油松容器苗和裸根苗生长与造林效果对秋季施肥的响应

叶可可，李庆梅，祝 燕*，闫晶晶，张子晗，冯 赛，杨晓辉

(1.中国林业科学研究院林业研究所，国家林业和草原局林木培育重点实验室，林木遗传育种国家重点实验室，北京 100091；2.河北省平泉市黄土梁子镇人民政府，河北 承德 067506)

苗圃施肥是一项公认的提升苗木品质的培育措施。现有苗圃施肥多在苗木生长旺盛的春夏两季进行，在木质化阶段通常减少或停止水肥供应以促进苗木木质化发育。处于木质化阶段的苗木，虽高生长基本停止，但根系仍继续生长，地径和根系生物量不断增加，此阶段施肥的减少可能造成苗木体内养分浓度的降低[1-2]。为避免木质化阶段苗木养分浓度的稀释，人们开始尝试在苗木顶芽形成后继续施肥以补充养分，即秋季施肥。秋季施肥理论在国外应用较为广泛，已在黑云杉(Piceamaria-na)[3]、冬青栎(Quercusilex)[4]、脂松(Pinusresinosa)[5]和地中海松(Pinushalepensis)[6]等多个常绿树种中应用。近年来，国内也进行了秋季施肥的研究，如刘勇等[7]研究发现秋季施肥可显著提高毛白杨(Populustomentosa)的抗寒性；Li等[8]研究发现秋季施氮肥可促进长白落叶松(Larixolgensis)根氮含量积累；杨阳等[9]研究发现秋季施肥后的紫椴(Tiliaamurensis)苗木造林成活率和生长表现更好。

油松(Pinustabuliformis)为松科松属常绿针叶树种，分布范围广，在松属植物中，其分布范围仅次于马尾松(P.massoniana)[10]，是我国北方针叶林中主要建群种[11]。油松根系发达、耐贫瘠、适应性强，具有水土保持、水源涵养、防风固沙等重要生态功能[12-13]，是我国北方地区人工造林的主要树种之一。近年来，针对1年生油松温室容器育苗进行的秋季施肥研究显示，秋季施肥能够提高油松容器苗养分积累、造林效果和抗寒性等[14-16]。我国北方地区油松以露天大田育苗为主，且多采用2年生移植容器苗进行雨季造林，1年生苗木因体型较小、造林效果不佳等原因应用较少。因此秋季施肥对温室环境下1年生油松容器苗苗木质量及造林效果的促进效应是否同样适用于大田苗，其能否提高大田环境下1年生油松苗木质量及造林效果，进而促进1年生苗木的提早出圃造林值得探索。

本试验以油松大田播种容器苗和裸根苗为对象，研究秋季施肥对这两种类型油松苗木形态生长、养分积累及造林效果的影响，为生产上培育油松良种壮苗提供理论基础和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料及处理

1.1.1 试验地概况

试验地位于河北省平泉市七沟林场国家油松良种基地苗圃(118°45′E，40°99′N)，属温带大陆性季风气候，冬、春两季干燥少雨，海拔550 m左右。该地区年平均气温为7.7 ℃，最冷月1月平均气温-10.3 ℃，最热月7月平均气温23.0 ℃，年降水量515.4 mm，主要集中在7—8月，全年无霜期115～150 d。

1.1.2 试验材料

供试油松种子于2018年10月采自河北省平泉市七沟林场种子园，种子千粒质量为42.20 g，放置在0～5 ℃低温库保存。2019年5月上旬进行播种，种子播前用质量分数0.5% KMnO4溶液浸泡2 h，捞出后用清水冲洗干净，再用敌克松粉末拌种备用。露天条件下培育两种试验苗木类型：①容器苗。容器育苗选用上口径10 cm×高12 cm的黑色塑料容器，供试土壤为苗圃表层土，每容器播种3～5粒。2019年6月底出苗稳定后，容器苗间苗至每容器保留健壮苗1株，共育苗360株。②裸根苗。采用低床育苗，苗床长7 m、宽1.2 m。均匀撒播种子，播种完成后覆土1 cm左右。裸根苗随机挑选3个苗床，每苗床上随机划分4块试验小区，每小区定株数量为100株，面积约为0.24 m2，试验小区间隔1 m。裸根苗育苗试验地0～45 cm土壤和容器苗育苗土壤理化性质见表1。

表1 裸根苗和容器苗土壤理化性质Table 1 Soil physical and chemical properties of bare root seedlings and container seedlings

1.1.3 常规施肥

1.2 试验设计

1.2.1 苗圃施肥试验

苗圃施肥试验采用双因素随机区组设计。因素1为苗木类型，设置容器苗、裸根苗2种苗木类型；因素2为秋季施肥，设置4个水平，分别为0(对照)、12、24、36 mg/株 (以施N量计算)。试验共8个处理，每处理设置3个重复，容器苗每重复30株，共计360株，裸根苗每重复100株，共计1 200株。于2019年10月底(90%以上苗木已形成顶芽)进行秋季施肥，分3次等量施入，每两次间隔期为7 d，分别于2019年10月30日、11月6日、11月13日进行。使用肥料及施用方法与前期常规施肥一致。秋季施肥后至翌年雨季造林前不进行额外的施肥管理，根据天气状况及土壤干湿程度进行人工浇水。

1.2.2 模拟造林试验

2020年7月底，将容器苗和裸根苗不同秋季施肥水平的苗木进行雨季模拟造林试验，容器苗带土坨造林，裸根苗起苗用泥浆浆根后造林，每处理每重复造林苗木10株，3次重复。株行距40 cm×40 cm。造林定植后立即浇透水。后期根据墒情浇水，并及时进行人工除草。造林地为苗圃附近荒地，0～45 cm土壤中有机质含量为11.24 g/kg，碱解氮含量为12.55 mg/kg，有效磷含量为4.97 mg/kg，速效钾含量为48.93 mg/kg，pH为8.11。

1.3 取样与指标测定

1.3.1 苗期指标

1)苗高、地径。2020年7月底，起苗造林前进行苗高、地径的测量。每处理每重复随机选取15株苗木，用钢卷尺测量苗高(精度0.1 cm)，用电子游标卡尺测量地径(精度0.01 mm)。

2)生物量。2020年7月底，起苗造林时进行生物量的测定。每处理每重复选取3株具代表性苗木进行整株收获，带回实验室，用清水洗涤干净后，分别剪下根、茎、叶，装入信封，于68 ℃的烘箱内烘72 h至质量恒定后，取出称质量(精度0.001 g)，得到根、茎、叶各器官生物量。根冠比由式(1)计算得到。

根冠比=根生物量/(茎生物量+叶生物量)。

(1)

3)养分含量。将称取质量后的植物烘干样粉碎，过孔径0.25 mm筛，采用硫酸-过氧化氢法消煮，得到的消煮液用于测定植物氮、磷、钾浓度。采用凯氏定氮法测定氮元素浓度，钼锑抗比色法测定磷元素浓度，火焰光度法测定钾元素浓度。养分浓度乘以相应生物量得各部分养分含量。

1.3.2 模拟造林试验指标

1)造林成活率。2020年11月初(T1)和2021年5月初(T2)，分别调查造林苗成活株数，造林成活率由式(2)计算得到。

成活率=成活株数/造林总株数×100%。

(2)

2)苗高、地径相对生长量。2020年7月底造林完成后测得初始苗高(H0)、地径(D0)，2020年11月初测得造林当年苗高(H1)、地径(D1)，2021年5月初测得造林等2年春季苗高(H2)、地径(D2)。造林当年和造林第2年春季苗高、地径相对生长量由式(3)—(6)计算得到。

造林当年苗高相对生长量=(H1-H0)/H0×100%；

(3)

造林当年地径相对生长量=(D1-D0)/D0×100%；

(4)

造林第2年春季苗高相对生长量=(H2-H0)/H0×100%；

(5)

造林第2年春季地径相对生长量=(D2-D0)/D0×100%。

(6)

1.4 数据分析

采用Excel 2007对数据进行记录和整理，采用SSPS 22.0对数据进行方差分析和Duncan多重比较，并进行Pearson相关性分析。

2 结果与分析

2.1 秋季施肥对不同苗型油松苗高和地径的影响

考察秋季施肥对不同苗型油松苗高和地径的影响，结果见表2。

表2 秋季施肥对油松容器苗和裸根苗苗高、地径的影响Table 2 Effects of fall fertilization on height and root-coller diameter of P. tabuliformis container seedlings and bareroot seedlings

由表2可知，油松容器苗苗高受秋季施肥影响差异显著。随秋季施肥量的增加，容器苗苗高呈先增后减趋势，在24 mg/株施肥处理下达最大值，36 mg/株施肥处理对容器苗苗高有显著抑制作用，其苗高比对照、12、24 mg/株施肥处理分别降低了22.0%、24.4%和31.8%。油松裸根苗苗高受秋季施肥影响不显著，整体上随施肥量增加而增加。容器苗和裸根苗的地径受秋季施肥影响不显著，但均在24 mg/株施肥处理下最大。

2.2 秋季施肥对不同苗型油松生物量积累及分配的影响

考察秋季施肥对不同苗型油松生物量积累的影响，结果见图1。由图1可知，油松容器苗根、茎、叶及整株生物量在24 mg/株施肥处理下最大，分别为0.55、0.35、1.00和1.90 g，比对照分别提高了52.8%、29.6%、40.8%和41.8%，与对照差异显著；而36 mg/株施肥处理对容器苗生物量积累有抑制作用，茎、叶及整株生物量均显著低于对照。油松裸根苗根、茎、叶及整株生物量受秋季施肥影响差异不显著，但在24 mg/株施肥处理下较高。

不同小写字母表示相同器官不同处理间差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示整株不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments for the same organ (P<0.05),and different capital letters indicate significant differences of the entire plant among different treatments (P<0.05).The same below.图1 秋季施肥对油松容器苗(R)和裸根苗(L) 生物量的影响Fig.1 Effects of fall fertilization on biomass of P. tabuliformis container seedlings (R) and bareroot seedlings (L)

考察秋季施肥对不同苗型油松根冠比的影响，结果见图2。由图2可知，油松容器苗根冠比随施肥量增加而增加，在36 mg/株施肥处理下最大，显著高于对照、12、24 mg/株施肥处理，分别高出55.6%、69.7%和36.6%，说明高剂量的秋季施肥下，容器苗可将更多光合产物分配给根系，导致根冠比增大。油松裸根苗根冠比受施肥影响差异不显著。

2.3 秋季施肥对不同苗型油松养分含量的影响

考察秋季施肥对不同苗型油松养分含量的影响，结果见图3。由图3可知,随着秋季施肥量的增加，油松容器苗各器官及整株氮、磷、钾含量呈先上升后下降趋势，在24 mg/株施肥处理下达最大值。与对照相比，24 mg/株施肥处理显著提高了容器苗整株氮、磷、钾含量，分别提高了31.4%、65.6%和48.8%，容器苗各器官氮、磷、钾含量，除茎氮、叶氮、茎钾含量外，均与对照差异显著。

图3 秋季施肥对油松容器苗(R)和裸根苗(L)养分含量的影响Fig.3 Effects of fall fertilization on nutrient content of P. tabuliformis container seedlings(R) and bareroot seedlings(L)

36 mg/株施肥处理下的容器苗整株氮、磷含量显著低于对照，较对照分别降低了23.9%和26.8%，茎、叶器官中的氮、磷、钾含量均显著低于对照。油松裸根苗体内氮、钾含量受秋季施肥影响不显著，根磷、茎磷含量在24 mg/株施肥处理下最大，与对照差异不显著，但根磷含量显著高于36 mg/株施肥处理，提高了48.8%，茎磷含量显著高于12 mg/株施肥处理，提高了83.3%。油松容器苗各器官的氮含量从大到小排序为根、叶、茎，裸根苗各器官的氮含量从大到小排序为叶、根、茎。磷、钾含量在容器苗和裸根苗各器官从大到小排序均为叶、根、茎。

2.4 秋季施肥对不同苗型油松造林效果的影响

考察秋季施肥对不同苗型油松造林效果的影响，结果见表3。由表3可知,造林当年成活率受苗木类型影响不显著，经过1个冬季和春季的生长，油松容器苗和裸根苗造林成活率均有不同程度的下降，但容器苗下降幅度(6.3%)小于裸根苗(20.8%)，故造林第2年春季容器苗造林成活率较裸根苗显著提高了24.91%。整体来看，油松造林成活率随秋季施肥量增加呈先上升后下降趋势，在24 mg/株施肥处理下最高。容器苗造林当年和第2年春季的苗高、地径相对生长量均显著高于裸根苗，分别高出117.3%、140.3%和49.1%、34.7%。油松造林第2年春季苗高相对生长量受秋季施肥影响显著，随施肥量的增加，苗高相对生长量呈先上升后下降趋势，在12、24 mg/株施肥处理下较高，显著高于36 mg/株施肥处理，分别提高了63.6%和62.1%。

表3 苗木类型、秋季施肥及其交互效应对油松造林效果的影响Table 3 The impact of seedling types,fall fertilization and their interaction on the afforestation performance of P. tabuliformis

2.5 造林效果与苗木性状的相关性

对造林效果与苗木性状的相关性进行分析，结果见表4。由表4可知,根生物量与造林当年成活率、造林第2年春季成活率、苗高相对生长量、地径相对生长量呈显著正相关，可见根生物量与造林效果的关系较茎叶生物量更为密切。根冠比与造林第2年春季造林成活率和苗高相对生长量呈显著正相关。根氮、根磷含量与造林成活率和造林第2年春季苗高相对生长量呈显著正相关。茎磷含量与造林当年成活率和造林苗高相对生长量呈显著正相关。根钾含量与造林成活率、地径相对生长量和第2年春季苗高相对生长量呈显著正相关。总体来看，油松造林效果与造林苗木初始根生物量、根冠比、根氮、根磷、根钾、茎磷含量间相关性显著。

表4 造林效果与苗木性状的相关性分析Table 4 Correlation analysis between afforestation effect and seedling character

3 讨 论

3.1 秋季施肥促进了油松容器苗生物量和养分积累

秋季施肥是在苗木顶芽形成后进行的，对苗高、地径的调控效果呈现多样化。本研究中，油松容器苗和裸根苗苗高、地径在中低剂量秋季施肥处理下与对照差异不显著。这与对冬青栎[17]、华北落叶松(L.gmeliniivar.principis-rupprechtii)[18]、火炬松(P.taeda)[19]等的研究结果一致。而Li等[8]对长白落叶松进行秋季施肥试验发现其苗高、地径均显著增加。Islam等[5]发现脂松苗高受秋季施肥影响显著而地径影响不显著。秋季施肥对苗木苗高、地径影响的差异表现可能与树种有关，也可能与秋季施肥次数、时间有关[20]。

植物生物量及其分配比例可以反映植物对环境的适应策略，在外界环境发生变化时，植物通过改变自身的生长方式和体内资源分配比例来适应环境，以维持生命的延续[21]。Liao等[22]研究发现，适量施肥能够促进幼苗生物量累积，而过量施肥对幼苗生物量积累有抑制作用。本研究中，随着秋季施肥量的增加，油松容器苗生物量积累呈先上升后下降趋势，24 mg/株施肥处理显著提高了容器苗生物量的积累；而36 mg/株施肥处理下容器苗茎、叶及整株生物量有明显下降，但在该处理下观察到最大的根冠比，说明高剂量的秋季施肥虽然会降低容器苗生物量积累，但会提高光合产物向根系分配的比例，可能是因为过量施肥导致容器中土壤溶液营养元素质量分数过高，产生胁迫效应，损害了苗高生长、生物量积累[23]，同时苗木为吸收更多水分，优先将光合产物分配给根系，促进了根的生长，导致根冠比提高。

植苗造林初期，苗木体内养分含量对造林成活以及后期生长意义重大，新造林苗木的新根生长缓慢，很难从土壤环境中迅速获取养分，初期存活生长主要依赖于体内贮存养分的再利用，因此，通过苗圃施肥提高出圃苗木养分积累，对苗木造林表现具有积极作用。本研究中，油松容器苗根、茎、叶及整株养分含量随秋季施肥量增加呈先上升后下降趋势，24 mg/株秋季施肥处理的容器苗器官及整株氮、磷、钾含量均较高，36 mg/株秋季施肥处理的各器官及整株氮、磷、钾含量出现不同程度的下降。这说明适量秋季施肥促进了油松容器苗养分积累，当施肥量超过适宜范围后，会对苗木养分积累产生不利影响，这在闽楠(Phoebebournei)[24]、夏腊梅(Calycanthuschinensis)[25]等树种上也得到类似结论。Li等[14]研究发现，温室培育的油松1年生容器苗在80 mg/株指数施肥条件下，氮含量随秋季施肥量增加呈先上升后下降趋势，在12 mg/株秋季施肥处理下最高。而本研究中容器苗养分积累在24 mg/株秋季施肥处理下表现最优，可能是由速生期施肥方式不同引起的，在速生期常规施肥和指数施肥两种方式下，油松容器苗对秋季施肥的吸收利用不同；也可能是试验条件不同引起的，露天条件下肥料更易挥发、淋溶损失[26]。本研究中，油松裸根苗养分积累状况受秋季施肥影响不显著。研究发现，脂松裸根苗体内养分含量在11、22、44 kg/hm2秋季施氮水平下与对照差异不显著，继续增加施肥量到89 kg/hm2，其养分含量显著高于对照[5]。油松裸根苗是否表现出同样效应，需要在后续研究中通过提高秋季施肥水平进行进一步探究。

3.2 油松各器官氮、磷、钾分布规律

本研究中，氮含量在容器苗各器官中的分布从大到小表现为根、叶、茎，在裸根苗中从大到小表现为叶、根、茎，磷、钾含量在容器苗和裸根苗各器官中的分布从大到小表现均为叶、根、茎。付妍琳[27]研究发现，施肥当年生长季末油松容器苗体内氮、磷、钾含量在各器官中从大到小表现均为叶、根、茎。魏宁[28]研究发现，经中高剂量指数施肥处理的1年生油松容器苗，在翌年春季测得体内氮与钾含量从大到小表现为叶、根、茎，磷含量从大到小表现为根、叶、茎。上述差异产生的原因可能与肥料种类、施肥方式、取样时间有关。

3.3 油松容器苗造林效果明显优于裸根苗

造林成活率与造林苗木初期生长状况是评价造林表现的重要指标[29]。本研究中油松容器苗造林成活率和初期苗高、地径相对生长量均显著高于裸根苗。同样地，楚秀丽等[30]观察到马尾松、木荷(Schimasuperba)容器苗造林后生长状况明显优于裸根苗。这主要是由于容器苗在移栽造林过程中根系损伤小，且容器苗是带基质造林，基质中贮存一定量的水分和养分，为容器苗迅速生长提供营养基础，容器苗造林后无缓苗期[31]；裸根苗移栽造林过程中，根系极易受损而活力下降，造林成活率低，且造林后与土壤的联结性较差，具有明显缓苗期，生长速度较慢[32]。

造林苗木初始指标在一定程度上能够预测造林效果。本研究观察到油松初始根生物量、根冠比、根氮、根磷、茎磷、根钾含量与油松造林效果显著正相关，主要是因为根生物量大和养分含量高的苗木造林后新根生长速度更快，有利于提高根系吸收水分和养分的能力，对造林表现有积极作用[33]。这与李国雷[34]、孙巧玉等[35]关于红松(P.koraiensis)、栓皮栎(Q.variabilis)的研究结果一致。

本研究中，油松容器苗苗高、生物量、根冠比和养分含量受秋季施肥量影响差异显著，24 mg/株处理下，油松容器苗苗高、地径、各器官生物量和养分积累均表现最优，而36 mg/株施肥处理对油松容器苗有抑制作用。油松裸根苗生长受秋季施肥影响较小。雨季造林前油松容器苗各器官氮含量从大到小表现为根、叶、茎，裸根苗从大到小表现为叶、根、茎；磷、钾含量从大到小均表现为叶、根、茎。采用容器苗造林能够显著提高油松造林成活率和初期苗高、地径相对生长量。1年生油松苗造林效果与其初始根生物量、根冠比、根氮、根磷、根钾、茎磷含量显著相关。