不同氮磷钾施肥处理对雪松人工幼林的影响研究

曾慧杰，唐 春，顿 珠，李 聪，张 翼，唐永军，仁增康珠，罗 布，乔中全，

（1.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004； 2.山南市林业和草原有害生物防治站，西藏 山南 856100；3.西藏山南边久园林绿化建设有限公司，西藏 山南 856100）

雪松 （Cedrus deodara）又称香柏，为松科（Pinaceae）雪松属（Cedrus）常绿乔木［1］。它广泛分布在印度中北部、巴基斯坦北部、尼泊尔西部、阿富汗东部和西藏西南部的喜马拉雅山西部等地海拔1 200～3 000 m的地区，喜排水良好的酸性土壤条件［2］，通常适宜生长的温度低于10℃。雪松是一种著名的观赏树木，其树干高大挺拔，能生长至20～30 m，具有宜人的香气，在园林绿化中应用广泛［3］。它还被应用于中医药行业中，并已在印度医学体系中被推荐使用［4］。临床上雪松也广泛用于缓解关节痛、失眠、外伤、湿疹、蛔虫病、水肿等。

植物的生长发育需要大量营养元素氮（N）、磷（P）和钾（K）［5］。氮作为植物正常生长发育必需的常量元素尤为重要，占植物干物质的1.5% ～2.0%，占植物总蛋白的16%［6］。氮同化与光合作用、光呼吸、呼吸作用、氨基酸合成和三羧酸循环等关键生理或代谢过程有关［7］。磷是光合碳循环中核酸、膜脂、能量代谢物和活化中间体的结构和功能成分。此外，无机磷酸盐（Pi）在信号转导级联中起着至关重要的作用。K+是植物活细胞中含量最多的阳离子，约占植物干重的2% ～10%［8］。钾不被代谢为有机形式，而是作为可溶性离子存在于植物体内，它在许多生理过程中起着至关重要的作用，如渗透调节、膨胀驱动的运动、膜极化控制、蛋白质生物合成和同化产物的运输［9］。此外，K+转运参与非生物胁迫反应，特别是对盐的耐受性，因为维持K+／Na+平衡对于高盐条件下植物的生存至关重要。在农业生产中，这些营养物质对作物的产量和品质有很大的影响。施肥是有效增加土壤养分供应的普遍做法［10］。然而，长期滥用肥料和不科学的施肥方法导致了一系列生态问题。这些问题包括土壤污染和微生物群落结构的破坏，特别是参与氮、磷和碳循环的微生物群落受到破坏，从而导致作物生长变缓和产量下降［11］。施肥也会极大地影响与钾和铁（Fe）循环相关的微生物种群［12］。精准施用氮磷钾能显著影响作物生长和代谢物积累［13］。然而，不同的作物品种需要不同的氮磷钾量和比例，每种元素的水平都会影响植物的生长发育［14］。因此，探索和开发精确的氮磷钾施肥方案是积极影响土壤健康、改善植物品质的先决条件。雪松幼年期的生长较为缓慢，根系较浅，难以成活，且人工幼林幼苗较多，容易引发病虫害。如何加快雪松幼苗的生长速度，合理地规划雪松栽培密度是目前雪松人工幼林亟待解决的问题。本试验通过对雪松施以不同配比的氮磷钾肥料，从而筛选出最适雪松苗木生长的施肥配方，为培育优质的雪松提供技术支撑和理论依据。

1 试验区概况

试验地设置在西藏自治区山南市乃东区多坡章乡湘藏生态园，地理坐标为91.755 857°E、29.273 198°N，海拔3 560 m。属高原温带半干旱大陆性季风气候，空气稀薄，光照充足，气温偏低，年温差小，日温差大，年均降水量不到410 mm，雨季多集中在6-9月，全年无霜期143 d。年日照时间为2 936.6 h，年平均最低气温为5.6℃，极端最高气温31℃，极端最低气温-27℃。年平均风速3 m·s-1左右，最大风速17 m·s-1，风期主要集中在12月至次年3月。土壤为砂砾土。

2 材料与方法

2.1 试验材料

选择长势较好、树高一致、无病虫害的雪松3年生幼龄树为试验对象。平均株高1.87 m，平均地径为2.14 cm，株行距为2 m×2 m。供试氮肥为尿素（N≥46%，内蒙古鄂尔多斯化学工业有限公司），磷肥为过磷酸钙（P2O5≥16%，钟祥市丰登化工厂），钾肥为硫酸钾（K2O≥52%，深圳市五谷农业开发规划有限公司）。

2.2 试验方法

试验采用“3414”施肥方案［15］，氮、磷、钾肥3因素4水平（0、1、2、3），共14个处理，每个处理3株，重复3次，随机排列。各处理施肥量（氮、磷、钾肥分别以N、P2O5、K2O计）见表1。于2022年6月28日和2022年8月30日分2次进行施肥，每次施肥量为总施肥量的一半。施肥时，在树冠外围约1 m投影处开环状沟，沟深20 cm左右，施肥后覆土并及时浇水。栽培期间的其他管理（如保护措施、灌溉和除草）与田间措施一致。

表1 “3414”施肥试验设计与施肥量Tab.1 “3414”fertilization design and fertilization amount

2.3 指标测定

于第1次施肥前和同年12月28日分别测定各处理的植株株高、地径和冠幅。12月28日采集雪松完整成熟叶，使用无菌水洗涤多次并晾干，置于电热鼓风干燥箱中105℃杀青20 min，70℃烘干至恒重。使用粉碎机将干燥的叶片样品粉碎成粉末测定全氮、全磷和全钾含量。全氮含量采用凯氏定氮仪测定［16］；全磷、全钾含量用电感耦合等离子体原子发射光谱法进行测定［17］。

2.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010进行整理，采用SPSS 19.0进行单因素方差分析；利用Design Expert数据处理系统做肥料效应分析确定合理施肥量。

3 结果与分析

3.1 不同施肥处理对雪松生长的影响

不同施肥配比下雪松株高、地径、树体冠幅的增长情况见表2。由表2可知，施肥后，雪松幼树生长速度较快，株高、地径和冠幅均有不同程度的增长，与不施肥的T1（N0P0K0）处理相比差异均显著，说明施肥可显著加快雪松的生长。不同施肥配比中，T6（N2P2K2）处理的株高、地径和冠幅增长量最大，分别比T1增长了92.20%、119.57%、51.21%。在P、K施肥量不变的情况下施加不同水平的氮肥，T3（N1P2K2）、T6（N2P2K2）、T11（N3P2K2）处理的株高增长量较不施氮肥的T2（N0P2K2）处理分别提高26.27%、46.83%、37.59%，平均提高36.90%；地径增长量较 T2处理的分别提高21.23%、38.36%、36.30%，平均提高31.96%；冠幅增长量较T2处理的分别提高7.56%、38.27%、33.35%，平均提高26.39%。在N、K施肥量不变的情况下施加不同水平的磷肥，T5（N2P1K2）、T6（N2P2K2）、T7（N2P3K2）处理的株高增长量较不施磷肥的T4（N2P0K2） 处理分别提高 16.03%、38.18%、26.36%，平均提高26.86%；地径增长量较T4分别提高9.43%、27.04%、18.24%，平均提高18.24%；冠幅增长量较T4分别提高4.01%、34.51%、19.90%，平均提高19.47%。在N、P施肥量不变的情况下施加不同水平的钾肥，T9（N2P2K1）、T6（N2P2K2）、T10（N2P2K3）处理的株高增长量较不施钾肥的T8处理分别提高32.99%、41.77%、31.71%，平均提高35.49%；地径增长量较T8分别提高29.14%、33.77%、27.15%，平均提高30.02%；冠幅增长量较T8分别提高28.53%、35.11%、25.39%，平均提高29.68%。以上结果说明：氮、磷、钾对雪松幼树树高和地径增长量的影响顺序均为N＞K＞P，对冠幅增长量的影响顺序是K＞N＞P。缺氮、缺磷、缺钾的 T2（N0P2K2）、T4（N2P0K2） 和 T8（N2P2K0） 处理，其植株株高增长量较 T1（N0P0K0） 处理分别提高 30.90%、39.10%、35.58%，地径增长量较T1处理分别提高58.70%、72.83%、64.13%，冠幅增长量较T1处理分别提高9.36%、12.41%、11.92%，说明双因素交互效应对雪松生长的影响顺序为NK＞NP＞PK。

表2 不同施肥处理雪松的生长量Tab.2 Grow th of cedar under different fertilization treatments

3.2 不同施肥处理对雪松叶片养分含量的影响

施肥后雪松叶片的全氮、全磷、全钾含量见表3。从表3可以看出，不同施肥处理的雪松叶片中的全氮、全磷、全钾含量存在差异。在P2K2条件下，施加不同水平氮肥的 T3（N1P2K2）、T6（N2P2K2）、T11（N3P2K2）处理的叶片全氮含量较不施氮肥的T2（N0P2K2）处理分别提高19.34%、37.60%、51.79%，较不施肥的T1（N0P0K0）处理分别提高32.35%、52.60% 、68.34%。在N2K2条件下，施加不同水平磷肥的T5（N2P1K2）、T6（N2P2K2）、T7（N2P3K2）处理的叶片全磷含量较不施磷肥的 T4（N2P0K2）处理分别提高20.45%、75.00%、79.55%，较不施肥的 T1（N0P0K0）处理分别提高39.47%、102.63%、107.89%。在N2P2条件下施加不同水平钾肥的T9（N2P2K1）、T6（N2P2K2）、T10（N2P2K3）处理的叶片全钾含量较不施钾肥的T8（N2P2K0）处理分别提高5.34%、10.69%、18.32%，较不施肥的T1（N0P0K0）处理分别提高27.78%、34.26%、43.52%。以上结果说明氮、磷、钾对雪松叶片全氮、全磷、全钾的含量均影响较大且差异显著。比较T2（N0P2K2）和T1（N0P0K0）处理后发现，施加P2K2水平的磷肥和钾肥后叶片全氮含量提高10.90%；T4（N2P0K2）和T1（N0P0K0）比较，在施加N2K2水平的氮肥和钾肥后叶片全磷含量提高15.79%；T8（N2P2K0）和T1（N0P0K0）比较，在施加N2P2水平的氮肥和磷肥后叶片全钾含量提高21.30%。这说明三种元素之间存在交互作用，共同促进雪松叶片营养成分的合成。

表3 不同施肥处理雪松叶片氮磷钾的含量Tab.3 Content of N，P，and K in cedar leaves under different fertilization treatments

3.3 雪松株高增长量的肥料效应分析

3.3.1 单因素肥料效应分析

为探究单一因素对雪松株高增长量的影响，选择T2、T3、T6和T11处理的施氮量和株高增长量拟合氮肥的效应方程为：y＝44.784+0.362 4 x-0.001 6 x2（R2＝0.976 5）。由图1可知，在磷、钾肥施用量保持一定时，株高总增长量随施氮量的增加呈先升后降的趋势，说明适量氮肥能促进雪松植株的生长。当施氮量达到N3水平时，雪松对氮肥的利用率降低，此时过多地施用氮肥不仅不利于雪松的生长，还会造成肥料的浪费。因此由该氮肥效应方程求导可得出雪松的最佳氮肥施用量为113.25 g·株-1，预测最大株高增长量为65.30 cm。

图1 施氮量对雪松株高的回归曲线图Fig.1 Regression curve of nitrogen application on cedar plant height

选择T4、T5、T6和T7处理的施磷量和株高总增长量拟合磷肥的效应方程为：y＝47.205+0.373 4 x-0.002 1 x2（R2＝0.897 9）。由图2可知，在氮、钾肥施用量保持一定时，随着磷肥施用量的增加，株高总增长量先升后降，与氮肥效应类似，说明适量磷肥能促进雪松植株的生长。当施磷量达到P3水平时，雪松对磷肥的利用率降低。由该磷肥效应方程求导可得出雪松的最佳磷肥施用量为88.90 g·株-1，预测最大株高增长量为63.80 cm。

图2 施磷量对雪松株高的回归曲线图Fig.2 Regression curve of phosphorus application on cedar p lant height

选择T6、T8、T9和T10处理的施钾量和株高总增长量拟合钾肥的效应方程为：y＝47.077+0.667 9 x-0.005 6 x2（R2＝0.998 6）。由图3可知，在氮、磷肥施用量保持一定时，随着钾肥施用量的增加，株高总增长量的变化与施用氮、磷肥的趋势相同。因此适量钾肥同样能促进雪松植株的生长。当施钾量达到K3水平时，雪松对钾肥的利用率降低。由该钾肥效应方程求导可得出雪松的最佳钾肥施用量为59.63 g·株-1，预测最大株高增长量为66.99 cm。

图3 施钾量对雪松株高的回归曲线图Fig.3 Regression curve of potassium application on cedar p lant height

3.3.2 三因素肥料效应分析

本研究中拟合的氮、磷、钾施肥量与株高增长量达到显著性水平，而氮、磷、钾施肥量与地径、冠幅无法拟合方程。因此，本研究仅分析氮、磷、钾施肥量对株高增长量影响的肥料效应。以氮（x1）、磷（x2）、钾（x3）施肥量与株高增长量（y）进行拟合分析，设计响应曲面试验，并得出三元二次肥料效应方程模型：y＝34.031 1+0.192 0 x1+0.102 9 x2+0.206 7 x3-0.001 1-0.001 6-0.003 0+0.000 8 x1x2+0.000 4 x1x3+0.002 3 x2x3，经回归分析与检验可得R2＝0.932 9，说明株高总增长量与氮、磷、钾肥之间存在显著的回归关系。方程中x1、x2、x3的系数均为正值，表明单因素的氮、磷、钾对植株的生长有促进作用；的系数均为负值，符合施肥过多从而导致株高、地径和冠幅增长量降低的结论；x1x2、x1x3和x2x3的系数均为正值，说明氮磷、氮钾和磷钾肥配施为正向互作效应。由上述拟合的肥料效应方程可推测得到雪松株高最大增长量的施肥量，即当氮肥、磷肥、钾肥分别为109.85、88.89、68.36 g·株-1时，最大株高增长量为64.32 cm。

4 结论与讨论

科学精准的氮磷钾施肥作为改善土壤质量、提高农艺生产力的一项先进技术，已逐渐受到重视。该技术不仅提高了农林生产效率，而且提高了植物的品质，极大地推动了植物与土壤系统中养分的研究［18］。在本研究中，准确的氮、磷、钾施用量和比例是促进雪松生长发育的关键。在不同处理中，T6（N2P2K2）处理表现出高度的响应性，在雪松株高、地径和冠幅的增长量等参数中都显著高于不施肥的T1（N0P0K0）处理。单因素试验中，在其他施肥水平一致的情况下，氮肥对株高、地径和冠幅的增长分别为36.90%、31.96%、26.39%，磷肥对株高、地径和冠幅的增长分别为26.86%、18.24%、19.47%，钾肥对株高、地径和冠幅的增长分别为35.49%、30.02%、29.68%，这说明各氮、磷、钾施肥量均对雪松的生长有促进作用，符合前人对花椒（Zanthoxylum bungeanum）［19］和榉树（Zelkova serrata）［20］的研究。而过量的肥料则会导致肥料利用率低、植株生长速度减慢，可能是由于过量的肥料使植物难以吸收利用，不利于植物的生长发育。

植株生长发育的情况可通过叶的发育状态来反映。氮、磷、钾的含量影响着叶内的营养积累与物质运输［21］。氮通常以离子形式从基部衰老叶片向顶端新叶转运，不断更新着植物细胞［22］。钾离子存在于植物叶肉细胞的叶绿体中，对光合作用至关重要，维持着内膜网络中pH和离子稳态。无机磷酸盐主要存在于植物液泡中，在植物营养生长和生殖生长后期为幼叶提供主要营养来源［23］。为此本试验对叶的全氮、全磷、全钾含量进行测量，发现在单因素的4个施肥水平下，其含量均随肥料施用量的增加而增加，且不同水平间存在显著差异。不施氮肥时，施加2水平的磷肥和钾肥后，叶片全氮含量提高10.90%；不施磷肥时，施加2水平的氮肥和钾肥后，叶片全磷含量提高37.20%；不施钾肥时，施加2水平的氮肥和磷肥后，叶片全钾含量提高35.29%；这说明三种元素之间存在交互作用，其中施加两种元素也会促进另一种元素的吸收，符合黄兰清等［24］对紫薇 （Lagerstroemia indica）容器苗养分积累研究得出的结论。以上结果说明氮、磷、钾能够共同促进雪松叶片营养成分的合成。

根据雪松株高增长量与氮、磷、钾施肥量三因子之间的关系建立三元二次回归方程，可推导出氮肥、磷肥、钾肥均正调控雪松株高。氮、磷、钾相互之间存在正交互作用，这与凹叶厚朴（Magnolia officinalis subsp.biloba）［25］和青冈栎（Cyclobalanopsis glauca）［26］的肥料效应相似。最后通过三元二次肥料效应方程计算出雪松株高最大增长量的氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）施肥量分别为109.85、88.89、68.36 g·株-1，最大株高增长量为64.32 cm。

综上所述，在本试验中施肥能较好地促进雪松的生长，其中水平2获得的效果最佳，推测水平2较为接近雪松幼树的最佳施肥量，选择N2P2K2处理能显著地促进雪松株高、地径与冠幅的增长。本试验所得最适方案和最大生长量均以试验所在地为准，在不同地区推广应用需要综合考虑当地的气候条件与土壤肥力等因素，以便为西北地区人工林的培育，发展林业生产提供理论依据与技术支撑。