緩釋肥 × 菌根菌對赤皮青岡容器苗生長性狀和養分狀況的影響

黃盛怡，楊孟晴，王 斌＊，周志春，王秀花，徐衛可，吳仁超

(1.中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所，浙江省林木育種技術研究重點實驗室，浙江 杭州 311400；2.浙江省慶元縣實驗林場，浙江 慶元 323800)

土壤有效養分和菌根真菌及其互作對植物生長、根系發育和養分吸收等有重要影響。土壤中外生菌根真菌侵染植物根系，與植物根結合形成的共生體-菌根，能增強植物對土壤中氮和磷等養分的吸收利用，進而促進植物的生長發育和提高植物的抗逆性[1-4]。外生菌根可從根際土壤中吸收NH4+和NO3-這2種氮素形態，且可以吸收土壤中游離的氨基酸，將其轉運給宿主植物[5-7]。在菌根共生體中，宿主獲取的所有磷素幾乎全部來自共生真菌[8]，接種菌根真菌使宿主從土壤中吸收的磷成倍增加，即使在土壤極度缺磷時，菌根仍能吸收磷[9-10]。菌根促進其共生植物磷吸收的現象，在各種林木及生長環境中被廣泛地證實[11]。已有研究表明，施肥和接種菌根菌及其交互作用對油松（Pinus tabuliformisCarr.）、馬尾松（P. massonianaLamb.）、樟子松（P. sylvestrisL.var.mongolicaLitv.）和刺槐（Robinia pseudoacaciaL.）等生長和生理等指標有顯著促進作用。

赤皮青岡（Cyclobalanopsis gilvaOerst.）為殼斗科（Fagaceae）青岡屬（CyclobalanopsisOerst.）常綠闊葉大喬木，是我國南方地區重要的珍貴用材和生態修復樹種，造林用苗需求量較大。近幾年，不同學者從基質配比、不同N/P比緩釋肥加載等方面對赤皮青岡優質容器苗培育展開研究，結果表明，緩釋肥和N/P配比施肥等不同施肥方式均對赤皮青岡幼苗生長有促進作用，同時也有效提高了赤皮青岡苗木質量[12-15]；但相對于殼斗科其它樹種，赤皮青岡1年生容器苗發芽不整齊，幼苗生長慢仍是其容器苗培育過程中存在的主要問題。殼斗科植物是典型的外生菌根樹種，對外生菌根具有較強的依賴性，自然條件下菌根多樣性豐富[16]，白櫟（Quercus fabriHance）、麻櫟（Q.acutissimaCarruth.）和青岡櫟（C. glaucaOerst.）等殼斗科樹種均表現出積極的菌根效應[16-18]，但目前關于赤皮青岡接種菌根菌的相關研究尚少，菌根化育苗能否促進赤皮青岡幼苗生長尚不清楚，不同緩施肥條件下接種菌根菌對赤皮青岡幼苗的生長和養分利用效率的影響是否不同也有待研究。本文以赤皮青岡1年生容器苗為試驗材料，研究不同緩釋肥添加量和接種菌根菌條件下容器苗的生長和養分吸收利用差異，以期為赤皮青岡容器苗合理施肥和菌根化育苗提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在浙江省慶元縣實驗林場（119°01′25″E，27°38′48″ N）育苗基地鋼構大棚內進行，該地屬亞熱帶季風氣候，溫暖濕潤，四季分明，海拔510 m，年均氣溫17.6 ℃，年均降水量 1 721.3 mm，無霜期245 d。供試材料為慶元林木良種基地采集的赤皮青岡種子所育的實生苗。育苗基質為泥炭、谷殼和珍珠巖（體積比為6:1:3）。泥炭pH值為5.8，全N、全P和全K含量分別為14.2、0.7和2.7 g·kg-1。谷殼和珍珠巖在育苗期間主要發揮疏松基質作用，谷殼基本無分解。育苗容器規格為4.5 cm×10 cm（直徑×高）的無紡布網袋。所用菌種彩色豆馬勃（Pisolithus tinctorius(Pers.) Coker &Couch）從北京百歐博偉生物購買，由中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所培養繁殖。所用緩釋肥為美國辛普勞公司生產的愛貝施（Apex）長效控釋肥，其全N含量為180 g·kg-1，有效P含量為60 g·kg-1，全K含量為120 g·kg-1，肥效6—7個月。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區試驗設計，主區為菌根菌處理，分為接種（LM）和不接種（NM）2個處理。副區為緩釋肥加載（F）處理，試驗設置5個緩釋肥添加梯度，分別為F1（1.50 kg·m-3）、F2（2.25 kg·m-3）、F3（3.00 kg·m-3）、F4（3.75 kg·m-3）和F5（4.50 kg·m-3）。2021年4月中旬，將大棚中培育的赤皮青岡芽苗移栽至5種不同施肥梯度的育苗容器中，每個梯度移栽300株，分區塊放置在育苗盤中（每盤64株）進行培養。7月上旬在赤皮青岡容器苗分級分盤育苗前，從每個施肥梯度中隨機選取苗高約10 cm的容器苗60株，分成兩組，一組接種，一組不接種（即對照），每組30株（3次重復，每重復10株）。采用育苗容器中間部位注射方式，對接種組每株容器苗接種10 mL彩色豆馬勃（濃度36.28 mg·mL-1）。接種和不接種容器苗均放置在有間隔的育苗盤中進行培育，不同處理容器苗之間保持1 m以上間隔。容器苗按育苗基地常規育苗流程進行噴灌和遮陽等生產管理。

1.3 指標測定

2021年11月中旬（生長季末），收獲所有試驗苗木，分別用鋼卷尺和游標卡尺測量容器苗的苗高和地徑，同時以每重復小區10株為單元進行菌根侵染率、生物量和養分測定。隨機選取容器苗細根根段，以形成外生菌根的根段數占觀察的總根段數的百分比作為菌根侵染率[19]。將植株根、莖、葉各器官均置于105 ℃烘箱中殺青30 min，再在60 ℃下烘至恒質量，測定其各器官干質量。稱取各器官干樣，采用H2SO4-H2O2法消煮，分別采用凱氏定氮法和ICP-OES光譜儀（Vista-Mpx，美國Varian公司）測定其氮磷含量。通過根系掃描設備（Expression 10 000XL 1.0，Canada）對不同處理后的根系進行掃描，利用WinRHIZO根系分析軟件分析獲得根長和根系直徑數據。

1.4 統計分析

苗木高徑比為苗高（cm）與地徑（cm）的比值，N和P含量及吸收量計算參照文獻[20]，養分利用指數（INU）采用每單位葉片養分所占苗木生物量來衡量[21]。

采用EXCEL 2019進行數據處理及相關圖形制作，利用SPSS 20.0軟件進行雙因素方差分析和Duncan's檢驗（α=0.05）。

2 結果分析

2.1 赤皮青岡容器苗生長性狀和養分狀況方差分析

試驗結果顯示：LM處理的1年生赤皮青岡容器苗苗高、地徑、高徑比、總生物量、總根長和根系直徑等生長性狀相比NM分別增加18.70%、7.16%、10.75%、24.55%、1.02%和18.47%（表1），N含量、N吸收量和N利用指數分別增加了2.04%、27.10%和27.67%，P吸收量和P利用指數分別增加19.72%和30.52%。除P含量降低2.94%外，LM處理對苗木生長性狀和養分狀況均有促進作用，其中，總生物量、養分吸收量和利用指數增幅較大（≥20%）。從變異系數看，LM處理的苗高、高徑比、總根長、N含量、P含量、P吸收量等變異程度相比NM下降0.13%～7.19%，其一致性有所提高；地徑、總生物量、根系直徑、N吸收量、N利用指數和P利用指數等變異程度增加0.14%～4.80%，其一致性有所降低。

表 1 赤皮青岡容器苗生長性狀和養分狀況方差分析Table 1 Variance analysis of growth traits and nutrient status of C. gilva container seedlings

方差分析表明：接種處理（M）對赤皮青岡容器苗苗高、地徑、高徑比、總生物量和根系直徑等生長性狀，N、P吸收量和N、P利用指數等養分狀況有極顯著影響。不同緩釋肥添加梯度（F）對赤皮青岡容器苗苗高、高徑比、總生物量和總根長等生長性狀及N吸收量、P含量、P吸收量和P利用指數等養分狀況有顯著或及顯著影響。接種菌根菌和緩釋肥添加（M×F）僅對赤皮青岡容器苗總生物量和P利用指數有顯著或極顯著影響。

2.2 施肥和接種對赤皮青岡容器苗生長性狀的影響

赤皮青岡容器苗苗高、地徑、高徑比、總生物量和根系直徑等生長性狀在不同緩釋肥添加梯度下均表現為LM＞NM（圖1A、B、C、D、F），可見接種菌根菌對不同緩釋肥梯度下容器苗的生長有較好的促進作用?？偢LF1和F2梯度下表現為NM＞LM，F3、F4和F5梯度下表現為LM＞NM（圖1E），高肥力水平下總根長表現出積極的菌根效應，但差異不顯著。NM處理下，赤皮青岡容器苗苗高、地徑、高徑比、總生物量和總根長呈先升高后降低趨勢，F3梯度最高，各指標比相應最小值分別高47.52%、2.82%、42.68%、14.20%和27.63%，苗高和高徑比F3與F5梯度無顯著差異，但顯著高于F1、F2和F4；總根長F3梯度顯著高于F5（圖1E）；地徑、總生物量和根系直徑各梯度間無顯著差異（圖1B、D、F）?？梢娋忈尫侍荻葘γ绺摺⒏邚奖群涂偢L影響較大，對地徑、總生物量和根系直徑影響較小。LM處理下，苗高、地徑、高徑比、總生物量和總根長等性狀隨緩釋肥添加量增加而變化的總體規律不變，仍以F3梯度最高，各指標比相應最小值分別高28.72%、9.76%、27.46%、33.72%和28.95%。接種菌根菌后，不同施肥梯度間苗高和高徑比差異縮小，地徑、總生物量和總根長差異增大。

圖1 接種菌根與緩釋肥添加下赤皮青岡容器苗生長差異Fig. 1 Growth difference of C. gilva container seedlings under slow-release fertilizer addition and inoculation of mycorrhizal fungi

2.3 施肥和接種對赤皮青岡容器苗養分狀況的影響

接種菌根菌后赤皮青岡容器苗養分利用效率總體增加，但不同養分指標表現不同。N含量和P含量不同緩釋肥添加梯度下LM和NM無顯著差異，N吸收量、P吸收量和N利用指數均為LM＞NM，P利用指數F1～F4梯度LM＞NM且差異顯著（圖2A～F）。無論是否接種菌根菌，隨緩釋肥添加量增加，P含量和P吸收量整體呈增加趨勢；NM處理下N含量和N吸收量隨緩釋肥添加量增加呈先增加后降低趨勢，N利用指數、P利用指數呈先降低后增加的趨勢；LM處理下N利用指數、P利用指數變化趨勢正好相反，呈先增加后降低趨勢，N含量和N吸收量則無明顯變化規律。

圖2 接種菌根與緩釋肥添加下赤皮青岡容器苗養分差異Fig. 2 Nutrient difference of C. gilva container seedlings under slow-release fertilizer addition and inoculation of mycorrhizal fungi

NM處理下，赤皮青岡容器苗N含量和N吸收量分別以F4和F3梯度最高，比相應最小值分別高22.88%和24.72%（圖2A、C，P＜0.05）；P含量和P吸收量以F5梯度最高，比相應最小值分別高44.31%和46.18%（圖2B、D，P＜0.05）；N利用指數F1梯度最高，但不同施肥梯度間差異不顯著（圖2E）；P利用指數F1梯度最高，比最小的F4梯度高44.54%（圖2F，P＜0.05）。相對而言，施肥梯度對容器苗P利用效率的影響更大。LM處理下，容器苗N含量和N吸收量均以F4梯度最高，P含量和P吸收量分別以F5和F4梯度最高，不同施肥梯度間N含量和P吸收量無顯著差異，N吸收量F4梯度比F5高34.31%（P＜0.05），P含量F5梯度比F1高37.33%（P＜0.05）；N利用指數F1～F4梯度間無顯著差異，F5梯度最?。▓D2E、F）。接種菌根菌后，不同施肥梯度間N含量、P含量和P吸收量差異縮小，N吸收量、N利用指數和P利用指數差異增大。

2.4 赤皮青岡容器苗生長性狀與養分狀況間的關聯

NM處理下，赤皮青岡容器苗生長性狀和養分狀況間的聯系不緊密，僅苗高與P吸收量、總生物量與P利用指數呈顯著正相關（表2），相對于N而言，P的供給水平對赤皮青岡生長影響較大。LM處理下，赤皮青岡容器苗生長性狀和養分狀況的關聯明顯增強，其中，苗高和高徑比與P吸收量呈顯著正相關，總生物量和總根長與N吸收量呈顯著正相關，地徑、總生物量和總根長與P含量呈顯著或極顯著負相關，而與N利用指數和P利用指數呈顯著或極顯著正相關。不接種赤皮青岡容器苗總根長與P含量呈負相關（r=-0.346），接種后其關系進一步增強（r=-0.524，P＜0.05），意味著苗木的根營養器官較發達時，特別是菌根菌與根共生形成菌根后，苗木將體內的P含量維持在相對較低的水平，將更多的P元素用于苗木的生長，特別是增加地徑（r=-0.668，P＜0.01）和總生物量（r=-0.697，P＜0.01）。接種后容器苗地徑越大，總生物量越高，總根長越長，相應N吸收量越高，N利用指數、P利用指數越大，可見菌根的形成提高了苗木的養分利用效率。

表 2 赤皮青岡容器苗生長性狀與養分狀況相關性分析Table 2 Correlation analysis of growth traits and nutrient status of C. gilva container seedlings

3 討論

接種合適的外生菌根菌能對植物的生長發育起到明顯的促進作用。本研究赤皮青岡容器苗接種彩色豆馬勃后，對不同緩釋肥添加量下容器苗的苗高、地徑、高徑比、總生物量和根系直徑等均有促進作用，這與對馬尾松、杉木（Cunninghamia lanceolate（Lamb.）Hook.）、東 北 紅 豆 杉（Taxus cuspidateSieb.）、槲 樹（Quercus dentateThunb.）、 構 樹 （Broussonetia papyriferaL'Hér.ex Vent.）等苗木研究結果一致[22-26]。接種后赤皮青岡容器苗總根長低肥力水平下（≤2.25 kg·m-3）小于不接種，高肥力水平下（≥3.75 kg·m-3）大于不接種，主要是低肥力下，菌根共生關系強，苗木減少根長而增加根粗，依靠菌絲吸收養分，而高肥力下，菌根共生關系弱，苗木增加根長生長，擴大根系分布范圍增加養分吸收能力[27-28]。關于緩釋肥對苗木生長和根系發育的影響，不同研究結果不盡相同。赤皮青岡容器苗苗高、生物量和根體積隨著緩釋肥施用量增加先升高后降低，根長和根系直徑緩釋肥效應較小，與吳小林等[15]關于赤皮青岡研究結果相同，其根系直徑沒有顯著的緩釋肥效應，與龐圣江等關于望天樹（Parashorea chinensisWang Hsie）和白木香（Aquilaria sinensisSpreng.）研究結果一致[29-30]。

菌根真菌能夠促進植物對N、P等營養元素的吸收利用，改善植物體的營養狀況，增加植物體內的養分含量，提高植物養分利用效率[27-28]。本研究接種菌根菌對赤皮青岡容器苗N、P吸收量和N、P利用指數有顯著促進作用，與Hu等[27]和Bai等[28]的研究結果一致，但接種菌根菌對N、P含量無顯著影響，與其研究結果不同。結合兩兩比較結果可見，在適宜的肥力水平下（3 kg·m-3左右），赤皮青岡容器苗N、P含量表現出一定的菌根負效應（接種低于不接種），但該肥力水平下接種菌根菌對容器苗的生長仍為促進作用，可能是接種容器苗因為菌根的存在，未在體內儲存過多的養分，而是將養分更多用于干物質累積，以獲得更多的生長空間[31-32]。接種后隨緩釋肥加載量的增加，赤皮青岡容器苗N、P利用指數呈先增加后降低趨勢，與不接種正好相反，但在高緩釋肥加載量時（4.5 kg·m-3），接種和不接種無顯著差異，說明相對偏低的養分環境中菌根的存在改變了植株的養分利用策略[33]。

N、P元素是植物體內重要有機化合物的組成成分，多方面影響著植物的生長發育，二者在吸收利用上也存在著相互作用[34]。接種菌根菌赤皮青岡容器苗生長性狀和養分狀況間的相關性增強，說明接種后苗木生長對養分的變化更敏感，苗木與菌根菌之間形成較好的共生關系。結合前述分析可知，這種共生關系低肥力下更顯著，高肥力下則逐漸減弱?？梢娕嘤嗥で鄬萜髅鐣r，相對較低的肥力條件下接種菌根菌可獲得較好效果。無論是否接種，不同緩釋肥添加量下赤皮青岡容器苗的生長性狀與P元素的關系都較密切，說明赤皮青岡育苗過程中對P元素的需求更重要。1年生赤皮青岡養分庫構建差異研究也表明其培育過程中需要相對高P的緩釋肥[13]。接種前N元素相關養分狀況與生長性狀間無顯著相關性，接種后N利用指數與生長性狀關聯增強，主要是接種后菌根的形成促進了苗木的生長，提高了苗木對N養分的需求，使N相關養分與生長指標之間的聯系更緊密[6,35]。

4 結論

接種外生菌根菌彩色豆馬勃可促進1年生赤皮青岡容器苗生長，低肥力下菌根的促生效應更顯著。接種后容器苗苗高、總生物量、根系直徑、N吸收量、P吸收量與N利用指數、P利用指數等增幅較大，苗高和高徑比的一致性有所提高。緩釋肥添加和接種菌根菌對容器苗總生物量和P利用指數有顯著的互作效應。無論是否接種菌根菌，隨緩釋肥添加量增加，容器苗各生長性狀均呈先增加后降低趨勢，緩釋肥添加量3 kg·cm-3時生長表現最好。接種后容器苗N、P養分利用效率明顯提高，苗木的生長性狀與養分狀況間的相關性明顯增強?；趯臃N菌根菌數據的分析表明，在相對較低的肥力條件下接種菌根菌，有助于培育赤皮青岡優質苗木并節約育苗成本。