缓释肥对江南油杉容器苗生长的影响

2021-09-10庞圣江刘士玲杨保国劳庆祥段润梅蔡道雄谌红辉

西北农林科技大学学报（自然科学版） 2021年9期

张培,庞圣江,2,刘士玲,杨保国,劳庆祥,段润梅,蔡道雄,谌红辉

(1中国林业科学研究院热带林业实验中心, 广西凭祥 532600; 2广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站, 广西凭祥 532600)

缓释肥是一种比较新型的高效肥料，其化学物质养分的释放速率远低于速溶性肥料，在保证苗木生长所需养分的同时，可以提高肥料养分的利用率，减少社会资源消耗和降低环境污染，对农林育苗产业可持续发展具有重要意义[1-2]。

林木容器苗具有完整的根系土团，在起苗、搬运和运输过程中基本不伤及根系，极大地延长了造林时间[3]。与裸根苗相比，容器育苗具有植后缓苗快、造林成活率高等优点[4]。通过多年的生产实践，容器育苗已被应用于思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)、杉木(Cunninghamialanceolata)和桉树(Eucalyptusspp.)等造林树种的苗木繁育[5-7]。然而，容器苗使用的育苗基质中，其养分含量远低于植物生长所需养分，需要额外施肥，采用传统施肥的方式工作量大，育苗成本高。因此，科学合理的施肥方式是低成本培育优质苗木的关键所在。

江南油杉(Keteleeriafortunei)属于松科(Pinaceae)油杉属(Keteleeria)，是我国特有的针叶树种，天然分布于广西、湖南、贵州和云南等南方省区[8]。江南油杉为深根性树种，在大田育苗方式下，主根生长旺盛，侧根稀疏[9]，造林后缓苗期长、成活率低，严重制约着江南油杉种植业的规模化发展，容器育苗方式成为培育江南油杉优质苗木的较好途径。有关江南油杉育苗基质配比、容器规格和传统施肥等育苗技术已有较多研究[10-12]，但有关缓释肥用量对江南油杉容器苗生长的影响，及其生长发育对缓释肥用量的响应机制尚不清楚。宋协海等[13]在黄连木(Pistaciachinensis)容器苗生长发育对缓释肥响应的研究中发现，较少的缓释肥用量有利于黄连木幼苗根系生长，增加缓释肥用量更能促进黄连木幼苗茎叶生长，施用1.60 kg/m3缓释肥时，其苗高、地径和生物量均为最大。庞圣江等[14]研究发现，白木香(Aquilariasinensis)容器苗苗高、地径和生物量及其根体积在缓释肥用量为2.50 kg/m3时达到最大值，且显著高于其他处理。潘平平等[15]研究表明，适量的缓释肥能促进山核桃(Caryaillinoensis)容器苗生长、生物量积累和根系发育，缓释肥用量为3.0 kg/m3时育苗效果最优。Araújo等[16]研究认为，棕榈(Euterpeoleracea)育苗过程中缓释肥需求量大，施肥量达8.0 kg/m3时才获得较好的苗木质量。总体来看，大多数树种适宜的缓释肥用量为1.0～3.0 kg/m3或略高。由于不同树种生物学特性各异，容器育苗最佳的缓释肥用量亦有所差异，广泛开展造林树种容器苗苗期生长及其对缓释肥的响应研究，有助于利用高效的育苗技术生产更多优质苗木，实现林木良种优质、速生和丰产，对促进林业现代化发展具有重要意义。本研究以取材便利的酸性红壤土、松树皮和碳化树皮等作为基质原料，采用单因素随机区组设计方法，设置不同用量缓释肥培育江南油杉苗木处理，通过测定江南油杉苗期生长、根系发育及主要矿质养分(N、P、K)含量，分析缓释肥用量对江南油杉容器苗生长及养分需求的影响，筛选最佳缓释肥用量，以期为江南油杉优质苗木繁育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地位于广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站热带林业实验中心站点的苗圃基地。采用江南油杉优良母树种子繁育、高度一致和生长健壮的1年生实生苗，育苗容器为无纺布育苗袋，口径与高度规格为20 cm×30 cm。2018年2月初，开始进行种子沙床催芽处理，3月中旬发芽，4月中旬移苗上盆。育苗基质为当地取材便利的酸性红壤土、松树皮和碳化树皮，混合比例为6∶2∶2(体积比)。其中，育苗基质的pH值为5.06，有机质含量503.8 g/kg，全N 5.04 g/kg，速效K 256.8 mg/kg，有效P 114.5 mg/kg。

1.2 试验设计

本试验所用缓释肥为吉林云天化农业公司生产的六颗星牌缓释肥，其中N、P、K质量分数比值为30∶14∶10，总养分质量分数≥54%，肥料养分释放期为6～8个月。设置1个对照CK(0 kg/m3)和6个施肥处理，即M1 (1.0 kg/m3)、M2 (2.0 kg/m3)、M3(3.0 kg/m3)、M4 (4.0 kg/m3)、M5 (6.0 kg/m3)和M6(9.0 kg/m3)，每处理3次重复。采用单因素随机区组设计方法，每个区组40株，共840株。按设计配施缓释肥，将同一处理的缓释肥用量和育苗基质混匀再装填到容器中，江南油杉容器苗采用正常生产措施管理。

1.3 数据调查

每个小区选取20株生长基本一致的幼苗，并插地标签标记。分别于6月15日，7月15日，8月15 日，9月15 日，10月15 日，11月15 日，12月15 日测定幼苗地径和苗高。幼苗生长指标测量结束，在每个小区随机取10株幼苗，用自来水冲洗干净，按叶、茎和根分开，置于80 ℃ 烘箱中烘干至恒质量，测定各器官生物量，计算根冠比。测定根系生物量，先用LA-S 型根系分析系统(杭州万深检测公司)测定江南油杉幼苗根系形态，设定3个根径(d)等级：d>2 mm为粗根，1

完成生物量测定后，对取样植株各器官分别粉碎，采用浓H2SO4-H2O2消化方法进行样品分解，用凯氏定氮仪(KDY-9830，KETUO)测定N元素含量，钼锑抗比色-紫外分光光度法测定P元素含量，火焰光度计法测定K元素含量。幼苗各器官N、P和K元素含量之和为相应植株总N、P和K元素含量。

1.4 数据处理

调查数据采用Excel 2010进行初步处理，用SPSS 20.0对测定指标进行方差分析，Duncan’s法进行多重比较。对幼苗地径、苗高生长和植株生物量与缓释肥用量进行回归分析，若相关系数R2>0.950，则建立相应预测模型。采用Origin 8.0绘图。

2 结果与分析

2.1 缓释肥用量对江南油杉幼苗地径、苗高生长的影响

从图1可以看出，施用缓释肥的江南油杉幼苗地径显著生长，在6月15日至10月15日增幅最大，10月15日至12月15日增幅减缓，并以M3处理的幼苗地径生长最佳。不同施肥处理下，在 6月15日至12月15日，江南油杉苗苗高生长均经历了快速、缓慢和稳定增长3个阶段。试验末期，以M3处理苗高生长量最大，为55.23 cm，比CK处理高107.94%，比M1、M2、M4、M5和M6处理分别高39.89%，37.22%，37.22%，13.12%，23.92%和56.55%，M1、M2与M6处理相差不大。与对照相比，施用缓释肥的江南油杉幼苗地径、苗高生长显著增加，随着缓释肥用量的持续增加，其地径和苗高生长量呈现先上升后降低的趋势，以M3(3.0 kg/m3)处理幼苗生长效果最佳。可见，适宜的缓释肥用量，有利于促进江南油杉地径和苗高生长。

不同小写字母表示同一采样日期各处理间差异显著(P<0.05) Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at same sampling dates (P<0.05)图1 缓释肥用量对江南油杉苗期地径和苗高生长的影响Fig.1 Effects of slow release fertilizer application amount on root collar diameter and height of Keteleeria fortunei seedlings

2.2 缓释肥用量对江南油杉幼苗生物量分配的影响

从表1可以看出，随着缓释肥用量的增加，江南油杉幼苗叶、茎、根和全株生物量均呈现先升高后降低的趋势。其中，江南油杉幼苗叶、茎、根和全株生物量均以M3处理最大；根冠比以CK处理最大，显著高于6个施肥处理。CK处理植株叶、茎生物量及全株生物量均显著低于其他处理(P<0.05)。由此表明，采用3.0 kg/m3的缓释肥用量，能满足江南油杉容器苗生物量积累的需求。

表1 缓释肥用量对江南油杉幼苗生物量和根冠比的影响Table 1 Effects of slow release fertilizer application amount on biomass and root to shoot ratio of Keteleeria fortunei seedlings

2.3 缓释肥用量对江南油杉幼苗根系发育的影响

方差分析结果(表2)显示，与CK处理相比，施用缓释肥的江南油杉平均根直径、根表面积、根体积以及各根径等级的细根长度增幅明显，说明江南油杉为喜肥树种，其根系发育存在一定的施肥效应。其中，M3处理江南油杉幼苗根系更为发达，其平均根直径、根表面积和根体积较M1处理分别高出50.00%，80.52%和43.92%，较M2处理分别高出47.84%，48.43%和25.60%，较M4处理分别高出8.92%，45.99%和28.32%，较M5处理分别高出14.51%，54.35%和30.62%，较M6处理分别高出56.88%，106.08%和53.98%。可见江南油杉根径生长对缓释肥用量的要求甚为严格。

表2 缓释肥用量对江南油杉根系生长的影响Table 2 Effects of slow release fertilizer application amount on root growth of Keteleeria fortunei seedlings

进一步分析各根径等级的根长发现，江南油杉粗根、中根和小细根的根长亦表现出M3处理最大，分别是CK处理的3.47，3.84和2.48倍。说明适宜的缓释肥用量能促进江南油杉根系生长发育，缓释肥用量过多会产生一定的抑制作用。

2.4 缓释肥用量对江南油杉幼苗养分含量及分配的影响

由图2可知，随着缓释肥用量的增加，江南油杉幼苗叶、茎、根的N、P、K含量均呈现先增加后下降的趋势。其中， M3处理幼苗叶、茎和根N含量最大，叶、茎和根P与K含量也均最大，说明采用M3处理的缓释肥用量时，最有利于江南油杉幼苗N、P和K含量的提高，即基本能满足江南油杉养分积累的需求，超过这个水平会对其养分积累产生一定抑制，且缓释肥用量越高，抑制作用越强。

图柱上不同小写字母表示植株同一器官各处理间差异显著(P<0.05)Different lowecase letters indicate significant differences between treatments for same plant organs (P<0.05)图2 缓释肥用量对江南油杉幼苗各器官N、P、K含量的影响Fig.2 Effects of slow release fertilizer application amount on N,P and K contents of Keteleeria fortunei seedlings

2.5 江南油杉容器苗生长、生物量指标与缓释肥用量间的关系预测

运用数学模型预测可知，江南油杉容器苗生长、生物量指标(Y)与缓释肥用量(X)间的关系用二次项方程拟合效果最优，R2均大于0.950，最佳缓释肥用量为2.75～3.28 kg/m3，与M3处理生长最优的实测结果相吻合。其中，江南油杉幼苗地径生长达到最大时，缓释肥用量为2.75 kg/m3；苗高生长达到最大时，缓释肥用量为3.28 kg/m3；叶、茎、根和全株生物量达到最大值时，缓释肥用量分别为3.18，3.26，3.04和3.14 kg/m3，过量施肥则会造成不必要的浪费(表3)。

表3 江南油杉容器苗生长、生物量指标与施肥量的预测模型Table 3 Prediction models of growth，biomass index and fertilization amount of Keteleeria fortunei seedlings

3 讨论

本研究中，施用缓释肥对江南油杉幼苗生长发育有明显促进作用，这与缓释肥能提高黄连木[13]、白木香[14]、望天树(Parashoreachinensis)[18]苗期生长量的研究结果基本一致。其中，M3处理江南油杉幼苗生长表现最佳，CK处理幼苗生长表现最差。随着缓释肥用量增加，江南油杉幼苗生长和生物量指标呈先增加后降低的趋势，其原因可能是施肥量增加时，育苗基质中的可溶性离子超过某一阈值，对江南油杉幼苗生长产生一定的离子毒害作用[19]，具体机制尚需深入研究。

根系形态参数(根长、根表面积和根体积等)是衡量苗木根系发育的重要指标[20-22]。本研究表明，M3处理显著提高江南油杉幼苗的根长和根表面积，其平均根直径和根体积也明显增大。有学者认为，小细根是根系发挥基本生理生态功能的主体，其所占比例越大，根系吸收能力越强[23-25]。本研究也发现，育苗基质养分增加会促进小细根生长，但缓释肥用量过多时对江南油杉生长的促进作用减弱，其根系生长量和生物量积累减少，所以M6处理的平均根直径明显减小，植株生物量也显著降低。

本研究发现，不同缓释肥处理下江南油杉幼苗养分分配亦有所差异，比如幼苗根、叶N含量在M3处理下达到最高值，这与魏红旭等[26]“适量缓释肥有利于长白落叶松(Larixolgensis)幼苗体内N养分累积量及其含量提高”的研究结论相似，且M3处理江南油杉幼苗各器官P和K含量均最高。有学者研究认为，苗木体内养分离子之间存在一定的拮抗作用，某种养分离子能够抑制另一种养分离子的活性，从而影响树体对它的吸收[27]。因此，江南油杉育苗过程中，应根据其苗期生长特性，确定缓释肥用量和N、P、K以及其他养分元素的比例，否则会造成苗木营养元素失衡。

本研究中，育苗基质由酸性红壤土、松树皮和碳化树皮组成，松树皮和碳化树皮养分以有机质为主，N、P、K含量相对较低，因此，江南油杉幼苗生长所需养分主要来源于缓释肥。通过对江南油杉地径、苗高及其生物量分别与缓释肥用量的回归分析发现，二次项方程的拟合程度最优，可用于预测缓释肥用量与形态特征的关系[28]。通过比较发现，不同缓释肥用量的江南油杉容器苗生长性状，以缓释肥用量为2.75～3.28 kg/m3时，较有利于苗木生长和生物量积累，可作为培育江南油杉优质苗木的适宜施肥量。