基于多元素配方施肥的杉木3代种子园叶片营养诊断研究.pdf
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1、 167中国土壤与肥料2023(7)doi:10.11838/sfsc.1673-6257.22225基于多元素配方施肥的杉木 3 代种子园叶片营养诊断研究陈元镇1,俞元春2,李宝福3*,陈慧婷1(1福建林业职业技术学院,福建南平353000;2南京林业大学生物与环境学院,江苏南京210037;3福建省林业科学研究院,福建福州350012)摘要:通过对 3 代杉木种子园开展“3414”配方施肥试验,探讨杉木 3 代种子园母树种子产量与对应针叶养分含量的数量关系,研究各养分间的作用规律,确定种子高产时对应的叶片最适养分含量,即营养诊断标准,为种子园的科学合理施肥、缺素矫正提供理论依据及实践指导。
2、结果表明:P、Mo 及 N-Mo、P-K、K-Mg、Mg-Mo 的交互作用是影响 3 代种子园母树种子产量的主导因子。其中 Mo 与种子产量成极显著(P0.01)负相关,而 N-Mo、P-K、K-Mg、Mg-Mo 交互效应对种子产量有极显著(P0.01)促进作用。通过最适浓度法,计算出种子园母树针叶各营养元素的适宜浓度范围,分别为:N(12.33 14.97gkg-1),P(3.26 9.04gkg-1),K(23.92 31.06gkg-1),Ca(9.10 12.34gkg-1),Mg(2.09 2.73gkg-1),B(28.42 46.50mgkg-1),Mo(0.12 0.38mgk
3、g-1)。根据调查和测定结果,施肥试验中种子园产量高的母树,其针叶中各养分含量均落在适宜浓度范围之内,说明诊断标准具有较高的可靠性,在杉木 3 代种子园的经营管理中可提供配方施肥、缺素矫正的有效指导。关键词:杉木 3 代种子园;种子产量;叶片养分含量;营养诊断林木种子园是以无性系或家系的优树为建园材料,按照一定的造林经营技术措施,以生产具有优良遗传品质和播种品质的林木为目标的特种人工林1。营建林木种子园对于提升林木良种化水平发挥着十分关键的作用2-6,20 世纪 50 年代以来,美国、德国、日本等国家相继通过营建林木种子园7-8,以回交育种的形式,持续开展多世代育种并营建高世代种子园9,来推进
4、本国林木良种化进程。我国最早于 1964 年建立了国内首个种子园10。杉木(Cunninghamia lanceolata)为我国南方地区重要的速生丰产用材树种之一11-12,也是福建省北部、西部地区的主栽用材树种。一直以来,杉木种子园的建设受到各级林业部门和林业科研工作者的重视4-13。林木营养诊断技术主要包括土壤诊断、树体营养诊断,是利用生物或化学测定方法,对土壤和植株的营养元素含量盈亏状况、元素间的相互关系,以及对植物产量或质量的影响进行分析判断,从而指导植物合理施肥和缺素矫正的一种营养调控技术14-17。有关用材林、经济林的营养诊断已有较多的学者开展试验研究并发表相关文献报道16-20
5、,但针对杉木种子园营养诊断的试验研究相对比较薄弱。近 10 年来,福建、广东、湖南等省在杉木种子园营建、管理及种质材料方面开展了大量研究,并取得了突出进展 4-5,9-13,但在杉木种子园配方施肥领域的研究较少,特别是杉木种子园的土壤肥力特点和营养诊断方面的研究少见报道,从而造成了生产上对杉木种子园的施肥依然保持以施用氮磷钾复合肥为主的状况21,没有高效的配方施肥方法,这在很大程度上阻碍了杉木种子园质量的提升。为了有效提高杉木种子园母树的营养管理水平22-25,促进种子园的高产稳产,对闽北杉木第 3 代种子园开展“3414”配方施肥试验26-29,通过营养诊断方法30-32,对不同施肥处理的杉
6、木种子园母树中针叶营养元素含量和母树种子产量进行回归分析,探讨单株母树种子的产量与对应针叶的营养元素含量之间的数量关系,确定种子高产时对应的叶片最适养分含量,即营养诊断标准33,以期为制定杉木 3 代种子园的配方施肥方案以及开展种子园缺素矫正提供科学的理论依据和实践指导参考,对闽西北杉木中心产区高产优质种子园的经营管理和母树树收稿日期:2022-04-13;录用日期:2022-05-22基金项目:国家重点研发计划项目(2016YFD0600304);院士专家工作站科研项目(闽林院教201915 号,2019YSZ002)。作者简介:陈元镇(1967-),硕士,教授,主要研究方向为森林土壤、植物
7、营养与施肥。E-mail:。通讯作者:李宝福,E-mail:。168中国土壤与肥料2023(7)体营养调控具有重要意义,在森林质量提升、森林资源可持续发展和生态文明建设中发挥积极作用。1材料与方法1.1试验地及参试林分概况试验地位于福建省南平市光泽县鸾凤乡高源村,地处闽江源头富屯溪上游(117 17 E,27 33 N),该区属于中亚热带季风气候,常年温暖湿润,年平均气温 17.4,极端最高温度为 39.8,极端最低温度为-9.4,雨季集中在36月,年均降水量 1937.7mm,年平均日照时数 1667.9h,无霜期达 275d。该区域水热条件优越,自然植被资源丰富,森林覆盖率达 78.8%以
8、上。参试林分位于华桥国有林场第 3 代杉木种子园基地内,试验园地为低丘地形,地势平缓,坡度在 5 15 之间,土壤为酸性红壤,立地质量级。参试林分为林场 2013 年开始建设的杉木第 3 代种子园林分,园地面积 13.2hm2,于 2013年造林定砧,种植密度 600 株hm-2,株行距 4m4m、穴规格 80cm70cm70cm(长 宽 高),次年进行嫁接,2017年开始挂果投产。1.2试验设计延续前期已经进行的杉木第 3 代种子园多元素配方施肥效应研究32,选择不同长势、不同结果数量的母树进行养分测定,结合生产上常用肥料的特点及其利用率,采用农业部制定的“测土配方施肥技术规范”26及相关要
9、求,继续开展“3414”配方施肥试验34-38。本试验以种子园母树植株叶片、果实营养元素及土壤养分测定结果初步计算出的施肥量为基础,并结合杉木种子园生产上的经验施肥量及肥料的利用率,设计 N、P、K 三因素配方施肥 39方案(表 1),同时进行 Ca、Mg、B 施肥试验,参试植株每株分别施石灰 100g、硫酸镁 100g 以及硼砂 50g(分别含有效成分 CaO50%、MgO30%及 B3%),不设置 Mo 肥试验。在试验园地选择比较完整的一个区组布设施肥试验,所有参试植株位于同一坡面、立地条件比较接近。每个施肥处理选取 5株母树进行施肥(即 5次重复)。2020年 3 月在树冠滴水处左右两边
10、分别开 20 30cm深的弯月沟,将 Mg、B 肥混合均匀后在树冠滴水处的一侧施入,N、P、K 肥则在另一侧施入,施入后将肥料与土壤搅拌后覆土。同时在离树干 50cm 范围内,把石灰撒施于地面上,并与土壤稍作搅拌。表 1试验设计及施肥量(g株-1)试验编号处理肥料及所含有效成分施用量尿素(N)过磷酸钙(P2O5)氯化钾(K2O)1N0P0K0 0(0)0(0)0(0)2N0P2K2 0(0)600(90)100(60)3N1P2K2 50(25)600(90)100(60)4N2P0K2100(50)0(0)100(60)5N2P1K2100(50)300(45)100(60)6N2P2K21
11、00(50)600(90)100(60)7N2P3K2100(50)900(135)100(60)8N2P2K0100(50)600(90)0(0)9N2P2K1100(50)600(90)50(30)10N2P2K3100(50)600(90)150(90)11N3P2K2150(75)600(90)100(60)12N1P1K2 50(25)300(45)100(60)13N1P2K1 50(25)600(90)50(30)14N2P1K1100(50)300(45)50(30)1.3调查与测定2021年 11 月调查母树球果数量,选取此前已经开展杉木第 3 代种子园多元素配方施肥效应研究
12、的目标母树,在距离母树树冠上部东南向约 l/3处,采集当年生离树枝尾梢 20 30cm 的针叶混合样品 250g 左右,同时在对应的母树树冠东西南北方向采集 8 10 粒球果。采集的母树针叶和球果样品称重后,测定其含水量、母树球果单粒质量、出籽率,求算球果产量17,同时测定母树的叶片 N、P、K、Ca、Mg、B、Mo 养分含量(干重)。单株种子产量的求算公式为:单株种子产量(g)=单株球果数量 平均单粒球果鲜重(g)球果平均含水量(%)球果出籽率(%)1.4数据分析采用 Excel2010 和 SPSS20.0 进行数据统计分析,拟合肥料效应函数方程,进一步研究各种养分之间的相互作用规律,并提
13、出最佳的施肥配比和最适施肥量24。169中国土壤与肥料2023(7)2结果与分析2.1不同施肥处理对杉木种子园叶片养分含量及相应种子产量的影响根据杉木 3 代种子园多元素配方施肥试验的产量测定数据(表 2),对不同配方施肥处理的种子园母树产量进行统计分析,结果显示:N2P2K3和 N3P2K2处理施肥组合的种子产量最高,达到 59.55 66.98g株-1,远高于平均产量 25.29g株-1,超过平均产量 135.47%164.85%,即每株母树施用尿素、氯化钾各 100150g,施用过磷酸钙 600g 时种子园产量最高;种子园产量最高的 N2P2K3和 N3P2K2处理施肥组合,对应母树针叶
14、的各种养分含量均处于较高水平,其中营养元素 Mo 的含量最高,为0.46mgkg-1,达到平均含量的 230%。根据调查测定不同施肥处理母树针叶的养分含量(干重)及其相应的种子产量(表 2),以单株母树种子产量为因变量(Y),以 N、P、K、Ca、Mg、B、Mo(X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7)为 自变量,建立二次多项式回归方程13,以自变量F F0.1(F=F0.1)为取舍标准,显著性标准为F F0.1,分析种子产量与母树针叶养分含量之间的关系16,拟合二次多项式回归方程为:Y=141.5964-1628.3438X7-1.657960X22-365.1636X72+58.4346
15、X1X7+0.8318X2X3-2.745924X3X5+447.33279X5X7R=0.9468,F=9.886,显著水平 P=0.0022,剩余标准差s=3.2858,采用最小二乘法(最小平方法)进行计算,当显著性水平=0.05 时(自由度=13),回 归 估 计 精 度 数 值:1-(t0.05s)/Y=71.61;当 显 著 性 水 平=0.1 时(自 由 度=13),回归估计精度值:1-(t0.1s)/Y=76.73。这就意味着单株种子产量与母树针叶营养元素含量之间所拟合的回归方程,可以比较准确地体现出种子园母树的种子产量与树体针叶养分含量之间的关系。表 2不同施肥处理母树针叶养分
16、含量及其相应的种子产量试验编号处理种子产量(g株-1)N(gkg-1)P(gkg-1)K(gkg-1)Ca(gkg-1)Mg(gkg-1)B(mgkg-1)Mo(mgkg-1)1N0P0K07.3012.2813.9131.0513.822.0119.830.142N0P2K216.7514.7311.5129.1316.902.1124.320.093N1P2K220.8516.109.8334.5315.342.9531.610.124N2P0K215.0512.426.2935.5113.212.377.220.445N2P1K215.3913.893.3934.4612.002.532
17、0.700.296N2P2K227.1314.136.6929.0410.582.0133.880.187N2P3K225.2714.456.9632.5713.632.1130.360.178N2P2K022.4413.9710.8726.0412.241.9623.310.089N2P2K114.6011.337.3427.1314.532.1240.630.3210N2P2K366.9812.893.9029.1913.852.9334.900.4611N3P2K259.5515.118.4625.0213.612.2935.880.1012N1P1K221.3714.618.0624.
18、9715.442.1316.870.1613N1P2K128.1715.419.0631.4813.132.3133.990.1214N2P1K113.2314.1210.4726.8912.242.3628.610.07平均值25.2913.968.3429.7913.612.3027.290.20标准差 s17.161.322.893.571.620.329.040.132.2杉木种子园母树营养元素间的相关性分析对杉木种子园母树针叶营养元素中各个主导因子的偏相关系数、t 检验值及显著性水平 P 值进行分析处理,从表 3 中各个因子的显著水平 P 值和t 检验值可以看出,P、Mo、N-Mo、
19、P-K、K-Mg、Mg-Mo 是影响 3 代种子园种子产量的主导因子。其中,Mo 与种子产量呈极显著负相关,这与土壤中 Mo 含量较高有关。而 N-Mo、P-K、K-Mg、170中国土壤与肥料2023(7)Mg-Mo 交互效应对种子产量有极显著促进作用。表 3回归方程主导因子的 t 值、显著性水平及偏相关系数因子偏相关t 检验值显著水平 Pr(y,X7)-0.936.880.000*r(y,X2X2)-0.864.820.001*r(y,X7X7)-0.451.440.185r(y,X1X7)0.834.260.002*r(y,X2X3)0.844.350.002*r(y,X3X5)0.885
20、.200.001*r(y,X5X7)0.916.140.000*注:相关系数数值为正值表示各因子间为正相关关系,负值表示各因子间为负相关关系;*表示各因子间差异显著(P0.05),*表示各因子间差异极显著(P0.01)。下同。母树针叶营养元素间的相关性(表 4)显示,主要因子 K-Mg、Mg-Mo 之间呈正相关关系,即协同关系,而 N-Mo、P-K 之间呈负相关关系,即拮抗关系。不同的树种品种、不同立地条件下,对产量起主导作用的养分元素、交互效应及其元素间的关系可能会有差异,甚至变化很大。因此,应遵循不同种子园的母树营养元素间的相互作用规律,调配各养分间的比例及其适宜的施用量,使其达到能提高种
21、子园产量的水平,这也正是配方施肥的关键。表 4种子园母树针叶养分间的相关性营养元素NPKCaMgBMoN1P0.111K0.07-0.251Ca0.140.320.011Mg0.19-0.380.320.131B0.23-0.140.130.08-0.031Mo-0.34-0.580.510.030.190.4912.3第 3 代种子园母树针叶养分最适浓度的确定用未剔除不显著项的回归方程式,以种子产量作为指标对各自变量求一阶偏导数,当边际产量=0 时,理论产量最大16,此时各自变量的值即为母树针叶养分的最适含量,经 DPS 统计计算,得到种子园母树针叶中各种营养元素的最适浓度(表 5)。表 5
22、理论最高产量时针叶营养元素浓度的最适组合种子产量(g株-1)针叶营养元素浓度N(gkg-1)P(gkg-1)K(gkg-1)Ca(gkg-1)Mg(gkg-1)B(mgkg-1)Mo(mgkg-1)103.913.656.1527.4910.722.4137.460.25实际上最适浓度往往是一个区间范围,利用表2 母树针叶中各种营养元素的标准差(s),通常由X(营养元素含量)s 可得最适范围24(表 6)。综合分析调查与测定的种子园母树实际种子产量,产量高的 N2P2K3和 N3P2K2处理,母树针叶中各种养分含量均在适宜浓度范围区间,充分说明本研究的诊断标准具有较高的可靠性,因此,此诊断标准
23、可作为杉木 3 代种子园配方施肥和缺素矫正的实践参考。表 6母树针叶各营养元素最适浓度范围(针叶营养诊断标准)N(gkg-1)P(gkg-1)K(gkg-1)Ca(gkg-1)Mg(gkg-1)B(mgkg-1)Mo(mgkg-1)12.33 14.973.26 9.0423.92 31.069.10 12.342.09 2.7328.42 46.500.12 0.383讨论营养诊断与施肥建议综合法(DRIS)是比较常用的一种营养诊断方法,可以对多种元素同时进行诊断。该诊断方法受植物品种、生育期及采样部位等的影响比较小,诊断结果精确性高;同时能够确定元素比值的平衡范围并判断需肥顺序,在农林生产
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