黃盛怡，吳統(tǒng)貴，楚秀麗，王 斌*，王秀花，張東北，周志春

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江省林木育種技術(shù)研究重點實驗室，國家林業(yè)局馬尾松工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 311400；2.上海植物園，上海 200000；3.浙江省慶元縣實驗林場，浙江 慶元 323800)

磷是植物生長發(fā)育必需的三大營養(yǎng)元素之一，以多種方式參與植物體內(nèi)的物質(zhì)運輸、代謝、信號傳導(dǎo)及光合調(diào)節(jié)等生理過程[1]。我國大部分地區(qū)土壤總磷含量較高，但其中可直接被植物吸收利用的有效磷含量只占很小比例，難以滿足植物生長的需要。磷素在土壤中移動速度很慢，只有土壤根系表面的磷才能為植物吸收利用，大部分仍殘留于土壤中[2]，需發(fā)揮植物自身利用土壤磷的潛力來增加磷肥利用率[3-4]。菌根（mycorrhiza）是土壤中某些真菌與植物根的共生體，可增強植物從土壤中吸收水分和養(yǎng)分特別是磷素營養(yǎng)的能力，分解土壤中復(fù)雜的礦物質(zhì)和有機質(zhì)及分泌和產(chǎn)生生長激素，進而促進植物的生長和提高植物的抗逆性[3,5-6]。菌根能調(diào)控N、P 添加對樹木生長和森林生產(chǎn)力的影響，然而與叢枝菌根（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）和與外生菌根（ectomycorrhiza，ECM）真菌共生的兩類植物對N、P 添加響應(yīng)不同，AMF 對地下部凈初級生產(chǎn)力（NPP）貢獻高于ECM，而ECM對地上部、主干和枝條NPP 貢獻較大，且當土壤P 含量達到飽和時，可減少甚至消除菌根效應(yīng)[7-10]。深入研究菌根與宿主植物的互作效益與機制，對于促進林木優(yōu)質(zhì)高效培育具有重要意義。

馬尾松（Pinus massonianaLamb.）是我國南方重要工業(yè)用材和采脂樹種，具有分布廣泛、速生豐產(chǎn)性高和適生能力強等優(yōu)良特性。馬尾松也是專性外生菌根樹種。我國南方森林土壤有效磷含量缺乏是影響馬尾松生長的主要限制因子[11]，已有研究表明，不同種源馬尾松幼苗生長對磷肥的響應(yīng)差異顯著[12]，施用磷肥和接種菌根菌均能顯著促進馬尾松的生長[13-15]，但關(guān)于馬尾松不同種源、磷添加及接種菌根菌三者之間相互影響的研究尚不多。本研究以不同遺傳背景的馬尾松二代家系為研究對象，采用可溶性無機肥配水噴施方式設(shè)置高磷和低磷2 個磷添加梯度，研究不同無機磷添加量下，接種菌根菌后不同家系馬尾松容器苗的生長及養(yǎng)分吸收利用差異，以期為馬尾松優(yōu)質(zhì)容器苗精準培育提供科學(xué)依據(jù)。

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(gòu)大棚內(nèi)進行，該地海拔高度510 m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，四季分明，年平均氣溫17.6℃，年降水量1 721.3 mm，無霜期245 d。供試材料來源于浙江省蘭溪市苗圃木荷馬尾松國家林木良種基地二代無性系種子園，從中選擇3 個不同遺傳背景的馬尾松親本無性系，分別為15 號（6627（江西）×1003（廣東））、37 號（6627（江西）×5163（浙江））和53 號（1217（貴州）×1121（廣西））。根據(jù)課題組前期研究，與江西、浙江和貴州種源相比，廣東和廣西種源具有生長快、多次抽梢的特點，此外廣西、貴州和江西3 個種源屬于較弱耐低磷類型，浙江和廣東種源相對耐低磷[12]。2018 年11 月采集3 個親本無性系自由授粉的種子備用。

育苗容器規(guī)格為4.5 cm×10 cm（直徑×高）的無紡布網(wǎng)袋。育苗基質(zhì)為泥炭、谷殼和珍珠巖（體積比為5∶3∶2）。泥炭全氮、全磷和全鉀含量分別為14.2、0.7 和2.7 g·kg?1，pH 值5.8。所用菌種松乳菇（Lactarius deliciosus（L.Fr.）Gray）從重慶市縉云山馬尾松林下的酸性黃壤中分離獲得，由西南大學(xué)菌根研究室辜夕容教授分類鑒定并提供。

1.2 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，主區(qū)為磷添加處理，在保持有效氮、有效鉀添加量（分別為900、420 g·m?3基質(zhì)）相同的條件下，設(shè)置2 個磷添加水平（低P：50 g·m?3基質(zhì)，高P：900 g·m?3基質(zhì)）。副區(qū)為菌根處理，分為接種菌根菌（LM）與不接種菌根菌（NM）2 個處理，每水平80 株，重復(fù)3 次。以上不同梯度無機肥通過CH4N2O、KH2PO4、(NH4)2HPO4、K2SO4、KNO3與(NH4)2SO4不同比例混合而成，平均到每株容器苗有效氮、有效鉀添加量分別為143、67 mg·株?1，有效磷低P 水平為8 mg·株?1，高P 水平為143 mg·株?1。

1.3 苗木培育

2019 年3 月下旬播種，播種前按照生產(chǎn)性流程進行種子消毒和浸種處理，播種時在播種穴下方置入由蛭石與松乳菇菌絲體懸浮液制作成的固體菌劑0.3 g。播種后的育苗容器置于覆蓋有遮陽網(wǎng)、配置自動噴灌系統(tǒng)的鋼構(gòu)大棚內(nèi)覆有地布的苗床上。于7—10 月分15 次等時間間隔（7 月4 次、8月4 次、9 月4 次、10 月3 次）等量將氮、磷和鉀肥溶于水后均勻噴灑在苗木上。其它苗木管理同一般生產(chǎn)性輕基質(zhì)網(wǎng)袋容器苗培育。育苗期間及時噴水及控水，保持基質(zhì)濕潤，每周調(diào)換各處理苗盤位置，以消除邊緣效應(yīng)。

1.4 數(shù)據(jù)調(diào)查與分析

于2019 年10 月底（生長季末），從每重復(fù)小區(qū)隨機選取30 株生長正常的容器苗，分別用鋼卷尺和游標卡尺測量苗高和地徑，分別精確至0.1 cm和0.01 mm。之后再分別從每重復(fù)小區(qū)隨機選取10 株生長正常的容器苗進行菌根侵染率、生物量和養(yǎng)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(shù)占觀察的總根段數(shù)的百分比作為菌根侵染率[16]。將植株葉、莖和根各器官置于105℃烘箱中殺青30 min，再在68℃下烘至恒質(zhì)量，測定各器官干質(zhì)量，各器官質(zhì)量之和為整株干質(zhì)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）測定其磷含量。

高徑比=苗高/地徑

根冠比=根干質(zhì)量/（葉干質(zhì)量+莖干質(zhì)量）

整株P(guān) 含量=（葉磷含量×葉干質(zhì)量+莖磷含量×莖干質(zhì)量+根磷含量×根干質(zhì)量）/（葉干質(zhì)量+莖干質(zhì)量+根干質(zhì)量）

葉（莖或根）P 吸收量=葉（莖或根）P 含量×葉（莖或根）干質(zhì)量

整株P(guān) 吸收量=整株P(guān) 含量×（葉干質(zhì)量+莖干質(zhì)量+根干質(zhì)量）

采用Excel 2017 軟件進行數(shù)據(jù)處理及相關(guān)圖形制作，利用SPSS 20.0 軟件進行多因素方差分析和Duncan’s 檢驗（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷添加和接種菌根菌對馬尾松不同家系容器苗生長的影響

方差分析表明（表1），磷添加對馬尾松容器苗生長有顯著影響（P<0.01 或P<0.001），3 個家系苗高和地徑高P 水平較低P 水平分別增加8.70%和21.73%，高徑比降低10.62%。接種菌根菌對馬尾松容器苗苗高和高徑比無顯著影響，對地徑有顯著影響（P<0.05），接種后3 個家系苗高和地徑較不接種增加2.34%和6.40%，高徑比降低4.09%。菌根×家系的交互作用顯著影響馬尾松容器苗地徑生長（P<0.05）。磷添加×菌根、磷添加×家系和磷添加×菌根×家系的交互作用對馬尾松容器苗生長指標無顯著影響。

表1 馬尾松容器苗生長和干質(zhì)量方差分析Table 1 Variance analysis of growth and dry matter of masson pine container seedlings

不同P 添加水平下，除53 號家系地徑低P 水平下接種菌根菌后增加24.51%外（圖1B，P<0.05），3 個家系接種前后苗高、地徑和高徑比無顯著差異。NM 處理下，P 增加后53 號家系苗高和地徑增長最大，高P 水平較低P 水平分別增加14.66%和34.59%（圖1A、B，P<0.05）。LM處理下，15 號家系苗高和地徑增長最大，高P 水平較低P 水平分別增加14.23%和25.51%（圖1A、B，P<0.05）。NM 處理下3 個家系地徑均表現(xiàn)為高P>低P（P<0.05），LM 處理下僅15 號家系地徑高P>低P（圖1B，P<0.05），表明接種菌根能縮小馬尾松容器苗不同P 水平下地徑的生長差異。3 個家系高徑比均為高P<低P（圖1C），表明增施磷肥有利于促進苗木均勻生長，提高馬尾松容器苗質(zhì)量。

圖1 磷添加和接種菌根菌對馬尾松容器苗生長和干質(zhì)量的影響Fig.1 Effects of phosphorus addition and inoculation of mycorrhizal fungi on the growth and dry matter of masson pine container seedlings

2.2 磷添加和接種菌根菌對馬尾松不同家系容器苗干質(zhì)量的影響

方差分析表明（表1），磷添加和接種菌根菌對馬尾松容器苗干質(zhì)量積累均有顯著影響（P<0.05、P<0.01 或P<0.001）。高P 水平下3 個家系整體葉、莖和根干質(zhì)量及整株干質(zhì)量較低P 水平分別增加74.46%、56.55%、37.05%和61.62%，根冠比降低19.82%。接種菌根菌后3 個家系葉、莖和根干質(zhì)量及整株干質(zhì)量較不接種分別增加21.24%、20.11%、19.96%和20.69%，根冠比降低3.87%（其中低P 水平降低14.32%，高P 水平增加10.94%）。不同家系間根干質(zhì)量（P<0.01）和根冠比（P<0.001）有顯著差異，15 號家系平均根干質(zhì)量（0.423 g·株?1）和根冠比（0.272）較37 號家系分別高4.70%和6.67%，較53 號家系分別高27.03%和23.08%。磷添加×菌根的交互作用顯著影響馬尾松容器苗根干質(zhì)量（P<0.05），菌根×家系的交互作用顯著影響馬尾松容器苗莖干質(zhì)量（P<0.05）。磷添加×家系和磷添加×菌根×家系的交互作用對馬尾松容器苗干質(zhì)量無顯著影響。

不同P 添加水平下，3 個家系接種后干質(zhì)量總體呈增加趨勢，根冠比低P 水平呈下降趨勢，高P 水平呈增加趨勢。低P 水平下LM 處理，53 號家系葉、莖和根干質(zhì)量及整株干質(zhì)量增加最大，分別較NM 處理增加51.17%、57.85%、31.34%和48.50%（圖1D、E、F、G，P<0.05）。高P 水平下37 號家系葉干質(zhì)量累積增長最大，NM 和LM處理分別較低P 增長106.85%和73.36%（圖1D，P<0.05）。3 個家系根冠比均為高P<低P（圖1H），且在NM 處理時差異顯著，說明施磷肥可調(diào)節(jié)馬尾松容器苗干質(zhì)量的分配，提高地上部分干質(zhì)量的累積，且接種菌根菌可以縮小容器苗不同P 添加水平下干質(zhì)量分配的差異。

2.3 磷添加和接種菌根對馬尾松不同家系容器苗磷吸收利用的影響

方差分析表明（表2），磷添加對馬尾松容器苗各器官及整株P(guān) 含量和吸收量有極顯著影響（P<0.001），高P 水平下3 個家系整體葉、莖、根及整株P(guān) 含量較低P 水平分別增加35.65%、20.62%、16.52%和30.25%，葉、莖、根及整株P(guān) 吸收量分別增加138.65%、90.89%、60.10%和112.08%。接種菌根菌對馬尾松容器苗P 含量無顯著影響，但顯著增加P 吸收量（P<0.05 或P<0.001）。接種后3 個家系葉、根及整株P(guān) 含量較不接種分別降低3.72%、4.08%和3.23%，莖P 含量增加0.38%；葉、莖、根及整株P(guān) 吸收量較不接種分別增加16.85%、22.09%、17.42%和18.08%。不同家系間根P 含量（P<0.01）和吸收量（P<0.05）有顯著差異，53號家系根P 含量和37 號家系根P 吸收量最高，分別為1.95 mg·g?1和0.78 mg·株?1。磷添加×菌根的交互作用顯著影響馬尾松容器苗莖、根和整株P(guān) 吸收量（P<0.05 或P<0.001），磷添加×家系的交互作用顯著影響根P 含量和吸收量及整株P(guān) 吸收量（P<0.05 或P<0.01），磷添加×菌根×家系的交互作用顯著影響葉P 含量和根P 吸收量（P<0.05）。菌根×家系的交互作用對馬尾松容器苗磷吸收利用無顯著影響。

表2 馬尾松容器苗磷吸收利用方差分析Table 2 Variance analysis of phosphorus absorption and utilization of masson pine container seedlings

低P 水平下，除15 號家系根P 含量LM 處理較NM 處理低31.585%外（圖2C，P<0.05），3 個家系其余P 含量和吸收量無顯著差異。15 號家系低P 水平下LM 處理顯著降低了其根P 含量，說明養(yǎng)分不足時接種菌根菌有助于提高其養(yǎng)分利用效率。高P 水平下，53 號家系莖P 吸收量和15 號家系根P 吸收量LM 處理較NM 處理分別高25.14%和36.48%，37 號家系葉、莖、根P 吸收量LM 處理較NM 處理分別高27.20%、42.45%和33.30%（圖2E、F、G，P<0.05），表明菌根處理對高P 水平下P 吸收量尤其37 號家系的P 吸收量有顯著促進作用。

圖2 磷添加和接種菌根菌對馬尾松容器苗磷吸收利用的影響Fig.2 Effects of phosphorus addition and inoculation of mycorrhizal fungi on the phosphorus absorption and utilization of masson pine container seedlings

無論是否接種菌根菌，15 號和37 號家系葉、莖、根及整株P(guān) 含量均表現(xiàn)為高P>低P，53 號家系除根P 含量在LM 處理下高P 水平較低P 水平降低0.505%外，其余均表現(xiàn)為高P>低P（圖2A、B、C、D）。37 號家系LM 處理下葉、莖及整株P(guān) 含量增長最大，高P 水平較低P 水平分別增長55.86%、36.32%和48.33%（P<0.05）；15 號家系LM 處理下根P 含量增長最大，高P 水平較低P 水平增長57.54%（P<0.05）。無論是否接種菌根菌，3 個家系葉、莖、根及整株P(guān) 吸收量均表現(xiàn)為高P>低P（圖2E、F、G、H）。15 號家系NM 處理下葉P 吸收量和LM 處理下根P 吸收量增長最大，高P 水平較低P 水平分別增長168.72%和162.90%（圖2E、G，P<0.05），37 號家系LM 處理下莖P 吸收量和整株P(guān) 吸收量增長最大，高P 水平較低P 水平分別增長119.30%和150.19%（圖2F、H，P<0.05）。

2.4 接種前后不同家系容器苗生長和干質(zhì)量與磷含量和吸收量的相關(guān)性

相關(guān)性分析表明（表3），接種前37 號家系容器苗生長和干質(zhì)量與整株P(guān) 含量和吸收量相關(guān)性較高，其次是15 號和53 號家系。接種后15 號家系容器苗生長和干質(zhì)量與整株P(guān) 含量和吸收量相關(guān)性增加，37 號和53 號則減弱，即3 個家系表現(xiàn)出了不同的響應(yīng)特征。NM 處理下，37 號和53 號家系苗高、地徑、葉干質(zhì)量、莖干質(zhì)量和根冠比與整株P(guān) 吸收量有顯著相關(guān)性，表明P 吸收量對2 個家系干質(zhì)量累積影響較大。LM 處理下，15 號家系莖和根干質(zhì)量與整株P(guān) 含量和吸收量相關(guān)性增加（P<0.01），37 號和53 號家系各指標與P 含量和吸收量相關(guān)性降低，表明接種菌根菌提高了15 號家系干質(zhì)量累積對P 含量和吸收量的響應(yīng)，降低了37 號和53 號家系對P 含量和吸收量的響應(yīng)。此外，37 號家系在NM 處理下高徑比與P 含量和吸收量呈顯著（P<0.05）或極顯著負相關(guān)性（P<0.01），在LM 處理下與P 吸收量呈極顯著負相關(guān)（P<0.05），表明不接種時，37 號家系P 含量越高高徑比越小，苗木形態(tài)發(fā)育越好，而無論是否接種菌根菌，37 號家系P 吸收量越高，苗木形態(tài)發(fā)育越好。

表3 馬尾松容器苗生長和干質(zhì)量與P 含量和吸收量間的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficient between growth and dry matter and phosphorus content and uptake of masson pine container seedlings

3 討論

磷能促進植物幼苗生長和生物量的積累，提高幼苗葉片磷含量，降低根冠比[17-18]，基質(zhì)磷濃度能顯著影響植株對磷元素的吸收利用效率[19]。本研究結(jié)果中磷添加對馬尾松容器苗生長和干質(zhì)量積累及各器官P 含量和吸收量均有促進作用，且高P 水平顯著提高了馬尾松容器苗葉和莖的干質(zhì)量累積、P 含量和吸收量。同時，高P 處理時根冠比較低，說明磷添加可以調(diào)節(jié)馬尾松容器苗干質(zhì)量的分配，P 缺乏時P 主要供根系生長發(fā)育，P 充足時P 更多是促進地上部分生長，與磷添加傾向于降低植物的地下生產(chǎn)力和地下部分與地上部分生物量之比（即根冠比）結(jié)論一致[20-23]。接種菌根菌能顯著促進馬尾松苗木生長，苗高、地徑和干質(zhì)量積累量均有顯著提高[15]。本研究3 個家系菌根侵染率均在50%左右，相對于磷添加，接種菌根菌對容器苗影響較小，僅地徑、各器官干質(zhì)量和P 吸收量有所提高。接種菌根菌后，地徑和根冠比高P 與低P 水平差異變化不顯著，說明接種菌根菌可減小不同磷添加水平下地徑和根冠比的差異；同時，對3 個家系整體生長指標標準差的分析表明，接種后苗高、地徑和高徑比的標準差較不接種分別降低32.80%、21.42%和3.12%，即接種菌根菌減小了不同家系間的生長差異，增強了馬尾松容器苗的整齊一致性。

本研究磷添加和接種菌根菌均能促進馬尾松容器苗的生長，且磷添加×接種菌根菌對莖、根和整株P(guān) 吸收量有顯著促進作用，表明接種菌根菌配合無機肥配水噴灑能發(fā)揮一定的菌根效應(yīng)。當植株生長受到磷限制時，磷添加會促進植株生長和養(yǎng)分吸收率，而當植株所處環(huán)境P 含量達到飽和時，植株生長會隨磷添加量的增加而受到抑制，單位根干物質(zhì)對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收降低，同時減少甚至消除菌根效應(yīng)[24-26]。本研究高P 水平下菌根處理促進容器苗生長的效果顯著，沒有表現(xiàn)出抑制效應(yīng)，可能因為P 添加量分次噴施，單次噴施的P 含量并不高，一定程度上減少了消除菌根效應(yīng)的發(fā)生。有研究表明缺磷條件下P 添加對ECM 樹種的生長表現(xiàn)為抑制[9]，本研究低P 水平下馬尾松容器苗生長和干質(zhì)量積累在接種菌根菌后未表現(xiàn)出明顯的受抑制現(xiàn)象，可能是設(shè)置的低磷水平相比缺磷條件還偏高。

通常情況下，植物生長的遺傳效應(yīng)大于水肥等環(huán)境效應(yīng)[27]。本研究3 個家系容器苗的磷添加效應(yīng)大于家系效應(yīng)，造成該現(xiàn)象的原因可能是馬尾松容器苗早期生長更受制于環(huán)境養(yǎng)分狀況，家系效應(yīng)可能在后期的生長中才有更明顯的優(yōu)勢[11]，該現(xiàn)象也表明苗期磷元素養(yǎng)分供應(yīng)水平對優(yōu)質(zhì)容器苗培育至關(guān)重要。3 個家系生長及干質(zhì)量積累對P 含量和吸收量的響應(yīng)不同，這主要與3 個家系母本和父本種源差異有關(guān)。來自廣西、貴州和江西的種源耐低磷能力較弱，來自浙江和廣東的種源相對耐低磷，且廣東種源為磷肥敏感性較低的優(yōu)良種源，具有生長指標及樹干生物量增長快速的特點[12,28-29]，對應(yīng)本研究3 個家系苗高和地徑來看，具有貴州和廣西遺傳背景的53 號家系對磷添加最敏感，不接種處理下P 增加后苗高和地徑增加顯著。此外，具有江西和廣東遺傳背景的15 號家系對接種菌根菌最敏感，接種后苗高和地徑高P 水平較低P 水平增加顯著；37 號家系僅不接種處理下P 增加后地徑顯著增加，表現(xiàn)較均衡。

4 結(jié)論

施用磷肥、接種菌根菌和應(yīng)用良種均為實現(xiàn)馬尾松容器苗精細化培育的重要技術(shù)途徑，本研究中，磷添加和接種菌根菌均能促進馬尾松容器苗的生長，且不同家系對磷添加和接種菌根菌的響應(yīng)不同?？傮w而言，磷添加對容器苗生長影響較大，接種菌根菌對容器苗生長影響相對較小，但接種菌根菌可減小不同磷添加水平下地徑和根冠比的差異，同時減小不同家系間的生長差異，這對培育統(tǒng)一規(guī)格的馬尾松容器苗具有一定意義。育苗工作中可根據(jù)家系對磷肥的不同響應(yīng)施用不同量的磷肥，同時通過接種菌根菌縮小苗木間的生長差異并提高磷肥利用效率，以進一步提高馬尾松容器苗精細化培育水平。