不同配比施肥對馬尾松幼苗生長特征的影響

羅仙英　莫榮海　丁貴杰　陳龍

摘要：? 為獲得馬尾松幼苗最佳施肥配方，該文以1年生馬尾松幼苗為試驗材料，采用L16（43）正交設計，并通過測定幼苗苗高、地徑、生物量、葉綠素含量、葉片N、P、K含量，探討不同N、P、K配比施肥對馬尾松幼苗生長特征影響。結果表明：（1）不同配比施肥處理間馬尾松幼苗苗高、地徑、生物量、質量指數、葉綠素和養分含量存在顯著差異，其中，處理12生物量、質量指數、葉綠素a和總葉綠素含量、隸屬值最高。（2）施N對幼苗生長及生理指標均有極顯著影響;施K對苗高、地徑、地上生物量、總生物量有顯著影響，對葉綠素和針葉養分有極顯著影響;施P對葉綠素a、葉綠素b、針葉N和P含量有極顯著影響，對苗高、地下生物量、總葉綠素含量有顯著影響。（3）施N對苗高、地徑、地上生物量、總生物量、質量指數、葉綠素a含量、總葉綠素含量和針葉N含量的影響最大，K次之，P最小。各因素對地下生物量和針葉P含量的影響均表現為N>P>K。（4）N3水平利于幼苗苗高地徑的生長及生物量的積累，N4水平利于葉綠素a和總葉綠素含量及針葉N、P含量的積累，P4水平利于生物量、葉綠素含量和養分P含量的積累。綜合分析可知，馬尾松幼苗前期應以施N為主，配施P和K相輔，配施N3P4K2營養液利于提升幼苗綜合質量，即N、P、K濃度分別8.25、1.00、1.50 mmol·L^-1。

關鍵詞： 馬尾松， 幼苗， 配比施肥， 生長， 苗木質量

中圖分類號：? Q945; S72文獻標識碼：? A文章編號：? 1000-3142（2022）04-0608-09

Effects of different fertilization ratios on growth?characteristics of Pinus massoniana seedlings

LUO Xianying MO Ronghai DING Guijie CHEN Long

（ 1. Institute for Forest Resources and Environment of Guizhou/College of Forest， Guizhou University， Guiyang 550025， China;

2. Key Laboratory of Forest Cultivation in Plateau Mountain of Guizhou Province， Guiyang 550025， China ）

Abstract：? In order to obtain the optimal fertilization formula for Pinus massoniana seedlings， one-year-old seedlings were selected and grown in a L16 （43） orthogonal design. Traits， such as seedling height， ground diameter， biomass， leaf chlorophyll contents and N， P， K contents， were measured to explore the effects of different N， P， K fertilization ratios on growth characteristics. The results were as follows： （1） There were significant differences in seedling height， ground diameter， biomass， quality index， chlorophyll and nutrient contents among different fertilization ratios treatments. Among them， treatment 12 had the highest biomass， quality index， chlorophyll a and total chlorophyll contents， and membership value. （2） N application had extremely significant effects on growth and physiology; K application had significant effects on seedling height， ground diameter， above-ground biomass， total biomass， and had extremely significant effects on chlorophyll and needle nutrients; Besides， P application had extremely significant effects on chlorophyll a， chlorophyll b， N and P contents in needles， and had significant effects on seedling height， under-ground biomass and total chlorophyll content. （3） N application had greater effect on seedling height， ground diameter， above-ground biomass， total biomass， quality index， chlorophyll a， total chlorophyll and N contents in needles than K and P applications. The effects on under-ground biomass and P contents of needles were as N>P>K. （4） N3 level was beneficial to seedling height， diameter and biomass accumulation. N4 level was beneficial to the accumulation of chlorophyll a and total chlorophyll contents， N and P contents in needles， while P4 level was beneficial to biomass accumulation， chlorophyll and P contents accumulation. Comprehensive analysis showed that N should be applied mainly in the early stage of P. massoniana seedlings， supplemented by P and K. N3P4K2 nutrient solution can improve the overall quality of seedlings， with N， P and K concentrations as 8.25， 1.00 and 1.50 mmol·L^-1， respectively.

Key words： Pinus massoniana， seedling， fertilization ratios， growth， seedling quality

施肥是改善土壤養分并提高苗木質量的重要措施之一，在苗木管理中常選用氮（N）、磷（P）、鉀（K）作為施肥源料，常被植物以吸收運輸及同化方式將其運用到生理代謝活動中，其含量的高低對苗木質量的好壞有直接影響（楊陽等，2021）。三者合理協調供應有利于植物各器官N、P、K含量維持相對平衡狀態，在滿足生長所需養分的同時促進干物質積累和提升綜合質量，達到節本增效、用養結合、增強抗逆性的目的（Schoenbeck et al.，2020;Peng et al.， 2020）。近年來，苗木配比施肥的研究已見大量報道，常見于薄殼山核桃（Carya illinoinensis）（鄭小琴等，2019）、辣木（Moringa oleifera）（張敏等，2019）、紫椴（Tilia amurensis）（楊陽等，2021）、楸樹（Catalpa bungei）（王祥等，2021）等樹種中。研究表明，根據苗木的需肥特性進行配比施肥研究是提高肥效的關鍵所在，施肥過多或過少會造成資源浪費或養分不足（張敏等，2019;楊陽等，2021）。在閩楠（Phoebe bournei）、灰木蓮（Manglietia glauca）、薄殼山核桃等配方施肥研究中發現，合理N、P、K配施后，苗木通過提高光合色素含量，增強葉片捕光能力，加速光合產物合成，促進苗木苗高地徑生長及生物量積累（陳琳等，2017;鄭小琴等，2019;Wang et al.， 2020）。已有相關研究通過了解薄殼山核桃、紫椴幼苗施肥后葉片N、P、K含量，掌握幼苗的養分分布及植株營養狀況（鄭小琴等，2019;楊陽等，2021）。但由于樹種的遺傳性狀存在差異，不同配比施肥條件下，苗木對肥效的響應不同，例如，灰木蓮光合受P的影響較大，而薄殼山核桃主要受N的影響（陳琳等，2017;鄭小琴等，2019;楊陽等，2021）。另外，不同樹種的最佳施肥量不同，不同樹種的最佳施肥配方尚不完善（Jose et al.， 2011;張敏等，2019）。

馬尾松（Pinus massoniana）是我國南方特有的鄉土造林樹種，具有較好的發展前景。近年研究發現，馬尾松人工林土壤供N、P能力逐漸下降，馬尾松生長由P限制轉變為N、P限制的風險增強（盤金文等，2020;Hou et al.， 2020）。目前，馬尾松幼苗施肥研究也取得較大進展，特別是在肥種效應（Ge et al.， 2019）、單一肥種施肥量（吳修蓉等，2019）、不同氮形態（王胤和姚瑞玲，2021）方面取得豐厚成果。適宜的施肥對馬尾松葉綠素含量和生物量積累存在一定影響，應用配比施肥方法揭示不同N、P、K水平對馬尾松幼苗生長、光合色素含量及葉片養分的影響，從而提出馬尾松幼苗施肥管理的最佳配方，此類研究較少。為此，本研究以1年生馬尾松幼苗為試驗材料，采用L16（43）正交設計，設置不同N、P、K水平的配比組合，探討不同配比施肥對馬尾松幼苗生長特征的影響，以期尋找馬尾松幼苗的最佳施肥組合，為優質馬尾松幼苗的培育與施肥管理提供科學依據和實踐指導。

1材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于貴陽市花溪區貴州大學林學院實驗苗圃（104°39′—104°40′ E，26°26′—26°27′ N）內進行。該區氣候屬于亞熱帶濕潤溫和氣候，平均海拔920 m，年平均溫度15.6 ℃，年降水量1 229 mm。

1.2 試驗材料

2017年4月，于都勻市馬尾松國家良種基地1.5代種子種園內的同一半同胞家系中，選取長勢均一的112株幼苗，移栽至貴州大學南校區苗圃進行施肥試驗，緩苗3個月，7月上旬開始施肥試驗。試驗前測得苗木苗高為（20.06 ± 2）cm，地徑為（3.67 ± 0.4）mm。實驗選用20～40目含硅量大于98%的石英砂作為盆栽基質，石英砂經0.3%鹽酸浸泡一周后并清洗干凈，裝于19 cm（徑）× 22 cm（高）的塑料盆中，每盆約4.5 kg待用。營養液選用Hoagland和Arnon配方進行配置，且試驗期間選用NH₄NO₃、KNO₃、NH₄H₂PO₄、KH₂PO₄、K₂CO₃提供N、P、K元素進行施肥試驗。

1.3 試驗設計

參照周瑋和周運超（2011）和簡才源（2015）研究結果，采用3因素4水平L₁₆（4³）正交試驗設計，其中，N因素4個水平分別為0.75、3.75、8.25、15.00 mmol·L^-1，P因素4個水平分別為0.05、0.25、0.55、1.00 mmol·L^-1，K因素4個水平分別為0.30、1.50、3.00、6.00 mmol·L^-1，各因素水平從低濃度到高濃度用1、2、3、4表示。共計16個（表1）處理，每個處理7株幼苗。2017年7月初進行施肥試驗，每5 d澆灌1次營養液，每次100 mL，期間酌情補水，培養3個月。

1.4 指標測定

苗高和地徑測定：2017年7月初測定苗高和地徑初始值，之后每隔15 d用卷尺測定苗高（精確到0.1 cm），用游標卡尺測定地徑（精確到0.01 mm），為期3個月。

生物量測定：每個處理組合挖取5株幼苗，充分洗凈植株上附著物，用吸水紙吸干水分，從土痕處用枝剪剪開，分地上與地下部分裝入信封袋，在烘箱內經105 ℃殺青30 min后70 ℃烘干至恒重，待冷卻后用電子天平測定其干重（精確到0.001 g）。

苗木質量指數=苗木總生物量/（苗高/地徑+地上干質量/地下干質量）。

葉片養分測定：采用濃硫酸-高氯酸消煮法進行消煮后，采用靛酚藍比色法測定全氮，采用鉬銻抗比色法測定全磷，采用火焰光度法測定全鉀（LY-T 1270-1999和LY-T 1269-1999），每個指標測定5個重復。

葉綠素含量測定：針葉剪短后采用80%的丙酮浸泡，葉片變褪色變白后利用分光光度計測定吸光值，每個處理4個重復。

1.5 數據處理

采用SPSS 19.0軟件和Microsoft Excel軟件進行數據整理及作圖，采用多因素方差分析及Duncan進行多重比較，并利用隸屬函數模糊分析法對各指標進行綜合評價，通過計算出各指標的隸屬值，進而評定施肥對馬尾松幼苗苗木質量的影響。公式如下：

U（X_i）=（X_i-X_min）/（X_max-X_min）? （1）

U（X_i）=1-（X_i-X_min） /（X_max-X_min） （2）

式中：U（X_i）為隸屬函數值;X_i為馬尾松幼苗的某個測定指標;X_max、X_min分別為該指標內的最大值和最小值。公式（1）表示指標與苗木質量呈正相關，公式（2）則相反。

2結果與分析

2.1 配比施肥對幼苗苗高和地徑生長量的影響

由圖1可知，苗高生長量在處理13最大，為3.74 cm，變異系數范圍為6.82%～43.24%;地徑生長量在處理11最高，為2.19 mm，比處理1高108.57%，變異系數范圍為19.54%～40.19%。

N、P、K對苗高和地徑影響的主效應中，施N對苗高地徑生長有極顯著影響（P<0.01），施P僅對苗高生長有顯著影響（P<0.05），施K對苗高地徑生長有顯著影響（P<0.05），且N對苗高和地徑的影響最大，K次之，P最小，說明苗高地徑生長需大量N和K（表2）。施肥水平上，配施N3P1K4營養液可促進幼苗苗高生長;配施N3P2K1營養液可促進地徑生長（圖2）。

2.2 配比施肥對幼苗生物量的影響

由圖3可知，不同配比施肥處理間生物量存在顯著差異。其中，地上生物量、地下生物量、總生物量均在處理12最大，其變異系數范圍分別為8.80%～33.95%、9.52%～27.68%、5.01%～16.80%。由表2可知，N、P、K對生物量影響的主效應中，施N對幼苗生物量積累有極顯著影響（P<0.01），施P對地下生物量的積累有顯著影響（P<0.05），施K對地下生物量及總生物量有顯著影響（P<0.05）。各因素對地上生物量和總生物量的影響為N>K>P，對地下生物量的影響是N>P>K，說明幼苗生物量以施N為主，施P促進地下生長，地上生長對K的需求高于P。由圖4可知，配施N3P4K3營養液利于促進幼苗地上生物量、地下生物量和總生物量的積累。

2.3 配比施肥對幼苗苗木質量指數的影響

由表3可知，質量指數最高的是處理12，較高的還有處理9和處理11，組內的變異系數范圍為8.11%～24.05%。N、P、K對幼苗質量指數影響的主效應中，N達到極顯著水平（P<0.01），P和K未達到顯著水平（P>0.05），各因素對幼苗質量指數的影響大小為N>K>P，表明幼苗期施N利于提高幼苗質量指數。從施肥水平上發現配施N3P4K3營養液利于提高幼苗質量指數（圖4）。

2.4 配比施肥對幼苗葉綠素含量的影響

由圖5可知，葉綠素a含量在處理12最高，變異系數范圍為2.02%～12.97%;葉綠素b含量在處理5最高，變異系數范圍為3.03%～15.71%;總葉綠素含量在處理12最高，變異系數范圍為2.35%～9.42%。

由表2可知，施N和K對葉綠素含量的影響均達到極顯著水平（P<0.01）;施P對葉綠素a和葉綠素b有極顯著影響（P<0.01），對總葉綠素有顯著影響（P<0.05）。各因素對葉綠素a和總葉綠素的影響為N>K>P;施K對葉綠素b的影響最高，N次之，P最小。可見，不同光合色素對肥種的響應存在差異，N是影響葉綠素合成的主要因子。從施肥水平上看，配施N2P4K2可促進葉綠素b含量積累，配施N4P4K2濃度水平的營養液可促進幼苗葉綠素a及總葉綠素含量的積累（圖6）。

2.5 配比施肥對幼苗針葉養分含量的影響

由圖7可知，葉片N含量處理11最高，變異系數范圍為0.15%～4.31%;P含量處理15最高，變異系數范圍為1.90%～4.76%;K含量處理10最高，變異系數范圍為0.24%～1.60%。表明隨施肥量的增加，可促進幼苗葉片養分的積累，且幼苗葉片對N的積累高于K，更高于P。

施肥因素對養分含量的影響中，施N和K對幼苗針葉N、P、K含量的影響達到極顯著水平（P<0.01）;施P對針葉N和P含量的影響達到極顯著水平（P<0.01），但對針葉K含量沒有顯著影響（P>0.05）（表2）。N、P、K對針葉N含量的影響大小排序為N>K>P，對針葉P含量的影響排序為N>P>K， 對K含量的影響排序為K>N>P， 表明幼苗期施N有利于促進針葉對N和P吸收。施肥水平上，施以N4P3K1營養液利于促進針葉N的積累，配施N4P4K2營養液利于針葉P含量的積累，配施N3P3K4營養液有利于K含量的積累（圖6）。

2.6 隸屬函數模糊綜合評價

為獲得馬尾松幼苗的最佳施肥配方，選用隸屬函數對苗高、地徑、生物量、葉綠素含量、葉片養分含量相關指標進行分析，綜合評判不同配比施肥條件下幼苗苗木質量。由表4可知，處理12苗木綜合質量最高。為獲得正交試驗的最佳施肥組合，對生長生理指標的隸屬值進行極差分析（表2）， 施N對幼苗苗高地徑生長、 生物量積累、葉綠素和針葉養分含量積累的影響最大，P次之，K最小，且最佳理論施肥組合是N3P4K2，即對應正交方案中處理12，綜合表明馬尾松幼苗配施N、P、K濃度分別為8.25、1.00、1.50 mmol·L^-1的營養液有利于提高馬尾松幼苗綜合質量。

3討論與結論

3.1 施肥對馬尾松幼苗生長的影響

施肥是育苗生產實踐中保障苗木質量的重要措施，合理的施肥可提升苗木質量（王祥等，2021）。本研究表明，N、P、K配比施肥對馬尾松幼苗生長有促進作用，顯著影響苗高、地徑和生物量，對苗高、地徑、地上生物量及總生物量的影響效應為N>K>P，這與周樊等（2020）研究薄殼山核桃N、P、K配比施肥結果一致。張敏等 （2019） 認為，植物地上部分生長受N素調控，合適的范圍內增加N素含量可促進地上部分生長，本研究結果與之類似。周瑋和周運超（2012）研究N、P、K肥種對馬尾松幼苗生長結果顯示，P對幼苗苗高地徑的影響最大，與本研究結果存在差異。可能是周瑋等以馬尾松林下土壤為基質，所含養分能滿足幼苗對N的需求，但基質中欠缺P，增添P會導致響應較大。而本研究盆栽基質為石英砂，基礎養分低于土壤，N濃度較低，導致在N濃度較低的環境中， 馬尾松幼苗根系周圍固氮菌豐度和群落多樣性降低，添加N后苗木為提高菌落豐度加速吸收養分，導致N的影響效應最大（趙輝和周運超，2020）。因此，在N和P限制風險逐漸增強的生長環境中，馬尾松應以施N為主，輔以P和K進行混合施肥。隨著施肥量的增高，地上生物量及地下生物量呈先升后降趨勢，當施肥量超過養分吸收臨界點時，繼續添加養分會對幼苗地下部分的生長造成毒害作用，抑制幼苗的生長（周樊等，2020）。本研究發現，處理15生物量顯著低于其他處理，處理12生物量最高，可能是在P和K充足的環境下，過量的施N對幼苗造成養分毒害，可見施肥量上也遵循適需原則。

3.2 施肥對馬尾松幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，利用葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素對紅光、藍光和藍紫光進行吸收，并將能量傳遞到反應中心產生化學能，增強植物光合作用，提高植株生物量的積累（Li et al.， 2019; Vytautas et al.， 2020）。在對薄殼山核桃和閩楠的研究中發現，N、P、K配方施肥可顯著提高幼苗光合色素含量，增強光合速率（鄭小琴等，2019;Wang et al.， 2020）。本研究中，葉綠素a和總葉綠素在處理12（N3P4K2）含量最高，葉綠素b在處理5含量最高，說明合理施肥能顯著提高馬尾松幼苗光合色素含量，促進光合色素分子傳遞的效率更高，將化學能轉化為碳水化合物的能力更強。但促進葉綠素含量積累的最佳施肥組合N4P4K2并未出現在處理中，主要因正交施肥試驗設計是不完全設計，可通過現有施肥處理推測最佳施肥處理，其結果與王祥等（2021）和張敏等（2019）的結果類似。有研究表明，N、P、K配方施肥中N是影響葉綠素含量的主要因子，但過高N攝入會抑制光合色素合成，降低1，5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）活性，造成捕光能力下降，光合速率受損（鄭小琴等，2019;Wang et al.， 2020）。與前人研究不同的是，本研究葉綠素含量隨施N水平的增加而呈上升趨勢。可能是本研究所配施水平低于抑制光合酶活性的臨界值，并未對光合系統造成損害，后期可進一步開展高N含量的試驗進行驗證。

3.3 施肥對馬尾松幼苗針葉養分含量的影響

合理施肥能促使植物體內的N、P、K保持在適當水平，從而達到維持植物正常生長發育的目的（鄭小琴等，2019）。葉片作為養分的主要儲存庫，其N、P、K的含量關系到植物光合作用強弱及干物質積累能力（楊陽等，2021），但不同樹種葉片對養分的積累存在差異。試驗發現，馬尾松幼苗針葉養分的積累呈現N>K>P的現象，與辣木類似（張敏等，2019），說明馬尾松幼苗針葉對N和K的需求量更大。但與辣木和薄殼山核桃不同（張敏等，2019;鄭小琴等，2019），一方面可能是不同樹種需肥特性存在差異，馬尾松是喜光樹種，需要大量的N素提供能量增加葉綠素，同時促進苗木加速對K的吸收以增強Rubisco酶活性，達到提升光合作用的效果（Xu et al.， 2019）。另一方面可能是基質中含有大量絡合有效P的金屬離子，導致幼苗通過消耗體內P含量達到維持內穩態平衡目的，最終造成幼苗葉片P含量最低的現象（Duncan et al.， 2012）。有研究發現，苗木體內N含量較高時，參與植物呼吸作用、光合作用及生理代謝的P和K含量也較高，說明配比施肥對礦質營養的吸收是相互作用的（楊陽等，2021）。本研究結果與之類似，即N3和N4水平有利于針葉N、P、K的積累。

綜上所述，在本試驗環境下，處理12可顯著提高馬尾松幼苗生物量、質量指數、葉綠素a和總葉綠素含量;針葉對養分的積累呈現N>K>P的現象，且馬尾松幼苗生長受N的影響最大，在施肥時應以施N為主，施以P和K相輔。運用隸屬函數及極差法綜合分析發現，馬尾松幼苗最佳施肥組合是N3P4K2，對應施肥處理12，即N、P、K最佳施肥濃度分別為8.25、1.00、1.50 mmol·L^-1。

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（責任編輯周翠鳴）