遮光和施肥對楨楠苗期生長和氮素積累的影響

鄧 波，燕李鵬，劉桂華，徐夢媛

（安徽農業大學 林學與園林學院，安徽 合肥 230022）

楨楠Phoebe zhennan為樟科Lauraceae楠屬Phoebe常綠大喬木，是中國特有的珍貴用材樹種和國家二級重點保護植物[1-2]，是“金絲楠木”中最好的一種；主要分布于四川、重慶，少量分布在湖北西部和貴州西北部等地區[2]。由于長期砍伐破壞，楨楠自然森林資源近于枯竭，現只在四川邛崍山、大婁山、小涼山及其周邊地區的以散生狀態存在小片天然林，以及在寺廟、風景名勝區與村舍旁偶有大樹存在[3-4]。作為珍稀用材樹種，楨楠人工林的發展正日益受到重視，苗木培育、栽培技術等方面取得了一定成果[5-7]；近年來，在華東地區如浙江、安徽等地區有少量引種栽培[8-10]。楨楠為耐蔭樹種，幼年期尤喜陰濕的生長環境，成年后漸好陽[2]，但目前還沒有關于光環境對楨楠苗期生長影響的報道。楨楠苗期生長速度緩慢，壽命長，因此楨楠人工林常以大徑材為培育目標。對天然林中楨楠的生長過程的研究發現：自然狀態下楨楠生長速度非較慢；其中，0～20 a樹高生長緩慢，20～70 a為速生期，之后趨于平緩；胸徑生長0～30 a較慢，30～90 a為快速生長期，90 a后稍減緩；材積生長為0～50 a較慢，50～90 a為速生期，90 a左右趨于平緩但并未達到峰值。四川地區90年生天然林大樹的平均樹高為33.8 m，平均胸徑為43.1 cm，平均材積為2.24 m3[11]。因此，培育措施調控楨楠苗期生長以縮短楨楠培育周期成為楨楠培育中的重要內容。由于自然資源有限，要恢復楨楠自然資源和發展珍貴用材，開展楨楠人工林資源培育成為必要途徑。張煒[7]研究發現適度施肥可以明顯促進楨楠的高生長；本研究擬探索光照條件和養分需求對1年生楨楠苗生長的影響，以期為楨楠人工林苗期生長調控提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地安徽省舒城縣德昌苗木基地(31°12′26″N，116°47′54″E)為亞熱帶溫潤性季風氣候，四季分明，雨水充沛。年平均氣溫16.2 ℃，極端最低溫-16.8 ℃，最高溫度40.5 ℃，最熱為7月，最冷為1月，年日照時數1 969.0 h，有效積溫4 972.4 ℃，平均降水量約1 100.0 mm。基地土壤為砂壤土，土質疏松肥沃，土壤有機質含量為1.67%，水解氮、有效磷和速效鉀分別為120.6、71.2 和13.2 mg·kg-1。

1.2 植物材料與實驗設計

以2018年初從四川引種的1年生楨楠實生苗為材料，苗木長勢良好，大小一致。所有苗木定植于基地大田中，株行距為0.5 m×1.0 m。

遮光和施肥處理于2018年6月初進行，試驗采用二裂式裂區試驗設計，主區為遮光處理(A)，包括3個不同處理，分別為不遮光(透光率100%，A1)、遮光1層(透光率45.5%，A2)、遮光2層(透光率14.7%，A3)；副區為施肥處理(B)，也包括3個不同水平，分別為不施肥(0 g·株-1，B1)、中度施肥(3.3 g·株-1，B2)和大量施肥(6.7 g·株-1，B3)，具體如表1所示。即試驗共包括9個處理，每個處理重復3次，每個重復包括4株幼苗。同一遮光強度下的3個處理不做分隔，不同遮光處理間隔約2.0 m用遮陽網分隔。本試驗遮光采用遮陽率為60%的黑色尼龍網，遮陽網架設于離地面約2.0 m高處；施肥使用復合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)，于6月初和6月中旬分2次采用環狀施肥法施入。于6月下旬開始進行相關指標的測定和數據收集。

表1 二裂式裂區試驗設計Table 1 Split-plot randomized design of the experiment

1.3 研究方法

1.3.1 苗高和地徑生長的測定 于6月下旬開始測量各試驗單元中楨楠幼苗的苗高(cm)和地徑(cm)，以后每月下旬進行調查，直至11月下旬。

1.3.2 生物量的測定 待苗高和地徑測定完畢，按處理挖取所有楨楠植株，清水洗凈后分根、莖和葉于70 ℃烘干至恒質量。稱取各部分干質量，并用根、莖和葉干質量之和表示總生物量。

1.3.3 凈光合速率和葉綠素相對含量的測定 不同處理楨楠苗凈光合速率測定于8月下旬進行。根據當月苗高和地徑測定結果，從各處理中選取接近其平均值的5株楨楠苗進行標記。選取標記植株頂芽向下的第3個枝條中間部位的健康、完全功能葉片作為測量對象，并于天氣晴朗的9:00-11:00采用LI-6400XT光合系統(LI-COR，Inc.Lincoln NE，美國)在自然光條件下測量。為了盡量減小測量時間帶來的誤差，各處理每次只測定1株，并依此循環直至將標記植株全部測完。測定期間，全光下的光照強度、空氣溫度和相對濕度分別為1 088～1 619 μmol·m-2·s-1，36.5～41.4 ℃和50%～69%；1層遮光下的光照強度、空氣溫度和相對濕度分別為312～497 μmol·m-2·s-1，33.6～37.3 ℃和63%～80%；2層遮光下的的光照強度、空氣溫度和相對濕度分別為105～178 μmol·m-2·s-1，32.4～35.7 ℃，68%～85%。從測量光合參數后的植株上采集新鮮小葉，洗凈、擦干，剪碎后采用丙酮-乙醇(V/V＝17/3)溶液浸提葉片中的光合色素，過夜，待葉片變白后取上清液分別在λ＝663 nm和λ＝645 nm下測定光密度，葉綠素相對含量按AMON方法[12]計算。

1.3.4 氮相對含量測定 收集1.3.2中烘干至恒質量的植物樣品，粉碎過篩后稱取0.5 mg左右，用2 mm×5 mm的錫杯包裹，使用元素分析儀(EA3000，Euro Vector，Italy)測定樣品中的總碳和總氮質量。

1.4 數據分析

以雙因素方差分析結果比較遮光、施肥以及兩者交互作用對楨楠生長、氮素相對含量等指標的影響；以Duncan’s多重比較分析處理之間的差異。所有統計數據均由SPSS進行分析，分析結果表示為95%的置信水平上的顯著水平。

2 結果與分析

2.1 遮光和施肥對楨楠苗高和地徑生長的影響

如圖1A所示：在6-11月，不同處理楨楠的苗高月生長量均表現為“慢—快—慢”的月份生長節律，其中7-9月為苗的生長高峰期，其生長量平均達到整個觀測期的52.4%。但苗高月生長量在處理間存在一定差異，雙因素方差分析結果表明：遮光、施肥和兩者交互作用均對月生長節律產生了顯著影響(P＜0.05，表2)。平均苗高在1層遮光下(A2)達到最大，明顯高于全光和2層遮光處理(表3)，變異范圍為7.35～16.55 cm。最大平均苗高在中度施肥水平(B2)下測得，明顯高于大量施肥(B3)和不施肥(B1)處理，但變異范圍略小(10.71～12.85 cm)。雙因素作用下，1層遮光和中度施肥(A2B2)處理時苗高總生長量最大，并向兩側依次下降，呈“單峰”變異模式。楨楠地徑的月生長量和總生長量均與苗高基本一致(圖1B)，但施肥及交互作用對地徑生長未產生顯著影響(表2和表3)。

圖1 遮光和施肥對楨楠苗高(A)、地徑(B)生長的影響Figure 1 Effects of shading and fertilization on tree height (A) and basal diameter (B) growth of P.zhennan seedlings

表2 遮光和施肥對楨楠生長、生物量積累、光合速率、葉綠素相對含量及氮素積累影響的顯著性分析Table 2 Summary of significance levels for the effects of shading and fertilization on growth, biomass accumulation, photosynthetic rate, chlorophyll content and nitrogen accumulation

表3 遮光和施肥對楨楠生長、生物量積累、光合速率、葉綠素相對含量及氮素積累影響的多重比較Table 3 Duncan’s multiple-range test of growth, biomass accumulation, photosynthetic rate, chlorophyll content and nitrogen accumulation after a two-way analysis of variance

2.2 遮光和施肥對楨楠生物量積累的影響

由表4可知：楨楠苗的根系、莖稈、葉片和總生物量在不同處理間的變異趨勢基本一致。全光和1層遮光處理時，中度施肥促進生物量的積累，不施肥組生物量最低。2層遮光處理時，除莖生物量外，中度施肥有利于生物量積累，大量施肥抑制生物量的積累。方差分析結果表明：遮光、施肥和兩者交互作用均對生物量積累產量了顯著影響(P＜0.05)；遮光還對楨楠苗的根冠比產生了顯著影響(P＜0.05)，隨著遮光強度加大，楨楠苗根冠比明顯下降。另外，隨著施肥量的增大，楨楠苗根冠比也依次下降，但差異不顯著(P＞0.05)。

表4 遮光與施肥對楨楠生物量積累的影響Table 4 Effects of shading and fertilization on biomass accumulation in P.zhennan

2.3 遮光和施肥對楨楠凈光合速率和葉綠素相對含量的影響

遮光和施肥對楨楠苗凈光合速率影響顯著，且存在顯著的交互作用(P＜0.05，表2)。隨著遮光強度增大，楨楠葉凈光合速率顯著下降，2層遮光處理時凈光合速率僅為全光下的45%(表3和圖2)。隨著光照減少，楨楠葉片中葉綠素a/b呈直線下降，但總葉綠素質量分數在1層遮光時達到最大，明顯高于全光和2層遮光下(P＜0.05)。由此可見，楨楠葉片葉綠素質量分數與凈光合速率對遮光的響應并不完全一致。總體來說，施肥有利于楨楠葉片葉綠素合成和凈光合速率提高，兩者均在中度施肥水平下達最大；隨著施肥量增大，葉綠素a/b不斷下降，但并未達到顯著水平(P＞0.05)。

圖2 遮光和施肥對楨楠葉綠素質量分數(A)、凈光合速率(B)的影響Figure 2 Effects of shading and fertilization on total chlorophyll content (A) and net photosynthetic rate (B) of P.zhennan seedlings

2.4 遮光和施肥對楨楠氮素相對含量和積累的影響

如圖3A所示：全光和1層遮光處理，楨楠苗氮素相對含量隨著施肥量的增大而不斷增大；但1層遮光下楨楠苗氮相對含量明顯高于全光(P＜0.05)。2層遮光處理時，大量施肥降低了楨楠苗的氮相對含量，中度施肥時達到最大值。由圖3B可知：單株氮累積量與苗中氮相對含量呈現不同的變異模式，不同遮光處理時，均以中度施肥的單株生物量最大，單株氮素累積量也最大。相比之下，1層遮光強度中度施肥(A2B2)處理下單株楨楠苗積累的氮素最多(P＜0.05)。

圖3 遮光和施肥對楨楠苗氮相對含量(A)及單株氮積累量(B)的影響Figure 3 Effects of shading and fertilization on nitrogen content (A) and nitrogen accumulation per plant (B) of P.zhennan seedlings

3 討論與結論

楨楠是中國特有的珍貴用材和觀賞樹種，幼年期生長速度較慢，成材周期長，其苗期生長調控一直是珍貴用材樹種研究和產業發展的重要內容。本研究發現：中等遮光和施肥有利于楨楠苗高和地徑生長、生物量積累，過度遮光一定程度上抑制楨楠苗生長，過量施肥則降低楨楠生長量。羅杰[13]發現：不施肥及過量施肥均不利于楨楠苗的生長和生物量積累，相比于復合肥，油枯和鴨糞等有機肥更利于促進楨楠苗的生長。在自然界，楨楠適生于肥沃、偏酸性土壤的山谷或山洼的陰坡中下部，在土壤貧瘠、干旱的地方往往生長不良[14]。本研究也證明通過施肥提高土壤肥力可以促進楨楠苗期的生長，但要控制施肥量，過多無機肥的施用會在一定程度上降低生長量。為了實現更加精細化的生長調控和管理，今后還需要進一步養分需求規律及施肥量的研究。光照是影響植物生長發育最重要的環境因子之一，凈光合速率和葉片葉綠素相對含量可以在一定程度上解釋遮光和施肥的綜合效益對楨楠苗生長和生物量積累的影響。本研究設置的9個處理，楨楠苗生長和葉綠素相對含量的變異規律基本一致，都呈“單峰”變異模式，說明適度遮光促進楨楠苗生長和干物質積累，而遮光過度則會抑制其生長。為適應遮光和施肥處理而發生的生長環境的變化，楨楠苗在形態結構上也發生了一系列適應性改變，如隨著遮光強度的加大，楨楠苗的地上部分生物量比例和葉綠素b相對含量升高等；這一結果與之前在其他植物上開展的相關研究結果基本一致[15-18]，提示對楨楠等耐蔭樹種開展光照探索具有重要意義。

全年中7-9月是楨楠苗的生長高峰期，苗高和地徑生長量分別占觀測期生長總量的52.4%和53.4%，表現為“慢—快—慢”的變化規律，與大多數物種生長節律一致。不同作物生長發育階段的生長速率不同，但對水分和養分需求量也表現為“兩頭少中間多”[19-20]。研究發現：甘蔗Saccharum arunndinaceum干物質快速積累期處于全年水熱條件最好的季節，植株對養分的需求量達到整個生長季的50%以上，吸氮量占到全生育期的80%，而在成熟期氮素不再積累[21]；即在旺盛生長期結束前，隨著株齡的增大，植株體內氮素不斷積累，到旺盛生長期結束后，氮素積累逐漸達到最大值并不再增加[22]。說明植物體內養分的累積速率與干物質的累積速率保持著較高的同步性，并且這種同步性對處在營養生長期的植物而言更加明顯[22]。本研究中，分析不同處理間的氮素累積量與生長間的關系可知：中等強度遮光和施肥處理，楨楠植株中氮素積累量最大，苗高和地徑生長、生物量積累也最大。因此，本研究可以為楨楠苗期施肥量和施肥時期的確定提供更加可靠的依據。

與氮素在楨楠葉片中的積累相比，氮素相對含量在不同處理間表現出不同的變異規律，施肥和適度遮光提高了楨楠葉片的氮相對含量，但過度遮光則使葉片中的氮含量下降。這也可以解釋為什么在重度遮光下楨楠葉片的葉綠素含量和光合速率比中度遮光更低。植物體保持較高水平的氮含量有利于植物在生長過程中對儲存氮素的逐步利用，從而延長植物生長期，促進生長[19]。但是，在華東地區引種楨楠尤其需要注意冬季可能發生的凍害。因此，楨楠引種培育還需加強施肥技術和防凍技術的相關研究。

遮光和施肥顯著影響了楨楠苗的生長和氮素積累(P＜0.05)，且兩者存在顯著的交互效應，生長和氮素積累在適度遮光和施肥(A2B2)下達到最大值。6-11月，楨楠表現為“慢—快—慢”的生長節律，其中7-9月為其生長高峰，苗高和地徑生長量分別占觀測期總生長量的52.4%和53.4%。綜上所述，適度遮光和施肥可以通過提高楨楠對氮素的吸收，提高葉綠素含量和凈光合速率，促進生長和生物量積累。