缔冠期刊网

氮、磷、钾对毛白杨无性系生长的影响

2022-06-09

赵 燕1,李彦娇2,李吉跃3,董雯怡4

(1. 河南科技大学林学院,河南 洛阳 471003;

2. 平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室,河南 平顶山 467000;3. 华南农业大学林学院,广州 510642;

4. 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京 100101)

摘要:采用311-A最优混合设计,研究了氮、磷、钾不同配比对毛白杨(Populus tomentosa Carr.)杂种无性系S86号苗高和地径的影响,并建立了回归模型。结果表明,施肥对苗木的生长有显著的促进作用。氮对于苗高的影响最大,磷对于地径的影响最大。苗高和地径随着氮、磷、钾施入水平的提高,呈先增大后减小的趋势。氮与磷的交互作用对地径的影响显著。经模型寻优,毛白杨杂种无性系S86号氮、磷、钾的最适施用量分别为326.55~367.24、175.20~201.90 和39.24~45.81 kg/hm2。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 :毛白杨(Populus tomentosa Carr.);氮;磷;钾;苗高;地径

中图分类号:S792.117文献标识码:A文章编号:0439-8114(2015)05-1130-05

DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.05.026

收稿日期:2014-06-16

基金项目:河南科技大学博士科研基金项目(09001520);国家自然科学基金项目(41201224);河南省教育厅项目(12B180021)

作者简介:赵 燕(1982-),女,河南安阳人,讲师,博士,从事树木生理生态研究,(电话)15838513756(电子信箱)zhaoyanvip2008@163.com。

随着经济建设的迅速发展,林木加工业和造纸业对大径材及纤维材的需求量激增。据统计,中国每年木材消耗量巨大,达3.8亿~4.0亿m3,每年有1.8亿~2.0亿m3的缺口需依赖进口。在国际林业资源保护呼声越来越高的今天,木材依赖进口已经越来越不现实,中国巨大的木材缺口已经成为制约国家经济和社会发展的重要因素,大力发展各类速生丰产用材林刻不容缓[1]。而毛白杨(Populus tomentosa Carr.)是最速生的树种之一,大力发展毛白杨能够一定程度上解决需材问题。

毛白杨属杨柳科(Salicaceae)杨属(Populus)白杨派,雌雄异株,结子率低,是中国北方特有的乡土树种,其生长迅速、材质优良,是华北地区速生丰产用材林、农田防护林和城市绿化的主要树种[2]。由于毛白杨速生性强,轮伐期短,养分消耗快,而一般林地土壤养分供应状况差,难以满足毛白杨速生高产的需要。大量的研究表明,施肥可以促进苗高、地径的生长,增加苗木生物量,提高合格苗产量[3-6],合理施肥是培养优质苗木的关键技术环节之一[7],而过度施肥或养分匮乏都会影响林木的正常生长,因此确定毛白杨的合理施肥配方具有十分重要的现实意义。为此,运用数学模型研究氮、磷、钾对毛白杨生长的影响,建立了氮、磷、钾与苗高、地径之间的数学模型,以期为毛白杨苗木的科学施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

河北威县苗圃(36°50′-37°47′N,113°52′-115°49′E)地处华北平原南部,属冀南低平原区,自然环境优越。境内地势较为平坦,土壤肥沃,地下水资源丰富,水质条件好。气候类型属于暖温带大陆性半干旱季风气候,四季分明,年均降水量584 mm,降水月份比较集中,多在夏末秋初;全年无霜期达198 d;年均温13 ℃;年日照2 574.8 h。

1.2 供试材料

2008年3月12日,将毛白杨杂种无性系S86号嫁接苗移栽到河北威县苗圃,株行距为100 cm×30 cm,试验地土壤为沙壤质潮土,全氮0.576 g/kg,速效磷9.96 mg/kg,速效钾81.75 mg/kg,田间持水量24.21%,土壤容重1.27 g/cm3,土壤pH 8.36,有机质含量8.36 g/kg。2008年12月10日对苗木截干,2009年5月开始施肥试验。

1.3 试验设计

试验采用311-A最优混合设计[8],设置氮、磷、钾3个因素,3个重复,3个区组,每个区组12个小区,共36个小区,小区面积为6 m(长)×3 m(宽)=18 m2,每个小区77株,小区间设隔离行,随机区组排列。试验设计如表1。

氮肥为N含量46%的尿素、磷肥为P2O5含量14%的过磷酸钙、钾肥为K2O含量50%的硫酸钾。根据毛白杨的需肥规律及肥料特性,于2009年5月和7月对毛白杨进行施肥,5月5日施肥时氮肥和钾肥分别施入全量的1/3,磷肥施入全量的1/2,其余的量7月3日施入。施肥采用沟施,在苗木两侧各开一条浅沟,施肥,覆土,及时灌水。

1.4 生长量的测定

分别于施肥前(2009年5月4日)及苗木停止生长后(2009年10月20日)用卷尺和游标卡尺测定每个试验小区40株苗木高和地径,计算小区平均苗高生长增量和地径生长增量。

2 结果与分析

2.1 不同施肥配比对毛白杨无性系苗高的影响

通常苗木的叶量代表光合能力的强弱和蒸腾面积的大小,而苗高又能够反映叶量的多少,因此苗高可作为衡量苗木生长量的重要指标。

2.1.1 苗高增量回归模型的建立 由表2可知,不同施肥处理间的苗高增量达极显著水平(P<0.01),可以进行回归分析。

以苗高增量为目标函数, 编码值X1(N)、 X2(P2O5)、X3(K2O)为决策变量,建立三元二次回归方程:

Y=297.270+10.898 X1+6.502 X2+3.062 X3-8.229 X12-6.221 X22-6.335 X32+3.093 X1X2+0.987 X1X3-3.865 X2X3 (1)

对回归方程进行显著性检验,F=17.427>F0.01(9,23)=3.3,复相关系数R=0.934,说明回归方程极显著,模拟结果与实际情况拟合很好,对回归系数进行显著性检验,得:

t1=4.773**, t2=2.845**, t3=1.341,t11=3.678**,t22=2.781*,t33=2.262*,t12=1.355,t13=0.432,t23=1.693,t0.05(23)=2.069,t0.01(23)=2.807。

据上述t检验结果,X3、X1X2、X1X3、X2X3没有达到显著水平,说明钾和氮磷、磷钾、氮钾之间的交互作用对苗高没有产生本质影响。

采用无量纲线性代换求算回归方程的求算过程,偏回归系数已标准化,可直接从其绝对值的大小及t值的大小来判断各因变量对依变量的影响程度,从其符号的正负判断其作用的方向[9]。各因素的主效应包括一次项和二次项[10],可采用一次项来判断其大小次序。

通过对本试验苗高编码值回归的一次项偏回归系数绝对值的大小和t值的比较得出,在试验设计的范围内,氮、磷、钾均为正效应,各因子对苗高作用的大小为氮>磷>钾。

2.1.2 单因素对毛白杨苗高的效应分析 将三元二次回归方程3个因素中的2个采用降维法固定在“0”水平,从而得到各因素的一元二次回归子模型:

氮肥:Y=290.270+10.898 X1-8.229 X12 (2)

磷肥:Y=297.270+6.502 X2-6.221 X22 (3)

钾肥:Y=297.270++3.062 X3-6.335 X32 (4)

将式(2)、(3)、(4)的关系曲线绘图(图1),从图1可以看出,在设计的范围内氮、磷、钾的苗高效应趋势呈抛物线型,随着氮、磷、钾用量的增加,毛白杨的苗高均呈现出先增后减的变化趋势。低水平氮、磷、钾处理的苗高增幅较大。随着氮、磷、钾水平的增加,苗高增幅趋于平缓,达到苗高最大值后,随着氮、磷、钾水平继续增加,苗高开始呈现负效应,说明氮、磷、钾水平过高或过低都不利于毛白杨无性系S86号苗高的增长。

为求各单因素回归方程的极值点,令dY/dXi=0(i=1,2,3),得X1=0.662(相当于施N 349.41 kg/hm2),X2=0.523(相当于施P2O5 189.19 kg/hm2),X3=0.242(相当于施K2O 42.03 kg/hm2)。单因素肥料作用时,毛白杨出现最大苗高的N、P2O5、K2O设计水平理论值分别为0.662、0.523和0.242,相当于施N 349.41 kg/hm2、P2O5 189.19 kg/hm2、K2O 42.03 kg/hm2。超过上述肥料用量,均会导致毛白杨无性系S86号的苗高变小。

2.1.3 氮、磷、钾肥的最佳配比组合 应用Lingo软件寻找模型的最优解,得到毛白杨无性系S86号苗高效应各因素编码值的最佳组合方案为:X1=0.798,X2=0.692,X3=0.092 7,将编码值换算得到氮、磷、钾用量的最佳组合为:Z(N)=367.24 kg/hm2, Z(P2O5)=201.90 kg/hm2,Z(K2O)=39.24 kg/hm2,此时最大苗高为304.01 cm。

2.2 不同施肥配比对毛白杨无性系苗木地径的影响

地径可反映苗木根系的大小和抗逆性的强弱,是判定苗木质量好坏的重要指标之一。地径粗壮的苗木通常具有更强的支撑和抗弯曲能力,并且在生物破坏、高温干旱以及虫害损害方面的耐力较细弱苗木强[11]。

2.2.1 地径回归模型的建立 经方差分析,各施肥处理地径增量差异极显著(表3),可以进行回归分析。

以地径增量为目标函数,以编码值X1(N)、 X2(P2O5)、X3(K2O)为决策变量,建立三元二次回归方程:

Y=2.025+0.037 X1+0.038 X2+0.036 X3-0.06 X12-0.072 X22-0.047 X32+0.035 X1X2+0.022 X1X3-0.015 X2X3

对回归方程(5)进行显著性检验,F=15.849>F0.01(9,23)=3.3,复相关系数R=0.928,说明该数学模型的回归关系达到显著水平,在回归区间中心拟合较好,可以用来决策和预报。

为了提高数学模型方程的拟合性和可靠性,对各偏回归系数进行了显著性检验,其中t1=2.320*,t2=2.344*,t3=2.208*,t11=3.801**,t22=4.588**,t33=2.401*,t12=2.142*,t13=1.377,t23=0.901,t0.05(23)=2.069,t0.01(23)=2.807。

据上述t检验结果,X1X3、X2X3没有达到显著水平,说明氮和钾、磷和钾之间的交互作用对地径的影响很小,对地径没有产生本质影响。

2.2.2 单因素对毛白杨地径的效应分析 将三元二次回归方程3个因素中的2个采用降维法固定在 “0”水平,从而得到各因素的一元二次回归子模型:

氮肥:Y=2.025+0.037 X1-0.06 X12 (6)

磷肥:Y=2.025+0.038 X2-0.072 X22 (7)

钾肥:Y=2.025++0.036 X3-0.047 X32 (8)

将式(6)~(8)的关系曲线绘图(图2),从图2可以看出,在设计的范围内氮、磷、钾的地径效应趋势呈抛物线型,随着氮、磷、钾用量的增加,毛白杨的地径均呈现出先增后减的变化趋势。磷用量不管是在低水平还是高水平上,地径都较低,说明在设计水平的范围内,磷肥的正效应和负效应较明显,说明磷肥对毛白杨地径的影响最大。钾肥变化幅度较小,说明钾肥对毛白杨地径的影响最小。氮、磷、钾对毛白杨地径的影响大小为磷>氮>钾。

为求各单因素回归方程的极值点,令dY/dXi=0(i=1,2,3),得X1=0.308(相当于施N 302.97 kg/hm2),X2=0.264(相当于施P2O5 169.79 kg/hm2),X3=0.383(相当于施K2O 44.68 kg/hm2)。单因素肥料作用时,毛白杨出现最大地径的N、P2O5、K2O设计水平理论值分别为0.308、0.264和0.383,相当于施N 302.97 kg/hm2、P2O5 169.79 kg/hm2、K2O 44.68 kg/hm2。超过上述肥料用量,均会导致毛白杨无性系S86号的地径变小。

2.2.3 双因素对毛白杨无性系地径的效应分析 通过回归模型偏回归系数的显著性检验可知,氮和钾、磷和钾之间的交互作用对地径无明显的影响,故只分析氮和磷的交互作用。

将毛白杨地径回归模型中的K因子固定为0,可以得到氮和磷互作对毛白杨地径的效应方程如下:

Y=2.025+0.037 X1+0.038 X2-0.06 X12-0.072 X22+0.035 X1X2 (9)

根据方程(9)作氮磷互作效应的三维图(图3),从图3可以看出,三维图呈凸面状,图上各点的高度表示相对应的氮、磷在一定水平组合时毛白杨的地径;曲线表示氮、磷任一因子固定在一定水平时,地径随另一个因子投入量的变化趋势。从图3可以看出,氮、磷对毛白杨地径效应均呈抛物线型。从抛物线开口的角度看,氮、磷对地径的效应接近。随着氮、磷水平的增加,地径增加明显,当氮、磷处于较高水平时,地径达到最大值,说明氮、磷的交互作用对地径影响较大。

2.2.4 氮、磷、钾肥的最佳配比组合 应用Lingo软件寻找模型的最优解,得到在供试条件下,毛白杨无性系S86号地径效应的各因素编码值的最佳组合方案为:X1=0.488,X2=0.336,X3=0.443,将编码值换算得到氮、磷、钾肥用量最佳组合为:Z(N)=326.55 kg/hm2,Z(P2O5)=175.20 kg/hm2,Z(K2O)=45.81 kg/hm2,此时最大地径为2.05 cm。

3 小结与讨论

苗高和地径是衡量苗木生长较为直观的品质指标。土壤中养分充足与否能够直接通过苗木的苗高和地径反映出来[12]。而施肥是调节土壤养分条件,促进林木生长的重要栽培技术措施[13]。施肥有利于毛白杨速生丰产,氮、磷、钾的完全配合施用的效果较其不完全配施为好,且氮、磷、钾对毛白杨的影响效果不同。本研究结果表明,氮、磷肥对毛白杨苗高有显著影响,而钾肥对其苗高的影响不显著,这可能由于钾肥施入量较少,对苗高的影响未达到显著水平;氮、磷、钾肥之间的交互作用对毛白杨苗高无显著影响,这可能由于氮、磷、钾肥施入量较少,未达到其交互作用对苗高有显著影响的水平。氮、磷、钾肥对毛白杨地径有显著影响,氮磷交互作用对地径有显著影响,而氮钾、磷钾交互作用对地径影响不显著,这可能是由于钾肥施入量较少,未达到与氮磷的交互作用对地径有显著影响的水平。氮肥对苗高的影响最大,其次为磷肥和钾肥;磷肥对地径的影响最大,其次为氮肥和钾肥。毛白杨地径最大值出现在高氮肥和高磷肥施用量的条件下,说明氮肥与磷肥的交互作用对地径有较好的正效应。

毛白杨苗高、地径与氮、磷、钾肥的关系均符合二次抛物线,存在一个峰值。苗高增量、地径增量在达峰值前随着氮、磷、钾肥施入水平的提高而增大,在峰值以后,随着氮、磷、钾肥施入水平的提高而减少。因此,氮、磷、钾肥对毛白杨苗高、地径均有最适投入量,过多肥料的投入既不利于苗木的生长,又增加了生产成本,造成肥料资源的浪费从而导致环境污染[14-16]。

在试验土壤肥力条件下,毛白杨的最佳施肥范围分别为N:326.55~367.24 kg/hm2、P:175.20~201.90 kg/hm2和K:39.24~45.81 kg/hm2,苗高可达304.01 cm,地径可达2.05 cm。此结果为模型寻优,需进一步试验的验证。

由于基础速效养分含量在不同土壤类型之间存在差异,所以最佳施肥量有一定的不同。而该模型是建立在本研究的土壤条件的基础上,因此毛白杨适宜施肥量要做到因土而异,将基础土壤养分含量与肥料回归方程结合起来推荐适宜施肥量更切合实际。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献:

[1] 鲍甫成,熊满珍.我国木材及林产品供需平衡研究[J].林产工业,2005,32(4):3-5.

[2] 薛崇伯,吴妙峰.毛白杨[M].北京:中国林业出版社,1981.

[3] BROWN K R,VAN DEN DRIEESSCHE R. Effects of nitrogen and phosphorus fertilization on the growth and nutrition of hybrid poplars on Vancouver Island[J]. New Forests, 2005,29(1):89-104.

[4] JEYANNY V, AB RASIP A G, WAN RASIDAH K, et al. Effects of macronutrient deficiencies on the growth and vigour of Khaya ivorensis seedlings[J]. Journal of Tropical Forest Science, 2009, 21(2):73-80.

[5] 石从广,朱光权,李因刚,等.施肥对白花树各生长性状的影响[J].浙江林业科技,2013,33(3):9-15.

[6] 刘庆定,王 毅,张平安,等.施肥对油茶幼林营养生长的影响[J].浙江林业科技,2013,33(3):58-60.

[7] 孙时轩,张振江,孙晓雨,等.毛白杨在沙地造林的施肥量及其配比(Ⅱ)[J].北京林业大学学报,1995,17(1):31-36.

[8] 白厚义,肖俊璋.试验研究及统计分析[M].西安:世界图书出版公司,1998.

[9] 薛 亮,周春菊,雷杨莉,等.夏玉米交替灌溉施肥的水氮耦合效应研究[J].农业工程学报,2008,24(3):91-94.

[10] 孙 羲.作物营养与施肥[M].北京:农业出版社,1987.

[11] 何 茜.毛白杨抗旱节水优良无性系评价与筛选[D].北京:北京林业大学,2008.

[12] 付玉嫔,徐 亮,白尚斌,等.氮磷营养对旱冬瓜幼苗生长的影响[J].浙江林学院学报,2008,25(5):553-558.

[13] 苏建荣,邓 疆,罗 香,等.元宝槭幼树施肥研究I.不同施肥处理对生长与构型的影响[J].林业科学研究,2005,18(2):147-152.

[14] 张福锁,王激清,张卫峰,等.中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J].土壤学报,2008,45(5):915-924.

[15] ZENG S C, SU Z Y, CHEN B G, et al. Nitrogen and phosphorus runoff losses from orchard soils in South China as affected by fertilization depths and rates[J]. Pedosphere, 2008, 18(1): 45-53.

[16] ZHANG W, DOU Z, HE P, et al. New technologies reduce greenhouse gas emissions from nitrogenous fertilizer in China[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013, 110(21): 8375-8380.

(责任编辑 王晓芳)

论文中心更多

期刊百科
期刊投稿 期刊知识 期刊审稿 核心期刊目录 录用通知 期刊版面费 投稿期刊推荐 学术问答
基础教育
小学语文 中学语文 小学数学 中学数学 小学英语 中学英语 物理教学 化学教学 生物教学 政治教学 历史教学 地理教学 科学教学 音乐教学 美术教学 体育教学 信息技术 班主任管理 校长管理 幼教 教育管理 微课教学 作文教学 德育教学 教学设计
医学论文
内科医学 外科医学 预防医学 妇科医学 检测医学 眼科医学 临床医学 药学论文 口腔医学 中西医 中医学 外科 护理 基础医学 急救医学 老年医学 医学实验 儿科医学 神经医学 兽医学 肿瘤医学 综合医学
职业教育
教育学原理 电影文学教育 学前教育 教育学管理 高等教育学 教育技术学 职业技术教育 成人教育学 特殊教育学 教育心理学 家庭教育 教育毕业 中专中职教育 教学设计 国学教育 学术研究 大学教育
药学卫生
社区门诊 医药学 医患关系 医院管理 疾病预防 保健医学 公共卫生 医学教育
文科论文
农业经济 工商管理毕业 会计毕业 行政管理 法律毕业 市场营销 经济毕业 汉语言文学 财务管理 物流管理 人力资源 旅游管理 国际贸易 物业管理 新闻学 企业管理 金融银行 社会科学 食品安全 办公档案 审计学 税务税收学 外国文学 哲学
理科论文
机电毕业 土木工程 计算机毕业 电气毕业 建筑毕业 电子商务 工程毕业 设计毕业 机械制造 汽车毕业 园林毕业 农学毕业 数控毕业 软件技术 水利工程 环境生态 畜牧渔业 化工毕业 科技创新 石油矿藏
论文格式
开题报告 论文题目 摘要关键词 目录提纲 论文致谢 参考文献 附录其他 论文答辩
职业论文
教育论文 经济论文 科技论文 财会论文 管理论文 医学论文 法学论文 文学论文 工业论文 建筑论文 农业论文 水利论文 计算机论文 社科论文 机械论文 生态环境 中西文化

先发表后付款 不成功可退款

权威机构认证 专注期刊10余年 1000余家杂志社长期合作

缔冠期刊网

首页 网站地图 返回顶部
Copyright © 1998- 缔冠期刊网