N、P配施对直干桉苗木生长和光合生理的影响

王晓丽，吴 波，杨 杰，邹广权，曹现富，李 艳，曹子林

(1.西南林业大学 林学院，云南 昆明 650224；2.广西国有大桂山林场，广西 贺州 542800；3.西南林业大学 生态与环境学院，云南 昆明 650224)

直干桉(Eucalyptusmaideni)生长迅速，经营周期短，是桉树中少有的油、材兼用树种，经济价值显著[1-3]，在云南省较早引种栽植和分布[3]。人工林定向培育中，无论是培育超短轮伐期的工业用材林，还是培育油用经济林，健壮的苗木皆是提高其造林成活率和造林后林木生长量的基础和关键，而水肥管理是培育健壮苗木的重要技术要素[4]。

N、P是植物生长所必需的大量营养元素，且叶片中N、P含量直接影响叶绿素水平进而影响植物光合能力[5]，缺之会制约植物的生长和生物产量。我国苗木培育中多采用自然土壤为基质，针对我国大部分地区土壤缺P少N的情况[6-8]，以往很多学者就桉树苗木培育中的施肥调控开展了大量研究。林国祚[9]在尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)苗木培育中提出，高浓度N和低浓度P利于苗高生长，低浓度N和低浓度P利于地径生长；叶片净光合速率随N水平的提高而增加，且随P、K水平的提高呈先增加后减小的趋势。高秀芬等[10]认为桉树苗木的苗高和地径随N、P施用水平的提高而增加，且施肥可以促进光合产物向茎部转移。陆梅等[11]在分析桉树专用肥对邓恩桉(E.dunnii)光合特性的影响时，发现施肥后邓恩桉幼林的叶面积指数和净光合速率均有显著提高。胡厚臻[12]认为N肥主要影响巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)的苗高和地径生长，P肥主要影响苗木的生物量积累及其分配。

目前，直干桉苗木培育中的施肥调控研究尚未见报道。本研究采用两因素三水平3×3回归正交设计，通过随机排列结合拉丁方排列的田间布设，探讨N、P配施对直干桉苗木生长和光合生理的影响，为直干桉壮苗培育最佳施肥量的确定提供理论依据和技术指导，为云南直干桉产业的发展提供技术支撑和优质造林材料。

1 材料与方法

1.1 材料

以810株生长5个月的直干桉实生苗为试验材料。在西南林业大学苗圃中，于2018年3月利用容器(直径和高均为20 cm)进行播种育苗，种子来自于云南昆明；每个容器装填2 kg的山地红壤(土壤中全N为1.22 g·kg-1，全P为0.10 g·kg-1，速效N为46.93 mg·kg-1，速效P为4.36 mg·kg-1)，而后利用0.1%高锰酸钾溶液对土壤进行消毒；种子在播种前用始温45℃的水浸种24 h，然后用0.1%高锰酸钾溶液消毒30 min，再用蒸馏水冲洗2～3次[13]；播种时每个容器均匀点播10粒；待苗高5 cm时定植，每个容器定植5株。于2018年8月开展施肥试验。施肥前后所有苗木的水分管理一致。

1.2 研究方法

1.2.1 苗木施肥 试验采用N、P两因素三水平3×3回归正交设计[14]，N和P分别设置3个浓度水平(N肥：0、0.55 g·株-1和1.1 g·株-1；P肥：0、0.6 g·株-1和1.2 g·株-1)，施肥水平及试验方案分别见表1、表2。肥料施用尿素和过磷酸钙，尿素含氮量46%，过磷酸钙(P2O5)含磷量12%。试验设置3个重复(区组)，每个重复9个处理组合，每个重复的每个处理组合30株苗木。试验采用随机排列和拉丁方排列相结合的方法进行田间布设[14](表3)，相同的处理组合为1个小区，每个区组9个小区，3个区组共计27个小区，这27个小区可以重组成17个不同的区组。于2018年8月，当苗龄5个月时，依据施肥试验方案对每个处理组合的苗木进行叶面喷施N肥和P肥。苗木施肥后按常规方式进行统一管理。

表1 施肥试验水平及其编码值Table 1 Levels and coding values of the experiment (克·株-1)

表2 施肥试验方案Table 2 Scheme of the experiment

表3 施肥试验田间布设Table 3 Field arrangement of the experiment

1.2.2 苗木生长形态指标和生物量测定 2018年8月，当苗龄5个月时，于施肥前，对每个处理组合每个重复的30株苗木分别进行挂牌编号，而后分别测定其苗高(用直尺测量从苗木基部至最高处的距离)和地径(用游标卡尺测量苗木土痕处的直径)[15-17]，进行苗木生长的本底调查。

施肥2个月后，对所有参试苗木的苗高和地径进行测量，计算其增幅，以苗高和地径增幅作为肥料效应分析的产量指标，增幅(%)的计算方法为：100×(最终产量指标-原始产量指标)/原始产量。待苗高和地径测定完成后，每个处理组合的每个重复随机选取3株苗木，将每株苗木都严格按照取样标准从其微环境中完整取出，用蒸馏水小心冲洗掉根系上的基质，保持根系完整，将苗木的根、茎、叶分开，105℃杀青30 min后，于80℃下烘干至恒重[18]，分别称量其干重，得到苗木各器官生物量及总生物量。

1.2.3 苗木光合生理指标的测定 施肥2个月后，每个处理组合的每个重复随机取3株苗木，每株苗木选取上、中、下3个不同测定部位的叶片，每株苗木每个测定部位的叶片分别用光合仪(Li-6800便携式光合测定仪)测定3次，取其平均值。测定时，选取天气晴朗的时间且利用红蓝光源进行补光。获取苗木的光响应曲线，得到其净光合速率(A)、蒸腾速率(E)、胞间CO2浓度(Ci)等光合生理参数[9,11,19]。

1.2.4 数据分析 通过Excel 2007进行数据整理，利用SPSS17.0软件分别对施肥调控下直干桉苗木的生长和光合生理指标进行回归分析和方差分析，采用SAS 9.4软件进行曲面图绘制[14]。

2 结果与分析

2.1 N、P配施对直干桉苗木生长的影响

试验的9个处理组合中，苗高、地径增幅均随施肥量的增加呈先增大后减小的趋势(表4)，处理组合6(N肥0.55 g·株-1、P肥1.2 g·株-1配合施用)的苗高增幅(32.19%)和地径增幅(46.36%)皆最大，处理组合5(N肥0.55 g·株-1、P肥0.6 g·株-1配合施用)的苗高增幅(30.79%)和地径增幅(38.68%)均位列第二，处理组合7(N肥1.10 g·株-1、P肥0 g·株-1配合施用)的苗高增幅(26.00%)和地径增幅(29.56%)均最小，说明适量的肥料有利于苗高和地径生长量的积累。试验中，处理组合6(N肥0.55 g·株-1、P肥1.2 g·株-1配合施用)和处理组合5(N肥0.55 g·株-1、P肥0.6 g·株-1配合施用)皆为直干桉苗高和地径生长的优水平施肥量。

表4 不同N、P配施处理组合的直干桉苗高、地径增幅Table 4 The increments of the seedling height and ground diameter of E.maideni with the experimental treatments

分别对苗高、地径的增幅与N、P配施量做回归分析，2个产量指标(苗高和地径的增幅)各得到17个肥料效应方程。通过比较这17个肥效方程的显著水平、是否典型以及是否在实际试验范围内，从而选出一个拟合度和显著水平较高的方程作为该产量指标的肥料效应方程(表5)，以此分析N、P配施对直干桉苗木的生长效应。从肥料效应方程来看，N、P配施对直干桉苗高、地径生长皆具促进作用(表5)。

根据苗高、地径增幅肥料效应方程(表5)，通过降维法，令其中1个肥料因子为0，每个产量指标可获得2个一元肥料效应方程(表6)，然后对此肥料因子单独进行效应分析。结果表明：N肥对苗高增幅的促进作用要好于P肥，P肥对地径增幅的促进要好于N肥；单施N肥的苗高增幅最高量为28.98%，单施P肥的苗高增幅最高量为23.23%；单施N肥的地径增幅最高量为29.34%，单施P肥的地径增幅最高量为43.33%(表6)，因此，单施N肥和单施P肥对地径生长的促进作用大于其对苗高生长的促进作用。

表5 直干桉苗高、地径增幅N、P配施肥效方程Table 5 Equations of fertilization effect of combining application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter of E.maideni %

肥料效应方程和肥料效应曲面(表7，图1)结果表明：直干桉苗木的生长量(苗高增幅和地径增幅)随着N肥施用量的增加，呈先增大后减小的趋势，随着P肥施用量的增加，呈增大的趋势；曲面的顶点所对应的N、P施肥量就是苗高、地径生长的最佳施肥量和最优施肥配比；苗高增幅的最佳配合施肥量为N肥0.49 g·株-1、P肥1.2 g·株-1，最佳N、P配比为1∶2.45，最高理论产量为34.94%；地径增幅的最佳配合施肥量为N肥0.45 g·株-1、P肥1.2 g·株-1，最佳N、P肥配比为1∶2.67，最高理论产量为47.98%。从2个产量指标(苗高增幅和地径增幅)的最高理论产量来看，N、P配施的促进效果皆好于单施N肥及单施P肥(表6，表7)。

图1 直干桉苗高、地径增幅对N、P配施的响应曲面(a:苗高增幅、b:地径增幅)Fig.1 Response surface plot of fertilization effect of the combined application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter of E.maideni(a:Seedling height increment,b:Ground diameter increment)

表6 直干桉苗高、地径增幅单因素肥料效应方程Table 6 Equations of fertilization effect of single application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter of E.maideni %

表7 直干桉苗高、地径增幅的N、P配施交互效应分析Table 7 Interaction effect analysis of combining application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter of E.maideni

2.2 N、P配施对直干桉苗木生物量的影响

N、P配施对直干桉苗木各器官生物量的影响结果见表8。直干桉苗木茎生物量和根生物量分别在试验的9个处理组合间存在极显著差异(P=0.005)和显著差异(P=0.019)，叶生物量则无显著差异(P=0.509)。处理组合9的茎生物量最大，处理组合9、6和5的茎生物量皆极显著大于处理组合1、3和4，处理组合8、2和7为过渡组；处理组合9的根生物量最大，处理组合9和5的根生物量皆显著大于处理组合1、8、4和3，处理组合6、7和2为过渡组；处理组合9的叶生物量最大。处理组合9的根生物量和叶生物量的变异系数均最小，茎生物量的变异系数较小；处理组合5的根生物量、茎生物量和叶生物量的变异系数均较小。综上，认为利于直干桉苗木根、茎、叶生物量累积的N、P配施试验处理为处理组合9(N肥1.10 g·株-1、P肥1.2 g·株-1)和处理组合5(N肥0.55 g·株-1、P肥0.6 g·株-1)。

表8 N、P配施对直干桉苗木不同器官生物量的影响Table 8 Effects of combined application of N and P on the biomass of different organs of E.maideni seedling

N、P配施对直干桉苗木生物量影响的试验因素及水平分析结果见表9。直干桉苗木的根生物量在3个因素A(P=0.012)、B(P=0.044)和A×B(P=0.037)的水平间皆存在显著差异；因素A和B中，X2均显著>X1，且X3均为过渡组，因此理论优水平组合为A2B2；由极差值分析，可知因素间的主次关系为A×B(R=0.945)>A(R=0.851)>B(R=0.729)。苗木的茎生物量在因素A(P=0.025)和B(P=0.007)的水平间分别存在显著差异和极显著差异，交互因素A×B(P=0.083)的水平间无显著差异；因素A中，X2显著>X1，且X3为过渡组，因素B中，X2极显著>X1，且X3为过渡组，因此理论优水平组合为A2B2；由极差值分析，可知因素间的主次关系为B(R=0.987)>A(R=0.930)>A×B(R=0.884)。苗木的叶生物量在因素A(P=0.177)、B(P=0.952)和A×B(P=0.541)的水平间均无显著差异，描述分析认为理论优水平组合为A3B2；由极差值分析，可知因素间的主次关系为A(R=0.367)>A×B(R=0.261)>B(R=0.093)。综上，认为利于直干桉苗木根、茎、叶生物量累积的N、P配施的理论优水平组合为A2B2(N肥0.55 g·株-1、P肥0.6 g·株-1配合施用)。

表9 N、P配施对直干桉苗木生物量影响的试验因素及水平分析Table 9 The analysis of experimental factors and levels for the effects of combined application of N and P on the biomass of E.maideni seedling

2.3 N、P配施对直干桉苗木光合特性的影响

研究结果(表10)表明，直干桉苗木的净光合速率(P=0.035)、胞间CO2浓度(P=0.041)和蒸腾速率(P=0.018)皆在N、P配施试验的9个处理组合间存在显著差异。与对照相比，施肥(无论单施N肥，单施P肥，还是N、P配施)可促进直干桉苗木净光合速率和蒸腾速率的提高，同时可降低其胞间CO2浓度；处理组合5的净光合速率显著大于处理组合8、9、4、3、2和1，且处理组合6和7为过渡组，同时处理组合1的净光合速率显著小于处理组合5、7、6、8、9和4，且处理组合3和2为过渡组；处理组合5的蒸腾速率显著大于其余8个处理组合，同时处理组合1和2的蒸腾速率显著小于处理组合5、7、9、6和8，且处理组合4和3为过渡组；处理组合1、2和3的胞间CO2浓度显著大于处理组合6、7和5，且处理组合4、8和9为过渡组。由此，N、P配施对直干桉苗木光合特性的影响已明晰，即适合的养分条件，会使胞间CO2浓度降低，蒸腾速率和净光合速率提高；处理组合5(N肥0.55 g·株-1、P肥0.6 g·株-1)的苗木净光合速率和蒸腾速率皆最大，且胞间CO2浓度最小，从光合生理角度来说，处理组合5为N、P配施试验的优处理。

表10 N、P配施对直干桉苗木光合特性的影响Table 10 Effects of combined application of N and P on photosynthetic characteristicsof E.maideni seedling

3 结论与讨论

胡厚臻[12]对巨尾桉苗木的施肥调控研究认为，N主要影响巨尾桉的苗高和地径生长，P主要影响苗木的生物量积累及其分配。这与本研究的单因素肥效方程分析结果有所不同，本研究认为N对苗高增幅的促进作用要好于P，P肥对地径增幅的促进作用要好于N；N和P对地径生长的促进作用均大于其对苗高生长的促进作用。造成此种差异的原因可能是巨尾桉的苗期生长速度远大于直干桉，N对地径快速增长的促进作用更加凸显。因此，对于桉属中的不同树种，其壮苗培育中的施肥调控，需根据树种有针对性的开展工作。直干桉N、P配施试验中处理组合6(N肥0.55 g·株-1、P肥1.2 g·株-1)和处理组合5(N肥0.55 g·株-1、P肥0.6 g·株-1)皆为苗高和地径生长的优水平施肥量，处理组合5为根、茎和叶生物量累积的优水平施肥量。

林国祚[9]在尾巨桉苗木培育中提出N、P配施有利于苗高和地径生长。本研究发现直干桉苗木的苗高和地径生长均随着N施用量的增加，呈先增大后减小的趋势，随着P施用量的增加，呈增大的趋势，N、P配施对苗高、地径生长的促进效果皆好于单施N肥及单施P肥，因此前人的研究与本研究的两因素肥效方程和肥效曲面分析结果一致。由两因素肥效方程和肥效曲面，可得到利于直干桉苗高和地径生长的理论最佳施肥量分别是N肥0.49 g·株-1、P肥1.2 g·株-1配施和N肥0.45 g·株-1、P肥1.2 g·株-1配施，由于N肥和P肥对直干桉地径生长的促进作用均大于其对苗高生长的促进作用，且依据苗木质量分级中以地径为主、苗高为辅的原则[20]，本研究认为利于直干桉苗木生长的理论最佳施肥量为N肥0.45 g·株-1、P肥1.2 g·株-1配合施用。

陆梅等[11]发现施肥后邓恩桉幼林的叶面积指数和净光合速率均有显著的提高，本研究表明施肥可促进直干桉苗木净光合速率和蒸腾速率的提高，同时可降低其胞间CO2浓度，施肥对邓恩桉幼树和直干桉苗木净光合速率的作用效应是一致的，同时从光合生理角度阐明施肥对桉树苗木生长的促进机理。处理组合5的直干桉苗木净光合速率和蒸腾速率皆最大，且胞间CO2浓度最小，从光合生理角度来说，处理组合5为N、P配施试验的优处理。

综上所述，利于苗木生长和生物量累积以及光合能力增强的试验优水平组合为处理组合5(N肥0.55 g·株-1、P肥0.6 g·株-1)，而其理论最佳施肥量为N肥0.45 g·株-1、P肥1.2 g·株-1配施，结合苗木生长随N、P施肥量的变化趋势(苗高和地径生长均随N肥施用量的增加，呈先增大后减小的趋势，随P肥施用量的增加，呈增大的趋势)，本研究推荐理论最佳施肥量为指导直干桉壮苗培育的N、P配施用量。