楊 陽，張德鵬，及 利，2，張 潔，楊立學(xué)

（1.東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，吉林 長春 130033）

施肥可以提升土壤生產(chǎn)潛力，改善苗木的外部營養(yǎng)環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)苗木生長。通過施肥來提高苗木質(zhì)量是苗木培育過程中最基本有效的措施之一[1]。氮、磷、鉀作為植物生長發(fā)育的主要營養(yǎng)元素，以吸收運(yùn)輸同化的方式參與到植物的生理代謝活動(dòng)中，其含量直接影響苗木質(zhì)量的好壞[2-3]。植物根系從土壤中吸收氮后，其中75%的氮素被轉(zhuǎn)運(yùn)用于植物呼吸、光合作用等代謝活動(dòng)。磷參與了植物細(xì)胞膜（磷脂）的合成、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等，磷肥的適當(dāng)使用又影響著氮素的有效性，增加了苗木對(duì)氮素的吸收能力，促進(jìn)了土壤中氮素的釋放。不同于氮和磷，鉀在植物體內(nèi)主要以離子狀態(tài)的形式存在，參與細(xì)胞滲透勢(shì)的形成，同時(shí)氮素的代謝需要鉀元素共同協(xié)助來完成[4]。三者之間相互關(guān)聯(lián)，相互制約?？茖W(xué)合理的氮磷鉀配比施肥能夠在短期內(nèi)有效地促進(jìn)苗木生長，增加經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)刨花潤楠Machilus pauhoi、降香黃檀Dalbergia odorifera、青岡櫟Cyclobalanopsis glauca、赤皮青岡Cyclobalanopsis gilva、毛紅椿Toona ciliata等進(jìn)行合理配比施肥，研究表明配施能顯著促進(jìn)其苗高、地徑及蓄積量[5-9]。根系是苗木吸收利用營養(yǎng)元素、固定地上部分的重要功能器官[10]。根系形態(tài)又是研究根系構(gòu)型的重要組成部分，對(duì)于主要借助擴(kuò)散抵達(dá)根表的養(yǎng)分來說，根系形態(tài)參數(shù)對(duì)于苗木體內(nèi)養(yǎng)分有效性的變化起著重要作用。通過優(yōu)化根構(gòu)型改善苗木對(duì)土壤營養(yǎng)的吸收能力，可提高苗木質(zhì)量。細(xì)根作為植物養(yǎng)分和水分的“源”，其根系形態(tài)特征的變化受土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性的影響，決定了苗木獲取有效資源的策略[11-12]。

紫椴Tilia amurensis，又名籽椴，是椴樹科Tiliaceae 椴樹屬Tilia落葉喬木，為國家Ⅱ級(jí)保護(hù)植物。紫椴常單株散生于紅松闊葉混交林內(nèi)，生長緩慢[13]。另一方面，由于紫椴種子種皮致密，內(nèi)部含有抑制物質(zhì)，具有深度休眠的特性，這極度限制了紫椴苗木的培育及擴(kuò)繁[14]。以往關(guān)于紫椴的研究多集中在解除休眠及無性繁殖方面[14-15]，對(duì)于優(yōu)質(zhì)苗木的培育鮮少涉及，苗圃化育苗也相對(duì)滯后。N、P、K 的協(xié)同供給對(duì)幼苗生長的影響隨著樹種和供養(yǎng)量的變化差異很大，本試驗(yàn)于田間開展，細(xì)致探討了不同配比施肥對(duì)紫椴播種苗生長、養(yǎng)分含量及根系形態(tài)的影響，揭示紫椴幼苗對(duì)N、P、K 的需求利用規(guī)律，為田間規(guī)模化培育高質(zhì)量紫椴苗木提供了科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

試驗(yàn)研究地點(diǎn)位于黑龍江省佳木斯市二道河苗圃基地。苗圃位于132°31′26″～134°22′26″E，46°49′47″～48°12′58″N，屬溫帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫1～2℃，日照時(shí)數(shù)為2 260～2 449 h，年均降水量為550～600 mm，≥10℃的年有效積溫2 500℃左右，無霜期為110～135 d。土壤為暗棕壤，pH 值為6.5，其中全氮、全磷、全鉀含量分 別 為1.05 mg?g-1、639 mg?kg-1、920.1 mg?kg-1，水解氮、有效磷、速效鉀含量分別為368.96、36.65、319.92 mg?kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料及前期處理

2017年于黑龍江省寶龍店種子林林場(chǎng)采集紫椴種子，浸泡消毒后，以種∶沙=1∶3 的比例混勻，濕度保持在70%～80%范圍，裝入無紡布袋后放入通風(fēng)窖內(nèi)進(jìn)行低溫催芽處理，于翌年4月取出播種入苗床。2018年4月作平床，并劃分苗床為1 m×1 m 的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方塊，每一試驗(yàn)小區(qū)四周向下埋入60 cm 深塑料布以防止養(yǎng)分?jǐn)U散和轉(zhuǎn)移。為保證每試驗(yàn)小區(qū)80 株幼苗，5月剔除多余幼苗。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理設(shè)置3 次重復(fù)，于2018年6月開始試驗(yàn)，處理時(shí)將肥料溶于一定量的水中，用噴壺均勻施入苗床，試驗(yàn)期間定期進(jìn)行人工除草，噴藥防治病蟲害，每個(gè)處理澆等量的水保持至田間持水量的70%～80%。

1.3 研究方法

1.3.1 施肥方法

此研究采用二次回歸肥料“3414”設(shè)計(jì)，氮磷鉀3 個(gè)因素4 個(gè)水平，共14 個(gè)處理，具體施肥量設(shè)計(jì)如表1所示。文中處理T1即本次試驗(yàn)的對(duì)照（CK）。所施肥料為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%）。磷肥作為基肥一次性施入，氮、鉀肥于6、7、8月的中旬分批施入，施肥量分別為30%、40%、30%。

表1 紫椴播種苗氮磷鉀配比施肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experiment design of N,P and N fertilization for Tilia amurensis seedlings

1.3.2 指標(biāo)測(cè)量

施肥前，每個(gè)處理隨機(jī)選擇15 株紫椴幼苗測(cè)定苗木的初始苗高和地徑；生長季結(jié)束后，定株測(cè)得最終苗高、地徑。隨后選取生長相近的10株苗木進(jìn)行破壞性取樣。取樣后，莖葉在70℃下烘干至恒質(zhì)量，得干質(zhì)量。將苗木根系洗凈后按直徑（＜0.5 mm，0.5～1 mm，1～2 mm，＞2 mm）進(jìn)行分級(jí)，分級(jí)后使用Epson 掃描儀（Expression 10000 XL 1.0，Regent Instruments Company，Canada）進(jìn)行掃描，采用WinRHIZO（pro2004b）軟件進(jìn)行根系分析，得到根長、根表面積、根體積。掃描后入70℃烘箱得到根干質(zhì)量。將烘干后同一區(qū)組處理的根、莖、葉干樣品混合并分別用高速粉碎機(jī)磨碎，過孔徑0.149 mm 的篩子后用于測(cè)定全氮、全磷、全鉀含量。樣品采取H2SO4-H2O2消煮法處理后，采用凱氏定氮法測(cè)定氮含量（mg?g-1），紫外分外光度計(jì)法測(cè)定磷含量（mg?g-1），原子吸收法測(cè)定鉀含量（mg?g-1）。根據(jù)測(cè)定的氮（磷、鉀）含量，可計(jì)算出植株根、莖、葉的氮磷鉀總含量，公式為：植株根（或莖、葉）的氮（或磷、鉀）含量（mg）=根（或莖、葉）的氮（或磷、鉀）含量（mg?g-1）×相應(yīng)的生物量（g）。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003 和SPSS 19.0 軟件處理數(shù)據(jù)。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）檢驗(yàn)不同處理之間的差異（LSD，α=0.05）。線性方程擬合采用逐步回歸法；在SigmaPlot 12.0 軟件中作圖。所有數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀配比施肥對(duì)紫椴播種苗苗高、地徑的影響

不同施肥處理間苗高、地徑生長量均存在極顯著差異（P＜0.01）（圖1）。14 種施肥處理下苗高增量變化范圍介于8～23 cm 之間，增量排序?yàn)門10＞T2＞T5＞T1＞T3＞T4＞T8＞T12＞T14＞T6＞T13＞T7＞T9＞T11；地徑生長增量變化范圍介于3～5 mm 之間，增量排序?yàn)門10＞T2＞T5＞T14＞T3＞T13＞T6＞T4＞T12＞T8＞T1＞T7＞T9＞T11。其中，苗高、地徑均為T10（N2P2K3）的最大，分別為22.16 cm、5 mm，比CK（N0P0K0）分別增長了11.41%、32.98%。T11（N3P2K2）的苗高、地徑生長量最小，分別為8.38 cm、3.11 mm。

圖1 氮磷鉀配比施肥處理下紫椴播種苗苗高（A）、地莖生長量（B）Fig.1 Height growth increment (A) and basal diameter growth increment (B) of Tilia amurensis seedlings under N,P and K fertilization treatments

2.2 氮磷鉀配比施肥對(duì)紫椴播種苗生物量分配的影響

不同施肥處理間各器官及全株生物量均存在顯著差異（P＜0.05）（表2）。全株生物量大小排序?yàn)門10＞T14＞T6＞T3＞T7＞T5＞T2＞T9＞T13＞T4＞T12＞T1＞T8＞T11。T10（N2P2K3）的總生物量最高，達(dá)到了7.16 g，相比CK（N0P0K0）增加了113.1%。T10的根、葉、莖生物量與CK 均存在顯著差異（P＜0.05），分別較CK 提高了181.72%、98.55%與82.18%。T10的總生物量顯著大于T2（N0P2K2）、T4（N2P0K2）、T8（N2P2K0）。T11（N3P2K2）的總生物量最低，只有3.21 g，相比CK 減少了44.61%。T11的根、莖、葉生物量最小（P＜0.05）。在N2K2水平時(shí)，隨著磷肥施用量的增加，苗木根系生物量呈先升高后降低的趨勢(shì)。

表2 氮磷鉀配比施肥對(duì)紫椴播種苗生物量分配的影響?Table 2 Effect of N,P and K fertilization on biomass distribution of Tilia amurensis seedlings

2.3 氮磷鉀配比施肥對(duì)紫椴播種苗養(yǎng)分積累的影響

不同配比施肥處理對(duì)紫椴播種苗根、莖、葉各器官養(yǎng)分分配及積累的影響不同（圖2）。幼苗各器官N、P、K 含量分別為葉＞根＞莖、葉＞根＞莖、葉＞莖＞根。紫椴播種苗全株N 含量、P含量、K 含量分別為55.77～156.20、5.12～13.17、21.89～44.20 mg?株-1。14 種施肥處理下紫椴幼苗的全株氮磷鉀含量均有顯著差異（P＜0.05），T10（N2P2K3）的含量最高，T11（N3P2K2）的含量最少。

圖2 氮磷鉀配比施肥對(duì)紫椴播種苗根莖葉養(yǎng)分儲(chǔ)量的影響Fig.2 Effect of N,P and K Fertilizers on nutrient reserves of root,stem and leave of Tilia amurensis seedlings

2.4 氮磷鉀配比施肥對(duì)紫椴播種苗根系形態(tài)的影響

細(xì)根（D＜1 mm）為主要的吸收根，粗根（D＞2 mm）為主要的運(yùn)輸根。紫椴幼苗的細(xì)根（D＜1 mm）根長、根表面積占總根長、總根表面積的52.39%～77.99%、47.61%～71.64%。D＞2 mm的粗根體積占根系總體積的68.37%～85.12%（圖3）。T3(N1P2K2)較其他處理具有最多的細(xì)根（D＜1 mm）（70%～80%）、直徑更大的粗根（D＞2 mm）。T3的最大的根長（764.76 cm）、根表面積（55.70 cm2）和根體積（9.78 cm3）與CK存在顯著差異，分別較CK（N0P0K0）高出98.14%、31.24% 與175.35%（圖4）。CK（N0P0K0） 擁有最小的根長（385.97 cm）、根表面積（35.05 cm2）及根體積（3.55 cm3）（P＜0.05）。

圖3 各徑級(jí)根占紫椴播種苗總根長（A）、根表面積（B）、根體積（C）的百分比Fig.3 Percentage of root indexes of different diameter roots in total root length (A),root surface area (B) and root volume (C)of Tilia amurensis seedlings

圖4 氮磷鉀配比施肥對(duì)紫椴播種苗總根長（A）、根表面積（B）、根體積（C）的影響Fig.4 Effect of N,P and K Fertilization on total root length (A),root surface area (B) and root volume (C) of Tilia amurensis seedlings

3 討論與結(jié)論

以培育優(yōu)質(zhì)幼苗為目標(biāo)，苗木的形態(tài)生理特性能對(duì)壓力源（例如養(yǎng)分）產(chǎn)生拮抗作用時(shí)，土壤中的水或養(yǎng)分等資源在特定的苗圃培育中的具體需要往往很難同時(shí)達(dá)到一種特性[16]。經(jīng)過此試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：T10（N2P2K3）更有利于紫椴播種苗的生長及養(yǎng)分的貯藏，施肥量為N∶P2O5∶K2O=0.40 g∶0.20 g∶0.45 g；配比施肥顯著促進(jìn)了根系形態(tài)的發(fā)育，T3(N1P2K2)更有利于紫椴播種苗的根系系統(tǒng)的形態(tài)建成，施肥量為N∶P2O5∶K2O=0.2 g∶0.2 g∶0.3 g。

苗高、地徑和生物量是衡量苗木個(gè)體生長的直觀指標(biāo)。配比施肥能促進(jìn)紫椴播種苗生長，這與很多研究相一致。N、P、K 配合施用對(duì)一年生黃芩Scutellaria baicalensis幼苗苗高、地徑的促進(jìn)作用要優(yōu)于兩種元素配比施肥，更優(yōu)于單種元素處理[17]。本研究表明，3 種元素配施更有利于N素吸收利用效率，促進(jìn)苗木主干的徑向和橫向生長以及生物量的累積。T11生物量最小，可能是在P、K 充足的情況下，N 施入水平較高對(duì)苗木造成了一定程度的養(yǎng)分毒害。本研究在N2K2水平時(shí)，苗木根系生物量隨著P 肥施用量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，說明適量有限的可用性磷影響著根毛的生長速率和形態(tài)[18-19]。在N、K 肥充足的前提下，施加P 肥可以有效地促進(jìn)苗木根系根尖細(xì)胞增殖，加快地下部分生長，增加根系生物量，這與Treseder 等[20]的研究結(jié)果相類似。

紫椴苗木葉片中養(yǎng)分含量占全株養(yǎng)分含量的50%～90%，是苗木主要的養(yǎng)分儲(chǔ)存庫。T10在高N 高P 高K 的條件下，幼苗積累了最多的營養(yǎng)元素。Graciano 等[21]認(rèn)為在適宜施肥量范圍內(nèi)，施N 提高了桉樹Eucalyptus robusta的含N 量，施P提高了桉樹的含P 量。T11的養(yǎng)分儲(chǔ)量最少，與楸樹Catalpa bungei[22]的研究結(jié)果相似。以上說明在P、K 一定的水平下，適度施N 才能提高苗木全株含N 量。對(duì)格木Erythrophleum fordii[23]幼苗的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)苗木體內(nèi)含N 量較高時(shí)，其P、K 含量也比較高，說明配比施肥對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收有互相促進(jìn)的作用。Marschner[24]指出，在提高N 的前提下，也同時(shí)提高了苗木對(duì)P、K 的吸收效率。這種P、K 表現(xiàn)出的積極響應(yīng)有以下幾個(gè)原因：1）在N 攝取的前提條件下，這些用于合成核酸的營養(yǎng)素被用于支持根呼吸和光合作用；2）P 參與到細(xì)胞新陳代謝所需的能量物質(zhì)形成過程中；3）K 介導(dǎo)著蛋白質(zhì)合成所需的ATP 酶和激活酶。在苗木生長中，苗木對(duì)N、P、K 元素相對(duì)固定的化學(xué)計(jì)量的吸收似乎是蛋白質(zhì)對(duì)氮、核酸、膜代謝需求的結(jié)果。苗木對(duì)特定養(yǎng)分吸收的限制依賴于其他營養(yǎng)物質(zhì)的有效性[23]，因此，養(yǎng)分施用時(shí)需要考慮氮磷鉀在肥料中的比例。

苗木根系形態(tài)參數(shù)（根長、根表面積等）對(duì)于水分和養(yǎng)分的吸收效率具有重要意義，土壤養(yǎng)分的有效性和分布狀況是影響根系形態(tài)的重要環(huán)境因子之一[25-26]。本研究中，對(duì)照具有最小的根系統(tǒng)，原因是當(dāng)營養(yǎng)供應(yīng)不足時(shí)，根冠層發(fā)育不完全，根系拓展受到一定程度的抑制。經(jīng)過配施的根系指標(biāo)均大于CK，該結(jié)果與King 等[27]對(duì)火炬松Pinus taeda和北美黃松Pinus ponderosa的相似，即苗木根系的生長速率受苗木體內(nèi)營養(yǎng)狀況有關(guān)信號(hào)的調(diào)節(jié)，增加肥料供應(yīng)，能夠促進(jìn)細(xì)根分枝數(shù)的增加、總根系的伸長[27-28]以及擴(kuò)展，拓寬了根系在土壤中吸收養(yǎng)分的范圍。細(xì)根（D＜1 mm）為主要的吸收根，粗根（D＞2 mm）為主要的運(yùn)輸根[29]。單株根系各形態(tài)指標(biāo)的變化與小徑級(jí)細(xì)根（D＜1 mm）的形態(tài)變化有著密切的關(guān)系，本研究中，T3（N1P2K2）幼苗根系形態(tài)表現(xiàn)最優(yōu)，具有更多的細(xì)根比例，說明土壤資源有效性對(duì)細(xì)根生長發(fā)育產(chǎn)生較大的影響。Hendriek 等[30]指出白蠟Fraxinus chinensis根系總根長的80%是由直徑小于1 mm 的細(xì)根組成。同樣在紫椴播種苗中，細(xì)根（D＜1 mm）在總根長、根表面積中所占比例較大，顯著大于粗根的根長、根表面積，這也與劉瑩等[31]的研究結(jié)果一致，說明施肥對(duì)苗木根系形態(tài)的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在細(xì)根的形態(tài)改變上，在養(yǎng)分密集區(qū)根系的分生往往以細(xì)根（D＜1 mm）為主，因其具有較大的吸收面積和較高的吸收效率[32]。

判斷施肥是否有效以及如何確定林木的最適施肥量，主要還是根據(jù)樹種的生理需求與土壤條件，通過施肥試驗(yàn)來確定[33]。目前，針對(duì)紫椴施肥的研究報(bào)道甚少，幾乎沒有配方施肥的研究。經(jīng)過試驗(yàn)篩選出對(duì)培育紫椴幼苗相對(duì)較優(yōu)的施肥方式，該試驗(yàn)研究結(jié)果對(duì)指導(dǎo)紫椴幼苗的施肥管理有很好的參考價(jià)值。根系的生理生態(tài)功能特征主要依賴于其形態(tài)特征和解剖結(jié)構(gòu)特征。近年來，一些研究開始關(guān)注于土壤中有效N、P、K 對(duì)地下根系構(gòu)型的影響。本試驗(yàn)也僅涉及面對(duì)生存環(huán)境改變的壓力下（施肥后），苗木根系形態(tài)做出的改變。苗木根系對(duì)不同的施肥處理會(huì)在根系解剖結(jié)構(gòu)橫切面上（根直徑、根皮層厚度、維管束直徑和皮層細(xì)胞直徑等）產(chǎn)生不同程度的影響，是否還有利于改善幼苗根系解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)而輸導(dǎo)運(yùn)輸養(yǎng)分的能力，提高幼苗的養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)效率與養(yǎng)分積累量，這將是繼續(xù)探討的方向。