辛云玲, 彌蕓, 李群, 朱穎, 董強

陜西省林業(yè)科學(xué)院黃土高原水土保持與生態(tài)修復(fù)國家林草局重點試驗室, 陜西 西安 710082

半干旱地區(qū)風(fēng)沙土土粒分散、結(jié)構(gòu)性差、養(yǎng)分含量低，土壤水分和養(yǎng)分是干旱區(qū)造林的主要限制因子[1]，在林木生長發(fā)育關(guān)鍵時期，短期干旱便會影響林木生長，合理科學(xué)的節(jié)水保肥措施可以有效提高造林成活率[2]。保水劑作為一種高分子材料，反復(fù)吸水功能可以有效提高土壤持水能力，近年來，針對保水劑對植物生長影響研究較多，如施加高分子保水材料可以促進玉米、小麥、馬鈴薯等作物種子萌發(fā)，并顯著提高作物產(chǎn)量[3-4]。保水材料用于干旱區(qū)造林時，也可以有效提高油松、側(cè)柏、紫穗槐等樹種的苗木成活率，臭椿的側(cè)根長度及數(shù)量、地上部分生物量及根系生物量[5]。微生物菌劑是一種優(yōu)良的土壤改良劑，微生物菌肥通過土壤微生物分布、酶活性進而影響植物的生長，提高植物抗逆性[6]。常用的枯草芽孢桿菌可以分泌蛋白酶、纖維素酶等多種酶類以及多種維生素，通過提高土壤中養(yǎng)分含量來促進植物生長[7-8]。

當(dāng)前，微生物菌肥在小麥、燕麥等作物以及番茄、黃瓜等蔬菜中已得到廣泛應(yīng)用[9-12]，而與保水劑混合施用在半干旱區(qū)造林中的應(yīng)用研究較少。刺槐（Robinia pseudoacacia）和山杏（Armeniaca sibirica）因其具有易成活、抗旱能力和適應(yīng)環(huán)境能力強等優(yōu)良性狀，是我國北方地區(qū)先鋒造林樹種[13]，通過使用保水劑和微生物菌劑等材料可以改良土壤水分養(yǎng)分情況，從而達到提高林分質(zhì)量的目的。植物生長依賴于對土壤水分、養(yǎng)分的利用，如果施加保水劑和菌劑濃度過高，植物根系的吸收作用會因為土壤滲透壓增大而被抑制[15]，而濃度過低可能達不到作用效果濃度，植物功能性狀是植物對環(huán)境變化最直接的響應(yīng)，株高、地徑和植物葉面積等是最便于觀測的指標(biāo)[9]，因此，通過試驗手段分析不同濃度下生長情況差異，尋找促進植物生長的最佳濃度，對半干旱區(qū)造林工作中環(huán)境材料施用具有一定指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于陜西省榆林市治沙研究所沙地植物園苗圃，海拔約為1 300 m，屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，冬春季多風(fēng)，年均風(fēng)速2.3 m·s-1，年均溫7.9～8.6℃，年降雨量約400 mm，日照時數(shù)3 300～3 700 h，無霜期130～150 d，土壤為風(fēng)沙土。

1.2 供試材料

刺槐和山杏苗木分別網(wǎng)購于綠化苗木零售店（江蘇）、新晉商苗木種子公司（山西），選取長勢健康且高度基本一致的刺槐（1年生）和山杏（2年生）苗木作為試驗材料，共計54株。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2022年4—10月進行，參考材料公司施用建議及保水劑和微生物菌劑在半干旱區(qū)應(yīng)用相關(guān)文獻[1,5]后，試驗設(shè)置二因素三水平正交試驗，共9組處理（見表1），每種處理3個重復(fù)，共54盆。保水劑選擇的是山東聊城華豐化工科技有限公司生產(chǎn)的100目吸水倍率600倍的SAP抗旱保水劑，微生物菌劑選擇山東綠隴生物科技有限公司生產(chǎn)的活菌360產(chǎn)品，由枯草芽孢桿菌和哈茨木霉菌復(fù)配而成，有效活菌數(shù)≥10 億·g-1，含有營養(yǎng)性水溶載體及γ-聚谷氨酸等成分。盆栽試驗花盆為塑料花盆，外口徑32 cm，高30 cm，底徑21 cm，每盆裝土11 kg，土壤選擇當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙土。山杏和刺槐苗用濃度2‰的生根粉溶液浸泡2 h，按設(shè)置濃度加入保水劑和微生物菌劑后與土壤混勻，苗木栽植后拍實表面，第一次澆透水，緩苗期一月，期間為保證成活，每周澆一次水，之后兩周一次，澆水量2 L·盆-1。

表1 不同處理保水劑微生物菌劑施用量Tab. 1 Application amount of water-retaining agent and microbial inoculum for different treatment

表2 K值分析表Tab. 2 K-value analysis

1.4 指標(biāo)測定

將苗木種植在花盆中后，用皮尺、游標(biāo)卡尺測定不同處理下刺槐和山杏苗木的株高和地徑初始值，9月末試驗結(jié)束時再次測定苗木的株高和地徑。選取苗木中上部20片葉子使用Yaxin-1241(北京雅欣理儀科技有限公司）葉面積儀測定葉片長、寬、面積和周長等參數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)在Excel軟件中進行整理，使用SPSS24.0軟件進行差異顯著性分析，用LSD法（a=0.05）、k值分析法對不同處理數(shù)據(jù)進行分析，使用Origin2018軟件進行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對苗木株高生長影響

在不同處理中，刺槐和山杏株高生長量均顯示出顯著差異性。對照組（T1）刺槐株高生長量最小為40.46 cm，最大值為109.07 cm（T7），是最小值的2.69倍。比較T1，T2，T3三組數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，單施微生物菌劑可以大幅提高刺槐株高生長量，但不同濃度之間無明顯差異，施用微生物菌劑對山杏的株高生長量基本沒有影響；20 g·株-1保水劑處理下（T4，T5，T6），不同濃度微生物菌劑對刺槐株高生長沒有規(guī)律性影響，但隨濃度增大，山杏的生長量逐漸減少，出現(xiàn)了抑制作用；保水劑用量30 g·株-1(T7，T8，T9）時，刺槐和山杏生長量隨微生物菌劑濃度變化不明顯。

0 g·株-1微生物菌劑處理（T1，T4，T7），刺槐株高生長量呈顯著增加趨勢，20 g·株-1（T4）保水劑濃度最有利于山杏生長；微生物菌劑用量為5 g·株-1時（T2，T5，T8），0 g·株-1保水劑為刺槐株高生長最佳濃度，山杏生長量與保水劑濃度變化呈正相關(guān)；10 g·株-1微生物菌劑處理下（T3，T6，T9），刺槐和山杏均呈現(xiàn)“V”形變化。0 g·株-1和30 g·株-1保水劑濃度更有利于植物高生長。綜合來看，單施保水劑或者微生物菌劑對刺槐和山杏生長都有明顯促進作用，最大用量處理效果最好，同時施用時，10 g·株-1保水劑+30 g·株-1微生物菌劑表現(xiàn)最佳。

圖1 不同處理下的植株高度Fig. 1 Plant height under different treatments

2.2 不同處理對苗木地徑生長影響

刺槐的地徑生長量介于2.21—6.42 cm之間，最大值在單施10 g·株-1微生物菌劑組（T3），比最小值高出1.9倍，山杏的地徑生長量范圍在3.83—6.39 cm之間，最大值為6.39 cm（T2），兩種植物不同處理之間地徑生長量存在顯著差異性。0 g·株-1保水劑處理下（T1，T2，T3），10 g·株-1微生物菌劑處理對刺槐地徑生長促進最顯著，5 g·株-1和0 g·株-1微生物菌劑處理（T2和T3）兩組沒有顯著差異，山杏表現(xiàn)與之不同，微生物菌劑的施用明顯提高了地徑生長量，但是不同用量之間無顯著差異；0 g·株-1保水劑處理下（T4，T5，T6），刺槐和山杏地徑生長量隨微生物菌劑濃度變化呈“v”字形和倒“v”形，施加微生物菌劑兩個處理組刺槐地徑生長顯著低于對照組，5 g·株-1微生物菌劑對山杏地徑生長促進最為顯著；30 g·株-1保水劑處理時（T7，T8，T9），山杏和刺槐地徑生長量均無顯著提高。

對比T1，T4，T7三組數(shù)據(jù)來看，0 g·株-1微生物菌劑處理下，不同濃度保水劑處理對刺槐和山杏地徑生長均無明顯促進作用，20 g·株-1保水劑較之30 g·株-1處理山杏地徑生長狀況更優(yōu)；5 g·株-1微生物菌劑處理下（T2，T5，T8），刺槐地徑生長量隨保水劑濃度變化無顯著差異，山杏地徑生長量在30 g·株-1保水劑處理下明顯減少；10 g·株-1微生物菌劑（T3，T6，T9)處理下，保水劑的施用對地徑生長產(chǎn)生了抑制作用。通過分析可以看出，單獨施加微生物菌劑、20 g·株-1保水劑+5 g·株-1微生物菌劑(T2，T3)對山杏地徑生長促進作用明顯，除T2處理外，其他組處理對刺槐地徑生長均無促進作用。

圖2 不同處理下的植株地徑Fig. 2 Ground diameter under different treatments

2.3 不同處理下植物葉片差異分析

不同處理下葉面積表現(xiàn)出較大差異。處理T2和處理T8山杏葉面積大小均顯著高于其他處理組，分別是對照組（T1）的160.63%，163.32%。刺槐葉面積最大的是處理組T5，達到978.68 mm2，是最小值的1.64倍，其他處理組葉面積值均大于對照組（595.23 mm2）。0 g·株-1和30 g·株-1保水劑處理中（T1，T2，T3，和T7，T8，T9），隨微生物菌劑濃度增加，山杏葉面積變化呈倒“v”形趨勢，5 g·株-1微生物菌劑處理下葉片生長狀況最佳（T2和T8），20 g·株-1保水劑+5 g·株-1微生物菌劑(T5)施加時山杏葉面積反而低于對照組。刺槐在單施10 g·株-1株微生物菌劑（T2）和20 g·株-1保水劑+5 g·株-1微生物菌劑（T5）混施處理下，葉面積顯著大于對照組；保水劑用量為20 g·株-1時，山杏葉面積在不同微生物菌劑濃度處理下葉面積顯著低于對照組，10 g·株-1微生物菌劑處理對刺槐葉面積促進作用明顯；30 g·株-1保水劑處理下（T7，T8，T9），施加5 g·株-1微生物菌劑對山杏和刺槐葉片生長促進作用均比較顯著。

對比T1，T4，T7三組處理，20 g·株-1（T4）保水劑處理下山杏葉面積顯著低于對照組，30 g·株-1保水劑（T7）處理下山杏葉面積與對照組無顯著差異，刺槐葉面積與對照組相比顯著提高。當(dāng)同樣施加5 g·株-1微生物菌劑（T2，T5，T8）時，0 g·株-1保水劑（T2）和30 g·株-1保水劑（T8）處理更有利于山杏葉片生長，刺槐僅在30 g·株-1保水劑處理下體現(xiàn)出了顯著的促進作用。施加10 g·株-1微生物菌劑時，刺槐和山杏的葉面積與對照組相比均無明顯差異。

2.4 綜合影響分析

圖3 不同處理下的葉面積Fig. 3 Leaf area under different treatments

由極差R分析可以看出，保水劑對刺槐的株高和葉面積生長影響較之微生物菌劑更為顯著，均呈現(xiàn)出先降后升的規(guī)律，對地徑生長影響作用差異不大。刺槐株高保水劑K值最大的是K3，說明30 g·株-1保水劑為最佳施用濃度，微生物菌劑的K值大小為K3＞K2＞K1，表明隨微生物菌劑濃度的升高，對株高生長促進作用也是逐漸升高。刺槐地徑保水劑K值K1＞K3＞K2，表明保水劑對刺槐地徑生長起到了抑制作用，微生物菌劑K值最小值為K2，表明5 g·株-1微生物菌劑用量不利于地徑生長。分析葉面積K值可知，30 g·株-1保水劑和5 g·株-1微生物菌劑處理更有利于葉面積的增加。

對于山杏來說，微生物菌劑對株高生長影響比保水劑影響顯著，對地徑生長量和葉面積的影響差別不大。對比株高K值可以發(fā)現(xiàn)，不同水平微生物菌劑和保水劑處理下K值波動較小，30 g·株-1保水劑K值最大，不施加微生物菌劑下株高生長情況最佳。微生物菌劑和保水劑對山杏地徑影響規(guī)律與刺槐基本一致。20 g·株-1保水劑和5 g·株-1微生物菌劑是葉面積生長的最佳濃度。

3 討論與結(jié)論

土壤是植物生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，微生物菌肥含有的菌群通過微生物和相關(guān)代謝促進植物生長[16]。通過分析發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑和保水劑混合施用對兩種植物生長均有一定的促進作用，但在不同植物和不同指標(biāo)上影響程度不同。當(dāng)配比為僅施加30 g·株-1保水劑（T7）時，對山杏株高的促進作用最為顯著，單施20 g·株-1保水劑時（T4）更有利于刺槐株高生長，單施保水劑或者微生物菌劑時，濃度越大促進作用越顯著，在混施處理中30 g·株-1保水劑+10 g·株-1微生物菌劑效果最好，綜合來看，單施比混施促進作用明顯，與宋雙雙[15]研究油松在環(huán)境材料下株高變化規(guī)律基本一致。

保水劑和微生物菌劑對苗木地徑生長影響規(guī)律與株高影響規(guī)律存在差異，單施5 g·株-1微生物菌劑（T2）和20 g·株-1保水劑+5 g·株-1微生物菌劑（T5）混施兩種處理對山杏地徑生長促進作用最為顯著，各處理對刺槐的地徑生長無顯著促進作用，混施處理甚至抑制了刺槐的地徑生長，可能原因是由于試驗觀測周期有限，地徑生長量較之株高和葉面積等性狀變化量較小，因此無法體現(xiàn)出規(guī)律。植物葉片是對環(huán)境變化最為敏感的器官，與植物對土壤養(yǎng)分獲取關(guān)系密切[17]，分析結(jié)果表明5g.株-1微生物菌劑（T2）和30 g·株-1保水劑+5 g·株-1微生物菌劑（T8）兩種處理下山杏葉面積均值最大，20 g·株-1保水劑+5 g·株-1微生物菌劑（T5）處理刺槐葉面積促進效果最為顯著。綜合分析發(fā)現(xiàn)保水劑對刺槐的株高和葉面積生長影響較之微生物菌劑更為顯著，均呈現(xiàn)出先降后升的規(guī)律，對地徑生長影響作用差異不大。植物生長受多種因素的干擾，下一步將深入研究保水劑和微生物菌劑混施下土壤養(yǎng)分、微生物、酶等多重因子對植物生理生長綜合作用機理，為半干旱區(qū)科學(xué)造林，提升林分質(zhì)量提供新方法。