栽培介质、pH值和氮形态对毛竹幼苗地上部分生长的影响

陈慧晶，侯利涵，黄孝风，叶洪宇，李 湘，曾凡煌，邹 娜

（江西农业大学·园林与艺术学院，江西 南昌330045）

毛竹（Phyllostachys edulis），别称楠竹，属禾本科（Poaceae）竹亚科刚竹属（Phyllostachys）单轴散生型常绿乔木状竹类植物。与树木相比能在较短时间内提供优质木材，具有极高的经济价值[1]。虽然毛竹在世界范围分布较广，但是很多国家的竹林包括我国南方山区，由于砍伐严重且管理水平不够，施肥更是较少，造成毛竹产量小、林地生产力较低，几乎处于半荒芜状态[2]。此外，毛竹的繁殖常采用母株移栽和实生苗繁殖；母株移栽通常只需要5 a就能成林，而用实生苗种植大约需要10 a[3-4]。然而，母竹移栽的劳动强度大、成本高、效率低；而通过实生苗建立竹园具有劳动强度小、运输方便、适应性强、成活率高、成本低等优点[4]，为开花竹林的更新和引种提供了一条新的途径[5]。事实上，广西省已经成功应用实生苗建立新的竹林[6-7]。此外，与毛竹相关的科研实验对毛竹实生苗的需求量大，亟需研究更优的栽培方式来加快毛竹成苗[2]。但目前有关毛竹实生苗栽培与繁育方面的研究还比较少。

氮的获取常常是限制植物生长和作物产量的重要因子，自然条件下，土壤中供给的NH4+-N和NO3--N是植物可利用的两种最主要无机N形态[8-9]。其中，通气良好的农田土壤中NO3-供应占优势，而水淹环境及酸性的原始森林土壤为植物提供了以NH4+占优势的氮营养生境。李国栋等[10]研究结果表明毛竹实生幼苗为弱喜硝植物，但宋庆妮等[11]、黄玲[12]以及侯利涵等[13]的研究发现毛竹偏向吸收NH4+-N，Zou等[14]的研究结果表明毛竹幼苗生长表现出明显的喜铵耐铵性，并且营养液中K+浓度的影响效应不大。由于各试验的培养介质、pH值和养分供给有所不同[8,10,12-14]，考虑到植物氮获取与多个环境变量之间的相互作用可能极大地影响甚至改变植物对可变氮源的生长响应[15]。那么，毛竹幼苗生长的N形态响应差异是否与外界环境条件有关呢？本试验在前期研究的基础上，进一步在蛭石、砂培和水培条件下，研究毛竹幼苗地上部的苗高、叶片数、叶绿素相对含量（SPAD）及地上部生物量对同浓度下（2 mM）不同无机N形态（NH4+-N和NO3--N）及不同pH值（3.8、5.8、7.8）的响应特征，以阐明毛竹N形态响应差异的影响因素并筛选适宜毛竹幼苗生长的最优栽培组合，加快毛竹实生苗的培育。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试材料为毛竹（Phyllostachys edulis）幼苗。毛竹种子采自广西桂林灌阳县洞井乡，采种选择健康母株，用10%NaClO溶液消毒毛竹种子表面后播入蛭石进行萌发[8]。毛竹种子千粒重约为30 g。

1.2 生长条件

2019年9月1日，毛竹幼苗第二片真叶展开后，选取长势基本一致的毛竹实生苗分别移入水培箱（规格：长30 cm，宽18 cm，高14 cm）和装有灭菌河砂或蛭石的花盆（规格：直径13 cm，高15 cm），每处理3盆，每盆4株苗。上盆后试验材料分别在温室及培养箱中进行。9－10月气温均温在28℃左右，11－12月均温在20℃左右。

1.3 处理方法

试验周期为3个月（2019年9月1日－2020年1月1日），移苗一周后，新根长出，开始对幼苗进行浇水或（水培的）营养液的更换管理。两个不同形态N处理的浓度均为2 mM，其中：NH4+-N以（NH4)2SO4形式提供，NO3--N以NaNO3形式提供，营养液中其他成分参考顾红梅等[8]，主要成分包括：2.5 mM Ca2+,3 mM K+,0.25 mM MgSO4·7H2O,0.6 mM Na2HPO4·10H2O,0.01 mM Fe-EDTA,0.02 mM H3BO3,2μM MnCl2·4H2O,2μM ZnSO4·7H2O,2μM CuSO4·5H2O,0.5μM Na2MoO4·2H2O,0.5μM CoCl2·6H2O。所有N处理均添加硝化抑制剂双氰胺（C2H4N4，7μM）抑制硝化作用。营养液的pH值设置为3个不同的值：3.8、5.8和7.8。每周浇或更换营养液1次，处理3个月后进行相应指标的测定。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 苗高、叶片数和叶绿素相对含量的测定

2019年12月31日，用直尺测定所有植株的苗高，精确至0.1 cm，并同时统计叶片数，叶片数为每株毛竹幼苗上肉眼可见的叶片数目；2020年1月1日，在收苗前，手持叶绿素仪（SPAD-502，Minolta）测定植株顶端向下第2~4片叶的叶绿素相对含量，每株测3次取平均值并保留两位小数。

1.4.2 地上部分生物量的测定

2020年1月1日，测完叶绿素相对含量后，采收所有植株，小心清洗干净，吸干水分后杀青（105℃，30 min），70℃烘至恒重再称量各植株的茎、叶总重即为地上部分生物量，单位为g·株-1。

1.5 数据处理

通过Excel 2016进行数据汇总分析，采用SPSS17.0进行单因素方差分析并采用LSD法进行多重比较，Pearson进行简单相关分析，制作相关系数矩阵。图表由Sigmaplot 13.0生成，并用Photoshop CC 2013进行排版。图表中的数据为平均值±标准误。

2 结果与分析

2.1 不同栽培基质、pH值和N形态对毛竹幼苗苗高生长的影响

如图1所示：在水培和砂培条件下，同一pH值下NH4+-N和NO3--N对毛竹苗高的影响并无显著差异，且都是随着pH值的增大苗高逐渐降低；但在蛭石栽培下，NH4+-N处理的毛竹苗显著高于NO3--N处理后的，并且pH值变化对2种N形态处理下的毛竹幼苗苗高没有显著性影响。在施用NH4+-N时，蛭石栽培中苗高均高于其他两种栽培介质，水培的毛竹植株较矮小，且随着pH值升高，3种栽培介质下，苗高的差距呈增大的趋势。而在施用NO3--N的情况下，3种栽培介质中的苗高差距很小，且随着pH值增大苗高基本持平。从整体上来看，用蛭石或砂培下的毛竹苗高较好；而pH值变化对苗高的影响较小，在水培、pH值为7.8的NH4+-N处理时，苗高最小为9.1 cm；蛭石栽培、pH值为3.8的NH4+-N处理时，苗高最大为12.3 cm，高出最小苗高34.5%。

图1 不同栽培基质、pH值和N形态处理对毛竹幼苗苗高的影响Fig.1 Effects of different substrates,pH and N forms on seedling height of Ph.edulis

2.2 不同栽培基质、pH值和N形态对毛竹幼苗叶片数的影响

从图2可以看出，以蛭石和水为栽培介质的毛竹叶片数显著高于砂培，整体平均分别比砂培多出7片叶和5片叶；并且在这两种介质中的毛竹幼苗叶片数会随着pH值的升高呈逐渐减少趋势。在以蛭石为介质时，同一N形态间，叶片数无显著差异，NH4+-N下平均每株叶片数为13，NO3--N下平均每株叶片数为11；同一pH的NH4+-N处理下叶片数显著优于NO3--N，平均每株多出2片叶；而在水培条件下，同一pH值时的NH4+-N和NO3--N处理对叶片数没有显著的影响。砂培的所有处理均无显著差异，平均每株叶片数为5。

图2 不同栽培基质、pH值和N形态处理对毛竹幼苗叶片数的影响Fig.2 Effects of different substrates,pH and N forms on leaf number of Ph.edulis seedlings

2.3 不同栽培基质、pH值和N形态对毛竹幼苗叶绿素相对含量（SPAD）的影响

从图3可以看出，蛭石和水培中毛竹叶片所含的SPAD均显著高于砂培，整体平均分别高出砂培101.9%、74.2%。在水培时，两种N形态下，SPAD值都随pH值的升高而下降；而在砂和蛭石栽培介质中，两种N形态在不同pH值条件下对毛竹SPAD的影响相差不大。同一pH值条件下的N形态效应：蛭石栽培时，NH4+-N处理下的SPAD值显著优于NO3--N，NH4+-N处理的平均每株SPAD值为28.8，平均高出NO3--N处理14%；而水培和砂培时，SPAD值对N形态的响应差异不显著。砂培的所有处理均无显著差异，平均每株SPAD值为13.4。

图3 不同栽培基质、pH值和N形态处理对毛竹幼苗叶绿素相对含量（SPAD）的影响Fig.3 Effects of different substrates,pH and N forms on chlorophyll relative content(SPAD)of Ph.edulis seedlings

2.4 不同栽培基质、pH值和N形态对毛竹幼苗地上部分生物量的影响

由图4可知，蛭石栽培下的毛竹幼苗，整体地上部分生物量平均值为1.5 g·株-1，显著高于同等条件下的砂培和水培中毛竹地上部分积累的生物量，整体平均高出砂培和水培2.1倍、2.7倍。在蛭石栽培和水培下，NH4+-N对地上部分生物量积累的促进作用明显优于NO3--N；而砂培下，NH4+-N和NO3--N对于生物量的积累并无显著差异，整体平均值为0.5 g·株-1。同一N形态下，pH值的变化对各栽培介质中毛竹幼苗地上部分生物量的积累差异不显著。水培NO3--N处理下，毛竹幼苗地上部分生物量最小，平均值为0.3 g·株-1。

图4 栽培基质、pH值和N形态处理对毛竹幼苗地上部分生物量的影响Fig.4 Effects of different substrates,pH and N forms on aboveground biomass of Ph.edulis seedlings

2.5 不同栽培条件与各生长指标的相关性

不同N形态、pH值和栽培介质对毛竹幼苗苗高、叶片数、叶绿素相对含量（SPAD）、地上部的生物量的相关性见表1。结果表明，对苗高的相关性为：pH值＞N形态＞栽培介质，其中pH值和N形态与苗高间呈负显著相关，说明随着pH值的升高，苗高越低，pH值在3.8时，苗高生长最好；相较NO3--N处理，NH4+-N处理对苗高的增长更佳。与叶片数、SPAD的相关性均为：栽培介质＞pH值＞N形态，其中，栽培介质和叶片数、SPAD间都呈极显著负相关，说明栽培介质中，蛭石栽培下对叶片数、SPAD的增加效果最佳。地上部生物量与不同栽培条件间的相关性为：栽培介质＞N形态＞pH值，其中，栽培介质和地上部生物量间呈极显著负相关，说明蛭石对地上部生物量增加的影响最大。综上可得，对毛竹幼苗地上部生长的影响为：栽培介质＞pH值＞N形态，但pH值与N形态的影响差异未达到显著水平。

表1 不同栽培条件与各生长指标的相关性Tab.1 Correlation between different cultivation conditions and growth indexes

3 讨论

3.1 不同栽培基质对毛竹幼苗地上部分生长的影响

栽培基质对植物的作用主要为固定植物根系，为植物提供良好的水、气以及部分营养的作用[16]。本研究发现，与N形态和不同pH值相比，栽培介质对毛竹幼苗地上部生长的影响最大，其中，蛭石对于毛竹幼苗生长的促进作用明显要优于水培和砂培，这可能与蛭石本身兼具的保水又透气性有关。在砂培时，可能由于基质的保水能力弱，毛竹在SPAD、叶片数及苗高上都偏低，可能光合作用被削弱，而毛竹幼苗正处于生长旺盛期需要吸收充足的水分以进行光合作用来积累有机物，因此生长较差、地上部分生物量较低。

3.2 不同pH处理对毛竹幼苗地上部分生长的影响

栽培介质酸碱性是影响植物生长发育的重要化学特性[16-17]。相关研究表明，不适宜的pH值不仅对于植物根系产生直接毒害作用，而且影响介质中离子的有效性和平衡性，导致植物发生营养障碍[18-20]。从试验结果来看，毛竹在低pH值条件下长势要优于高pH值。随着pH值升高，毛竹长势逐渐减弱，表现为叶片数、苗高、叶绿素这3个指标均逐渐下降。水培条件下根系与营养液的接触面积最大，溶液的酸碱度过高或过低会直接影响植物根系对氮素的吸收[21]，所以这可能也是造成水培下培养液pH值的变化对毛竹幼苗的影响要比蛭石和砂培更明显的原因。在砂培下，用NH4+-N和NO3--N处理的毛竹随着pH值的增加叶片数、叶绿素相对含量以及地上部的生物量没有显著变化，这可能与砂的保水性差，从而导致整体长势较差有关。因此，毛竹地上部分在水培与蛭石栽培下pH值为3.8时对毛竹幼苗地上部的生长最佳，这说明毛竹喜酸性环境且具有较强的耐酸能力，这也与生态系统中毛竹生长环境的pH值相接近[11]。

3.3 不同氮素形态对毛竹幼苗地上部分生长的影响

大量研究表明[10,11,22-23],作物生物量累积、光合作用等的动态变化对氮素反应较为敏感。本研究中，在NH4+-N处理下毛竹的苗高、叶片数和SPAD都较优于同条件下的NO3--N处理，这可能与NH4+-N能促进叶绿素合成前体谷氨酸或α-酮戊二酸，提高植物叶绿素含量，进而促进光合作用增强，提高植株氮转化率，促进地上部分生物量的增加有关[12,24-25]。李国栋等[10]在砂培下研究发现毛竹实生幼苗为弱喜硝植物，而本研究发现，砂培时，毛竹的整体地上部的生长指标为最低水平且对氮源的偏好并不显著，这可能与所提供的栽培环境条件并不适合毛竹生长有关。宋庆妮等[11]、黄玲[12]以及侯利涵等[13]的研究均发现毛竹偏向吸收NH4+-N，这与本研究的结果一致，Zou等人[5,14]的研究结果更表明了毛竹幼苗生长具有明显的喜铵耐铵性，并且与营养液中的K+浓度关系不大。侯利涵[26]采用生物信息学分析方法对毛竹铵转运蛋白基因AMT（Ammonium Transporter）和硝转运蛋白基因NRT（Nitrate Transporter）进行了生物信息学分析，在毛竹基因组中只鉴定出6个硝酸盐转运蛋白编码基因，而铵转运蛋白基因有20个。因此，在长期进化中形成的NH4+和NO3-转运载体蛋白数量的差异可能是毛竹N形态响应差异的原因之一。

毛竹在我国主要分布于长江以南的各省市，土壤偏酸性，且主要氮素形态是NH4+-N[11]。有研究表明，源于酸性土壤环境的森林树种通常喜铵，来自于pH值较高土壤的树种则有喜硝的倾向[10]。这也和实验结果显示的在较低的pH值条件下，毛竹对NH4+-N的响应较好相一致。因此，在长期的进化过程中，毛竹可能形成了对原生氮营养生境的生态适应、根膜NH4+和NO3-转运蛋白载体数量不同，对不同N形态吸收能力与利用效率存在差异[12,26]，并最终表现出对不同N形态的生长响应差异。

4 结论

本试验对毛竹幼苗地上部分各指标在不同栽培基质和不同pH值及两种N形态中的响应进行分析，结果表明：以蛭石为栽培介质时，毛竹幼苗的生长势最好，其次是水培，砂培效果较差；在蛭石介质和水培中，毛竹生长表现出明显的喜铵性，并且在pH值为3.8时生长最好；而砂培时，毛竹幼苗生长对N形态以及pH值的响应差异都不明显。说明外界环境条件可影响毛竹幼苗对不同N形态的响应，结合毛竹幼苗地上部分各指标可以得出：适宜毛竹幼苗生长的最优栽培组合是在NH4+-N处理下，pH值为3.8时的蛭石栽培。研究结果可为毛竹幼苗的无土栽培和繁育提供理论参考。