配方施肥对长柄水青冈容器苗生长及叶片元素质量分数的影响1)

李洪忠 王德炉

(贵州大学,贵阳,550025)

In order to reveal the effect of formula fertilization on the growth and physiology of Fagus longipetiolata Seem., the optimal fertilization formula for the growth of F. longipetiolata and the physiological quality of the seedlings was explored. Peat, loess soil and vermiculite were used as matrix raw materials. By using an orthogonal experimental design with three factors and four levels of nitrogen, phosphorus and potassium, different ratios of fertilizers were applied in different containers to measure the morphological indicators (e.g., seedling height, ground diameter, main root length, diameter-to-height ratio, and number of branches) of seedlings under different fertilization conditions and the contents of N, P and K in leaves to determine the best formula for fertilization for Shuiqinggang seedlings. The average contents of N, P, and K elements in the leaves of the fertilization treatment increased by 49.4%, 158.6%, and 65.3% compared with the control. By the orthogonal test range analysis, the best fertilization combination was single plant The nitrogen, phosphorus, and potassium mass fractions of fertilization are 1.2, 1.2, 2.4 or 2.4, 2.4, 2.4, respectively. Comprehensive of all indicators, the optimal formula fertilization combination obtained in the experiment is the fertilization N, P, and K, and whose contents are all 1.2 g/plant.

容器育苗是现阶段世界各国广泛应用的优质幼苗生产技术之一，可有效保证幼苗质量和供应。容器育苗是将配制好的营养土或基质装入合适容器进行育苗的技术手段。较传统裸根苗而言，容器育苗主要有培育效率高、不易受外界环境影响、幼苗规格质量可控、易进行机械化管理以及能够减少季节对造林限制的优点，并且通过容器育苗的造林过程无缓苗期[1-3]。通过容器育苗探究适合幼苗生长的最优条件(基质、光照、水分、营养)是林木育苗最普遍的手段[4-6]。已有研究表明，合理配比施肥能保证幼苗生长的养分供应、增加植物蛋白质质量分数、促进根系发育以及有效提高植物叶片叶绿素质量分数，可显著提高幼苗的生长速度和质量[7-8]。除此之外，施肥还可以有效提高其抗病虫害、抗寒、抗旱和抗倒伏的能力，促使根部发达，根系有效吸收面积扩大[9-11]，有效增加幼苗的成活率[12-13]。因此，施肥配方对幼苗生长至关重要，直接决定幼苗的存活率、质量和等级。

长柄水青冈(FaguslongipetiolataSeem.)又名长柄山毛榉，属壳斗科(Fagaceae)水青冈属(FagusL)，落叶乔木，是良好的用材树种。其种子含油量高、壳斗可入药，是良好的油漆原料。水青冈属植物是北温带森林的重要建群种之一，具有重要的经济价值[14-18]，其幼苗生长对森林发育、更新和演替具有一定的意义，在研究植物系统演化和植物地理学中具有重要的地位，是植物生态学家和植物系统学家们长期关注的对象。国内外对长柄水青冈的研究主要有木材的研究与利用[15]、起源分布、更新、群落结构和遗传多样性[19-21]，刘映良等[22-23]研究了水青冈种子与微生境之间的关系，此外，贾丽娟等[24]还研究了长柄水青冈种子的萌发。而关于施肥配方对水青冈幼苗的生长还需进一步探究。

叶片是树体生长发育所需养分的重要来源[25]，对于营养反应也是最为敏感和显著的，其营养元素质量分数的动态变化可直接反映出土壤和植物体养分的丰缺状况[26]，并且可以反映出植物代谢的过程和揭示植物营养元素的吸收、积累状况。植物体内有机物质的转化与氮、磷两种元素有着密不可分的联系。在实际生产过程中常把氮、磷混合配比施用，因氮能促进植物对磷的吸收，其增产效果远远超过单元素施肥的效果。全营养施肥处理的叶片内N、P、K质量分数要高于施单元素肥的叶片，是施单元素肥的1.45～4.34倍[27]。而目前缺乏不同施肥配方对水青冈叶片元素质量分数影响的研究。因此，本试验通过不同肥料用量配比对长柄水青冈幼苗的生长及叶片相关元素质量分数进行了研究，旨在揭示长柄水青冈幼苗生长规律及叶片元素质量分数在不同施肥处理下的变化规律和需求范围，为长柄水青冈人工育苗、森林营造提供科学依据和技术支撑。

1 试验地区自然概况

试验在贵州大学林学院实验苗圃进行，地处黔中地区，东经104°34′、北纬26°34′，海拔高度1 159 m，系中亚热带湿润温和型气候，年均气温15.8 ℃，绝对最高气温39.5 ℃，最低气温-9.5 ℃，日均温≥10 ℃的年活动积温为4 637.5 ℃，年平均降水量1 229 mm，年均相对湿度79%，太阳辐射总量为3 567 MJ/m2，年生长期271 d。

2 研究方法

试验材料：施肥试验幼苗为2年生水青冈实生苗，种子采摘自贵州省黔东南州雷山县雷公山自然保护区。幼苗生长健壮，规格基本一致，苗高均值为38.8 cm，地径均值为5.50 mm。施肥试验育苗容器为上口直径约23 cm、底部直径15 cm、高17 cm带托盘的塑料花盆。栽培基质为V(泥炭土)∶V(黄心土)∶V(蛭石)=1∶1∶1，每盆栽1株。基质容重为0.445 g/cm3、总孔隙度为64.90%、饱和含水量为14.70%、有机质质量分数为162.52 g/kg，水解氮质量分数为180.62 g/kg、速效钾质量分数为235.73 g/kg、有效磷质量分数为144.07 g/kg、pH为6.53。施肥试验所使用的肥料为：氮肥(尿素含氮质量分数46.2%)、磷肥(钙镁磷肥含P2O5质量分数16%)、钾肥(硫酸钾含氧化钾质量分数51%)。幼苗移栽于2019年1月25—28日。

试验设计：根据青冈栎(Cyclobalanopsisglauca(Thunb.) Oerst.)和赤皮青冈(Cyclobalanopsisgilva(Blume) Oerst)等多种同科和生长习性相近的阔叶树种容器苗的施肥量设计施肥配方，按照正交试验设计L16(43)方案考察3因素4水平施肥方案对水青冈容器苗生长及叶片元素质量分数的影响(表1)，试验编号为F1～F16，以不施肥为对照(CK)，共计17个处理，每处理3个重复，每个重复10株苗。幼苗共计2次施肥，分别在移栽时加入部分底肥，然后在2019年3月16日进行第2次施肥。

表1 正交试验时施肥量的梯度设计

测定指标与方法：2019年3月开始，每个月的5号和20号定期测量苗高、地径、主根长和分枝数。苗高测量，从植株苗干基部土痕处到顶芽的直线距离，读数精确到0.1 cm；地径测量，用游标卡尺测量苗干基部土痕处的粗度，如测量的部位出现膨大或不圆，则测量其上部苗干起始正常处，读数精确到0.01 mm；高径比，用苗高/地径计算得出；主根长，指幼苗主根长度，直接用直尺测量，读数精确到0.1 cm；分枝数，指幼苗的一级分枝总数。9月上旬开始测定叶片营养元素质量分数，植物全氮质量分数用扩散法测定；全磷质量分数，消煮液+钼锑抗比色法测定；全钾质量分数，消煮液+火焰光度法测定。

数据处理：测量数据根据随机区组试验结果统计分析方法，用Excel和SPSS 20.0等软件进行相关性分析、多因素正交设计方法分析。

3 结果与分析

3.1 配方施肥对幼苗形态指标的影响

表2为不同配方施肥对长柄水青冈幼苗形态指标的影响，水青冈幼苗的平均苗高为44.6～56.1 cm，F2处理下苗高最佳(56.1 cm)，F4和F16处理苗高最矮(44.6 cm)，最大差为11.5 cm，这表明过度使用N、P、K会抑制水青冈幼苗的苗高。根据极差分析结果(表3)，比较各因素不同水平之间苗高均值，幼苗高生长的理论最佳施肥组合为氮肥2.4 g/株、磷肥1.2 g/株、钾肥2.4 g/株。从表3可知：氮肥施用量对苗高的影响显著(P<0.05)，磷肥施用量和钾肥施用量对苗高影响不显著。对长柄水青冈幼苗苗高影响最大的是氮肥、磷肥次之，第三是钾肥。对于氮肥的施用质量1、2水平处理与4水平处理苗高有显著差异(P<0.05)，其他均无显著差异；对于磷肥的施用质量1、2、3水平均和4水平处理苗高有显著差异(P<0.05)，其他均无显著差异；对于钾肥的施用质量2水平处理和1、3、4水平处理苗高有显著差异(P<0.05)，其他均无显著差异。

表2 L16(43)正交试验施肥下长柄水青冈幼苗形态指标

水青冈幼苗的平均地径为5.49～7.05 mm。在F1处理下，幼苗地径最大(7.05 mm)，而在F16处理下，幼苗地径仅为5.49 mm，地径最大差为1.56 mm。通过各处理与CK组对比，可以发现施用氮、磷、钾肥均有助于幼苗地径的生长发育，但过量施用氮、磷、钾肥不利于水青冈幼苗地径的生长。根据极差分析结果(表3)，比较各因素不同水平之间地径均值，幼苗地径生长的理论最佳施肥组合为氮肥1.2 g/株、磷肥3.6 g/株、钾肥2.4 g/株。由表3可知：氮肥施用量对幼苗地径的生长影响显著(P<0.05)，磷肥施用量和钾肥施用量对地径生长影响不显著。氮肥施用量1、2水平与3、4水平处理存在着显著性差异(P<0.05)，1水平与2水平、3水平与4水平之间无显著性差异；磷肥和钾肥的施用量4个水平处理之间均无显著性差异。

主根长在控制起苗的宽度上有着重要的意义。从表2可知，F4处理的主根是生长最好的，其长度达到了13.8 cm，主根长表现较差的是F1处理，为7.6 cm。根据极差分析结果(表3)，对长柄水青冈幼苗的主根长有促进作用的最优施肥配比为氮肥3.6 g/株、磷肥4.8 g/株、钾肥4.8 g/株。这3个因素对主根长影响从大到小依次为钾肥、磷肥、氮肥。从表3可知：氮肥施用量、磷肥施用量、钾肥施用量对主根长的影响均不显著。

分枝数最多的是F6处理，有4.3条，F16处理的分枝数是最少的，为2.3条，3个因素对分枝数影响从大到小依次为磷肥、钾肥、氮肥(表3)。从表3可知，磷肥施用量对分枝数的影响显著(P<0.05)，钾肥和氮肥施用量对分枝数的影响均不显著。通过对磷肥各施肥水平比较得知，2水平和4水平之间存在显著差异(P<0.05)，磷肥施用量为2水平的分枝数是最多的，达到了4.1条，对氮肥、钾肥不同施肥水平之间的比较得知，氮肥施用量为2水平的分枝数最多、钾肥施用量为4水平的分枝数最多。因此，对长柄水青冈幼苗的分枝数促进作用的最优施肥配为氮肥2.4 g/株、磷肥2.4 g/株、钾肥4.8 g/株。

表3 L16(43)正交试验施肥时长柄水青冈幼苗形态指标极差分析结果

高径比反映了幼苗高度和粗度之间的关系，同时也是反映幼苗抗性及造林成活率的指标。一般高径比越大，说明幼苗越细越高，抗性弱，造林成活率低。相反，高径比越小，幼苗则越矮越粗，抗性强，造林成活率高。F8处理的高径比最大，为88.7，高径比最小的是F5处理，为71.5。对各因素的比较可知，对高径比的影响从大到小依次为氮肥、磷肥、钾肥(表3)。从表3可知，氮、磷、钾肥施用量对高径比的影响差异均不显著。通过对氮肥、磷肥、钾肥不同施肥水平之间的比较得知，氮肥单株施用量为3.6 g的高径比最小、磷肥和钾肥单株施用量为1.2和2.4 g的高径比最佳，最优施肥配比为氮肥3.6 g/株、磷肥1.2 g/株、钾肥2.4 g/株。

3.2 配方施肥对幼苗叶片营养元素质量分数的影响

表4为不同配方施肥对水青冈幼苗叶片元素质量分数的影响。不同的肥料组合效果有所差异，配方施肥显著提高了长柄水青冈叶片氮元素质量分数(P<0.05)，施肥处理平均比CK的叶片全氮质量分数高出49.4%。其中F9处理叶片全氮质量分数最高，为21.352 mg/g，较CK处理高出了95.2%。最低的为F16处理，全氮质量分数为12.345 mg/g，也比CK处理高出了12.9%。从表5可知，施氮肥质量对幼苗叶片全氮质量分数的影响最大，其次是施钾肥质量，施磷肥质量的影响最小，但氮、磷、钾各水平间不存在显著性差异。但从叶片全氮质量分数的平均值来看，各施肥水平中，氮肥1水平最好，磷肥2水平最好，钾肥3水平最好，也就是单株最佳施肥配比为氮肥1.2 g、磷肥2.4 g、钾肥3.6 g。

表4 L16(43)正交试验施肥时长柄水青冈幼苗叶片元素质量分数

由表4可知，不同的肥料组合处理下，叶片的全磷质量分数不同。在16组不同肥料组合中，叶片全磷质量分数最高的为F15处理，质量分数高达1.399 mg/g；全磷质量分数较低的是F7处理，为0.527 mg/g，也较CK组高出62.7%。从表5可知，氮肥对叶片全磷质量分数的影响最大、钾肥次之、第三是磷肥。从叶片全磷质量分数的平均值来看，各施肥水平中，氮肥4水平最高，磷肥1水平最高，钾肥2水平最高，可以得出氮、磷、钾肥的最佳施肥配比为氮磷钾肥单株施用质量分别为4.8、1.2、2.4 g。氮肥施用质量对幼苗叶片全磷质量分数影响极显著(P<0.01)，钾肥施用质量对幼苗叶片全磷质量分数影响显著(P<0.05)，而磷肥的施用质量对幼苗叶片全磷质量分数的影响不显著。所有处理的叶片全磷质量分数均显著高于CK组，且磷肥施肥水平为1时，叶片全磷质量分数最高，说明长柄水青冈幼苗对磷肥的需求量较低。

长柄水青冈叶片平均全钾质量分数为8.021～11.651 mg/g，其中F14处理叶片全钾质量分数最高，为11.651 mg/g，F7处理最低，为8.021 mg/g，但较CK组仍高出34.8%，叶片全钾质量分数的最大差值为3.63 mg/g。从表5可知，氮肥对叶片全钾质量分数的影响最大，其次是钾肥，第三是磷肥。通过正交方差分析可知，氮肥和钾肥的不同施肥量均对长柄水青冈叶片全钾质量分数有极显著影响(P<0.01)，不同施肥量的磷肥对幼苗叶片全钾质量分数的影响不显著。使幼苗叶片全钾质量分数最高的理论最优施肥组合为氮磷钾肥单株施用质量分别为4.8、2.4、3.6 g。

表5 L16(43)正交试验施肥下长柄水青冈幼苗叶片元素质量分数极差分析结果

4 结论与讨论

配方施肥对长柄水青冈幼苗生长有较大的影响，氮肥、磷肥、钾肥对长柄水青冈苗高的影响，从大到小依次为氮肥、磷肥、钾肥；氮肥、磷肥、钾肥对长柄水青冈叶片元素质量分数的影响，从大到小依次为氮肥、钾肥、磷肥。施肥处理叶片氮、磷、钾元素的平均质量分数与对照组相比分别提高了49.4%、158.6%、65.3%。研究得到的对长柄水青冈生长促进效果最好的配方施肥配比组合为氮肥1.2 g/株、磷肥1.2 g/株、钾肥2.4 g/株；氮肥2.4 g/株、磷肥2.4 g/株、钾肥2.4 g/株；即单株施氮元素、P2O5、K2O质量分别为1.2、1.2、2.4 g，或者氮元素、P2O5、K2O质量均为2.4 g。由于钾肥的施肥水平中1水平和2水平处理之间的长柄水青冈的形态指标和叶片营养元素质量分数的差异不显著，综合考虑长柄水青冈的生长状况和施肥的经济成本，经济效益最佳的配方施肥组合为单株施用氮元素、P2O5、K2O质量均为1.2 g。

本研究通过设置不同的氮、磷、钾肥的配比组合，运用正交试验设计对长柄水青冈进行配方施肥研究。结果表明，配方施肥对长柄水青冈幼苗生长有较大的影响。不同的氮、磷、钾配比施肥处理对其生长有较为显著的影响，合理的施肥能够很好地促进幼苗生长和叶片营养元素质量分数的提高。氮肥、磷肥、钾肥对长柄水青冈苗高的影响，从大到小依次为氮肥、磷肥、钾肥；对叶片元素质量分数的影响，从大到小依次为氮肥、钾肥、磷肥。本试验的叶片中全氮质量分数高于全钾和全磷的质量分数，其中全磷质量分数最低。适量施用氮、磷、钾肥均对幼苗生长有促进作用，随着施用量的增加，幼苗生长的各项指标和叶片元素质量分数均受不同程度的抑制作用，说明施肥并不遵循“施肥质量越大，幼苗质量越高”的规律，相反的是遵循“适需”的原则[28]。钾肥的单株施用量对于苗高、地径均没有显著性影响，主要原因是由于基质对钾具有较好的固定作用和钾元素具有较强的流动性，基质中水溶态钾质量分数较少，此外植物细胞的液泡可以储存大量的钾。

在试验中，配方施肥处理的叶片全氮、全磷、全钾质量分数均显著高于CK组，合理的配方施肥显著性的提高长柄水青冈叶片全氮、全磷、全钾的质量分数，可以保证幼苗生长对氮、磷、钾的需求。在研究中，配方施肥中磷肥对于叶片全磷质量分数没有显著性影响，且在4个水平单株施肥质量之下的全磷质量分数相差不大，这是受到基质中磷元素质量分数丰富和磷肥最低施肥量较大的共同作用。配方施肥后，叶片全氮质量分数为12.345～21.352 mg/g，全磷质量分数为0.527～1.399 mg/g，全钾质量分数为8.021～11.651 mg/g，可以满足幼苗生长需求[29]。