腐植酸对尾巨桉DH32-29苗木生长及光合作用的影响

杜 旭，刘杰钊，赵毅辉，杨 梅

(1.广西大学林学院，广西 南宁 530004；2.广西壮族自治区国有七坡林场，广西 南宁 530225)

桉树(Eucalyptusspp.)为桃金娘科树种，生长快速、抗逆性强，是热带、亚热带地区优质的速丰树种[10].我国桉树种植面积位居世界前列，但由于纯林连栽、长期使用化学肥料引起土壤肥力下降，导致桉树产量和种植面积不成正比[11].通过改良桉树肥料配方，优化调整大量元素、微量元素与有机质、活性物质的配比，能有效改善土壤的理化性质，增强林地生产力，提高桉树出材率及木材质量[12].目前，桉树施肥抚育措施正在逐步成熟完善，已由单一肥发展到复合肥，由复合肥发展到专用配方肥，品种多样[13].研究表明，相比一般桉树复合肥，长效缓释肥对桉树生长、生物量积累的促生效果更优[14].桉树人工林追加磷肥时以水溶性磷酸一铵作为主要磷源，可适当补充肥效迟缓、难溶性的钙镁磷肥，不同磷源的配合使用可以起到养分速效与缓效释放的协同互补作用，有利于养分的持续供给[15]；桉树肥料中添加螯合态的微量元素会抑制土壤pH和氧化还原电位对肥料肥力造成的不良反应，不仅使微量元素被充分吸收利用，还能促进桉树对其他营养物质的吸收，对桉树的生长发育有显著的促进作用[16]；施用腐植酸肥料后，桉树人工林林分的树高、胸径、单株材积显著提高，土壤地力明显改善，投入相同成本，施用腐植酸肥料能够显著提高产量，同时储存营养成分更为持久[17].为进一步探讨和评价腐植酸肥料的肥效，本研究通过向桉树专用肥添加腐植酸，分析、评价不同腐植酸肥料、桉树专用肥、常规复合肥处理下尾巨桉DH32-29苗木的生长、光合特性差异，为制定桉树人工林施肥抚育措施提供参考.

1 材料与方法

1.1 研究地概况

试验地位于广西南宁市树木园(22°48′N，108°21′E)，气候属亚热带季风气候，干湿分明，夏季湿润多雨，年平均气温在21.6 ℃左右，年均降雨量可达1 300.0 mm，平均相对湿度为79.0%，日均积温≥10 ℃时间超过300 d，年积温7 200 ℃.

1.2 试验材料与方法

选取南宁市树木园组培基地培育的长势一致、无病虫侵扰、无机械损伤的2月生尾巨桉DH32-29无性系组培苗作为试验材料，平均苗高(20.00±1.12)cm，平均地径(2.50±0.16)mm.2014年6月1日进行基质施肥，试验时间从6月1日到9月1日.试验采用单因素随机区组设计，设置5个处理，包括不施肥，以及施常规复合肥、桉专用肥、泥炭腐植酸+桉专用肥、风化褐煤腐植酸+桉专用肥，分别用CK、A1、A2、A3、A4表示.每个处理3个重复，每个重复10株苗木.肥料用量为300 g/株，氮、磷、钾养分质量比为15∶6∶9，添加腐植酸的处理A3、A4腐植酸占肥料总质量的10%(肥料基本情况见表1).选用72 cm×60 cm×48 cm塑料容器进行盆栽，基质为黄心土和珍珠岩(体积比为7∶3)，每盆装填基质高40 cm，质量约为30 kg，定时浇灌，每周除草1次.

表1 肥料基本情况Tab.1 Basic situation of fertilizer

1.3 指标及测定方法

1)生长指标：用钢卷尺和游标卡尺分别测定苗高和地径，每30 d对试验苗木进行一次每木检尺.各处理分别取6株平均木，对桉树苗木根、茎、叶鲜样进行称重，采用恒重法测定生物量.计算根冠比：根冠比=根系干重(g)/[茎枝干重(g)+叶干重(g)].

2)生理指标：每个尾巨桉植株选取3片完整无缺、无病虫害、无机械损伤、长势良好的成熟叶片，使用LI-6400便携式光合测定仪在晴朗天气，光照、气温、空气流速等条件相对稳定的上午，8：30—11：30每隔1 h测定一次样株瞬时净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(E)等光合生理指标，重复5次，取平均值.

3)利用拟合效果较好的Farquhars数学模型拟合光合曲线[18]：

(1)

式中：Amax为最大净光合速率；l为光合有效辐射；φ为表观量子效率；k为曲角；Rday为光下呼吸速率.式(1)已经过规范化处理，与原文献公式存在差异.

1.4 数据统计与分析

用Excel 2010处理苗木生长、光合数据，用SPSS 20.0对苗木生长、光合数据进行单因素方差分析和主成分分析，用Duncan检验分析差异显著性.

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对苗木生长的影响

2.1.1 对苗高生长的影响

不同施肥处理下的苗高生长状况见图1.由图1可见：4种施肥处理均对苗高生长有显著的促进作用，施肥3个月的月平均增长量为19.10～24.39 cm.施肥2个月后，腐植酸肥料A3、A4比其他施肥方式对苗高生长的促生效果更优；施肥3个月，添加泥炭腐植酸的A3对苗高的促生效果最优，是未添加腐植酸处理A1、A2的1.12和1.06倍，且腐植酸肥料A3相比A4对苗高的促进作用更显著.

2.1.2 对地径生长的影响

不同施肥处理下的地径生长状况见图2.由图2可见：4种施肥处理均对苗木的地径生长有显著的促进作用，施肥3个月的月平均增长量为5.03～5.52 mm，腐植酸肥料A3、A4月平均增长量最大.施肥第1个月的地径长势迟缓，第2、3个月地径长势迅速，且施肥第2、3个月腐植酸肥料A3、A4对地径生长的促进作用显著高于其他施肥处理，但A3、A4两种腐植酸肥料之间的差异不显著.

不同大、小写字母分别表示在0.01和0.05水平下的差异显著性.图1不同施肥处理下的苗高生长状况Fig.1Growth of seedling height under differentfertilization treatments不同大、小写字母分别表示在0.01和0.05水平下的差异显著性.图2不同施肥处理下的地径生长状况Fig.2Ground diameter growth of seedlings underdifferent fertilization treatments

2.1.3 对苗木生物量的影响

不同施肥处理下的苗木生物量差异见表2.由表2可知：4种施肥处理均对苗木的根系、茎、叶和整株干重有显著的促进作用.腐植酸肥料对根系的促生效果最为显著，腐植酸肥料A3、A4相比未添加腐植酸的A1、A2根系干重分别增加了17.8%、8.5%和53.0%、40.9%，由此可见，腐植酸有利于苗木的营养物质向地下部分运输.茎、叶、整株干重在4个施肥处理之间差异均不显著，可能与钙镁磷肥和腐植酸的缓释性有关.CK的茎干重占比为19.31%，相比4种施肥处理最小.A1、A2的茎生物量占比高于A3、A4，说明当土壤养分胁迫时，茎生物量分配量最低，肥料中添加腐植酸会影响茎生物量的分配，促进同化物向营养器官——根系、叶片运输.综合来看，土壤贫瘠时，同化物主要向根系积累，腐植酸有助于苗木同化物向地下部分运输，促进根系生长.

表2 不同施肥处理下的苗木生物量差异Tab.2 Biomass difference of seedlings under different fertilization treatments

图3不同施肥处理下桉树苗木叶片光合曲线Fig.3Photosynthetic curve of Eucalyptus seedlings and leaves under different fertilization treatments

2.2 不同施肥处理对苗木叶片光合作用的影响

2.2.1 不同施肥处理对苗木叶片光响应曲线参数的影响

图3为不同施肥处理的苗木光响应曲线，采用拟合效果较好的Farquhar模型拟合尾巨桉DH32-29的光响应曲线，拟合度R2在0.992～0.999，模型拟合效果较好.不同施肥处理对苗木叶片光合特性的影响见表3.由表3可知：施肥处理后光合特性的各个参数均明显高于CK，说明施肥能极大影响尾巨桉DH32-29苗木叶片的光合作用.除表观量子效率外，其他各光合参数均是腐植酸肥料A3、A4显著高于未添加腐植酸的A1、A2.腐植酸肥料A3、A4的Amax相比A1、A2分别增加了3.8%、2.7%和7.8%、6.7%，φ均为0.070，明显低于A1、A2.不同施肥处理苗木的光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)变化规律表现一致，腐植酸明显提高了光饱和点和光补偿点.

表3 不同施肥处理对苗木叶片光合特性的影响Tab.3 Effects of different fertilization treatments on photosynthetic characteristics of seedling leaves

2.2.2 不同施肥处理对苗木叶片Pn、gs、Ci、E的影响

不同施肥处理对尾巨桉苗木叶片Pn、gs、Ci、E的影响见表4.由表4可知：4种施肥处理明显提高了苗木叶片的Pn、gs、E，均表现为腐植酸肥料A3、A4高于未添加腐植酸的A1、A2.腐植酸极大地提高了Pn、gs、E，其中，Pn分别提高了11.5%、9.1%、22.3%和19.7%；gs分别提高了32.5%、6.0%、38.8%和8.8%；E分别提高了5.3%、2.8%、9.7%和7.1%；Ci的表现与Pn、gs、E相反，CK的Ci最大，腐植酸肥料A3、A4相比CK降低最为明显，分别降低了7.2%和8.0%.可见，施用腐植酸肥料后叶片胞间CO2的利用率明显提高.

表4 不同施肥处理对尾巨桉苗木叶片Pn、gs、Ci、E的影响Tab.4 Effects of different fertilization treatments on Pn，gs，Ci and E of Eucalyptus seedling leaves /(μmol·m-2·s-1)

3 主成分分析

不同施肥处理下各指标的主成分分析结果见表5，主成分值及综合排名见表6.

表5 不同施肥处理各项指标主成分分析结果Tab.5 Principal component analysis results of various indexes under different fertilization treatments

表6 不同施肥处理的主成分值及综合排名Tab.6 Main component and rankings of different fertilization treatments

由表5可见：前两个主成分的特征值大于1，方差贡献率分别为89.62%和9.19%，累积方差贡献率已达到98.81%，说明这两个主成分的贡献率可以解释腐植酸肥料、桉树专用肥、常规复合肥处理下尾巨桉生长及光合特性98.81%的变异度，可以反映出本研究中16个指标的大部分信息.因此，提取的两个主成分可作为新的变量代替原有的16个变量分析腐植酸肥料、桉树专用肥、常规复合肥对苗木生长及光合特性的影响.由表6可知：主成分分析的综合得分表现为A4>A3>A2>A1>CK，综合得分越高，说明该肥料对尾巨桉苗木生长及光合特性的促进作用越好.腐植酸肥料A4(1.06)和A3(-0.01)的得分最高，说明腐植酸肥料促进巨尾桉苗木生长及改善光合特性的效果优于桉专用肥和常规复合肥.

4 结论与讨论

4.1 腐植酸调控促进尾巨桉苗木的生长

施肥处理与桉树的生长发育具有显著的相关性，促进作用十分明显[19].本次研究中，4种施肥处理均对苗木的苗高、地径及生物量积累有显著的促进作用，其中，桉专用肥对尾巨桉苗木的促生效果优于常规复合肥，这与肥料中的两种磷源配比不同有关.磷源中，磷酸一铵具有良好的水溶性和有效性；而钙镁磷具有难溶性，且肥效迟缓.磷酸盐又必须在土壤酸或土壤微生物和苗木根系分泌酸的作用下溶解才能释放出磷素.两种磷源的水溶性及固定效率相差较大，磷酸一铵对苗木生长的促进作用占主导地位[15]，因此，磷酸一铵占比较大的桉专用肥促生效果更好.已有研究显示：氮、磷、钾水溶肥添加腐植酸型功能物质后，能促进苹果树叶片、地下部分对肥料中营养物质的吸收，提高营养利用率，改善光合特性，使苗木叶片数量、叶面积及地下部分生物量积累显著增加，根系活动旺盛，有利于增产[20]；腐植酸能显著增加玉米根系对氮的吸收，提高氮肥同化率，有利于氮素储存在表层土壤，抑制养分淋溶流失，进而达到改良土壤及促进玉米高产的目的[21].腐植酸极大地改善了桉树专用肥的肥力，更多地满足了苗木生长发育对营养物质的需求，林木生长发育的促生效果显著增强[22]，在一定程度上，苗木生长和生物量积累与根系对土壤养分的吸收能力正相关[23].桉树专用肥中添加腐植酸后，苗木的苗高、地径及整株生物量表现比施桉专用肥和常规复合肥的促生效果更优，说明腐植酸是通过促进根系生长和提高对养分的吸收能力来促进苗木生长及提高生物量积累，其缓急相济的养分释放效率与苗木根系养分吸收规律基本一致.

腐植酸肥料对根系的促生效果最为显著.腐植酸有利于苗木的营养物质向地下部分运输，使其优先利用，并对根系起到生物刺激剂的作用，能明显促进苗木根系伸长生长及次生根发育，扩大根系与土壤的接触面积，提高苗木生根率，使植株充分吸收养分和水分.同时，加快肥料和土壤养分的富集转化，尤其是速效N、速效P、有机质等速效养分向根系富集，提高肥料利用率，有效改善土壤肥力状况[24-25].腐植酸含有大量的有机功能基团，具有较强的络合、螯合和表面吸附能力，能螯合土壤磷等矿物质营养元素，增强土壤养分的化学稳定性，改善土壤理化性质，使苗木根系质子泵H+-ATP酶活性增强，引起质子浓度梯度增大，为养分跨膜运输提供足够的驱动力，有利于苗木的营养物质向地下部分运输及植株器官对养分的充分吸收，提高根系活力.同时，可有效防止水土流失，使苗木抗旱、耐贫瘠能力大大增强[26].亦有研究发现，腐植酸的活性基团能够促进苗木生长.作为一种高分子有机酸，腐植酸的前身就是生物体的残体，含有苗木必须的多种营养元素，经根际分泌物、根际酶等微生物分解成小分子物质后，会被根系吸收利用[27].施用腐植酸肥料后，尾巨桉苗木地上部分生物量并未表现出显著差异，主要是因为腐植酸对肥料具有缓释作用，能够延长氮、钾等养分的肥效时限，提高肥料养分的利用率[28]，而肥料磷源中的钙镁磷肥本身也具有缓释性，肥效迟缓[15].KELTING等[29]也报道了腐植酸对番茄地下部分生长发育有显著促进作用，然而对地上部分几乎没有效果.腐植酸首先对植物根部产生作用，经过养分吸收、运转及光合产物再分配后，促进地上部分生长.由于本研究的试验期较短，地上部分生物量尚未表现出显著差异，将来还需要在桉树人工林中进行长期观测以验证和评价腐植酸肥料的促生效果，并进一步评价对土壤质量的改良效果.

4.2 腐植酸调控可改善尾巨桉苗木的光合特性

绿色植物通过光合作用将CO2固定成有机物，进而为自身的生长发育提供ATP.大量研究表明，腐植酸对绿色植物的光合作用有显著的促进作用，能够改善苗木光合性能，增加叶绿素含量，提高CO2的同化力，为植株伸长生长和生物量的积累提供充足的碳源.即使在水分胁迫下，腐植酸肥料仍可以促进植株生长，改善植株的光合特性，叶片的光合速率、气孔导度、叶绿素含量均显著提高，蒸腾速率和胞间CO2浓度显著降低，使植株正常生长代谢，提高产量[30-31].本研究中，添加腐植酸后的肥料使尾巨桉DH32-29苗木的苗高、地径及生物量积累均大幅增加，这与腐植酸能够改善光合特性密不可分.腐植酸显著提高了苗木叶片的光合速率，使有机物的同化量增多，有利于苗木叶片积累的有机物向地下部分运输，提高根系活力，促进植株对养分的充分吸收，进而促使苗木生长及生物量迅速积累[32].在本研究所添加的两种腐植酸中，风化褐煤腐植酸比泥炭腐植酸对根系生物量的促进作用更佳.由于风化褐煤腐植酸对光合影响大于泥炭腐植酸，使得前者有机物的同化量和有机物向根系运输的效率均高于后者，能够更好地促进苗木根系伸长生长及次生根发育，进而使根系生物量积累高于泥炭腐植酸.

综上所述，4种肥料中腐植酸肥料对苗木的生长、生物量积累及光合作用的促进作用最佳.在桉树林业生产用肥上，根据肥料性质添加适宜的腐植酸更有利于林木生长发育和土壤质量改善，但还需进一步研究腐植酸肥料的性能、配比、形态结构，以及与其他有机物质配施对桉树生长的影响及其作用机理，优化桉树有机专用肥配方，达到既提高桉树人工林木材产量，又维持桉树人工林地力的双重目的.