不同氮磷钾配比对红花玉兰幼苗生长及养分转运的影响

施侃侃，梁 栋，贾忠奎

（北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083）

红花玉兰Magnolia wufengensisL.Y.Ma et L. R.Wang，木兰科玉兰亚属，是2004年由马履一、王罗荣等人首次发现的木兰科木兰属玉兰亚属新种[1]，主要分布于湖北省五峰土家族自治县，具有极高的观赏价值和科研价值[2]。红花玉兰发现至今，栽植培育多采用播种育苗[3]，并已基本形成了培育模式，但是在后期管理中肥料应用粗放，投入量大，利用率低，没有形成相对精细的施肥制度，缺乏科学性。

施肥是植物营养调控的重要手段[4]，合理的肥料管理有助于苗木发挥更大的生长潜力[5-6]。N、P、K 3种元素是植物生长大量需要、且生产上需要经常大量补充的营养元素[7]，合理的施肥能够使植株内3种元素的浓度保持在适当的水平，从而实现稳产的目的[8]。通过对土壤、植物组织分析和田间试验等科学方法开展研究，结果表明混合施肥比单一施肥效果更加显著[10-13]。目前对木兰科植物的施肥效应研究多数只是在繁育技术中简单提到。田晓明等[14]、胡小龙等[15]分别对木兰科的墨紫含笑Michelia crassipes‘MOZI’、杂交鹅掌楸Liriodendron chinense(Hemsl.) Sarg. ×L. tulipiferaL.和厚朴Magnolia of ficinalisRehd. Et Wils.进行了施肥研究，结果表明，合理的施肥对植株的生物量有显著促进作用，也能够促进植株的高生长和胸径生长。综上，木兰科植物的施肥研究多以苗高、地径、生物量等的影响来说明施肥效果，而对能直接评价施肥效果的养分积累和肥料转运的探索较少。

红花玉兰作为2004年发现的新种，在施肥研究上只是进行了初探。郝跃等人[16-17]对红花玉兰的施肥进行了初步研究，砂培试验条件下，分别对其单施氮肥、磷肥、钾肥，研究发现，氮肥只有在适合的浓度范围下才会对苗高生长起到促进作用；磷肥对红花玉兰1年生植株的影响主要体现在根系生长上，高磷对根系生长起到促进作用；而钾肥对红花玉兰生长的影响并不明显。为了探讨红花玉兰当年生幼苗的苗期综合施肥效果，本研究根据现有的施肥试验结果，将氮磷钾3种肥料通过正交试验设计了9种不同的配比整体施入，分析不同氮磷钾配比对红花玉兰当年生幼苗生长的影响，并深入研究不同处理间苗木各器官养分含量积累和转运效率的差异，为红花玉兰的苗期施肥提供科学依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于北京市鹫峰北京林业大学森林培育野外试验站温室进行，温室内设备齐全，能够提供充足的光照，灌溉浇水设施便捷。供试苗木为2015年5月播种的当年生红花玉兰幼苗，苗木规格基本一致，平均苗高为7.6 cm，平均地径为2.64 mm，由湖北五峰博翎有限公司提供。

1.2 试验设计

施肥试验采用3因素、3水平L9（34）正交试验设计[18]，详见表1。氮肥设3个水平：160 mg/株（A1）、320 mg/株（A2）、480 mg/株（A3）。磷肥设3个水平：80 mg/株（B1）、160 mg/株（B2）、320 mg/株（B3）。钾肥设3个水平：80 mg/株（C1）、160 mg/株（C2）、320 mg/株（C3）。以不施肥作为对照CK，共10个处理。每个处理15盆。施用的药剂为：CO(NH4)2、NH4H2PO4、KCl，每次施用剂量详见表2。由于幼苗于当年5月种植，考虑到苗木生长周期为5月至10月，所以将肥料分4次于2015年6、7、8、9月等量浇施。浇施时将配好的肥料溶解于水中，用50 mL注射器直接注入容器。

表1 施肥方案Table1 Fertilization plan mg·株-1

1.3 测定方法

6月初整体取5株幼苗，冷藏保鲜带回试验室进行生物量和各项指标的测定。9月下旬进行最后1次施肥后，待幼苗落叶植株内养分不再流转时，于11月中旬，每个处理分别取5株植株，进行各项指标的测定。样品采用浓硫酸-过氧化氢消煮法进行消煮后，应用AA3连续流动分析仪测定全氮、全磷含量，应用火焰光度法测定全钾含量。各项指标重复测定3次，取平均值分析。

试验结果采用的评价指标为转运效率和养分利用率[19]，其计算方法如下：

表2 肥料配置Table2 Fertilization combinations of each treatment mg·次-1

式（1）中：T为转运效率（%）；N1为施肥前养分积累量（mg）；N2为施肥后养分积累量（mg）。式（2）中：A为养分利用效率（%）；U0为对照植株养分吸收量（mg）；U1为施肥处理植株养分吸收量（mg）。

1.4 数据统计分析

运用SPSS22.0软件进行数据分析。以单株植株的苗高、地径、生物量和氮磷钾含量等的测定值为基础，进行方差分析。当固定变量达到显著（P＜ 0.05）时，采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同氮磷钾配比下苗高、地径和生物量的差异

由表3可知，除A1B2C2处理的地径与对照组无显著差异外，其他处理均与对照组存在显著差异。在A3B1C3处理下，地径达到最大（10.786 mm），比对照增大了40.6%。在高生长上，A1B2C2处理与对照无显著差异，其他处理均显著高于对照，处理间差异也较显著，A2B1C2处理的苗高最高，为68.42 cm，比对照提高了99.8%。

从表4可看出，不同处理间根生物量、茎生物量、叶生物量和整株生物量均高于对照组。各处理的根生物量比CK提高了28.6% ～131.7%，A2B3C1、A3B1C3、A3B2C1、A3B3C2处理显著高于对照组，A3B2C1的根生物量最高，达到15.692 g·株-1。施肥处理后的茎生物量比CK提高了75.5% ～206.6%，9个施肥处理均显著高于对照组，A3B3C2处理的茎生物量最高，为9.474 g·株-1。处理后的叶生物量比CK提高了47.1% ～158.5%，A2B3C1、A3B1C3、A3B3C2处理显著高于对照，A3B3C2处理叶生物量最高，达到6.808 g·株-1。施肥处理后的整株生物量比CK提高了47.2% ～138.2%，除了A1B2C2处理与CK没有显著差异外，其余施肥处理的整株生物量均显著高于对照组，A3B3C2处理的整株生物量最大，为29.766 g·株-1。从生物量来看， A3B3C2处理最有利于幼苗生物量的积累。

表3 不同施肥处理下植株的苗高、地径†Table3 Height and ground diameter of each treatment

2.2 不同氮磷钾配比与植株各器官营养积累的关系

2.2.1 氮在植株各器官中的分配

氮养分含量在植株内不同营养器官的积累直接关系到苗木的生长。由图1可知，不同施肥处理下幼苗各个器官的氮养分分配不同，氮分配率的总体规律为根＞叶＞茎。A2B3C1处理的整株含氮量显著高于对照，在各处理间含量最多，为19.839 mg·g-1。各处理根部氮积累量均显著高于对照组，提高了19.4% ～58.3%，A2B2C3、A2B3C1两个处理的根部氮养分含量最高，分别达到了 8.43 mg·g-1和 8.24 mg·g-1。各处理茎部氮积累量比CK提高了0.2% ～10.8%，A2B3C1处理的含氮量最高，为5.19 mg·g-1。各处理叶部的氮含量比CK提高了7.1% ～63.9%，A1B1C1、A3B2C1两个处理的氮素在叶片部分的积累是最大的，为 7.04 、6.54 mg·g-1。综合来看，A2B3C1 处理可显著影响整株、根部、茎部的氮含量，在这个水平下的氮磷钾配比和用量更有利于红花玉兰幼苗氮素的积累。

2.2.2 磷在植株各器官中的分配

磷在植物的生长发育中以多种方式参与到植物体内各种生物化学反应中，对促进植物的生长发育和新陈代谢有着非常重要的作用。由图2可知，磷在植株内分配的总体规律为根＞茎＞叶，A1B3C3、A2B1C2处理的磷含量要高于对照，达到了3.271、3.120 mg·g-1，其他处理的整株磷含量均低于对照。不同处理的根部磷养分含量为CK的75.6% ～110.7%，含磷量较高的处理为A2B2C3、A1B3B3、A2B1C2， 分 别 达 到 了 1.71、1.69、1.55 mg·g-1。不同处理的茎部磷养分含量为CK的90.0% ～114.4%，含量较高的处理为A3B3C2、A3B2C1， 分 别 为 1.10、1.09 mg·g-1。 不 同 处 理下叶部的磷积累达到CK的66.7% ～125.0%，A2B1C2、A1B3C3处理的磷积累最多，为0.69 、0.67 mg·g-1。

表4 不同施肥处理下植株的生物量†Table4 Biomass of different treatments g·株-1

图1 氮在植株各器官中的分配Fig.1 The nitrogen distribution in different vegetative organs

图2 磷在植株各器官中的分配Fig.2 The phosphorus distribution in different vegetative organs

综上所述， A2B1C2、A1B3C3处理更有利于磷素在红花玉兰幼苗体内的积累。

2.2.3 钾在植株各器官中的分配

植株体内钾的主要作用为活化呼吸作用和光合作用中的酶活性，当钾供应充足时，纤维素和木质素含量提高，使茎坚韧、抗倒伏。由图3可知，植株内钾养分分配的总体规律为根＞叶＞茎，A3B2C1、A2B3C1、A2B1C2处理整株钾含量要显著高于对照组，分别达到了36.205、34.595、32.789 mg·g-1。各处理的钾在根部的积累量达到CK的87.5% ～120.7%，其中含量最高的是A3B3C2处理，为15.369 mg·g-1。不同处理茎部的钾积累量为对照的63.1% ～123.4%，A3B2C1、A2B1C2处理的含量较高，为4.976 、4.450 mg·g-1。不同处理叶的钾含量均显著高于CK，提高了24.9% ～103.0%，其中最高的处理为A2B3C1、A3B2C1，分别达到了 16.742、15.860 mg·g-1。 综合考虑，A2B3C1、A3B2C1处理更有利于幼苗体内的钾素积累。

图3 钾在植株各器官中的分配Fig.3 The potassium distribution in different vegetative organs

2.3 不同氮磷钾配比对根茎养分转运效率的影响

根的养分吸收和茎的养分转运在幼苗的生长中十分重要，直接影响了幼苗的发育状况。根据表5可看出，只有在适合的氮磷钾配比下养分的积累才会高于对照，才会对植物生长起到促进作用，而且从整体来看氮的转运效率（91% ～134%）要高于磷（42% ～63%）和钾（38% ～77%），其中磷的转运效率最低。各处理的氮转运效率均显著高于对照，处理间差异也十分显著，A2B2C3处理下，氮的转运效率最高，比对照组提高了61%，达到134%；在磷的转运效率上，只有A1B3C3、A2B2C3两个处理超过了对照组，转运效率达到64%、63%，分别提高了6%、5%；各处理的钾转运效率也出现了低于对照组的现象，而A3B2C1处理下的钾转运效率要显著高于其他处理，比对照组提高了32%。

2.4 不同氮磷钾配比对氮磷钾利用率的影响

由表6可知，不同的施肥处理下，氮的利用率在10.4% ～38.7%之间，利用率较高的处理有 A2B3C1（38.7%）、A2B2C3（36.3%）； 磷的利用率在18.5% ～44.8%之间，其中较高的有A1B3C3（44.8%）、A2B1C2（38.1%）、A2B2C3（35.4%）；钾的利用率在6.1% ～44.4%之间，最高的处理为A2B3C1（38.0%）。分析养分利用率，A2B3C1处理下最有利于植株生长。

表5 不同施肥处理对养分转运效率的影响†Table5 Effects of different treatments on the translocation%

表6 不同施肥处理的养分利用率Table6 Application rates of different treatments %

2.5 综合分析

采用主成分分析法对各项指标进行综合分析，综合得分越高表明越有利于植株生长。分析结果显示前3个综合指标的特征值超过1（2.438、1.711、1.353），贡献率分别为40.63%、28.52%、22.55%，累积达到91.70%，即这3个综合指标代表了原来单项指标91.70%的信息。从表7可看出，A2B3C1处理的综合得分最高，在9个施肥处理中排名第一，即A2B3C1处理的表现最优，最有利于红花玉兰幼苗的生长。

表7 不同氮磷钾处理综合得分Table7 Scores of different treatments

3 结论与讨论

3.1 氮磷钾配比与苗木生长量的关系

本研究发现，幼苗期施肥对红花玉兰的生长有促进作用。施肥对植株苗高有显著促进作用，即对地上部分影响较大，但是对地径生长影响不大。在生物量上，施肥处理后的茎生物量均显著高于对照，提高了75.5% ～206.6%，但根生物量只 有 4个 处 理（A2B3C1、A3B1C3、A3B2C1、A3B3C2）显著高于对照。综合高生长、地径变化和生物量，幼苗期施肥对苗木地上部分影响较大，这与一般的植物生长规律是一致的[20]。

3.2 氮磷钾配比与各器官养分积累的关系

不同的氮磷钾配比也会改变红花玉兰幼苗各营养器官内养分的积累情况。试验结果表明，氮在各器官中的分配规律为根＞叶＞茎，磷的分配规律为根＞茎＞叶，钾的分配规律为根＞叶＞茎。在其他树种的施肥试验中，也发现了如上所述的规律[21]。

在本试验条件下，A2B3C1处理可显著提高植株氮含量，比CK提高了38.7%；A2B1C2、A1B3C3处理能够提高植株体内的磷含量，比CK提高了2.0%、6.9%；A2B3C1、A3B2C1处理能够显著提高植株体内的钾含量，比CK提高了37.8%、44.2%。研究结果显示，氮磷钾的积累规律并不是十分一致的，这可能与3种元素的交互作用有关。本试验设计采取的是正交试验，是一种不完全试验，可以通过拟合肥效响应曲线寻求拐点来确定最佳施肥量[22-23]，因此后期还可以进行更加细致的数据分析，从而得到更精细的结果。

3.3 氮磷钾配比与转运效率、利用率的关系

本研究表明，并不是所有处理都能够正向促进植株内的养分转运效率。不同的氮磷钾配比对红花玉兰根、茎中的养分转运效率有显著影响，氮的转运效率（91% ～134%）要高于磷（42% ～63%）和钾（38% ～77%）。植物体内的养分来源为根部对养分的吸收，试验结果表明，运转效率与根部养分的积累量基本呈正相关，根部养分积累大的处理，转运效率也较高。

试验结果显示，氮的利用率最高值为38.7%，施肥量并不是最高值而是A2水平。磷的最高利用率为44.8%，施肥水平为B3，即在高磷施用情况下出现。钾的最高利用率为44.4%，施肥水平为C1，即最低施用量。这个结果与营养元素的积累规律一致，氮积累最高的处理下，氮的施肥量处于A2水平；磷积累最高的处理下，磷的施肥量处于B3水平；钾积累最高的处理下，钾的施肥量处于C1水平。苗木对养分的吸收存在一个阈值，当低于或者超过时，都不能促进苗木生长，因此适量施肥提高养分利用率是十分必要的。试验中，利用率达到最高时，磷的施用量为设计施肥量的最大值（320 mg·株-1），而钾的施用量为设计施肥量的最小值（80 mg·株-1），因此在后期试验中有必要进一步研究磷和钾的施用量。

3.4 小 结

养分的合理控制在苗木培育中是十分重要的[24]，植株在不同的生长时期有不同的养分需求，因此针对红花玉兰的施肥研究仍然十分重要。本研究综合分析了红花玉兰容器苗的生长、生物量、养分转运效率、利用率等因素，认为当施肥处理为A2B3C1，即施氮量320 mg·株-1、施磷量320 mg·株-1、施钾量 80 mg·株-1、氮磷钾配比为4∶4∶1时，幼苗的生长状况最好。但是在实际的大田生产中，苗木的生长还会受到各种因素的影响。比如施肥时间的控制，苗木施肥通常选择在春季或初夏进行，此时为苗木生长的旺盛时期，最有利于根系从土壤中吸收利用养分[25]。参考其他木兰科植物的施肥时间，广玉兰的施肥时间大致为每年的5月下旬和7月下旬[26]，黄玉兰的施肥时间则为开花后1次、落叶后1次[27]，红运玉兰5月每隔10 d喷施1次、7月、9月各施1次等[28]。因此本试验设计的4次施肥制度还有待推敲，需要进一步根据红花玉兰的需肥规律来进一步讨论。温度、湿度、光照等也都是生产中必须要考虑的环境因素。此外，利用一些数学方法拟合肥效模型，或者采用诸如DRIS营养诊断[29]的方法进行研究，都能够提升红花玉兰的培育技术。因此，以盆栽试验所得数据为参考，还应该持续开展田间验证试验，为大规模生产提供依据。