水肥耦合對‘聊紅’椿幼苗生長特性的影響

關鍵詞：‘ 聊紅’椿；水肥耦合；生長特性；綜合形態

中圖法分類號： S718.45 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-2324（2024）02-0153-09

水分是物質代謝和養分運輸的重要載體，研究表明，氮素的轉化會受到土壤中水分含量變化的影響［1］，而水分的利用效率則會受到氮肥濃度的影響，水肥之間存在一定的耦合關系［2］。水肥耦合作用是指水分與各種營養元素之間的相互作用對植物生長發育及其養分利用效率的綜合影響［3］。在苗木培育中，合理的灌水量和施肥量可以極大促進植物的生長，但盲目灌溉和施肥會造成資源的浪費［4］，因此需要科學調整水分和肥料的搭配來最大程度發揮水肥之間的相互作用，以此達到節源增效、提升苗木品質的目的［5］。目前，諸多學者已對水肥耦合作用展開研究，句嬌［6］等研究發現水分和氮肥是影響栓皮櫟（Quercus variabilis）苗木生長的主要因子，水分的影響作用大于氮肥，在高水和高肥條件下苗木生長情況更好。馬慧敏［7］等研究發現在低水條件下，高肥可以保證水曲柳（Fraxinus mandshurica）的正常生長，說明水肥耦合能顯著提高水肥利用效率。劉文劍［8］等研究發現水分對毛紅椿（Toonaciliata var. Pubescens）幼苗的生長和養分分配的影響作用明顯，且高水條件下的氮、磷利用效率更高。段偉［9］等研究發現水分對楸葉泡桐（Paulownia catalpifolia）生物量積累的影響比肥料更大，即水分對其生物量的積累起主導作用。

臭椿Ailanthus altissima屬苦木科Simaroubaceae臭椿屬，廣泛于分布中國北方，是重要的鄉土樹種，具有用材、綠化、生態和藥用等多種利用價值。‘聊紅’椿A. altissima‘Liaohong’是聊城大學課題組培育的臭椿植物新品種，其翅果深紅色，最佳觀果期可持續50～60 d，彌補了園林綠化喬木夏季觀果樹種的匱乏，具有廣泛的應用前景［10］。目前，相關學者對于臭椿的研究主要集中在致病菌［11］、化合物［12］、環境脅迫［13-14］和育苗［15-16］等方面，而水肥耦合對臭椿生長影響的研究尚未見報。‘聊紅’椿作為優秀的園林綠化樹種，為提高苗木品質，有必要對其水肥耦合管理措施進行研究。本文以一年生的‘聊紅’椿幼苗為試驗對象，進行水肥耦合處理試驗，研究‘聊紅’椿幼苗的生長對不同水肥組合的響應，以期找出最合適的水肥組合，為‘聊紅’椿的培育及生產應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于山東省聊城市聊城大學農學與農業工程學院生態園（116°01'Ｅ，36°43'N）的溫室大棚內進行，該地區處于溫帶季風氣候區，海拔高度33 m，年平均日照時數為2 323 h，年均降水量544.2 mm，平均氣溫13.5 ℃，四季變化較為明顯。苗圃內灌溉系統齊全，可以滿足‘聊紅’椿苗木生長所需。

1.2 試驗材料

試驗材料為‘聊紅’椿實生苗，2022 年10 月初選擇健壯‘聊紅’椿母樹采集種子，在聊城大學生態園溫室內經沙床播種，于2023 年3 月選取長勢基本一致的180 株幼苗移栽于30 cm×20 cm×27 cm （上口徑×下口徑×高）的塑料盆中，盆內套有塑料袋以防止水肥流失。單株定植后對苗木進行統一養護管理。緩苗3 個月后于2023 年6月開始配比施肥試驗。

試驗基質為潮土，經風干研磨后過篩除雜，基本理化性質為：全氮0.853 g/kg，全磷0.614 g/kg，全鉀11.452 g/kg，有機質含量15.27 g/kg，pH值7.83，田間飽和持水量（FC）為23.4%，每盆裝基質10 kg。溫室大棚四周通風能保證大棚內的環境條件與外界相似，除處理差異外，其他管理措施均保持一致。供試肥料為：尿素（含N 46%），過磷酸鈣（含P₂O₅16%），硫酸鉀（含K₂O 52%）。

1.3 試驗設計

以本地區的降水量并結合相關研究的施肥水平為參考［17］，采用水分和肥料的雙因素正交試驗（表1），以田間持水量FC為標準設置3 個灌水處理，分別為30%～40% FC（低水，W1）、50%～60% FC（中水，W2）、70%～80% FC（高水，W3），以及4 個施肥水平，N-P₂O₅-K₂O施用量分別為0-0-0g/株（無肥，F0）、2-1-1.5 g/株（低肥，F1）、4-2-3 g/株（中肥，F2）、6-3-4.5 g/株（高肥，F3），共有12 種處理，每個處理5 株，3 次重復。于2023 年6 月10日開始處理，施肥分3次，每次施入總施肥量的1/3，每次間隔30 d，施肥方法為澆灌施肥，且保證施加量不影響水分梯度。使用LD-WSYP土壤水分溫度鹽分PH速測儀測定土壤水分，同時結合稱量法進行校正，保證土壤水分處于設置的水分梯度內。試驗周期為三個月。

1.4 測定指標和方法

1.4.1 生長指標的測定 株高使用鋼尺測量（0.1 cm），地徑使用游標卡尺測量（0.01 mm）。各處理摘取相同葉位不同方向健康完整的成熟葉片5片，使用掃描儀掃描，用軟件Digimizer Version分析計算葉面積，并在各處理隨機選取5株幼苗計數葉片數。在試驗處理期間中，每隔30 d測量一次株高、地徑，用兩次測量時間間隔的株高和地徑的增量計算絕對生長速率。計算公式如下：絕對生長速率

（AGR）=（W₁-W₀）（/ t₁-t₀）

式中：W₀和W₁分別為上次測定量和下次測定量，t₀和t₁分別對應測定時間。

1.4.2 生物量的測定 試驗結束后，各處理隨機選取3株幼苗進行破壞性取樣，保持全株完整性，立即使用自封袋封裝樣品，以保持其鮮重。在實驗室內將樣品分為葉、莖、粗根（gt;2 mm）、細根（≤2 mm）、四部分，先使用電子天平測量各部位的鮮重（0.01 g），后將各部分分別裝入信封中，經105 ℃殺青后75 ℃烘干至恒重，用電子天平測定對應干重（0.01 g）。

1.4.3 綜合指標 計算公式如下［18］：

根冠比（R/S）=BDW（g）/ADW（g）

高徑比=H/D

體積指數BI=D2×H

Dickson質量指數：DQI=TDW［/（H×D-1）+（ADW×BDW-1）］

式中：BDW為地下部干重（g），ADW為地上部干重（g），TDW 為總干重（g），H 為株高（cm），D 為地徑（mm）。

1.5 數據處理與分析

數據處理采用Microsoft Excel 2017 進行基礎處理，用SPSS 26 軟件對數據進行單因素方差分析和雙因素方差分析。采用Origin 軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 水肥耦合對‘聊紅’椿株高和地徑的影響

水分處理和施肥處理對‘聊紅’椿各時期的株高均有極顯著影響，水肥耦合僅對試驗后期（60～90 d）的株高有顯著影響（表2）。在W1 和W2 處理下，F2 處理的‘聊紅’椿株高增長要優于其他肥料水平，在W3 處理下，F1 處理的株高最大。在F0 處理下，W1 處理的株高值一直為各處理中最低。試驗前期（0～30 d）在相同肥料處理下W1 處理的株高絕對生長速率要顯著低于W2和W3 處理，在試驗后期（60～90 d），‘聊紅’椿的株高絕對生長速率要低于試驗中期（30～59 d）（圖1B，1C）。試驗期間（0～90 d），在W2 處理下F2 處理的株高平均生長速率最高，隨著施肥量的增加，株高平均生長速率出現出顯著下降的趨勢（圖1A～C）。

水分處理和施肥處理對‘聊紅’椿各時期的地徑均有極顯著影響，水肥耦合對試驗中期的地徑有極顯著影響，對試驗前期和后期的地徑有顯著影響（表2）。在W1 處理下，第30 d 的地徑最小值出現在F0 處理，而第60 和90 d 的地徑最小值均出現在F3 處理。在W2 處理下，‘聊紅’椿地徑在F2 處理下的長勢最好，在F3 處理下地徑表現較差，在F0 處理下地徑表現最差。在試驗前期，在W1 處理的地徑絕對生長速率在各施肥處理下都顯著低于W2 和W2 處理，W1F0 處理的地徑絕對生長速率最低，W2F2 處理最高，且于其他處理差異顯著（圖1D）。試驗中后期，在W3 處理下，F1 處理的‘聊紅’椿地徑平均生長速率最高（圖1E，1F）。在試驗后期，W2 和W3 處理下的‘聊紅’椿地徑絕對生長速率隨著施肥量的增加而呈現先增后降的趨勢，而W1 處理下的‘聊紅’椿地徑絕對生長速率隨著施肥量的增加呈現下降的趨勢（圖1F）。

2.2 水肥耦合對‘ 聊紅’椿葉面積與葉片數的影響

水分處理和施肥處理對‘聊紅’椿的葉面積和葉片數均有極顯著影響，水肥耦合則對葉面積和葉片數的影響均不顯著（表3）。在W1 處理下，‘聊紅’椿的葉面積和葉片數隨著施肥量的增加而出現先升后降的趨勢，且整體均顯著低于W2 和W3 處理（圖2），在W2 處理下，F2 處理的葉面積和葉片數最大，且與其他處理差異顯著，而在W3 處理下，F2 和F3 處理對葉面積和葉片數的影響差異顯著。在F0 和F1 處理下，隨著灌水量的增加，‘聊紅’椿的葉面積和葉片數均呈現上升趨勢。在F2 處理下，‘聊紅’椿的葉面積和葉片數隨著水量增加呈現顯著下降的趨勢，葉面積和葉片數的最大值出現在W2處理。

2.3 水肥耦合對‘聊紅’椿生物量的影響

在W1 和W2 處理下，‘聊紅’椿的總生物量在F2 處理下取得最大值（圖3），而在W3 處理下則在F1 處理下取得最大值，其中W2F2 處理下的‘聊紅’椿總生物量為所有處理中的最大值，且與其他處理差異顯著。在F0 和F1 處理下，隨著灌水量的增加，總生物量出現上升趨勢，而F2 和F3處理下的總生物量則隨著灌水量的增加出現先升后降的趨勢。生物量分配在W1F0、W2F0、W3F0 和W1F2 處理下表現為葉gt;粗根gt;莖gt;細根，在其他處理下表現為粗根gt;葉gt;莖gt;細根。

水分處理和施肥處理對‘聊紅’椿各部位生物量均有極顯著影響，水肥耦合僅對莖、細根和粗根生物量有顯著影響，對葉生物量影響不顯著（表4）。在相同水處理下，‘聊紅’椿各部位生物量均表現為隨著肥料施用量的增加而出現先升后降的趨勢。在W1 處理下，莖生物量在F1 處理下達到最大值，其他各部位生物量均在F2 處理下達到最大值；在W2 處理下，各部位生物量均在F2 處理下達到最高，且與其他處理差異顯著；在W3 處理下，莖、細根和粗根生物量在F1 處理達到最大值，葉生物量在F2 處理達到最大值。表明在不同水分條件下，‘聊紅’椿各部位的需肥量不同。

2.4 水肥耦合對‘聊紅’椿綜合形態指標的影響

水分處理僅對‘聊紅’椿的BI 值和DQI 指數有極顯著影響，施肥處理對R/S 值、BI 值和DQI 指數均有極顯著影響，水肥耦合僅對BI 值有極顯著影響，對DQI 指數有顯著影響（表5）。在W1 處理下，‘聊紅’椿的R/S 值隨著施肥量增加而顯著上升，在W2 處理下，R/S 值隨著施肥量增加而表現出先升后降，F2 處理的R/S 值為各處理中最大值，且與其他處理差異顯著，表明在中水中肥條件下最利于‘聊紅’椿根冠比的增長。在W1 處理下，‘聊紅’椿的H/D 值隨著施肥量增加而出現升高趨勢，其中F3 處理的H/D 值為各處理中最大值，且與其他處理差異顯著。表明低水高肥會導致‘聊紅’椿的H/D值上升。在W3 處理下，H/D 值隨著施肥量增加出現先降后升，在F3 處理下最大。表明相較于地徑，高水高肥對株高的促進作用更加明顯。

在相同水處理下，F1 和F2 處理的BI 值顯著高于F0 和F3 處理，且隨著施肥量增加，BI 值均表現為先升后降的趨勢。表明F3 處理的肥料施用量已對‘聊紅’椿的BI 值產生抑制作用。在F0 和F1 處理下，BI 值表現為W3 處理最大，而在F2 和F3 處理下，則表現為W2 處理的BI 值最大，表明養分不足的情況下水分對‘聊紅’椿BI 值的影響起主導作用。在相同水處理下，F2處理的DQI 指數最大，且隨著施肥量增加，DQI指數均表現為先升后降的趨勢。說明F2 處理的肥料水平對‘聊紅’椿DQI 指數的促進作用最大。在F2 處理下，W2 處理值的DQI 指數為所有處理中的最大值，且顯著高于其他處理。表明在中水中肥處理最利于‘聊紅’椿DQI 指數的增長。

3 討論

植物生長發育過程中水分和養分是不可或缺的因素，合理的水肥配比可以最大限度的促進植物的生長和物質積累。本研究發現，水分處理和施肥處理對各生長指標均有極顯著影響，顯著促進了各生長指標的增長，而水肥耦合對試驗后期的株高、地徑、莖、細根和粗根生物量有顯著影響。灌水的增效最大，施肥次之，水肥耦合最小，表明灌水是促進‘聊紅’椿苗木生長最主要的因素［19］。

本試驗中，W2F2 處理下‘聊紅’椿的株高和地徑的增長最大。在W1 處理下，‘聊紅’椿的葉面積和葉片數隨著施肥量的增加而出現先升后降的趨勢，表明在水分脅迫下施肥量越多對幼苗生長的抑制就越嚴重，植株以減少葉片數和葉面積的方式減少水分的蒸騰， 從而保證自身的生長［20］。在相同水分處理下，F3 處理的施肥量均一定程度上抑制了‘聊紅’椿的生長，因為施肥會導致土壤的酸化，過度施肥會影響到植物的生長［21］。在F0 處理下，W2 和W3 處理‘聊紅’椿的株高、地徑、葉面積和葉片數的差異不顯著，這與‘聊紅’椿耐旱性較強的特性相吻合［22］。合理的氮磷鉀配施有利于保持土壤中養分的平衡，促進植物生長，提高生產力［23］。植物生物量的累積能較好地反映植物的健壯程度［24］。高肥處理下，‘聊紅’椿的總生物量出現下降趨勢，可能是過高的施肥量抑制了根系的生長及對養分的吸收［25］。在F1 處理下，總生物量和各部位生物量均隨著灌水量增加而增加，可能是因為土壤中水分含量的增加會使有機養分礦化為更利于植物吸收的形態，說明低肥水平下高水會提高肥料利用率，進而促進植物物質的積累［6］。在F2 和F3 處理下，總生物量和各部位生物量都隨灌水量增加而出現先升后降的趨勢，表明當施肥量達到一定程度時，過高的水分含量會抑制于植物對肥料的吸收［26］。在W1 處理下，隨著施肥量的增加，‘聊紅’椿的各部位生物量均出現先升后降的趨勢，說明干旱環境中，施肥可以一定程度的緩解植物所受到的脅迫［27］，但施肥量過高會導致葉面積和葉片數的下降，株高和地徑的生長也會受到抑制，從而導致生物量積累的降低［28］。在不同水分處理下，粗根和細根生物量最大值出現在不同施肥處理下，說明不同水分條件下植物對肥料的吸收程度也不相同，合適的土壤水分含量對植物的根系生長有促進作用［27］。

根冠比（R/S）可以反映植物地下部分與地上部分的相關性。植物可以通過改變根系的生長速度、粗細根的比例和減少枝葉生長來達到調整根冠比和優化根系結構，以此來更好的適應環境的變化［29］。本研究發現，在W1 處理下，R/S 值隨著施肥量增加出現上升趨勢，可能是長時間干旱脅迫下，‘聊紅’椿會通過減少葉片數和葉面積來調整根冠比，以減少蒸騰作用對水分的消耗來緩解植物對水分的供求矛盾［30］。高徑比（H/D）為株高與地徑的比值，H/D值的高低只能說明植物某一方面的特點，并不能完全代表質量。在W1F0 處理下H/D值最低，說明合理的水肥耦合能顯著促進植物生長。體積指數（BI）可用于分析苗木生物量的積累和分配［18］，在不同施肥處理下，BI 值的最大值出現在不同水分處理，表明水肥的相互作用與單一因子對植物的特性的影響規律不同［6］。Dickson 質量指數（DQI）可以反映出苗木的綜合質量，DQI 值越大，苗木質量越好［31］。而在F0 處理下，隨著灌水量增加，DQI值而顯著上升，但W2 和W3 處理的DQI 值差異不明顯，可能是過多的土壤水分造成根際低氧，導致水分利用效率的降低［28］，因此‘聊紅’椿幼苗培育中過多的灌水量會造成水資源的浪費。

4結論

研究結果表明，在‘聊紅’椿幼苗培育中，最適宜的灌水量為中水（W2，田間持水量的50%～60%），最適宜的施肥量為中肥（F2，氮肥6 g/株，磷肥3 g/株，鉀肥4.5 g/株）。中水中肥（W2F2）處理對‘聊紅’椿的生長指標及生物量累積的促進作用最為明顯，說明該處理最有利于對‘聊紅’椿苗期的生長和生物量積累。