育苗基质对闽楠容器苗生长的影响

张广涛, 李 彬, 刘 尖, 许樊蓉, 喻方圆

(1.南京林业大学南方现代林业协同创新中心,江苏 南京 210037;2.江西省吉安市青原区林业事业发展服务中心,江西 吉安 343009;3.江西润和金丝楠种植开发有限公司,江西 抚州 344600)

闽楠(Phoebebournei)为樟科楠木属高大乔木,是我国东部亚热带常绿阔叶林珍贵树种[1],其干型通直、纹理细密、材质优良且耐腐蚀,具有极高的经济和观赏价值[2-3]。近年来,对野生闽楠的大规模乱砍滥伐,导致其自然种群日渐稀少,已被世界自然保护联盟红皮书列为濒危树种[4-5]。闽楠生长缓慢且对立地条件要求严格,自然条件下幼苗成活率较低[6],使得闽楠林恢复缓慢,不利于闽楠资源的保护与利用。容器育苗具有成活率高、初期生长量大和造林后缓苗期短等优点[7-8],是提高闽楠资源数量的重要途径之一。

优良的基质是容器育苗成功的重要保证,基质成分及配比影响容器苗根系对养分和水分的吸收[9],适宜的基质能够提高容器苗的出圃质量[10]。早期的容器育苗基质主要为质量重且保水、通气性差的天然土,不利于苗木的生长发育[11]。目前,有关新型育苗轻基质的研究越来越受关注。泥炭具有质量轻、利于运输和阳离子交换量大等优点,是当前轻基质容器苗的主要基础基质[12];稻壳灰为稻谷加工后的副产物,对稻壳灰的良好利用既可避免由于处置不当而引起的环境问题[13-14],还能提高土壤肥力[15]。本文以楠木林下土、泥炭、泥炭+黄土和稻壳灰为育苗基质,探讨了其对闽楠容器苗生长的影响,并进行相关性与主成分分析,以期为闽楠容器苗的培育提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与供试种子

试验地设在江苏省句容市下蜀镇南京林业大学实习林场(118°40′E, 31°41′N)。该林场属亚热带季风气候,四季分明、温暖湿润、光照充足,无霜期约223 d,年均气温15.2 ℃,年均降雨量1 058.8 mm。闽楠种子采自江西省樟树市,于2021年2月中旬播种。2021年5月10日,待苗高和地径达4～6 cm和0.6～0.8 mm时,移栽至无纺布容器内,容器直径9 cm,高14 cm,并搭建遮阳网。

1.2 试验设计

本研究共设4个基质处理:楠木林下土、泥炭、泥炭+黄土和稻壳灰。楠木林下土,取自江西省萍乡市楠木天然林表层土;丹麦品氏泥炭土,市购;泥炭+黄土,将丹麦品氏泥炭土和取自江苏省句容市下蜀镇农田土按1∶1混合;稻壳灰,购自江西润和金丝楠种植开发有限公司。每个处理种植10株容器苗,3次重复,共计120株。移栽后马上浇水,按照常规水肥管理。于8月25日每株幼苗施用0.6 g复合肥(N∶P2O5∶K2O=14∶16∶15,史丹利农业集团股份有限公司生产),以满足苗木生长需求。随着光照强度的下降和气温的降低,于10月中下旬撤去遮阳网。12月初进行苗木和基质的取样测定,苗木取样后及时清洗、擦干,并将根、茎和叶分离,装袋备用。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 基质理化性质 生长期结束后拔出幼苗,参考文献[16]测定基质的孔隙度、相对含水量和pH值,参考文献[17]测定土壤有机质含量。采用消煮法[18]对基质样品消解后,使用靛酚蓝比色法和火焰光度计法测定全氮、全钾含量[19];参考文献[20],采用钼锑抗比色法测定全磷含量。

1.3.2 苗木形态指标 分别采用卷尺和游标卡尺测量苗高和地径,精度分别为0.1 cm和0.01 mm。用根系图像分析系统测定根长、根表面积和根体积等根系参数及叶面积。采用精度为0.001 g的天平测量根、茎和叶的鲜质量,并将各样品放入105 ℃烘箱杀青30 min后,于80 ℃下烘干至恒重,测量其干质量。

1.4 统计与分析

采用Excel 2010进行数据整理与绘图,利用SPSS 25.0进行单因素方差分析、Duncan多重比较以及相关性和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同育苗基质的理化性质

氮素能增强植物光合作用,促进其苗高和地径的生长[21]。由表1可知,4种基质中,泥炭+黄土的氮含量最高,达8.91 g·kg-1,泥炭次之,两者间差异显著(P<0.05);楠木林下土和稻壳灰氮含量仅0.91和0.66 g·kg-1,且显著小于其他2种基质。磷素可提高植物抗病性,增强其抗寒及抗旱能力[22]。稻壳灰磷含量最高,达4.06 g·kg-1,且显著大于其他基质。钾素可增强植物抗病力,还能促进植株光合作用和淀粉的形成[23]。楠木林下土钾含量最高,为3.79 g·kg-1,稻壳灰次之(2.18 g·kg-1),两者间差异显著,且均显著大于泥炭。4种基质的有机质含量差异均达显著水平,其中泥炭有机质含量最高,为9.11%,楠木林下土最低,仅0.94%。由表1还可知,4种育苗基质的pH值均显酸性,其中稻壳灰pH值最大,为6.81,且与其他基质差异显著。不同基质的相对含水量和孔隙度大小依次为:泥炭>稻壳灰>泥炭+黄土>楠木林下土,其中泥炭相对含水量和孔隙度均显著高于其他3种基质。

表1 不同育苗基质的理化性质比较1)Table 1 Comparison on physicochemical properties of different substrates

综合来看,4种基质的pH值均为酸性,均适合闽楠生长;稻壳灰磷、钾含量较为丰富,泥炭+黄土和泥炭基质氮含量较丰富;稻壳灰和泥炭+黄土基质的孔隙度略大于50%,既能保蓄足够水分又保证适当的通气性。

2.2 育苗基质对闽楠容器苗生长的影响

2.2.1 地上部分 由表2可知,稻壳灰处理下,闽楠容器苗苗高和地径均最大,分别达17.79 cm和3.04 mm,且与其他处理间差异显著,说明稻壳灰最适合闽楠苗高和地径的生长。不同基质处理下,闽楠容器苗生物量大小依次为:稻壳灰>楠木林下土>泥炭>泥炭+黄土,且各处理间差异均达显著水平。稻壳灰处理下,闽楠容器苗叶面积最大,达90.00 cm2,且与其他处理差异显著,泥炭+黄土处理的叶面积最小,仅31.90 cm2。

综合来看,稻壳灰处理下,闽楠容器苗苗高、地径、生物量和叶面积均显著大于其他处理,说明稻壳灰最有利于其地上部分生长。

2.2.2 根系 由表2可知,不同基质处理下闽楠容器苗根长依次为:泥炭>稻壳灰>楠木林下土>泥炭+黄土,其中泥炭和稻壳灰处理下根长差异不显著,但二者均显著大于其他处理。稻壳灰处理下,容器苗根表面积和根体积均最大,分别达74.05 cm2和2.50 cm3,且根表面积显著大于楠木林下土和泥炭+黄土基质,根体积显著大于泥炭和泥炭+黄土基质。

综合来看,稻壳灰对闽楠容器苗根长、根表面积和根体积的促进作用最好,说明稻壳灰最有利于其根系生长。

2.3 基质理化指标与闽楠容器苗生长指标的相关性分析

基质理化指标与闽楠容器苗生长指标的相关性见表3。基质的氮和有机质含量与容器苗地径呈显著负相关(P<0.05),与生物量呈极显著负相关(P<0.01)。有机质含量与叶面积呈显著正相关。土壤pH值与所有生长指标的相关性系数均为负值,且与根长呈极显著负相关。相对含水量与叶面积、根长及根表面积呈显著负相关。孔隙度与根长呈显著负相关。基质磷和钾含量及容重与苗木生长指标相关性均不显著。

表3 基质理化指标与闽楠容器苗生长指标的相关性1)Table 3 Correlation between substrate physicochemical indexes and growth indexes of P.bournei container seedlings

总体来看,氮和有机质不利于闽楠容器苗地径和生物量的增长,pH值、相对含水量及孔隙度不利于叶面积和根系生长。磷和钾与苗木生长指标相关性不显著,但对苗高、地径及生物量的生长有一定的促进作用。

2.4 育苗基质对闽楠容器苗生长影响的综合分析

采用主成分分析法综合分析了不同育苗基质对闽楠容器苗生长的影响,结果见表4。前2个主成分的累计方差贡献率为90.474%,因此提取前2个主成分替代原来的7个品质指标。为更好地解释苗木指标与主成分因子间的关系,进行了主要指标相关矩阵的规格化特征向量分析,用载荷值的大小反映各变量在主成分中的重要程度(表5)。由表5可知,第1主成分主要反映生物量、叶面积、根长、根表面积和根体积的信息,第2主成分主要反映苗高、地径的信息。

表4 主成分分析结果Table 4 Principal component analysis on main quality indexes

表5 主要指标相关矩阵的规格化特征向量Table 5 Normalized eigenvectors of main quality indexes

根据主成分分析结果,以每个主成分对应的方差贡献率作为权重构建综合评价函数:

F1=0.196Z1+0.117Z2+0.827Z3+0.907Z4+0.740Z5+0.978Z6+0.950Z7

F2=0.959Z1+0.889Z2-0.417Z3-0.364Z4+0.555Z5+0.128Z6-0.160Z7

F=0.63F1+0.37F2

式中,Z1～Z7分别为苗高、地径、生物量、叶面积、根长、根表面积和根体积标准化后的数据。

对不同基质处理下的闽楠容器苗进行综合评价[24-26],其最终得分(F)及排序见表6。由表6可知,稻壳灰和泥炭的综合得分仅差0.89,且两者差异不显著,但两者均显著高于其他处理。说明稻壳灰和泥炭对闽楠容器苗生长的综合促进作用较好。

表6 不同基质对闽楠容器苗生长影响的综合得分1)Table 6 Comprehensive score of different substrates on growth of P.bournei container seedlings

3 讨论与结论

基质为容器苗提供所需的矿质营养及充足的水分,其理化特性对苗木的生长发育起重要作用[27]。本研究表明,4种基质的pH值均适合闽楠幼苗的生长[28]。楠木林下土氮、磷和有机质含量均较低,且相对含水量和孔隙度最小,通气性较差,土质黏重。稻壳灰磷、钾含量丰富,能够使幼苗生长健壮,刺激根系发育,促使茎杆坚实[22-23]。稻壳灰和泥炭的相对含水量、孔隙度均较大,既具有根系生长所需的良好透气性,又可为苗木提供充足的水分。泥炭虽是育苗的常用基质[29],但磷、钾含量较低;泥炭+黄土基质氮含量较多,但磷、钾含量和相对含水量远低于稻壳灰,且相对含水量和孔隙度不如泥炭和稻壳灰。总体来看,稻壳灰具有良好的理化性质,适宜作为育苗基质。

本研究表明,稻壳灰处理下,闽楠容器苗苗高、地径、叶面积和生物量均最大,分别为17.79 cm、3.044 mm、90.00 cm2和2.06 g,且显著大于其他处理。这与李睿等[30]关于不同育秧基质对水稻秧苗素质影响的结果相似。泥炭处理下,容器苗根长达213.82 cm,而稻壳灰处理下根表面积和根体积均最大,分别为74.05 cm2和2.50 cm3,可能是这两种基质具有较大的孔隙度,通透性强,有利于地下部分的生长。相关性分析表明,基质磷和钾含量与容器苗苗高、地径和生物量呈正相关,而稻壳灰中磷、钾含量最高,说明较适合闽楠容器苗生长。主成分分析表明,稻壳灰和泥炭对闽楠容器苗生长的综合促进作用显著优于其他处理,且二者综合得分仅差0.89。考虑到泥炭中磷、钾含量较低,且为不可再生资源,采挖会对生态环境造成破坏,且价格昂贵,不适宜推广应用[31-33]。而稻壳灰作为重要的农业废弃物,其资源丰富。因此,在保护环境和节约成本的基础上,综合考虑育苗基质理化性质、容器苗生长情况和材料获取的难易程度,选择稻壳灰作为闽楠容器苗的最佳育苗基质。