指數施肥對美國山核桃幼苗生長及葉片養分含量的影響

王益明，盧 藝，張 慧，鞠昌華，裴文明，胡 菲，萬福緒*

(1.南京林業大學林學院南方現代林業協同創新中心，江蘇 南京 210037;2.生態環境部南京環境科學研究所，江蘇 南京 210042)

培育優質苗木是提高造林成活率的重要基礎，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很大差異[1]。傳統施肥一般采用等量施肥法，由于忽視苗木在不同生長時期的養分需求，存在著嚴重的養分利用效率低下的問題,不僅造成肥料的浪費，而且帶來嚴重的土壤污染[2]。指數施肥是以指數遞增方式添加養分，其添加速率與植株生長速率相適應，可以滿足植株在不同生長時期的養分需求[3]。該方法可以誘導苗木達到養分奢侈消耗狀態，能夠有效地增加苗木體內的養分載荷，提高其競爭力，從而能夠更好地適應困難立地條件[4]。苗木自身儲存穩定營養可以降低早期生長的競爭，有效減少化肥的施用，對田間精準施肥和環境保護有重要的意義[5]。目前指數施肥法已經成為國外容器育苗的首選方法[6]。

美國山核桃又名長山核桃、薄殼山核桃,是胡桃科山核桃屬的深根性樹種，是世界著名干果樹種,其具有生長迅速,樹姿優美等特點，同時也是良好的水土保持樹種[7]。近年來，美國山核桃在我國得到迅速推廣，逐漸成為南方地區重要的經濟樹種。但美國山核桃具有深根性的特點，側根及須根較少，這大大制約了其造林成活率，如何提高美國山核桃的造林成活率是當前亟待解決的問題[8]。目前對于美國山核桃施肥的研究并不多，尚未有關于指數施肥對美國山核桃生長特性的影響的研究報道。本研究采用指數施肥法研究不同施氮量對美國山核桃容器苗的生長和葉片養分含量的影響，目的在于探求其最適施氮量并為美國山核桃容器的科學育苗和精準施肥提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地設在江蘇省南京市南京林業大學園林溫室內。試驗材料取自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一年生美國山核桃實生苗300株移栽到規格為上口徑16.5 cm、下口徑11.5 cm、高24 cm的塑料花盆內。采用粒徑為0.2～1.0 mm的河沙為盆栽基質。緩苗期約為一個月，至5月初開始進行指數施肥試驗。幼苗初始苗高(16.8±0.40)cm,地徑(3.21±0.05)mm。盆內套有雙層白色塑料袋以防止水肥流失。試驗過程中采用重量法來判斷土壤水分狀況，每隔2周移動1次苗盆以減少邊緣效應。

1.2 試驗設計

采用完全隨機區組設計，共設置5個濃度梯度的指數施肥處理和1個不施肥處理對照組，每個處理試驗幼苗15株，設置3個試驗重復。試驗采用指數施肥模型[9]計算各處理的施肥量，其具體公式如下：

NT=NS(ert-1)

(1)

Nt=NS(ert-1)-Nt-1

(2)

式(1)和(2)中，NT表示施用氮素總量;NS表示指數施肥處理前幼苗的初始氮含量;Nt表示在相對增加率r下，t次施肥時的施氮量;Nt-1代表包含第(t-1)次施肥的施氮總量;r表示氮素相對添加率;t表示指數施肥次數。參考Timmer[9]的方法設定NS:對施肥處理前的幼苗樣品進行測定，得出NS=25.35 mg/株。依照指數施肥模型，設置5個不同的氮素指數施肥處理分別為100、200、400、600和800 mg/株，分別用N100、N200、N400、N600和N800表示;用CK表示不施肥對照組。每次施肥間隔為1周，共計進行12次指數施肥處理。本研究的試驗肥料為水溶性復合肥，其主要養分含量為N 20%，P2O520%，K2O 20%。本試驗采用水溶施用的方法，每株幼苗每次施用20 mL。每次指數施肥的具體施氮量見表1。

表1 美國山核桃不同指數施肥處理的施氮量 (mg/株)

1.3 指標測定

生長參數測定：分別用直尺及游標卡尺測定幼苗的苗高和地徑。生物量測定:每小區隨機選取生長相對一致的幼苗5株，用去離子水洗凈，按根、莖、葉分別剪下，在烘箱中105℃對其進行30 min殺青處理，然后在85℃下烘干至恒重，用電子天平稱量其根、莖、葉生物量。總生物量(g/株)=根生物量+莖生物量+葉生物量。

葉片養分含量測定：稱量后取樣品粉碎過0.5 mm篩，用元素分析儀(德國，VARIO Macro)測定葉片全氮含量。鉬銻抗比色法(LY/T 1269—1999)測定葉片全磷含量，火焰光度法(LY/T 1270—1999)測定葉片全鉀含量。

1.4 數據處理

用Excel 2013對試驗數據進行圖表處理,用SPSS 22.0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和地徑的影響

如圖1所示，當施氮量≤600 mg/株時美國山核桃幼苗的苗高和地徑均隨著施氮量的增加呈現遞增趨勢，而當施氮量達到800 mg/株時苗高和地徑都出現下降的趨勢。苗高和地徑都在N600達到最大值，分別為33.4 cm和5.08 mm,分別是CK對照組的1.48和1.45倍。方差分析結果表明，施肥結束時不同處理間的苗高和地徑差異顯著。多重比較結果顯示:各施肥處理中的苗高除N600和N800處理差異顯著外，其余各施肥處理間均無顯著差異；但各施肥處理均與對照組CK有顯著差異。地徑各施肥處理間無顯著差異，但均與CK對照組差異顯著。說明適量施氮可以顯著促進美國山核桃幼苗苗高和地徑的生長，而施氮量過大對苗高和地徑的生長會產生一定的抑制作用。

圖1 指數施肥對美國山核桃苗高和地徑的影響注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

2.2 指數施肥對美國山核桃幼苗生物量分配的影響

由表2可知，美國山核桃幼苗不同處理的莖生物量、葉生物量和總生物量均隨著施氮量的增加而呈現先增后減的趨勢，均在N600處理取得最大值，分別為2.30、4.39和9.33 g/株，是CK對照組的2.30、4.99和2.17倍，說明施氮處理對莖生物量、葉生物量和總生物量的增加有顯著促進作用，其中對葉生物量促進作用最大。而根生物量則表現出不同的規律，隨著施氮量的增加根生物量呈現遞減的趨勢。多重比較結果表明：不同施肥處理的莖生物量、葉生物量和總生物量均與CK對照組差異顯著，而根生物量除了N100和N200外，其余處理均與CK對照組無顯著差異，說明指數施肥處理對莖和葉的生物量積累有明顯的促進作用，但只有低量施氮才對根生物量的增加效果明顯。

表2 指數施肥對美國山核桃生物量分配的影響

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著，P<0.05。下同。

同一處理的美國山核桃幼苗不同器官生物量所占總生物量的比例存在著明顯規律。美國山核桃幼苗各指數施肥處理的葉生物量所占比例比對照組CK增長了15.27～27.73個百分點，根生物量所占比例比對照組CK降低了11.66～27.87個百分點，而莖生物量所占比例與CK對照組相比變化不大。說明施氮促使苗木將更多的生物量分配到葉片以促進光合作用，而向根部分配的生物量隨之減少。

2.3 指數施肥對美國山核桃幼苗葉片養分含量的影響

如表3所示，各施肥處理美國山核桃幼苗葉片的氮含量依次為：N800(32.96 g/kg)>N600(29.92 g/kg)>N400(28.73 g/kg)>N200(27.34 g/kg)>N100(23.22 g/kg)>CK(16.21 g/kg)。各指數施肥處理葉的氮質量分數比對照組CK提高了0.43～1.03倍。葉中磷含量依次為：N800(2.81 g/kg)>N600(2.56 g/kg)>N400(2.53 g/kg)>N200(2.39 g/kg)>N100(2.28 g/kg)>CK(1.09 g/kg)。各指數施肥處理葉片磷含量比對照組CK提高了1.09～1.58倍。葉中鉀含量依次為：N800(22.28 g/kg)>N600(21.09 g/kg)>N400(19.07 g/kg)>N200(15.89 g/kg)>N100(12.31 g/kg)>CK(6.71 g/kg)。各指數施肥處理葉的鉀含量比對照組CK提高了0.83～2.32倍。葉的氮含量、磷含量和鉀含量均隨著施氮量的增加而增加，各指數施肥處理均與對照組(CK)有顯著差異，這表明指數施肥顯著提高了美國山核桃幼苗葉片的養分含量。

表3 指數施肥對美國山核桃幼苗葉片養分含量的影響

2.4 適宜施氮量的確定

根據幼苗生物量與葉片N、P、K含量繪制散點圖可以看出，葉片N、P、K含量與生物量呈拋物線關系(圖2)。應用美國山核桃幼苗生物量與葉片N、P、K的含量擬合一元二次拋線物方程，經顯著性檢驗發現，3個方程的顯著性水平達到0.01(表4)，依據這些曲線上最大生物量的90%相對應的養分含量作為臨界值和最適含量范圍。美國山核桃幼苗葉片N、P、K含量的臨界值分別為22.58、1.89和12.71 g/kg，最適含量范圍分別為22.58～32.73、1.89～3.15和12.72～22.05 g/kg。根據葉片N、P、K的最適濃度范圍確定美國山核桃幼苗的適宜施氮量范圍分別為100～600、100～800和200～600 mg/株，綜合3種元素的最適含量范圍得出，200～600 mg/株為美國山核桃幼苗的適宜施氮范圍。

圖2 指數施肥下美國山核桃幼苗生物量與葉片養分含量的關系

表4 美國山核桃幼苗葉片養分含量與生物量的拋物線回歸方程

3 討論與結論

在本研究中，美國山核桃幼苗的地徑、苗高、總生物量均隨著氮素施用量的增加呈現先增后減的趨勢，在600 mg/株時達到最大值；當施氮量增加到每株800 mg時幼苗的地徑、苗高、總生物量均出現明顯下降。施氮使幼苗降低了根系的生物量分配比例，將更多的生物量分配到了莖葉部位，這與賈瑞豐等[10]對紅厚殼幼苗的研究結果一致。在本研究中，隨著施氮量的增加，葉片的N、P、K養分含量均呈現上升趨勢，說明指數施肥顯著提高了美國山核桃幼苗體內的養分承載，這有利于提高其苗木造林成活率。

植物的生物量與葉片養分含量關系密切，這是植物營養診斷的理論基礎。自Ulrich等[11]提出用植物最大理論生長量或產量的90%所對應的葉片養分含量作為臨界含量之后，臨界值營養診斷法已經在林業領域得到廣泛應用。Ericsson等[12]的研究表明:垂枝樺的葉片最適氮含量和磷含量分別為33.7和4.8 g/kg。黃益宗等[13]對1年生尾葉桉的葉片養分分析表明，其臨界養分N、P、K含量范圍分別為15.3～18.1、1.2～1.7和4.2～5.6 g/kg。陳琳等[14]研究表明，西南樺幼苗葉片N、P、K最適含量范圍分別為37.8～59.1、4.1～6.3、24.4～34.7 g/kg。何茜等[15]確定出馬來沉香和土沉香苗期葉片N、P、K的最適含量范圍分別為35.55～53.11、1.75～2.73、17.99～26.63和37.78～58.56、3.08～4.44、18.89～29.28 g/kg。本研究中，美國山核桃幼苗葉片N、P、K含量的臨界值分別為22.58、1.89和12.71 g/kg，最適含量范圍分別為22.58～32.73、1.89～3.15和12.72～22.05 g/kg。根據葉片N、P、K的最適濃度范圍確定美國山核桃幼苗的適宜施氮量范圍分別為100～600、100～800和200～600 mg/株，綜合3種元素的最適含量范圍得出，200～600 mg/株為美國山核桃幼苗的適宜施氮范圍。

綜上所述，指數施肥對美國山核桃幼苗的苗高、地徑和生物量均有顯著促進作用，當施氮量為600 mg/株時美國山核桃幼苗的苗高、地徑和總生物量等生長指標均達到最大值，施氮量增至800 mg/株時則均出現明顯下降。綜合苗木生長和葉片養分狀況可以得出，在指數施肥方式下，施氮量600 mg/株為美國山核桃幼苗溫室培育的最適施氮量。