添加新鮮木塊對牡丹栽培土及牡丹生長的影響

摘" 要： 選用城市樹木修剪枝粉碎獲得的新鮮木塊，作為一種土壤改良添加物進行形態(tài)、盛花期、葉片相對葉綠素值（SPAD）比較試驗. 研究發(fā)現(xiàn)，添加新鮮木塊顯著增加了土壤的總孔隙度、非毛管及毛管孔隙度（Ft=311.502， Fnc=226.41， Fc=92.384， plt;0.01），顯著改變了牡丹的盛花期、株高年增量、冠幅、基徑年增量、葉片SPAD，添加新鮮木塊（邊長為6 cm）的體積分數(shù)為60%時得到最優(yōu)結果. 研究結果為南方牡丹栽培提供了一種具有良好的透氣性、保水性、低成本、無副作用、綠色環(huán)保等優(yōu)良特性的土壤改良途徑.

關鍵詞： 牡丹； 新鮮木塊； 正交試驗； 極差分析； 主成分分析法

中圖分類號： S 688""" 文獻標志碼： A""" 文章編號： 1000-5137（2024）03-0371-09

Effects of adding fresh wood chips on the cultivated soil and growth of peony

WU Duorun1， GUO Chenbing1， HU Yonghong2， YU Shuiyan2， QIN Jun2， WANG Hongbing1*

（1.College of Life Sciences， Shanghai Normal University， Shanghai 200234， China；

2.Shanghai Chenshan Botanical Garden， Shanghai 201602， China）

Abstract： This study took the fresh wood chips， obtained from the pruning and crushing of urban trees， as a soil improvement additive to compare the morphology， full-bloom stage and leaf relative chlorophyll value （SPAD）， and found that the addition of fresh wood chips significantly increased the total porosity， non-capillary and capillary porosity of the soil （Ft=311.502， Fnc=226.41， Fc=92.384， plt;0.01）， and significantly changed the flowering period， annual increment of plant height， crown width， annual increment of basal diameter， and SPAD of leaves of peony. The optimal improvement formula for adding 60% of 6 cm fresh wood chips was proposed. The study results provide a soil improvement method with good air permeability and water retention， low cost， no negative effects， and green environmental protection for the cultivation of southern peony.

Key words： Paeonia suffruticosa； fresh wood chips； orthogonal test； extremum difference analysis； principal component analysis

0" 引 言

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr）為芍藥科（Paeoniaceae）芍藥屬（Paeonla）灌木，具有優(yōu)異的觀賞、經(jīng)濟和藥用價值. 推動牡丹產(chǎn)業(yè)化不僅有助于精準扶貧和生態(tài)文明建設，還能夠快速形成地域文化特色，帶動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展. 但現(xiàn)階段南方地區(qū)高品質(zhì)牡丹栽培較少，主要原因在于南方地區(qū)夏季高濕高熱，土壤黏重易導致牡丹出現(xiàn)葉片小而色淡，移栽后不開花、爛根等問題. 研究人員從提高牡丹植株質(zhì)量角度對栽培基質(zhì)進行改良，如郭麗麗等［1］采用一定配比的草炭、蛭石、珍珠巖盆栽牡丹，獲得了更長、更早的花期，更優(yōu)良的花形態(tài)特征及生理特征；李雪等［2］發(fā)現(xiàn)草炭、園土、珍珠巖混合基質(zhì)較單一基質(zhì)更能提高牡丹的苗高、總干重、根冠比等指標性狀. 但長期使用草炭、蛭石等不可再生資源會產(chǎn)生成本過高問題，還易造成環(huán)境破壞，影響牡丹產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展［3］. 近年來，我國農(nóng)業(yè)廢棄物的累積速度正急劇增加［4］，其中含有大量可重復利用的物質(zhì)能量資源［5］，其再利用已成為可持續(xù)發(fā)展的迫切需求. 農(nóng)、林業(yè)廢棄物可替代成為新型栽培基質(zhì)，不僅能改善土壤物理性質(zhì)，還能增加土壤微生物含量和肥力，是降低成本、改善空氣質(zhì)量的有效手段［6-8］. 在基質(zhì)中不添加不可再生的天然資源被認可為一種生態(tài)效益［9］.

本試驗選用城市園林修剪樹木，并簡單粉碎加工，獲得的新鮮木塊作為結構物質(zhì)改良土壤，利用其天然的透氣性、良好的吸水保水性、長效緩釋有機肥、低成本、無副作用等優(yōu)良特性. 通過添加大小、含量不同的新鮮木塊，觀察牡丹的形態(tài)和生理響應，進而獲得最優(yōu)改良配方，為南方地區(qū)牡丹栽培的土壤改良提供新的思路.

1" 材料與方法

1.1 場地概況

試驗場地位于海拔5 m的上海師范大學奉賢校區(qū)（30°50′34″N，121°31′45″E），地處上海市南端、杭州灣北岸，年降水量1 660.8 mm，年平均氣溫17.8 ℃，生長季主導風向為南偏東，適合性喜溫暖、陽光充足的牡丹生長.

1.2 實驗材料

實驗材料為3年生牡丹“太平紅” （P. suffruticosa “Taipinghong”）、“鳳丹” （P. suffruticosa “Fengdan”）、“金晃” （P. suffruticosa “Jinhuang”）. 作為上海適宜栽植的觀賞及藥用的花卉之一，其長勢穩(wěn)定，易于移栽成活及管理養(yǎng)護. 試驗場地滿足對牡丹的各項指標進行測量及跟蹤的條件.

1.3 實驗設計

試驗共設置了9個處理，每個處理重復10次，選用平均厚度7.83 mm、切面長寬平均值分別為2，4，6 cm 3種規(guī)格的新鮮木塊，新鮮木塊由雜木粉碎獲得，分別以10%，30%，60%體積分數(shù)添加規(guī)格為50 cm×50 cm的雙層黑色軟質(zhì)種植袋容器中，袋內(nèi)均添加固定體積分數(shù)的堆肥、復合肥、脫硫石膏，其余部分為原土. 將牡丹苗種植于材料均勻按體積分數(shù)混合的袋中后進行編號，將不同處理隨機排放于場地中，如表1所示. 于2020年12月進行移栽種植，期間持續(xù)觀察牡丹生長發(fā)育情況，待土壤沉降各形態(tài)指標及長勢穩(wěn)定后開展試驗.

1.4 數(shù)據(jù)獲取及分析

基質(zhì)總孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度的測定參照飽和浸提法，待上盆養(yǎng)護3個月后，隨機選取3株取樣測定［10］. 牡丹盛花期調(diào)查以全株開花率達到50%為盛花初期，全株枯萎率達到95%為盛花末期，對所有牡丹植株進行記錄［11］. 株高年增量和基徑年增量在2021年3月、2022年3月兩個時間節(jié)點，分別用卷尺和數(shù)顯游標卡尺測定，首次測定時用記號筆進行標記，以確保后續(xù)測定相同點位. 選取所有牡丹冠幅最大時刻的冠層最長邊和最短邊用卷尺測定冠幅. 每年3月至5月，對基部倒數(shù)第三片成熟的復葉外沿使用SPAD儀測定葉片相對葉綠素值（SPAD），每個處理隨機選取3棵，每棵3個重復并取均值分析. 試驗原始數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2021軟件進行整理，并通過極差分析比較各因素的影響程度. 使用SPSS 25.0統(tǒng)計單因素（ANOVA）檢驗和克魯斯卡爾-沃利斯檢驗（Kruskal-Wallis test）數(shù)據(jù)之間的顯著性差異，并做主成分分析，比較組合間的優(yōu)劣.

2" 結果與分析

2.1 添加新鮮木塊對土壤物理性質(zhì)的影響

如表2所示，對9個處理的土壤物理性質(zhì)測定發(fā)現(xiàn)，T1～T9的各項孔隙度指標均隨著木塊邊長及木塊體積分數(shù)的變化而變化，證明添加新鮮木塊能提高土壤通氣性. T9作為添加木塊最大、木塊量最多的處理，擁有最大的總孔隙度（Ft）、非毛管及毛管孔隙度（Fnc， Fc）；T1作為添加木塊最小、木塊量最少的處理，各項孔隙度指標較低. 將各項土壤物理性質(zhì)指標按新鮮木塊邊長、體積分數(shù)分別進行分析發(fā)現(xiàn)，在木塊邊長上不具有顯著性，但隨著木塊變大，各指標逐漸增大，如圖1（a）所示. 在木塊體積分數(shù)上各指標均具有極顯著性（Ft=61.169， Fnc=79.312， Fc=26.656， plt;0.01），新鮮木塊體積分數(shù)60%的3個處理均值在各指標均顯著大于10%及30%的處理，30%體積分數(shù)的處理在總孔隙度和非毛管孔隙度上顯著高于10%的處理，如圖1（b）所示，說明添加更多新鮮木塊相較于添加不同邊長的新鮮木塊對栽培基質(zhì)的影響更大.

2.2 添加新鮮木塊對牡丹盛花期、形態(tài)指標及SPAD的影響

對各個處理牡丹的生長指標進行顯著性檢驗，如表3所示，不同處理牡丹株高年增量對基質(zhì)添加木塊的響應明顯，處理組間株高年增量具有顯著性差異，其中T9顯著高于T6和T8 （卡方χ2=17.696， plt;0.05）. 從中位數(shù)比較上可見，前三名的處理依次為T7，T9，T3，后三名的處理依次為T5，T6，T8. 牡丹的冠幅對基質(zhì)添加木塊的響應不明顯. 處理組間在冠幅指標上不具有顯著性差異，但從中位數(shù)比較中發(fā)現(xiàn)冠幅前三名的處理依次為T9，T6，T8，后三名處理依次為T7，T5，T1. 各處理的牡丹基徑年增量存在極顯著性差異（χ2=26.848， plt;0.01）. 從中位數(shù)比較中發(fā)現(xiàn)，基徑年增量前三名的處理為T9，T5，T4，后三名處理為T8，T2，T6. 各處理在盛花期天數(shù)上具有極顯著差異（χ2=19.597， plt;0.05）. 從中位數(shù)中比較發(fā)現(xiàn)，盛花期前三名的處理為T9，T5，T1和T7（并列），后三名處理為T2，T6，T4和T8（并列）. 各處理葉片SPAD值間存在極顯著性差異（F=19.041， plt;0.01），從均值比較中發(fā)現(xiàn)，前三名的處理為T7，T9，T4，后三名為T1，T2，T6.

2.3 對牡丹盛花期、形態(tài)指標及SPAD各影響因素極差分析

如表4所示，通過極差R分析可得到各變量對指標的影響程度和最優(yōu)水平，如品種（C）對株高年增量的影響大于木塊邊長（A）的影響，又大于木塊體積分數(shù)（B）的影響，RC（6.39）gt;RA（6.12）gt;RB（5.05），且比較K值發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)水平為A3B1C3. 同樣可知，在冠幅上，RBgt;RCgt;RA，最優(yōu)水平為A3B3C2；在基徑年增量上，RCgt;RBgt;RA，最優(yōu)水平為A3B3C3；在盛花期上，RCgt;RBgt;RA，最優(yōu)水平為A3B3C1和A3B3C3；在SPAD上，RCgt;RAgt;RB，最優(yōu)水平為A3B3C3. 由表4可知，牡丹的品種對多指標具有較大的影響，綜合最優(yōu)水平為：木塊邊長6 cm、木塊體積分數(shù)60％、“鳳丹”品種.

2.4 新鮮木塊作為改良基質(zhì)的可行性分析

為綜合評價添加新鮮木塊后的土壤基質(zhì)對牡丹生長的適配性，對盛花期、株高年增量、冠幅、基徑年增量、葉片SPAD這5個指標進行主成分分析. 由表5可知，前2個主成分累計貢獻率為76.70%，足以反映添加不同邊長及體積分數(shù)新鮮木塊對牡丹生長的影響. 故指標綜合評價模型Z由Y1，Y2這兩個主成分值和它們的貢獻率來構建，其表達式為Z=0.547 72 Y1+ 0.219 23 Y2. 由于初始各公因子的典型代表變量較難分辨，為能更好地解釋因子的意義，采用回歸法估計并輸出因子得分系數(shù)，得到意義較為明確的公因子. 由表6可知， Y1在株高年增量（x1）、基徑年增量（x3）、花期（x4）、SPAD（x5）這4項指標上都有較大的系數(shù)，方差貢獻率為54.772%，反映了花、葉、株高年增量，基徑年增量對基質(zhì)配方的響應，故命名為 “生長增量-花葉特征因子”. Y2在冠幅（x2）上有較大的系數(shù)，方差貢獻率為21.923%，反映了冠幅對基質(zhì)的響應，命名為“強冠幅形態(tài)因子”. 由此可得以下得分系數(shù)：Y1=0.459x1-0.091x2+0.546x3+0.489x4+0.492x5； Y2=-0.047x1+0.910x2+0.224x3-0.261x4+0.223x5. 最終結合原有指標標準化數(shù)值計算各處理的綜合得分，分析結果見表7. T9是綜合得分最高的組合，在兩個主成分分析中得分均為正值，T8是得分最低的組合，在兩個主成分分析中得分均為負值. 因此，添加適宜邊長及體積分數(shù)的新鮮木塊能改善牡丹的生長，木塊邊長6 cm、體積分數(shù)60%的配方最優(yōu).

3" 討 論

土壤物理性質(zhì)反映了土壤結構的穩(wěn)定性，能一定程度上說明土壤的質(zhì)量狀況［12］. 土壤顆粒的組成直接影響到土壤結構，與孔隙度有密切關系，不僅會影響土壤蓄水保肥能力［13-15］，還會影響植物的養(yǎng)分利用效率［16］. 本試驗發(fā)現(xiàn)，總孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度3項指標均與添加新鮮木塊的邊長、體積分數(shù)呈正相關關系. 水分脅迫、溫度脅迫、人為干預等，均會影響到植株的生長狀態(tài)［17-19］，新鮮木塊具有良好的儲水吸水能力，能更好地幫助牡丹花、葉正向生長. 本試驗發(fā)現(xiàn)：添加60%（體積分數(shù)）邊長為6 cm的新鮮木塊基質(zhì)栽培的牡丹，能獲得較大的株高年增量、最大的冠幅和基徑年增量、最長的盛花期和較高的SPAD值，說明該處理能賦予牡丹更好的長勢條件和更高的觀賞價值，有利于牡丹光合能力的提升及光合產(chǎn)物的積累［20］.

本文使用極差分析法綜合分析各因素對牡丹生長指標的影響，以得到試驗的最優(yōu)水平［21］，確定牡丹基質(zhì)配方的最優(yōu)選擇［22］. 由極差分析結果可知，牡丹品種會影響植株的各項指標，但新鮮木塊邊長6 cm、體積分數(shù)10%，或邊長6 cm、體積分數(shù)60%的組合一直入選最優(yōu)水平. 通過主成分分析法發(fā)現(xiàn)：新鮮木塊邊長6 cm、體積分數(shù)60%的組合得分最高，最值得被選用，結合極差分析的最優(yōu)組合，新鮮木塊邊長6 cm、體積分數(shù)10%的組合綜合得分第二，也較為適宜.

以農(nóng)業(yè)廢棄物為主要原材料，在無須添加天然資源的前提下，制作栽培基質(zhì)的配方體系是實踐生態(tài)文明的重要一步［23-24］. 與菇渣、生物碳等栽培基質(zhì)增加土壤肥力、減輕環(huán)境污染的優(yōu)點較為一致［25-26］，新鮮木塊在此基礎上能不經(jīng)過發(fā)酵、堆肥處理，直接施入土壤并緩慢腐蝕為木屑，不會造成燒苗等負面影響，擁有非常開闊的發(fā)展前景. 后續(xù)還可通過更多生理指標、根系指標、藥用價值等角度挖掘新鮮木塊應用于牡丹栽培的潛力［27-29］，此外，牡丹栽培還應考慮養(yǎng)護策略、氣候因素，以及不同木塊在土壤中的降解速度等因素，共同推動牡丹產(chǎn)業(yè)發(fā)展、栽培基質(zhì)綠色轉型［30-32］.

4" 結 論

本試驗使用3年生牡丹苗為材料，設計了以不同木塊邊長、體積分數(shù)和不同品種為參數(shù)的正交試驗，證明了使用新鮮木塊作為綠色有機栽培基質(zhì)在牡丹種植上的可行性. 以盛花期、形態(tài)指標、葉片SPAD值評定新鮮木塊作為土壤改良基質(zhì)對牡丹的影響，使用極差分析、主成分分析法共同得到了添加新鮮木塊邊長為6 cm、體積分數(shù)60%為最優(yōu)水平. 新鮮木塊作為綠色有機土壤添加劑在本栽培基質(zhì)試驗中成功應用，證明其具有很好的推廣應用價值.

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（責任編輯：顧浩然）