賴慧捷，李惠通，宋政凱，蘇 鐵，侯政杰，劉愛琴*

（1.福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州 350002；2.國家林草局杉木工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002）

【研究意義】氮、磷和鉀是植物生長發(fā)育的必要元素，微量元素參與了植物體內(nèi)多種代謝過程，均對植物生長不可缺少[1-3]。長期以來由于樹種需肥量與林地土壤養(yǎng)分含量不同，林業(yè)生產(chǎn)上盲目施肥現(xiàn)象十分嚴重，盲目施肥不僅增加苗木培育成本，而且造成肥料浪費，產(chǎn)生環(huán)境污染[4-6]。為解決農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)上的盲目施肥現(xiàn)象，2005 年開始推廣測土配方施肥技術(shù)，該技術(shù)是在綜合考慮土壤供肥能力、植物需肥規(guī)律及肥料施用成效基礎(chǔ)上，提出植物營養(yǎng)元素用量及其配比的新技術(shù)[7-9]，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，但在林業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用相對較少。因此如何篩選適合不同林地土壤的施肥配方成為當(dāng)前林業(yè)生產(chǎn)中急需解決的重大課題。杉木（Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook）是我國南方重要的造林樹種，具有生長快、產(chǎn)量高、用途廣等特點[9]，在我國南方得到大面積的人工栽植，在林業(yè)生產(chǎn)上占有舉足輕重的地位[10]。近年來隨著杉木育種水平的提高，高世代杉木良種大量應(yīng)用，這些杉木良種對林地養(yǎng)分的需求提高，傳統(tǒng)的施肥配方已不能適應(yīng)這些良種苗木培育的要求?！厩叭搜芯窟M展】雖然國內(nèi)外有關(guān)杉木施肥的研究較多，但多以單種肥料的施肥研究居多，對氮磷鉀不同配比施肥的研究相對較少，特別是微肥配施的研究更少，缺乏高世代杉木良種育苗的施肥配方，因此極有必要開展配方施肥對促進高世代良種杉木苗木生長的研究。植物在生長代謝及逆境環(huán)境下有較高的保護酶系統(tǒng)，其中超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）相互協(xié)調(diào)在一定程度上能減緩活性氧對植物細胞造成的傷害[14]。丙二醛（MDA）是細胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化作用而產(chǎn)生，可與SOD、POD和CAT一起反映出植物細胞膜的損傷程度[15-16]，但目前有關(guān)配方施肥對杉木幼苗抗氧化特性方面的影響研究相對較少?！颈狙芯康那腥朦c】鑒于此，本研究以經(jīng)二代改良的杉木良種幼苗為研究對象，在傳統(tǒng)“3414”N、P、K 配方施肥技術(shù)基礎(chǔ)上，增加B和Zn微量元素處理，開展杉木幼苗配方施肥盆栽試驗，在施肥后測定杉木幼苗生長及其抗氧化系統(tǒng)SOD、POD、CAT 及MDA 含量，探討不同配方施肥對杉木幼苗生長及抗氧化特性的影響規(guī)律。【擬解決的關(guān)鍵問題】篩選出適合二代改良杉木良種苗木培育的施肥配方。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以福建省漳平市五一國有林場2代杉木種子園單株采種的半同胞家系種子培育的苗木為研究對象，選擇長勢一致、生長良好、無病蟲害的苗木進行盆栽。

1.2 試驗設(shè)計

采用“3414”配方施肥技術(shù)，選擇3 個因素（氮、磷、鉀）、每個因素設(shè)4 個水平（0、1、2、3），同時增加有無B 和Zn 微肥兩種處理（0、2），共設(shè)28 個不同施肥處理（表1），每個處理重復(fù)4 次，共有試驗處理112盆。

表1 不同配方施肥的養(yǎng)分水平Tab.1 Factors and levels of fertilization in different formulations g/kg

1.3 試驗處理的實施

為便于控制不同試驗處理的養(yǎng)分，采用沙培法進行不同施肥處理的實施。試驗在福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院溫室大棚進行，從2015 年8 月20 日開始，至2016 年9 月1 日結(jié)束，持續(xù)觀測1 年。栽種盆采用直徑19 cm、高18 cm 的聚乙烯塑料花盆。培養(yǎng)基質(zhì)為過2 mm篩的干凈河沙和吸足純水的聚丙烯酸鈉鹽保水劑，按3∶1的體積比例混合，每個處理的培養(yǎng)基質(zhì)干質(zhì)量3.5 kg（表3）。

表3 試驗盆栽培養(yǎng)基質(zhì)的養(yǎng)分情況Tab.3 Nutrient condition of potted culture substrate

施肥處理分4 次進行，分別在2015 年10 月12 日、2016 年3 月12 日、2016 年6 月12 日和2016 年7 月12 日施入，施用量分別為總量的20%、30%、40%和10%。肥料分別為尿素（含N 46%）、磷酸鈣（含P2O516%）、氯化鉀（含K2O 60%）、硼酸（含有效硼11%）和EDTA-Zn（含Zn 15%）。

1.4 測定方法

1.4.1 杉木生長指標測定 在施肥12 個月后對不同試驗處理杉木進行生長調(diào)查，分別測定不同處理杉木的苗高、地徑，苗高用T型直尺測量，精確到0.00 cm；地徑用游標卡尺測定，精確到0.00 mm。

1.4.2 杉木生理指標測定 在杉木幼苗收獲前的2016年8月25日，采集不同試驗處理杉木葉片、莖和根系帶回實驗室進行杉木生理指標測定。采用氮藍四唑光化還原法[19]測定杉木不同器官超氧化物歧化酶活性，采用愈創(chuàng)木酚法[19]測定過氧化物酶活性和紫外吸收法[19]測定過氧化氫酶活性，采用硫代巴比妥酸法[19]測定丙二醛含量。

表2 不同配方施肥處理試驗設(shè)計Tab.2 Experimental design of different formulations fertilization treatment

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 22.0 軟件進行不同試驗處理數(shù)據(jù)分析，采用OriginPro 9 軟件繪制數(shù)據(jù)圖表。苗木凈生長量=試驗結(jié)束時苗高/地徑-試驗初始時苗高/地徑；相對生長速率=凈生長量/試驗處理總月份。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方施肥對杉木幼苗生長的影響

2.1.1 配方施肥對杉木苗高生長的影響 表4可知，不同配方施肥后，杉木苗高生長以N2P2K2處理最高，N0P0K0處理最差。無論是否施微肥，杉木苗高生長均隨氮磷鉀含量的增加呈先升高后降低趨勢，其中以N2P2K2處理的最高。微肥處理組杉木苗高生長占前3的處理分別是N1P2K1、N2P2K2、N2P3K2，無微肥處理組則是N2P2K2、N2P0K2、N2P1K1。多數(shù)處理中有微肥處理比無微肥處理苗高生長更好。杉木苗高凈生長量和相對生長速率均以N2P2K2處理最高?？梢娫谑┪⒎蕳l件下氮磷鉀均衡施肥對杉木苗高生長的促進效果最好。

表4 不同施肥處理杉木苗高生長的比較Tab.4 Growth condition of Chinese fir seedlings under different fertilization treatment

2.1.2 配方施肥對杉木地徑生長的影響 表5可知，不同配方施肥后，杉木地徑生長以N2P0K2處理最好，N1P1K2處理最小。不論施微肥與否，杉木地徑生長隨氮磷鉀含量的增加呈先升高后降低趨勢，均以N2P2K2處理生長最好。在施微肥處理組中杉木地徑生長占前3的處理分別是N2P2K2、N1P2K1、N1P2K2，在沒有施微肥處理組中為N2P0K2、N1P2K1、N2P2K2處理。多數(shù)施微肥處理地徑生長均高于沒有施微肥處理,個別處理略低可能跟其本底值偏小有關(guān)。杉木地徑凈生長量及相對生長速率均以N2P2K2處理最高。可見施微肥條件下氮磷鉀均衡施肥對促進杉木地徑生長的效果最好。

表5 不同施肥處理杉木地徑生長的比較Tab.5 Growth condition of Chinese fir seedlings under different fertilization treatment

2.2 不同配方施肥對杉木抗氧化特性的影響

2.2.1 配方施肥對杉木SOD 的影響 圖1 可知，不同配方施肥對杉木不同器官SOD 活性的影響達極顯著水平（P＜0.01），表現(xiàn)為葉＞莖＞根，杉木地上部分SOD 活性明顯高于地下部分。在未施微肥處理中，杉木根、莖、葉的SOD 活性分別以N2P3K2、N0P2K2和N3P2K2處理最高。在施微肥處理中，杉木根、莖、葉SOD 活性分別以N3P2K2、N0P0K0和N0P2K2處理最高。在未施微肥條件下不同N 水平處理對杉木SOD 活性的影響達顯著水平（P＜0.05），隨N 的增加，根系SOD 活性總體呈下降趨勢；莖和葉SOD 活性均呈先降低后升高趨勢，以N2P2K2處理的活性最低。不同P 水平處理對杉木根和葉SOD 活性的影響達顯著水平（P＜0.05），隨P 的增加，根系SOD 活性總體呈上升趨勢，莖和葉SOD 活性均呈先下降后上升趨勢。不同K 水平處理對杉木SOD 活性的影響達顯著水平（P＜0.05），隨K 的增加，杉木各器官SOD 活性均呈先下降后上升趨勢。在施微肥處理條件下除莖外不同N、P、K 水平處理對杉木SOD 活性的影響達顯著水平（P＜0.05）。

圖1 不同施肥處理杉木超氧化物歧化酶活性的比較Fig.1 SOD activity of Chinese fir seedlings under different fertilization treatments

2.2.2 配方施肥對杉木苗木POD 活性的影響 圖2 可知，配方施肥對杉木不同器官POD 活性的影響均達極顯著水平（P＜0.01），表現(xiàn)為葉大于根和莖。在未施微肥處理中，杉木根、莖、葉POD 活性分別以N1P1K2、N2P3K2和N2P1K2處理最高。在施微肥處理中，杉木苗木根、莖、葉POD 活性分別以N2P2K1、N1P2K2和N2P1K2處理最高。在沒有施微肥條件下除根POD 活性在不同P 水平下無顯著差異外，不同N、P、K 處理對杉木SOD 活性的影響均達顯著水平（P＜0.05）。隨N 的增加，根和莖的POD 活性呈先下降后升高趨勢，葉則反之。隨P 和K 的增加，根和葉的POD 活性均呈先升高后降低趨勢，莖則反之。在施微肥條件下，除莖的POD 活性在不同K 水平下無顯著差異外，不同N、P、K 處理對杉木POD 活性的影響均達顯著水平（P＜0.05）。隨N、K 的增加，根和莖的POD 活性總體呈先下降后升高趨勢，葉則反之；隨P的增加，根的POD活性呈先下降后升高趨勢，葉則反之。

圖2 不同施肥處理杉木過氧化物酶活性的比較Fig.2 POD activity of Chinese fir seedlings under different fertilization treatments

2.2.3 配方施肥對杉木苗木CAT 活性的影響 圖3 可知，不同配方施肥對杉木CAT 活性的影響均達極顯著水平（P＜0.01），表現(xiàn)為根大于莖和葉。在未施微肥條件下杉木根、莖、葉CAT 活性分別以N0P2K2、N0P0K0和N1P2K2處理最高。在施微肥條件下杉木苗木根、莖、葉CAT 活性分別以N1P2K2、N2P2K2和N0P2K2處理最高。

圖3 不同施肥處理杉木過氧化氫酶活性的比較Fig.3 CAT activity of Chinese fir seedlings under different fertilization treatments

經(jīng)方差分析，根系CAT 活性在沒有施微肥條件下不同P水平條件下無顯著差異，莖在施微肥條件下不同N水平下無顯著差異，葉CAT活性在不同K水平下均無顯著差異，其余不同N、P、K水平對杉木CAT活性的影響均達顯著水平（P＜0.05）。在未施微肥條件下，隨N 的增加，根和莖CAT 活性呈先降低后升高趨勢，葉則反之。隨P 的增加，根和葉的CAT 活性呈先降低后升高趨勢，莖則呈降低趨勢；隨K 的增加，杉木CAT活性均呈先降低后升高趨勢。在施微肥處理下，隨N的增加，根和莖CAT活性呈先升高后降低趨勢，葉則反之；隨P的增加，根和葉的CAT 活性呈先下降后升高趨勢，莖則反之；隨K 的增加，根CAT 活性呈先下降后升高趨勢，莖則反之，葉則呈上升趨勢。

2.2.4 配方施肥對杉木苗木MDA 含量的影響 圖4可知，不同配方施肥對杉木MDA 含量的影響均達極顯著水平（P＜0.01），施肥對杉木苗木的MDA含量有較大影響。在未施微肥條件下杉木根、莖、葉MDA含量分別以N2P3K2、N0P0K0和N0P2K2處理最高。在施微肥條件下杉木根、莖、葉MDA 含量分別以N2P3K2、N2P2K3和N3P2K2處理最高。

圖4 不同施肥處理杉木丙二醛含量的比較Fig.4 The subjection function of Chinese fir seedlings under different fertilization treatments

經(jīng)方差分析，杉木根系MDA 含量在不同P 水平下無顯著差異，葉在施微肥不同K 水平下無顯著差異，其余不同N、P、K 水平對杉木MDA 含量的影響達顯著水平（P＜0.05）。在未施微肥條件下，隨N 的增加，根MDA 含量呈先升高后降低趨勢，葉則反之，莖呈先降低后升高再降低趨勢。隨P 的增加，根的MDA 含量呈升高趨勢，莖則呈先升高后降低趨勢。隨K 的增加，根和莖的MDA 含量呈先升高后降低趨勢。在施微肥條件下，隨N的增加，根MDA含量呈先升高后降低趨勢，莖和葉則反之。隨P的增加，根和葉的MDA含量呈先下降后升高趨勢；隨K的增加，根MDA含量呈先升高后降低趨勢。

2.3 不同配方施肥對杉木抗氧化特性影響的主成分分析

利用主成分分析法進行不同施肥處理杉木的苗高、地徑、SOD、POD、CAT 和MDA 等指標的主成分分析，綜合評價不同施肥配方對杉木生長及抗氧化特性的影響。結(jié)果表明：第一主成分中承載系數(shù)較大的指標為CAT、SOD 和POD，其中POD 產(chǎn)生負向影響。第二主成分中承載系數(shù)較大的指標為地徑和苗高。第三主成分中承載系數(shù)較大的指標為MDA，前3 個主成分方差貢獻率分別為33.98%、31.22%、17.10%，累計貢獻率達82.30%，說明這3 個主成分可以替代6 個指標來綜合分析不同配方施肥對杉木生長及抗氧化特性的影響。數(shù)值越高表明該處理對杉木生長的促進作用及抗氧化能力越強。

表6 可知，不論施微肥與否，均以N2P2K2處理對杉木苗高和地徑生長的促進效果最好。未施微肥處理條件下，不同配方施肥處理施肥效果的排序均以中量配方的處理最好。在施微肥后多數(shù)配方施肥處理的綜合評價排序提高，表明在土壤養(yǎng)分不足時微肥能夠一定程度上緩解大量元素的不足，有利于杉木生長。當(dāng)大量元素過剩時，微肥則能減緩養(yǎng)分過量對杉木生長的影響。在不同處理中N1P1K2的施肥效果排序較高，說明杉木生長及其抗氧化能力對P的需求比對N、K的需求更大。

表6 不同施肥處理的主成分分析Tab.6 Score and comprehensive score of principal components

3 討論

大量研究表明，施肥對杉木幼苗的生長有促進作用，能提高苗木質(zhì)量，但過量施肥會使幼苗產(chǎn)生毒害，影響其生長[21]。微量元素B、Zn 能促進植物對N、P、K 的吸收利用，提高N、P、K 肥料的利用率[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，在不同N、P、K配方施肥中，杉木幼苗生長以氮磷鉀均衡配施處理最好，微量元素B、Zn的施用能明顯提高杉木苗木質(zhì)量，說明氮磷鉀均衡施肥能促進杉木幼苗生長，微肥能提高杉木對大量元素的吸收，進而提升杉木苗木質(zhì)量，與前人研究結(jié)果一致。

SOD、POD 和CAT 是植物在生長代謝和受到環(huán)境脅迫時消除產(chǎn)生的游離氧的關(guān)鍵酶，MDA 是膜脂過氧化過程中主要產(chǎn)物[24]?？寡趸富钚约癕DA 含量是評定植物對生存環(huán)境響應(yīng)的判定指標。在遭受逆境時，植物細胞產(chǎn)生的活性氧含量增加或抗氧化酶活性降低[25-26]，合理施肥對提高植物葉片抗氧化酶活性及降低MDA 含量有顯著作用[27]，根系對環(huán)境變化的脅迫更為敏感[28]。根和莖中起抗氧化作用的關(guān)鍵酶是SOD 和POD，而葉起主要作用的關(guān)鍵酶為CAT[29]。本研究表明，不同配方施肥下杉木SOD 和POD 活性總體表現(xiàn)為葉＞莖＞根，CAT 活性表現(xiàn)為根＞莖＞葉；MDA 含量表現(xiàn)為根＞葉＞莖，與前人研究結(jié)果一致。

當(dāng)施肥過量或不足時，植物POD 活性降低，SOD 和CAT 活性則增強[30]。趙落含等[28]研究發(fā)現(xiàn)施氮降低了冬小麥葉片SOD 和POD 活性及根系POD 活性，但增加根系SOD 和CAT 活性，當(dāng)施氮量達到一定程度時葉片和根系SOD 活性均升高，中氮處理下冬小麥總體抗氧化能力增加，降低了養(yǎng)分脅迫的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，隨N、P、K 施入量的增加，杉木不同器官抗氧化酶活性呈先降低后增加趨勢。杉木根系MDA 含量隨氮、鉀的增加呈先增加后減少，莖和葉則反之，說明氮、鉀不足及過量對杉木根系細胞膜的影響不明顯。

大量研究表明，微量元素與大量元素存在協(xié)同作用，Zn 是Cu/Zn-SOD 的結(jié)構(gòu)組成部分，具有穩(wěn)定SOD酶活性的作用，能促進植物對N、P、K的吸收利用，提高N、P、K肥料的利用率[31-32]。本研究發(fā)現(xiàn)，B和Zn 等微量元素施入后，隨氮磷鉀的增加，杉木不同器官的抗氧化酶活性變化與未施微肥處理基本一致，但能顯著降低中氮、低鉀和低磷處理杉木莖的MDA 含量，說明微肥能降低氮、磷不足及過量時對杉木葉部細胞膜損傷，從而促進杉木幼苗對N、P的吸收與利用，與前人的研究結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論

不同配方施肥對杉木苗高和地徑生長有顯著促進作用，并能提高杉木抗氧化酶活性，在一定程度上降低丙二醛含量。微肥能調(diào)節(jié)杉木對土壤氮磷鉀元素的需求量及比例，施微肥處理的促進效果比未施微肥處理更好。在不同施肥處理中，以N2P2K2處理對杉木生長的促進效果最好，是值得生產(chǎn)上推廣的杉木良種育苗配方。