指數施肥對美國山核桃苗期生長動態的影響

王益明，萬福緒，胡 菲，李瑞瑞

(南京林業大學林學院，江蘇南京 210000)

在苗木培育中，施肥是提高苗木質量的重要措施之一，但不同施肥方法的養分利用效率具有差異，如何提高苗木的養分利用效率是目前研究的熱點之一[1]。傳統施肥方式由于忽視了苗木在不同生長時期的養分需求，存在氮素利用效率低下的問題，所施氮肥的32%～85%都無法被植物吸收利用[2]。瑞典生理生態學家Ingestad等于20世紀80年代通過試驗研究創立了“養分指數承載理論”[3]，Timmer等將穩態營養理論應用于輕基質育苗研究中，并明確提出指數施肥法[4]。指數施肥方法是以指數速率供給苗木養分，該供給速率和苗木對養分需求指數增加的速率相適應，通過多次指數性增加養分，使苗木對營養的吸收達到穩定狀態，進而使苗木體內營養含量達到穩定狀態[5]。與傳統施肥方法相比，指數施肥對苗木生長發育的促進有明顯優勢，逐漸成為國外許多苗木生產者的首選技術[6]。

美國山核桃別稱薄殼山核桃、長山核桃，是胡桃科山核桃屬深根性樹種，為世界四大干果樹種之首，其生長迅速，樹姿優美，是很好的園林觀賞樹種和水土保持樹種[7]。近年來，美國山核桃已成為我國南方重要的經濟樹種。我國對美國山核桃的良種選育、扦插繁殖、嫁接技術和生物學特性等開展了相應研究[8-11]，但國內對美國山核桃的施肥研究相對較少，生產中多憑借田間經驗而采用傳統的等量施肥法，不能滿足其苗木在不同生長時期的養分需求，而有關美國山核桃的指數施肥研究目前更是鮮見報道。本試驗運用指數施肥法研究不同施氮量對美國山核桃幼苗生長的影響，旨在探究美國山核桃幼苗生長對不同施氮水平的響應差異，以確定最適施氮量，為美國山核桃精準施肥及其高質量苗木培育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在江蘇省南京市南京林業大學園林溫室內進行，材料來源于南京林業大學美國山核桃繁育基地。2017年4月，選取生長相對一致的美國山核桃1年生實生苗300株，移栽于高、上口徑、下口徑分別為16.5、11.5、14.0 cm的塑料花盆內，采用粒徑為0.2～1.0 mm的河沙作為基質，待緩苗至5月初開始施肥試驗。為防止水肥流失，盆內均套有雙層白色塑料袋。試驗過程中以質量法調節土壤水分狀況，每隔2周移動1次苗盆以減少邊緣效應。

1.2 試驗設計

試驗采用指數施肥模型[5]來計算相應的施肥量，計算公式為：

NT=NS(ert-1)；

Nt=NS(ert-1)-Nt-1。

式中：r為氮素相對添加率；t為指數施肥的次數；NT為施氮總量；NS為幼苗在指數施肥處理前的初始氮含量；Nt為在相對增加率r下t次施肥時的施氮量；Nt-1為第(t-1)次施肥的氮素施入總量，mg/株。參考Timmer的設定[5]，指數施肥處理前幼苗樣品的初始氮含量為25.35 mg/株。根據指數施肥方式，試驗共設5個濃度指數施肥處理，分別為100、200、400、600、800 mg/株，編號分別為N100、N200、N400、N600、N800，施肥間隔為1周，共進行12次施肥(表1)，以不施肥處理作為對照(CK)，采用完全隨機區組設計。每處理15株，重復3次。試驗采用普羅丹水溶性復合肥，主要養分含量為N 20%、P2O520%、K2O 20%，采用水溶施用的方法，每株幼苗每次施用 20 mL。

1.3 幼苗生長指標的測定

分別在施肥前(5月1日)、第4周(5月29日)、第8周(6月26日)、第12周(7月24日)共4個時期，用直尺、游標卡尺分別測定美國山核桃幼苗的苗高、地徑；每小區隨機選取幼苗5株，用去離子水洗凈，按根、莖、葉分別剪下，烘箱中于 105 ℃ 殺青30 min，后于85 ℃烘干至恒質量，用電子天平稱量根、莖、葉的質量；每處理選3株，每株取其頂端以下第3～5葉中完整的葉片，用SPAD-502手持式葉綠素測定儀測定葉片的葉綠素相對含量，用SPAD值表示。

表1 美國山核桃不同指數施肥處理的施氮量

1.4 數據分析

采用Excel 2013軟件對數據進行圖表處理，采用SPSS 22.0軟件進行方差分析及LSD多重比較。

2 結果與分析

2.1 指數施肥對美國山核桃幼苗苗高的影響

由圖1可知，隨時間推移和施肥量的增加，美國山核桃幼苗的苗高逐漸增加，且各處理間的差異逐漸增大；在施肥前至第4周，隨施氮量的增加，美國山核桃苗高呈遞增趨勢，第4周時N800處理的苗高相對最高，為24.7 cm，是CK的1.15倍；在第4～8、8～12周，隨施氮量的增加，美國山核桃苗高呈先增后減的趨勢，第8、12周時N600處理的苗高相對最高，分別為31.1、33.4 cm，分別是CK的1.25、1.48倍，而N800處理苗高分別只有24.8、25.6 cm，分別是CK的1.17、1.13倍，說明N800處理由于施氮量過高可能導致苗高的生長受到一定抑制。由表2可知，在試驗第12周，不同處理的苗高由大到小依次為N600(33.44 cm)>N400(31.80 cm)>N200(29.70 cm)>N100(28.70 cm)>N800(25.56 cm)>CK(22.60 cm)，分別較施肥前增加98.8%、89.3%、76.8%、70.8%、52.4%、34.5%。在試驗末期各施肥處理中，N600處理的苗高顯著高于N800處理(P<0.05)，與其他各處理差異不顯著，各施肥處理的苗高顯著高于CK(P<0.05)，說明添加氮素對美國山核桃幼苗苗高的生長有很好的促進作用，其中以N600處理的作用效果相對最好，其次為N400、N200處理。

2.2 指數施肥對美國山核桃幼苗地徑的影響

由圖2可知，指數施肥處理的美國山核桃苗地徑的生長與苗高表現出相似的變化規律；在施肥前至第4周，隨著施氮量的增加，美國山核桃地徑呈增加趨勢，第4周時N800處理的美國山核桃苗地徑相對最大，為3.85 mm，是CK的1.08倍；在 4～8、8～12周，隨施氮量的增加，美國山核桃苗地徑呈先增后減的趨勢，第8、12周時N600處理的美國山核桃苗地徑相對最大，分別為4.35、5.08 mm，分別是CK的1.27、1.45倍，而N800處理的地徑分別僅4.27、4.73 mm，分別為CK的 1.25、1.35倍，說明N800處理由于施氮量過高可能導致苗地徑的生長受到一定抑制，但抑制程度不如苗高明顯。由表2可知，在試驗末期，不同處理的美國山核桃苗地徑由大到小依次為N600(5.08 mm)>N400(4.91 mm)>N200(4.80 mm)>N800(4.73 mm)>N100(4.68 mm)>CK(3.51 mm)，分別較施肥前增加58.3%、53.0%、49.5%、47.4%、45.8%、9.0%；各施肥處理的美國山核桃苗地徑差異不顯著，但均顯著大于CK(P<0.05)，說明不同指數施肥量對美國山核桃幼苗地徑的生長有很好的促進作用，其中以N600處理的作用效果相對最好，其次為N400、N200處理。

表2 試驗末期(第12周)指數施肥下美國山核桃各生長指標的多重比較

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

2.3 指數施肥對美國山核桃幼苗生物量積累的影響

由圖3可知，在施肥前至第4周、第4～8周、第8～12周，隨著施氮量的增加，美國山核桃生物量呈先增后減的趨勢，第4、8、12周時均為N600處理的生物量相對最高，分別為3.11、6.19、9.33 g/株，分別是CK的1.16、1.38、2.16倍，而N800處理的生物量分別為3.01、5.96、7.84 g/株，分別為CK的1.12、1.33、1.82倍，說明N800處理由于施氮量過高可能使得對生物量的積累受到抑制作。由表2可知，在試驗末期，不同處理的生物量由高到低依次為N600(9.33 g/株)>N400(8.73 g/株)>N200(8.62 g/株)>N100(8.61 g/株)>N800(7.84 g/株)>CK(4.31 g/株)，分別較施肥前增加677.3%、627.3%、618.7%、617.8%、553.5%、258.0%；各施肥處理的生物量均顯著高于CK，N600、N800處理的生物量與其他施肥處理相比差異顯著(P<0.05)，說明不同指數施肥量對美國山核桃幼苗的生物量積累有很好的促進作用，其中以N600處理的作用效果相對最好，而N800處理由于濃度過高，可能對幼苗產生一定的毒害作用，使得生物量積累受到一定的抑制。

2.4 指數施肥對美國山核桃葉片葉綠素相對含量的影響

由圖4可知，在施肥前至第4周、第4～8周、第8～12周，隨著施氮量的增加，美國山核桃葉片的SPAD值呈增加趨勢，第4、8、12周時均為N800處理的SPAD值相對最大，分別為46.90、52.60、52.90，分別為CK的1.54、1.61、1.53倍。由表2可知，在試驗末期，不同處理的葉片SPAD值由大到小依次為N800(52.90)>N600(50.60)>N400(49.80)>N200(46.70)>N100(45.90)>CK(34.60)，分別較施肥前增加78.1%、70.4%、67.7%、57.2%、54.5%、16.5%，說明不同指數施肥量對美國山核桃幼苗葉片葉綠素含量的增加有很好的促進作用，其中以N800處理的作用效果相對最為明顯，其次為N600、N400處理；各施肥處理的SPAD值顯著高于CK(P<0.05)，除N800處理的SPAD值顯著高于N100、N200處理外，與其他施肥處理間差異不顯著。

2.5 指數施肥對美國山核桃幼苗根冠比的影響

根冠比是評價苗木質量和競爭力的指標之一，體現苗木生物量的分配格局。由圖5可知，指數施肥結束時，隨著施氮量的增加，美國山核桃幼苗的根冠比呈下降趨勢，N800處理的根冠比相對最小，為0.39，為CK的30.5%，說明在養分虧缺的條件下，美國山核桃幼苗的生物量更多地向根部分配以提高根系對養分的吸收能力，在養分充足的條件下，美國山核桃幼苗的生物量更多地向地上部分分配，這有利于光合作用和生物量的積累。多重比較結果表明，除N400、N600、N800處理的根冠比相互間差異不顯著外，其他各處理之間差異顯著(P<0.05)。

3 結論與討論

施肥對幼苗苗高、地徑生長與生理代謝、生物量積累均有一定的促進作用，是提高苗木質量的關鍵技術之一[12]。指數施肥是一種高效、與植物生長規律相適應的施肥方式，可以顯著提高肥料的利用效率。李玲莉等報道，指數施肥已應用于8個國家的30余種植物[6]。苗高和地徑是評價苗木質量優劣的重要指標。劉歡等對杉木無性系研究表明，與對照相比，常規施肥處理的苗高、地徑分別增加34.1%、20.5%，指數施肥處理的苗高、地徑分別增加40.1%～60.5%、36.0%～40.4%，指數施肥促進苗木生長的效果明顯優于常規施肥[13]。本研究表明，指數施肥處理的美國山核桃幼苗苗高、地徑顯著高于不施肥處理(CK)；施肥結束(第12周)時，不施肥處理的苗高和地徑分別比處理前增加34.5%、9.0%，而指數施肥處理的苗高、地徑分別比處理前增加52.4%～98.8%、45.8%～58.3%；當施氮量為600 mg/株時，美國山核桃幼苗的苗高、地徑均相對最大，說明適量施氮能促進美國山核桃幼苗的生長，而過量施氮則抑制其生長，這與何茜等的研究結果[14]相似。

生物量是評價苗木生產力高低的重要指標之一，而苗木體內生物量積累與分配受到施氮量的影響。Iverson認為，生物量大的苗木在困難立地條件下競爭能力更強[15]。本試驗結果表明，指數施肥處理的美國山核桃幼苗生物量隨施氮總量的增加呈先增加后減小的趨勢，施氮量為600 mg/株時，美國山核桃幼苗的生物量相對最大，而施氮量增加至 800 mg/株 時，生物量減少，表明適量施氮能促進美國山核桃幼苗的生長，顯著促進苗木生物量的積累，而過量施氮使苗木受到輕微的毒害，苗木生長和生物量積累受到抑制[16-17]。根冠比也是評價苗木質量和競爭力的指標之一，體現苗木生物量的分配格局。當氮素缺乏時，植物會提高根系生物量的分配比例以提高根系對氮素的吸收能力，而適當增加氮素供應能促進植物根、莖、葉生物量的積累，可能由于對莖、葉生長的促進作用大于根系，從而導致根冠比隨施氮量的增加而降低。本研究中，隨著施氮量的增加，美國山核桃幼苗根冠比呈不斷降低的趨勢，與李雙喜等的研究結果[18]一致。

植物生物量的積累直接來源于光合作用，而葉片葉綠素含量與光合作用呈正相關[19]，植物葉片SPAD值與葉綠素含量具有顯著相關性[20]，因此，葉片SPAD值常被用來表征植物葉片的葉綠素含量。本研究表明，隨著施氮量的增加，美國山核桃幼苗葉片的SPAD值增加，施肥結束時各施氮處理較施肥前分別增加54.5%～78.1%，遠大于CK處理的 16.5%，表明指數施肥顯著增加了美國山核桃葉片的葉綠素含量，對提高幼苗光合能力起到重要作用，這與張華林等的研究結論[21]類似。

綜上所述，不同供氮水平對美國山核桃幼苗的生長有明顯影響，隨著供氮水平的增加，苗高、地徑、生物量等生長指標呈先增加后減少的趨勢，在施氮量為600 mg/株時達到最大值，說明合適的供氮量能明顯促進美國山核桃幼苗的生長發育，其中以600 mg/株為美國山核桃幼苗的最佳施氮量。需說明的是，本試驗僅從形態指標上評價不同指數施肥量對美國山核桃苗期生長的影響，今后還需進一步從養分承載、光合生理等方面進行綜合分析評價。