配方施肥对黑松初级种子园种子产量和品质的影响

王淑惠，陈丽英，路兆军，苗 杰，王连红，孙晓慧，李保进

（烟台市森林资源监测保护服务中心，山东烟台 264000）

黑松（Pinus thunbergii）为松科（Pinaceae）松属常绿乔木，原产日本及朝鲜东部海岸地区，在我国主要分布于山东、江苏和安徽等省[1]。其自然更新能力强，耐干旱瘠薄，是我国北方沙质海岸基干林带的主要造林树种之一[2]。黑松为引进树种，国外对黑松的研究较早。上世纪90年代，国外开始对黑松种子园进行研究。Kang 等[3-5]进行黑松种子园雌雄球果的相对数量和去劣疏伐的经营措施对种子园产量影响及父本和母本遗传相关性对种子园种子遗传多样性影响的研究。Susumu等[6]通过分子标记技术对黑松种子园半同胞子代的亲本进行鉴定。国内有关黑松的研究主要集中在黑松的引种驯化[7-8]、优树选择[9-10]、遗传分析[11-12]、组织培养[13-14]及黑松沿海防护林的生态效应[15-16]等方面，黑松种子园的相关研究较少。

研究人员在落叶松（Larix kaempferi）[17]、马尾松（Pinus massoniana）[18]、油松（Pinus tabulaeformis）[19]、杉木（Cunninghamia lanceolata）[20]、樟子松（Pinus syl⁃vestrisvar.mongolica）[21]和云南松（Pinus yunnanesis）[22]等树种的种子园中进行施肥效果研究，结果表明，根据不同植物对养分的需求，结合土壤的养分状况，设计科学合理的施肥方案，对提高植物的产量及品质均有重要意义。针对黑松种子园配方施肥的研究较少。本研究在对黑松种子园母树营养特性和土壤养分进行分析与测定的基础上，采用正交试验设计，选择氮（N）、磷（P）、钾（K）、镁（Mg）和硼（B）5种营养元素，探讨不同配比施肥对黑松种子园种子产量和品质的影响，以期为实现种子园高产、稳产和优产提供科学的施肥方案。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于山东省烟台市牟平区垛山国有林场（122°47′E，37°13′N），为丘陵地貌；属暖温带东亚季风型大陆性气候，气候温和，昼夜温差较小，雨水丰沛，光照充足，无霜期长，年均降水量790.4 mm。土壤为山地酸性红壤，土层厚度大于1 m，石块较多，腐殖质层厚1 cm 左右，立地质量等级为Ⅱ类地[23]。

1.2 试验设计

研究对象为2017年营建的黑松无性系种子园，面积为25 hm2，含76个无性系，株行距4 m×4 m。

2020年4月，在种子园中选择1 个大区，在同一坡面、光照较一致和立地条件基本相同的位置设置1 个区组。施肥试验前，对种子园母树（针叶和球果）的营养元素含量进行测定，发现黑松种子园母树对N、P、K、Mg 和B 的养分需求较大（N 含量为1.17～3.65 g/kg，P 含量为1.94～6.20 g/kg，K 含量为6.46 ～ 12.18 g/kg，Mg 含量为0.74 ～ 2.5 g/kg，B 含量为0.54 ～ 1.39 mg/kg），根据生产上常用肥料的特性和利用率，选择该5种养分元素进行试验。

采用L16（45）正交试验设计，设置N、P、K、Mg 和B 5个因子，每因子4个水平，共16个施肥处理，其中处理1 为对照（CK）（表1）。本试验设计的3 个施肥水平是根据前期土壤、针叶和球果营养元素的测定结果及各养分间的比例计算得出；N、P、K、Mg和B分别选用尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O515%）、氯化钾（K2O 60%）、硫酸镁（MgO 30%）和硼砂（B 15%）。

表1 正交试验设计及不同施肥处理Tab.1 Orthogonal test and different fertilization treatments

1.3 施肥试验

因黑松当年开花坐果，次年秋季结果，故施肥两年，两年施肥处理的母树相同，且每株母树施用相同配比的肥料。2020 和2021年4月初，在选定的试验地中进行施肥试验。为消除土壤和无性系对结实性状的影响，选择产量相当的无性系母树，无性系数量尽量少。每个施肥处理5 次重复，共施肥80 株母树。施用前，按各处理施肥量混合装袋；沿树冠投影边缘开20 cm 深环状沟，施肥、覆土，挂标记牌。

1.4 指标测定

2021年10月，按照不同施肥处理，统计母树球果的总数量，并采集母树东、南、西和北4 个方向的球果10～12枚。

采用电子天平（精度为0.001 g）称量球果鲜重。球果阴干后，收集种子，采用电子天平称重。随机数出100粒种子，采用电子天平称量种子百粒重，测量3 次求平均值，将平均值乘以10 得到种子千粒重。

以单粒球果重、单株球果数量、单株球果产量、出籽率、单株种子产量、种子千粒重和种子发芽率为评价指标。

参照GB 2772-1999《林木种子检验规程》[24]技术标准，统计种子发芽率。

种子发芽率（%）= 发芽种子数量/参试种子数

1.5 数据处理

采用Excel和SPSS 18.0软件对数据进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对球果和种子产量的影响

不同处理间，单粒球果重、单株球果数量、单株球果产量和单株种子产量均差异显著或极显著（P<0.05，P<0.01），出籽率差异不显著（表2）。T8处理的单粒球果最重（28.57 g）；T3 处理的单株球果数量最多（150.00 粒/株）；T15 处理的出籽率最高（3.79%）；T11处理的单株球果产量和种子产量均最高，分别为3 379.95 g/株和108.50 g/株。T7、T11 和T15 处理的单株球果和种子产量均较高，其中T15处理的各项产量指标均高于CK；T16、T4 和T6 处理的单株球果和种子产量均较低，其中T6 和T16 处理的各项产量指标均低于CK。

2.2 不同施肥处理对种子品质的影响

种子千粒重能体现种子大小及饱满程度；一般情况下，种子千粒重越大，其内部储藏的物质越多，发芽后长成的小苗越壮，抗性越强[25]。不同处理间，种子千粒重差异极显著（P<0.01），种子发芽率差异不显著（表2）。T11 处理的种子千粒重最大（24.83 g），其次为T5 处理（18.21 g），CK 最小（3.66 g）。说明科学配方施肥可提高黑松种子千粒重。T7和T11处理的种子发芽率较高，分别为98.00%和90.00%，T12 处理最低（50.00%）；T2、T4、T7 和T11 处理的种子发芽率均高于CK，其他处理均低于CK。

表2 不同处理母树性状Tab.2 Traits of mother trees in different treatments

续表2 Continued

2.3 不同养分因子对种子产量的影响

种子产量是反映种子园生产状况的综合指标。以单株种子产量为指标，进一步分析不同养分因子的影响（表3）。方差分析结果表明，N、P、K、Mg 和B对黑松种子园单株种子产量均有显著或极显著影响（P<0.05，P<0.01）。极差分析结果表明，5 个养分因子对单株种子产量的影响表现为P>Mg>N>K>B，最优的施肥组合为N3P3K2Mg1B2。

表3 正交试验设计（种子产量）极差分析Tab.3 Range analysis of orthogonal test(seed yield)

16 个处理中，T11、T7 和T15 处理的单株种子产量较高，分别为108.50、100.67 和92.82 g，分别为CK的2.06、1.92 和1.77 倍。这3 个施肥处理中，P 的施肥水平均为600 g/株（水平3），与极差分析结果一致，可见在该种子园土壤状况下，施用600 g/株过磷酸钙有利于提高黑松种子产量；N、K、Mg 和B 的施肥水平在3 个处理中均不同，T7 处理的Mg、B 施用水平（水平1、水平2）、T11 处理的N 施用水平（水平3）和T15 处理的K 施用水平（水平2）与极差分析中的最优施肥组合一致，这可能是由于这4 个因素对种子产量的影响均小于P且互相制约。极差分析的最优组合为T11、T7和T15处理的综合。

3 讨论与结论

配方施肥可通过合理地设计肥料施用比例，充分利用肥料间的协同机制，促进农作物的生长发育[26]。本研究中，T15 处理的各球果和种子产量指标均高于CK，T6和T16处理的各球果和种子产量指标均低于CK。陆梅等[18]在闽北马尾松（Pinus masso⁃niana）二代种子园配方施肥试验中发现，个别施肥处理的种子产量明显低于对照。说明种子产量和品质除受土壤营养状况影响外，受树体遗传因素的影响也较大。张振芬等[9]在研究黑松优树球果种子性状中发现，黑松单粒球果重、单球果种子重、千粒重和出籽率等性状在优树间存在较大差异。红松[27]（Pinus koraiensis）和长白落叶松[28]（Larix olgensis）种子园无性系在生长性状、木材性状和种实性状等方面也存在显著差异。系统分析种子园无性系的遗传变异及其亲缘关系，结合种子产量和品质评价，对无性系进行再选择，可为后续筛选高世代种子园优良材料提供参考[29-30]。

种子千粒重表征种子内营养物质，影响种子传播和萌发，对幼苗定居、存活、后期生长及适应性有很大影响[18]。葛艺早等[20]在杉木（Cunninghamia lan⁃ceolata）种子园进行氮、磷和钾配比施肥试验时发现，平衡施肥处理下，杉木种子的发芽率、千粒重和品质均显著高于常规施肥。本研究中，不同配方施肥处理的种子千粒重均高于CK，说明施肥处理能有效改善种子品质，是提高种子园种子品质的重要措施。

王秀丽等[31]研究发现，种子大小对黑松种子发芽率和发芽指数影响极显著，大粒种子的发芽率和发芽指数较低。本研究中，种子千粒重与种子发芽率之间没有特定的规律。可能是因为本研究中，每株母树只采集了10～12 个球果，采样量较少，而且用于种子发芽试验的种子完全随机选择，其大小未经分级，每个处理的各重复试验结果差异较大。

综合来看，T7、T11 和T15 处理的母树综合性状较好。在黑松种子园进行施肥处理时，可根据种子园土壤的营养状况，对这3个处理进行优化，提高黑松良种的品质。

植物大多有大小年现象[32]。该现象在果树中出现较多，形成的原因主要有品种差异、立地和气候条件差异及树势控制和病虫害等[33-35]。本试验的研究群体为黑松单一群体，立地条件基本一致，树势相当且没有病虫害，故未考虑大小年对种子园种子产量的影响。

本研究仅对配方施肥对种子产量和品质的影响进行探讨，未研究配方施肥对子代苗木生长情况及适应性的影响，在今后的工作中应继续观测。本试验结果显示，黑松种子园种实性状除施肥效应外，还有无性系效应。黑松初级种子园管理在重视施肥的同时需进行结实优良无性系的选择，不断提高黑松种子园种子产量和品质，满足社会对良种的需求。