不同基质配比对杜梨容器苗生长及光合参数的影响

王一菲,李泽根,邓伟,于晓跃,路丙社,路斌

(河北农业大学 园林与旅游学院,河北 保定,071000)

杜梨(Pyrusbetulifolia)是蔷薇科梨属落叶乔木,广泛分布于河北、山西、甘肃、新疆等地,对严寒、干旱和盐碱等环境有非常强的抗性,是我国北方梨树生产的重要砧木;其树姿优美、春季白花繁多、秋季叶色红艳,观赏价值高,也是我国重要乡土园林绿化观赏树种。近年来,随着梨树生产和园林绿化对杜梨苗木的需求与日俱增,如何培育杜梨优质壮苗已引起了人们的高度重视。目前,杜梨的研究主要集中抗逆性、遗传多样性、田间播种育苗技术及砧木繁育技术等方面,有关轻基质容器育苗的研究尚未见报道[1-4]。

轻基质容器育苗是以泥炭、珍珠岩、蛭石等混配基质代替天然土壤的育苗技术,具有重量轻、便于搬运、移栽成活率高等优点,已在木荷、白桦、崖柏、日本落叶松、杉木、香樟等苗木培育中广泛应用[5-11]。基质种类及配比是影响容器苗木质量的主要因素,开展基质种类和配比筛选是培育优质壮苗生产的关键[12-13]。本研究以泥炭、珍珠岩、蛭石、椰糠为原料,通过研究不同基质配比对杜梨容器苗生长、生物量、苗木质量指数及光合荧光参数等的影响,筛选适宜杜梨容器培育的最佳复配基质,以期为杜梨优质壮苗培育和规模化生产提供依据和指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以泥炭、椰糠、珍珠岩和蛭石为原料,按不同体积比例配制混合基质,采用单因素试验设计,设置8个处理:T1(泥炭∶珍珠岩=4∶1);T2(泥炭∶珍珠岩=3∶1);T3(泥炭∶珍珠岩∶蛭石=2∶1∶1);T4(泥炭∶蛭石=3∶1);T5(泥炭∶椰糠=2∶1);T6(泥炭∶珍珠岩∶椰糠=2∶1∶1);T7(椰糠∶珍珠岩∶蛭石=3∶1∶1);T8(椰糠∶珍珠岩=4∶1)。基质消毒处理后装入无纺布袋(12 cm×16 cm)备用。

供试种子于2020年11月采自河北农业大学西校区内同株母树,去除果肉筛选后置于冰箱保存,待使用时提前40 d进行沙藏。2021年3月,将沙藏露白的杜梨种子点播于温室穴盘中进行幼苗培养;2021年6月,选择长势一致的幼苗移植到装有不同基质的无纺布袋容器,于温室中统一培养,每处理3次重复,每重复30株幼苗。培养3个月后进行指标测定。

1.2 测定指标及方法

生长指标测定:随机选取不同处理苗木10株,用直尺测定株高,用游标卡尺测定苗木地径。

高径比=株高cm/地径mm

生物量测定:随机选取不同处理苗木10株,用电子天平分别称其地上、地下鲜重和干重,计算生物量和苗木质量指数[13]。

生物量=地上干重+地下干重

苗木质量指数=苗木总干重g/(株高cm/地径mm+径干重g/根干重g)

根系指标测定:利用Epson根系扫描仪和Win RHIZO根系分析系统,对不同处理的根系图像进行分析,获得根系形态指标。

光合参数的测定:选择生长发育成熟功能叶片,于晴天上午9:00-11:00用LI-6400便携式光合系统分析仪测定净光合速率。每处理测定3株幼苗,每株幼苗选取3片功能叶进行测定。

叶绿素含量及荧光参数的测定:参照王学奎的方法测定叶绿素含量[14]。参照陶文文等的方法,利用叶绿素荧光仪测定不同处理苗木叶绿素荧光参数[15]。每处理选取成熟无病害的叶片,暗适应30 min后,测定初始荧光(F0)、最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/F0)。

1.3 数据处理及统计分析

用Microsoft Excel进行数据处理和图表绘制,SPSS 23.0进行统计分析,采用Duncan多重比较检验进行显著性分析。

采用隶属函数进行综合评价,隶属函数计算公式为:

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

式中:R(Xi)为隶属度函数;Xi为指标测定值;Xmax为苗木某一指标的最大特征数值;Xmin为最小特征数值。将不同基质配比的不同指标的隶属函数值进行求和,并求其平均值,即为综合评价指数。

2 结果与分析

2.1 不同基质配比对苗木地上生长指标的影响

不同基质处理对杜梨容器苗生长指标的影响,见表1。

表1 不同基质处理对杜梨容器苗生长指标的影响Table 1 Effects of different substrate on growth index of Pyrus betulifolia seedlings

由表1可知,8个处理间株高存在显著差异,T1培育的杜梨苗株高最大,为24.44 cm;株高表现较好的还有T2、T6;T7、T8的株高显著低于其他处理(P<0.05);株高按从大到小的顺序依次为:T1>T2>T6>T3>T4>T5>T7>T8。 8个处理间的苗木地径存在显著差异,T1地径最大,为2.71 mm,显著高于其他处理;T7、T8均显著低于其他6个处理;地径按从大到小的顺序依次为:T1>T4>T2>T5>T3>T6>T7>T8。各处理组的叶片数在11～17片之间,叶片数最多的是T1,为16.2片;其次叶片数量较多的还有T2、T6,分别为15.6、15.2片。叶面积按从大到小的顺序依次为: T6>T2>T1>T5>T3>T4>T8>T7,最大值T6为8.35 cm2,是最小值T7的1.67倍;T6、T1、T2培育的杜梨叶面积较大,处理间差异不显著。T7和T8的叶片数及叶面积均显著低于其他处理(P<0.05)。

2.2 不同基质配比对容器苗地下根系指标的影响

不同基质配比对容器苗根系指标的影响,见表2。

表2 不同基质处理对杜梨苗木根系指标的影响Table 2 Effect of different substrate on root index of Pyrus betulifolia seedlings

由表2可知,8种不同基质培育的容器苗主根长、根系总长、根系表面积、根系体积和根尖数量存在显著性差异(P<0.05)。T6、T5处理的主根长较大,分别为21.24、20.80 cm。T1的根系总长最大,为601.35 cm;其次较大的还有T6,为561.43 cm;这2组处理的根系总长显著高于其他处理。另外,根表面积较大的有T1、T3、T5、T6,处理间差异不显著。T1与T3、T5的根系体积处于同一水平,并显著高于其他处理。T5根尖数量最多,为1 824.80个;T1～T6根尖数量处于同一水平。T7、T8的主根长、根系总长、根表面积、根系体积均显著低于其他6组(P<0.05)。

2.3 不同基质配比对苗木生物量和质量指数的影响

不同基质配比对容器苗生物量和质量指数的影响,见表3。

表3 不同基质处理对杜梨苗木生物量的影响Table 3 Effect of different substrate treatments on biomass of Pyrus betulifolia seedlings

由表3可知,不同处理培育的容器苗总鲜重、地上干重、地下干重、总干重和质量指数间均存在较大差异。其中,用椰糠替代了泥炭的T7和T8处理间的5个指标没有显著差异,且这5个指标均显著低于添加泥炭的T1～T6。在所有处理中,T6的总鲜重、总干重最大,分别为4.37、2.09 g。地上干重最大的是T1,为0.78 g;其次是T6,为0.68 g;T1的地上干重显著高于其他处理。T4、T5、T6地下干重差异不显著,均显著高于其他处理。

苗木质量指数是通过多个指标综合衡量苗木质量的指数[16]。由表3可知,不同基质配比处理间的苗木质量指数存在显著差异,质量指数按从大到小的顺序排列依次为:T6>T3>T1>T4>T2>T5>T8>T7。其中,用椰糠完全替代了泥炭的T7和T8的苗木质量指数差异不显著,与其他处理的差异达到显著水平。T6与T1、T2、T3、T4处理的苗木质量指数差异不显著,显著高于T5、T7、T8,且苗木质量指数最大,为0.33。

2.4 不同基质配比对苗木叶绿素含量及光合荧光参数的影响

不同基质配比对杜梨苗木叶绿素含量及光合荧光参数的影响,见表4。

表4 不同基质配比对苗木叶绿素含量及光合荧光参数的影响Table 4 Effects of different substrate ratios on chlorophyll content and photosynthetic fluorescence parameters of Pyrus betulifolia seedlings

由表4可知,T1、T2、T5、T6处理之间叶绿素含量处于同一水平,并显著高于其他处理,其中T1处理叶绿素含量最高,为1.15 mg/g,其次为T6。T1、T2、T3、T6的净光合速率处于同一水平,T6净光合速率最大,为17.58 μmol/(m2·s)。各处理组的Fv/Fm均在0.80左右,T8的Fv/Fm最小,为0.79,显著低于T1、T3、T6,其他各组的值都大于或等于0.8,处于同一水平(P<0.05)。不同处理的Fv/F0值在3.81～4.61之间, T1、T3和T6处理Fv/F0处于同一水平,均显著高于T7 、T8,说明这些处理苗木的叶片PSⅡ潜在活性较高。

2.5 隶属函数综合评价

容器苗质量取决于苗木地上、地下生长的综合表现。研究中采取隶属函数对多个生长生理指标进行综合评价是较为科学的方法,隶属函数值越大,苗木质量越好[26]。根据前人的试验,选取部分适宜评价苗木质量的指标,模糊数学隶属函数综合评价结果见表5。

表5 不同配比基质处理的苗木综合评价Table 5 Comprehensive evaluation of seedlings treated with different substrates

由表5可知,8种不同基质配比处理苗木的隶属函数值按由大到小的顺序排列依次为:T6>T1>T2>T3>T5>T4>T7>T8。按不同配比基质处理的杜梨苗木质量的隶属函数可以将8种基质分为3类:T1、T6隶属函数值在0.85以上,各个指标表现优良,这2种基质培育适宜杜梨的培育;T2～T5隶属函数值在0.60～0.75之间,表现较好,培育的苗木质量中等;而T7、T8隶属函数值不足0.10,指标表现差,不适宜培育杜梨苗木。其中T6的综合评价指数最大,为0.895 7,说明T6处理的杜梨容器苗综合表现优良,苗木质量最佳。因此,杜梨容器苗培育的适宜基质配比为T6处理,即:泥炭∶珍珠岩∶椰糠=2∶1∶1。

3 讨论

容器苗的质量会影响到移植后的成活率和苗木成林之后的生长发育速度,分析不同育苗基质配比对苗木质量的影响,进而筛选最优基质及配比,是规模繁育优质壮苗的重点。基质类型和配比是影响容器苗生长和光合生理的关键因素,大量研究表明,不同基质配比对株高、地径、生物量、苗木质量指数及光合荧光参数等生长及生理指标有不同影响,其中苗木质量指数是适宜基质筛选最直观的指标[17,22-23]。骆漫利用苗木质量指数筛选出了适宜的榉树育苗基质[19];黄斌等利用苗木质量指数筛选了适宜油茶容器育苗的基质配方[24];安玉光等通过对生长、生理和光合指标的综合分析筛选了适宜文冠果容器育苗基质配方[25]。苗木质量指数可作为筛选杜梨容器育苗适宜基质的评价指标,本研究中T6处理的苗木质量指数最高,说明T6(泥炭∶珍珠岩∶椰糠=2∶1∶1)是最适宜的基质配比。另外,根系的生长指标可以反映地上养分合成和累积水平。本研究中,T1的地上干重、根系总长等指标最大,表明该处理有利于地上部分生长发育和侧根的生长。T6在总鲜重、总干重、主根长等方面表现最好,在其他方面表现也较为优异,说明该基质培育的苗木根系发达,有利于植物有机物的累积,促进其生物量增长。

光合作用是有机物积累的重要来源和主要生理过程,叶绿素含量、净光合速率和荧光参数可反映容器苗光合作用状况和光能利用效率。本研究结果表明,添加泥炭的T1～T6叶绿素含量、净光合速率和Fv/F0高于未添加泥炭的T7、T8,说明添加适量泥炭提高了苗木的净光合速率和光能利用效率。

利用隶属函数对生长和生理指标进行综合评价是较为科学的方法,已被广泛应用于苗木基质配比筛选研究中。徐味利用隶属函数评价轻型基质配方对棕榈容器苗苗木出圃品质的影响,筛选出适宜棕榈幼苗栽培的基质配比[16];胡小京等利用隶属函数综合分析筛选了适宜蜂腰石斛幼苗生长的最佳基质配比[26]。本研究利用隶属函数对苗木12个生长指标及光合指标进行综合评价,筛选出了综合评价指数最大的基质处理,即T6(泥炭∶珍珠岩∶椰糠=2∶1∶1),这与利用苗木质量指数筛选的结果一致。

椰糠是由椰子外壳纤维经加工形成的新型环保有机栽培基质,与营养丰富但价格昂贵的泥炭相比,具有价格低、基质纤维分解缓慢、营养供应持久且保湿透气的特点,目前在容器育苗上广泛应用[27-29]。添加椰糠的T6(泥炭∶珍珠岩∶椰糠=2∶1∶1)综合评价指数最大为0.895 7,高于泥炭含量占比较大的T1(泥炭∶珍珠岩=4∶1)、T2(泥炭∶珍珠岩=3∶1)、T4(泥炭∶蛭石=3∶1)和T5(泥炭∶椰糠=2∶1)处理,说明用适量椰糠替代泥炭更有利于杜梨容器苗生长,与以往在火力楠和黄瓜等试验结果一致[27,30];而用椰糠完全替代泥炭的T7和T8处理的综合评价指数较低,说明用椰糠完全替代泥炭不利于杜梨容器苗生长,与刘娟在辣椒育苗上的研究结论一致[29]。本研究发现在育苗中泥炭是很重要的基质原料,椰糠还不能完全代替泥炭,今后要加强对椰糠或其他基质原料理化性质的研究,调整代替基质的比例,最大程度摆脱对泥炭的依赖,使混配基质同时拥有适用性和经济性。

4 结论

本研究结果表明,不同基质配比对杜梨苗地上形态指标和地下指标及生物量指标的影响存在显著差异,结论如下。

(1)8种基质配比处理株高、地径、高径比、叶片数、叶面积存在显著差异。其中,T1(泥炭∶珍珠岩=4∶1)株高最大,为24.44 cm,T2(泥炭∶珍珠岩=3∶1)、T6(泥炭∶珍珠岩∶椰糠=2∶1∶1)次之,分别为23.69 cm和22.96 cm;T1地径最大,为2.71 mm,显著高于其他处理;T6高径比最大,其次为T1、T2;叶片数较多的有T1、T2、T6;T6叶面积最大,为8.35 cm2。

(2)T1根系总长、根系表面积及根系体积最大,分别为601.35 cm、181.49 cm2、4.22 cm3;T6主根长最大,为21.24 cm;T6的总鲜重、总干重和苗木质量指数最大,分别为4.37、2.09 g 和0.33。

(3)T1叶绿素含量最高,为1.15 mg/g,其次为T6,为1.10 mg/g;T6净光合速率、Fv/Fm、Fv/F0最大,分别为17.58 μmol/(m2·s)、0.82和4.61。

(4)隶属函数综合评价表明,T6的综合评价指数最大,是杜梨容器苗培育的最适宜基质配比。该基质配比用椰糠替代了部分泥炭,一定程度上降低了育苗成本,便于在生产上推广应用。综合适用性和经济性、育苗质量和生产成本分析,适宜杜梨容器育苗的优选育苗基质为T6处理,即:泥炭∶椰糠∶珍珠岩=2∶1∶1。