不同施氮方式及施氮量对砂生槐生长及生根的影响1)

李紫帅 柳文杰 张阗真 张喜年 辛福梅

(西藏农牧学院，西藏·林芝，860000)

砂生槐(Sophoramoorcroftiana)是西藏高原的一种特有植物，系豆科槐属，又名西藏“狼牙刺”、“刺柴”，是雅鲁藏布江流域干旱河谷地区分布较广的豆科灌木，也是该河谷区植被群落的主要建群物种之一[1-2]。砂生槐不仅具有极强抗旱、耐贫瘠、防风固沙、保持水土等生态适应性[3]，也是青藏高原地区防风固沙、保持水土的优良树种之一[4-5]。由于砂生槐灌丛生长环境受到严重干扰导致种群面积不断减少和生态功能退化，因此，砂生槐植被重建对于减缓雅鲁藏布江流域干旱河谷地区生态功能退化、保护西藏高原的生态屏障具有重要意义[6]。应用砂生槐治沙造林不仅可以加快造林步伐，提高造林成活率，改善生态环境，还可以大大降低造林成本，实现砂生槐的生态效益对雅鲁藏布江流域干旱河谷地区的植被建设和恢复具有重要作用。

培育优质砂生槐苗木是提高砂生槐造林成活率的关键，施肥作为提高砂生槐苗木质量的重要措施之一，在砂生槐优质苗木培育中发挥着重要的作用。然而，在不同施肥方式处理下，养分利用效率存在着较大的差异[7]。在苗木生长期内，绝大多数的育苗者采用平均施肥处理，不仅造成肥料的浪费，还会导致苗木在苗期内因体内养分物质的缺乏而造成形态上的缺陷等[8]。指数施肥是苗木稳态营养加载[9-10]的一种施肥方式，在苗木培育过程中，根据苗木生长对养分需求规律，每次施肥量呈指数增加，提供植物养分的量和植物生长量同步，把肥料尽可能多地固定在苗木体内以形成养分库，保持苗木体内尽可能多的养分。指数施肥在苗木培育上的效果高于平均施肥处理，如巨柏(Cupressusgigantea)的最佳施肥方式为指数施肥处理[11]。指数施肥广泛应用于欧美主要造林树种红栎(Quercusrubra)、黑云杉(Piceamariana)、扭叶松(Pinusmonticola)等苗木[12-14]；近年来对西南桦(Betulaalnoides)7个施肥处理的研究，已确定出西南桦最佳施肥量[15-16]。因此，对我国主要造林树种的苗木培育施肥研究，找出最佳施氮方式及施肥量对提高苗木质量具有重要作用。

砂生槐作为西藏干旱半干旱地区生态恢复中重要的乡土树种，砂生槐壮苗的培育与造林和移栽后的成活率休戚相关。目前，砂生槐的研究主要集中在其沙质适应性、固沙特性和种子生物碱的药用价值等方面，但对砂生槐苗木施肥方面的研究尚未见报道。因此，本研究通过盆栽对比试验，设置两种施氮方式和5种氮素水平，分析不同施氮方式及施氮量对砂生槐幼苗的影响，确定适宜砂生槐幼苗生长的施氮方式及施氮量，以期为砂生槐优质壮苗的培育提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设计

试验所用的砂生槐种子采自日喀则市江孜县内，于2020年3月在西藏农牧学院实习苗圃内进行盆栽培育，所用花盆规格为32 cm×24 cm×32 cm，每盆1株苗木。种子用60 ℃的水浸泡24 h，选择已充分吸涨的种子用0.5%的高锰酸钾溶液浸泡30 min后，用清水冲洗干净。再将消毒后的种子播种到事先装有基质(V(园土)∶V(腐殖质)∶V(蛭石)=17∶1∶2)的花盆中，每盆装入过筛基质为9 kg，种子发芽生长至6月初进行施肥试验。施肥前，测得的土壤全氮质量分数为0.69 g/kg，幼苗全氮质量分数为33.45 g/kg；土壤全磷质量分数为10.75 g/kg，幼苗全磷质量分数为0.58 g/kg；土壤全钾质量分数为1.13 g/kg，幼苗全钾质量分数为7.90 g/kg。2020年6月10日进行施肥试验，定量浇水，定时施肥。共设置两种施肥方式(平均施肥和指数施肥)，5种氮素水平：对照(CK)不施肥，指数施肥包括处理1(200 mg/株)、处理2(400 mg/株)、处理3(800 mg/株)、处理4(平均施肥400 mg/株)。自6月10日起每周施肥1次，连续7周施入，每次施肥2天后浇水，具体施肥时间及施肥量见表1，不同处理各设置36个重复。7月22日施肥结束后，测定各处理下幼苗的苗高、地径等；9月13日各处理分别随机选取10株，以全株收获取样[17]，进行生物量及生根指标测定。

表1 砂生槐的不同施氮方式的施肥量

1.2 施肥方法与施肥量

平均施肥每次施肥量Nt=NT/t。式中，Nt为第t次施肥时的施肥量，NT为总施肥量，t为施肥次数[18]。

指数施肥量的计算公式如下：Nt=NS(ert-1)-Nt-1。式中，NT表示施用氮素总量；NS表示指数施肥处理前幼苗的初始氮质量分数；Nt表示在相对增加率(r)下的第t次施肥时的施氮量；Nt-1代表t-1次施肥的施氮总量；r表示氮素相对添加率，其计算公式为NT=NS(ert-1)；t表示指数施肥次数(t=1、2、3、…、7)。施肥处理前测定砂生槐幼苗初始氮素含量=33.45 mg/株。

1.3 指标测定方法

生根指标的测定。对每个处理的苗高采用精度为1 mm的直尺测定；地径采用精度为0.01 mm的游标卡尺测定。每个处理选取5株幼苗，对带回实验室的砂生槐幼苗，苗木生物量采用精度为0.000 1 g的精密电子天平测定；用Epson perfection V700 photo扫描仪扫描叶片面积；将叶片烘干，称取干质量，计算比叶质量(叶面积/叶质量)；将地上、地下的部分分离，在80 ℃温度下烘至恒质量，统计苗木地上干物质量和地下干物质量。

生根指标的测定。每个处理选择5株幼苗，分别采集根系，将全部根系清洗干净后，用Epson perfection V700 photo根系扫描系统和Win Rhizo根系图像分析系统对各单株根系进行测定，主要包括总根长、根表面积和根体积。待全部根样扫描完成之后，将各单株根样置于80 ℃烘箱中烘至恒质量，测定各单株根样的生物量，计算比根长及根系组织密度。比根长=各单株总根长/各单株根样的地下干质量；根组织密度=各根样的生物量/根体积。

1.4 数据处理

采用Excel 2010进行数据处理，采用DPS 7.05进行方差分析，处理间各指标的显著性比较采用新复极差法(邓肯法)。

2 结果与分析

2.1 不同施氮方式及施氮量对砂生槐生长的影响

由表2可知，不同施氮方式对幼苗的生长指标影响明显。在不同施氮方式处理下，指数施肥(处理1)的苗高最高(20.83 cm)，比CK提高了36.59%，比平均施肥(处理4)提高了41.89%。指数施肥(处理1)处理的苗高与平均施肥(处理4)的苗高差异显著(P<0.05)。指数施肥处理1的地径最大(2.25 mm)，高于平均施肥处理(1.88 mm)；CK处理的地径最小(1.40 mm)。指数施肥处理的高茎比均高于平均施肥(处理4)处理，且不同施氮方式处理下的高径比差异均不显著(P>0.05)。指数施肥处理1的比叶质量最大(796.65 cm2/g)，比平均施肥(处理4)高出了28.53%，且二者差异显著(P<0.05)。指数施肥(处理1的生物量表现最好(1.14 g)且显著高于平均施肥(处理4)处理(P<0.05)。

表2 不同施氮方式及施肥量对砂生槐生长的影响

在指数施肥处理下，幼苗的苗高、地径和生物量等均随施氮量的添加呈先升高后降低的趋势。不同施氮量对幼苗的生长指标影响明显。苗高、地径作为评价苗木质量重要的指标，可通过分析其动态变化来研究不同施氮量对苗木生长的影响[19]。处理1的苗高、地径均为最大，分别为20.83 cm、2.25 mm，分别比对照提高了36.59%、60.71%。砂生槐幼苗的高径比随施氮量的增加而降低，对照(CK)处理的高径比最大(10.89)，平均施肥(处理4)处理的高径比最低(7.81)。不同施氮量处理下，平均施肥(处理4)处理的比叶质量最小(575.33 cm2/g)。处理1的幼苗的生物量最大(1.14 g)，相对CK提高了45.61%，且二者差异显著(P<0.05)。

2.2 不同施氮方式及施氮量对砂生槐生根的影响

由表1可知，砂生槐幼苗的根系生物量在不同施氮方式处理下影响显著。在不同施氮方式处理下，指数施肥(处理1)根系生物量最大(0.57 g)，比CK(0.3 g)提高了90%，且二者差异显著(P<0.05)；指数施肥处理下的根系生物量均高于平均施肥(处理4)；不同施氮量处理对砂生槐幼苗根系生物量影响显著。处理1的砂生槐幼苗根系生物量最大，处理2根系生物量有所下降，平均施肥(处理4)处理根系生物量比处理1、处理2明显下降；对照(CK)处理的根系生物量最小。

砂生槐幼苗根系总长度在不同施氮方式处理下存在差异，处理1的砂生槐幼苗的根系总长度最长(563.1 cm)，平均施肥处理下最短(306.44 cm)，且二者差异显著(P<0.05)。指数施肥处理下的根系总长度随施氮量添加先增高后降低。砂生槐幼苗根系总长度在不同施氮量处理下存在差异(P<0.05)，处理1的根系总长度最大，处理2的根系总长度较处理1略有下降，处理3明显下降。

在各施氮方式处理下幼苗的根表面积之间存在差异(P<0.05)。在不同施氮方式处理下，指数施肥处理2的根表面积最大(87.78 cm2)比CK提高了79.40%，比平均施肥高出76.12%；指数施肥处理1的根表面积与平均施肥处理下的根表面积差异显著(P<0.05)。砂生槐幼苗的根表面积在不同施氮量处理下存在差异，处理1与处理2根表面积比较大，分别为82.6、87.78 cm2，且二者之间的差异不显著。

砂生槐幼苗的根体积在不同施氮方式处理下存在差异(P<0.05)。指数施肥处理下的根体积均高于平均施肥处理。不同施氮量处理下的砂生槐幼苗根体积存在差异(P<0.05)，随着施氮量的增加砂生槐幼苗的根体积先增大后减少，处理1的根体积达到最大值(1.12 cm3)，CK处理的幼苗根体积最小。

平均施肥(处理4)处理下的比根长显著大于指数施肥(处理1、处理2、处理3)处理(P<0.05)。在不同施氮量处理下，幼苗的比根长在平均施肥(处理4)处理下达到最大值(1 368.92 cm/g)，处理1幼苗的比根长最小(920.09 cm/g)；处理2的比根长与处理3之间差异不显著。说明比根长决定了根系吸收水分和养分的能力，反映根系生理功能的重要指标[20]。

不同施氮方式处理下的根系组织密度存在差异。在不同施氮方式处理下，指数施肥(处理1)的根系组织密度最大(0.51 g/cm3)，比平均施肥提高了72.30%。砂生槐幼苗的根系组织密度在不同施氮量处理下存在差异，处理1与处理4的根系组织密度比较大，分别为0.51、0.49 g/cm3，且二者之间差异不显著；CK处理的根系组织密度略有下降(0.47 g/cm3)。处理2的根系组织密度最小，处理2的根系组织密度与处理1差异显著(P<0.05)。

表3 不同施氮方式及施氮量对砂生槐生根的影响

3 结论与讨论

氮素是苗木生长所必需的矿质元素，适量的施用可以促进苗木生长，过量施用则会导致污染。Timmer et al.[21]研究表明，相对于平均施肥，指数施肥培育的苗木质量更高，同时也避免了因肥料施用过多而引起的污染[22-24]，指数施肥广泛应用于以杉科和松科为主的欧美造林树种[25-26]。本研究表明，指数施肥处理下促进了砂生槐幼苗的生长，但不同处理间地径差异不显著。刘欢等[27]研究认为指数施肥能显著增加杉木地径，但宋曰钦等[28]认为指数施肥对青冈栎的苗木地径影响不显著，研究结果不同的主要原因是苗木类型和施肥量的不同；郝龙飞等[29]研究结果表明，指数施肥与平均施肥相比，能更有效地促进幼苗生物量积累、提高其体内养分承载和养分利用效率。本研究结果发现生物量在指数施肥(400、800 mg/株)处理下与平均施肥(400 mg/株)处理没有显著差异，但生物量在指数施肥(200 mg/株)处理下与平均施肥(400 mg/株)处理差异显著。导致这种现象的主要原因是基质的种类、研究条件等的不同。苗木高径比是反映苗木抗性和造林成活率重要的指标，当苗高达到要求的情况下，高径比越小越好[30]。砂生槐幼苗的高茎比虽然在不同的施氮方式下并没有显著影响，但平均施肥(400 mg/株)下的高径比最小。在本研究中，砂生槐幼苗的苗高、地径及生物量等均随施氮量的增加呈先增后减的趋势，在指数施肥(200 mg/株)处理下达到最大值；当指数施肥施氮量增至(800 mg/株)时，幼苗的苗高、地径及生物量等均下降，这与王益明等[31]对美国山核桃幼苗的研究结果相似。当养分未超过幼苗的承受范围时，增加施氮量能够提高光合能力，碳同化物运向根部，促进地下部分的生长，同时也增加了根系吸收养分的能力，从而促进幼苗更好的生长；当施氮量超过幼苗的最佳需氮量时，会降低根部汲取水分和营养的能力，从而抑制幼苗的生长。平均施肥(400 mg/株)处理下的砂生槐幼苗的地径和生物量均高于CK，但苗高、比叶质量均低于CK，且在指数施肥(200 mg/株)时表现最好，说明平均施肥(400 mg/株)施氮量过高，指数施氮是与植物生长更匹配的施肥方式。

苗木根系是否发达，直接影响着苗木移栽造林的效果[32]。在西藏荒漠化治理及高寒、干旱等困难立地的植被恢复过程中，对苗木质量的要求较高。氮素是对植物生长影响最大的矿质元素，根系与氮素之间的反应是一个复杂的过程，表现为形态和生理等方面的变化[33]。幼苗对养分的吸收效率与根系的生长和形态密切相关，与传统施肥相比，指数施肥更有利于培育健康完整的根系。植物根系形态对基质中养分的变化非常敏感，施肥能够促进根系总根长增长和分枝数的增加[34]。本试验中，经过指数施肥的处理，砂生槐根系形态发生了很大的变化，低氮(200 mg/株)处理的根系生物量、总长度、体积和组织密度均有促进作用，这与王益明等[35]对美国山核桃幼苗的研究结果相似，即适量的氮素对根系发育和形态建成有促进作用。中高氮(400、800 mg/株)处理下，根系的生物量、总长度、体积和组织密度受到不同程度的抑制，原因在指数施肥处理下，氮素施入过量超过了幼苗养分的需求量，对根系造成了养分毒害，抑制砂生槐幼苗根系的生长。砂生槐幼苗在平均施肥(400 mg/株)处理下的比根长较大，而在指数施肥(200 mg/株)处理下较小，且二者差异显著(P<0.05)，原因是由于当施氮量超过苗木最适需肥量时，不利于砂生槐幼苗根系正常的生长，幼苗通过增加比根长更有效地吸收土壤中的养分和水分。

综上所述，砂生槐幼苗在不同施氮方式及施氮量下生长发育和生根表现不同。指数施肥对砂生槐幼苗的苗高、地径及表面积等均有促进作用；砂生槐幼苗相对施氮量为200 mg/株时，砂生槐幼苗的苗高、地径、总根长、根体积和根组织密度等指标均达到最大值，对砂生槐幼苗的生长及生根具有明显的促进作用。