氮磷钾指数配方施肥对假苹婆幼苗生长和光合特性的影响

2021-02-12黄景贵粟春青王凌晖潘陆荣滕维超

西南农业学报 2021年12期

黄景贵，粟春青，王凌晖，潘陆荣，滕维超

(广西大学林学院，广西南宁 530004)

【研究意义】假苹婆(SterculialanceolataCav.)为梧桐科(Sterculiaceae)苹婆属常绿乔木，树冠浑圆，枝叶茂盛，具有遮荫良好和适应性强等特点，花为五裂的淡红色星形，花期在4—6月，结果期在7—8月，果实中呈五角星状的鲜红色内果皮极具观赏价值，在华南、西南地区常用于庭院、道路、停车位和公园绿化等，是优秀的园林绿化树种[1-2]。“3414”试验方案是一项可获取作物最佳产量和最佳氮、磷、钾施肥量参数及进行二次回归D-最优设计的田间试验技术，也是测土配方施肥最关键的技术环节[3-4]。指数施肥法是采用与植物相对生长率相似的特定营养增加率，通过多次施肥及逐渐增加的施肥量，实现植物体内营养浓度相对稳定的一种施肥方法[5]。但至今使用“3414”试验方案结合指数配方施肥繁育假苹婆苗木的效果尚不清楚。因此，探究运用“3414”试验方案结合氮磷钾指数配方施肥对假苹婆幼苗生长及光合特性的影响，对假苹婆的科学施肥具有重要意义。【前人研究进展】合理进行配方施肥有利于促进植物积累更多光合产物，综合提升苗木质量。马驰宇等[6]通过3414回归最优施肥设计探究薏苡(Coixlacryma-jobiL.)的生长及产量情况，结果发现配方施肥对薏苡产量、株高和茎粗等均具有显著影响。倪铭等[7]研究表明，采用指数施肥的纳塔栎(QuercustexanaBuckley)容器苗生长及其非结构性碳水化合物积累效果优于传统施肥。李毓琦等[8]通过指数施肥法试验，得到最适宜半年生降香黄檀(DalbergiaodoriferaT. Chen)苗木生长的纯氮施用量为800～1200 mg/株。湛年勇等[9]研究结果显示，不同氮磷钾配比施肥处理下红锥(CastanopsishystrixMiq.)各生长指标间差异显著，氮磷钾配比为2∶1∶2时其叶片的生物量积累最高，氮磷钾配比为2∶2∶3时其茎生物量积累最高。李静文等[10]开展氮磷钾配比施肥对毛竹[Phyllostachysedulis(Carriere) J. Houzeau]产量及叶片生理特性影响研究，结果表明氮素对毛竹产量及叶片生理特性具有显著影响，且最适宜的氮磷钾配比为8∶7∶1。胡厚臻等[11]研究发现，低氮、中磷、中钾配方施肥可显著提高刨花润楠(MachiluspauhoiKanehira)苗木的生长和光合能力，且氮肥是影响其生长和光合生理指标的关键因子。已有研究表明，进行合理配方施肥可显著提高植物的叶绿素积累量[12-13]，而植物的叶绿素含量提高有利于植物捕获光能，但叶绿素含量过高也会抑制光合速率[14]。也有研究发现，氮沉降活动可促进菠萝蜜(ArtocarpusheterophyllusLam.)和海南风吹楠(HorsfieldiahainanensisMerr.)的叶绿素合成并激发其PSII潜在活性Fv/Fo增加，从而增强植物的光合速率[15-16]。以上研究结果表明，合理配施氮磷钾肥对植物器官生长、生物量积累和光合作用均有显著促进作用。【本研究切入点】目前，对假苹婆的研究主要集中在园林植物配置、特征调查、化学成分提取、药理性活性测定及干旱胁迫和盐胁迫等方面[17-20]，关于假苹婆盆栽施肥育苗的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】探究采用3414试验方案结合指数施肥法对假苹婆幼苗生长及光合特性的影响，筛选出有利于假苹婆幼苗生长发育的施肥配比，为假苹婆的科学施肥提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019年在广西大学林学院育苗教学试验基地(东经108°17′，北纬22°51′)大棚内进行，该地为亚热带季风气候，夏季炎热多雨，雨热同期，冬季温和少雨，霜期短(年均约30 d)，海拔约79 m，年均气温约22.1 ℃，年均降水量1325 mm，适宜假苹婆幼苗生长。棚顶覆盖遮阳网预防夏季烈日曝晒，通风和灌溉条件良好。

1.2 试验材料

于2018年6月在广西大学校内人行道上采集假苹婆种子，经沙床播种，同年7月选取长势基本一致的200株幼苗(苗高15.0 cm，地径2.6 mm)移栽至育苗盆(高21.0 cm，直径18.0 cm)中，每盆种植1株，试验用土为经晒干、过筛处理的赤红壤，土壤和沙子按3∶1(干重)比例混匀作为盆栽基质，定植后进行日常养护管理。栽培基质基本的理化性质：pH 5.5、有机质11.2 g/kg、全氮1.38 g/kg、全磷0.27 g/kg、全钾2.58 g/kg、硝态氮69.56 mg/kg、速效磷6.54 mg/kg和速效钾53.60 mg/kg。供试肥料尿素(N:46.67%)、过磷酸钙(P2O5:22.6%)和氧化钾(K2O:52.7%)均为市场上销售产品。

表1 “3414”试验方案各处理施用的纯养分总量

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计试验采用“3414”试验方案，设3个因素(氮、磷和钾)，4个水平(0、1、2和3)，14个试验处理(T1～T14)，以不施氮、磷和钾肥(T1)为对照组。参考李英英等[21]的方法，以水平2为1年生假苹婆幼苗常规施肥水平，水平0、1和3分别表示不施用氮磷钾肥、施用半量氮磷钾肥和过量施用氮磷钾肥。N2、P2、K2分别表示每株施放纯氮(N)、纯磷(P)和纯钾(K)肥量1.8、2.0和1.8 g。每处理10株苗，共140株。参考付晓凤[13]的试验设计，每隔40 d施肥1次，共施5次。试验因素和水平如表1所示。

使用浇灌法施肥，将每株所需肥料依次称好，分别用50 mL水溶解后浇入盆中。2019年2月进行预试验，结合指数施肥和氮磷钾肥养分利用效率计算相应的施肥量，正式试验于2019年3—9月进行。指数施肥计算公式[22]为：

NT=Ns(ert-1)

(1)

Nt=Ns(ert-1)-N(t-1)

(2)

式中，NT为施肥总量，T为施肥总次数，t为当前施肥次数，Nt为第t次施肥量，Ns为施肥处理最初阶段苗木的养分含量，r为施肥相对增加率，由(2)推导出施肥相对增加率r=ln(Nt/Ns+1)/t，每次施肥量计算结果见表2。

表2 不同处理水平每月具体指数施肥量

1.3.2 测定指标及方法测定指标分为生长指标和光合指标，其中，生长指标包括株高、地径、叶面积、茎鲜重、根鲜重、生物量干重、根系长度和根尖数，光合指标包括叶绿素含量、胡萝卜素含量及净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。分别采用木尺(精确度0.1 cm)和电子数显卡尺(精确度0.01 mm)测定假苹婆幼苗的株高和地径，每月测定1次。采用CI-203手持式激光叶面积仪测量假苹婆幼苗的叶面积。采用电子天平称重法测定茎鲜重、根鲜重，烘干法测定生物量干重。以Expression 1680根系扫描仪(爱普生，日本)测定植株根长和根尖数。叶绿素和类胡萝卜素采用乙醇丙酮浸提法提取并测定含量。光合气体交换参数(Pn、Gs、Ci和Tr)采用便携式Li-6400XT光合测定仪在11月晴天的9:00—11:00测定，苗木质量指数QI=苗木总干重(g)/(高径比+茎根比)。

1.4 统计分析

采用Excel 2016进行数据整理和制图，以SPSS 17.0和DPS 2.0对试验数据进行差异显著性分析和极差分析。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾指数配方施肥对假苹婆幼苗生长指标的影响

由表3可知，除T10和T11处理外，其他施肥处理的株高增量均显著高于T1处理(P<0.05，下同)；地径增量除T3处理外，其他施肥处理与T1处理均无显著差异(P>0.05，下同)；T3处理的株高增量、地径增量、叶面积、总根长、根尖数和生物量干重等生长指标分别为50.44 cm、5.73 mm、114.57 cm2、1621.74 mm、5053.66个和59.92 g，分别是T1处理的267.24%、217.87%、155.41%、416.32%、302.01%和492.76%，且均达显著差异水平，说明T3处理的各生长指标均最优；T11处理的株高增量、地径增量、叶面积、总根长、根尖数和生物量干重等生长指标分别为15.93 cm、2.62 mm、73.61 cm2、335.89 g、1564个和12.09 g，分别是T1处理的88.70%、99.6%、99.8%、86.24%、93.48%和99.42%，各生长指标在所有处理中均最低，说明T11处理由于施用氮肥比例过高对假苹婆幼苗生长产生了抑制作用；T7处理的株高增量、总根长、根尖数和生物量干重仅次于T3处理，T12处理的地径增量和叶面积仅次于T3处理，而T7处理与T2处理的上述指标间无显著差异，说明二者的生长指标均较优且处于同等水平；T10处理除地径增量与T1处理的地径增量差异显著外，其他生长指标均与T1和T11处理处于同等水平，其中T11处理的各项生长指标均较T1处理低。可见，适宜的配方施肥可有效促进假苹婆幼苗生长，其中，T3处理(每株施纯N 0.9 g、纯P 2.0 g和纯K 1.8 g)对假苹婆幼苗生长的促进作用最佳，而T10处理(每株施纯N 1.8 g、纯P 2.0 g和纯K 2.7 g)和T11处理(每株施纯N 2.7 g、纯P 2.0 g和纯K 1.8 g)对假苹婆幼苗生长无促进作用，甚至出现部分叶片泛黄、变薄、容易脱落等肥害现象。

由表4可知，通过比较假苹婆幼苗各生长指标及其施肥水平的极差(R)，氮磷钾3因素对其株高增量、叶面积和总根长的影响排序为N>K>P，对其地径增量、根尖数和生物量干重的影响排序为N>P>K。其中，氮肥始终是影响假苹婆幼苗各生长指标的首要因子，水平1氮肥处理的各生长指标均显著高于水平0氮肥处理，而水平2氮肥处理除根尖数和生物量干重显著高于水平0氮肥处理外，株高增量、地径增量、叶面积和总根长与水平0氮肥处理已无显著差异，水平3氮肥处理的各生长指标均明显低于水平0氮肥处理。说明施肥配方中水平1的氮肥用量(纯N 0.9 g/株)较有利于假苹婆幼苗各指标生长，而水平2的氮肥用量(纯N 1.8 g/株)对部分生长指标具有抑制作用，水平3的氮肥用量(纯N 2.7 g/株)对所有生长指标均具有抑制作用；施磷的各水平处理和不施磷相比对地径增量和叶面积的影响差异不显著，水平1、2和3磷肥处理的株高增量间也无显著差异，但三者均显著高于水平0磷肥处理，水平3磷肥处理的总根长、根尖数和生物量干重均显著高于水平0、1、2磷肥处理，说明施肥配方中水平3的磷肥用量(纯P 3.0 g/株)较有利于假苹婆幼苗总根长和根尖数增长及生物量积累；水平0、1、2钾肥处理对株高增量的影响差异不显著，但三者均显著高于水平3钾肥处理，其中水平2钾肥处理的株高增量最大，而水平0、1、2和3钾肥处理的地径增量中以水平2钾肥处理最大，但四者间差异不显著，水平2钾肥处理对叶面积、总根长、根尖数和生物量干重的影响均高于水平0、1和3钾肥处理，但与水平1钾肥处理差异不显著，而显著高于水平0和3钾肥处理，说明施肥配方中水平2的钾肥用量(纯K 1.8 g/株)较有利于假苹婆幼苗生长。

综上所述，氮肥始终是影响假苹婆幼苗各生长指标的首要因子，磷肥对株高、地径、叶面积和总根长的影响不显著，结合氮磷钾3因素对假苹婆幼苗生长指标影响的顺序可知，T3处理(N1P2K2)各生长指标数据均最优，故适宜假苹婆幼苗生长的氮磷钾配比为1∶2∶2。

2.2 氮磷钾指数配方施肥对假苹婆幼苗生长质量指数(QI)的影响

通过将各处理的幼苗质量指数进行排名可知，T3处理幼苗的生长质量最优，其次是T7处理，T1处理排在第13位，T11处理幼苗的生长质量最差(表5)。说明施用适宜配比的氮磷钾肥可明显提高假苹婆幼苗生长质量，过量或不合理施肥会抑制假苹婆幼苗正常生长。

表5 不同施肥处理假苹婆幼苗的质量指数比较

2.3 氮磷钾配方施肥对假苹婆幼苗光合特性的影响

由表6可知，相比T1处理，各施肥处理对假苹婆叶片的叶绿素含量均具有显著促进作用；T3、T10、T12和T13处理的叶绿素含量分别为3.10、3.08、2.92和2.93 mg/g，是T1处理的223.02%、221.58%、210.07%和210.79%，且均显著高于其他施肥处理，其中，T3处理的叶绿素含量最高；除T14外，各施肥处理假苹婆幼苗叶片的类胡萝卜素含量均显著高于T1处理，其中，T3、T10、T12和T13处理的类胡萝卜素含量分别为0.45、0.48、0.42和0.43 mg/g，是T1处理的225.00%、240.00%、210.00%、215.00%，且均显著高于其他施肥处理，说明T3、T10、T12和T13处理更有利于假苹婆叶片合成光合色素。

各施肥处理对假苹婆幼苗叶片光合气体交换参数的影响存在一定差异。其中，T6、T10、T11、T13和T14处理的Pn与T1处理无显著差异，其他施肥处理的Pn均显著高于T1处理；T3处理的Pn最高，为7.88 μmol/(m2·s)，是T1处理的258.36%，且显著高于其他处理，T11处理的Pn最低，为2.25 μmol/(m2·s)，是T1处理的73.77%，说明T3处理最有利于提高假苹婆幼苗的Pn，T11处理对Pn具有抑制作用；T2、T3、T4、T5、T7和T12处理间的Gs无显著差异，但均显著高于T1处理，尤其以T4处理的Gs最高，其次为T3处理，分别为0.097和0.090 mol/(m2·s)，是T1的346.43%和321.43%，说明T4和T3处理对提高假苹婆幼苗的Gs效果较明显；除T8、T9和T13处理外，其他施肥处理的Ci均高于T1处理，尤其以T4处理的Ci最高，T3处理较高，而T8处理的Ci最低，三者分别为282.36、253.20和199.68 μmol/mol，是T1处理的120.41%、107.98%和85.16%，且均与T1处理差异显著，说明T3和T4处理对假苹婆幼苗光合作用时的CO2同化速率(Ci与Gs的乘积)均具有显著促进作用；各施肥处理的Tr均高于T1处理，但T6、T10、T11、T13和T14处理与T1处理差异不显著，而T2、T3、T5、T7、T8、T9和T12处理的Tr显著高于T1处理，尤其以T4处理最高，T3次之，分别为1.71和1.67 mol/(m2·s)，是T1的305.36%和298.21%，说明T3处理和T4处理(N2P0K2)较其他施肥处理更有利于促进幼苗的蒸腾作用。

表6 不同施肥处理假苹婆幼苗的光合色素及气体交换参数值

综上所述，T3处理的叶绿素含量和Pn在所有施肥处理中最高，类胡萝卜素含量仅次于T10处理且无显著差异，虽然T4处理的Gs、CO2同化速率和Tr最高，但T3处理仅次于T4处理且差异不显著，因此，T3处理的配方施肥方案(每株施纯N 0.9 g、纯P 2.0 g和纯K 1.8 g)相对于其他施肥处理更有利于促进假苹婆幼苗的光合代谢活动。

比较假苹婆幼苗各光合指标及其施肥水平的极差(R)(表7)可知，氮磷钾3因素对其叶绿素和类胡萝卜素含量的影响排序为K>N>P，对其Pn、Gs、Ci和Tr的影响排序为N> K>P，说明钾素为影响光合色素含量的主要因子，氮素是影响气体交换参数的主要因子。由表7可知，在0、1、2、3水平中，水平1氮肥处理对叶绿素和类胡萝卜素含量的影响均最大，且显著大于其他水平氮肥处理，对Pn、Gs和Tr的影响也大于其他水平氮肥处理，但与水平2氮肥处理无显著差异，而水平3氮肥处理对Ci影响最大，且显著大于其他水平氮肥处理，说明水平1氮肥处理最利于促进叶绿素和类胡萝卜素合成和光合作用；水平2磷肥处理对叶绿素和类胡萝卜素含量的影响最大且显著大于其他水平磷肥处理；水平3磷肥处理对Pn和Gs的影响均大于其他水平磷肥处理，与水平2磷肥处理差异显著，但与水平0和1磷肥处理无显著差异；水平0和1磷肥处理对Ci的影响显著大于水平2和3磷肥处理；4个水平磷肥处理对Tr的影响均无显著差异；水平3钾肥处理对叶绿素和类胡萝卜素含量的影响均最高且显著高于其他水平钾肥处理，水平2钾肥处理对Pn、Gs、Ci和Tr的影响最大且显著大于其他水平钾肥处理。

表7 氮磷钾3因素和不同水平对假苹婆幼苗光合指标的极差分析结果

综上所述，水平1的氮肥用量(纯N 0.9 g/株)最有利于假苹婆幼苗进行光合色素合成和光合作用；水平2的磷肥用量(纯P 2.0 g/株)最有利于假苹婆幼苗的光合色素合成，而水平3的磷肥用量(纯P 3.0 g/株)最有利于假苹婆幼苗进行光合作用；水平3的钾肥用量(纯K 2.7 g/株)最有利于假苹婆幼苗的光合色素合成，而水平2的钾肥用量(纯K 1.8 g/株)更有利于促进其光合作用。

3 讨论

不同氮磷钾配方施肥对植物的生长和光合特性均具有不同程度影响[23]。本研究发现，适宜氮磷钾的配方施肥可有效促进假苹婆幼苗生长和光合代谢活动，其中，T3处理对提高假苹婆幼苗质量和光合作用的促进作用最佳，而T10和T11处理不能促进假苹婆幼苗生长和光合作用，甚至发生轻微肥害现象；施用水平1氮肥(纯N 0.9 g/株)较有利于假苹婆幼苗生长和提高光合指标，而施用水平2氮肥(纯N 1.8 g/株)对部分生长和光合指标具有抑制作用，施用水平3氮肥(纯N 2.7 g/株)对所有生长和光合指标均具有抑制作用，与已有研究[24]发现植物生长及生理变化会随着氮肥施用量的增加而表现先促进后抑制作用的结论一致；磷肥对假苹婆幼苗株高增量、地径增量、叶面积和总根长的影响不显著，在磷素的4个水平中，假苹婆幼苗的总根长、根尖数和生物量干重均随着施磷水平的提高而增大，其中施用水平3磷肥(纯P 3.0 g/株)较有利于幼苗总根长、根尖生长和生物量干重积累，但与付晓凤[14]研究发现磷素对扁桃生长指标表现极显著影响的结果不一致，可能是当幼苗的生长指标同时受到水平1氮肥和水平3磷肥影响时，水平1氮肥对幼苗生长指标的影响更明显，即氮素是影响幼苗生长指标的主要因子。本研究还发现，假苹婆幼苗的生长指标随着钾肥施用量的增加呈先升高后降低的变化趋势，其中施水平2钾肥(纯K 1.8 g/株)假苹婆幼苗的生长指标均高于其他施钾水平，与李静文等[10]对毛竹生长指标的研究结果相似。

氮磷钾素对植物生理代谢具有关键性影响，其中，氮素影响植物体内叶绿素和蛋白的组成，磷素影响植物的光合作用和能量转换，同时促进氮素转移，而钾素影响植物光合色素的合成[25]。本研究结果表明，施水平1氮肥对提高假苹婆幼苗叶片的叶绿素含量、类胡萝卜素含量、Pn、Gs和Tr均具有显著促进作用，与曾进等[26]、郭连金等[26]的研究结果一致；相比施用其他水平的磷肥或钾肥，施水平2磷肥(纯P 2.0 g/株)假苹婆幼苗的光合色素含量最高，施水平3钾肥可显著促进假苹婆幼苗叶片光合色素合成，施水平2钾肥假苹婆幼苗叶片的气体交换参数最优，与唐炜等[28]、王坤等[29]、蔡雅桥[30]对不同植物进行光合生理特性比较获得的结果相似。植物的光合特性主要通过气体交换参数反映，其中，Pn是直接反映植物光合作用强弱的重要依据，Gs表示叶片细胞的气孔开放程度，直接影响细胞与外界气体交换，从而对光合作用进行调控，Tr是反映植物进行蒸腾作用强弱的依据[31]，Ci反映叶片细胞间气体交换的快慢[32]。本研究结果显示，T3处理的叶绿素含量和Pn在所有处理中最高，类胡萝卜素含量仅次于T10处理但差异不显著，虽然T4处理的Gs、CO2同化速率和Tr最高，但T3仅次于T4处理且差异不显著，说明T3处理对假苹婆幼苗的光合指标具有显著促进作用。因此，T3处理(每株施用纯N 0.9 g、纯P 2.0 g和纯K 1.8 g)的配方施肥方案更合适、更有利于促进假苹婆幼苗的光合代谢活动。