日本落叶松种子园结实母株种实性状对氮磷钾配比施肥的响应

吕 寻 胡勐鸿

( 1. 甘肃省小陇山林业实验局，甘肃 天水 741020；2. 甘肃省次生林培育重点实验室，甘肃 天水 741022；3. 甘肃省小陇山林业实验局林业科学研究所，甘肃 天水 741022)

日本落叶松（Larix kaempferi）由于适生性广、易于栽培、早期速生、成林快、干形通直、材质优良的特性[1-2]，成为广大北方和西南高海拔地区退耕还林、荒山绿化、丰产林主要造林树种之一，是我国重要的建筑结构材和纸浆用材树种[3-6]；已经成我国针叶树种中栽种区最广的树种，主要栽培区由原来的辽东山区扩大到包括四川、湖北、湖南、贵州在内的14个省（区）[7]。据第8 次全国森林资源清查数据显示：落叶松人工林面积为314×104hm2，占全国人工林总面积的6.66%，蓄积1.84 亿m3，占人工林蓄积的7.42%。蓄积、面积在我国主要优势树种人工林蓄积、面积比重中排名第3 和第4，与第七次全国森林资源清查比较，落叶松人工林面积呈逐年增长趋势。我国是世界上落叶松人工林经营第一大国[1]，其中日本落叶松占一半以上[3]。大部分日本落叶松人工林逐渐进入主伐期。采伐迹地人工更新主要靠种子苗。但是落叶松种子园受树体本身的遗传因素（如大小年等）[8]、环境条件（土壤肥力、光照、降水、风力等）和管理水平（施肥、修剪、病虫害防治等）等的影响，种子产量极不稳定[2]，难以满足社会对良种的需求，自然未改良种子仍是造林用种子的主体。良种使用率依然很低，选育的强杂种优势组合未能得到有效推广，良种化进程缓慢[1]。严重妨碍了日本落叶松人工林经营效益的提高。氮（N）、磷（P）、钾（K）是植物生长发育所必需的大量矿质元素，N、P、K 适宜的养分配比，能充分发挥不同肥料的耦合、协同和激励作用，相互促进肥效的发挥，提高肥料利用效率[9-12]。从而达到促进植物生长、稳产和高产的目的[13-15]。否则，盲目、过量和不合理施肥不仅达不到增产的目的，反而使肥料利用效率下降，造成肥料资源的大量浪费，增加成本，造成香梨果树的非正常减产，致使果实品质下降甚至树势衰减[15]，甚至对环境产生严重的负面影响[16]，成为农业点源污染的主要来源[17-19]。

N、P、K 是生产中常用的肥料[20]，其配比施肥在我国农作物和经济林中研究比较广泛，成效显著[21-25]。林木种子园在油松（Pinus tabulaeformis）[26]、红松（Pinus koraiensis）[27]、华山松（Pinus armandi）[28]、云 南 松（Pinus yunnanensis）[29]、樟 子 松（Pinus sylvestrisvar.mongolica）[30-31]、福建柏（Fokienia hodginsii）[32]等树种中进行过施肥研究，但是与农作物和经济林相比，集约化程度不高。通过不同肥料配比精准施肥，有效提高了马尾松（Pinus massoniana）[33]、杉木（Cunninghamia lanceolata）等树种高世代种子园种子产量和品质[34]。日本落叶松种子园进行过氮素施肥方式、施肥时间和施肥量对球果产量和抗逆性影响的研究[35-37]；但是单一的施肥有许多弊端[38]，任何一种养分的过量投入往往导致多种元素的不协调，可使肥效失灵，投入的营养元素无增产效果，甚至造成减产[39]。而且适宜的施肥配方也因树种甚至同一树种在不同生长发育时期对养分的需求而异。因此为有效提高肥料利用效率，减少化肥施用量，节约成本，避免造成浪费和环境污染，在沙坝落叶松/云杉国家良种基地根据日本落叶松嫁接无性系种子园土壤肥力状况，研究了N、P、K 不同配方施肥对种实性状的影响，期望为种子园施肥管理提供参考。

1 试验地概况

试验地设在甘肃小陇山林业实验局沙坝国家落叶松/云杉良种基地，地理位置为105°51′27″～105°54′51″N，34°07′28″～34°10′22″E，海 拔1 560～2 019 m，相对高差700～1 000 m。坡度一般为28°～40°。地貌上属秦岭西段，与青藏高原相邻，受西北干寒气流影响大。气候属我国暖温带南缘与北亚热带的过渡地带，气候温暖湿润，为温带湿润区。气候特点是冬无严寒夏无酷暑，春季气温回升快，常有倒春寒和春旱发生。年均气温7.2 ℃、极端最高气温32 ℃、极端最低气温-27 ℃、年均降水量460～1 012.2 mm，降雨集中分布在7—9月，一般春秋雨占年降雨量的70%～80%，降雨年际变化较大，枯、丰年份降水量相差近1 倍，年蒸发量989～1 658 mm，平均相对湿度68%～78%；干燥度1.25～1.50，径流深度100 mm 左右。平均年日照时数1 520～2 313 h；≥10 ℃的有效积温2 443～3 825 ℃，无霜期154～185 d。土层厚度30～60 cm，土壤以山地褐土、山地棕壤为主。

日本落叶松种子园处在山麓坡脚、沟谷地带，地势平坦，紧邻河流，灌溉方便。施肥前土壤本底测定结果，土壤全N 含量比较高，在0.21%～0.56%之间，速效N 的含量在20～60 mg/kg，土壤全P 含量在0.026%～0.065%之间，土壤有效P 含量在5～10 mg/kg，为全P 含量低的区域，全K 含量分布在1.5%～2%之间，含钾量较高。速效N 和有效P 俱缺。

2 材料与方法

2.1 试验材料

由于日本落叶松不同无性系间结实力存在显著差异[8]，且具有施肥和无性系效应[37]。为消除无性系效应，试验选择日本落叶松无性系种子园（为1987年采用辽宁省日本落叶松优树嫁接，无性系错位配列，株行距6 m×6 m，整地规格80 cm×80 cm×60 cm 营建初级种子园）14、15 大区内，生长势基本一致、树体没有损伤（人为修剪、环剥等）、树冠完整，已经正常结实的12 号无性系分株为试验材料。母树年龄＞30 a，平均胸径29.8 cm，平均树高15.6 m，平均冠幅8.9 m。

N 素为尿素（NH4HCO3），兰州茗溢石化产品有限公司生产，总氮≥46.4%；施N 量（纯养分）设置N0（0 kg/株）和N1（0.46 kg/株）2个水平。

P 素为过磷酸钙（Ca（H2PO4）2，有效成分为P2O5），白银荣峰化工有限公司生产，有效磷≥12.0%； P 素 纯 养 分 设 置P0（ 0 kg/株）、 P1（0.12 kg/株）、P2（0.24 kg/株）3个施 肥 水平；K 素为硫酸钾（K2SO4），国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产，有效氧化钾（K2O）≥52.0%，K 素纯养分设置K0（0 kg/株）、K1（0.52 kg/株）、K2（1.04 kg/株）3个施肥水平。施肥前将氮磷钾按照相应配比充分混合均匀后待用。施肥组合设计见表1。

表1 N、P、K 施肥处理组合设计Table 1 Different fertilization amount treatments of N， P and K

2.2 试验设计

采用随机试验设计，氮、磷、钾（N∶P∶K）质量配比设置4 水平试验（见表1），每个处理3 株为1 次重复，3 次重复，其中N0P0K0为对照，3 次重复共处理30个无性系分株（其中对照为3 株）。施肥时间：从2011年开始，每年3月中下旬（散粉前10 d 左右）施肥，连续施肥3 a。根据落叶松起主要吸收功能的细根（≤5 mm）生物量在树干和树冠投影边缘的中点处最大的特点[40]，施肥方式采用环状沟施肥，即以试验母株树干基部为圆心，树冠正投影1/2 处为半径，用铁锹或䦆头开挖宽30 cm 左右，深30～50 cm 的环状沟渠，按照试验设计将肥料均匀的洒在沟渠内，然后覆土。

2.3 数据收集与分析方法

种子成熟后，按照试验设计，单株采收球果，为保证试验的准确，采种时尽量防止树体损伤，尽可能将球果采收干净。每个单株随机抽取30个球果，采用电子游标卡尺测量球果长（mm）、球果宽（最宽处）（mm），种子调制后，每个单株随机抽取30 粒种子，采用电子游标卡尺测量种子长（mm）、种子宽（mm），精度0.01 mm。用电子天平称量随机抽取的每个单株球果鲜质量（g）和单个球果生产种子质量（g），测量每个单株种子千粒质量（g），精度0.01 g。

数据采用SPSS 16.0 进行方差分析（ANOVA）和多重比较（Duncan），方差分析模型为：

式中： µ为群体均值， αj为第i区组效应值（i=1，2， 3，…, n）， βk为第j水平效应值（j=1， 2， 3， …, m），αβjk和eijk分别为试验误差和随机误差。

3 结果与分析

3.1 氮磷钾配比施肥对球果性状的影响

方差分析和多重比较结果显示，氮磷钾不同配比水平施肥对日本落叶松结实母树球果长（F=148.63）、球果宽（F=62.92）、球果长/球果宽（F=81.27）、球果鲜质量（F=77.57）、单个球果平均生产种子质量（F=41.86）等的影响具有显著差异（P＜0.05），多重比较结果见表2。

表2 氮磷钾不同配比施肥对日本落叶松球果性状影响的多重比较Table 2 Multiple comparison of effects of different ratios of N， P and K fertilizer on cone traits of L. kaempferi

多重比较显示，氮、磷、钾不同配比水平施肥对球果长的影响，不同处理间均具有显著差异（P＜0.05），且处理3 的效果最为显著，显著高于对照和其他配比施肥水平，处理3 球果长高出对照60.1%，比处理4 和处理2 增加了36.2%和14.5%，而且处理2 的球果长比处理4 高18.9%。同对照（ck）相比，不同配方施肥球果长都显著高于对照（P＜0.05）。在施N 和施K 水平不变时随着P素水平的提高球果长显著提高，但是施N 和施P 水平相同时随着施K 水平的提高球果长反而有减小的趋势（见表2）。不同施肥处理球果宽均显著高于对照（P＜0.05），处理3 和处理2 的球果宽最大，分别为（17.62±0.83）mm 和（17.08±0.95）mm，且二者差异不显著，但二者均与处理4 差异显著（P＜0.05）。处理2 和处理3 球果宽虽然差异不显著，但是处理3 比处理2 球果宽大，表明在施N 和P 水平相同时，增加P 素施肥水平，球果宽有所增加，虽然与处理2 相比，球果宽的增加没有达到差异水平，增加K 素施肥水平球果宽反而不及处理2 和处理3 大。球果长/球果宽比是球果形态特征的反映，球果鲜质量决定了单个球果生产种子的多少。球果长/宽和球果鲜质量处理3 最好，且与其他处理差异显著（P＜0.05），球果长/宽比和球果鲜质量分别是1.71±0.14 和（3.04±0.72）g，分别是对照的1.32 和2.08 倍，也是处理4 的1.26 和1.53 倍，比处理2 高出10.3%和9.4%；其次就是处理2，球果长/宽比和球果鲜质量分别是1.55±0.16 和（2.78±0.41）g，且与对照、处理3 和处理4 具有显著差异（P＜0.05），对照和处理4 的球果长/宽和球果鲜质量差异不显著，对照的球果长/宽和球果鲜质量分别是1.30±0.05 和（1.46±0.37）g，是几个处理中最小的，其次就是处理4。单个球果生产种子质量决定了种子年产量的大小，是施肥的主要目的。不同配比施肥单个球果生产种子质量处理3 最好，单个球果生产种子质量种达到（0.52±0.14）g，是对照和处理4 的2.26 和1.53 倍，比处理2 提高了30.0%，与其他处理差异显著（P＜0.05），其次就是处理2 和处理4，二者单个球果生产种子质量差异不显著，但都显著高于对照，虽然处理2 和处理4 单个球果生产种子质量差异不显著，但是处理2 的效果好于处理4（表2）。

上述试验结果表明，N、P、K 配比施肥中，施N 和施K 水平一致，增加P 素施肥水平显著提高了球果性状，在施N 和施P 水平相同时，增加K素施肥水平，并不显著提高球果性状。由于日本落叶松种子园土壤有效P 缺乏，提高P 素施肥水平能有效改善球果性状，提高了肥料的利用效率。因此为提高日本落叶松无性系种子园结实母株球果性状，N、P、K 配比施肥应适当提高P 素水平。

3.2 氮磷钾配比施肥对种子性状的影响

方差分析和多重比较结果，氮磷钾不同配比施肥对种子长（F=16.18）、种子宽（F=16.73）、种子长/种子宽（F=3.57）、千粒质量（F=17.12）的影响具有显著差异（P＜0.05），多重比较结果见表3。

表3 氮磷钾不同配比施肥对日本落叶松种子性状影响的多重比较Table 3 Multiple comparison of effects of different ratios of N， P and K fertilizer on seed traits of L. kaempferi

多重比较显示，不同配比水平施肥种子长显著高于对照（P＜0.05），但不同配比水平施肥间种子长差异不显著，不同配比水平施肥均能有效提高种子长，种子长从大到小依次为处理3＞处理2＞处理4＞处理1（ck），可见N、P、K 配比中，P 素施肥水平提高对种子长的生长效果略比处理2 和处理4 高0.9%和4.8%，随K 素施肥水平的提高种子长反而有减小的趋势（表3）。对种子宽的影响处理2 的效果最好，种子宽达到（2.90±0.28）mm，显著高于对照、处理3 和处理4（P＜0.05）；处理3 和处理4 种子宽差异不显著，但二者种子宽均显著高于对照（P＜0.05），且处理4种子宽略比处理3 高4.1%，提高P 素或者K 素施肥水平并不显著影响种子宽。种子长/宽处理3 最大且与对照差异不显著，与处理2 和处理4 具有显著差异；处理2、处理4 和对照间种子宽差异不显著，处理2 和处理4 种子宽基本一致，对照种子宽略比处理4 和处理3 高5.1%和4.4%。千粒质量是种子品质的反映，千粒质量的大小表征了种子内营养物质的多少，直接影响到种子产量和品质以及播种出苗率及后期生长，是施肥的主要目的。多重比较结果，不同配比水平施肥种子千粒质量显著高于对照（P＜0.05），处理3、处理2、处理4 依次高出对照38.1%、32.1%、30.0%，但是处理3 种子千粒质量比处理2 和处理4 高4.5%和6.2%，从以上分析可以看出，在N、P、K 不同配比水平施肥中的，3个配比水平都能有效提高种子长、种子宽、种子长/宽、千粒质量等性状，但是提高P 素水平除对种子宽的影响不及其他配比水平外，对种子长、种子长/宽、千粒质量等性状的影响效果好于其他配比，因此在30年左右日本落叶松无性系种子园施肥管理中，为提高种子品质和产量，N、P、K 适宜的配比水平为N1P2K1。

4 结论与讨论

4.1 配比施肥对球果性状的影响

本研究显示，能有效改善种实性状，提高30年左右日本落叶松无性系种子园种子产量和品质的最佳施肥配比为N1P2K1。氮（N）、磷（P）、钾（K）是生产中常用的肥料，N、P、K 适宜的施肥配比能充分发挥不同肥料间的媾和、协同和激励作用，相互促进肥效的发挥，提高肥料利用率，节约成本，降低化肥过量施用对环境造成的负面影响[16-19]，达到高产稳产的目的。葛艺早等[33]在杉木种子园通过氮磷钾配比精准施肥，杉木种子发芽率、种子千粒质量和种子品质显著高于常规施肥。陆梅等[32]对闽北马尾松二代种子园采用多元素配比施肥，种子园产量适宜的配比施肥比同样经营管理水平下的经验施肥或生产上普遍采用的施肥方式，至少提高产量30%以上。然而适宜的施肥配方因树种甚至同一树种不同发育阶段而异。本研究表明，N1P1K1、N1P2K1和N1P1K2等3个配比水平施肥都能有效改善30年左右的日本落叶松结实母树球果性状。N1P2K1配比水平对球果性状的影响最为显著，N1P1K2配比水平除球果长/宽和球果鲜质量与对照没有显著差异外，球果长、球果宽、球果生产种子质量等性状显著高于对照；这可能是30年左右的日本落叶松种子园土壤有效P 缺乏，提高P 施肥水平，协调和激励了N、P、K 的吸收、积累及运转，由于日本落叶松无性系种子园土壤本身K 含量丰富，所以提高K素施肥水平球果性状改善不及提高P 素水平好。球果大小与种子大小和质量密切相关，球果性状是种子产量的决定因素[41]，日本落叶松球果长、球果宽、球果生产种子重等性状间具有极显著的正相关关系[37]，球果性状的改善就意味着种子产量和品质的提高。因此30年左右日本落叶松种子园施肥，宜采用N1P2K1施肥配比，能有效改善球果性状。

4.2 配比施肥对种子性状的影响

种子性状的大小表征了种子内营养物质的多少，其大小影响到种子的传播和萌发，对幼苗的定居、存活、后期生长及适应性有很大的影响[41]。N1P1K1、N1P2K1和N1P1K2等3个配比施肥水平都能有效改善种子性状，除种子宽N1P1K1效果最好外，对种子长、种子长/宽、千粒质量的影响与与球果性状的影响效果一致，N1P2K1的配比水平种子长、种子长/宽、千粒质量最大。由于日本落叶松种子性状间呈极显著正相关[37]，N1P2K1的配比水平能有效改善种实性状，是提高日本落叶松无性系种子园种子产量和品质的最佳施肥配比。

4.3 存在问题与今后研究重点

由于受到无性系分株的限制，本试验设置的氮磷钾配比水平数少，在今后的研究中应该设置更多配比水平以及微量元素、稀土、激素等对结实和种实性状影响的研究，而且日本落叶松种实性状除施肥效应外，还有无性系效应[8，37]，因此日本落叶松种子园管理在重视施肥的同时也要重视结实优良无性系的选择，从而不断提高日本落叶松种子园种子产量和品质，满足社会对良种的需求。