復(fù)合緩釋保水保肥材料對(duì)苗木生長(zhǎng)的影響

曹遠(yuǎn)博， 王百田， 魏婷婷， 王瑞君， 陳志豪

〔1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院， 北京 100083； 2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院， 北京 100083〕

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復(fù)合緩釋保水保肥材料對(duì)苗木生長(zhǎng)的影響

曹遠(yuǎn)博1， 王百田1， 魏婷婷2， 王瑞君1， 陳志豪1

〔1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院， 北京 100083； 2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院， 北京 100083〕

摘要：[目的] 分析復(fù)合緩釋保水保肥材料對(duì)苗木生長(zhǎng)的影響，探索適宜苗木生長(zhǎng)的復(fù)合材料。[方法] (1) 選用4個(gè)實(shí)驗(yàn)組和1個(gè)對(duì)照組的皂角樹(shù)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，對(duì)苗木的生長(zhǎng)和生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量分析。[結(jié)果] (1) 復(fù)合緩釋保水保肥材料能夠顯著提高苗木的地徑，增加葉片數(shù)量和葉面積，增大新梢長(zhǎng)度，增加苗木生物量； (2) 能夠顯著提高苗木的葉水勢(shì)以增強(qiáng)水分利用率，提高苗木對(duì)肥料的利用效率，維持苗木的葉片葉綠素含量(SPAD)長(zhǎng)期處于較高的數(shù)值。[結(jié)論] 復(fù)合緩釋保水保肥材料能夠顯著促進(jìn)苗木生長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：保水保肥材料； 盆栽； 生長(zhǎng)指標(biāo)； 差異性

土地的干旱貧瘠[1]嚴(yán)重制約著造林成活率和林木生長(zhǎng)發(fā)育，人工造林與植被恢復(fù)技術(shù)是諸多學(xué)者一直深入研究的重要問(wèn)題。近年保水劑在造林技術(shù)中的應(yīng)用研究成為研究熱點(diǎn)[2-4]，特別是以保水劑為基礎(chǔ)的多功能復(fù)合材料開(kāi)發(fā)[5-7]。在干旱缺水地區(qū)，在幼苗期和苗木生長(zhǎng)最旺盛期使用適量的保水劑材料能夠改善造林立地條件，為苗木抵御短期干旱或緩和干旱脅迫程度提供幫助，以達(dá)到提高造林苗木成活率、增強(qiáng)苗木抗逆能力的目的。新型節(jié)水材料保水劑與傳統(tǒng)的滴管噴灌和地膜等造林措施相比更加清潔[8-9]，但純施用保水劑不能最大程度的發(fā)揮水肥效果[10-11]。如果將保水劑與多種促進(jìn)植物生長(zhǎng)的物質(zhì)混合形成復(fù)合材料，可以達(dá)到水肥協(xié)調(diào)、促進(jìn)植物生長(zhǎng)的效果[12-13]，從而提高使用保水劑的經(jīng)濟(jì)效益。為研究復(fù)合緩釋保水保肥材料對(duì)苗木生長(zhǎng)的效用，本文采用盆栽控水的方法對(duì)皂角樹(shù)在不同復(fù)合材料處理下的生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行分析，以探索適宜其生長(zhǎng)的復(fù)合材料。

1研究地概況

試驗(yàn)在北京市西山鷲峰國(guó)家森林公園的北京林業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬寒夏熱，春季多風(fēng)，平均風(fēng)速4.1 m/s，年平均溫度12.2 ℃，極端最高溫41.6 ℃，極端最低溫-20 ℃；年均降水量630 mm，降水多集中在7—8月占全年降水量的70%以上，春季降水占全年的10%左右。春季蒸發(fā)量很大，其中5月份最高，達(dá)259 mm。植物生長(zhǎng)期為220 d，無(wú)霜期180 d，晚霜在4月上旬，早霜在9月上旬[14]。

2試驗(yàn)材料與研究方法

2.1　樣品的采集和處理

2.1.1試驗(yàn)材料供試苗木選擇生長(zhǎng)狀況良好的1年生皂角樹(shù)(Gleditsiasinensis)為了減少試驗(yàn)誤差，盡量挑選生長(zhǎng)情況一致的苗木。保水劑產(chǎn)自北京漢力淼新技術(shù)有限公司，主要成分為聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺共聚體，白色小顆粒(2～3 mm)，吸水倍率為250，70 min左右可以達(dá)到吸水飽和，在土壤中使用壽命可長(zhǎng)達(dá)3～5 a。聚天門冬氨酸產(chǎn)自洛陽(yáng)采潤(rùn)環(huán)保材料有限公司。淡黃色固體顆粒，pH值6～8，分子量5 000～10 000。水溶性仿生聚合物，在農(nóng)業(yè)上作為植物養(yǎng)分吸收促進(jìn)劑，可有效地促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收。無(wú)機(jī)復(fù)合肥購(gòu)于北安河西口植物醫(yī)院,以尿素、磷銨、硫酸鉀為主要組成，尿素〔(NH2)2CO，含N46.65%〕，氯化鉀(KCl，含K52.35%)，磷酸銨〔(NH4)3PO4·3H2O，含P19.19%，含N20.67%〕。硝酸稀土為淺粉色的粉末，極易吸濕潮解，易溶于水，溶于乙醇。3-吲哚丁酸(IBA)購(gòu)于北京市旭東化工廠，白色結(jié)晶固體，易溶于乙醇等有機(jī)溶劑，難溶于水，能促進(jìn)植物主根的發(fā)育[15-17]。a-萘乙酸(NAA)購(gòu)于北京市海淀區(qū)微生物培養(yǎng)基制品廠，白色結(jié)晶固體，易溶于乙醇等有機(jī)溶劑，難溶于水，能促進(jìn)扦插枝條生根[18-19]。栽培基質(zhì)是在鷲峰林場(chǎng)就近取土和沙，按2∶1的比例混合而成，將保水劑、聚天門冬氨酸、硝酸稀土、復(fù)合肥按不同比例均勻混于土壤中(摻入保水劑、聚天門冬氨酸、硝酸稀土、復(fù)合肥之前的土稱為原土，原土的化學(xué)性質(zhì)詳見(jiàn)表1)。

表1　試驗(yàn)用原土的化學(xué)性質(zhì)

2.1.2試驗(yàn)方法試驗(yàn)時(shí)間為2011年4—11月，盆栽前根據(jù)設(shè)計(jì)用不同濃度的3-吲哚丁酸(IBA)和a-萘乙酸(NAA)溶液對(duì)苗木蘸根處理(表2)，浸泡半小時(shí)后將苗木盆栽。先在盆中裝1/3的土，把不同類型的復(fù)合材料撒入花盆并與土攪拌均勻，然后將苗木栽入盆中，栽完后充分澆水，之后不再澆水。

表2　盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

注：A1為保水劑+聚天門冬氨酸+硝酸稀土+復(fù)合肥(質(zhì)量比5∶5:1∶5); A2為保水劑+聚天門冬氨酸+硝酸稀土+復(fù)合肥(質(zhì)量比8∶3:1.5∶5); A3為保水劑+聚天門冬氨酸+硝酸稀土+復(fù)合肥(質(zhì)量比10∶1:2∶5)； A4為保水劑。IBA為3-吲哚丁酸，NAA為a-萘乙酸。

2.2　數(shù)據(jù)處理

2.2.1數(shù)據(jù)采集地徑使用電子游標(biāo)卡尺對(duì)苗木地徑進(jìn)行南北方向、東西方向進(jìn)行兩次測(cè)量取平均值；新梢長(zhǎng)度采用鋼卷尺在苗木自然伸展情況下測(cè)量新梢長(zhǎng)度；葉面積采用LI3100A葉面積儀(精度為0.01 cm2)對(duì)同一株植物的上中下3層葉片分別進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)要兼顧陰陽(yáng)面的選?。蝗~片數(shù)按從上向下依次查數(shù)；四個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)的觀測(cè)時(shí)間在同一天內(nèi)，每月觀測(cè)一次[20]。葉水勢(shì)采用Wescor公司的Psypro露點(diǎn)水勢(shì)儀，于8月9日進(jìn)行葉水勢(shì)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間8：00—18：00，每2 h觀測(cè)1次。葉綠素采用SPAD-502葉綠素儀進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)中使用葉片的SPAD值來(lái)代替葉片葉綠素的含量。

2.2.2數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)分析和作圖應(yīng)用SPSS 19.0， Excel， Origin 8.0軟件，統(tǒng)計(jì)方法為單因素方差分析和LSD多重比較。

3結(jié)果與分析

3.1　復(fù)合材料對(duì)苗木的生長(zhǎng)指標(biāo)影響差異性分析

地徑是衡量苗木生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)。由圖1知，在一個(gè)生長(zhǎng)周期，地徑增長(zhǎng)的速度在月間存在顯著差異，其中以處理1和2處理在7—8月間的增長(zhǎng)速度最快，增長(zhǎng)率分別為28%和29%。一個(gè)生長(zhǎng)周期后，各處理的地徑大小存在顯著性差異，大小順序?yàn)椋?>1>4>3>CK，且2，1，4，3的地徑分別是CK的1.28，1.25，1.15，1.09倍。

葉是植物光合作用的主要器官。葉片的數(shù)量一定程度上決定著植物物質(zhì)累積量(圖1)，葉片數(shù)表現(xiàn)為單峰增長(zhǎng)，峰值出現(xiàn)在8月，最大值為處理2的190個(gè)，在生長(zhǎng)周期中各處理的葉片數(shù)存在顯著性差異，大小順序依次為：2>1>4>3>CK，且分別是CK的1.96，1.65，1.44，1.08倍。處理組與對(duì)照組的葉片數(shù)在上中下3層也存在顯著差異性，處理組的葉片多集中于上層和中層，層間存在顯著的差異性，對(duì)照組的葉片數(shù)在上中下3層分布較為均勻；處理2與CK相對(duì)應(yīng)層的葉片數(shù)差異性最為顯著(表3)。葉面積的大小影響著植物的光合效率，5個(gè)處理的葉面積在5—8月快速增加，8月后的增長(zhǎng)速度顯著下降，一個(gè)生長(zhǎng)周期后，處理間葉面積存在顯著性差異，大小順序依次為：3>2>4>1>CK，且葉面積分別是CK的1.85，1.73，1.46，1.42倍。在一定的范圍內(nèi)，苗木的生物量隨葉面積指數(shù)(LAI=S總/K冠面)的增大而提高。單株苗木的葉面積由葉片數(shù)量和單葉面積共同決定。由表4可知，不同處理的單株葉面積指數(shù)隨時(shí)間有先增后減的變化趨勢(shì)，拐點(diǎn)在8月，且多數(shù)表現(xiàn)出顯著差異性(p<0.05)。在一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)，處理2對(duì)苗木的生長(zhǎng)影響最為顯著，其單株葉面積指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他處理，最大值為8月的4.34，是CK的2.06倍；處理1，3，4單株葉面積指數(shù)也高于CK，特別是7—10月，各處理與CK存在顯著性差異。

圖1　不同處理下苗木生長(zhǎng)指標(biāo)變化

月份處理2下層中層上層CK下層中層上層5月20.2±0.1aA14.2±0.2bA11.2±0.3cA8.2±0.2aB10.0±0.1abA13.4±0.1bA6月25.0±0.1aA19.2±0.3bA31.4±04cA14.2±0.1aB15.2±0.2aB15.4±0.2aB7月34.6±0.3aA46.2±0.2bA50.2±0.5cA22.0±0.1aB21.2±0.3aB18.0±0.1bB8月48.2±0.4aA60.0±0.7bA82.0±0.6cA33.4±0.5aB35.4±0.4aB29.6±0.5bB9月32.2±0.1aA50.4±0.2bA77.6±03cA18.4±0.2aB22.2±0.1bB17.0±0.2aB10月26.4±0.6aA41.2±0.1bA53.6±0.2cA11.2±0.1abB12.2±0.0aB9.4±0.1bB

注：上標(biāo)小寫(xiě)字母表示同一試驗(yàn)組不同層間的多重比較，上標(biāo)大寫(xiě)字母表示不同試驗(yàn)組同層的多重比較(p<0.05)，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著；表中數(shù)字是由平均值±標(biāo)準(zhǔn)差組成。下同。

表4　不同處理單株葉面積指數(shù)隨時(shí)間的變化

新梢長(zhǎng)度為生長(zhǎng)周期內(nèi)苗高的新增高度，是體現(xiàn)苗木生長(zhǎng)狀況最直觀的一個(gè)的指標(biāo)。觀測(cè)結(jié)果表明，新梢在整個(gè)生長(zhǎng)周期都在增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速度較快的多集中于5—8月；處理2生長(zhǎng)速度和增長(zhǎng)量均大于其他處理，一個(gè)生長(zhǎng)周期新梢增長(zhǎng)量達(dá)到55 cm；一個(gè)生長(zhǎng)周期后，各處理的新梢長(zhǎng)度有大到小表現(xiàn)為：2>4>3>1>CK，且分別是CK的1.72，1.47，1.22，1.13倍。生物量是植物經(jīng)過(guò)一系列同化和異化過(guò)程后物質(zhì)的累積量，其數(shù)值能夠說(shuō)明在所處環(huán)境的植物生產(chǎn)力。各處理生物量有大到小表現(xiàn)為：2>3>4>1>CK，除處理3和處理4外，其他處理間均存在顯著性差異(圖2)。

圖2　不同處理下的苗木生物量

3.2　復(fù)合材料對(duì)苗木的生理指標(biāo)影響差異性

由圖3可以看出，5種處理下皂角葉水勢(shì)的日變化特征，在早上與傍晚葉水勢(shì)高于其他時(shí)間段，且在中午12∶00左右達(dá)到全天最低值，此結(jié)果與王文靜對(duì)山杏葉水勢(shì)研究一致[21],5種處理在白天的葉水勢(shì)變化趨勢(shì)表現(xiàn)為：早晨8：00的水勢(shì)最高，其后逐漸下降，中午時(shí)分達(dá)到一天的最低值，而后緩慢增高，18：00左右達(dá)到白天最高值。葉水勢(shì)大小順序依次為：2>4>3>1>CK，5個(gè)處理間存在顯著差異性，處理2全天都處于較高的葉水勢(shì)，CK最低且在測(cè)量時(shí)間段內(nèi)的最大葉水勢(shì)出現(xiàn)在8：00，在14：00后水勢(shì)回升速度明顯小于其他4種處理。

圖3　不同處理下苗木的葉水勢(shì)日變化

SPAD值是衡量一株植物葉綠素相對(duì)含量的一個(gè)參數(shù)，能夠準(zhǔn)確的表達(dá)植物葉綠色狀態(tài)。由圖4可知，一個(gè)生長(zhǎng)周期，5種處理的SPAD值表現(xiàn)出單峰趨勢(shì)，峰值均出現(xiàn)在8月，在峰值時(shí)大小順序表現(xiàn)為：2>3>1>4>CK。處理1，處理2與其他3種處理比較，除了5—8月具有快速增長(zhǎng)的特點(diǎn)，在8—10月SPAD值的遞減速度也小于其他3種處理。

圖4　不同處理下苗木的SPAD變化趨勢(shì)

4結(jié)論與討論

(1) 在干旱區(qū)造林遇到最大困難就是水肥的有效供給[14]，水分的缺失制約著苗木的成活率，肥料的流失影響著苗木的“生長(zhǎng)質(zhì)量”，本試驗(yàn)配置的4種復(fù)合緩釋保水保肥材料能夠提高苗木對(duì)干旱脅迫的抗性，并有效地提高了苗木的各項(xiàng)生長(zhǎng)生理指標(biāo)。

(2) 復(fù)合緩釋保水保肥材料對(duì)苗木的生長(zhǎng)指標(biāo)具有顯著的促進(jìn)作用，最優(yōu)處理組的地徑、葉片數(shù)、葉面積、新梢長(zhǎng)度、生物量分別是CK的1.28，1.96，1.85，1.72，1.88倍，且5種處理下皂角的生長(zhǎng)指標(biāo)多數(shù)存在顯著差異性，在自然條件相同的情況下，只有復(fù)合材料存在差異，表明影響苗木生長(zhǎng)指標(biāo)差異性的是復(fù)合材料。在幾項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)中，除葉面積之外，處理2的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)最明顯，可以認(rèn)為復(fù)合材料A2更適合施用于皂角。A2為保水劑+聚天門冬氨酸+硝酸稀土+復(fù)合肥(質(zhì)量比8∶3∶1.5∶5)，與其他復(fù)合材料相比，并非越高的保水劑含量對(duì)苗木的生長(zhǎng)促進(jìn)越大，也并非施用肥料越多，苗木的生長(zhǎng)越旺盛。通過(guò)對(duì)生物量差異性分析可以進(jìn)一步說(shuō)明復(fù)合材料可以提高苗木的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，且處理2最適于皂角樹(shù)。

(3) 復(fù)合緩釋保水保肥材料不能改變苗木的葉水勢(shì)日變化整體趨勢(shì)，但是可以通過(guò)改變土壤供水方式從而提高了水分利用率，在結(jié)果上表現(xiàn)為施用復(fù)合材料的試驗(yàn)組在日變化范圍相對(duì)減小并全天的葉水勢(shì)顯著高于對(duì)照組。午后，處理組的葉水勢(shì)回升速度顯著高于對(duì)照組，處理組在應(yīng)對(duì)干旱脅迫具有更強(qiáng)烈的“敏銳性”，其應(yīng)對(duì)機(jī)制更加迅速，這與崔建恒[22]等的研究結(jié)果一致。復(fù)合材料不僅減少了水分從土壤表層的蒸發(fā)量[23]，而且在增大苗木葉水勢(shì)的同時(shí)增加有效蒸發(fā)，提高了水分的利用效率。苗木的SPAD值能夠準(zhǔn)確的描述苗木葉綠狀態(tài)[24]，SPAD值越高，說(shuō)明試驗(yàn)材料對(duì)苗木的作用效果更優(yōu)，或者說(shuō)苗木對(duì)肥料的利用效率更高(SPAD-502葉綠素儀工作原理)。處理組的SPAD值在整個(gè)生長(zhǎng)周期始終高于對(duì)照組，表明復(fù)合材料能夠促進(jìn)苗木對(duì)肥料吸收。

(4) 分析結(jié)果表明，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的復(fù)合材料具有改善苗木生長(zhǎng)環(huán)境、促進(jìn)水肥利用效率、提高生長(zhǎng)生理優(yōu)勢(shì)的作用。

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Effects of Nutrient and Super Absorbent Polymer Compound on Seedling Growth

CAO Yuanbo1, WANG Baitian1, WEI Tingting2, WANG Ruijun1, CHEN Zhihao1

〔1.CollegeofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;

2.CollegeofGeoscienceandSurveyingEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China〕

Abstract：[Objective] This paper aimed to understand the effects of a slow release fertilizer that was mainly made of super water and nutrients absorbent polymer compound on seeding growth, in order to find the suitable polymer compound for seedling growth. [Methods] An experiment with four treatments and one control of potted Honey locust tree experiment was carried out. The seedling growth and its physiological indexes were measured and analyzed. [Results] (1) The nutrient and super absorbent polymer compound significantly improved the ground diameter of seedlings, and also the leaf number, leaf area, the length of new tip shoot and the biomass of seedlings were also increased; (2) The compound significantly improved the leaf water potential which may potentially increase the water use efficiency and the nutrient use efficiency. Both may help to maintain a long period of higher seedling leaf chlorophyll content(SPAD) value. [Conclusion] The nutrient and super absorbent polymer compound can significantly promote seedling growth.

Keywords:nutrient and super absorbent polymer compound; bonsai; growth indexes; variation

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)03-0068-05

中圖分類號(hào)：S143.5, S147.5

通信作者：王百田(1958—),男(漢族),陜西省富平縣人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事水土保持、生態(tài)環(huán)境工程,林業(yè)生態(tài)工程教學(xué)和科研工作。E-mail:wbaitian@bjfu.edu.cn。

收稿日期：2014-04-01修回日期：2014-04-03

資助項(xiàng)目：中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)“暖溫帶落葉闊葉混交林區(qū)域山西中部森林固碳現(xiàn)狀、速率和潛力研究”(XDAO5050203-04-01)

第一作者：曹遠(yuǎn)博(1986—),男(漢族),新疆自治區(qū)昌吉州人,博士研究生,研究方向?yàn)樗帘３?。E-mail:411653109@qq.com。