王 曉，王櫻琳，韋小麗，吳高殷

（1.貴州大學 林學院，貴州 貴陽 550025；2.河北地質(zhì)大學 華信學院，河北 石家莊 050700）

合理平衡施肥對于促進苗木生長具有重要意義，能夠提高苗木對外界不良環(huán)境包括干旱、低溫以及病害等的抵抗力[1-4]。植物的穩(wěn)態(tài)礦質(zhì)營養(yǎng)理論是通過營養(yǎng)液栽培系統(tǒng)試驗提出的，使植物生長速率與營養(yǎng)狀態(tài)保持平衡[5]。TIMMER等[6]在穩(wěn)態(tài)礦質(zhì)營養(yǎng)理論的應用研究基礎上提出指數(shù)施肥。指數(shù)施肥是通過指數(shù)遞增的養(yǎng)分添加方式適應植物在各生長階段相對生長率的施肥方法，能夠區(qū)分營養(yǎng)不足、營養(yǎng)充足以及奢養(yǎng)消耗，并且能夠通過誘導奢養(yǎng)消耗提高苗木的營養(yǎng)儲備[7]。指數(shù)施肥的應用能夠提高苗木質(zhì)量，且成功應用于多種樹種，例如黑云杉Picea mariana[8-9]、杉木Cunninghamia lanceolata[10]、西南樺Betula alnoides[11]、盧茨云杉Picea×lutzii[12]。閩楠Phoebe bournei為亞熱帶常綠闊葉樹種，是國家重點保護的珍貴用材樹種。培育優(yōu)質(zhì)苗木是閩楠人工林培育的物質(zhì)基礎，苗期營養(yǎng)管理是影響苗木質(zhì)量的關鍵技術環(huán)節(jié)。王東光等[13]研究表明：磷素供應量為30 mg·株-1最有利于閩楠苗木的生長及抗低溫脅迫能力的提高。王藝等[14]研究了緩釋肥加載對閩楠容器苗生長及養(yǎng)分庫構建的影響，結果表明：緩釋肥加載有助于提高閩楠苗氮含量，且施肥量為3.0 kg·m-2時實現(xiàn)氮氧分庫的最大積累量。但這些研究都局限于采用一種固定的施肥量、施肥時間去研究閩楠的養(yǎng)分需求，忽略了苗木異速生長的特性。不同時期苗木生長速度不同，其對養(yǎng)分的需求量也不相同，按苗木異速生長規(guī)律定期供應恰當?shù)氖┓柿考葷M足了苗木需求，又能節(jié)約使用肥料。指數(shù)施肥是苗木穩(wěn)態(tài)營養(yǎng)加載一種較為先進的施肥方式，指在苗木培育過程中，根據(jù)苗木生長對養(yǎng)分的需求規(guī)律，每次施肥量呈指數(shù)增加，提供植物養(yǎng)分的量同步于植物生長量，把肥料盡可能多地固定在苗木體內(nèi)以形成養(yǎng)分庫，保持苗木體內(nèi)盡可能多的養(yǎng)分濃度，造林后苗木就會利用這一養(yǎng)分庫促進根系和頂梢生長。苗期提高苗木氮含量能夠促進造林后的早期生長，尤其是營養(yǎng)虧缺以及存在競爭的環(huán)境，因此苗期的氮素施用是苗木培育的重點[15-16]。為此，本研究以閩楠1年生閩楠苗為研究材料，采用盆栽試驗，設置不同的氮素供應水平開展指數(shù)施肥試驗，以了解不同指數(shù)施氮量對閩楠苗的生長生理以及養(yǎng)分積累的影響，采用分析閩楠苗生物量、氮素質(zhì)量分數(shù)、株含量以及施氮量之間的關系和臨界值法確定本試驗條件下的最適指數(shù)施氮量，以期為生產(chǎn)中按閩楠指數(shù)生長需求進行氮素供應，最大限度發(fā)揮肥料效應，提高苗木質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

供試閩楠苗為生長正常且均勻一致的1年生實生苗，苗高為(13.8±0.5) cm，地徑為(2.09±0.08) mm。閩楠苗栽培基質(zhì)為滅菌后的腐殖質(zhì)、泥炭土按1∶1(質(zhì)量比)的混合基質(zhì)，基質(zhì)理化性質(zhì)見表1。供試肥料為普羅丹高濃度水溶性復合肥，其主要養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)為氮200.000 g·kg-1，五氧化二磷(P2O5)200.000 g·kg-1，氧化鉀(K2O)200.000 g·kg-1，螯合鐵(Fe)1.000 g·kg-1，螯合錳(Mn)0.500 g·kg-1，螯合鋅(Zn)0.500 g·kg-1，螯合銅(Cu)0.500 g·kg-1，硼(B)0.200 g·kg-1，鉬(Mo)0.005 g·kg-1，EDTA螯合體10.000 g·kg-1。

表1 供盆栽試驗基質(zhì)的主要理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of the substance

1.2 研究方法

在貴州大學林學院苗圃采用盆栽法進行施肥試驗。植苗容器為外口徑20 cm，深15 cm的塑料花盆，每盆裝入1 kg腐殖質(zhì)、泥炭(1∶1，質(zhì)量比)混合基質(zhì)。為了防止水肥流失，花盆底部套有雙層白色塑料袋。植苗時間為3月初，緩苗4周后開始施肥。為了減小邊際效應，試驗過程中，隔2周移動1次花盆。盆栽過程中澆水量根據(jù)基質(zhì)最大持水量并視天氣和苗木生長狀況進行適當調(diào)整。

采用指數(shù)施肥模型來確定施肥量。指數(shù)施肥模型為NT=NS(erT-1)。其中：NT為需施養(yǎng)分總量，NS為施肥前苗木體內(nèi)養(yǎng)分含量，T為施肥總次數(shù)，r為相對添加速率，公式的具體意義參照CHEN等[17]和USCOLA等[18]的研究。

試驗開始前，隨機抽取20株幼苗，確定幼苗初始生物量(1.281 g·株-1)及初始氮(5.165 g·kg-1)、磷(0.810 g·kg-1)、鉀(4.327 g·kg-1)質(zhì)量分數(shù)。設置施氮量0、1、2、3、4、5 g·株-1共6個處理，分別用ck、N1、N2、N3、N4、N5表示，每個處理30株苗，苗木移栽后第4周開始施肥，每周1次，共12次。氮素指數(shù)施肥量見表2。

表2 閩楠指數(shù)施肥方案Table 2 Schedule of fertilizer additions by seedling age for P.bournei

1.3 指標測定

試驗期間，分別于移苗第6、9、12、15周末尾，測定全株養(yǎng)分含量，試驗結束時(即移苗后第15周末尾)，測定苗高、地徑、葉面積、生物量、葉綠素質(zhì)量分數(shù)、根系活力及葉片養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)。

生物量及全株養(yǎng)分含量測定：每個處理隨機取3株苗木，用游標卡尺測量地徑，精度0.01 mm；鋼卷尺測量苗高，精度0.1 cm；將苗木用自來水洗凈晾干后置于烘箱中105 ℃殺青20 min，然后75 ℃下烘48 h至恒量后稱干質(zhì)量，精度0.001 g；然后將每處理苗的地上和地下部分干質(zhì)量充分混合，研磨后分別采用擴散法、鉬銻抗比色法和火焰光度計法測定全株全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分數(shù)，詳見LY/T 1270-1999《森林植物與森林枯枝落葉層全硅、鐵、鋁、鈣、鎂、鉀、鈉、磷、硫、錳、銅、鋅的測定》。

葉綠素質(zhì)量分數(shù)及根系活力測定：每個處理隨機抽取3株苗木，每株摘取第3、4片初展葉，用去離子水洗凈晾干，用體積分數(shù)為80%丙酮與95%乙醇1∶1混合浸提葉片，采用紫外-可見分光光度計測定葉綠素質(zhì)量分數(shù)；取每株苗木根部，去離子水洗凈，采用改良TCC法測定苗木根系活力[19]。

葉片養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)測定：每個處理隨機取3株苗木，每株摘取第3、4片初展葉，用去離子水洗凈晾干后于75 ℃下烘48 h至恒量后研磨成粉，測定葉片全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分數(shù)，測定方法同全株養(yǎng)分測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2007處理，采用SPSS 22.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同指數(shù)施氮量對閩楠生長指標的影響

施肥促進閩楠苗高、地徑、葉面積的生長以及生物量的積累(表3)。與對照相比，5個施肥處理閩楠苗苗高、地徑、葉面積、生物量分別增加134.1%～157.7%、62.9%～88.5%、104.3%～366.8%、174.9%～269.9%。不同施肥處理之間，各生長指標隨指數(shù)施氮量的增加均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，N3處理苗高、地徑、葉面積、生物量均最大，且地徑、葉面積、生物量與其他施肥處理差異顯著(P＜0.05)。不同處理閩楠苗根冠比隨指數(shù)施氮量的增加而減小。

表3 不同處理閩楠苗生長指標Table 3 Growth in dices of P.bournei seedlings in different treatments

2.2 不同指數(shù)施氮量對葉綠素質(zhì)量分數(shù)及根系活力的影響

施肥可提高閩楠苗葉綠素a和葉綠素b質(zhì)量分數(shù)，不同指數(shù)施肥效果不同(圖1A)。葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素質(zhì)量分數(shù)從大到小的順序為N3、N2、N4、N5、N1，N3處理葉綠素a與葉綠素b質(zhì)量分數(shù)分別為16.532和3.641 mg·g-1，與其他處理差異顯著(P＜0.05)。最低與最高施氮量處理之間葉綠素b質(zhì)量分數(shù)差異不顯著(P＞0.05)。施氮量超過3 g·株-1，葉綠素a和葉綠素b質(zhì)量分數(shù)下降明顯，低于N1、N2處理。不同指數(shù)施氮量處理閩楠苗根系活力從大到小依次為N3、N4、N5、N2、N1(圖1B)，其中，N3處理閩楠苗根系活力最大，比N4處理高1.33%，兩者差異不顯著(P＞0.05)。N1、N2處理閩楠苗根系活力較低，但兩者差異不顯著(P＞0.05)。

圖1 不同處理閩楠苗葉綠素質(zhì)量分數(shù)及根系活力Figure 1 Chlorophyll content and root activity of P.bournei seedlings in different treatments

2.3 指數(shù)施肥對閩楠植株養(yǎng)分積累的影響

施肥促進閩楠苗生物量及養(yǎng)分積累，不同處理表現(xiàn)出的積累規(guī)律不同(表4)。移苗12周之前，各處理閩楠苗生物量隨指數(shù)施氮量的增加而增加；12周之后，N3處理生物量增加速率高于其他處理，且在15周苗木生物量最大，與N4、N5處理差異不顯著。氮質(zhì)量分數(shù)隨指數(shù)施氮量的增加及施肥次數(shù)的增加而增加，N5處理氮質(zhì)量分數(shù)在15周最高，顯著高于其他處理(P＜0.05)。隨指數(shù)施氮量及施肥次數(shù)的增加，閩楠苗磷質(zhì)量分數(shù)及磷株含量均呈增加趨勢，N5處理閩楠苗磷質(zhì)量分數(shù)在整個施肥階段均高于其他處理。鉀素積累在移苗12周前與磷素積累規(guī)律一致，移苗12周后N5處理閩楠苗磷株含量增加速率明顯降低，15周之后鉀株含量低于N3及N4處理，三者差異顯著(P＜0.05)。

2.4 氮素供應與閩楠苗生物量及氮素積累之間的關系

由圖2可以看出：氮素供應為0～3 g·株-1時，閩楠苗生物量、氮質(zhì)量分數(shù)、氮株含量隨氮素供應量的增加而增加，營養(yǎng)狀況表現(xiàn)為養(yǎng)分虧缺。氮素供應增加至3 g·株-1時，閩楠苗生物量最大，為7.114 g·株-1，養(yǎng)分供應能夠滿足生長需求。氮素供應超過3 g·株-1時，閩楠苗生物量未發(fā)生顯著變化，但氮株含量仍增加且達差異顯著水平(P＜0.05)，表現(xiàn)為奢養(yǎng)消耗狀態(tài)。養(yǎng)分供應過剩產(chǎn)生毒害通常表現(xiàn)為生物量及養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)的減少[20]。試驗未產(chǎn)生養(yǎng)分毒害現(xiàn)象。

2.5 臨界值法分析

繪制閩楠苗葉片氮、磷、鉀質(zhì)量分數(shù)及氮磷質(zhì)量分數(shù)比值與生物量的散點圖，添加趨勢線可以看出兩者呈拋物線關系(圖3)。以拋物線方程中最大生物量的90%相對應的2個養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)作為臨界值，兩者之間的值為最適范圍[11]，則閩楠苗葉片氮、鉀質(zhì)量分數(shù)及氮磷質(zhì)量分數(shù)比值臨界值分別為16.88、9.78 mg·g-1和1.86，最適臨界范圍分別16.88～20.58、9.78～11.38 mg·g-1和1.86～1.96。葉片磷質(zhì)量分數(shù)雖與生物量呈拋物線關系，但是從圖3B可以看出：磷質(zhì)量分數(shù)與生物量關系圖難以準確估算臨界值和最適質(zhì)量分數(shù)范圍，不適宜用于確定適宜施氮量。因此，根據(jù)葉氮和鉀質(zhì)量分數(shù)以及氮磷質(zhì)量分數(shù)比值的最適范圍，確定閩楠幼苗的適宜施氮量范圍分別是2～4、2～4和3～4 g·株-1，綜合三者最適質(zhì)量分數(shù)范圍得出，閩楠幼苗的最適氮素量為3～4 g·株-1。

表4 不同處理閩楠苗養(yǎng)分積累情況Table 4 Nutrient accumulation of P.bournei seedlings in different treatments

圖2 施氮量與閩楠苗生物量、氮素質(zhì)量分數(shù)、氮株含量之間的關系Figure 2 Responses of biomass, N concentration and N content of P.bournei seedlings to increasing N supply

3 討論與結論

圖3 閩楠苗葉片養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)與生物量之間的拋物線關系Figure 3 Parabolic relationship of leaf nutrient concentration and biomass of P.bournei seedlings

苗木培育中養(yǎng)分供應方式對于苗木形態(tài)、生理、養(yǎng)分狀況有重要影響，進而也影響培育苗木的質(zhì)量及出圃后的生長表現(xiàn)。苗木生長不同階段需肥量不同，供肥太快太多，會造成土壤養(yǎng)分因來不及被植物吸收而流失，相反如果供肥速度太慢太少則不能滿足植物的生長需要。通過合理的施肥手段為植物提供充足的養(yǎng)分，創(chuàng)造良好的營養(yǎng)環(huán)境，提高植物營養(yǎng)效率，最終提高植物質(zhì)產(chǎn)量是植物營養(yǎng)學研究的目的之一[21]。指數(shù)施肥以適應苗木養(yǎng)分需求規(guī)律的方式為苗木生長提供養(yǎng)分，一定程度上有利于苗木生長及質(zhì)量提高。POKHAREL等[22]的研究中指數(shù)施肥較常規(guī)施肥方式顯著提高苗木生物量及氮素質(zhì)量分數(shù)。本試驗以指數(shù)施肥方式施用氮素，探討對閩楠苗生長生理以及養(yǎng)分積累的影響。結果表明：不同指數(shù)施氮量對閩楠苗生長的影響表現(xiàn)為隨施氮量的增加各生長指標先增加后降低，以3 g·株-1生長表現(xiàn)最好，規(guī)律與葉綠素質(zhì)量分數(shù)與根系活力表現(xiàn)一致。植物對氮、磷、鉀的吸收會隨供氮量的增加而增加[23]。試驗中閩楠苗氮、磷、鉀質(zhì)量分數(shù)在整個施肥階段隨施氮量的增加而增加，與ZHAO等[24]、劉歡等[25]的研究結果一致。

植物氮素奢養(yǎng)消耗表現(xiàn)為生物量不變，氮素含量增加[26-27]。對西南樺Betula alnoides的指數(shù)施肥研究表明：施氮量為100～400 mg·株-1時表現(xiàn)為奢養(yǎng)消耗[17]。本試驗奢養(yǎng)消耗表現(xiàn)在施氮量3～5 g·株-1。當施肥量超過奢養(yǎng)消耗所需養(yǎng)分的最大值時，通常會造成養(yǎng)分毒害而抑制植物生長。紅橡木Quercus rubra[28]施氮量超過100 mg·株-1，黑云杉Picea mariana[20]施氮量超過64 mg·株-1會造成毒害。本試驗中施氮量最高處理未出現(xiàn)生物量下降現(xiàn)象，未造成養(yǎng)分毒害。VILLAR-SALVADOR等[29]對橡樹Quercus coccifera和Q.faginea的研究也未觀察到養(yǎng)分毒害現(xiàn)象，原因可能是包括閩楠在內(nèi)的這些植物具有較其他植物更高的養(yǎng)分需求。

林木葉片的養(yǎng)分含量與林木生長狀況密切相關，是林木營養(yǎng)診斷的主要指標[30-31]。臨界值法是植物養(yǎng)分診斷中分析葉片養(yǎng)分濃度的常用方法，容易受環(huán)境條件、取樣方法的影響而使得某些元素的臨界濃度無法診斷出。本試驗中葉片氮鉀質(zhì)量分數(shù)比、磷鉀質(zhì)量分數(shù)比與生物量不呈拋物線關系，磷質(zhì)量分數(shù)與生物量雖呈拋物線關系，但試驗范圍內(nèi)未達到最大值，故不適合計算臨界質(zhì)量分數(shù)值以及最適施氮量。尾葉桉Eucalyptus urophylla的營養(yǎng)診斷研究中由于試驗環(huán)境影響，鉀的臨界濃度未診斷出[32]。綜合氮、鉀臨界質(zhì)量分數(shù)以及氮磷質(zhì)量分數(shù)比臨界值，閩楠適宜施氮量為3～4 g·株-1。氮素供應與生物量、養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)之間的關系分析表明：此施氮量范圍閩楠苗表現(xiàn)為養(yǎng)分的奢養(yǎng)消耗。造林后，苗木的成活和生長由苗木質(zhì)量和造林地條件共同決定[29]。造林初期，由于苗木根系吸收能力較弱，其所需要的養(yǎng)分主要依賴儲存器官養(yǎng)分內(nèi)轉移，因此，處于奢養(yǎng)狀態(tài)的苗木有較強的抗性和較高成活率[33-34]。閩楠苗生長生理指標在3 g·株-1處理中表現(xiàn)最好，但養(yǎng)分積累表現(xiàn)以4 g·株-1優(yōu)于3 g·株-1，且部分生長生理指標2個施肥量之間差異不顯著，因此，綜合閩楠生長生理以及養(yǎng)分積累情況，以指數(shù)施氮量4 g·株-1更有利于苗木培育過程中的養(yǎng)分儲備以及出圃后的生長。