辛福梅，柳文杰，張興強，李紫帥

(西藏農牧學院資源與環(huán)境學院，西藏 林芝 860000)

巨柏(Cupressusgigantea)又名雅魯藏布江柏木，為柏科(Cupressaceae)柏木屬(Cupressus)常綠喬木，屬西藏特有樹種[1].僅分布于雅江中游朗縣至米林、林芝一帶，海拔3 000～3 400 m，沿江漫灘和灰石露頭階地陽坡的中下部.巨柏有較古老的地史，其對研究柏科植物的系統(tǒng)發(fā)育和西藏植被的發(fā)生發(fā)展及其與環(huán)境的關系有重要意義.由于自然歷史因素和現(xiàn)代人類活動的影響，巨柏個體數(shù)量日益減少，分布地域逐漸狹窄、孤立，處于瀕危狀態(tài)，現(xiàn)為國家一級重點保護的瀕危樹種[2-4].

巨柏在大力采種育苗營造人工林的過程中，不僅苗木需求量大而且對苗木質量的要求也較高.合理施肥是提高苗木質量、培育優(yōu)質壯苗的重要手段[5].科學施肥不僅可滿足苗木不同生長時期所需養(yǎng)分，提高苗木養(yǎng)分的利用效率和生物量的積累，進而提升苗木規(guī)格，而且可避免多余肥料所造成的環(huán)境污染[6-11].本研究以2年生巨柏苗為試驗材料，分析不同施肥方式對巨柏苗地上部分與地下新生根生長以及光合作用的影響，以期為珍稀瀕危種質巨柏人工培育過程中科學施肥提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在西藏農牧學院林學實驗苗圃內(29°40′13″ N，94°20′12″ E)完成，試驗地屬高原溫帶半濕潤氣候，海拔2 970 m，年平均氣溫8.7 ℃，年平均降水量650 mm，年均日照2 022.20 h，無霜期180 d.

2016年3月下旬將長勢良好、生長相對一致的2年生巨柏播種苗100株(苗高25.4 cm，地徑3.81 mm)栽植于規(guī)格為24 cm×30 cm×24 cm(底徑×上口徑×高)的塑料花盆中，每盆一株.培育基質為沙壤土，基質pH 6.23，有機碳含量54 g/kg，全氮3.67 g/kg，全磷1.48 g/kg，全鉀3.62 g/kg，每盆裝土13.5 kg.苗木緩苗至6月初開始用不同施肥方式進行處理，供試肥料為桂湖生產的復合肥料(N、P2O5和K2O的質量比為13∶5∶7)，總養(yǎng)分質量分數(shù)≥25%，7月底施肥結束后進行常規(guī)管理及光合指標測定，9月20日測定生長指標后結束試驗.

1.2 試驗方法

1.2.1 施肥方法

1) 平均施肥(CF)

每次施肥量Nt=NT/t，式中，Nt為第t次施肥時的施肥量，NT為總施肥量，t為施肥次數(shù)[12].

2) 指數(shù)施肥(EF)

依據(jù)公式Nt=Ns(ert-1)-NT,t-1確定施肥量.式中:Ns為施肥前巨柏苗的初始N含量;NT,t-1為前t-1 次累積的施N量;r為相對增加率，其計算公式為NT=Ns(ert-1)，其中，NT和Ns參考2015年測定的苗木初期和生長結束時的N含量確定(NT為863 mg/株，Ns為12.28 mg/株)，計算得r值約為0.53[7,13].

3) 2倍指數(shù)施肥(DEF)

每次施肥量為EF的2倍.

施肥以N為標準，用定量的水溶解后施入.

基于以上施肥方法及巨柏苗年生長規(guī)律，施肥試驗時間間隔設為7 d，總施肥次數(shù)為8次，設不施肥對照(CK)、CF、EF、DEF共4個處理，各處理的施肥量詳見表1.

表1 不同施肥處理的施肥量Tab.1 Amount of fertilizer in different fertilization treatments mg/株

1.2.2 指標測定

1) 生長指標

2016年9月20日從各處理中選擇10株進行苗高、地徑、生物量及新生根形態(tài)的測定.其中生物量和新生根測定是將整個苗木挖出后進行破壞性取樣，根系挖出后用流水沖洗干凈(小心操作以防根系被水沖走)后測定.取其中5株進行生物量測定，測定時將植株分地上、地下兩部分分別放入烘箱，在80 ℃烘干至恒量后稱量，根冠比=地下干質量/地上干質量.

新生根測定時每個處理取5株，分別采集新生根，清洗干凈后應用Epson perfection V700 photo根系掃描系統(tǒng)和WinRhizo根系圖像分析系統(tǒng)對各單株新生根系進行長度、表面積和體積的測定分析.待全部根樣掃描完成后，將各單株根樣置于80 ℃烘箱中烘干至恒量，測定各單株根樣的生物量.各單株比根長(cm/g)=各單株根樣的新生根長(cm)/各單株根樣的生物量(g)[14].

2) 光合指標

光合測定在2016年8月5日進行，從4組施肥處理的各重復中選擇5株苗的成熟葉片，用Li-6400XT便攜式光合系統(tǒng)測定儀測定.在日進程8：00—18：00期間測定其凈光合速率(net photosynthetic rate,Pn)、蒸騰速率(transpiration rate,Tr)、氣孔導度(stomatal conductance,Gs)及胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration,Ci).由于巨柏葉片不能充滿葉室，在光合測定完成后用Microtek Phantom 3500掃描儀掃描各處理葉片，通過UTHSCSA圖像分析系統(tǒng)測定葉面積，之后重新?lián)Q算Pn、Tr、Gs和Ci，并計算水分利用效率(water use efficiency,WUE)，WUE=Pn/Tr.

光響應測定時設定溫度為20 ℃，CO2含量為400 μmol/mol，光強設置從高至低依次為2 000，1 800，1 600，1 400，1 200，1 000，800，600，400，250，180，120，80，50，25，0 μmol/(m2·s).測定Pn，并繪制光響應曲線，得到相應的擬合方程，計算光補償點(light compensation point,LCP)、光飽和點(light saturation point,LSP)、表觀量子效率(apparent quanyum efficiency,AQY)、最大凈光合速率(maximum net photosynthetic rate,Pmax)、暗呼吸速率(dark respiration rate,Rd)和光合有效輻射(photosynthetically available radiation,PAR)參數(shù)值[14].

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗基礎數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件統(tǒng)計處理，用DPS 7.05系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行方差分析，處理間各指標的顯著性比較采用新復極差(Duncan)法，用Origin 9.0軟件作圖，利用蔡時青等[15]的光合作用計算軟件來擬合光合特征參數(shù)，并利用模型計算相關指標.

2 結果與分析

2.1 不同施肥方式對巨柏苗生長的影響

2.1.1 苗高和地徑

由表2可知：不同施肥處理下巨柏苗的苗高表現(xiàn)為EF>DEF>CF>CK，巨柏苗在EF時最高，平均苗高達37.17 cm，CF、EF和DEF時苗高之間差異不顯著，而CK與其余3個施肥處理之間均存在顯著差異(P<0.05).苗木地徑在不同施肥處理下的變化趨勢與苗高基本一致，EF時地徑最大(6.32 mm)，與CK(4.09 mm)和CF(5.32 mm)之間差異顯著(P<0.05).苗木高徑比在CK時最大，平均達73.3，與EF和DEF之間均差異顯著(P<0.05)，EF時高徑比最小，較CK時降低了19.24%.

表2 不同施肥方式對巨柏苗苗高和地徑的影響Tab.2 Effects of different fertilization methods on height and ground diameter of C.gigantea seedlings

2.1.2 生物量

由表3可知：地上、地下鮮質量和地上、地下干質量在不同施肥處理下表現(xiàn)出基本一致的變化趨勢，均為EF時最大，DEF時次之，CF時再次之，CK時最小；且除CF與CK時地下鮮質量之間差異不顯著外，上述4個生物量指標在4個處理之間均差異顯著(P<0.05).地上、地下鮮質量和地上、地下干質量在EF時分別較CK時增加了592.34%，71.10%，461.39%和168.89%.苗木根冠比在CK時最大，EF時最小，且與其他2個處理之間差異顯著(P<0.05)，但CF和DEF之間差異不顯著，EF時較CK時降低了56.86%.

表3 不同施肥方式對巨柏苗生物量的影響Tab.3 Effects of different fertilization methods on biomass of C.gigantea seedlings

2.1.3 新生根生長

由表4可知：不同施肥處理下巨柏苗的新生根總長度、表面積及體積均在EF時最大.新生根總長度在各施肥處理之間均差異顯著(P<0.05)，EF時新生根總長度最大，為1 464.78 cm，較CK時增加68.20%，CF和DEF時新生根總長度較CK時分別增加34.45%和15.47%.新生根表面積在EF時達159.44 cm2，顯著大于其他處理(P<0.05)，CF和DEF之間差異不顯著，CK時新生根表面積最小.新生根體積在EF時最大，為1.46 cm3，與CF和CK之間差異顯著(P<0.05)，CK時新生根體積最小.新生根生物量在DEF時顯著大于其他處理(P<0.05)，EF時新生根生物量為DEF時的88.64%，CF和CK時新生根生物量相對較小且二者之間差異不顯著.新生根比根長在各處理間均存在顯著差異(P<0.05)，CF時最大，CK時次之，DEF時最小.

表4 不同施肥方式對巨柏苗新生根生長的影響Tab.4 Effects of different fertilization methods on new root growth of C.gigantea seedlings

2.2 不同施肥處理下巨柏苗的光合特征

2.2.1 不同光合指標的日進程

1)Pn

由圖1(a)可知:CK、CF和DEF時Pn日變化均呈現(xiàn)“雙峰型”，10：00出現(xiàn)第一個峰值，14：00出現(xiàn)最大峰值，有明顯的“光合午休”現(xiàn)象；DEF時Pn日變化的第一個峰值為10.67 μmol/(m2·s)，高于其他處理，14：00達最大峰值且明顯高于CK和CF.EF時Pn日變化呈“單峰型”，其峰值出現(xiàn)在14：00，達17.24 μmol/(m2·s)，且明顯高于其他處理.

從表5可以看出：巨柏苗日均Pn在EF時最大，達10.27 μmol/(m2·s)；DEF和CF時日均Pn較EF時分別下降近11.39%和39.82%；CK時日均Pn最小，僅為EF時的41.48%.

圖1 不同施肥處理下巨柏苗光合主要特征值的日進程Fig.1 Daily process of main photosynthetic characteristic values of C.gigantea seedlings at different fertilization treatments

2)Gs

由圖1(b)可知：各施肥處理下巨柏苗Gs均呈現(xiàn)“雙峰型”，10：00出現(xiàn)最大峰值，14：00出現(xiàn)第二個峰值；EF和DEF時Gs明顯大于另2個處理，CK時Gs在全天各時刻均最小.

從表5可以看出：巨柏苗日均Gs在EF和DEF時最大，為0.10 mol/(m2·s)，CF時降為0.07 mol/(m2·s)，CK時最小，僅為EF時的50%.

3)Ci

由圖1(c)可知：不同施肥處理下巨柏苗Ci日變化表現(xiàn)為8：00時最高，隨著時間后延而逐漸降低；CK、CF和DEF時均在14：00達最低值，之后又有所增加；EF在16：00達最低值后又逐漸增大.

從表5可以看出：巨柏苗日均Ci大小依次為EF>DEF>CF>CK，CK時日均Ci僅為EF時的70.51%.

4)Tr

由圖1(d)可知：不同施肥處理下巨柏苗Tr日變化均呈現(xiàn)“單峰型”，峰值出現(xiàn)在14：00；各處理從8：00開始增加，且隨著時間后延逐漸增大，在14：00達最大值后逐漸降低，直至18：00達最小值；不同施肥處理下Tr峰值大小依次為EF>DEF>CF>CK，其值分別為4.13，3.66，3.06和2.20 μmol/(m2·s).

表5 不同施肥處理下巨柏苗主要光合特征值的日均值Tab.5 Daily average values of main photosynthetic characteristic values of C.gigantea seedlings at different fertilization treatments

從表5可以看出：巨柏苗日均Tr在EF時最大，但其與DEF間無顯著差異；CK時日均Tr最小，為EF時的60.43%.

5) WUE

圖2所示為不同施肥處理下巨柏苗WUE的日變化，其日進程在不同施肥處理下基本呈“雙峰型”：各處理在10：00出現(xiàn)第一個峰值，EF、DEF、CF和CK時分別為4.30，3.98，3.30和3.30 μmol/(m2·s)，12：00達谷值；除CF在16:00和14:00的WUE相差不大外，其余3個處理均在14：00出現(xiàn)第二個峰值，此時EF和DEF的峰值幾乎相等，而CK和CF的峰值較10：00時略有下降.

圖2 不同施肥處理下巨柏苗WUE的日進程Fig.2 Daily process of WUE of C.gigantea seedlings at different fertilization treatments

從表5可以看出：巨柏苗的日均WUE在EF時最大，DEF時略有降低，但與EF時差異不顯著；日均WUE在CK時最小，且顯著低于EF和DEF時(P<0.05).

2.2.2Pn-PAR光響應曲線

如圖3所示，各施肥處理下巨柏苗的光響應曲線變化趨勢相似，但光響應值存在明顯差異.總體來看，各處理在PAR為0～800 μmol/(m2·s)時，Pn隨著PAR的增長迅速增加，EF時增幅最大，DEF時次之，二者明顯高于CF和CK時，CK時增幅最小.在PAR為800～1 200 μmol/(m2·s)時，Pn增加緩慢，增幅減小.巨柏苗葉片在EF時受PAR變化的影響程度最大，而CF與CK對PAR的影響程度較小.當PAR為1 200～2 000 μmol/(m2·s)時，巨柏苗Pn值增加緩慢并基本趨于穩(wěn)定，表明已達到LSP.

圖3 不同施肥處理下巨柏苗的光響應曲線Fig.3 Light response curve of C.gigantea seedlings at different fertilization treatments

通過擬合指數(shù)方程計算得出巨柏苗的LCP和LSP.由表6可知：巨柏苗在不同施肥處理下LCP值在DEF和EF時相對較小，CK時最大，約為EF和DEF時的1.5倍.LSP值在各處理間差異不大，DEF時略大于其他處理.AQY在EF時最大，DEF時次之，CK時最小.Pmax在EF時達最大值18.90 μmol/(m2·s)，CK時Pmax為EF時的32.80%.Rd值為PAR=0時Pn的絕對值，巨柏苗不同施肥處理下的Rd值表現(xiàn)為CK>CF>EF>DEF.除CK外其余各處理相關系數(shù)R2達0.99 以上.

表6 巨柏苗Pn-PAR光響應曲線的主要參數(shù)Tab.6 Main parameters of the Pn-PAR curve of C.gigantea seedlings

3 討論與結論

3.1 合理施肥時苗木生長的促進作用

合理施肥可促進苗木生長，加速新陳代謝，提高苗木生物量及品質，增加苗木合格率[16-17].施肥對苗木來說最直觀的反映是苗高、地徑等形態(tài)指標的變化，本研究施肥條件下巨柏苗的苗高、地徑均明顯高于對照，張金浩等[18]、李國雷等[19]、王冉等[7]、王力朋等[20]分別對南洋杉(Araucariacunninghamii)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)、沉香(Aquilariamalaccensis和A.sinensis)和楸樹(Catalpabungei)等的研究與本研究結果一致.本研究中不同施肥方式下巨柏苗的苗高、地徑、生物量等均在EF時顯著高于CF和DEF，劉歡等[10]對杉木苗的研究同樣表明EF較CF對生長的促進效果更強，可見EF有利于苗木生長，促進苗木生物量的累積及苗木對養(yǎng)分的吸收利用效率[21].這可能是由于EF與其他施肥方式相比能較大程度地滿足巨柏苗在不同生長時期對養(yǎng)分的需求，且EF時生長較穩(wěn)定，進而有利于苗木的生長[5，22].本研究中地上、地下生物量均在EF時最大，CK時最小，表明施肥會在促進苗木長高的同時加大巨柏苗根系的生物量，從而提高根系對肥料的吸收能力[23]；但根冠比為CK>CF>DEF>EF，這可能是由于施肥后促進苗木根系的生長，提高了苗木根系對礦質元素及水分的吸收和運輸能力，進而促進了其地上部分的生長[24].土壤養(yǎng)分不僅促進根系生物量的增加，根系形態(tài)對施肥也同樣敏感.眾多研究表明，施N肥不僅能夠促進根系總根長的增加，而且對根表面積、根體積的增加效果顯著[7,25].本研究中巨柏苗新生根的總根長、表面積、體積在各施肥處理時均大于CK時，且EF時最大，說明施肥增加了養(yǎng)分供應，促進了光合效率，根系中光合作用產物積累增多，促進了根系生長[26].

3.2 合理施肥對苗木光合性能的促進作用

光合作用是植物生長、發(fā)育及代謝的物質基礎，植株的自身適應性與環(huán)境因子均會明顯影響植物的光合特性[27].研究表明，光合效率與施肥有密切關系，合理施肥能顯著提高葉片的光合性能，增加植株的生長量和干物質累積，從而提升植株品質[28].本研究中，相對于CK，不同施肥處理下巨柏苗的光合性能均有顯著提高，苗木Pn在EF和DEF時是CK的2倍以上，說明EF對巨柏苗的光合作用具有明顯的促進作用，這與王益明等[29]對山核桃(Caryacathayensis)的研究結果一致.巨柏苗在EF和DEF時的WUE明顯高于CK時，可見在苗木生長期合理充足的養(yǎng)分供應能夠極大地促進巨柏苗的生長，并有利于加強苗木的光合作用和WUE.巨柏苗在不同施肥處理下的光響應曲線差異明顯，EF時苗木的LCP值較小，CK時最大.LCP值能反映植物葉片利用弱光的能力，LCP值越低表示植物葉片利用弱光的能力就越強[30]，可見在EF和DEF時巨柏苗葉片對弱光的利用能力提高.LSP值能反映植物葉片利用強光的能力，本研究中各施肥處理下巨柏苗的LSP值差異不大，說明施肥不能提高巨柏苗利用強光的能力，在一定光強下苗木光合作用達到飽和.AQY值是由光合作用對光響應曲線在PAR=0時的斜率計算得出，其值越大表明植物在弱光下的光能利用效率越強[15]，本研究中EF和DEF時AQY值明顯高于CF和CK時，可見EF和DEF可增強巨柏苗對弱光的利用.

本研究結果顯示：1) 施肥有利于提高巨柏苗生長、養(yǎng)分積累及新生根生長，其中EF的促進作用最顯著；2) EF有利于提高巨柏苗的光合性能，各施肥方式下巨柏苗對強光的利用能力差異不大，但EF和DEF可明顯增強巨柏苗對弱光的利用.綜上可見EF能有效提高巨柏苗的光合作用能力，有利于光合作用產物的形成和累積，促進苗木生長.但對于精準化培育巨柏苗，今后還需長期持續(xù)性開展針對N、P、K等養(yǎng)分元素的合理配施及其與水的耦合試驗，為巨柏田間規(guī)模化優(yōu)質壯苗的培育提供依據(jù).