的生態(tài)型,對施肥量亦有不同需求。秋施氮肥能夠提高2個西班牙種源冬青櫟(Quercusilex)幼苗的生長和根系生長潛力[11]。油松(Pinustabuliformis)幼苗研究中發(fā)現(xiàn),與山西和內(nèi)蒙古種源相比,高濃度的氮添加處理對北京種源幼苗的生長有更顯著的促進作用[12]。低氮水平,促進福建建甌種源木荷(Schimasuperba)幼苗根系生長,促進浙江杭州種源木荷地上部分生長,促進江西信豐種源木荷整體增長[13]?？梢?施肥對同一樹種不同種源植株的影響不完全相同。

文冠果在我國分布廣泛,不同種源苗木間存在生態(tài)型的差異。有關文冠果幼苗施肥的研究,較多集中在對某一種源的影響,如楊騰等[14]對內(nèi)蒙古赤峰種源文冠果1年生苗的研究表明,育苗的推薦施氮量為230 mg/株;楊越等[15]對遼寧省文冠果良種‘遼富1號’的研究表明,3.0、1.8、1.4 g·L-1的N、P、K葉面肥配比組合,對促進種苗生長效果最佳。針對不同種源文冠果幼苗的最佳施肥量是否相同、不同施肥量對苗木的生長節(jié)律及地下部分的影響等研究較少。為此,本研究在北京市鷲峰國家森林公園北京林業(yè)大學科技溫室內(nèi),以塑料營養(yǎng)杯為育苗容器、丹麥進口草炭土與珍珠巖混合為育苗基質(zhì)、美國Scotts公司生產(chǎn)的奧綠精準配方肥為緩釋肥、采自4個種源的文冠果種子為試驗種子;試驗采用雙因素完全隨機區(qū)組設計,對4個種源均分別施用不同量的施肥量;2019年4月2日播種,自4月28日起每10 d測定1次苗高、地徑;以4個種源文冠果1年生容器苗為研究對象,應用根系掃描分析系統(tǒng)(WinRHIZO)測算根系長度、表面積、體積等指標;以文冠果容器苗苗高、地徑、生物量、根系形態(tài)為評價指標,應用方差分析法、鄧肯(Duncan)多重比較法、隸屬函數(shù)法,分析種源和施肥對文冠果容器苗生長的影響,旨在為不同種源文冠果苗木培育提供參考。

1 研究方法

試驗地位于北京市鷲峰國家森林公園北京林業(yè)大學科技溫室(地理中心坐標:40°N、116°34′E),溫室內(nèi)晝夜平均氣溫為晝24 ℃、夜21 ℃,采用自然光照,平均日長為13.5 h。試驗所用文冠果種子,采自內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗(以下簡稱阿旗)、河南陜縣(以下簡稱陜縣)、新疆木壘(以下簡稱木壘)、內(nèi)蒙古翁牛特旗(以下簡稱翁旗)4個地區(qū)(見表1)。育苗容器為塑料營養(yǎng)杯(深度20 cm、上口徑10 cm,體積1 050 mL),基質(zhì)為丹麥進口草炭土與珍珠巖以體積比V(草炭土)∶V(珍珠巖)=3∶1混合,加入多菌靈消毒。使用的緩釋肥,為美國Scotts公司生產(chǎn)的奧綠精準配方肥(銨態(tài)氮占質(zhì)量比8.4%+硝態(tài)氮占質(zhì)量比6.6%+磷元素占質(zhì)量比3.9%+鉀元素占質(zhì)量比9.1%+微量元素,21 ℃釋放周期為5～6個月),播種前將肥料均勻拌入基質(zhì)中。

表1 試驗使用的文冠果種子各種源地理位置及氣候因子

采用雙因素完全隨機區(qū)組設計,種源分別為阿旗、陜縣、木壘、翁旗,施肥量(以施氮質(zhì)量計)分別為40、80、120、160、200 mg/株(即基質(zhì)中施用緩釋肥0.25、0.51、0.76、1.02、1.27 g/L)。每重復20個小區(qū),每小區(qū)15株,合計300株,重復4次共計1 200株。

2019年4月2日播種。播種前將經(jīng)過冬季沙藏的種子用水浸泡24 h后,再與濕沙混合平鋪在地上,待90%種子露白開始播種。每容器播種1粒,適時澆水。每小區(qū)每重復選取8株,自4月28日起每10d測定1次苗高、地徑,測量日期為4月2日、4月28日、5月10日、5月21日、6月4日、6月14日、6月25日、7月2日、7月10日、8月14日、8月24日、9月4日表示。苗高測定至封頂(8月14日),地徑測定至生長季末(9月4日)。

秋季停止生長后,將前述動態(tài)測定的苗木進行破壞取樣。每小區(qū)隨機選取5株,將根系清洗后用Epson V750 Pro掃描儀獲得根系圖像,隨后用根系掃描分析系統(tǒng)(WinRHIZO)對根系長度、表面積、體積等指標測算,同時將根系徑級(d)分為05 mm。將每小區(qū)每重復5株苗木分為根、莖2部分,洗凈后70 ℃烘干至恒質(zhì)量,用電子天平稱量干質(zhì)量。

利用SPSS 26.0進行方差分析和鄧肯(Duncan)多重比較,當協(xié)同作用顯著時,分析協(xié)同作用對各指標的影響,協(xié)同作用不顯著時分析主效應。應用隸屬函數(shù)法對種源和施肥最優(yōu)組合進行篩選,計算公式為:隸屬值=(N-Nmin)/(Nmax-Nmin),式中N為某處理指標值、Nmax為該指標的最大值、Nmin為指該指標的最小值。若某個測定指標與幼苗生長呈反向關系,則利用反隸屬函數(shù)公式進行計算:隸屬值=1-(N-Nmin)/(Nmax-Nmin)。

2 結果與分析

2.1 種源和施肥對文冠果容器苗生長動態(tài)的影響

各處理文冠果苗高生長均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢,播種后1個月內(nèi)苗高達10 cm以上。苗高生長高峰期發(fā)生在4月份(4月2日—4月28日階段),平均增長速率為13.64 cm/月。5月份(4月28日—6月4日階段)苗高生長速度放緩,生長量減少。6—8月份(6月4日—8月14日階段)苗高生長量較少,8月中旬苗木封頂,苗木生長緩慢直至停止生長(見圖1)。經(jīng)雙因素方差分析,種源和施肥協(xié)同作用對苗高影響不顯著(見表2)。除4月28日外,種源主效應對其他各測量日期苗高影響顯著(P<0.05)(見表2),阿旗、木壘、翁旗種源苗高,明顯高于陜縣種源苗高(見表3)。

圖中的誤差線為不同時期苗高的標準誤。

表2 不同種源和施肥處理對不同時期文冠果苗高影響的方差分析結果

表3 各種源不同時期的文冠果苗高

各處理文冠果地徑生長均呈現(xiàn)“快-慢-快-慢”的趨勢,地徑在整個生長期內(nèi)存在2個生長高峰期,具有明顯的階段性。其中4月份(4月2日—4月28日階段)為第1個生長高峰期,地徑生長量為1.71 mm;5月份(4月28日—6月4日階段)地徑生長速度下降;第2個生長高峰期發(fā)生在6月份(6月4日—6月25日階段),生長速率比4月份減小,地徑生長量為0.73 mm;7—9月份地徑生長速度緩慢,隨后生長逐漸停止(見圖2)。種源和施肥協(xié)同作用對地徑影響不顯著(見表4)。施肥主效應對8—9月份地徑影響顯著(P<0.05)(見表4)。

圖中的誤差線為不同時期地徑的標準誤。

表4 不同種源和施肥處理對不同時期文冠果地徑影響的方差分析結果

8月14日,施肥量為120、200 mg/株時的地徑,顯著大于施肥量為40 mg/株時的地徑;8月24日、9月4日,施肥量為120、160、200 mg/株時的地徑,顯著大于施肥量為40 mg/株時的地徑;且8月14日、8月24日、9月4日時,地徑均在施肥量為120 mg/株時最大(見表5)。

表5 不同施肥量時不同時期的文冠果苗木地徑

2.2 種源和施肥對文冠果容器苗生物量的影響

種源和施肥的協(xié)同作用顯著影響文冠果苗木生長季末莖生物量和根莖比,根生物量受種源主效應的顯著影響(P<0.05,見表6)。從種源和施肥的協(xié)同作用看,阿旗種源莖生物量隨施肥量增加而增大,施肥160 mg/株的莖生物量顯著高于施肥40 mg/株;陜縣種源莖生物量,在施肥200 mg/株時顯著高于施肥80 mg/株;木壘和翁旗種源莖生物量受施肥影響不顯著。施肥40、80、160 mg/株時,各種源間莖生物量存在顯著差異。阿旗種源根莖比,在施肥40、80 mg/株時,顯著高于施肥160 mg/株;陜縣種源根莖比,在施肥80 mg/株時顯著高于施肥160 mg/株;木壘和翁旗種源根莖比,受施肥影響不顯著。施肥80、120、160 mg/株時,各種源根莖比存在顯著差異(見表7)?？梢娛┓柿枯^多時有利于提高阿旗種源、陜縣種源苗木的莖生物量,而使其根莖比值降低。從種源主效應看,陜縣種源苗木根生物量顯著高于其他種源苗木根生物量(見表8)。

表6 不同種源和施肥處理對文冠果苗木生物量影響的方差分析結果

表7 種源和施肥協(xié)同作用時文冠果苗木的莖生物量和根莖比

表8 不同種源時文冠果苗木的根生物量

2.3 種源和施肥對文冠果容器苗根系形態(tài)的影響

種源和施肥的協(xié)同作用,對徑級2 mm

表9 不同種源和施肥處理對文冠果苗木根系形態(tài)影響的方差分析結果

表10 種源和施肥協(xié)同作用時文冠果苗木2～5 mm徑級(d)根系形態(tài)

從種源主效應看,陜縣種源、木壘種源d<2 mm徑級根,根系長度、表面積、體積顯著大于翁旗種源的;陜縣種源2 mm

表11 不同種源文冠果苗木的根系形態(tài)

2.4 種源和施肥最優(yōu)組合方式篩選

不同種源和施肥組合對文冠果容器苗生長的影響,利用測定的苗高、地徑、根生物量、莖生物量、根系總長度、根系總表面積、根系總體積7項指標綜合評價(見表12),隸屬函數(shù)均值排名前5的組合為“陜縣種源+施肥160 mg/株”、“陜縣種源+施肥120 mg/株”、“阿旗種源+施肥120 mg/株”、“阿旗種源+施肥160 mg/株”、“陜縣種源+施肥200 mg/株”組合。

表12 不同種源和施肥組合對文冠果容器苗生長影響的隸屬函數(shù)綜合評價結果

3 討論

3.1 文冠果1年生容器苗生長規(guī)律

探索不同種源1年生苗木的生長規(guī)律,有助于對苗木生長動態(tài)進行預測和管理,制定合理的水肥管理措施,并為優(yōu)良種源的早期選擇提供依據(jù)[16-17]。本研究中,不同處理時文冠果容器苗苗高存在1個生長高峰期,除4月28日外,整個生長期內(nèi),阿旗、木壘、翁旗種源的苗高顯著高于陜縣種源的苗高,表明種源之間存在差異,根據(jù)育苗和造林需求進行種源選擇是必要的[18]。本研究的不同處理時,文冠果容器苗地徑存在2個生長高峰期,其中第1次生長高峰期與苗高重合;而大田條件下,文冠果地徑有1個生長高峰期[16],表明苗木生長節(jié)律不僅受自身遺傳因素的影響,還受外部環(huán)境因素(如養(yǎng)分、溫度、土壤條件等)的影響[17]。本研究中,生長季末(9月4日)施肥120 mg/株時地徑最大,當施肥超過120 mg/株時地徑并未顯著降低;張金浩等[19]對肯式南洋杉(Araucariacunninghamii)的研究表明,地徑隨施氮量的增加而增大,在施氮量為550 mg/株時達到峰值,但超出該施氮量時并未有顯著抑制;表明緩釋肥具有養(yǎng)分釋放緩慢、肥效期長的特性,能夠促進文冠果容器苗地徑的生長。應加強苗木在生長高峰期的田間管理,保證水分養(yǎng)分的供應以提高苗木質(zhì)量。

3.2 緩釋肥對不同種源文冠果容器苗生長的影響

已有研究表明,適量緩釋肥有助于增大生物量和植物體內(nèi)養(yǎng)分含量積累,促進根系發(fā)育,提高苗木養(yǎng)分利用率[20-21]。同一樹種不同種源的苗木,由于受到自身遺傳特性、地理氣候差異等因素的影響,會對外界環(huán)境養(yǎng)分形成不同的適應機制[22]。本研究表明,緩釋肥對陜縣種源容器苗莖生物量影響顯著,施肥200 mg/株時的莖生物量,顯著大于施肥80 mg/株時的莖生物量;緩釋肥對阿旗種源容器苗莖生物量影響顯著,莖生物量隨施肥量的增大而增大,在施肥160 mg/株時達到峰值。本研究表明,阿旗、陜縣種源幼苗根莖比,分別在施肥40、80 mg/株時達到最大值,顯著高于施肥160 mg/株時的幼苗根莖比,表明緩釋肥用量的增加對地上部分生物量積累的促進作用大于地下。當存在養(yǎng)分脅迫時,幼苗將更多的生物量分配給根系從而促進養(yǎng)分吸收,而養(yǎng)分充足時幼苗向地上部分分配比例增加[23-25]。

良好的根系形態(tài)有助于促進養(yǎng)分積累,提高翌年苗木競爭力和造林成活率[26]。苗木根系對土壤養(yǎng)分的變化十分敏感,過量緩釋肥會抑制根系發(fā)育[27]。本研究中,陜縣種源容器苗根系總長度、徑級為2 mm

4 結論

供試緩釋肥對阿旗、陜縣種源文冠果苗木的生長具有不同程度的促進作用,而對木壘、翁旗種源容器苗的生長影響不顯著。施肥量為120～160 mg/株時,阿旗種源苗木的苗高、莖生物量、徑級2 mm