不同配方施肥對楸樹幼苗生物量分配及養(yǎng)分利用的影響

白晶晶，吳俊文，何　茜，蘇　艷，李吉躍，王軍輝，董菊蘭(華南農(nóng)業(yè)大學林學與風景園林學院，廣東廣州5064;中國林業(yè)科學研究院林業(yè)研究所/國家林業(yè)局林木培育重點實驗室，北京0009; 甘肅省小隴山林業(yè)科學研究所，甘肅天水740)

不同配方施肥對楸樹幼苗生物量分配及養(yǎng)分利用的影響

白晶晶，吳俊文1，何茜1，蘇艷1，李吉躍1，王軍輝2，董菊蘭3
(1華南農(nóng)業(yè)大學林學與風景園林學院，廣東廣州510642;
2中國林業(yè)科學研究院林業(yè)研究所/國家林業(yè)局林木培育重點實驗室，北京100091; 3甘肅省小隴山林業(yè)科學研究所，甘肅天水741022)

摘要:【目的】探討氮、磷、鉀配施對楸樹Catalpa bungei苗木生物量分配及養(yǎng)分利用的影響.【方法】選2年生楸樹苗木無性系1-4為試驗材料，設定12個不同N、P、K配方施肥處理，對苗木生長過程中生物量及養(yǎng)分利用進行監(jiān)測.【結果和結論】N、P、K配施對生物量累積及分配影響顯著，總生物量最大［(331. 05±5. 21) g·株－1］為處理10 (T10) (尿素、鈣鎂磷肥、硫酸鉀均為12 g·株－1)，是不施肥對照(CK)的3倍，是單施N肥12 g·株－1處理(CK12)的2倍.當N肥、K肥量固定時，隨著P肥施肥量增加，苗木根系生物量比例先升高后降低，當施P肥12 g·株－1時，苗木根系生物量比例達到最大.不同處理對苗木N、P、K含量影響顯著，其中T10的N、P、K含量最高，分別為(5. 32±0. 17)、(0. 84±0. 07)和(4. 89±0. 11) g·株－1，是CK的5、6和8倍; N最高施肥效率為T10 ［(57. 11±0. 94) g·g－1］.綜合分析得出，適當比例N、P、K配施能夠有效提高楸樹苗木生物量，提高苗木N、P、K含量和氮肥利用效率，P肥對苗木根系生物量的積累有顯著作用.

關鍵詞:楸樹;幼苗;配方施肥;生物量分配;肥料利用率

白晶晶，吳俊文，何茜，等.不同配方施肥對楸樹幼苗生物量分配及養(yǎng)分利用的影響［J］.華南農(nóng)業(yè)大學學報，2015，36(6):91-97.

優(yōu)先出版時間:2015-10-16

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土壤科學研究普遍認為，不同氮(N)、磷(P)、鉀(K)配方施肥對植物增產(chǎn)有重要作用，并能有效提高肥料利用率［1］.且三大營養(yǎng)元素在苗木生長過程中有不可忽視的作用，研究表明，不同N、P、K配施方式對在沙地造林的毛白楊Populus tomentosa苗高、地徑以及立木蓄積量有較大影響［2］; N、P配施能夠改變長白落葉松Lavix algensis苗木養(yǎng)分庫N、P吸收及利用情況［3］;配方施肥對印楝Azadirachta indica林分生長和結實產(chǎn)量影響顯著［4］;適合比例配方施肥能夠顯著促進毛紅椿Toona ciliata var.pubescens早期生長及幼林提早郁閉［5］;不同施肥處理對任豆Zenia insignis容器苗葉面積、葉片數(shù)、生長量及生物量均有顯著影響［6］.由此可見，林木培育過程中，根據(jù)不同N、P、K比例，科學合理施肥能夠在短期內(nèi)有效地促進林木生長，提高經(jīng)濟效益.

楸樹Catalpa bungei是紫葳科梓屬樹種，速生適應性強，分布范圍較廣，是我國優(yōu)質(zhì)珍貴用材樹種，并具有較高園林觀賞價值［7］.目前對楸樹水分生理及N素施肥研究有一定進展，但國內(nèi)外鮮見楸樹配方施肥的研究，生產(chǎn)中多憑借經(jīng)驗對苗木進行施肥，缺乏科學施肥配比的綜合研究.因此，為有利于楸樹的定向培育，形成配套的栽培技術體系，亟待對楸樹的配方施肥進行研究.本研究通過對楸樹苗木進行不同N、P、K配施，探討其對苗木生物量分配及養(yǎng)分利用狀況的影響，為楸樹養(yǎng)分管理及速生豐產(chǎn)提供科學依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐.

1　材料與方法

1.1試驗地概況

試驗設于105°54' E、34°28' N的甘肅省天水市小隴山林業(yè)科學研究所塑料大棚.該地區(qū)海拔1 160 m，屬于典型的黃土高原地貌，溫帶半干旱半濕潤季風氣候，年均降雨量600～800 mm，年均蒸發(fā)量1 290. 0 mm，年均氣溫10. 7℃，無霜期190 d左右.

1.2試驗材料

試驗材料為2013年甘肅省小隴山林業(yè)科學研究所培育的2年生楸樹無性系1-4組培苗，選取生長相對一致的苗木93株.2013年3月采用規(guī)格為30 cm×30 cm×45 cm(底徑×上口徑×高)的花盆，每個花盆配有塑料托盤，盆內(nèi)套有雙層白色塑料袋，每個花盆裝基質(zhì)約20 kg.基質(zhì)是體積比為6∶4的泥炭土和森林土，pH 7. 47，有機質(zhì)29. 62 g·kg－1，全N 1. 55 g·kg－1，全P 0. 81 g·kg－1，全K 18. 68 g·kg－1，堿解N 0. 15 g·kg－1，有效P 0. 05 g·kg－1，速效K 0. 10 g·kg－1，容重0. 95 g·cm－3，總孔隙度64. 28%.施肥前，無性系1-4苗高為(34. 0±1. 9) cm，地徑為(5. 82±0. 42) mm，每盆1株幼苗.

1.3研究方法

1.3.1施肥方法采用完全隨機區(qū)組設計，設N、P、K肥3個因素.3種肥料均為山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團)有限責任公司產(chǎn)品.N肥［尿素，w(N)為46%］設10和12 g·株－12個水平［8］，P肥［鈣鎂磷肥，w(P2O5)為12%］設6、12和18 g·株－13個水平，K肥［硫酸鉀，w (K2O )為50%］設6和12 g·株－12個水平.共設12個處理，具體見表1.另外，CK10和CK12分別為單施N肥10和12 g·株－1處理，CK為空白處理.每個處理6個重復，外加施肥前的3株破壞性取樣，無性系1-4共計93株.

表1　楸樹苗木施肥方案Tab.1 Schedules of fertilization for Catalpa bungei

P、K肥作為基肥于5月7日一次性施入.N肥采用指數(shù)施肥模型:

其中，Nt為在N素增加率(r)下的第t次施N量，Ns為苗木初始N含量，Nt－1為包括第t－1次施肥在內(nèi)已施N肥總量，NT為總施N量.

根據(jù)N肥的10和12 g·株－12個處理水平(記作N10和N12)，未施肥前，Ns為0. 525，得出每周施N 量(表2).

表2　無性系1－4的指數(shù)施N肥方案Tab.2　 Schedules of exponential fertilization for Catalpa bungei clones 1－4

1.3.2指標測量在5月7日(施肥前)隨機選取3株苗木進行破壞性取樣，9月2日再次進行破壞性取樣，每個處理選擇3株生長相對一致的苗木，將植株帶土根系放入尼龍網(wǎng)袋，小心沖洗干凈，然后帶回實驗室用去離子水沖洗.將苗木從根頸處剪下，將植株分為根、莖、葉3個部分，在105℃條件下殺青30 min，然后85℃條件下烘干到恒質(zhì)量.用電子天平測定根、莖、葉的生物量.粉碎過0.5 mm篩，全N、全P、全K均采用H2SO4－H2O2消煮，N采用半微量凱氏法測定，P采用鉬銻抗比色法測定，K采用火焰光度計法測定.根據(jù)測定的N(或P、K)質(zhì)量分數(shù)，植株根(或莖、葉)的N(或P、K)含量=根(或莖、葉)的N(或P、K)質(zhì)量分數(shù)×相應的生物量［9］.

利用效率是衡量植株利用N等營養(yǎng)元素效率的重要指標，用單位吸收量所產(chǎn)生的干物質(zhì)量來表示.根據(jù)養(yǎng)分參數(shù)［10］，利用效率=總生物量/ N(或P、K)吸收量×100%.

采用養(yǎng)分參數(shù)［11-12］，計算N、P、K的吸收及施肥效率:表觀吸收效率= (施肥處理的N(或P、K)增量－CK的N(或P、K)增量) /施N (或P、K)總量×100%;施肥效率= (施肥結束后的總生物量－施肥前的總生物量) /施N(或P、K)總量.

1.3.3數(shù)據(jù)分析方法試驗數(shù)據(jù)表示為平均值±標準差，采用Excel2003對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和繪圖，利用SPSS19.0軟件進行方差分析和Duncan，s多重比較.

2　結果與分析

2.1不同施肥處理對苗木生物量分配的影響

從表3可知，N、P、K配方施肥能有效提高楸樹無性系1－4生物量積累.12個處理中，T10總生物量最高，是CK的3倍多，是CK12的2倍多.N、P、K配施(T1～T12)總生物量明顯高于單施N肥處理(CK10，CK12).在P肥、K肥施肥量不變的情況下，施12 g·株－1N肥(T7～T12)總生物量高于相應施10 g·株－1N肥(T1～T6)處理; N肥、K肥施肥量不變的情況下，P肥對總生物量的影響為12 g·株－1處理大于6和18 g·株－1處理;在N肥、P肥施肥量不變的情況下，總生物量為施K肥12 g·株－1高于施K 肥6 g·株－1.

N肥有助于苗木總生物量增加，但對苗木生物量分配沒有顯著影響.從表3可知，當N肥、K肥量固定時，P肥施肥量為12 g·株－1時，苗木根系比例達到最大，莖、葉生物量相對6 g·株－1時下降;當P肥施肥量為18 g·株－1時，苗木根系比例下降，莖、葉比例最大.K肥對根莖葉生物量的分配影響不明顯.N肥能有效提高根、莖、葉生物量，施N肥12 g·株－1處理的根、莖、葉增幅大于10 g·株－1處理.當N、K肥施肥量固定時，隨P肥施肥量增加，根、莖、葉生物量增幅先升高后降低，在12 g·株－1處理時達到最高值.N、P肥施肥量不變時，施12 g·株－1K肥處理的根、莖、葉增幅大于施6 g·株－1K肥處理.

2.2不同施肥處理對各器官N、P、K分配的影響

葉片N、P、K含量高有利于葉綠素合成，提高光合作用和植物體內(nèi)生物量積累.

不同施肥配方處理對根、莖、葉各器官N、P、K含量分配有較大影響.從圖1可見，楸樹苗木N含量排序為葉＞根＞莖.其中，不同處理間根、莖、葉均有不同程度的差異，且各處理顯著高于CK、CK10和CK12.根、莖、葉N含量最高處理為T10［(1. 58± 0. 02、0. 91±0. 03、3. 00±0. 08) g·株－1］，根、莖、葉N含量分別為CK12的4、3、2倍，為CK的7、6、3倍.T1～T6施N肥量均為10 g·株－1，T7～T12施N肥量均為12 g·株－1，施N肥量相同處理間N含量也有顯著差異，可見不同N、P、K肥配施對植株N含量有較大影響.

表3　不同施肥處理下楸樹苗木生物量分配1)Tab.3 The biomass allocation of Catalpa bungei seeding under different fertilization formula

與CK相比，配方施肥能有效提高根、莖、葉P含量，但不同施肥處理對根、莖、葉P含量提高率不同(圖2)，且苗木P含量排序為葉＞根＞莖.各施肥處理間苗木P含量差異顯著，其中根的P含量最高處理為T10［(0. 345±0. 059) g·株－1］，其是CK ［(0. 037±0. 002) g·株－1］的9倍.各處理中，T1、T2、T7和T8施P量為6 g·株－1，T5、T6、T11和T12 施P量為18 g·株－1，但其植株P含量低于施P量12 g·株－1處理(T3、T4、T9和T10)，可見，6 g·株－1施P肥量不足以滿足植株體內(nèi)P含量儲量，18 g·株－1施P肥量抑制苗木體內(nèi)P含量積累.

不同施肥處理間全株K含量有明顯差異(圖3)，T10［(4. 89±0. 11) g·株－1］全株K含量顯著高于其他配方施肥處理，其中T10［(2. 64±0. 04) g·株－1］根K含量為最高，是CK［(0. 21±0. 01) g·株－1］的13倍，占其全株K含量的54. 0%.T1、T3、T5、T7、T9和T11施K肥為6 g·株－1，T2、T4、T6、T8、T10和T12施K肥為12 g·株－1，12 g·株－1處理比6 g·株－1處理更能使苗木K含量提高.12個施肥處理間差異顯著(P＜0. 05)，可見，不同N、P、K肥配施對苗木K含量積累有顯著作用.

2.3不同施肥處理對苗木表觀吸收效率及施肥效率的影響

表觀吸收效率可以反映N、P、K的吸收情況.P、K肥施肥量不變情況下，施N肥12 g·株－1處理的表觀吸收效率高于10 g·株－1處理(表4)，且各個施肥處理間差異極顯著(P＜0. 001)，T10的N、P肥表觀吸收率均為最高［(76. 11±3. 87) %、(48. 68± 4. 71) %］.K肥表觀吸收率最高為T9［(112. 11± 0. 65) %］，N、P肥量固定，K肥6 g·株－1處理的表觀吸收率高于12 g·株－1處理(T9、T10這2個處理僅有K肥量不同).N、P、K表觀吸收效率相關性分析顯示，N、P表觀吸收效率呈顯著正相關，N、K表觀吸收效率呈極顯著正相關.說明N、P、K配施對肥料表觀吸收效率有明顯作用，且T10、T9這2個配比是N、P、K表觀吸收效率最高的處理.

施肥效率可以反映N、P、K利用情況.如表5，T8 和T9的P、K肥施肥效率最大，分別為(301. 41± 1. 54 9)、(96. 4 9±0. 57) g·g－1.N肥最佳施肥效率為T10［(57. 11±0. 94) g·g－1］，因此，在N、P、K肥均為12 g·株－1配施時，N肥利用效率最高，根據(jù)表3可知，生物量也在T10達到最大.

圖1　不同施肥處理下楸樹苗木N含量的累積及分布Fig.1　 The accumulation and distribution of nitrogen in Catalpa bungei seedling under different fertilization formula

圖2　不同施肥處理下楸樹苗木磷含量的累積及分布Fig.2　 The accumulation and distribution of phosphorus in Catalpa bungei seedling under different fertilization formula

圖3　不同施肥處理下楸樹苗木K含量的累積及分布Fig.3　 The accumulation and distribution of potassium in Catalpa bungei seedling under different fertilization formula

表4　不同施肥處理對楸樹苗木N、P、K表觀吸收效率和施肥效率的影響1)Tab.4 Effects of nitrogen，phosphorus and potassium uptake and utilization efficiency of Catalpa bungei seedling under different fertilization formula

3　討論與結論

當植物受到光合以及養(yǎng)分條件的限制時，會通過適當改變其生物量分配來提高它的適應程度及競爭能力［13］，楸樹屬于落葉樹種，本研究N、P、K配施時，楸樹苗木表現(xiàn)為生物量及養(yǎng)分含量累積并向根莖轉(zhuǎn)移，這是一種對翌年造林積極響應的特性.康瑤瑤等［3］對1年生長白落葉松進行不同施肥量試驗，結果顯示，晚季收獲時，葉片中N素減少，生物量和N素向根、莖中轉(zhuǎn)移，與本試驗結果基本一致.本試驗針對楸樹“慢－快－慢”的生長特性［14］，在其速生期5—8月持續(xù)施肥，使苗木生物量及養(yǎng)分含量顯著增加，不同配方施肥苗木的生物量是不施肥對照的1.8～3.0倍，全株N、P、K含量分別為不施肥對照的2.3～4.7、2.9～8.4、2.8～7.6倍，且均為T10(尿素、鈣鎂磷肥、硫酸鉀均為12 g·株－1)的含量最高.

3.1不同施肥配方對楸樹苗木生物量分配的影響

生物量及其分配直接影響植物的生長，合理施肥是提高植物生物量的有效措施.N素指數(shù)施肥是苗木達到奢氧狀態(tài)的方法之一［15］，本試驗尿素施用量采用楸樹無性系1-4 N肥指數(shù)施肥最佳量10～12 g·株－1［8］，不存在N素脅迫，從苗木生物量累積及生產(chǎn)上的成本節(jié)約等方面考慮，N、P、K配施能夠有效提高N肥利用率，利于苗木生物量累積.本研究結果表明，不同比例N、P、K配施時，生物量累積程度不同.單施N肥有利于楸樹苗木生物量的增長，N、P、K配施能使苗木生物量累積相對單施N肥成倍增長，可見，N、P、K配施有利于N肥吸收利用，并提高苗木生物量.其中，N肥施用量12 g·株－1比10 g·株－1更有利于苗木生物量累積，相同N、K施用量下，苗木根系生物量分配與P肥施用量密切相關，根系生物量在P肥12 g·株－1時達到最大.這與Treseder等［16］及Güsewell等［17］的研究結果類似，在P受限制的情況下，會抑制生物量積累，施P能夠增加根系生物量，提高對N的吸收能力.K與N、P的作用機理不同，它不參與苗木體內(nèi)有機物質(zhì)的組成，而是以K+離子的形式參與代謝活動［18］.研究表明，增施K肥能夠促進光合作用，并能促進光合產(chǎn)物累積［19］.本研究中，K肥的施用能夠影響苗木生物量的累積，施K肥12 g·株－1的全株生物量大于施K肥6 g·株－1的全株生物量.因此，N、P、K配施能夠顯著提高楸樹苗木生物量的累積，P肥的施肥量影響楸樹苗木生物量的分配格局.

3.2不同施肥配方對楸樹苗木養(yǎng)分累積及分配的影響

土壤N、P、K的供應是植物營養(yǎng)元素與分配的主要影響因素之一.N素是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、葉綠素、核酸和部分激素的重要組成部分，在植物細胞的生長、分化和各種代謝過程中起著重要作用［20］.植物的生長和代謝活動與P養(yǎng)分供給狀況密切相關，P能促進蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、糖、生物堿、纖維等物質(zhì)的累積，并對作物碳水化合物合成、運輸、分解起著重要作用［21-22］.K是植物體內(nèi)糖酵解過程中重要活化劑，參與單糖磷酸化過程，影響碳水化合物的合成和運輸，是植物體內(nèi)積累蔗糖及淀粉必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)［23］.Güsewell等［24］研究表明，在自然生態(tài)系統(tǒng)中，一般植物葉片N與P含量都是顯著正相關，Graciano等［25］認為，施N肥可以提高桉樹的N含量，而施P肥提高P含量.與本研究結果相似，在相同施P、K水平下，施N肥10 g·株－1的全株N含量高于施12 g·株－1，且單施N肥的N含量顯著低于配方施肥的各處理.可見，N、P、K配施對楸樹苗木的N素提高有顯著作用.在相同N、K施用量下，楸樹苗木全株P含量隨P肥的施用量增加而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，并在P肥施用量為12 g·株－1時達到最大值.配方施肥下，苗木全株K含量顯著高于單施N肥處理及不施肥對照，在相同N、P肥施用量下，K肥施用量12 g·株－1的全株K含量高于施用量6 g·株－1，因此，配方施肥也能夠顯著提高苗木K含量.配方施肥下，楸樹苗木中葉片N、P含量高于根、莖，苗木葉片N、P含量越高，光合作用及有機物的積累能力越強，也是苗木達到奢氧狀態(tài)的一個體現(xiàn)［16，26］.N、P、K含量均在T10達到最大，因此T10為楸樹苗木積累養(yǎng)分的最佳處理.

3.3不同施肥配方對苗木表觀吸收效率及施肥效率的影響

研究表明當營養(yǎng)元素達到脅迫水平時，其利用效率與植物生長狀況關系密切，當營養(yǎng)在適當范圍或充足時，吸收效率與植物生長關系更密切［27-29］.Aerts等［30］認為3種苔草屬Carex植物N素營養(yǎng)效率隨N供應量的升高而下降，當養(yǎng)分供應量越高時，養(yǎng)分利用率會經(jīng)歷降低到一定水平后保持平穩(wěn)的趨勢［31］.與本研究結果的K肥施用及其利用情況與之相似，本試驗中，K肥的表觀吸收效率在施用量為6 g·株－1時增加，而在施用量12 g·株－1時減小，其變化趨勢有待進一步求證.不同配方施肥對P、K的表觀吸收效率影響比較顯著，相同N、P施用水平下，最佳施肥處理的N、P表觀吸收效率相對其他較差處理明顯提高.N肥的肥料利用效率隨不同配方而不同，其中施肥效率及養(yǎng)分吸收情況最佳處理為T10.

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【責任編輯李曉卉】

Effects of different fertilization formulas on Catalpa bungei seedling biomass allocation and nutrient use efficiency

BAI Jingjing1，WU Junwen1，HE Qian1，SU Yan1，LI Jiyue1，WANG Junhui2，DONG Julan3
(1 College of Forestry and Landscape Architecture，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China;
2 Research Institute of Forestry，Chinese Academy of Forestry/Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation，State Forestry Administration，Beijing 100091，China; 3 Xiaolongshan Forestry Science and Technology Research Institute，Tianshui 741022，China)

Abstract:【Objective】The purpose of this study was to investigate the effects of nitrogen，phosphorus and potassium fertilization on Catalpa bungei seedling biomass allocation and nutrient use efficiency.【Method】Biennial C.bungei seedling clone 1-4 was selected as experimental material，twelve different nitrogen，phosphorus and potassium fertilization treatments were set，and the growth biomass and nutrient use efficiency were determined.【Result and conclusion】Nitrogen，phosphorus and potassium fertilization had a significant effect on the biomass accumulation and allocation; treatment 10 (12 g·plant－1urea，12 g·plant－1calcium magnesium phosphate，12 g·plant－1potassium sulfate) had the maximum total biomass［(331. 05±5. 21) g·plant－1］，three times of no fertilization(CK) and two times of single nitrogen fertilization of 12 g·plant－1(CK12).When fertilization of N and K was fixed，the proportion of seedling root biomass initially increased，then decreased with increasing P fertilization，and the maximum value ap-book=92,ebook=364peared when 12 g·plant－1P fertilization was set.Different treatments had a significant effect on nitrogen，phosphorus and potassium contents of seedling.Treatment 10 was the maximum in nitrogen，phosphorus and potassium contents［(5. 32±0. 17)，(0. 84±0. 07) and (4. 89±0. 11) g·plant－1］，which were 5，6 and 8 times of CK respectively.The maximum nitrogen fertilization efficiency was treatment 10，(57. 11±0. 94) g·g－1.Based on comprehensive analyses，the appropriate proportion of nitrogen，phosphorus and potassium fertilization can increase biomass and improve nitrogen，phosphorus and potassium contents and nitrogen use efficiency of C.bungei seedling.Furthermore，potassium significantly affects the root biomass accumulation.

Key words:Catalpa bungei; seeding; fertilization formulas; biomass allocation; fertilizer use efficiency

基金項目:“十二五”農(nóng)村領域國家科技計劃項目(2012BAD21B0304)

作者簡介:白晶晶(1989—)，女，碩士研究生，E-mail: 975233875@ qq.com;通信作者:李吉躍(1959—)，男，教授，博士，E-mail: ljyymy@ vip.sina.com;王軍輝(1972—)，男，研究員，博士，E-mail: wangjh@ caf.ac.cn

收稿日期:2014-12-20

文章編號:1001-411X(2015) 06-0091-07

文獻標志碼:A

中圖分類號:S723. 7