指数施肥对栓皮栎容器苗生长和氮积累的影响1)

李国雷 祝 燕 蒋 乐 史文辉 王佳茜 刘佳嘉 程中倩

(省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，北京，100083)

苗木造林后，由于根系从土壤中吸收的养分有限，其生长主要依赖于贮存于体内的养分［1－6］。因此，在苗圃培育苗木的过程中，合理施肥使苗木体内养分最大化尤为关键［7－8］。指数施肥即对苗木进行多次施肥，每次施肥量呈指数增加，提供苗木养分量同步于苗木生长发育需求量，使苗木体内积累大量养分(养分加载)，也被称为稳态施肥［9］。指数施肥在容器苗上的效果远远高于裸根苗，如红栎(Quercus rubra L.)容器苗［10］和裸根苗［8，11］的最佳施肥量分别为100、1 680 mg/株。指数施肥因而广泛应用于欧美主要造林树种红栎、刺叶栎(Q.ilex L.)、黑云杉(Picea mariana ［Mill.］B.S.P.)、扭叶松(Pinus monticola Dougl.)、脂松(P.resinosa Ait.)、异叶铁杉 (Tsuga heterophylla ［Raf.］Sarg.)等容器苗［7，10，12－15］。尽管我国早在 20 世纪八九十年代以兰考泡桐(Paulow elongate S.Y.Hu.)、刺槐(Robinia pseudoacacia L.)、杉木(Cunninghamia lanceolata［Lamb.］Hook.)、湿地松(P.elliottii Engelm)、杨树(Populus× euramericana‘I－69’)等树种为对象开展了稳态施肥的研究［16－18］，但多在人工气候室、普通温室水培或荫棚盆栽等条件下完成;同时，施肥处理设置较少，这些树种在工厂化育苗条件下的最佳施肥量尚不清楚。近年来，对西南桦(Betula alnoides Buch.－Ham.ex D.Don)容器苗7个施肥处理的研究，已确定出其最适施肥量［19］。因此，对我国主要造林树种的容器苗开展指数施肥研究，找出最佳施肥量以提高其苗木质量亟为重要。

栓皮栎(Q.variabilis Blume)是我国暖温带和亚热带的乡土树种，国内对栓皮栎地理分布、生物生态学特征、栽培技术及利用进行了大量研究［20］，但对栓皮栎苗木施肥方面的研究尚未见报道。笔者对栓皮栎设置施氮25～175 mg/株6个处理，研究栓皮栎对养分亏缺、充足、过剩养分的响应，确定出适宜施肥量，以期为提高栓皮栎苗木质量提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在中国林业科学研究院温室内进行。2009年9月中旬在北京四座楼栓皮栎良种基地采集种子，立即浸入50℃温水30 min以杀死象鼻虫，然后按V(种子)∶V(湿沙)=1∶3混合，于冰箱中2℃贮藏。2010年3月25日将种子播于装有V(泥炭)∶V(蛭石)=3∶1混合基质的营养钵中(体积1 150 cm3)。同时，随机取出15粒种子进行初始生物量((3.44 ±0.52)g/粒，n=15)和氮质量分数((0.96±0.02)%，n=4)的测定。

1.2 试验设计与施肥处理

4月11日至9月12日的23周里，对苗木施用23次氮肥，6种处理的累计施肥量分别为25、75、100、125、150、175 mg·株－1(图 1)。试验为完全随机区组设计，重复4次。施肥时，将称好的尿素(西陇化工股份有限公司)溶于一定量的水中，每株苗木施入尿素溶液20 mL。将一定量的过磷酸钙(天津市大茂化学试剂厂)和硫酸钾(西陇化工股份有限公司)溶于水，每2周对苗木补充1次磷肥和钾肥，整个生长季共补充10次，P2O5和K2O累计量均为60 mg·株－1。在苗木培育过程中，利用重力法判断土壤水分状况，并适量补充水分［21］。

图1 栓皮栎苗木指数施肥进度

1.3 取样与测定

在9月13日至10月24日(24—30周)阶段，减少灌溉量以利于苗木木质化。10月24日，将苗木从温室移至室外、假植。11月8日(第32周)，对苗木进行破坏取样。每处理每个重复随机选取8株苗木，用水小心冲洗掉根系周围的基质，并用蒸馏水润洗2次，测定其苗高和地径;然后将这8株苗木分根、茎剪开，把根、茎分别装入信封形成混合样品，带回试验室在烘箱中65℃烘48 h，分别测定生物量;再将根、茎粉碎、过筛，用 KMnO4－Fe－H2SO4消煮，利用全自动定氮仪(UDK－152，Velp Scientifica，USA)定氮。

1.4 数据分析

运用SPSS16.0软件，利用广义线性模型进行数据分析。苗高和地径以小区单株苗木测定值为基础，见公式(1);生物量、氮质量分数、氮质量以小区8株苗木形成的混合样品测定值为基础，见公式(2)。对于上述每个方差分析，当固定变量施肥处理达到显著时(α=0.05)，应用Duncan法对其进行多重比较。

式中:Yij是苗木生长或养分状况;i为施肥处理(i=1…6);j为样品测定重复数(j=1，2，3，4);μ 为总体平均数;Fi为固定变量施肥处理;Bj为随机变量区组;FBij为施肥量与区组的交互效应;εij为随机误差。

2 结果与分析

2.1 指数施肥对苗木生长的影响

施肥量对苗高、地径均无显著影响(表1)。植株体内的生物量分配受到氮素供应水平的影响，施肥量对茎生物量影响不显著，而对根生物量影响显著，生物量的差异主要是由根系引起的(表1)。随施肥量的增大，整株生物量基本呈现先增大后减小的趋势;施肥量为125 mg/株时，生物量达到最大(5.29 g/株)，但与 75 mg/株相比，并无显著差异;当施肥量增加至150 mg/株时，生物量迅速下降至4.61 g/株，而继续增大施肥量至175 mg/株时，生物量锐减至4.40 g/株，抑制了苗木干物质的积累。

2.2 指数施肥对苗木氮质量分数和质量的影响

施肥量为25 mg/株时，茎氮质量分数为0.88%;施肥量增加至75 mg/株，茎氮质量分数显著提高，较施肥量25 mg/株的苗木增加19.30%;而施肥量继续增大时，茎氮质量分数则无显著提高(表1)。与茎不同的是，根、整株苗木氮质量分数均随施肥量的增大而增大。施肥量由25 mg/株增至125 mg/株，茎、根、整株氮质量逐渐增大;施肥量增大至150 mg/株，茎、根、整株氮质量均下降(表1)。

3 结论与讨论

充足施肥量、最佳施肥量通常是通过在苗木生物量和氮质量与施肥量的响应曲线上寻找拐点的方法来确定的［10－11，13，15］。首先根据经验或资料设置多个施肥量，根据每个施肥量下的生物量，模拟出生物量、氮质量分数、氮质量对施肥量的响应曲线，生物量开始达到最大时的施肥量即为充足施肥量;随施肥量继续增加，苗木生物量基本维持不变，而苗木继续吸收氮，体内氮质量分数逐渐增大，当施肥量持续增大到一定量时，基质溶液中氮质量分数过高，胁迫效应出现，苗木生物量开始下降，苗木即将受到胁迫时的苗木所对应的施肥量称为最佳施肥量。利用这一方法，红栎［10］、刺叶栎［15］容器苗充足施肥量均为25 mg/株，最佳施肥量均为100 mg/株。栓皮栎充足施肥量和最佳施肥量分别为75、125 mg(表1)，均高于红栎、刺叶栎。原因可能在于，暖温带和亚热带分布的栓皮栎较温带地区的红栎、刺叶栎生长周期长，苗木需要的养分较大。

表1 施肥量对栓皮栎苗高、地径、生物量、氮质量分数和氮质量的影响

苗木造林后，由于根系从土壤中吸收的养分有限，造林效果取决于苗木初始养分状况［1］。研究表明，常绿针叶树种叶片氮质量分数与造林效果关系最为密切，施肥量达到充足时，不同树种叶片氮质量分数为 1.5% ～2.5%［22］，施肥量达到最佳时，叶片氮质量分数在2.5%以上［23］。施肥量达到充足、最佳施肥量时，寒温带树种红栎的容器苗整株氮质量分数分别为 3.0%和3.5%［10］;暖温带树种栓皮栎容器苗则分别为1.2%和1.4%(表1)。可见，同属不同树种苗木充足、最佳氮质量分数差别较大，划分落叶树种苗木适应氮质量分数较常绿树种困难。由于落叶树种造林时，苗木构成为根和茎，目前尚未清楚落叶树种造林效果与根、茎哪个更为密切，因此通过建立造林效果与根茎氮质量分数的相关分析找出表征造林效果的组织将是今后研究的重点之一。

苗木体内若贮存大量养分，造林后将向新生组织转移大量养分，从而提高苗木成活和生长［5，11，15］。而不少研究认为，这一观点受制于立地条件和观测时间。在瘠薄的造林地上，土壤本身提供的养分较少［6］，或杂草丛生的造林地上，苗木贮存的养分得以更多地向生长点转移［3－4］，造林效果主要取决于苗木初始养分状况，因此，初始矿质养分含量高的苗木造林效果得以充分体现。但在立地条件较好的造林地上，苗木的生长状况主要取决于土壤供给的养分，苗木本身提供的养分被掩盖，效果则不明显［2，24］。Heiskanen 等［6］甚至发现，即使在贫瘠的造林地上，初始养分含量大的苗木仅能在造林第1年表现出生长优势，2年后这种优势丧失。因此，在苗圃对栓皮栎可成功实现养分加载，最佳施肥量125 mg/株时，氮质量较施肥量25 mg/株的苗木提高51.4%(表1)，但贮存在体内的养分是否促进造林效果，需要在贫瘠立地和较好立地分别造林，进行长期观测。

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