刘思雪 敖妍 雒小菲 朱菲 姜雅歌 侯新村

(北京林业大学,北京,100083) (北京市农林科学院草业花卉与景观生态研究所)

刘金凤 谢飞 李守科 陈仁鹏

(胜利油田胜大生态林场)(内蒙古赤峰市森林草原保护发展中心)(山东沃奇农业开发有限公司)(安丘市林业发展中心)

文冠果(Xanthocerassorbifolium)为无患子科(Sapindaceae)文冠果属(Xanthoceras)植物,适应性较强,抗寒、耐旱、耐盐碱,广泛分布于我国北方地区[1]。文冠果种仁油是制备生物柴油的优良原料,亦可作高级食用油。其果壳、种子、叶片、木材和花等均可开发利用,经济价值很高。作为重要的生物质能源树种、园林观赏树种和荒山绿化树种,文冠果近年来备受关注[2]。然而,目前文冠果林分多处于粗放经营状态,水肥条件差,生长缓慢,养分利用率低,结实情况不是很理想[3-4]。因此,采取有效措施提高苗木质量和集约化经营管理水平,取得良好的造林效果尤为重要。

缓释肥可在全生长季为苗木提供均衡的营养,提高养分利用率并减少养分损失,且施用方便,是提高苗木质量的有效手段[5]。缓释肥,可以增加苗木在苗圃阶段的生物量和养分积累[6-7],提高苗木在造林初期的生根及生长能力[8-9],从而改善造林效果。然而,过量施用缓释肥会抑制幼苗生长[10],必须合理施用才能培育优质苗木。同一物种不同种源的植株,由于所处气候和立地条件不同,会产生不同的生态型,对施肥量亦有不同需求。秋施氮肥能够提高2个西班牙种源冬青栎(Quercusilex)幼苗的生长和根系生长潜力[11]。油松(Pinustabuliformis)幼苗研究中发现,与山西和内蒙古种源相比,高浓度的氮添加处理对北京种源幼苗的生长有更显著的促进作用[12]。低氮水平,促进福建建瓯种源木荷(Schimasuperba)幼苗根系生长,促进浙江杭州种源木荷地上部分生长,促进江西信丰种源木荷整体增长[13]。可见,施肥对同一树种不同种源植株的影响不完全相同。

文冠果在我国分布广泛,不同种源苗木间存在生态型的差异。有关文冠果幼苗施肥的研究,较多集中在对某一种源的影响,如杨腾等[14]对内蒙古赤峰种源文冠果1年生苗的研究表明,育苗的推荐施氮量为230 mg/株;杨越等[15]对辽宁省文冠果良种‘辽富1号’的研究表明,3.0、1.8、1.4 g·L-1的N、P、K叶面肥配比组合,对促进种苗生长效果最佳。针对不同种源文冠果幼苗的最佳施肥量是否相同、不同施肥量对苗木的生长节律及地下部分的影响等研究较少。为此,本研究在北京市鹫峰国家森林公园北京林业大学科技温室内,以塑料营养杯为育苗容器、丹麦进口草炭土与珍珠岩混合为育苗基质、美国Scotts公司生产的奥绿精准配方肥为缓释肥、采自4个种源的文冠果种子为试验种子;试验采用双因素完全随机区组设计,对4个种源均分别施用不同量的施肥量;2019年4月2日播种,自4月28日起每10 d测定1次苗高、地径;以4个种源文冠果1年生容器苗为研究对象,应用根系扫描分析系统(WinRHIZO)测算根系长度、表面积、体积等指标;以文冠果容器苗苗高、地径、生物量、根系形态为评价指标,应用方差分析法、邓肯(Duncan)多重比较法、隶属函数法,分析种源和施肥对文冠果容器苗生长的影响,旨在为不同种源文冠果苗木培育提供参考。

1 研究方法

试验地位于北京市鹫峰国家森林公园北京林业大学科技温室(地理中心坐标:40°N、116°34′E),温室内昼夜平均气温为昼24 ℃、夜21 ℃,采用自然光照,平均日长为13.5 h。试验所用文冠果种子,采自内蒙古阿鲁科尔沁旗(以下简称阿旗)、河南陕县(以下简称陕县)、新疆木垒(以下简称木垒)、内蒙古翁牛特旗(以下简称翁旗)4个地区(见表1)。育苗容器为塑料营养杯(深度20 cm、上口径10 cm,体积1 050 mL),基质为丹麦进口草炭土与珍珠岩以体积比V(草炭土)∶V(珍珠岩)=3∶1混合,加入多菌灵消毒。使用的缓释肥,为美国Scotts公司生产的奥绿精准配方肥(铵态氮占质量比8.4%+硝态氮占质量比6.6%+磷元素占质量比3.9%+钾元素占质量比9.1%+微量元素,21 ℃释放周期为5～6个月),播种前将肥料均匀拌入基质中。

表1 试验使用的文冠果种子各种源地理位置及气候因子

采用双因素完全随机区组设计,种源分别为阿旗、陕县、木垒、翁旗,施肥量(以施氮质量计)分别为40、80、120、160、200 mg/株(即基质中施用缓释肥0.25、0.51、0.76、1.02、1.27 g/L)。每重复20个小区,每小区15株,合计300株,重复4次共计1 200株。

2019年4月2日播种。播种前将经过冬季沙藏的种子用水浸泡24 h后,再与湿沙混合平铺在地上,待90%种子露白开始播种。每容器播种1粒,适时浇水。每小区每重复选取8株,自4月28日起每10d测定1次苗高、地径,测量日期为4月2日、4月28日、5月10日、5月21日、6月4日、6月14日、6月25日、7月2日、7月10日、8月14日、8月24日、9月4日表示。苗高测定至封顶(8月14日),地径测定至生长季末(9月4日)。

秋季停止生长后,将前述动态测定的苗木进行破坏取样。每小区随机选取5株,将根系清洗后用Epson V750 Pro扫描仪获得根系图像,随后用根系扫描分析系统(WinRHIZO)对根系长度、表面积、体积等指标测算,同时将根系径级(d)分为05 mm。将每小区每重复5株苗木分为根、茎2部分,洗净后70 ℃烘干至恒质量,用电子天平称量干质量。

利用SPSS 26.0进行方差分析和邓肯(Duncan)多重比较,当协同作用显著时,分析协同作用对各指标的影响,协同作用不显著时分析主效应。应用隶属函数法对种源和施肥最优组合进行筛选,计算公式为:隶属值=(N-Nmin)/(Nmax-Nmin),式中N为某处理指标值、Nmax为该指标的最大值、Nmin为指该指标的最小值。若某个测定指标与幼苗生长呈反向关系,则利用反隶属函数公式进行计算:隶属值=1-(N-Nmin)/(Nmax-Nmin)。

2 结果与分析

2.1 种源和施肥对文冠果容器苗生长动态的影响

各处理文冠果苗高生长均呈现先快后慢的趋势,播种后1个月内苗高达10 cm以上。苗高生长高峰期发生在4月份(4月2日—4月28日阶段),平均增长速率为13.64 cm/月。5月份(4月28日—6月4日阶段)苗高生长速度放缓,生长量减少。6—8月份(6月4日—8月14日阶段)苗高生长量较少,8月中旬苗木封顶,苗木生长缓慢直至停止生长(见图1)。经双因素方差分析,种源和施肥协同作用对苗高影响不显著(见表2)。除4月28日外,种源主效应对其他各测量日期苗高影响显著(P<0.05)(见表2),阿旗、木垒、翁旗种源苗高,明显高于陕县种源苗高(见表3)。

图中的误差线为不同时期苗高的标准误。

表2 不同种源和施肥处理对不同时期文冠果苗高影响的方差分析结果

表3 各种源不同时期的文冠果苗高

各处理文冠果地径生长均呈现“快-慢-快-慢”的趋势,地径在整个生长期内存在2个生长高峰期,具有明显的阶段性。其中4月份(4月2日—4月28日阶段)为第1个生长高峰期,地径生长量为1.71 mm;5月份(4月28日—6月4日阶段)地径生长速度下降;第2个生长高峰期发生在6月份(6月4日—6月25日阶段),生长速率比4月份减小,地径生长量为0.73 mm;7—9月份地径生长速度缓慢,随后生长逐渐停止(见图2)。种源和施肥协同作用对地径影响不显著(见表4)。施肥主效应对8—9月份地径影响显著(P<0.05)(见表4)。

图中的误差线为不同时期地径的标准误。

表4 不同种源和施肥处理对不同时期文冠果地径影响的方差分析结果

8月14日,施肥量为120、200 mg/株时的地径,显著大于施肥量为40 mg/株时的地径;8月24日、9月4日,施肥量为120、160、200 mg/株时的地径,显著大于施肥量为40 mg/株时的地径;且8月14日、8月24日、9月4日时,地径均在施肥量为120 mg/株时最大(见表5)。

表5 不同施肥量时不同时期的文冠果苗木地径

2.2 种源和施肥对文冠果容器苗生物量的影响

种源和施肥的协同作用显著影响文冠果苗木生长季末茎生物量和根茎比,根生物量受种源主效应的显著影响(P<0.05,见表6)。从种源和施肥的协同作用看,阿旗种源茎生物量随施肥量增加而增大,施肥160 mg/株的茎生物量显著高于施肥40 mg/株;陕县种源茎生物量,在施肥200 mg/株时显著高于施肥80 mg/株;木垒和翁旗种源茎生物量受施肥影响不显著。施肥40、80、160 mg/株时,各种源间茎生物量存在显著差异。阿旗种源根茎比,在施肥40、80 mg/株时,显著高于施肥160 mg/株;陕县种源根茎比,在施肥80 mg/株时显著高于施肥160 mg/株;木垒和翁旗种源根茎比,受施肥影响不显著。施肥80、120、160 mg/株时,各种源根茎比存在显著差异(见表7)。可见施肥量较多时有利于提高阿旗种源、陕县种源苗木的茎生物量,而使其根茎比值降低。从种源主效应看,陕县种源苗木根生物量显著高于其他种源苗木根生物量(见表8)。

表6 不同种源和施肥处理对文冠果苗木生物量影响的方差分析结果

表7 种源和施肥协同作用时文冠果苗木的茎生物量和根茎比

表8 不同种源时文冠果苗木的根生物量

2.3 种源和施肥对文冠果容器苗根系形态的影响

种源和施肥的协同作用,对径级2 mm

表9 不同种源和施肥处理对文冠果苗木根系形态影响的方差分析结果

表10 种源和施肥协同作用时文冠果苗木2～5 mm径级(d)根系形态

从种源主效应看,陕县种源、木垒种源d<2 mm径级根,根系长度、表面积、体积显著大于翁旗种源的;陕县种源2 mm

表11 不同种源文冠果苗木的根系形态

2.4 种源和施肥最优组合方式筛选

不同种源和施肥组合对文冠果容器苗生长的影响,利用测定的苗高、地径、根生物量、茎生物量、根系总长度、根系总表面积、根系总体积7项指标综合评价(见表12),隶属函数均值排名前5的组合为“陕县种源+施肥160 mg/株”、“陕县种源+施肥120 mg/株”、“阿旗种源+施肥120 mg/株”、“阿旗种源+施肥160 mg/株”、“陕县种源+施肥200 mg/株”组合。

表12 不同种源和施肥组合对文冠果容器苗生长影响的隶属函数综合评价结果

3 讨论

3.1 文冠果1年生容器苗生长规律

探索不同种源1年生苗木的生长规律,有助于对苗木生长动态进行预测和管理,制定合理的水肥管理措施,并为优良种源的早期选择提供依据[16-17]。本研究中,不同处理时文冠果容器苗苗高存在1个生长高峰期,除4月28日外,整个生长期内,阿旗、木垒、翁旗种源的苗高显著高于陕县种源的苗高,表明种源之间存在差异,根据育苗和造林需求进行种源选择是必要的[18]。本研究的不同处理时,文冠果容器苗地径存在2个生长高峰期,其中第1次生长高峰期与苗高重合;而大田条件下,文冠果地径有1个生长高峰期[16],表明苗木生长节律不仅受自身遗传因素的影响,还受外部环境因素(如养分、温度、土壤条件等)的影响[17]。本研究中,生长季末(9月4日)施肥120 mg/株时地径最大,当施肥超过120 mg/株时地径并未显著降低;张金浩等[19]对肯式南洋杉(Araucariacunninghamii)的研究表明,地径随施氮量的增加而增大,在施氮量为550 mg/株时达到峰值,但超出该施氮量时并未有显著抑制;表明缓释肥具有养分释放缓慢、肥效期长的特性,能够促进文冠果容器苗地径的生长。应加强苗木在生长高峰期的田间管理,保证水分养分的供应以提高苗木质量。

3.2 缓释肥对不同种源文冠果容器苗生长的影响

已有研究表明,适量缓释肥有助于增大生物量和植物体内养分含量积累,促进根系发育,提高苗木养分利用率[20-21]。同一树种不同种源的苗木,由于受到自身遗传特性、地理气候差异等因素的影响,会对外界环境养分形成不同的适应机制[22]。本研究表明,缓释肥对陕县种源容器苗茎生物量影响显著,施肥200 mg/株时的茎生物量,显著大于施肥80 mg/株时的茎生物量;缓释肥对阿旗种源容器苗茎生物量影响显著,茎生物量随施肥量的增大而增大,在施肥160 mg/株时达到峰值。本研究表明,阿旗、陕县种源幼苗根茎比,分别在施肥40、80 mg/株时达到最大值,显著高于施肥160 mg/株时的幼苗根茎比,表明缓释肥用量的增加对地上部分生物量积累的促进作用大于地下。当存在养分胁迫时,幼苗将更多的生物量分配给根系从而促进养分吸收,而养分充足时幼苗向地上部分分配比例增加[23-25]。

良好的根系形态有助于促进养分积累,提高翌年苗木竞争力和造林成活率[26]。苗木根系对土壤养分的变化十分敏感,过量缓释肥会抑制根系发育[27]。本研究中,陕县种源容器苗根系总长度、径级为2 mm

4 结论

供试缓释肥对阿旗、陕县种源文冠果苗木的生长具有不同程度的促进作用,而对木垒、翁旗种源容器苗的生长影响不显著。施肥量为120～160 mg/株时,阿旗种源苗木的苗高、茎生物量、径级2 mm