氮素指数施肥对赤皮青冈苗期生长的影响

徐志红，戴良选，张 斌，王佩兰，陆 佳

（1.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；2.浏阳湖国有林场，湖南 浏阳 410300）

苗木是造林的基础，苗木质量的高低直接关系到造林成功与否，优质的苗木不仅能提高造林成活率，也是促进森林早期生长，提升森林质量的重要途径[1]。苗木质量的高低，一般用苗高、地径、茎根比、苗木体内养分积累状况来衡量[2]。施肥是提高苗木质量最有效的途径之一，常用的施肥方法多采用一次性施肥的方式，但这不仅造成一定程度肥料的浪费，在苗木生长后期，还会出现肥力不足的现象，影响苗木的生长和造林质量的提高。指数施肥是根据苗木年生长发育阶段的需肥规律，以指数方式逐渐增加施肥量，通过多次施肥逐步诱导苗木对养分的奢侈消耗并建立养分库，从而实现苗木对肥料的稳定持续吸收，进而实现养分在体内的稳定积累。指数施肥可以根据苗木需肥规律，首先经少量的肥料诱导苗木体内养分消耗，进而增加苗木对肥料的需求量，从而增加苗木的竞争能力[3]。目前，国内外已开展的指数施肥研究，重点集中在杉木、池杉、楸树等树种[4-6]，并取得了很好的效果。

赤皮青冈Cyclobalanopsis gilva又名红椆[7]，壳斗科Fagaceae 青冈属Cyclobalanopsis常绿树种，华南地区广布种，主要建群种，具有较高的用材、经济、绿化和生态价值。随着我国南方商品林的大力发展，赤皮青冈的天然种群遭到破坏，数量逐渐减少，赤皮青冈天然优良种质资源遭到了严重的破坏。近年来，随着国家对优质木材需求的增加和建设“绿水青山”的需要，对优质乡土珍贵用材树种的呼声也越来越高，优质的赤皮青冈苗木是适地适树的基础，是造林成功的关键。因此，通过适当的施肥培育优质赤皮青冈苗木，是实现造林成功的关键。合理的施肥方法能有效提高苗木生长质量，增强苗木的竞争优势。然而，不合理的施肥不仅降低赤皮青冈苗木的养分利用效率，增加育苗和造林成本，而且会造成土壤的污染和肥料的浪费，因此，如何提高苗木质量、降低育苗成本是推广应用苗木施肥技术的关键。通过科学的施肥方法提高赤皮青冈对养分的吸收转化效率，实现绿色环保的育苗技术体系，对保护环境、建设“绿水青山”具有重要的意义。目前，国内开展的赤皮青冈需肥规律研究以苗期施肥为主，且施肥方法均采用常规的一次性施肥，有关赤皮青冈指数施肥技术的研究未见报道，本试验重点研究基于指数施肥模式下赤皮青冈苗期氮肥最优施肥模式，为提高苗木质量和肥料利用率提供参考。

1 研究地概况

本试验于2018年3月15日至11月15日，在中南林业科技大学校园苗圃进行（28.14°N、112.99°E），海拔80 m，属亚热带季风气候，试验期间最高温度39 ℃（9月），最低温度8 ℃（3月），年均降水量1 500 mm，属典型的亚热带季风气候。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验选用1年生赤皮青冈实生苗，平均苗高49.7±0.3 cm，平均地径2.57±0.02 mm。实验前2周将实生苗移植于13 cm×19 cm×16 cm的花盆中，每盆1 株，每盆装3 kg 土，试验土壤为第四纪网纹红壤，土壤的pH 值6.4，速效氮18.7 mg·kg-1，速效磷0.8 mg·kg-1，速效钾52.1 mg·kg-1，每盆配有集水托盘，可收集并再利用渗出的水分。将移植好的试验苗木平放于苗床，置于80%遮阳网下缓苗2 周，缓苗结束后开始施肥实验。

2.2 试验设计与数据采集

试验采用完全随机区组设计，共设对照（CK）、常规施肥（CF）、指数施肥（EF1、EF2、EF3、EF4）等6 个处理，施氮总量（纯氮）分别采用0、3.0、1.0、2.0、3.0、5.0 g·株-1，共施肥5 次，根据苗木生长规律，每间隔30 d 施入1 次，指数施肥参考Dumroese 的方法进行[8]（公式1），具体施肥量见表1。每个处理60 株，每个处理重复4 次，每个重复15 株。每株提前施入底肥过磷酸钙3 g+氯化钾5 g，施肥方法采用上盆前与土壤混合均匀，尿素施肥方法采用将尿素溶于等量溶液中，在距离植株4 cm 的地方按8 个方向，用注射器注入表土下3 cm 深处。

Dumroese 指数施肥模型：

式中：Nt为相对添加率r下的第t次施肥量，Nt-1为相对添加率r下的第t-1 次时氮累积量，Ns为施肥前苗木体内含氮量，r为氮素添加率。

表1 不同处理施肥量和施肥时间Table 1 Time and level of treatments

2.3 数据采集

1）苗高、地径测量。每月的15日在施肥前，用钢卷尺测量苗高，从根冠到顶梢的高度，以cm计算；地径用数显游标卡尺，以东西、南北方向的平均值计算，以mm 计算。

2）生物量测定。在11月15日，生长结束后，全株收获后用自来水冲洗干净，再用枝剪按枝、叶、根分别剪下，装入纸袋内，烘箱105 ℃杀青30 min 后，于70 ℃低温烘至恒质量，用电子天平称量不同器官的生物量。植株的总生物量为3 个器官生物量之和。

3）质量指数(QI)=总干质量/(苗高/地径+径干质量/根干质量)[8]。

2.4 数据处理

使用Excel 2016 和SPSS 24.0 软件整理数据，将所得的数据进行统计，并处理，再根据数据绘制图表，利用图表来表示各个水平氮肥对赤皮青冈生长指标的影响状况，并进行相关的分析。

3 结果与分析

3.1 不同施肥处理对苗高生长的影响

图1的生长数据表明，在不同处理条件下，赤皮青冈的苗高生长差异表现较大，施肥效果按苗高大小排列表现为EF2＞EF1＞CF＞EF3＞EF4＞CK，其中处理EF2 的苗高生长量最大，收获时苗高达136.5 cm，比对照处理95.2 cm 高出43.41%，比常规施肥CF 处理高出25.34%，差异均达到显著性水平（P＜0.05）。各指数施肥处理中，在中低浓度施肥量水平下，随着施氮水平的提高，苗高生长对施肥的响应迅速增加，当在较高浓度条件下（EF3、EF4）时，浓度越高，苗高增长量越低，指数施肥处理EF2 的施肥效果相比指数施肥处理EF4 高出41.20%，也达到显著性水平（P＜0.05）。

图1 不同处理对苗高生长的影响Fig.1 Seedlings height in different treatments

从年增长趋势来看（图2），在实验开始的前90 d 时间内，各处理的苗高净增长量差异不大；6月份开始，苗高生长进入高峰期，其中以EF2 的增速最为明显；在试验的第4～8 个月内，EF2 处理的苗高增长量相比CK 处理分别提高了33.72%、47.37%、59.86%、78.98%、96.59%，均达到显著性差异；EF1、CF、EF3 分别比对照处理提高了18.65%～63.29%、13.40%～41.49%、5.71%～37.99%，且均达到显著性差异；EF4 的苗高增长速率略高于CK，平均高出3.19%～4.51%，差异不显著。

图2 不同处理下苗高增长趋势Fig.2 Height growth curve in different treatments

从苗高单月净增长量来看（图3），不同处理表现出类似的规律，即苗高月净增量高峰多数有两个，分别出现在施肥后第2 个月（4—5月份）与第4 个月（6—7月份）。对照处理第1 个月苗高净增量为7.39cm，CF 处理比CK 高出18.74%（P＜0.05），EF1—EF3 处理分别高出CK 处理11.90%～23.79%，但与CF 处理差异不大（P＞0.05），处理EF4 相比CK 处理增加了47.80%，增长率增速显著（P＜0.05）。

图3 不同处理苗高月增量趋势Fig.3 Net growth of height in different treatments

在4—5月份，除处理EF4 外，其他处理苗高净增长量较上1 个月相比均出现了明显的增加，CK 处理比上月增加了78.22%，CF 处理增加了61.79%，指数施肥分别增加了76.92%、70.18%、86.36%、1.88%；CF 较CK 增加了7.79%（P＞0.05），EF1—EF3 处理条件下，苗高分别比CK高出了11.95%～18.20%（P＜0.05），EF4 下降了15.51%。

在6—7月份，苗高月增长量出现了第二个小高峰（EF4 出现在7—8月份），CK 处理的月增长量为8.64cm，与CK 相比，CF月增长量高出11.40%（P＞0.05），EF1、EF2 处理的月增长量分别高出39.24%和78.62%（P＜0.05），EF3、EF4 的月增长量分别较CK 处理下降了35.50%和42.97%（P＜0.05）。

从8—11月份，各处理的苗高月增长量均出现下降趋势（EF4 除外），CK 处理月净增长量分别下降到3.02、0.09、0.26 cm，EF2 处理的月净增长量让维持在7.94～9.71 cm 之间，排名第一；紧随其后的EF1 处理，其月净增长量保持在5.55～7.83 cm，其次为EF3 处理，苗高月净增长量稳定在3.77～6.76 cm 之间，EF4 处理的表现与CK 处理差异不大（P＞0.05）。

她不仅在农科校打响，在乡政府内也起到意想不到的作用。何副书记在她面前很庄重，而且不再松松垮垮，各站也不在上班时间打扑克了。因为她非要何副书记定几条《规章制度》《惩罚条例》不可。奇怪的是，何副书记对她言听计从，马上照办。然而令人费解的是，李文和几个放荡惯了的人对她心怀不满，背后说她坏话时，何副书记却听之任之，充耳不闻，置之不理。

3.2 不同施肥处理对地径生长的影响

施肥处理对赤皮青冈苗木地径生长影响较大（图4），指数施肥EF2 处理条件下，地径最大达10.51 mm，其次依次为EF1（9.67 mm）、EF3（8.35 mm）、CF（7.81 mm）、EF4（7.71 mm）。

图4 不同处理对地径生长的影响Fig.4 Seedling ground diameter in different treatments

中低浓度的指数施肥处理EF2 和EF1 处理，对地径生长的促进作用显著高于其他处理（P＜0.05），地径分别比对照处理高出49.33%、37.38%；中高浓度的指数施肥处理EF3、F4 与常规施肥处理CF 对地径生长的促进作用效果相同，也显著高于对照处理，但这3 个处理之间无显著性的差异。

结合年增长趋势分析（图5），在实验开始的前120 d 时间内，各施肥处理对地径生长的影响无显著性差异；从7月份开始，地径生长进入高峰期，其中以指数施肥处理EF2的地径增长量最为明显，从8月份开始EF2 处理的地径增长量比CK 处理分别提高了17.00%、36.40%、48.81%、49.33%，均达到显著性差异水平（P＜0.05），与CF 处理相比，地径生长量分别提高了11.67%、24.92%、35.60%、34.52%，差异也达到了显著（P＜0.05）。EF1 处理对地径生长的促进作业紧随EF2 处理之后，比CK 处理地径生长量分别提高了13.55%、22.61%、36.24%、37.38%，差异显著（P＜0.05），比CF 处理分别提高了8.38%、12.30%、24.15%、23.75%。处理EF3、EF4、CF 的地径增长较缓慢，其中CF 处理的地径生长量在9—11月份才略高于CK 处理。

图5 不同处理下地径增长趋势Fig.5 Ground diameter growth curve in different treatments

地径月增长量数据表明（图6），不同处理间差异较大，除了3—5月份均出现了两次地径生长高峰外，CK、CF 处理均未再出现地径生长高峰，不同指数施肥处理EF1—EF4 均再次出先地径生长高峰，其在EF2 处理再7—10月份，连续出现3 个生长高峰，其他指数施肥处理均在9—10月份出现1 个地径生长高峰。

试验0～30 d 期间，CF 处理地径月增长量最高（1.06 mm），高出CK 处理25.68%（P＜0.05），高 出EF 处 理14.35%～31.29%（P＜0.05）；30～60 d 期间各处理的地径增长量均维持在1.05～1.24 mm 之间，但增幅无显著性差异（P＞0.05）；试验60～120 d 期间（即5—7月份）各处理的地径月增长量均不同程度的下降，但对比CK 处理，CF 处理高出2.63%～31.43%（P＜0.05），EF 处理高出9.76%～107.72%（P＜0.05），其中EF4 处理6—7月份地径月增长量比对照下降了20.25%（P＜0.05）；EF 各处理比CF 地径月增长量高出6.94%～101.71%（P＜0.05），其中EF4 低于CF 处理39.33%（P＜0.05）。试验120～210 d 期间，各施肥处理的地径月增长量均缓慢增加，其平均增长量CK 为0.49 mm，CF 为0.57 mm，EF1 为1.09 mm，EF2 为1.51 mm，EF3为0.79 mm，EF4 为0.58 mm，其中EF2 处理的月增长量分别是CK 处理的2.40、4.46、2.88 倍（P＜0.05），是CF 处理的3.27、2.48、2.48 倍（P＜0.05）。

图6 不同处理地径月增量趋势Fig.6 Net growth of ground diameter in different treatments

3.3 不同施肥处理对生物量的影响

由不同处理条件下生物量的分布图（图7）看出，赤皮青冈苗木总生物量介于58.13～125.80 g·株-1，不同处理间差异显著。与CK 处理相比，CF 处理的总生物量、根、茎、叶质量分别提高了31.49%、26.77%、22.19%、39.42%，均差异显著（P＜0.05）；EF2 处理分别增加了116.41%、187.27%、106.56%、80.52%，明显优于其他指数施肥处理。与CF 相比，EF3、EF4 处理的总生物量和地上部分生物量均无显著性增加，EF1、EF2总生物量高出CF 处理40.71%、64.58%，地上部分提高19.62%、42.44%，地下部分提高99.78%、126.62%，差异明显（P＜0.05）。

图7 不同处理下生物量的分布Fig.7 Biomass in each organ in different treatments

不同处理下（图8），质量指数差别较大（P＜0.05），其中以处理EF2、EF1 最佳，分别达到9.2、8.6，分别是CK 的2.29 倍、2.15 倍，是CF的1.79 倍、1.68 倍，同时比EF3、EF4 处理提高了43.23%～90.58%（P＜0.05）。

图8 不同处理下苗木质量指数分布Fig.8 QI in different treatments

4 结 论

2）不同施肥方式对赤皮青冈苗木地径及苗高生长的效果不同。与常规施肥方法相比，较低施肥量的指数施肥方法对于苗高和地径的促进作用更加明显。就赤皮青冈苗高生长量而言，除中等水平2 g·株-1处理条件下对苗高生长的促进作用最为显著（P＜0.05）外，其他与常规施肥处理差异不大（P＞0.05），指数施肥的浓度越高，施肥对苗高的促进作用与常规施肥的差距越大。指数施肥对地径生长的影响与苗高生长规律类似。

3）缺氮不利于苗高、地径的生长，各器官生物量的积累受到严重的影响。在生长初期，高施氮水平更有利于苗高和地径的生长；中后期苗高、地径的月增长量也显著低于常规施肥及中等浓度的指数施肥处理。以赤皮青冈苗木各器官生物量和苗木质量指数为综合评价指标来分析，施用氮肥比不施肥具有较好的效果，而中低水平指数施氮处理下的苗木各器官生物量、苗木质量指数均具有最高值。

4）不同指数施肥水平对苗木生长促进作用表现不同。在施肥初期，中低水平施氮对苗高的促进作用相对较高，但差异不明显，施肥3 个月后，中低水平的指数施肥在苗高月增量上明显高于其他指数施肥处理，地径的月增量高峰期比苗高推迟2 个月，且不同施肥水平对地径的影响大于对苗高的影响。

5 讨 论

苗木质量不仅是衡量苗木生活力强弱的重要指标，更关系到苗木成活、森林郁闭、森林经济和生态效益的发挥。苗木质量的高低通常用苗高、地径等形态指标，以及生物量、质量指数等质量指标进行直观的衡量。施用氮肥不仅能提高苗木生长量，还能影响苗木物质分配格局[9]，在低氮条件下，氮肥的施入会诱导植物对氮素的吸收和转化，植物会首先通过将光合产物向根系的输送促进根系的生长，从而诱使植物从土壤中更好地吸收氮素，过量的氮肥又会抑制植物的生长。通过试验表明，施氮肥处理能显著提高赤皮青冈的苗木质量，相比常规施肥，指数施肥不仅节约肥料，还具有更佳的施肥效果。2 g·株-1和1 g·株-1的指数施氮处理对于赤皮青冈苗高生长相比其他处理具有显著的促进作用，且月均增长量也高于其他处理，与青冈栎[10]、池杉[6]、杉木[4]等的研究结果类似。

苗木对养分的需求随着养分供给过程而变化，在整个施肥过程中，随着施肥量的进行，施肥量逐渐增加，苗木于土壤养分的关系依次表现为养分亏缺、奢侈消耗和毒害，施肥量越多，施肥导致的伤害越大。在养分亏缺的第一个阶段，常规施肥的施肥量最大，赤皮青冈苗高、地径具有较大的增长量，但表现出明显的后劲不足，中等水平的氮肥施入量，对苗高、地径生长启动作用最强，此时幼苗处于氮素亏缺阶段，伴随着苗木体内需氮能力被激活，赤皮青冈苗木单株的生物量、碳氮积累、苗高、地径等质量指标，随着施肥量和苗木体内氮素积累量的增加而显著增加。在对氮素的奢侈消耗阶段，赤皮青冈苗木体内的氮素积累量进一步随着根系的吸收而增加，并逐步趋于稳定，苗高生长的月净增量也趋于稳定，地径的增长量也稳定维持在较高的水平。当施肥量超出苗木的最适需肥量时，养分过量便产生毒害作用，苗高的增长量明显下降，氮苗木对氮素的积累并没有停止，对地径的生长还存在明显的促进作用。本研究中赤皮青冈的地径生长并未因施肥而提前[11]，与落羽杉的地径生长规律相同[12]，但对比对照和常规施肥处理，2 g·株-1和1 g·株-1的指数施肥处理具有较高的月净增量，且月增长量表现稳定。对于苗木总生物量、根比重和质量指数等质量指标，2 g·株-1和1 g·株-1的同样表现最佳，显著优于其他处理，其结果与杉木[13]、羊蹄甲[14]、斑叶稠李[15]、美国山核桃[16]、连香树[17]、紫椴[18]、格木[19]等情况类似。综合分析EF2、EF1 处理，2 g·株-1指数施肥处理在苗高、地径、总生物量、质量指数等指标显著优于1 g·株-1的处理，在根比重方面也表现略优，从苗木质量培育的角度综合考虑，指数施肥2 g·株-1是赤皮青冈苗木培育的最佳处理，能获得最佳的苗木形态指标和质量指标。

本研究以1年生实生苗为研究对象，不能代表整个苗期的需肥规律，特别是多年生大苗对矿质元素的需求更加复杂，且未结合氮素在植株不同器官的分配规律以及不同矿质元素配施对氮素施肥效果的影响[20]，也未开展指数施肥设计与最优回归施肥设计的对比[21]，研究还存在局限性，进一步开展连续多元素配施条件下的指数施肥研究将更具有生产指导意义。