叶面施氮磷肥对去顶后云南松苗木生长与生物量分配的影响

王瑜， 车凤仙， 汪梦婷， 代冬霞， 方芳， 汪啟波， 颜廷雨， 陈诗， 蔡年辉, 许玉兰

(1.西南林业大学云南省高校林木遗传改良与繁育重点实验室，云南 昆明 650224；
2.西南林业大学西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室，云南 昆明 650224; 3.弥渡县林木育种培育站，云南 弥渡 675600；
4.西山区团结街道农林水与应急服务中心，云南 昆明 650118；
5.云南省热带作物研究所，云南 景洪 666100)

去顶是林木培育中常见的技术手段，通过去除植物顶端组织，促进地上保留组织萌生新枝和新叶，提高萌生更新的能力，加速苗木幼态化生长，改善品质[1-2]。由于去顶后苗木光合器官减少，短期内会促进芽的萌发和生长，萌条生长后可用于无性繁殖[3-4]。研究发现，去顶后苗木需要大量营养，以供萌条生长，施肥能有效促进去顶后苗木、萌条生长，提高萌条质量和萌蘖能力[4-5]。氮、磷是植物生长发育必不可缺的营养元素，适宜的配比能充分发挥不同肥料的协同耦合作用，相互促进肥效的发挥[6-8]。随着市场需求扩大，人们为追求苗木的产量，大量使用化学肥料，导致土壤板结，肥料利用率不高。而叶面肥通过叶面吸收营养元素，直接参与体内新陈代谢和有机物合成的过程，灵活根据苗木的营养需求有效调节肥料种类、次数等来满足苗木生长，既弥补了土壤肥料利用率的不足，还降低了对环境的破坏力度[9-11]。目前，叶面肥研究主要集中在阔叶树种[12]，对于松类树种研究较少，尤其是云南松叶面施肥的研究报道鲜见，大多仍采用常规根系施肥[13]。

苗木生物量大小反应了苗木对外界环境适应能力强弱，生物量分配是指苗木对各器官间养分分配以适应生长环境[14]。根生物量与分配与苗期吸收、运输养分有关，茎与苗木导水、支撑有关，叶则与光合固碳收益有关，各器官之间生物量分配直接影响苗木生长[15-16]。根、茎、叶各器官生物量分配随时间和环境的变化而变化，这种导致两种器官或各器官间相对生长速率间的变化称为异速生长[17]。NIKLAS[18]认为，异速生长与植物生物量、个体大小关系密切。因此，通过研究苗木生物量分配及各器官间的异速生长，了解苗木适应性生长和资源分配的关系。目前，大部分研究通过植物各器官生物量、总生物量及地上、地下生物量的异速生长关系反映植物生长、适应机制等方面[19]。资源分配假说认为，萌生更新能力取决于母树地上器官的资源储存[3]。但在云南松苗木萌蘖过程中，其资源分配相关研究鲜见报道。进一步深入研究云南松苗木去顶后叶面施肥对苗木生长萌芽发育期间各器官的生长情况，有助于揭示植物生长萌发之间的协同规律。

云南松(Pinusyunnanensis)作为中国西南地区特有的造林先锋树种，同时也是主要的用材树种[20-21]，具有较高的经济价值、生态效应，被广泛使用[22]。研究发现无性繁殖方式能提高和改善云南松苗木品质[23]。目前对去顶后云南松的研究主要集中在去顶高度、喷施激素等方面，已有研究表明，去顶后云南松苗木喷施激素提高了萌条产量，显著影响苗木养分变化[24-25]，但叶面施肥对其影响鲜见报道。鉴于此，本研究以云南松为研究材料，采用氮、磷肥对云南松叶面进行喷施。从叶面施肥与去顶两个角度探讨施肥对去顶后云南松苗木的生长机制，以及苗木生物量的分配关系，并建立不同施肥下云南松苗木异速生长方程，从异速生长指数上分析云南松生物量分配差异，揭示氮磷施肥对去顶云南松苗木生长及资源分配的合理利用能力，为叶面施氮磷肥调控去顶后云南松苗木生长提供科学依据和参考。

1.1 研究区概况

试验地设置在西南林业大学苗圃，位于25°04′00″N,102°45′41″E，海拔约为1 945 m。该地年均气温14.5 ℃，绝对最低气温-9 ℃，绝对最高气温32.5 ℃，年降水量700～1 100 mm，年平均相对湿度68.2%，属于北亚热带半湿润高原季风气候；
土壤为酸性低磷土壤。

1.2 试验材料

试验种子采自云南省弥渡云南松无性系种子园(云S-CSO-PY-001-2016)，于2018年1月在西南林业大学苗圃播种育苗，3个月后进行移苗，移栽至育苗盆中(容器规格为底径18 cm×高32 cm)，基质为质量比为1∶2的红土和腐质土混合，其中土壤氮含量为4.74 g·kg-1，磷含量为1.50 g·kg-1，钾含量为9.23 g·kg-1。2019年3月底选取生长一致的苗木进行去顶，去顶时苗高平均10.8 cm，地径平均8.6 mm。通过前期预研究结果，确定去顶高度6 cm。去顶后仍有针叶，可进行叶面施肥。

1.3 研究方法

1.3.1 试验设计 试验氮、磷二因素的三水平各自两两组合，共组成9个处理，每个处理12株苗，重复3次，共324株苗木。氮、磷肥用量参照BEN[26]的方法，选取高、中、低3个水平。具体试验方案见表1,其中氮肥为尿素含氮量为46%，磷肥为过磷酸钙含P2O5量为12%。去顶后开始施肥，按照比例配制好氮肥和磷肥溶液对每株进行相同溶液体积喷施，喷施以针叶浸湿并刚好有液体下滴，每次间隔时间为7 d，共喷施5次(每次用量一致)。其间对苗木统一管理，每隔两个星期除草，把盆中的杂草全部拔除；
每隔3～5 d浇水，每次浇透即可。

表1 云南松苗木氮磷配施试验方案Table 1 Test design of combined application of nitrogen and phosphorus for Pinus yunnanensis seedlings

1.3.2 田间排列 田间布设采取拉丁方和随机排列的特点，并根据试验设计进行合理的田间布设，顺序错位排列。

1.4 形态指标和生物量测定

于2019年12月采样，从每个处理每个重复中选择接近平均基径高度的幼苗3株，每个处理共采9株，共取81株，用游标卡尺测定地径，精确至0.01 mm。把植株完整地从育苗盆中取出，并标记处理号。用清水小心冲洗根系土壤，晾干，保持根系完整。用直尺测定主根长、侧根长，精确至0.01 cm；
数出侧根数。用电子天平称量根、茎、叶、萌条的鲜质量，放进纸袋装好并做好标记。在105 ℃的烘箱中杀青30 min后，调至80 ℃进行烘干处理至质量恒定，分别称其干质量，即为生物量，精确至0.001 g，获得地上部分生物量(茎生物量+叶生物量+萌条生物量)、单株生物量(根生物量+茎生物量+叶生物量+萌条生物量)、伐桩母株生物量(根生物量+茎生物量+叶生物量)、各器官(根、茎、叶、萌条)生物量分配比、地上生物量分配比、伐桩母株分配比等。

1.5 数据处理

用Excel整理采样植株的数据，采用SPSS 22.0分别对地径、根系、生物量及生物量分配比指标进行ANOVA方差分析，利用Duncan多重比较不同处理间的差异显著性，选取平均值±标准差绘制图表。大多数研究者认为，生物量能更为本质或更为准确的一个表征指标，以总生物量更具代表性[27]，因此，本试验采用单株生物量表征整体，根、茎、叶等生物量表征部分做异速分析。异速生长方程表示为Y=βXα[28]，线性转化为log2Y=log2β+α·log2X[17]，其中X、Y为生物量。采用标准化主轴估计法(SMA)[29]，获取异速生长方程的参数估算。计算不同器官生物量间的异速生长指数α和常数，α=1为等速关系，α≠1为异速关系[28]，比较它们之间及各斜率的差异性。若斜率间无显著差异，则需进一步比较它们的截距并进一步进行漂移检验。

2.1 叶面施氮磷肥对去顶云南松苗木生长的影响

不同叶面施肥处理对去顶后云南松苗木地径、主根长、侧根长、侧根数存在显著影响(P<0.05，表2)。从地径看，最高处理是T6和T9，两者间差异不显著，但均显著高于其他处理，最低的是T4,说明中、高水平氮、磷配施比单施氮肥给利于地径生长。从主根长看，T8最高，T6其次，均显著高于其它处理，T3最低,说明高水平氮、中水平磷利于主根生长，而单施高水平磷肥抑制主根生长。除T2外，随施肥量的增加，侧根长均低于T1，施中水平磷肥助于侧根生长。对于侧根数来说，T9能够显著增加侧根数。整体来说，不同施肥量对苗木各部位生长具有针对性，在实际生产中可按需求施用相应肥量。

表2 不同叶面施肥对去顶云南松苗木各指标生长的影响

2.2 叶面施氮磷肥对去顶云南松苗木生物量的影响

不同叶面施肥对去顶后云南松苗木地上部分、地下部分(根)和单株生物量积累存在显著差异(P<0.05，图1)。地上部分均高于地下部分。T6、T9地上部分生物量均显著高于其他处理，T4则是最小。T9、T1地下部分生物量均显著高于其他处理，T4最低。按单株生物量大小顺序排列，呈现出T9>T6>T2>T1>T8>T3>T7>T5>T4,说明单施中水平氮肥不利于去顶后云南松苗木生物量的积累，随着氮肥从中水平到高水平增加，高水平磷肥利于苗木生物量的积累。超出这个范围，不利于苗木生长。

不同叶面施肥对去顶后云南松苗木茎、叶和萌条生物量积累存在显著差异(P<0.05，图2)。结合图1来看，各处理间根(地下部分)、茎、叶、萌条生物量积累，除T3、T6为萌条最大，其次是茎，其他处理均为萌条>根>茎>叶。T6萌条、茎生物量积累最多，T4最少。T2叶生物量积累最多，T6最少。可知，中或高水平氮肥和高水平磷肥配施利于萌条生物量积累。单施中水平磷肥对叶生物量积累更好。随单施氮肥含量的增加，根、茎、叶生物量积累随之降低，萌条则是随之增加。随单施磷肥含量的增加，各指标呈上升趋势。从施肥比例来看，氮磷配施对生物量积累要好于单施，中或高水平氮肥和高水平磷肥更利于云南松苗木生物量积累。

2.3 氮磷叶面施肥对去顶云南松苗木生物量的分配

图3可知，不同叶面施肥影响去顶苗木各器官生物量分配。整体而言，除T7外，各处理中萌条生物量分配占比最多，叶生物量占比最少。T7则是根生物量分配占比最多，其次是萌条。萌条生物量分配比最多的是T8，为39.189%，T7最低，为27.193%。从根生物量分配比来看，T1要高于其他处理。可知，中高水平氮肥和中高水平磷肥配施利于萌条生长。单施磷肥，随施用量增加，萌条、茎的生物量分配比也随之升高，根、叶分配比则反之；
单施氮肥，根、茎分配比随施氮量的增加而升高，其他2个器官分配比则减少。中水平氮不变，磷水平逐渐增加，T5、T6萌条、茎分配比随之升高，根和叶生物量分配比降低；
氮为高水平，磷用量不变，T8、T9叶生物量分配比随之增加，萌条、茎、根生物量分配比减少。不同处理下，去顶云南松苗木生物量分配为地上部分>地下部分(根)，T3最多，T1最少，地下部分生物量分配比则相反,说明施肥对去顶后云南松苗木地上部分生物量分配具有促进作用。由此可知，施肥改变了苗木各器官生物量的分配结构，主要倾向于萌条生长，不同施肥量对苗木各器官生物量的分配比有所差异。

注：生物量积累量的值为平均值±标准误。不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncan)。下同。

图2 不同叶面施肥对去顶云南松苗木各器官生物量积累的影响Fig.2 Effects of different foliar fertilization on biomass accumulation of different organs of stubble P.yunnanensis seedings

2.4 叶面施氮磷肥对去顶云南松苗木各部分生物量的异速生长

各器官间，叶与茎、根生物量间的异速生长指数有显著差异(P<0.05)，茎、萌条、地上与根则无显著差异(P>0.05)(表3)。不同处理下，叶-茎在T2、T4、T6处理中等于1.0，为等速生长，其他处理均大于1.0，为异速生长，即叶的生长速率大于茎的生长速率。叶-根生物量间T1、T3、T5、T8大于1.0，属于异速生长。在茎-根生物量间T3、T7、T9与1.0有显著差异，属于异速生长，说明根生长速率大于茎的生长速率。除T7外，在其他处理中萌条-根生物量之间与1.0无显著差异，为等速生长。地上-根在不同处理下均与1.0不显著，为等速生长。由此可知，对于各器官生物量间的异速生长关系，绝大多数处理表现为等速生长。

图3 不同叶面施肥对去顶云南松苗木各器官生物量分配的影响Fig.3 Effects of different foliar fertilization on biomass allocation of different organs of stubble P.yunnanensis seedings

表3 不同叶面施肥对去顶云南松各器官生物量间的异速生长分析Table 3 Analysis of allometric growth of each organ biomass of stubble P.yunnanensis seedings among different foliar fertilization

整体而言，茎、叶、萌条生物量与单株大小间有显著差异(P<0.05)，根、地上与单株之间没有显著差异(P>0.05)(表4)。不同处理下，根、地上部分与单株之间的斜率与1.0无显著差异，表现为等速生长。茎-单株生物量间除T1、T3、T9为异速生长外，其他处理间均与1.0无显著差异为等速生长，其中T3、T9斜率显著小于1.0，T1反之。即单株生物量的积累速率大于茎生物量，T1则反之。叶-单株生物量间T2、T4是等速生长外，其他处理均为异速生长。斜率均显著大于1.0，说明叶的生长速率大于单株。萌条与单株在不同处理下，仅T7为异速生长，即单株的生长速率大于萌条生长。

表4 不同叶面施肥对去顶云南松各器官与单株大小间的异速生长分析Table 4 Analysis of allometric growth of between each organ and individual size of stubble P.yunnanensis seedings among different foliar fertilization

施肥利于苗木生长，有针对性地对苗木进行叶面施肥，可以使苗木获取相应的营养成分，提高苗木质量，但过量施肥会影响幼苗生长[30-31]。本研究中，叶面施肥显著影响去顶云南松苗木地径、根系的生长，且氮、磷配施效果明显。这与张跃敏等[32]对云南松实生苗的研究结果相似。不同施肥量对苗木不同部位表现出不同规律。N:0.4 g·株-1，P:1.6 g·株-1对地径、主根长的生长显著；
N:0.8 g·株-1，P:1.6 g·株-1利于侧根数增多和地径生长；
P:0.8 g·株-1更利于侧根长生长，但施用量不宜过高。这一结果与连人豪等[33-34]的研究结果相似，对无患子和海南海桑进行施肥，发现施肥显著促进苗木地径和地下部分生长。苗木根系生长发育受到苗木体内营养物质的调控，控制施肥量，可以促进主根、侧根的生长，提高苗木养分吸收的范围，侧根数的增加确保苗木生长所需[35-37]。云南松苗木生长前期，根系不发达，需大量侧根共同吸收大量营养支撑苗木生长。不同氮磷施肥促进去顶云南松苗木地径生长、根系发育，但需注意施肥量要适宜。否则，使其获取水分和养分的能力下降，抑制苗木生长。

生物量表征着苗木对外界环境的适应能力，而生物量积累是植物吸收能量的主要体现[14]。本研究结果表明，适宜的氮磷配施能够显著影响植物各部分生物量投资。地上部分投资大于地下部分，施肥处理均大于T1，说明施肥显著影响去顶云南松生物量投资，这一结果与西南桦(Betulaalnoides)树种研究结果类似[38]。去顶云南松生物量分配规律与不去顶云南松苗木一致，仍优先地上生长[39]，进一步说明，云南松幼苗生长主要倾向于地上部分，为获得更多的光照和生存空间。在不同施肥水平下，高磷、中氮利于地上部分积累，说明氮磷肥与苗木生物量有着密切的关系，适当增加氮磷肥能促进各部分的生物量。本研究发现，不同施肥对去顶云南松幼苗生物量分配存在差异。除T7外，各处理生物量分配为萌条>根>茎>叶，说明各器官单施适当的氮肥对苗木萌条、茎、叶生长作用大于根系，过量则会抑制苗木地上部分的生长。施肥能加强苗木不同器官生长协调性来适应环境或自身变化。而云南松不去顶，其苗木生物量分配以叶和茎生物量为主，在资源有限的情况下优先将资源分配于叶，增加光合效率[40]。去顶后生物量分配与不去顶存在明显差异，说明去顶后苗木为了提高对环境的适应能力，会在较短的时间内提高植物的光合速率，在营养充足的情况下，使根系大幅度增加，储存营养物质，优先向光合器官转运，刺激萌条生长[2-3]。即施肥影响去顶苗木生物量投资和分配，氮磷配施对生物量积累要好于单施，中、高水平氮肥和高水平磷肥更利于云南松苗木生物量积累、分配。

异速生长能够揭示某物种部分与整体间或各器官间的差异和对比关系，能更好地了解物种在资源分配的外观可塑性和表型可塑性，进一步揭示其适应机制[41-42]。本研究对不同处理云南松各器官生物量间的异速关系进行研究发现，叶-茎、叶-根存在显著关系，不同处理中各器官生物量间既有异速生长表现，也有等速生长表现。各部分与单株生物量间也有同样的情况，表明不同处理云南松苗木生物量分配的差异来源于各器官及各器官与单株之间不同的相对生长速率，这与生态代谢理论有所差异。生态代谢理论认为，植物地上、地下生物量均表现为异速生长关系，叶与茎或地上生物量也表现为异速生长[43-44]。本研究中，地上、地下生物量间呈等速生长，叶-茎、叶-根生物量间表现为等速生长或异速生长，这可能是因为云南松苗木去顶后进行不同比例施肥，导致其器官生物量之间的异速生长关系也不同。在其他研究中也发现不同环境下，植物器官间或器官与个体间不一定存在恒定的异速生长指数[45]。本研究中，云南松苗木去顶，随氮、磷配施，养分增加降低了根系的分配，把营养物质和水分运输到地上部分，促进大量萌条生长来获取碳水化合物和营养，维持正常生长。

综上所述，不同施肥配比，去顶后云南松苗木生长及其生物量分配具有显著差异。这些差异来自于部分或器官与整体间的相对速率，结果表明，形态指标和生物量各指标间均存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关关系。氮磷配施处理T6(N:0.4 g·株-1，P:1.6 g·株-1)利于地径、根系的生长。生物量投资为地上部分>地下部分，T6地上生物量最多。从苗木生物量分配比来看，除T7处理外，均为萌条>根>茎>叶，处理3(N:0.0 g·株-1，P:1.6 g·株-1)萌条、地上生物量分配比最高。施肥能够显著促进去顶云南松苗木生长，提高苗木生物量。为提高苗木生长和生物量，应施加0.4～0.8 g·株-1氮肥，1.6 g·株-1磷肥，避免肥量多高或过低对苗木造成伤害。