水培条件下氮磷钾配比施肥对木荷幼苗生长的影响*

罗婷，康洪梅，杨文忠，张珊珊

(1.云南省林业和草原科学院，云南 昆明 650201；2.云南省森林培育与开发利用重点实验室/国家林业局云南珍稀濒特森林植物保护和繁育重点实验室，云南 昆明 650201)

森林培育中，常根据苗木维持正常生长对营养元素的需求并结合土壤肥力对苗木进行施肥管理，以最优地满足苗木生长，提高产量和质量[1]。苗木施肥主要是用氮、磷、钾肥，研究苗木生长的适宜施肥量，对提高苗木质量、增加造林成活率，对探索苗木在进化过程中外界环境与生长、生理的关系，对林业可持续发展具有重要的促进意义[2]。众多的矿质元素在苗木体内相互关系错综复杂，在苗木生理活动中它们之间保持着一定的均衡关系[3]。

传统的苗木肥料试验多用土壤作为基质，这在肥水管理和病虫害防治上有一定的难度，且土壤本身就含有一定的营养元素，这会对营养元素缺乏症研究结果造成一定的影响。而营养水培系统，减少了育苗占地、土壤污染和病虫害，还能更精准地控制各种营养元素的缺失和用量，对植物营养缺乏症的研究更为适宜，能更精准的得到植物不同培育要求所需的施肥水平。Hoagland营养液中含有氮、磷、钾、钙、镁等植物所需的营养元素，得到了大家的广泛认可并成为了水培营养液配置的标准配方[4]。

木荷(Schimasuperba)为山茶科( Theaceae) 木荷属 (Schima)珍贵树种，具有较强的生态适应性和较好的耐火、抗火性，是南方常用的营造森林防火带和改造林分的主要造林树种之一[5]。木荷属植物有13种，主要分布于中国亚热带地区，云南是我国亚热带地区木荷物种丰富度、稀有加权丰富度最高的地区[6]。适度的人为和自然干扰形成的林窗支持了木荷属植物物种更新的建立，形成了云南亚热带景观中林分结构的镶嵌。通过对木荷林分结构和光合特性研究发现，木荷属植物兼具耐荫和喜荫特性[5]，且是云南原生或次生亚热带常绿阔叶林中的优势种之一[6]。木荷可用于林地恢复项目，以恢复作为亚热带常绿阔叶林生态系统一部分的原生林[7]。以往对木荷的研究多集中在容器苗育苗技术[7-8]、幼苗光合特性[9]、生物防火[10]、林分结构[6]、生殖遗传特性等[11]，对幼苗施肥管理方面几乎未见报道，陈增禄等[9]研究发现，施肥相比除草对木荷人工林的影响更显著。合理施肥不仅可以提高植物的抗逆性，还是改善林地土壤肥力、促进林木生长、提高生产力的重要途径[12-14]。

本文基于Hoagland营养液配方[15]对木荷进行水培营养研究，并通过控制氮磷钾元素来探明木荷幼苗生长与氮磷钾肥的配比关系，制定出合理的施肥方案，对今后木荷在森林恢复、低效林改造、推广种植等林业生产中有着重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用苗为无病虫害、长势基本一致的1月龄木荷幼苗。将漂浮育苗盘放在周转箱中作为水培育苗设施，每个处理1个周转箱，1个漂浮育苗盘种植12株幼苗(12个重复)，共432株幼苗。根据试验需要，在Hoagland营养液的基础上对水培营养液进行了改良，以0.015 mol/L氮、0.001 mol/L磷、0.006 mol/L钾、0.493 mol/L MgSO4浓度的营养液为母液。

1.2 试验方法

本试验在云南省林业和草原科学院树木园温室内进行，缺素水平处理用SPSS 16.0作N、P、K 3因素6水平正交试验设计，即氮、磷、钾3种元素分别配制成母液浓度的0、0.5、1、1.5、2、2.5倍，共36个处理。

基于正交试验设计，用纯净水配置不同处理的营养液，营养液配置时，在母液的基础上微量元素及铁盐浓度保持不变，缺氮处理设计为将母液中的含氮化合物替换为0.002 5 mol/L的K2SO4、0.004 mol/L的CaSO4；缺磷处理则是将母液中的KH2PO4去除，并将KNO3浓度调整为0.006 mol/L；缺钾处理是将母液中的KNO3去除，KH2PO4替换为0.000 5 mol/L的Ca(H2PO4)2(表1)。根据实际蒸发量，每5 d添加1次纯净水到原始水位，每30 d更换1次营养液。并在周转箱中添加4～5滴氯霉素滴眼液，防止藻类生长。试验期限6个月。

1.3 指标的测定及数据分析

株高用直尺测量植株漂浮育苗盘处至顶芽的高度，定植时测量1次，试验结束时测量1次。试验结束后测量植物生物量，取植株洗净并用纸巾吸干水分后从根部剪断，测量其地上、地下鲜重；将植株放烘箱80 ℃烘干后分别称重测量其生物量，根冠比为地下部分生物量与地上部分生物量的比值。

试验结束后，每个处理所有苗木选取同一部位的功能叶片，取混合样3份用以测定生理指标。叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白(SP)均采用试剂盒(微板法)进行测定。

用软件Excel 和SPSS 19.0对试验数据进行单因素方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对木荷幼苗生长指标的影响

根据试验结果(表1)可以看出，处理6(N0P2.5K2.5)、19(N1.5P0K1.5)、36(N2.5P2.5K2)的幼苗死亡，说明这3个氮磷钾配比完全不适合木荷幼苗生长；处理15的幼苗长势最好，其次是处理22、处理9；长势最差的是处理12、其次是处理30、处理18、处理31(N2.5P0K2.5)、处理1(N0P0K0)；处理15号与22号地下鲜重差异不显著，处理号1、7、12、18、25、30、31的地上鲜重差异不显著，处理号1、12、18、22、25、30、31的地下鲜重不存在显著差异，处理号12、18、30的株高无显著差异。相比不添加氮磷钾肥的处理1，处理15的木荷幼苗地上鲜重高了5 197.91%，地下鲜重增加了2 455.77%，株高高了732.71%，可见合理的施肥对幼苗生长有显著的促进作用。

表1 施肥处理对木荷幼苗生长指标的影响Tab.1 Effects of different fertilization treatments on the growth of S.superba seedlings

木荷幼苗的生物量处理15最大，相比不添加氮磷钾的处理1总生物量增加了3 942.53%，总生物量积累最少的是处理12。处理1、7、12、18、20、25、30、31号地上部分生物量差异不显著，处理号1、7、12、13、18、20、25、30、31的地下部分生物量差异不显著，处理1、7、12、18、25、30、31号的总生物量无显著差异。根冠比值最大的是处理12号，其次是18号，最小的是处理27号。

不同水平间的方差分析结果(表2)显示，氮磷钾肥浓度过高不适宜木荷生长。各生长指标随着氮肥浓度的增加逐渐增大然后又缓慢降低，整体变动幅度不大，在N1水平值最大，N2.5水平时最低；P1水平时各生长指标值最大，说明适当浓度的磷可以促进木荷幼苗的生长，随着磷肥浓度的增加，木荷幼苗生长指标呈降低趋势；K0和K1水平的地上鲜重差异不显著，K2和K2.5水平的地下鲜重差异不显著，K0.5水平下生长指标值显著高于其余水平，说明低水平钾肥对木荷幼苗活性影响显著，随着钾肥浓度水平的升高，木荷幼苗生长指标越低。

表2 氮磷钾不同水平对木荷幼苗生长指标影响的多重比较Tab.2 Multiple comparison of the effects of different levels of nitrogen,phosphorus and potassiumon the growth of S.superba seedlings

氮肥磷肥过高或是过低都会抑制木荷幼苗生物量的积累，随着氮肥和磷肥浓度的增加，地上、地下部分生物量和总生物量呈先增后降的趋势，在N1、P1、K0.5水平时达到最大；低浓度钾肥对木荷幼苗生物量积累有显著的促进作用，在K0.5水平时最佳，浓度越高幼苗生物量积累越少；K2和K2.5水平的地下部分干重指标不存在显著差异。在N0.5、P2.5、K1.5水平时根冠比最大。

2.2 不同施肥处理对木荷幼苗生理指标的影响

不同水培营养液配比条件下，木荷幼苗叶片的生理指标响应情况见表3。可以看出，生理指标SOD、POD、CAT、SP都在处理15时值最优，处理12的各指标值最低，处理15和22的CAT活性无显著差异；Pro、MDA含量在处理12号时达到最大，处理15时最低。相比不施肥处理1，处理15的SOD活性增加了1 253.91%、POD活性增加了575.06%、CAT活性增加了456.95%、SP含量增加了273.41%、MDA含量降低了424.21%、Pro含量降低了377.31%。

表3 施肥处理对木荷幼苗生理指标的影响Tab.3 Effects of different fertilization treatments on physiological indexes of S.superba seedlings

通过对木荷生理指标多重比较得到表4，可以看出，生理指标SOD、POD、CAT、SP值均随着氮磷钾肥料浓度的增加呈现先升高后降低的趋势，在N1、P1、K0.5水平时达到最大，在N2.5、P2.5、K2.5水平时值最低，说明高浓度氮磷钾肥料明显抑制木荷幼苗生长。Pro含量随着氮磷钾肥料浓度的增加呈现先降低后增加的变化趋势，施肥水平越高，其值显著增高，表明高浓度施肥水平下细胞膜透性越高损伤越大。MDA是反映膜脂过氧化的重要指标，在N0、P1、K2.5水平时积累量最大，且N0.5、N2.5水平时MDA含量无显著差异。

表4 氮磷钾不同水平对木荷幼苗生理指标的多重比较Tab.4 Multiple comparison of physiological indexes of S.superba seedlings atdifferent levels of nitrogen, phosphorus and potassium

3 讨论与结论

3.1 水培条件下不同氮磷钾肥配比对木荷幼苗生长指标的影响

氮磷钾肥是植物生长过程中所需的重要的大量元素，水培条件下，不同的氮磷钾配比营养液对木荷幼苗生长有显著的影响，试验结束后，处理6(N0P2.5K2.5)、19(N1.5P0K1.5)、36(N2.5P2.5K2)的幼苗死亡，处理15号(N1P1K0.5)木荷幼苗长势最好，其株高、地上鲜重、地下鲜重均达到最大，处理12(N0.5P2.5K0)、30(N2P2.5K2.5)、18(N1P2.5K1.5)、31(N2.5P0K2.5)幼苗长势不如不施肥处理1(N0P0K0)。植物的生长情况能够直观的反应出植物是否健壮，说明施肥总体上能促进木荷幼苗生长，但是不合理的肥料配比反而抑制幼苗正常生长。本试验中，木荷幼苗的株高、地上鲜重、地下鲜重均随着肥料水平的增高呈现先增加后降低，说明在合适的施肥范围内，会显著促进幼苗生长，超出一定限度后则对幼苗生长造成一定的抑制作用，这与王月生等[16]对氮磷钾配比施肥对三尖杉(Cephalotaxusfortunei)幼苗生长影响的研究结果一致。植物的地上部分和地下部分是相互依赖的，在物质上的相互供应，地下部分的生命活动必须依赖地上部分产生的糖类、蛋白质、维生素和某些生长物质，而地上部分的生命活动也必须依赖地下部分吸收的水肥以及产生的氨基酸和某些生长物质。地上部分和地下部分也是相互制约的，从试验结果可以看出，适当的磷肥对地下鲜重的积累有显著的促进作用，这与周维[17]对不同氮磷钾配比施肥格木(Erythrophleumfordii)幼苗根系生长的研究结果一致。

生物量可以用来衡量植物在生长发育过程中对资源的获取能力及对环境的适应性，是植物在长期的进化过程中与环境相互作用的结果[18-19]。植物的整个生活过程中，会根据生境特征不断地协调地上部分与地下部分的资源分配，以达到最佳的资源分配格局[20]。氮磷钾各水平下木荷幼苗的生物量分配均差异显著，在N1、P1、K0.5水平时地上生物量、地下生物量、总生物量均达到最大值，表明这个水平的氮磷钾肥对木荷幼苗生长是最有利的，合成了更多的有机物，保证了植株的生存力与竞争力。

地下部分和地上部分在物质上的相互供应使得它们相互促进、共同发展，地下部分和地上部分的重量之比称为根冠比，它反映了逆境对植株地下部分和地上部分的不同影响，以及它是如何分配生物量来抵御外界胁迫的[21]。整体氮肥对植物生物量及根冠比影响不是太大，各水平之间差异显著但是变化幅度小，在N0.5水平时根冠比最大。磷肥对植株生物量影响较大，P2.5水平时根冠比最大，说明在受到磷胁迫时，木荷幼苗通过增加地下部分生物量的比例来增强植株根系吸收养分和水分的能力，以便更好地抵御外界的胁迫。这说明合适的磷肥能显著的促进木荷幼苗根系的生长[22]。

3.2 水培条件下不同氮磷钾肥配比对木荷幼苗生理指标的影响

外界环境变化时，植物的形态、结构、生理生化等各个方面都会做出相应的响应[23]。抗氧化酶SOD、POD、CAT能清除植物体内的自由基和有害物质，作为清除自由基的首选物质，SOD含量的高低可以作为植物衰老或者死亡的直观指标；POD是与光合作用和呼吸作用相关的酶；CAT可以催化过氧化氢分解成氧和水，也会与过氧化氢等自由基结合形成复合物从而影响酶的活性[24]。SOD、POD、CAT含量均随着氮磷钾浓度水平的增加呈现先增长后降低趋势，且SOD 的含量明显高于POD和CAT，N2.5、P2.5、K2.5处理的抗氧化酶活性均低于N0、P0、K0处理的，说明高浓度的肥料不适宜木荷幼苗生长，反而阻碍了幼苗的正常生长。

Pro、SP是植物体内重要的渗透调节物质，脯氨酸在水中溶解度较大，植物处于逆境时会大量积累来降低细胞渗透势，防止细胞失水；可溶性蛋白大都是参与各种代谢的酶类，它含量的增加可以提高细胞的保水能力，对细胞膜起到保护作用[25]。从本项研究结果可以看出，随着氮磷钾肥浓度水平的升高，脯氨酸含量先降低后升高，与肥料浓度呈极显著的负相关关系，在高浓度水平下显著增加，说明脯氨酸的积累对施肥胁迫有反应，这与很多干旱、金属等胁迫下植物体内的脯氨酸积累的研究结果一致[26-27]。可溶性蛋白含量随着氮磷钾肥浓度水平的升高表现为先升高后降低，可能是肥料浓度水平的提高抑制了蛋白质的合成并诱导了蛋白质降解。MDA丙二醛是膜脂过氧化最重要的产物之一，植物体内的含量可以间接反映出细胞的损伤程度[28]。随着氮磷钾肥水平的增加，丙二醛含量先降低后升高，说明随着肥料浓度水平增加，植物体内细胞膜受到损害，发生膜脂过氧化导致MDA含量不断增加。

不同的氮磷钾营养液配比中，植物的各项指标变化趋势基本一致，处理15各指标表现最佳，不合理的施肥处理会阻碍木荷幼苗的正常生长，指标状况不如不施肥处理，说明氮磷钾肥是相互影响相互作用的，只有适时适量的施肥才能发挥最大的肥效。从试验结果可以看出，氮磷钾肥对木荷幼苗生长的影响表现为P>K>N。以Hoagland液为水培营养液母液，氮磷钾水平分别为母液中氮磷钾元素浓度的1、1和0.5倍时，木荷幼苗生长最佳，本试验结果可为木荷育苗过程中的合理施肥提供科学的理论依据。