配比施肥对薄壳山核桃幼苗生长和生理特性的影响

周 樊，陈文静，曹 凡，冯 刚，李永荣，彭方仁

（1.南京林业大学 a.林学院；b.南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037；2.南京绿宙薄壳山核桃科技有限公司，江苏 南京 210007）

薄壳山核桃Carya illinoinensis(Wangenh.) K.Koch，胡桃科核桃属落叶乔木，是世界上重要的干果、食用油料、木材和庭园绿化树种。薄壳山核桃具有壳薄、果大、易取仁、适宜在我国暖温带和亚热带地区栽培等优点[1-3]。我国引种薄壳山核桃已百年有余，但仍然未能形成大规模的商品性生产结构[4]。目前薄壳山核桃的栽植面积正在迅速扩大，但多数地区由于后期管理缺乏，特别是在施肥方面没有合理的配置，导致果园出现低产低质等问题[5]。

配比施肥是根据林木生长所需不同肥料的规律、栽植土壤的肥力情况，以及肥料效率所提出的不同元素以不同配比进行施肥的一种方案和技术。虽然我国土壤正在由“矫正施肥”转入多营养元素的“平衡施肥”[6]，但我国很多地区仍为常规施肥或配比施肥，未发挥很好的效应，肥料的利用率仅为美国的一半左右。不同配比的氮磷钾施肥也会对植物以及作物的生长和产量产生影响[7]。张明月等[8]研究发现不同配比施肥对罗汉松幼苗的生长影响显著，其中氮的影响最大，大于磷和钾，而钾的影响最低。施侃侃等[9]发现不同的氮磷钾施肥配比对红花玉兰的根和茎中的养分转运效率有显著影响，其中氮的转运效率要高于磷和钾的转运效率。程勇等[10]研究认为氮磷钾配比施肥对青冈栎的幼苗生长有显著的影响，且N＞P＞K。氮磷钾的不同配比施肥除了对植物的生长有影响外，对植物的一些生理特性也有一定的影响，胡厚臻等[11]研究发现，氮磷钾配比施肥对巨尾桉叶片和根系的有机酸质量分数有显著影响，其中对于叶片的影响效应为N＞P＞K，对于根系的影响效应为P＞N＞K。蔡雅桥等[12]发现配比施肥对钩栗苗木的生长和生理特性具有显著影响。此外，氮磷钾元素对土壤理化性质亦有重要影响，有研究发现氮肥会影响草地土壤的硝化群落[13]。

本研究利用L9(34)正交试验设计，通过不同配比的施肥处理来研究氮磷钾对薄壳山核桃幼苗的生长以及生理的影响，以期找出一套适合薄壳山核桃幼苗生长的施肥方案。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验地位于江苏省句容市后白镇张庙村，为丘陵地形，土壤为黄棕壤，试验容器内的土壤pH值为7.48。试验以一年生嫁接品种苗‘马罕’（Mahan）为材料。

1.2 试验设计

试验开始于2017年3月初，在试验苗萌动前，选取大小和长势基本一致的幼苗，移植于相同规格的容器（口径30 cm，高50 cm）中，容器内基质约8 kg，基质体积比为蛭石∶珍珠岩∶黄土=15%∶15%∶70%。不同处理以绑定标签区分。试验采用L9(34)正交试验设计，设置氮、磷、钾3个因素，各3个施肥水平（N为4、6、8 g/株；P为2、3、4 g/株；K为1、3、5 g/株）。供试肥料为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）以及硫酸钾（含K2O 52%）。试验共有9个处理，以清水为对照组（CK），每一处理共6盆，2盆一重复，重复3次。试验以浇施为施肥方式，每一处理将肥料混于500 mL水中，搅拌均匀，于距每株幼苗主根5 cm处进行浇施。试验设计见表1。

表1 薄壳山核桃正交试验设计Table 1 Orthogonal design of pecan

试验施肥周期从5月中旬到9月中旬，每月中旬施肥一次。每次施肥前要采集叶片，采集时选择由基部开始的第三或四层健康无病虫害叶片，每株采集3片，擦拭干净后装入塑封袋，标记，暂置于冰盒中；采集完成后带回实验室，放置于超低温冰箱（-70 ℃）内保存。

1.3 测定方法

每次施肥处理前，对每株幼苗用卷尺测量苗高；用游标卡尺测量地径；试验全部处理结束后，从各处理中选择3株幼苗，冲洗干净，称量根、茎、叶的鲜质量，再将植株杀青，烘干至恒质量，取出并分别称量根、茎、叶的干质量，计算地上部分和地下部分的生物量。

以薄壳山核桃叶片为材料，对各项生理指标进行测定，可溶性糖采用蒽酮比色法[14]测定；可溶性蛋白质采用考马斯亮蓝法[14]测定；硝酸还原酶采用比色法测定吸光度[14]；谷氨酰胺合成酶同样采用比色法，测定540 nm下吸光值[15]。

1.4 数据分析

运用Excel 2013和SPSS 21.0软件完成数据统计分析，具体包括Excel的数据处理和图表制作等、SPSS的方差分析和相关性分析，以及利用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾配比施肥对薄壳山核桃苗高和地径生长的影响

2.1.1 薄壳山核桃幼苗苗高和地径生长动态变化

图1 不同处理下‘马罕’幼苗苗高生长量占比Fig.1 Seedling height growth percent of ‘Mahan’ seedlings in different treatments

图2 不同处理下‘马罕’幼苗地径增长量占比Fig.2 Ground diameter percent of ‘Mahan’ seedlings in different treatments

由图1可以看出，从5月中旬到6月中旬，薄壳山核桃的苗高生长量最大，占总生长量的54.69%；6月中旬到8月中旬，苗高生长量占总生长量的23.26%；8月中旬到9月中旬，苗高生长量占总生长量的21.19%；9月中旬到10月中旬，苗高生长量仅占总生长量的3.34%。图2中，5月中旬到6月中旬，苗木地径增长量较快，占总增长量的25.66%；6月中旬到7月中旬，地径增长量占总增长量的23.50%；7月中旬至8月中旬，地径增长量占比最低，仅为14.09%；8月中旬到9月中旬、9月中旬到10月中旬，地径增长量分别占总增长量的21.40%、15.35%。综合来看，无论是苗高还是地径，在薄壳山核桃幼苗生长期间，各处理下的动态变化规律基本一致。

2.1.2 配比施肥对幼苗苗高和地径生长的影响

从图3可看出，处理4苗高最大，比对照组（CK）高68.06%，与CK差异显著（P＜0.05）；处理2在9组处理中苗高最小，仅比CK高3.79%，与CK无显著差异（P＞0.05）。可以看出，氮肥对苗高生长影响显著，而磷肥和钾肥对苗高生长无显著影响；此外，在各水平上，对于氮，水平2和3无显著差异，水平2和1、水平3和1存在显著差异。所以氮的最佳水平为2（6 g）和3（8 g）；而磷和钾在各水平上均无显著差异。所以对苗高生长最佳的施肥配比为N2P0K0和N3P0K0，即氮肥为6 g/株以及8 g/株。

图3 不同配比施肥处理对幼苗苗高生长的影响Fig.3 Effects of different fertilizer treatments on seedling height

由图4可以看出，处理5的苗木地径最大，与CK存在显著差异；处理1地径最小，比对照大17.02%，与CK无显著差异。可以看出，氮肥对苗木地径生长影响显著，而磷肥、钾肥对苗木地径生长影响不显著。此外，对于氮，水平2和1、水平3和1差异显著，水平2和3差异不显著，则氮的最佳水平为2（6 g）和3（8 g）；而磷和钾各水平上均无显著差异。所以，对地径生长的最佳施肥配比为N2P0K0和N3P0K0，即氮肥为6 g/株和8 g/株。

2.2 氮磷钾配比施肥对薄壳山核桃生物量的影响

2.2.1 配比施肥对幼苗地上生物量的影响

由图5可以看出，幼苗地上生物量最大的是处理4，与CK存在显著差异；最小的是处理9，仅比CK大1.15%，未达到显著差异。此外，氮肥和钾肥对地上生物量存在显著差异，磷肥的影响不显著。各水平上，对于氮，水平1和3、水平2和3差异显著，而水平1和2无显著差异，则影响薄壳山核桃地上生物量的氮的最佳水平是1（4 g）和2（6 g）；对于钾，水平3和1、水平3和2存在显著差异，而水平1和2差异不显著，所以影响地上生物量的钾的最佳水平是3（5 g）。磷在各水平上均无显著差异。

图4 不同配比施肥处理对幼苗地径增长的影响Fig.4 Effects of different fertilizer treatments on ground diameter

图5 配比施肥对幼苗地上生物量的影响Fig.5 Effects of different fertilizer treatments on aboveground biomass

2.2.2 配比施肥对幼苗地下生物量的影响

对于地下生物量（图6），生长量最大的是处理4，与CK存在显著差异；最小的是处理1，比对照组大4.15%。此外，氮肥和钾肥对地下生物量存在显著差异；磷肥的影响不显著。各水平上，可以看出氮水平2和3差异显著，水平2和1存在显著差异，则地下生物量氮的最佳水平为2（6 g）；对于钾，水平3和2、水平3和1均存在显著差异，而水平2和1差异不显著，所以影响地下生物量钾的最佳水平为3（5 g）。磷在各水平上均无显著差异。

图6 配比施肥对幼苗地下生物量的影响Fig.6 Effects of different fertilizer treatments on underground biomass

综上，对于地上生物量，最佳的施肥配比为N1P0K3和N2P0K3，即氮肥为4 g/株和6 g/株，钾肥为5 g/株；而对于地下生物量，最佳的施肥配比为N2P0K3，即氮肥为6 g/株，钾肥为5 g/株。

2.3 氮磷钾配比施肥对薄壳山核桃叶片主要碳氮代谢物和关键酶的影响

2.3.1 配比施肥对幼苗叶片可溶性糖含量的影响

由图7可知，氮肥、磷肥和钾肥对薄壳山核桃可溶性糖增长量存在显著差异。此外，在各水平上，氮水平2和3、水平1和3均存在显著差异，水平1和2差异不显著，则影响可溶性糖增长量氮的最佳水平是1（4 g）和2（6 g）；磷水平1和2、水平3和2差异显著，水平1和3无显著差异，则磷的最佳水平是1（2 g）和3（4 g）；钾水平3和1、水平3和2均存在显著差异，水平1和2无显著差异，则钾的最佳水平是3（5 g）。所以，影响可溶性糖的最佳施肥配比是N1P1K3、N1P3K3、N2P1K3、N2P3K3，即氮肥4 g/株，磷肥2 g/株，钾肥5 g/株；氮肥4 g/株，磷肥4 g/株，钾肥5 g/株；氮肥6 g/株，磷肥2 g/株，钾肥5 g/株；氮肥6 g/株，磷肥4 g/株，钾肥5 g/株。

2.3.2 配比施肥对幼苗叶片可溶性蛋白含量的影响

对于可溶性蛋白质（图8），氮水平和磷水平存在显著差异，钾肥差异不显著。此外，氮水平3和2差异显著，水平3和1与水平2和1均无显著差异，则氮最佳水平为3（8 g）；磷水平2和1、水平2和3存在显著差异，水平1和3差异不显著，则磷的最佳水平为2（3 g）。所以，影响可溶性蛋白质的最佳施肥配比为N3P2K0，即氮肥8 g/株，磷肥3 g/株。

图7 配比施肥对幼苗叶片中可溶性糖的影响Fig.7 Effects of different fertilizer treatments on soluble sugar

图8 配比施肥对幼苗叶片中可溶性蛋白的影响Fig.8 Effects of different fertilizer treatments on soluble protein

2.3.3 配比施肥对幼苗叶片硝酸还原酶活性的影响

氮肥对硝酸还原酶增长有显著影响，磷肥和钾肥无显著差异（图9）。各水平上，氮水平2和3差异显著，水平2和1、水平1和3均无显著差异，则氮的最佳水平为2（6 g）。所以影响硝酸还原酶的最佳施肥配比为N2P0K0，即氮肥6 g/株。

2.3.4 配比施肥对幼苗叶片谷氨酰胺合成酶活性的影响

氮肥对谷氨酰胺合成酶增长影响显著，而磷肥和钾肥无显著影响（图10）。此外，氮水平2和1、水平3和1存在显著差异，水平2和3差异不显著，则氮的最佳水平是2（6 g）和3（8 g）。所以影响谷氨酰胺合成酶的最佳施肥配比为N2P0K0和N3P0K0，即氮肥6 g/株以及8 g/株。

图9 配比施肥对幼苗叶片中硝酸还原酶的影响Fig.9 Effects of different fertilizer treatments on nitrate reductase

图10 配比施肥对幼苗叶片中谷氨酰胺合成酶的影响Fig.10 Effects of different fertilizer treatments on glutamine synthetase

3 结论与讨论

施肥在育苗生产中是保证林木质量的必要措施[16]，合适的施肥配比是增强苗木质量的关键因素之一。本试验结果表明，通过氮磷钾配比施肥对薄壳山核桃幼苗的生长有促进作用，显著影响苗高、地径及生物量，影响效应大小为N＞K＞P。蔡艳华等[17]以草莓为材料，研究不同氮磷钾配比施肥对其的影响，结果与之一致。胡厚臻等[18]研究配比施肥对刨花润楠幼苗生长的影响，亦得出相同结论。此外研究还发现，氮肥不宜过多，过多施肥反而会抑制植株的生长，合理施肥量为6～8 g/株。钾肥对于薄壳山核桃幼苗的生长也有着重要的作用，起着调节和催化的作用。而磷肥的影响则显得不那么显著，所以在生产中应该选择以氮肥为主，配以磷肥和钾肥进行复合施肥。

作为植物光合作用的直接产物，可溶性糖是蛋白质等大分子化合物的物质基础，对植物代谢有着重要的作用[19]。试验发现磷肥对薄壳山核桃可溶性糖含量影响显著。可溶性蛋白质是植物重要的渗透调节物质和营养物质[20]，是植物抗旱性的重要指标之一。研究结果表明，磷肥对薄壳山核桃可溶性蛋白含量影响显著，说明适宜的磷肥量能够促进植物的氮吸收，从而促进蛋白质的合成，影响着植株的抗旱性。从试验结果上看，氮肥显著影响着薄壳山核桃的硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性。许多研究表明硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶是氮素同化的关键酶，与氮代谢有着密切的关系[21]。 这也验证了氮肥具有显著影响的原因，只有足够适量的氮供应，植株的氮循环才能有效地进行，过多或过少均有抑制作用。

氮磷钾的不同配比施肥显著影响着薄壳山核桃幼苗的生长，对苗高、地径及生物量的生长有促进作用，其中氮的影响效应最高。此外，配比施肥对薄壳山核桃幼苗的一些生理特性亦有显著影响，磷肥显著影响可溶性糖和可溶性蛋白质的含量，而氮肥对硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶含量的影响效应显得更高。综上，苗期施肥应以氮肥为主，6～8 g/株最好，再合理配置磷肥和钾肥，各保持在1～3 g/株即可。

本研究在试验设计等方面仍存在着许多局限性，包括试验材料的不足、试验周期短等方面。在后续研究中，还应以更加完善的试验方案为支撑，进一步对薄壳山核桃配比施肥进行探索，包括对成熟植株以及结果株的研究，而不仅仅局限于幼苗方面。