基质配比和容器规格对南京椴容器苗生长的影响1)

李晓菁

(南方现代林业协同创新中心(南京林业大学) ，南京，210037)

龙字文

(常州市林业工作站)

佘仲露

(江苏省产品质量监督检验研究院)

史锋厚 沈永宝

(南方现代林业协同创新中心(南京林业大学))

容器育苗是国内外一项重要的林业育苗技术,与常规圃地育苗方式相比,容器育苗具有节约种子、缩短育苗周期、易于控制苗木规格和质量、移栽成活率高等优点[1-2],已成为林木种苗产业发展的必然趋势[3]。我国容器育苗技术研究和应用起步较晚,但随着研究范围逐渐扩大、研究内容逐渐深入,容器育苗技术的核心问题已经逐步解决,许多技术已经应用于生产,开展容器育苗的树种逐渐增多,育苗数量也逐渐增大[4]。

在容器育苗过程中,基质和容器是影响苗木生长的重要因素。长期以来,针对容器育苗的研究也主要集中于这两方面[5-7]。许多国家主要采用草炭和蛭石的混合物按体积比1∶1、3∶2作为苗木培育的首选[8]。由于不同树种对基质配比的要求不同,对不同配比基质育苗的研究仍值得深入探讨。目前,国内外容器育苗使用的容器种类繁多、规格不一,生产上要求容器材料简单易得、加工简便、材质轻、保水保肥效果好。一般而言,随着容器规格的增大,苗木地径及单株苗木生物量随之增加。但在具体的生产过程中,容器规格大小应综合考虑苗木生物学和经济因素2个方面,因育苗期限、育苗种类、苗木规格、造林地立地条件的不同而改变。

南京椴(TiliamiquelianaMaxim.)是我国特有树种,为椴树科椴树属落叶乔木,主要分布在华东地区,为江苏地区优良的乡土树种[9-10]。南京椴树干通直、枝繁叶茂、花香馥郁,既是优良的行道树种,也是良好的蜜源植物,具有极高的利用价值。但在自然条件下,该树种更新困难,加之生境破坏严重,导致野生资源匮乏。近年来,城乡绿化对于优质南京椴苗木的需求量逐渐增大,开展南京椴容器育苗研究极为迫切。南京椴种子具有深休眠特性,针对南京椴种子休眠机理和萌发的研究较多,目前南京椴种子快速催芽的方法已经相对成熟,但有关解除休眠种子开展容器育苗的研究却未见报道,对于南京椴容器育苗基质组分和容器规格等问题并不清晰。本研究使用不同配比的基质和不同规格的无纺布容器袋培育南京椴幼苗,通过比较不同配比基质和容器规格对南京椴苗木生长、光合生理指标的影响,筛选出最适合南京椴苗木生长的基质配比和容器规格,以期为南京椴苗木规模化生产提供科学依据。

1 材料与方法

试验地设在江苏省南京市南京林业大学校园(地理中心坐标:118°49′17.076″E,32°4′57.792″N)内,该地属亚热带季风气候,雨量充沛,年平均气温约15.5 ℃,一般夏季最高气温在38 ℃左右,冬季最低气温在-8 ℃左右,年平均降水量为1 053 mm,平均日照时间为2 240 h,水热条件良好。南京椴容器育苗试验在南京林业大学生物技术大楼楼顶进行,设有架空的育苗苗床,配套建有遮阴网(透光率为30%)和自动喷雾系统。

供试苗木为南京椴实生芽苗,育苗种实采自安徽省皇藏峪国家森林公园,为秋、冬季正常成熟的种实,将种实晾干后贮藏于冷库内3～5 ℃。试验前对南京椴种子进行催芽处理[11],待芽苗长至子叶完全展开时进行移栽,开展容器育苗试验。试验所用育苗基质原材料选用草炭、腐熟杨树皮、腐熟鸡肥、珍珠岩,育苗容器选用无纺布容器袋。

试验采用双因素随机区组设计,2个因素分别为基质配比(G)和容器规格(T)。育苗基质设置4种配比,分别为G1——V(草炭)∶V(腐熟杨树皮)∶V(腐熟鸡粪)∶V(珍珠岩)=3∶0∶1∶1、G2——V(草炭)∶V(腐熟杨树皮)∶V(腐熟鸡粪)∶V(珍珠岩)=2∶1∶1∶1、G3——V(草炭)∶V(腐熟杨树皮)∶V(腐熟鸡粪)∶V(珍珠岩)=1∶2∶1∶1、G4——V(草炭)∶V(腐熟杨树皮)∶V(腐熟鸡粪)∶V(珍珠岩)=3∶3∶2∶2。无纺布容器选用3种规格,分别为T1——口径为8 cm、高度为12 cm,T2——口径为9.5 cm、高度为15 cm,T3——口径为10.8 cm、高度为15 cm。按试验设计,共设12个处理,每个处理种植南京椴芽苗45株,每个容器袋种植1株芽苗,共计540株。

2020年4月20日,将育苗基质按照试验设计进行混合,并掺入适量的多菌灵粉剂进行消毒处理。4月23日,选择长势基本一致的南京椴芽苗开展试验,移栽时统一对芽苗进行切根处理,即切除芽苗主根的1/2部分。芽苗移栽后及时浇水。在苗木木质化之前每周喷洒1次50%多菌灵可湿性粉剂800倍液预防苗木猝倒病[12]。8月初,对每株容器苗追施0.3%尿素(氮质量分数46%)溶液200 mL,其余苗期管理与常规育苗相同。

基质理化指标测定。在育苗试验开始前,随机取自然风干的4种配比的基质,采用环刀法测定各基质的密度、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度等物理性质指标,使用环刀取样时,将环刀刃口向下垂直压入,直至基质充满整个环刀,应使基质的体积尽量完全接近环刀的体积,每处理重复测定3次;同时,测定不同配比基质的化学性质,pH使用酸度计测定;全氮质量分数采用钼蓝比色法测定;全磷质量分数采用钼锑抗比色法测定;全钾质量分数采用原子吸收光谱测定[13-14]。

苗木形态和光合生理指标测定。自4月底至11月底,每隔1个月测量苗木的苗高、地径。每个处理随机选取30株苗木,使用电子游标卡尺测量苗木地径,精度0.01 mm;使用卷尺测量苗高,精度0.1 cm,并计算其高径比。

8月初,每个处理随机选取3株苗木,在苗木相同位置采集新鲜叶片,采用丙酮乙醇混合液方法测定叶绿素质量分数[15]。8月25日上午09∶00—11∶00时,每个处理随机选取3株生长良好、无病虫害的苗木,从苗木中部阳面选取大小较一致的叶片3枚,使用LI-6400光合仪测定苗木净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2摩尔分数(Ci)。

12月初,每个处理随机选取30株苗木,使用流水轻轻洗净苗木根部基质,统计苗木一级侧根数;将苗木分为地上部分和地下部分,并准确区分苗木主根和侧根,使用1/1 000电子天平准确称量苗木地上部茎的鲜质量、主根鲜质量、侧根鲜质量,计算地下部分鲜质量。使用量筒排水法测量苗木主根体积和侧根体积,计算总根系体积。再将苗木各部分分别装入纸质信封,放入烘箱内105 ℃杀青20 min,然后80 ℃烘干至恒重,使用1/1 000电子天平准确称量各部分干质量。

采用SPSS 23.0软件进行双因素方差分析及多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同配比基质的理化性质

对不同配比的基质理化性质进行测定(表1),4种配比基质的干密度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度以及全氮、全钾质量分数之间的差异均达显著水平(P<0.05),基质的pH、全磷质量分数之间的差异均达极显著水平(P<0.01),基质湿密度和总孔隙度之间差异不显著。4种配比基质的干密度为0.25～0.33 g·cm-3,从大到小依次为G3、G4、G2、G1,均处于育苗基质适宜密度范围内(0.1～0.8 g·cm-3)[16],其中,G3基质的干密度与G4相近,极显著高于G1和G2;4种配比基质的总孔隙度为64.33%～68.20%,均在育苗基质适宜的范围内(54%～96%)[17],从大到小依次为G1、G2、G4、G3;4种配比基质均呈弱酸性,其pH从大到小依次为G3、G4、G2、G1,其中,G3基质的pH值显著高于其他3种配比基质。在4种配比基质中,G1基质的全氮、全磷、全钾质量分数均为最高值,显著高于G3。

上述结果表明,随着基质中草炭比例的增加,基质的密度、pH逐渐降低,基质的总孔隙度、全氮、全磷质量分数均呈现逐渐升高的变化趋势。

2.2 育苗基质配比和容器规格对苗木生长的影响

2.2.1育苗基质配比和容器规格对苗木地径、苗高、高径比的影响

对南京椴容器苗的地径、苗高、高径比测定结果进行比较分析(表2、表3)。由表2可知,基质配比、容器规格对南京椴容器苗地径、苗高、高径比的影响均达极显著水平(P<0.01)。基质配比、容器规格的协同作用对苗高的影响达显著水平(P<0.05),但对苗木地径、高径比指标未产生明显影响。由表3可知,在南京椴容器苗培育过程中,随着基质中草炭比例的增加,苗木粗度、高度均呈现逐渐增大的变化趋势,地径从6.13 mm增大到7.95 mm,苗高从20.97 cm增大到30.18 cm。其中,G1、G2基质培育的苗木地径之间无显著差异(分别为7.95、7.73 mm),均极显著高于G3、G4基质;G1基质培育的苗木苗高最大(30.18 cm),极显著高于其他3种基质;G1基质培育的苗木高径比最大(37.92),极显著高于G3、G4基质,但与G2基质之间无显著差异。随着容器规格的增大,南京椴容器苗苗高、地径均呈现逐渐增大的变化趋势,地径从6.55 mm增大到8.02 mm,苗高从22.08 cm增大到27.33 cm。其中,3种规格容器培育的苗木地径之间的差异均达到极显著水平(P<0.01);T2、T3这2种容器培育的苗木苗高之间无显著差异(分别为25.97、27.33 cm),均极显著高于T1容器;T1、T3这2种容器培育的苗木高径比之间无显著差异(分别为33.64、33.93),均显著小于T2容器。

表2 苗木生长指标方差分析结果

表3 苗木生长指标及多重比较结果

2.2.2育苗基质配比和容器规格对苗木生物量的影响

对南京椴容器苗生物量指标进行方差分析(表4)和多重比较(表5)。基质配比、容器规格以及二者的协同作用对南京椴苗木各项生物量指标的影响均达到极显著水平(P<0.01)(表4)。随着基质中草炭的添加比例增大,4个生物量指标均呈现逐渐增大的变化趋势(表5)。其中,G1基质培育的苗木根系总干质量、茎干质量均最大(分别为4.50、2.21 g·株-1),极显著高于其他3种基质,相较于G3基质分别提高了57.56%、110.48%。容器规格对南京椴苗木生物量指标的影响表现出相似的规律,4个生物量指标均随容器规格的增大而呈现逐渐增大的变化趋势。其中,T3容器培育的苗木根系总干质量、茎干质量均最大(分别为3.96、1.88 g·株-1),且极显著高于其他2种容器,相较于T1容器分别提高了76.79%、104.35%。

表5 苗木生物量指标多重比较结果

2.2.3育苗基质配比和容器规格对苗木根系形态的影响

对南京椴容器苗根系形态指标进行方差分析(表6)和多重比较(表7)。基质配比、容器规格以及二者的协同作用对南京椴容器苗各根系形态指标的影响均达到极显著水平(P<0.01)(表6)。随着基质中草炭比例的增大,根系总体积、主根体积、侧根体积、一级侧根数等4个指标显著增大(表7)。其中,G1基质培育的苗木根系总体积、主根体积、侧根体积均为最大值,且极显著高于其他3种基质,分别是G3基质的2.19倍、2.13倍、2.19倍;G1基质培育的苗木一级侧根数量最多(17.6),显著高于其他3种基质,是G3基质的1.78倍。随着育苗容器规格的增大,根系总体积、主根体积、侧根体积、一级侧根数等4个指标均呈现逐渐升高的变化趋势。其中,T3容器培育的苗木根系总体积、主根体积、一级侧根数等指标值均最大,且极显著高于其他2种容器,分别比T1容器增大76.06%、80.56%、79.41%;T3容器培育的苗木侧根体积最大(6.0 cm3),显著高于其他2种容器,是T1容器的1.71倍。

表6 苗木根系形态指标的方差分析结果

表7 苗木根系形态指标及多重比较结果

2.3 育苗基质配比和容器规格对苗木叶绿素质量分数及光合特性的影响

2.3.1育苗基质配比和容器规格对苗木叶片叶绿素质量分数的影响

对苗木叶片叶绿素质量分数进行测定并开展方差分析(表8)和多重比较(表9)。基质配比对南京椴容器苗叶片叶绿素a质量分数、叶绿素b质量分数、叶绿素总质量分数的影响均达到极显著水平(P<0.01),容器规格对苗木叶片叶绿素a质量分数、叶绿素总质量分数的影响均达到显著水平(P<0.05),而对叶片叶绿素b质量分数无显著影响;基质配比和容器规格的交互作用对苗木叶片叶绿素a质量分数、叶绿素b质量分数、叶绿素总质量分数均无显著影响(表8)。随着基质中草炭比例的增大,苗木叶片叶绿素a质量分数、叶绿素b质量分数、叶绿素总质量分数均呈现逐渐升高的变化趋势(表9)。其中,G1基质中培育的苗木叶片叶绿素a质量分数、叶绿素b质量分数、叶绿素总质量分数均最大,分别为2.24、0.71、2.96 mg·g-1,极显著高于G3、G4基质,但与G2基质无显著差异。随着容器规格的增大,苗木叶片叶绿素a质量分数、叶绿素b质量分数、叶绿素总质量分数均呈现逐渐升高的变化趋势。其中,T3容器培育的苗木叶片叶绿素a质量分数、叶绿素b质量分数、叶绿素总质量分数均最大,分别为2.08、0.66、2.75mg·g-1,显著高于T1容器,但与T2容器无显著差异。

表8 苗木叶片叶绿素质量分数的方差分析结果

表9 苗木叶片叶绿素质量分数及多重比较结果

2.3.2育苗基质配比和容器规格对苗木叶片光合作用的影响

对南京椴容器苗叶片的光合特性指标测定结果进行方差分析(表10)和多重比较(表11)。由表10可知,基质配比对苗木叶片光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)的影响均达极显著水平(P<0.01),对胞间二氧化碳摩尔分数(Ci)存在显著影响(P<0.05);容器规格对苗木叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳摩尔分数等4项指标的影响均达极显著水平(P<0.01);基质配比和容器规格两因素的协同作用对苗木叶片光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳摩尔分数的影响均达极显著水平(P<0.01),对气孔导度的影响达显著水平(P<0.05)。由表11可知,随着基质中草炭比例和容器规格的增大,苗木叶片光合速率均呈现逐渐增大的趋势。不同基质配比中,G1基质培育的苗木叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度均最大(分别为5.060、2.380、0.166 μmol·m-2·s-1),均显著高于其他3种基质;胞间二氧化碳摩尔分数指标中,G2基质培育的苗木为最大值(316.770 μmol·mol-1),显著高于其他3种基质,G1、G3、G4基质之间无显著差异。3种规格容器培育的苗木叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度指标之间的差异均达极显著水平,从大到小依次为T3、T2、T1;胞间二氧化碳摩尔分数指标中,3种容器培育的苗木之间差异达极显著水平,从大到小依次为T1、T2、T3。

表10 苗木叶片光合特性指标的方差分析结果

表11 苗木叶片光合特性指标的多重比较结果

2.4 苗木生长指标相关性分析

采用SPSS软件分析苗木生长指标与育苗基质理化性质、苗木光合特性等指标之间的Pearson相关系数(表12)。苗木地径、苗高、根系总干质量、茎干质量、根系总体积、一级侧根数与基质干密度、pH呈极显著负相关,与基质全氮、全磷质量分数、苗木光合速率、蒸腾速率、气孔导度呈显著或极显著的正相关。结果表明,育苗基质理化性质中影响南京椴容器苗生长的关键因素是基质干密度、pH、全氮质量分数、全磷质量分数,基质全氮质量分数、全磷质量分数、苗木光合速率等生理指标的提高有利于促进苗木的生长。

表12 测试指标相关性分析结果

指 标全钾质量分数叶绿素总质量分数光合速率蒸腾速率气孔导度胞间CO2摩尔分数地径-0.0680.3280.718∗∗0.770∗∗0.843∗∗-0.217苗高-0.2140.2230.746∗∗0.717∗∗0.734∗∗-0.187高径比-0.2800.0340.416∗0.2870.230-0.089根系总干质量-0.1510.3020.786∗∗0.766∗∗0.801∗∗-0.283茎干质量-0.1150.0530.789∗∗0.814∗∗0.764∗∗-0.240根系总体积-0.2420.2470.788∗∗0.780∗∗0.810∗∗-0.400∗一级侧根数-0.0270.1290.748∗∗0.779∗∗0.822∗∗-0.369∗

3 讨论与结论

基质配比、容器规格是影响容器苗生长的2个关键因素[18],大量研究表明,基质配比和容器规格不仅通过单一作用影响容器苗的生长、根系发育和光合作用等,而且二者间存在着显著的协同作用。

育苗基质对容器苗的生长发育至关重要,合理的基质配比可以为容器苗提供良好的生长环境[19]。本研究中,基质配比对南京椴容器苗苗高、地径、根系质量、根系体积、叶片叶绿素质量分数、光合速率等指标的影响均达到了极显著水平。随着育苗基质中草炭添加比例的增大,南京椴容器苗的地径、苗高、根系体积、一级侧根数、根系质量、叶绿素质量分数、光合速率、蒸腾速率等指标均呈现逐渐升高的变化趋势,说明基质中草炭比例的增大对容器苗的生长、根系发育、生理指标优化均有促进作用。其原因在于,草炭属于富营养基质,随着育苗基质中草炭比例的增加,基质中氮、磷、钾等营养元素质量分数增高,进而促进苗木根系发育,吸收更多的养分,也有利于叶片中叶绿素的合成,促进光合作用,从而促进苗木生长。通过对4种基质理化性质的比较,G1基质(V(草炭)∶V(腐熟杨树皮)∶V(腐熟鸡粪)∶V(珍珠岩)=3∶0∶1∶1)的密度较小、总孔隙度较大,并且基质全氮、全磷、全钾质量分数也较高。由此可知,G1基质养分质量分数较高,质量较轻、质地疏松、具有良好的透气和持水能力,能够为南京椴容器苗的生长发育提供较好的条件。

容器规格对容器苗的生长发育和育苗管理均具有重要影响。目前,容器育苗比较突出的问题就是苗木存在窝根现象。本研究选用无纺布容器袋进行育苗试验,无纺布袋透性较好,起到自然修根的作用,可有效促进苗木侧根发育,优化苗木根构型,有利于根系吸收养分,提高苗木质量[20]。大规格的容器可以为苗木生长提供更充足的养分和生长空间,提高苗木对水肥的利用,促进苗木的生长发育[21-23]。本研究中,容器规格对南京椴容器苗苗高、地径、根系质量、根系体积、光合特性等指标的影响均达到了极显著水平。随着容器规格的增大,南京椴容器苗的苗高、地径、根系总体积等指标均极显著增大,一级侧根数增多,根系愈发达。其原因在于,随着苗木地上部分逐渐发育成熟,苗木对水分、矿质营养的需求量增大,致使根系的生长迅速接近容器的容积极限,此时容器的体积大小会对苗木的生长产生显著影响[24]。3种不同规格容器中,苗木根系发育状况最好的是T3(口径10.8 cm、高度15 cm),其容器中培育的苗木,苗高、地径、茎干质量指标值均较高,而苗木根系发育状况最差的为T1容器(口径8 cm、高度12 cm),其对应的苗木苗高、地径、茎干质量指标均较低,这说明南京椴容器苗的地上部分、地下部分存在互相促进和互相制约的关系,符合植物地上部分、地下部分的生长存在相关性的论断[25]。

综上所述,G1基质(V(草炭)∶V(腐熟杨树皮)∶V(腐熟鸡粪)∶V(珍珠岩)=3∶0∶1∶1)和容器规格T3(口径10.8 cm、高度15 cm)对南京椴容器苗的生长发育最为有利,为1年生南京椴容器育苗的较好组合。在实际育苗生产中,对育苗基质配比、容器规格的选择需要综合考虑苗木生物学特性、经济成本等因素。由于草炭为短期不可再生资源,且分布不均匀,在许多地方并非廉价[26],而本研究中草炭添加比例最大的基质为最优基质配比,但未对腐熟鸡粪的体积分数设置梯度,因此在后续研究中可增加基质中腐熟鸡粪的体积比,寻找替代草炭的其他最优基质配比。另外,本研究只有容器规格T3(口径10.8 cm、高度15 cm)培育的南京椴苗木质量达到I级苗规格(苗高≥15 cm,地径≥0.8 cm)[27],因此,其他基质组合、容器规格仍需进一步对比尝试。同时,苗木培育过程中还需考虑光照、水分、肥料等其他因素,南京椴容器育苗技术体系仍有待继续完善。