氮、磷配施对直干桉苗木生长和养分含量的影响

王晓丽，杨 杰，吴 波，曹现富，李 艳，邹广权，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（Eucalyptus maideniF.V.Muell.）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[3].直干桉种粒细小，幼苗细弱且生长缓慢，如何更好地促进苗木生长，获得更多的壮苗，是直干桉苗木促成培育中亟需解决的问题.苗木培育时，高比例的壮苗可以降低育苗成本.人工林定向培育（超短轮伐期工业用材林、油用经济林）中，壮苗是提高其造林成活率和造林后林木生长量的基础和关键.水肥管理是培育健壮苗木的重要技术要素[4]，氮肥和磷肥的施用又是施肥调控的重点.

N、P 是植物生长所必需的大量营养元素，缺之会制约植物的生长和生物产量，导致植物地上部分矮小，地下根系不发达.中国苗木培育中多采用自然土壤为基质，针对中国大部分地区土壤中缺P少N 的情况[5-7]，在桉树苗木培育施肥调控方面，很多学者开展了大量研究.林国祚等[8]在尾巨桉苗木培育中提出，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.胡厚臻[9]认为氮肥主要影响巨尾桉的苗高和地径生长，磷肥主要影响苗木的生物量积累及其分配，高浓度氮和低浓度磷配合施肥不利于苗木的养分吸收.王昌熙[10]提出氮肥的施用量决定尾巨桉幼苗根的总生物量.杜旭等[11]的研究表明，适合的氮肥施用量，利于巨尾桉苗木对N、P 和K 元素的积累.

目前，直干桉苗木培育中的施肥调控研究未见报道.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，探讨氮、磷配施对直干桉苗木生长和养分生理的影响，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，为直干桉人工林营造提供优质造林材料，为云南直干桉产业的发展提供技术支撑.

1 材料与方法

1.1 研究材料以540 株5 个月生直干桉实生苗为施肥调控的试验材料.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 的土壤（山地红壤），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[12]；播种时每个容器均匀点播10 粒种子；待苗高5cm 左右时进行定植，每个容器定植5 株苗木.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 试验采用氮、磷两因素三水平3×3 回归正交设计[13]，氮肥和氮肥分别设置3 个水平（氮肥：0、0.55 g/株和1.1 g/株；磷肥：0、0.6 g/株和1.2 g/株），施肥水平及试验方案分别如表1 和表2 所示.肥料施用尿素（含纯N 46%）和过磷酸钙（含P2O512%）.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20 株苗木.田间布设采用随机排列和拉丁方排列相结合的方法[13]（表3），相同的处理组合为一个小区，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（图1）.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氮肥和磷肥.苗木施肥后按常规方式进行统一管理.

图1 小区重组示意图Fig.1 Reorganization of experimental plots

表1 施肥试验因素水平表Tab.1 Factors and levels of the experiment

表2 施肥试验方案Tab.2 Scheme of the experiment

表3 施肥试验田间布设Tab.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20 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）[14-15]，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（%）=(最终产量指标−原始产量指标)/原始产量指标×100%.待苗高和地径测定完成后，每个处理组合的每个重复随机取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，于105 ℃杀青30 min 后，于80 ℃下烘干至恒重[16]，分别称量其干质量，得到苗木各器官生物量及总生物量.

1.2.3 苗木各器官中N 和P 质量比的测定 施肥2 个月后，当苗高和地径测定完成后，每个处理组合的每个重复随机取1 株苗木，将苗木严格按照取样标准从其微环境中完整取出，清洗干净.将每株苗木的根、茎、叶分开研磨，分别测定每株苗木根、茎、叶的N（凯氏定氮仪）和P（钼锑抗比色法）质量比[17].

1.2.4 数据分析 通过EXCEL2007 进行数据整理，利用SPSS17.0 软件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[13].

2 结果与分析

2.1 N、P 配施对直干桉苗木生长的影响通过施肥处理后苗高和地径的增幅，分析氮、磷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5（氮肥0.55 g/株、磷肥0.60 g/株配合施用）的苗高增幅（97.35%）和地径增幅（166.67%）皆最大，处理组合9（氮肥1.10 g/株、磷肥1.20 g/株配合施用）的苗高增幅（12.27%）最小且地径增幅（110.66%）较小，说明适量的肥料有利于苗高和地径生长量的积累.试验中，直干桉苗高和地径生长的最佳施肥量均为氮肥0.55 g/株、磷肥0.60 g/株配合施用.

表4 不同氮、磷配施处理组合的直干桉苗高、地径增幅Tab.4 The increments of the seedling height and ground diameter ofEucalyptus maideni with different experimental treatments

根据试验的小区重组情况（图1），分别对苗高、地径的增幅与氮、磷配施量做回归分析，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），以此分析氮、磷配施对直干桉苗木的生长效应.从肥料效应方程来看，氮、磷配施对直干桉苗高、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，令其中一个肥料因子为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：氮肥对苗高增幅的促进作用要好于磷肥，磷肥对地径增幅的促进作用要好于氮肥（表6 和图2）.单施氮肥的苗高增幅最高为82.06%，单施磷肥的苗高增幅最高为62.64%；单施氮肥的地径增幅最高为122.99%，单施磷肥的地径增幅最高为128.36%（表6），因此，单施氮肥和单施磷肥，对地径生长的促进作用大于其对苗高生长的促进作用，即施肥对地径的影响大于其对苗高的影响.

图2 直干桉苗高、地径增量单因素肥料效应曲线Fig.2 Response curve of fertilization effect of single application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter ofEucalyptus maideni

表5 直干桉苗高、地径增幅氮、磷配施肥效方程Tab.5 Equations of fertilization effect of combining application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter ofEucalyptus maideni

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

肥料效应方程和肥料效应曲面（表7 和图3）结果表明：直干桉苗高、地径增幅肥料效应曲面均为凸形曲面，苗高、地径增幅均随施肥量的增加呈先增大后减小的规律，曲面的顶点所对应的氮、磷施肥量就是苗高、地径生长的最佳施肥量和最优施肥配比.苗高增幅的最佳施肥量为氮肥0.50 g/株、磷肥0.54 g/株配施，最佳氮、磷肥质量比为1∶1.08，最高理论产量为91.28%.地径增幅的最佳施肥量为氮肥0.60 g/株、磷肥0.66 g/株配施，最佳氮、磷肥质量比为1∶1.1，最高理论生长量为164.07%.从2 个产量指标（苗高增幅和地径增幅）的最高理论生长生量增幅来看，氮、磷配施的促进效果皆好于单施氮肥及单施磷肥（表6 和表7）.苗高增幅和地径增幅的等产线图（图4 和图5）均为一般椭圆形圆锥曲线，2 个等产线图的X轴、Y轴与OA、OB 围成的区域分别是促进苗高（0.00 g/株≤氮肥≤0.50 g/株 且0.00 g/株≤磷 肥≤0.54 g/株）和地径（0.00 g/株≤氮肥≤0.60 g/株且0.00 g/株≤磷肥≤0.66 g/株）生长的合理施肥区域.

图3 直干桉苗高、地径增幅对氮、磷配施的响应曲面Fig.3 Response surface plot of fertilization effect of combining application of nitrogen and phosphorus on the increments of the seedling height and ground diameter ofEucalyptus maideni

图4 直干桉苗高增幅等产线图Fig.4 The diagram of iso-production lines for the increment of the seedling height ofEucalyptus maideni

图5 直干桉地径增幅等产线图Fig.5 The diagram of iso-production lines for the increment of the ground diameter ofEucalyptus maideni

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

2.2 N、P 配施对直干桉苗木生物量的影响对于生物量指标来说，在试验过程中无法直接测得施肥前的原始数据，因此分别用地径、苗高与整株生物量、各器官生物量进行相关性分析，结果显示唯苗高与整株生物量高度相关（R=0.817，P<0.01），且以苗高为自变量的三次函数模型的拟合效果最佳（表8），因此以该模型计算苗木原始生物产量.以苗木整株生物量增幅和氮、磷肥施用量进行回归分析，得到其总生物量肥料效应方程（表8）.根据该肥料效应方程，绘制总生物量增幅的反应曲面（图6）.从反应曲面可以看出：随氮、磷配施施肥量的增加，苗木总生物量增幅呈先增大后减小的趋势；氮肥0.73 g/株、磷肥0.60 g/株配施下苗木总生物量增幅达最大.单因素肥料效应分析认为，氮肥（方程为Y=15.775+34.579X1−24.653X12，总生物量增幅最高为27.879%）对苗木总生物量累积的促进作用大于磷肥（Y=15.775+26.101X2−25.371X22，总生物量增幅最高为22.471%）.肥料交互效应分析发现，氮、磷配施的总生物量增幅最高为37.047%，表明氮、磷配施对苗木总生物量的累积效果好于单施氮肥或单施磷肥.

图6 直干桉苗木总生物量增幅对氮、磷配施的响应曲面Fig.6 Response surface plot of fertilization effect of combining application of nitrogen and phosphorus on the increments of total biomass ofEucalyptus maideni seedling

表8 直干桉苗木生物量原始数据值最优计算模型和总生物量增幅肥效方程Tab.8 The optimal calculation model of the original data of seedlings biomass and the fertilizer effect equation of total biomass growth ofEucalyptus maideni seedling

2.3 N、P 配施对直干桉苗木养分质量比的影响研究结果（表9）表明，苗木根、茎、叶N 质量比均随氮肥施用量的增加而增大，且苗木各器官N 质量比在氮肥施用量3 个水平两两间均存在显著差异.当N 肥施用量一定时，苗木各器官N 质量比在磷肥施用量3 个水平两两间均无显著差异，因此认为苗木各器官的N 质量比主要与氮肥施用量相关，而与磷肥施用量无关.单施磷肥时，苗木根、茎、叶P 质量比均显著大于其对照；氮、磷配施时，苗木根P 质量比在氮肥施用量为0.60 g/株时最大，且显著大于其在磷肥施用量为0 g/株时，苗木茎P 质量比在磷肥施用量为1.20 g/株时最大，且显著大于其在磷肥施用量为0 g/株时，苗木叶P 质量比在各处理组合间均无显著差异，因此认为苗木各器官的P 质量比主要与磷肥施用量相关，氮、磷配施对苗木各器官P 累积的促进作用不显著.

表9 氮、磷配施对直干桉苗木不同器官N 和P 质量比的影响Tab.9 Effects of combined application of N and P on total nitrogen and total phosphorus in different organs ofEucalyptus maideni seedling

3 讨论

氮、磷配施试验对直干桉苗木生长的影响分析认为，利于苗高和地径生长的最佳施肥量均为氮肥0.55 g/株、磷肥0.60 g/株配施（处理组合5）.从单因素肥效方程来看，氮肥对苗高生长和总生物量累积的促进作用好于磷肥，磷肥对地径生长的促进作用好于氮肥，氮肥和磷肥对地径生长的促进作用均大于其对苗高生长的促进作用.本研究结果与胡厚臻[9]对巨尾桉苗木的施肥调控研究结果有所不同，他认为氮肥主要影响巨尾桉的苗高和地径生长，磷肥主要影响苗木的生物量积累及其分配，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，氮肥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.

从两因素肥效方程和肥效曲面来看，直干桉苗高、地径生长和总生物量累积均随施肥量的增加呈先增大后减小的趋势，氮、磷配施对苗高、地径生长和总生物量累积的促进效果皆好于单施氮肥及单施磷肥，说明氮、磷两因素相互作用产生了效应，这与林国祚[8]在尾巨桉苗木培育中提出的氮、磷配施有利于苗高和地径生长的研究结果一致.利于直干桉苗高生长的理论最佳施肥量为氮肥0.50 g/株、磷肥0.54 g/株配施，利于地径生长的理论最佳施肥量为氮肥0.60 g/株、磷肥0.66 g/株配施，利于总生物量累积的理论最佳施肥量为氮肥0.73 g/株、磷肥0.60 g/株配施.由等产线图分别围出利于苗高和地径生长的合理施肥区域，避免多施造成的肥料浪费及少施造成的增产效益低的问题.由于氮肥和磷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[18]，本研究中利于直干桉苗木生长的理论最佳施肥量为氮肥0.60 g/株、磷肥0.66 g/株配施.综合考虑等产线图的合理施肥区域和利于苗木生长的理论最佳施肥量，认为氮肥0.60 g/株、磷肥0.66 g/株配施作为直干桉壮苗培育的实际施肥量是适宜的.

氮、磷配施对直干桉苗木养分含量的影响分析认为，苗木各器官的N 质量比主要与氮肥施用量相关，苗木各器官的P 质量比亦主要与磷肥施用量相关，氮、磷配施对苗木各器官N、P 累积的促进作用皆不显著.这与杜旭等[11]的研究结果不完全相同，其研究表明适合的氮肥施用量，利于巨尾桉苗木对N、P 和K 元素的积累.宇万太等[19]就追施氮肥当年与翌年对桉树生长及各部位N 贮量的影响研究认为，追施氮肥对生物量的积累当年效果不如次年.本研究中，所用试验材料为5 个月生的直干桉实生苗，氮、磷配施2 个月后测定苗木各器官中的N、P 质量比，可能测定时间不是苗木对氮、磷配施的最佳响应时间，因此本文中氮、磷配施对苗木体内养分累积影响的研究结果具有一定的阶段性.后续可对施肥处理后的苗木进行体内养分含量监测，探讨肥效测定时间对苗木体内养分贮量的影响，获得苗木对施肥的最佳响应时间，进而更好地从养分生理层面解释施肥对苗木生长的影响.