不同形态氮素配比对马尾松组培苗生长的影响

（广西壮族自治区林业科学研究院，南宁 广西 530002）

马尾松Pinus massoniana是我国主要造林乡土树种，其栽培面积广，蓄积量大，在全国17个省（区）均有分布，马尾松不但可用于生产木材，而且还可采脂，具有较高的经济价值[1]。过去，马尾松大多采用实生苗造林，由于良种匮乏和遗传分化较大等因素影响，其人工林生产力较低。通过无性繁殖可有效提升人工林生产力[2-3]。本课题组利用马尾松优良种质资源，通过组培育苗技术，实现了马尾松组培苗的繁育利用[4-8]。马尾松组培苗营养生长旺盛，科学施肥是保障其苗木质量和有效推进规模化繁育进程的关键所在。

氮素在植物生理生化过程中起着非常重要的作用，通常其吸收的氮素主要分为硝态氮（NO3--N）和铵态氮（NH4+-N），由于二者在分子形态上的差异，部分植物在硝态氮环境中生长较好，而部分植物则在铵态氮环境中生长较好，表现出对不同形态氮素吸收利用的偏好性和选择性[9]，但也有研究表明，部分植物在同时供应一定配比的硝态氮和铵态氮时，其生长量会高于单独供应硝态氮或铵态氮的生长量，表现出“联合效应”[10-12]。氮是马尾松从土壤中吸收最多的营养元素，施用氮肥可提高马尾松苗木的生长和质量[1,13]，但从以往研究来看，其内容大多侧重于肥种、配比和施肥量等方面[14-16]。笔者曾对不同形态氮素施肥水平与马尾松组培苗生长相互关系进行过研究[17]，但关于不同形态氮素配比对马尾松组培苗生长影响方面的内容则尚未涉及。鉴于此，本研究以课题组培育的马尾松组培苗为对象，研究不同形态氮素配比施肥对苗木生长的影响，旨在揭示马尾松组培苗在不同形态氮素配比营养环境下的应对策略，为马尾松优质壮苗高效培育和科学施肥提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料来源

试验苗木为课题组利用马尾松优良种质培育的组培苗[4]。将组培苗从实验室移入装有蛭石和珍珠岩（按体积比1∶1 配制）基质、规格为4 cm×6 cm的无纺布育苗袋中培育1 个月后，轻轻剥去育苗袋，用去离子水冲洗干净根部基质后再将其移植入规格为10 cm×15 cm 大无纺布育苗袋，育苗袋中的基质同前。待苗木完全恢复生长后，选择培育时间基本一致、平均苗高和地径分别约为8.0 cm 和2.0 mm的苗木进行试验。

1.2 试验设计

试验在广西壮族自治区林业科学研究院生物所苗圃进行，采用完全随机区组设计。根据不同形态氮素（NO3--N、NH4+-N）在营养液中的摩尔比例分别设置5 个处理：处理A（NO3--N∶NH4+-N=10∶0）、处理B（NO3--N∶NH4+-N=7∶3）、处理C（NO3--N∶NH4+-N=5∶5）、处理D（NO3--N∶NH4+-N=3∶7）、处理E（NO3--N∶NH4+-N=0∶10）。以不添加氮素（NO3--N∶NH4+-N=0∶0）的营养液为对照（CK），每个处理10 株苗木，3 次重复。浇灌营养液采用改良Hoagland 配方配制，其中，NO3-由Ca(NO3)2提供，NH4+由(NH4)2SO4提供；K+由KH2PO4和K2SO4提供；PO43-由KH2PO4提供；Ca2+由CaCl2提供；Mg2+由MgSO4提供。pH 值调到5.5 左右，在营养液中加入7 μmol/L 的C2H4N4防止NH4+硝化。每隔10～15 d 浇灌1 次营养液，每株苗木浇100 mL。整个试验从2019年3月初开始，到2019年7月底结束，共浇灌营养液10 次。试验期内除施肥外，苗木其余管理与常规生产相同。

1.3 指标的测定

用直尺测量苗高，游标卡尺测量地径，沿基质表面剪取苗木地上部分称取鲜质量，用水浸泡和冲洗干净育苗袋中的基质，获得苗木根系，再用吸水纸和纱布吸干根系表面水分后称量根系鲜质量。利用Microtek ScanMaker 9700XL 扫描仪获取根系图像，同时用万深LA-S 植物根系分析系统对总根长、总表面积、总体积和平均直径进行定量分析。将苗木地上部分和根系分别装入信封，放入105℃烘箱中杀青30 min 后再在75℃下持续烘干48 h 至恒质量，分别称量地上部分和根系干质量。根冠比为根系干质量与地上部分干质量之商。将烘干后的根系和地上部分样品粉碎后用凯氏定氮法测定全氮含量。

1.4 数据处理

利用WPS 软件进行数据整理和作图，采用IBM SPSS Statistics 25 分析软件对测定数据进行方差分析，差异显著性采用Duncan’s test（α=0.05）进行检验。

2 结果与分析

2.1 不同形态氮素配比对马尾松组培苗苗高和地径生长的影响

不同形态氮素配比对马尾松组培苗苗高和地径生长影响显著（图1）。在添加氮素的全部处理中，马尾松组培苗苗高、地径生长量分别为3.8～13.4 cm、0.6～1.5 mm，二者均在全铵态氮处理E 达到最大值，分别比最低的全硝氮素处理A提高了252.6%和150.0%。高比例铵态氮处理D和E 与高比例硝态氮处理A 和B 间苗高和地径生长量差异显著（P＜0.05）。与CK 相比，添加氮素的全部处理苗高和地径生长量分别提升了80.9%～538.1%和20.0%～200.0%，二者均随营养液中铵态氮比例增加而增大，说明施用硝态氮和铵态氮都能促进马尾松组培苗苗高和地径的生长，但高比例铵态氮对马尾松组培苗的生长更为有利。

2.2 不同形态氮素配比对马尾松组培苗根系生长的影响

不同形态氮素配比对马尾松组培苗根系生长产生了显著影响（图2）。从图2可看出，马尾松组培苗总根长度、总表面积、总体积和平均直径分别为425.1～611.6 cm、257.1～343.7 cm2、42.7～50.8 cm3和0.91～1.14 mm，各形态指标均在全铵态氮处理E 达到最大，比最小的全硝态氮处理A 分别提高了43.9%、33.7%、18.9%和25.3%，处理间差异显著（P＜0.05）。与CK 相比，处理A～E 总根长度、总表面积、总体积和平均直径分别提高了8.3%～55.9%、10.7%～48.1%、8.7%～29.3%和8.3%～35.7%，且随营养液中铵态氮比例增加而增大。由此可见，施用氮素促进了马尾松组培苗根系的生长，但不同形态氮素配比间存在差异，营养液中高比例铵态氮对马尾松苗木根系生长发育的促进作用更为明显。

2.3 不同形态氮素配比对马尾松组培苗生物量的影响

不同形态氮素配比对马尾松组培苗的生物量影响显著，增加铵态氮比例能显著提高马尾松组培苗的生物量积累（图3）。由图3可知，马尾松组培苗地上生物量、根系生物量和总生物量分别为0.76～1.64、0.23～0.48 和0.99～2.12 g/株，在全铵态氮处理E 达到最大值，比最小的全硝态氮处理A 分别增加了115.8%、108.7% 和114.1%。与CK 相比，添加氮素的处理（A—E）地上生物量、根系生物量和总生物量分别提升了94.9%～320.5%、9.5%～128.6% 和65.0%～253.3%，且随营养液中铵态氮比例增加而增大。在添加氮素的全部处理（A—E）中，马尾松组培苗根冠比在处理D 最大（0.34），在全铵态氮处理A 最小（0.29），但各处理间差异不显著。处理A—E 苗木根冠比均显著低于CK，说明施用氮肥可改变苗木地上部分生物量和根系生物量的分配，这体现了马尾松组培苗应对外界营养变化的适应性策略。

2.4 不同形态氮素配比对马尾松组培苗根系和地上部分含氮量的影响

通过分别测量马尾松组培苗根系和地上部分含氮量，以解析不同形态氮素配比对苗木不同部位氮含量的影响。从图4可知，马尾松组培苗根系、地上部分含氮量分别为12.88～20.72、13.91～20.76 g/kg，二者均在全铵态氮处理E达到最大值，分别比全硝态氮处理A 提高了60.9%、49.2%。与CK 相比，处理A—E 根系含氮量分别增加了60.4%、93.6%、101.8%、124.0%、158.0%，地上部分含氮量分别增加了83.6%、145.6%、164.0%、166.8%、173.9%，根系含氮量和地上部分含氮量均随营养液中铵态氮比例增加而增大。这说明营养液中铵态氮比例的提高促进了苗木根系和地上部分对氮素的吸收利用，但地上部分含氮量总体高于根系含氮量，说明铵态氮对地上部分生长的促进作用可能要好于对根系生长的促进作用。

图2 不同形态氮素配比对马尾松组培苗根系生长的影响Fig.2 Effects of different nitrogen forms and ratios on root growth of tissue cultured seedlings in Pinus massoniana

图3 不同形态氮素配比对马尾松组培苗生物量的影响Fig.3 Effects of different nitrogen forms and ratios on biomass of tissue cultured seedlings in Pinus massoniana

图4 不同形态氮素配比对马尾松组培苗根系和地上部分含氮量的影响Fig.4 Effects of different nitrogen forms and ratios on nitrogen content in root and aboveground parts of tissue cultured seedlings of Pinus massoniana

3 结论与讨论

氮素是植物正常生长发育必需的大量元素之一，植物对氮素的需求量高于其他各种元素[18]，不同形态氮素配比不同，对植物生长、生理代谢过程、酶活性、光合特性以及养分吸收都会产生显著影响[19-21]。大量研究表明，在以铵态氮作为氮源时，植株吸收氮素的生长速度表现最好，张蕊等[22]认为铵态氮相对于硝态氮更好地促进了兴安落叶松Larix gmelinii幼苗地上部分的生长，马检等[23]研究发现铵态氮对枇杷Eriobotrya japonica幼苗的高生长和基径生长促进作用优于硝态氮，申丽霞等[24]研究认为铵态氮相对于硝态氮更容易被小麦Triticum aestivum吸收利用。本研究结果与上述结果类似。随着营养液中铵态氮比例的增加，马尾松组培苗苗高和地径都显著提高，在全铵态氮处理E 达到最大，而在全硝态氮处理A 最小，混合施用铵态氮和硝态氮的B、C、D 3 个处理的马尾松组培苗，其苗高和地径也都高于单独施用硝态氮的处理A。由此可见，马尾松组培苗对铵态氮的吸收利用效率高于硝态氮。

根系是植物从土壤中吸收营养物质和水分的重要器官，植物常通过改变根系形态结构以适应环境条件的变化，进而提高对土壤中营养元素和水分的吸收能力[25]。研究结果表明，马尾松组培苗总根长度、总表面积、总体积和平均直径等根系形态指标随铵态氮比例增加而增大，在全铵态氮处理达到最大值，在全硝态氮处理最小。马检等[23]认为，枇杷根系对铵态氮的亲和力强于硝态氮，单独施用铵态氮的植株总根长、总表面积、总体积和平均直径高于其他硝铵比处理，这一论述与本文研究结果相一致。Kou 等[26]对不同形态氮素的研究表明，全铵态氮处理显著促进了湿地松Pinus elliottii根系的生长发育。叶义全等[27]对杉木Cunninghamia lanceolata的研究也持有类似观点：铵态氮促进了杉木根系生长，有效地降低了养分的扩散距离，从而促进根系对铵态氮的吸收。由此可见，本研究中铵态氮促进了马尾松组培苗根系总长度的增加，根系总表面积和总体积增大，根系平均直径增粗，意味着扩大了苗木根系摄取营养物质和水分的空间以及根系吸收利用养分的能力，进而促进了苗木的整体生长。说明施用铵态氮对马尾松组培苗根系生长的促进作用优于硝态氮。

本研究结果表明，增加铵态氮比例能够提高马尾松组培苗的地上部分生物量、根系生物量和总生物量，单独施用铵态氮的处理E 生物量指标最大，而单独施用硝态氮的处理A 则最小，这说明铵态氮促进了马尾松组培苗地上部分和根系的生长，比硝态氮更利于苗木生物量的积累。红松Pinus koraiensis、落叶松Larix gmelinii等大多数喜铵态氮的植物在铵态氮环境下生长最好，而在硝态氮环境下植株地上部分及根系的生长都会受到抑制[28-29]。铵态氮比硝态氮更有利于促进草石蚕Stachys sieboldii和甘薯Dioscorea esculenta植株茎叶生长，提高了光合生产率，增加了植株各部位生物量[30-31]。上述结论与本文研究结果一致。根冠比反映了植物地上部分生物量和根系生物量分配的相互关系，本文中全铵态氮处理E 苗木根冠比较B、C、D 等几个处理小，说明单独施用铵态氮会对马尾松组培苗根系生物量的分配产生不利影响。因此在实际育苗生产中，为防止马尾松组培苗地上部分陡长，施肥时要注意控制铵态氮肥用量和避免频繁施肥，以达到培育优质壮苗的目的。

植物体内养分含量增加会促进植株生长和增强对逆境的抵抗能力[32]，而硝态氮和铵态氮由于形态差异会相互作用影响植物对氮素的吸收利用[12]。本研究表明，在添加铵态氮的B、C、D 和E 等4 个处理中，马尾松组培苗根系和地上部分氮含量均高于全硝态氮处理A，说明增加铵态氮促进了苗木体内的氮素累积。随着营养液中铵态氮比例的增加，苗木根系和地上部分氮含量亦随之增大，但在处理C 之后，处理间苗木地上部分氮含量变化趋缓，可能暗示着地上部分氮素的含量接近“饱和”。有研究表明，植物体内吸收的铵态氮含量较高时，可能会发生“铵毒害”[33]，但喜铵态氮的针叶树种不但具有较强的“解毒功能”，还具有较强的耐铵能力[34]。从本研究结果可看出，马尾松组培苗在全铵态氮处理A 时，苗木体内氮含量最高，但植株生长良好，并未产生“铵毒害”症状，由此可见，马尾松组培苗偏好于吸收铵态氮，且对铵态氮的耐受能力较强。

综上所述，不同硝铵配比施肥对马尾松组培苗生长并未产生“联合效应”，单独施用铵态氮对组培苗生长和养分积累的促进作用优于硝态氮，这与笔者以往研究结果相类似[17]。通常植物在吸收硝态氮时，会释放OH-，使土壤pH 值升高，而在吸收铵态氮时则会释放H+，导致土壤pH 值降低，土壤pH 值的变化会对植物根系生理代谢和营养元素吸收产生影响，是影响植物生长发育的主要原因[9,28]。马尾松长期生长在酸性土壤环境[1]，较低的pH 值抑制了土壤的硝化作用，降低了土壤中硝态氮的含量[27]，因此马尾松可能在长期进化过程中形成了对铵态氮的充分适应，从而对铵态氮具有较强的吸收和利用能力，而对硝态氮的吸收能力严重下降，因而在本实验中表现出强烈的铵偏好性，且只在铵态氮占优势的配比中生长良好。营养元素与植物生长发育之间存在错综复杂的关系和作用机制，本研究仅用常规手段对不同形态氮素配比和马尾松组培苗生长之间的关系进行了探讨，其研究程度不够深入，方法存在一定的局限性，未来将结合蛋白质组学和代谢组学技术，进一步解析不同形态氮素对马尾松生长发育影响的分子基础，深入揭示不同形态氮素对马尾松生长的影响机理。