指数施肥对美国山核桃幼苗生长及叶片养分含量的影响

王益明，卢 艺，张 慧，鞠昌华，裴文明，胡 菲，万福绪*

(1.南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037;2.生态环境部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042)

培育优质苗木是提高造林成活率的重要基础，施肥是提高苗木质量的重要措施之一，但不同施肥方法的养分利用效率具有很大差异[1]。传统施肥一般采用等量施肥法，由于忽视苗木在不同生长时期的养分需求，存在着严重的养分利用效率低下的问题,不仅造成肥料的浪费，而且带来严重的土壤污染[2]。指数施肥是以指数递增方式添加养分，其添加速率与植株生长速率相适应，可以满足植株在不同生长时期的养分需求[3]。该方法可以诱导苗木达到养分奢侈消耗状态，能够有效地增加苗木体内的养分载荷，提高其竞争力，从而能够更好地适应困难立地条件[4]。苗木自身储存稳定营养可以降低早期生长的竞争，有效减少化肥的施用，对田间精准施肥和环境保护有重要的意义[5]。目前指数施肥法已经成为国外容器育苗的首选方法[6]。

美国山核桃又名长山核桃、薄壳山核桃,是胡桃科山核桃属的深根性树种，是世界著名干果树种,其具有生长迅速,树姿优美等特点，同时也是良好的水土保持树种[7]。近年来，美国山核桃在我国得到迅速推广，逐渐成为南方地区重要的经济树种。但美国山核桃具有深根性的特点，侧根及须根较少，这大大制约了其造林成活率，如何提高美国山核桃的造林成活率是当前亟待解决的问题[8]。目前对于美国山核桃施肥的研究并不多，尚未有关于指数施肥对美国山核桃生长特性的影响的研究报道。本研究采用指数施肥法研究不同施氮量对美国山核桃容器苗的生长和叶片养分含量的影响，目的在于探求其最适施氮量并为美国山核桃容器的科学育苗和精准施肥提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地设在江苏省南京市南京林业大学园林温室内。试验材料取自南京林业大学美国山核桃繁育基地。2017年4月选取生长相对一致的一年生美国山核桃实生苗300株移栽到规格为上口径16.5 cm、下口径11.5 cm、高24 cm的塑料花盆内。采用粒径为0.2～1.0 mm的河沙为盆栽基质。缓苗期约为一个月，至5月初开始进行指数施肥试验。幼苗初始苗高(16.8±0.40)cm,地径(3.21±0.05)mm。盆内套有双层白色塑料袋以防止水肥流失。试验过程中采用重量法来判断土壤水分状况，每隔2周移动1次苗盆以减少边缘效应。

1.2 试验设计

采用完全随机区组设计，共设置5个浓度梯度的指数施肥处理和1个不施肥处理对照组，每个处理试验幼苗15株，设置3个试验重复。试验采用指数施肥模型[9]计算各处理的施肥量，其具体公式如下：

NT=NS(ert-1)

(1)

Nt=NS(ert-1)-Nt-1

(2)

式(1)和(2)中，NT表示施用氮素总量;NS表示指数施肥处理前幼苗的初始氮含量;Nt表示在相对增加率r下，t次施肥时的施氮量;Nt-1代表包含第(t-1)次施肥的施氮总量;r表示氮素相对添加率;t表示指数施肥次数。参考Timmer[9]的方法设定NS:对施肥处理前的幼苗样品进行测定，得出NS=25.35 mg/株。依照指数施肥模型，设置5个不同的氮素指数施肥处理分别为100、200、400、600和800 mg/株，分别用N100、N200、N400、N600和N800表示;用CK表示不施肥对照组。每次施肥间隔为1周，共计进行12次指数施肥处理。本研究的试验肥料为水溶性复合肥，其主要养分含量为N 20%，P2O520%，K2O 20%。本试验采用水溶施用的方法，每株幼苗每次施用20 mL。每次指数施肥的具体施氮量见表1。

表1 美国山核桃不同指数施肥处理的施氮量 (mg/株)

1.3 指标测定

生长参数测定：分别用直尺及游标卡尺测定幼苗的苗高和地径。生物量测定:每小区随机选取生长相对一致的幼苗5株，用去离子水洗净，按根、茎、叶分别剪下，在烘箱中105℃对其进行30 min杀青处理，然后在85℃下烘干至恒重，用电子天平称量其根、茎、叶生物量。总生物量(g/株)=根生物量+茎生物量+叶生物量。

叶片养分含量测定：称量后取样品粉碎过0.5 mm筛，用元素分析仪(德国，VARIO Macro)测定叶片全氮含量。钼锑抗比色法(LY/T 1269—1999)测定叶片全磷含量，火焰光度法(LY/T 1270—1999)测定叶片全钾含量。

1.4 数据处理

用Excel 2013对试验数据进行图表处理,用SPSS 22.0进行方差分析及LSD多重比较。

2 结果与分析

2.1 指数施肥对美国山核桃幼苗苗高和地径的影响

如图1所示，当施氮量≤600 mg/株时美国山核桃幼苗的苗高和地径均随着施氮量的增加呈现递增趋势，而当施氮量达到800 mg/株时苗高和地径都出现下降的趋势。苗高和地径都在N600达到最大值，分别为33.4 cm和5.08 mm,分别是CK对照组的1.48和1.45倍。方差分析结果表明，施肥结束时不同处理间的苗高和地径差异显著。多重比较结果显示:各施肥处理中的苗高除N600和N800处理差异显著外，其余各施肥处理间均无显著差异；但各施肥处理均与对照组CK有显著差异。地径各施肥处理间无显著差异，但均与CK对照组差异显著。说明适量施氮可以显著促进美国山核桃幼苗苗高和地径的生长，而施氮量过大对苗高和地径的生长会产生一定的抑制作用。

图1 指数施肥对美国山核桃苗高和地径的影响注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

2.2 指数施肥对美国山核桃幼苗生物量分配的影响

由表2可知，美国山核桃幼苗不同处理的茎生物量、叶生物量和总生物量均随着施氮量的增加而呈现先增后减的趋势，均在N600处理取得最大值，分别为2.30、4.39和9.33 g/株，是CK对照组的2.30、4.99和2.17倍，说明施氮处理对茎生物量、叶生物量和总生物量的增加有显著促进作用，其中对叶生物量促进作用最大。而根生物量则表现出不同的规律，随着施氮量的增加根生物量呈现递减的趋势。多重比较结果表明：不同施肥处理的茎生物量、叶生物量和总生物量均与CK对照组差异显著，而根生物量除了N100和N200外，其余处理均与CK对照组无显著差异，说明指数施肥处理对茎和叶的生物量积累有明显的促进作用，但只有低量施氮才对根生物量的增加效果明显。

表2 指数施肥对美国山核桃生物量分配的影响

注：不同小写字母表示处理间差异显著，P<0.05。下同。

同一处理的美国山核桃幼苗不同器官生物量所占总生物量的比例存在着明显规律。美国山核桃幼苗各指数施肥处理的叶生物量所占比例比对照组CK增长了15.27～27.73个百分点，根生物量所占比例比对照组CK降低了11.66～27.87个百分点，而茎生物量所占比例与CK对照组相比变化不大。说明施氮促使苗木将更多的生物量分配到叶片以促进光合作用，而向根部分配的生物量随之减少。

2.3 指数施肥对美国山核桃幼苗叶片养分含量的影响

如表3所示，各施肥处理美国山核桃幼苗叶片的氮含量依次为：N800(32.96 g/kg)>N600(29.92 g/kg)>N400(28.73 g/kg)>N200(27.34 g/kg)>N100(23.22 g/kg)>CK(16.21 g/kg)。各指数施肥处理叶的氮质量分数比对照组CK提高了0.43～1.03倍。叶中磷含量依次为：N800(2.81 g/kg)>N600(2.56 g/kg)>N400(2.53 g/kg)>N200(2.39 g/kg)>N100(2.28 g/kg)>CK(1.09 g/kg)。各指数施肥处理叶片磷含量比对照组CK提高了1.09～1.58倍。叶中钾含量依次为：N800(22.28 g/kg)>N600(21.09 g/kg)>N400(19.07 g/kg)>N200(15.89 g/kg)>N100(12.31 g/kg)>CK(6.71 g/kg)。各指数施肥处理叶的钾含量比对照组CK提高了0.83～2.32倍。叶的氮含量、磷含量和钾含量均随着施氮量的增加而增加，各指数施肥处理均与对照组(CK)有显著差异，这表明指数施肥显著提高了美国山核桃幼苗叶片的养分含量。

表3 指数施肥对美国山核桃幼苗叶片养分含量的影响

2.4 适宜施氮量的确定

根据幼苗生物量与叶片N、P、K含量绘制散点图可以看出，叶片N、P、K含量与生物量呈抛物线关系(图2)。应用美国山核桃幼苗生物量与叶片N、P、K的含量拟合一元二次抛线物方程，经显著性检验发现，3个方程的显著性水平达到0.01(表4)，依据这些曲线上最大生物量的90%相对应的养分含量作为临界值和最适含量范围。美国山核桃幼苗叶片N、P、K含量的临界值分别为22.58、1.89和12.71 g/kg，最适含量范围分别为22.58～32.73、1.89～3.15和12.72～22.05 g/kg。根据叶片N、P、K的最适浓度范围确定美国山核桃幼苗的适宜施氮量范围分别为100～600、100～800和200～600 mg/株，综合3种元素的最适含量范围得出，200～600 mg/株为美国山核桃幼苗的适宜施氮范围。

图2 指数施肥下美国山核桃幼苗生物量与叶片养分含量的关系

表4 美国山核桃幼苗叶片养分含量与生物量的抛物线回归方程

3 讨论与结论

在本研究中，美国山核桃幼苗的地径、苗高、总生物量均随着氮素施用量的增加呈现先增后减的趋势，在600 mg/株时达到最大值；当施氮量增加到每株800 mg时幼苗的地径、苗高、总生物量均出现明显下降。施氮使幼苗降低了根系的生物量分配比例，将更多的生物量分配到了茎叶部位，这与贾瑞丰等[10]对红厚壳幼苗的研究结果一致。在本研究中，随着施氮量的增加，叶片的N、P、K养分含量均呈现上升趋势，说明指数施肥显著提高了美国山核桃幼苗体内的养分承载，这有利于提高其苗木造林成活率。

植物的生物量与叶片养分含量关系密切，这是植物营养诊断的理论基础。自Ulrich等[11]提出用植物最大理论生长量或产量的90%所对应的叶片养分含量作为临界含量之后，临界值营养诊断法已经在林业领域得到广泛应用。Ericsson等[12]的研究表明:垂枝桦的叶片最适氮含量和磷含量分别为33.7和4.8 g/kg。黄益宗等[13]对1年生尾叶桉的叶片养分分析表明，其临界养分N、P、K含量范围分别为15.3～18.1、1.2～1.7和4.2～5.6 g/kg。陈琳等[14]研究表明，西南桦幼苗叶片N、P、K最适含量范围分别为37.8～59.1、4.1～6.3、24.4～34.7 g/kg。何茜等[15]确定出马来沉香和土沉香苗期叶片N、P、K的最适含量范围分别为35.55～53.11、1.75～2.73、17.99～26.63和37.78～58.56、3.08～4.44、18.89～29.28 g/kg。本研究中，美国山核桃幼苗叶片N、P、K含量的临界值分别为22.58、1.89和12.71 g/kg，最适含量范围分别为22.58～32.73、1.89～3.15和12.72～22.05 g/kg。根据叶片N、P、K的最适浓度范围确定美国山核桃幼苗的适宜施氮量范围分别为100～600、100～800和200～600 mg/株，综合3种元素的最适含量范围得出，200～600 mg/株为美国山核桃幼苗的适宜施氮范围。

综上所述，指数施肥对美国山核桃幼苗的苗高、地径和生物量均有显著促进作用，当施氮量为600 mg/株时美国山核桃幼苗的苗高、地径和总生物量等生长指标均达到最大值，施氮量增至800 mg/株时则均出现明显下降。综合苗木生长和叶片养分状况可以得出，在指数施肥方式下，施氮量600 mg/株为美国山核桃幼苗温室培育的最适施氮量。