栓皮栎苗木对水肥耦合效应的生长及生理响应

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栓皮栎(Quercus variabilis)是我国珍贵的乡土树种,其材质优良,具有较高的生态和经济价值。然而,在进行栓皮栎大面积培育时,灌溉和施肥等技术的缺乏和不成熟会导致育苗成活率低,苗木生长较慢,不能满足实际生产和造林的需求。因此,改善栓皮栎在育苗过程中的水肥制度,对发展栓皮栎珍贵优质用材林具有较大意义。本试验以栓皮栎当年生播种苗为材料,采用四因素(土壤水分(W)、施氮量(N)、施磷量(P)、施钾量(K))五水平二次回归通用旋转组合设计。测定各处理栓皮栎苗木的生长指标、生物量指标、叶片光合及荧光参数、养分积累及分配指标,并建立相关模型分析水肥耦合效应对栓皮栎苗木生长的影响,得出适宜栓皮栎生长的最佳水肥组合,同时分析水肥耦合条件下苗木的生理响应,为栓皮栎苗木的培育和造林提供理论依据。结果如下:(1)栓皮栎苗木的苗高与地径在6~7月份长势最佳,对各生长指标的方差分析表明,不同处理苗木生长差异显著(p<0.05),其中水肥供应充足的T8、T16、T18生长情况较好。土壤水分、氮肥显著正向作用于各生长指标,磷肥对地径无显著效应,钾肥对各指标均无显著效应,且主效应大小为土壤水分>氮肥>磷肥>钾肥。耦合效应表明,除地径外,水氮对其他生长指标均有显著耦合正效应;除叶面积外,水磷对其余指标均有显著耦合正效应;水钾对生物量有显著耦合正效应;氮磷对叶面积、根干重、生物量有显著耦合正效应;氮钾对地径有显著耦合负效应,水肥间的耦合效应大于肥料间的耦合效应。对以上指标的多目标决策分析得到最佳的水肥组合为:土壤水分为田间最大持水量(FC)的79.81%,施氮量为220.78 mg·株-1,施磷量43.30 mg·株-1,钾肥量为19.96 mg·株-1。(2)土壤水分、氮肥、磷肥正向作用于栓皮栎幼苗的可溶性糖、可溶性淀粉、可溶性蛋白,且影响效应为土壤水分>氮肥>磷肥,钾肥对这些指标均无显著效应。土壤水分和氮肥是栓皮栎光合作用的主要限制因素,水氮交互对光合作用有显著耦合正效应,随着土壤水分和氮肥同时增加,苗木叶片的Pn、Gs、SPAD值均有不同程度的增加,且适当的磷肥和钾肥对苗木叶片的光合生理也有促进作用。叶绿素荧光参数与光合参数类似,土壤水分、氮肥、磷肥对栓皮栎苗木荧光指标Fv/Fo、Fv/Fm、NPQ、q P、ΦPSII有显著的效应,且效应大小为土壤水分>氮肥>磷肥,钾肥对各指标均无显著效应,而各指标的交互效应有差异。(3)从植物体内养分积累和分配来看,N元素浓度为叶>根>枝,K元素浓度为叶>根>枝,P元素浓度为叶与根浓度相近。土壤水分较低且施肥量较低的处理,苗木各器官的养分浓度也较低。对叶片养分浓度进行回归分析发现,水氮对叶片N浓度有显著耦合正效应,水磷、氮钾对叶片P浓度有显著耦合负效应,氮钾对叶片K浓度有显著耦合负效应。对叶片碳、氮同位素的研究发现,低土壤水分、高氮肥处理的苗木叶片δ13C相对较高,而高土壤水分、高氮肥处理的苗木叶片δ15N相对较高。土壤水分对δ13C有显著负效应,氮肥、磷肥对其有显著正效应,钾肥无显著效应;土壤水分、氮肥对δ15N有显著正效应,而钾肥有显著负效应。水氮、水磷对δ13C有显著耦合负效应;肥料对δ15N的交互效应大于水肥交互效应。土壤水分是影响δ13C和δ15N最主要的因素。(4)相关性分析结果显示,苗木的生长与生物量有极显著正相关关系。苗木的生长、生物量与非结构性碳水化合物、可溶性蛋白、光合参数、叶绿素荧光参数、叶片N浓度具有极显著相关关系。其中,叶绿素含量是影响苗木生长的最主要因素。叶片δ13C与叶片养分浓度无显著相关,与Pn,Gs显著相关,与苗木高生长显著相关。δ15N与叶片N浓度显著正相关,与生长、生物量、光合参数显著相关,表明苗木对N元素的利用效率较高,进而促进了苗木的生长。总体而言,在栓皮栎生长的初期,只有处于良好的土壤水肥环境下,才能较好生长。当土壤水分和氮肥匮乏时,施入过量磷、钾肥会对苗木产生明显抑制。在实际生产中,也应当给予苗木充足的灌溉量和氮肥。
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