配施鸡粪有机肥对杨树苗光合特性和养分吸收的影响

井 大 炜

（1.德州学院，山东 德州253023；2.山东省林业科学研究院，山东 济南250014）

肥料是植物的粮食，是重要的农业生产资料，在农业增产中起着重要的作用［1］。据联合国粮农组织（FAO）估计，施用化肥可提高粮食作物单产55%～57%［2］，但是农业上大量投入的化肥造成地表水富营养化、地下水和蔬菜中硝态氮含量超标等问题［3］，这已经成为一个急待解决的环境问题。有机肥所含营养成分丰富、全面，可优化土壤微生物种群，增强土壤酶活性，改善土壤农化性状，保持土壤肥力，并且对养分具有缓释效果，与化肥相比肥效期更长、养分利用率更高［4］。所以，有机肥和化肥配合施用是长期以来农业生产中的研究热点。

鸡粪是植物生产中优质的有机肥，富含氮、磷、钾等植物所必需的养分，与其他家畜家禽粪便相比养分含量居于首位［5］。利用鸡粪生产制成的有机肥和有机无机复合肥对农作物增产明显。据统计，在西瓜、西兰花、茶叶、红茄、大白菜、杨梅等作物上施用鸡粪有机肥，增产幅度在15%～25%［5］。在果蔗上长期施用鸡粪有机肥，可以改变土壤结构，使板结的土壤松化，增加透气性和保肥性［6］。因此，鸡粪在农业生产中得到越来越广泛的应用。然而，鸡粪用于人工林施肥的研究报道还较少。目前在人工林营造和经营中由于管理措施不当，一定程度上造成了林地土壤生态环境退化、林地生产力下降的现象，急需科学有效的施肥技术来改善林地肥力。为此，本研究以济宁三环化工有限公司生产的鸡粪有机肥为供试原料，开展了鸡粪有机肥与化肥的不同搭配比例对一年生I－107欧美杨的光合性能、根系活力、根系构建及养分吸收的研究，为探讨施用鸡粪有机肥对杨树苗生物学特性的影响提供理论依据，并且为杨树苗的培育和造林提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验地点设在山东省林业科学研究院试验苗圃，供试土壤为潮土，土壤速效氮27.96mg／kg，速效磷26.52mg／kg，速 效 钾 79mg／kg，有 机 质 含 量 为6.83g／kg。供试鸡粪有机肥为济宁三环化工有限公司提供，N，P2O5和 K2O含量分别为1.22%，1.33%和2.71%；所用化肥为尿素、过磷酸钙、氯化钾。杨树扦插苗品种为I－107欧美杨，接穗长15～16cm，茎粗2cm，重量25～27g。

1.2 试验设计

采用盆栽试验，随机区组设计，设5个处理。（1）CK：不施肥；（2）N100：100%的氮由尿素提供；（3）M10N90：10%的氮由鸡粪有机肥提供，90%的氮由尿素提供；（4）M30N70：30%的氮由鸡粪有机肥提供，70%的氮由尿素提供；（5）M50N50：50%的氮由鸡粪有机肥提供，50%的氮由尿素提供。每个处理8盆，共计40盆。除CK外，各处理均为等养分量，N，P和 K含量分别为3.55，1.94，3.94g，各处理P和K不足部分分别用过磷酸钙、氯化钾补足。试验用盆为购自市场的塑料盆，盆高20cm，宽30cm。于2011年4月13日盆栽试验时，将肥料与土壤充分混匀后装盆，每盆装土10.5kg。

1.3 测定项目与方法

（1）在杨树苗生长后期（9月6日）进行光合作用的测定，然后采集叶片和根系样品进行叶绿素含量和根系活力的测定。其中，光合作用采用美国CID公司CI－310便携式光合仪测定，每处理选5～6片长势基本一致的新梢中部朝阳成熟叶，于上午9：00—11：00，测定叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）；叶片叶绿素含量采用80%丙酮浸提，分光光度计比色测定；根系活力采用TTC比色法测定［7］。（2）在2011年10月16日（落叶前）将杨树苗收获，按照根、茎、叶采集样品，称其鲜重。其中，根系按照＜2mm和2～5mm进行分级，分别称其鲜重和总鲜重。植物样品在杀青、烘干后称其干重，分别采用 H2SO4—H2O2—蒸馏法、钒钼黄比色法和火焰光度计法测定其氮、磷和钾的含量。并计算杨树苗对养分的总吸收量。

1.4 统计方法

采用Excel 2007处理数据并制图，采用SAS软件进行方差分析和多重比较（LSD法，p＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 鸡粪与化肥配施对杨树苗叶片光合性能的影响

表1显示了不同处理对杨树苗叶片光合性能的影响。可见，施肥均可不同程度地提高杨树苗叶片的净光合速率，但不同施肥处理之间差异较大。同CK相比，N100，M10N90，M30N70和 M50N50分别增加54.01%，100.19%，143.28%和108.49%。方差分析表明，在3个鸡粪有机肥处理中，M30N70显著高于M10N90和 M50N50，而 M10N90和 M50N50之间差异不显著。鸡粪有机肥同样也增强了蒸腾速率，各处理的变化趋势是 M30N70＞ M10N90＞ M50N50≈N100＞CK。

气孔是CO2进入和水分外出的主要门户，气孔开度大小既影响叶片的光合速率，也左右着蒸腾速率。气孔开度的大小一般用气孔导度（Gs）来表示，Gs下降有利于减少水分外出，对于植物组织的水分保持具有重要意义，但Gs的下降亦影响到CO2的进入，对光合作用产生不利影响。本研究保证了杨树苗生长期间水分供应基本一致，因此Gs值越高越有利于光合作用的进行。M30N70的Gs值最高，其次是M50N50，均显著高于其他处理，而 M10N90与N100比较接近，差异不明显。Ci的变化规律是 M30N70＞M10N90＞ M50N50＞N100＞CK，并且各处理之间差异均达显著水平。由此可见，随着鸡粪有机肥比例的增加，杨树苗叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度均呈现先升高后降低的趋势，因此，并非鸡粪有机肥的比例越大，叶片的光合作用就越强。在鸡粪与化肥的不同配比中，3∶7的比例使叶片的光合作用达到最强。这也表明，适量配施鸡粪有机肥在一定程度上有利于杨树苗叶片光合作用的进行，可更好地保证光合产物的积累与供应，这对于杨树干物质的积累有重要意义。

表1 鸡粪与化肥配施对杨树苗叶片光合性能的影响

2.2 鸡粪与化肥配施对杨树苗叶绿素含量及根系活力的影响

叶绿素含量是植物光合特性的重要量度，直接影响碳水化合物的合成，它是反映叶片质量的一个重要指标。杨树苗叶片的叶绿素含量如图1所示。方差分析结果显示，所有施肥处理均不同程度增加了杨树叶片的叶绿素含量，而在各施肥处理中，M30N70叶绿素含量最高，N100最低。M30N70分别比CK，N100，M10N90和 M50N50提高了105.33%，45.80%，17.63%和22.61%。由表1和图1比较可知，各处理杨树苗叶绿素含量与净光合速率Pn具有相同的变化趋势，这是由于叶绿素是影响净光合速率的限制性因子所致。可见，M30N70的效果最显著，所以适量配施鸡粪有机肥能明显增加叶绿素含量，从而使叶片落黄延迟，延缓了衰老。

图1 鸡粪与化肥配施对杨树苗叶绿素含量和根系活力的影响

根系是植株从土壤中吸收水分、养分最直接和最重要的器官。根系活力大小在一定程度上可反映根系吸收养分能力的强弱，其大小直接影响植物个体的生长发育和营养水平等［8］。由图1还可以看出，施肥可不同程度地提高杨树苗的根系活力。同CK相比，N100，M10N90，M30N70和 M50N50分别提高了25.36%，54.30%，70.98%和44.39%；M30N70分别比 N100，M10N90和 M50N50提 高 了 36.39%，10.81% 和18.41%。可见，鸡粪有机肥与化肥以3∶7比例搭配时对杨树苗根系活力的增强作用最明显。

2.3 鸡粪与化肥配施对杨树苗根系构建水平的影响

植物根系的建造水平对养分及水分的吸收有着不可忽略的作用。从图2可见，从根系分级的绝对重量来看，各施肥处理＜2mm和2～5mm的根系均显著大于对照，说明施肥能明显促进杨树苗根系的生长。而鸡粪有机肥与化肥的不同配比对杨树苗根系的总鲜重及建造水平也产生了很大的影响。M30N70中＜2mm的根系重量明显大于其他3个施肥处理，其中，M10N90和 M50N50差异不显著，但均显著大于N100；而2～5mm的根系，4个施肥处理之间未见显著差异。此外，4个施肥处理中，＜2mm根系所占比例分别为45.74%，53.38%，57.68%和53.67%，可见，随着鸡粪有机肥比例的增加，在杨树苗根系建造中，细根的比例呈先升高后降低的趋势。当鸡粪有机肥与化肥以3∶7比例搭配时，细根所占比例达到最大值。从根系总鲜重来看，鸡粪有机肥的加入同样对根系产生了显著影响。同N100相比，M10N90，M30N70和M50N50的根系总鲜重分别增加了22.06%，35.12%和19.80%。由此可见，配施鸡粪有机肥有利于杨树苗根系的生长，尤其是促进了毛细根数量的增加，这明显能增强杨树苗对养分和水分的吸收能力。

图2 鸡粪与化肥配施对杨树苗根系构建水平的影响

2.4 鸡粪与化肥配施对杨树苗养分吸收的影响

从表2可以看出，同CK相比，各施肥处理可不同程度地提高杨树苗根、茎和叶的干物质量。综合来看，M30N70的效果最为明显，其根、茎和叶的干物质量分别是CK的2.77，7.49和4.66倍，分别比 N100提高了36.41%，23.92%和30.15%。可见，配施鸡粪有机肥对于杨树苗干物质积累有明显的促进作用。从干物质中的养分含量可以看出，M30N70的全氮含量显著高于其他处理，而全磷和全钾含量在4个施肥处理之间差异不显著。配施鸡粪有机肥的3个处理能明显提高杨树苗总的养分吸收量，均显著高于单施化肥处理。同N100相比，M30N70对氮、磷和钾的总养分吸收量分别增加了44.99%，65.11%和65.04%。而在3个鸡粪有机肥处理中，随着鸡粪有机肥所占比例的增加，杨树苗的总养分吸收量呈先升高后降低的变化趋势。在鸡粪有机肥与化肥以3∶7比例搭配时，氮、磷和钾的总养分吸收量均达到最大值。其中，氮和钾的总养分吸收量显著高于M10N90和M50N50，而磷的总养分吸收量显著高于M10N90，但与M50N50差异不显著。N100，M10N90，M30N70和 M50N50的氮素利用率分别为39.98%，48.51%，61.38%和49.77%，M30N70分 别 比 N100，M10N90和 M50N50提 高 了53.52%，26.53%和23.33%。以上分析认为，当鸡粪有机肥与化肥配合施用时，同单施化肥相比，对干物质中的养分含量影响较小，但明显增加了杨树苗的干物质积累量、养分吸收量和氮素利用率。

表2 鸡粪与化肥配施对杨树苗养分吸收的影响

3 讨论

3.1 光合作用、叶绿素

王林权等［9］研究表明，鸡粪能提高油菜的光合速率。张林等［10］研究认为，粉煤灰配施鸡粪能提高苹果叶片中叶绿素的含量；也有研究认为，鸡粪有机肥能提高肥城桃叶片的叶绿素含量及光合速率［11］。本试验发现，同单施化肥相比，配施鸡粪有机肥能明显提高杨树苗叶片的叶绿素含量，增强光合作用。这可能与鸡粪有机肥养分释放缓慢、土壤养分库逐渐提高和植物抗干旱等逆境能力的提高有关，使杨树苗在生长后期也有同步的养分供应，从而增强了杨树苗后期的光合作用能力。本研究还发现，当鸡粪有机肥与化肥以3∶7比例配合时，对杨树苗叶片的叶绿素含量和光合性能的促进作用最明显。这可能是由于3∶7的比例搭配更好地促进了土壤微生物对化肥氮的有效调控，使化肥氮更好地被转化利用，确保了杨树苗营养代谢的协调均衡，从而增强了叶片的光合性能。

3.2 根系活力、根系建造

有研究表明，作物通过某种机制感知根际养分变化，然后通过启动体内特定基因的表达和相应的生理生态反应，最终引起根系的形态和生理特性变化，来增加养分的吸收。因此，植物对养分的吸收以及最终产量的形成是根系形态特征和生理特性共同影响的结果［12］。高忠渊［13］试验结果表明，鸡粪有机肥对烟株根系活力有一定的增强作用。王志芬等［14］在冬小麦上的研究也得出了相似的结论。本试验研究发现，鸡粪有机肥与化肥配合施用，不仅能提高杨树苗的根系活力，而且能提高杨树苗毛细根的绝对重量。这可能是因为鸡粪有机肥能使土壤疏松、爽水、透气，保持土壤良好的结构，改善了土壤理化性能，为杨树苗根系的生长提供了一个良好的环境，同时鸡粪有机肥可能有诱导土壤中毛细根生长的作用。这对杨树苗养分和水分的吸收具有积极的作用。植物根系具有很强的合成功能，能够合成氨基酸、植物碱和维生素等；而且在植物的整个生长期间，进行着很活跃的代谢作用，向根外分泌无机和有机物质，这些分泌物是根际微生物的重要营养来源和能量来源［15］。

3.3 养分吸收

Krey等［16］在玉米上的研究认为，有机肥与化肥配施可提高肥料利用率。朱菜红等［17］在水稻的研究表明，化肥配施鸡粪堆肥能明显提高化肥氮利用率。本研究发现，配施鸡粪有机肥不仅增强了杨树苗对养分的吸收，而且促进了杨树苗根、茎和叶的干物质积累。这可能是由于鸡粪有机肥中腐解产生的有机酸增加了土壤中有机养分的矿化过程，从而促进了难溶性养分的释放，增加了土壤中全效和速效养分的含量［18］，即相当于施入了更多的矿质营养。另外，土壤施入鸡粪有机肥后导致土壤有机质含量提高，进而增加了土壤中微生物数量、活力及微生物的多样性，最终提高了土壤微生物量碳、氮，并提升了土壤的营养供应容量［19］，减少了肥料的损失，提高了肥料利用率。因此，配施鸡粪有机肥促进了杨树苗对养分的吸收利用，尤其是满足了植物生长后期对养分的同步需求。在三种不同比例中，鸡粪有机肥与化肥以3∶7比例搭配的效果最为明显。这说明鸡粪有机肥比例过大，会导致杨树苗生长前期养分匮乏；而比例过小，则对杨树苗生长后期的养分吸收产生不利影响。因此，只有鸡粪有机肥与化肥配合比例适当，才能更有效地提高养分利用效率，促进杨树苗的生长。

4 结论

（1）化肥中配施鸡粪有机肥显著增强了杨树苗叶片的光合作用，并明显提高了叶片的叶绿素含量；随着鸡粪有机肥比例的增加，杨树苗叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度呈先升高后降低的趋势；鸡粪有机肥与化肥以3∶7比例搭配处理的叶绿素含量分别比1∶9和5∶5比例搭配处理提高了17.63%和22.61%。

（2）化肥中配施鸡粪有机肥明显提高了杨树苗的根系活力，增加了毛细根的重量和在根系体系中的比例，其中，3∶7比例搭配处理的根系活力分别比1∶9和5∶5比例搭配处理提高了10.81%和18.41%。

（3）化肥中配施鸡粪有机肥对杨树苗干物质中的养分含量影响较小，但明显增加了干物质积累量、养分吸收量和氮素利用率，其中，3∶7比例搭配处理的氮素利用率分别比1∶9和5∶5比例搭配处理提高了26.53%和23.33%。

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