微生物保水剂对大花序桉幼苗生长生理及养分含量的影响

韦存瑞 廖思 左秋玉 杨梅

微生物保水剂对大花序桉幼苗生长生理及养分含量的影响

韦存瑞1廖思2左秋玉2杨梅2

（1. 广西壮族自治区南宁树木园 广西南宁 530031；2. 广西大学林学院 广西南宁 530004）

为筛选有利于大花序桉抗旱且促生效果较好的保水剂用量，以广西林科院培育的大花序桉容器苗为试材，利用盆栽试验，对比分析微生物保水剂不同用量下，大花序桉幼苗生长、光合特性及养分含量的差异及相关性。结果表明：（1）干旱胁迫下，施用保水剂可以促进大花序桉幼苗生长，施用量为5 g/株时，苗高增长量最大，分别为42.18 cm，较对照提高26.25%；（2）随保水剂用量增加，大花序桉净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均呈现先上升后下降趋势，施用量为5 g/株时，三者达到最大，分别较对照提高100.15%、52.94%、16.87%，胞间CO2浓度则呈现先下降后上升趋势；（3）叶片N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn等元素含量在施用量为5 g/株时最高，分别较对照高75.73%、6.38%、65.67%、209.78%、193.21%、20.34%、59.04%；（4）大花序桉苗高及地径的增长量与净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn呈显著或极显著相关。综上，适宜的微生物保水剂用量可以缓解干旱胁迫，提高大花序桉的光合能力，促进养分吸收和苗木生长。大花序桉最适保水剂用量为5 g/株。

微生物保水剂；大花序桉；干旱胁迫；生长生理；养分含量

大花序桉()为桃金娘科（Myrtaceae）桉属（）大乔木树种，自然分布于澳大利亚昆士兰州，材质坚硬、纹理美观，广泛应用于建筑、家具及矿柱等，是一种优良的锯材树种[1]。1972年，我国开始引种大花序桉，目前在海南、福建、广西、广东等地区均有分布[2]。大花序桉生长快、对水分需求量高，但由于主栽区属热带亚热带地区，季节性干旱明显，土壤保水保肥能力差，林木生长发育容易受阻，树种应有的生产潜力与经济价值得不到充分发挥[3]。保水剂是一种环保型抗旱节水材料，具有吸水、保水、释水、保肥的能力，常应用于农林抗旱节水植物栽培技术中。因此，研究干旱胁迫下保水剂不同用量对大花序桉生长、光合特性及养分吸收的影响，对于提高桉树人工林的产量与经济效益具有重要意义。

当前，国内对大花序桉的研究主要集中在种源与遗传变异[4]、无性繁殖[5]、木材性质[6]及树种混交[7]等方面，关于保水剂对大花序桉生长、光合特性及养分吸收的影响研究较少。基于此，以大花序桉幼苗为研究对象，在幼苗盆栽中添加不同用量的微生物保水剂，对比分析不同大花序桉盆栽幼苗的生长、光合特性及养分含量状况，以筛选大花序桉促生效果较好的保水剂用量，为大花序桉的栽培管理提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况 试验地位于广西南宁市广西大学林学院苗圃基地（22°51¢20″N､108°17¢14″E），属亚热带季风气候，干湿季节明显，夏长高温多雨,冬短温暖干燥，年均气温在21.6℃左右，极端最高气温40.4℃，极端最低温度‒2.4℃，年均日照1 827 h，年均降雨量1 304.2 mm，平均相对湿度为79%。

1.1.2 试材 供试苗木为广西林科院培育的大花序桉实生容器苗，苗龄为10个月,苗高约41 cm，地径约2.45 mm。试验所用育苗袋为直径30 cm、高40 cm的黑色柱形育苗袋，育苗基质选用广西南宁市郊区马尾松林地土壤。保水剂选用长沙市圣华科技发展有限公司生产的多功能微生物保水剂（钾型），主要由丙烯酸钾、淀粉及另外2种矿物质经特殊工艺合成，保水剂中主要的菌种为活体细菌。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 采用单因素随机区组试验设计方法设计保水剂不同用量梯度试验，保水剂用量分别为2.5 g/株（B1）、5.0 g/株（B2）、10.0 g/株（B3），共3个处理梯度，并以不添加保水剂为对照（CK），每个处理3次重复，每个重复20株。2018年3月31日，开始移栽苗木。移栽过程中，先往育苗袋中装9 kg林地土，再加入保水剂与林地土搅拌、混合均匀，后再向育苗袋添加6 kg林地土作为上层土，最后栽植大花序桉容器苗。植苗时尽量保留植株根系周围的土团，避免损伤植株根系。将苗木放置在苗圃塑料大棚内正常管理2周，每2 d浇水1次，待苗木恢复生长后再进行干旱处理：先连续干旱30 d，再复水30 d，最后再干旱30 d。7月14日试验结束后立即取样，进行相关指标测定。

1.2.2 指标测定 （1）生长指标测定 使用卷尺（精度为0.1 cm）和游标卡尺（精度为0.01 mm）测定试验前与试验结束后每株苗木的苗高、地径。

（2）养分指标测定 试验结束后，每个处理选取长势平均的6株试验苗木，洗净后将其根、茎和叶分离，放入烘箱以105℃杀青30 min，后以75℃烘至恒重；用粉碎机对烘干后的叶片进行粉碎，并过80目筛，用于养分指标测定。全氮（N）含量采用硫酸—过氧化氢消煮法测定；全磷（P）含量采用酸溶（浓硫酸—高氯酸）—钼锑抗比色法测定；全钾（K）含量采用火焰光度计法测定；Fe、Mn、Cu、Zn含量采用消煮—电感耦合等离子体质谱法测定[8]。

1.2.3 数据分析 采用Excel 2016对试验数据进行收集与整理。利用IBM SPSS Statistics 26.0软件进行单因素方差分析（one-way ANOVA）和多重比较（Duncan）（=0.05），检验各指标的差异性。表格中数据均采用（平均值±标准差）表示。

2 结果与分析

2.1 植株死亡情况

大花序桉幼苗经历干旱—复水—再干旱处理后，出现不同程度的死亡。如表1所示，大花序桉幼苗的死亡率从高到低排序为CK > B1 > B3 > B2，说明干旱—复水—再干旱处理对大花序桉幼苗产生了不同程度的干旱胁迫，其中对照组（CK）的受害程度比较严重，B2处理的死亡率最低。

表1 干旱胁迫下不同处理的大花序桉幼苗生长状况

注：小写字母表示不同处理间的差异显著（<0.05），下同。

2.2 微生物保水剂对大花序桉苗高、地径生长的影响

如表1所示，干旱胁迫下保水剂不同用量处理对大花序桉幼苗生长影响差异显著，以B2的处理效果最佳，其苗高与地径的增长量分别为42.18 cm、3.68 mm。施用保水剂后，各处理组的苗高增长量由大到小依次为B2 > B1 > B3 > CK，B2的苗高生长量分别较CK、B1、B3高26.25%、2.83%、18.25%。大花序桉幼苗地径增长量由大到小分别为B3>B2>B1>CK，B2较对照高8.24%，差异达到显著水平，但B2与B1、B3的差异不显著。

2.3 微生物保水剂对大花序桉幼苗光合特性的影响

由表2可知，随保水剂用量增加，大花序桉幼苗净光合速率、气孔导度及蒸腾速率呈现先上升后降低的趋势，且B2处理达到最大值，分别较对照提高了100.15%、52.94%、16.87%。胞间CO2在不同处理组间的变化趋势与其他指标相反，表现为随保水剂用量增加呈现先下降后增加趋势，B2处理的胞间CO2最低，较对照降低了30.18%，差异达到显著水平。

表2 干旱胁迫下不同处理的大花序桉叶片光合特性

2.4 微生物保水剂对大花序桉叶片养分含量的影响

由表3可知，与对照相比，B1、B2、B3处理的大花序桉叶片N含量分别增加了21.71%、75.73%、63.08%，P含量分别增加了1.34%、6.38%、4.03%，K含量分别增加了51.94%、65.67%、59.10%，不同处理间均以B2的元素含量增幅最大。对比不同元素间含量发现，N含量的增幅最大，K含量次之，P含量最低，其中N、K两种元素含量在不同处理间差异达到显著水平。

表3 大花序桉叶片N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn含量

与对照相比，B1、B2、B3处理的大花序桉叶片Fe含量分别增加了165.85%、209.78%、194.84%，Mn含量分别增加了164.80%、193.21%、195.96%，Cu含量分别增加了6.56%、20.34%、6.93%，Zn含量分别增加了26.24%、59.04%、50.77%，不同处理间均以B2处理的元素含量增幅最大。可见，B2处理促进大花序桉幼苗吸收微量养分的效果最佳。对比不同元素间含量发现，Fe、Mn含量的增幅较大，Cu、Zn含量增幅较低。

2.5 大花序桉苗高、地径增长量与光合特性及养分含量间的相关性分析

由表4可知，大花序桉苗高增长量与蒸腾速率、全钾、Fe呈显著正相关，与胞间CO2浓度呈显著负相关；地径增长量与净光合速率、全氮、全钾、Fe、Mn、Zn呈极显著正相关，与全磷、Cu呈显著正相关。

表4 相关分析结果

注：*表示在<0.05水平下相关性显著；**表示在<0.01水平下相关性极显著。

3 讨论与结论

3.1 讨论

幼苗期是整个植物生长周期中最重要的阶段，而水分是影响植物幼苗生长的关键因子[9]。本试验表明，干旱胁迫下，施用微生物保水剂的大花序桉幼苗的苗高增长量与地径增长量均显著优于对照，说明保水剂的加入可以有效缓解干旱胁迫，促进大花序桉幼苗生长发育，这与前人[3]研究结果相似。究其原因，可能是保水剂施入土壤后，通过吸水-释水过程增加根系周围的水分含量，在一定程度上缓解了干旱胁迫对植物造成的伤害，从而促进苗木生长[10]。随着保水剂用量的增加，大花序桉幼苗苗高增长量呈先增加后降低趋势，表明施用一定用量的微生物保水剂对大花序桉幼苗生长具有促进作用，但施用过多促进作用降低。保水剂是一种超吸收剂，用量过多时会破坏土壤结构，使土壤板结，不利于根系活动与吸收，进而影响根系与地上部分生长[11]。本试验以微生物保水剂用量为5.0 g/株（B2）时大花序桉幼苗的增长效果最佳，可见适宜的用量才能充分发挥保水剂的促生作用。

光合作用是绿色植物合成有机物的重要途径，植物光合能力强弱与叶片净光合速率、气孔开度、胞间CO2浓度及蒸腾速率密切相关。本研究结果表明，干旱胁迫下，施用保水剂各处理组的净光合速率均高于对照组，胞间CO2浓度则相反，说明施用保水剂一定程度上能增强大花序桉的光合能力，使其适应干旱胁迫环境，缓解干旱胁迫对幼苗光合作用的抑制，但保水剂施用量增加并不能一直增强植物的光合能力，存在适宜的用量范围，造成这种情况的原因可能与保水剂富含亲水基团有关。亲水基团赋予保水剂超强的吸水保水能力，当施用过量时液态水分被吸附的份量增加，土壤固液气三相比例失衡，不利于植物根系吸水，导致光合能力减弱，光合速率降低[12]。相关性分析表明，干旱胁迫下施用微生物保水剂，大花序桉地径的增长量与净光合速率呈极显著正相关，说明保水剂是通过增强光合能力、促进有机物的合成和积累来促进大花序桉幼苗生长。

养分积累是生物量积累的基础，也是苗木产量形成的基础，提高养分吸收能力是苗木增产增质的关键[13]。本试验发现，干旱胁迫下施用保水剂后，植物叶片中大量元素N、P、K和微量元素Fe、Mn、Cu、Zn的含量均明显高于对照，这是由于微生物保水剂富含活性微生物菌种，施入土壤后，菌种通过代谢活动产生有机酸和酶，加快土壤缓效养分的转化与释放，从而促进植物根系对养分的吸收利用[14]。但不同微生物保水剂用量的效果明显不同，微生物保水剂用量在5 g/株时，大花序桉幼苗体内各营养元素的含量最高。

本研究还发现，保水剂处理下植物体内N元素的增加幅度较P、K大，可能是添加保水剂后促使更多有机氮分解为速效性氮素，有利于植物吸收利用[15]。此外，保水剂自身保肥释肥功能，也可以在外界环境变化时将所吸附的氮素缓慢释放，以供植物吸收，使土壤中速效氮的供给与大花序桉对其的需求更加同步，从而增加植物对氮素的有效吸收与利用效率[16-17]。相关性分析表明，干旱胁迫下施用微生物保水剂，大花序桉的苗高及地径的增长量与N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn呈显著或极显著正相关，说明保水剂通过提高植物体内营养元素的含量来促进大花序桉幼苗生长。

3.2 结论

不同保水剂用量对大花序桉幼苗的生长、光合特性及养分吸收均有显著影响，随保水剂施用量增加，苗高、光合特性（胞间CO2浓度除外）及养分含量（Mn含量除外）呈现先上升后下降的趋势，且均在施用量为5 g/株时达到最大值。相关性分析表明，干旱胁迫下施用微生物保水剂，大花序桉的苗高及地径的增长量与净光合速率、N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn呈显著或极显著正相关。可见，适宜的保水剂用量能显著提高大花序桉的光合能力和养分吸收能力，促进幼苗生长发育。本研究是在苗圃基地进行，所设计保水剂用量与大花序桉幼苗野外生存环境存在差异。因此，今后还需借鉴此试验结果，开展保水剂用量对野外大花序桉幼苗生长发育及养分吸收的影响研究，从而为造林实践提供数据参考。

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Effects of Microbial Super Water-absorbent Polymer on Growth Physiology and Nutrient Content ofSeedlings

WEI Cunrui1LIAO Si2ZUO Qiuyu2YANG Mei2

(1. Nanning Arboretum, Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning, Guangxi 530031, China; 2. College of Forestry, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China)

container seedlings cultivated by the Guangxi Academy of Forestry were used as the test material, and potting experiments were conducted to compare and analyze the differences and correlations in the growth, photosynthetic characteristics, and nutrient contents ofseedlings with different dosages of microbial water-holding agents to screen the amount of water-holding agent that is drought-resistant and has a better growth-promoting effect. The results showed that: (1) Under drought stress, the application of microbial water-holding agent could promote the growth ofseedlings, and the maximum growth of seedling height and diameter was 42.18 cm and 3.68 mm, respectively, at 5 g×plant‒1, which were 26.25% and 8.24% higher than that of the control; (2) The net photosynthetic rate, stomatal conductance, and transpiration rate ofshowed a trend of increasing and then decreasing with the increase of water preservative dosage, reached the maximum when the dosage was 5 g×plant‒1, which was 100.15%, 52.94%, and 16.87% higher than that of the control, and the inter-cellular CO2concentration showed a trend of decreasing and then increasing; (3) The contents of N, P, K, Fe, Mn, Cu and Zn in leaves were the highest when the application rate was 5 g×plant‒1, which were 75.73%, 6.38%, 65.67%, 209.78%, 193.21%, 20.34% and 59.04% higher than the control, respectively. (4) The growth ofheight and diameter were significantly or highly significantly correlated with the net photosynthetic rate, transpiration rate, inter-cellular CO2concentration, whole N, whole P, whole K, Fe, Mn, Cu, and Zn. In conclusion, the appropriate amount of microbial water retention agent can alleviate drought stress, improve the photosynthetic capacity of, and promote nutrient uptake and seedling growth. The optimum dosage of water retention agent in this experiment was 5 g×plant‒1.

microbial super water-absorbent polymer;; drought stress; growth physiology; nutrient content

S792.39

A

10.12008/j.issn.1009-2196.2023.09.004

2023-02-14；

2023-02-22

广西自然科学基金重点项目“豆科树种与桉树混交根系分泌物与根际解磷菌对土壤磷素转化的复合增效机制”。（No.2021GXNSFDA196003）；广西林业科技推广示范项目“优良阔叶树种混交人工林全周期经营模式研究与示范”（No.gl2020kt01）。

韦存瑞（1967—），男，本科，工程师，研究方向为森林经营管理，E-mail：976079992@qq.com。

杨梅（1971—），女，博士，教授，研究方向为森林培育，E-mail：fjyangmei@126.com。

（责任编辑 林海妹）