氮磷钾配方施肥对香椿苗木生长的效应分析

周 玮，周祥斌，周 鹏，陈晓阳

（1.华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642；2.广东省连山林场，广东 清远 513200；

3.广东省森林植物种质资源创新与利用重点实验室，广东 广州 510642；4.广东生态工程职业学院生态工程系，广东 广州 510520）

氮磷钾配方施肥对香椿苗木生长的效应分析

周 玮1，3，周祥斌2，3，周 鹏3，4，陈晓阳1，3

（1.华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642；2.广东省连山林场，广东 清远 513200；

3.广东省森林植物种质资源创新与利用重点实验室，广东 广州 510642；4.广东生态工程职业学院生态工程系，广东 广州 510520）

采用三元二次旋转回归组合设计，建立氮磷钾不同施肥量对香椿苗高、地径和茎干生物量的回归模型，分析氮磷钾施肥量对苗木生长的效应。结果表明，不同肥料对香椿苗高、地径和茎干生物量的效应大小表现为施氮量＞施磷量＞施钾量，钾肥对香椿苗木生长的影响不显著。采用10 kg黄心土盆栽培育香椿苗，施N量为4.277 g/盆、施P2O5量为2.450 g/盆，苗高生长量最大可达141.96 cm；施N量为4.845 g/盆、施P2O5量为2.896 g/盆，地径生长量最大可达16.895 mm；施氮量为4.101 g/盆、施P2O5量为2.000 g/盆，茎干生物量最大可达52.529 g。

香椿；施肥；三元二次旋转回归组合设计；生长量

香椿﹝Toona sinensis（A. Juss.）Roem.﹞为楝科（Meliaceae）香椿属树种［1］，在我国栽培已有2 000多年历史，分布范围广，北至辽宁，南到海南，西至甘肃，西南至滇黔，东到台湾，其中山东、河南、安徽、河北等省为我国香椿主产区。香椿是我国特有的珍贵速生用材树种和“四旁”绿化树种，材质坚硬、耐腐力强，为家具、室内装饰品及造船的优良木材，素有“中国桃花心木”之美誉。此外，其树皮可造纸，果和皮可入药，椿芽还可作为蔬菜食用，经济价值高［2-3］。目前，对于香椿的研究较为广泛，主要涉及种质资源收集与评价［4-6］、育苗和造林技术［7-9］、木材特性［10-12］以及种子和叶片提取物的药用价值［13-14］等方面。不同环境条件对香椿生长、落叶时间及年轮形成等有很大影响，Heinrich等［15］研究指出，在水分不充足和温度限制的环境条件下，香椿幼苗叶片展叶晚，苗高和地径增长量减小；相反，在水分充足和温度较高的条件下，香椿幼苗可保持较高的生长量，也不会出现不发叶和落叶的状态。有些研究也表明，通过施肥和摘芽等处理可提高温室大棚的香椿产量［16-18］，通过不同肥料的配比和施用可提高田间香椿的生长量［19-20］。向天勇等［16］研究发现，用6∶3∶1的田园土、草炭、珍珠岩添加加1%有机肥、3%过磷酸钙为基质，香椿根的发芽率可达79%左右，充足氮肥对香椿芽生长发育的促进作用很大，但过量氮肥会使香椿芽品质降低。采用15%多效唑5 000倍液喷施可防止香椿苗木徒长，在发芽和采摘后也需进行追肥处理［17］。有研究表明，在设施大棚内栽培香椿，对其产量影响最大的因素是叶面肥，其次是复合肥（液肥）施肥量，香椿嫩芽产量最大的施肥处理为：每隔10 d施用叶面肥（0.2%尿素）和复合肥（液肥）（45 g/ m2）［18］。在香椿造林时，施用基肥第3年，其胸径、树高生长量分别比对照提高70%～98%和42.8%～114.3%；第5年胸径、树高生长量分别比对照提高22%～31%和48%～56%，施用有机质含量高、肥效长的油桐饼效果最佳［19］。也有研究表明，在P2O5施用量为130 kg/hm2基础上，氮肥施用量范围为180～270 kg/hm2，其中施氮量为261.35 kg/hm2对香椿造林效果最佳［20］。还有研究发现，在造林时用覆膜和浇泥浆的常规方式进行处理，可保证较高的香椿造林成活率和出苗率［21］。

综上所述，用施肥措施促进香椿出芽和生长效果较好，也值得进行更为深入的研究。本研究以广西香椿1年生实生苗为试验材料，采用三元二次通用旋转组合设计，分析NPK配方施肥对苗木生长的影响，为香椿优质壮苗定向培育提供理论依据和数据支持。施肥处理选择三元二次旋转回归设计，通过选取中心点试验的次数，可以使试验具有正交性，与传统正交设计相比较，精准度更高［3，22］。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试苗木为香椿1年生实生苗，采种地点为广西南宁。2014年4月开始种苗，种植前苗木平均株高为16.57（±0.37）cm、平均地径为3.45（±0.08）mm。盆栽容器为无纺布袋，规格为30 cm（高）×25 cm（直径），每盆装土10 kg。基质采用黄心土，质地为粘土，pH值6.32，全N含量0.191 g/kg，全P含量0.255 g/kg，全K含量4.80 g/kg，水解性N含量7.18 mg/kg，有效P含量0.23 mg/kg、速效K含量18.60 mg/kg。

试验所用肥料为尿素（含氮46%）、过磷酸钙（含P2O518%）、氯化钾（含钾60%）。

1.2 试验设计

试验在华南农业大学跃进北实验基地（113°21′60″E、23°09′50″N，）开展。该基地地处南亚热带，属南亚热带典型的季风海洋气候，全年平均气温20～22℃，日均气温0℃以上，年降水量1 689.3～1 876.5 mm，雨季为4～9月、降水量占全年的85%左右。采用三元二次回归旋转组合设计［23］，3个因子分别为N（X1）、P（X2）、K（X3），共20个处理，每个处理15个重复。本试验中有3个变量，Z1、Z2、Z3分别表示N、P、K各个因子的不同水平编码值，设计中先拟定好每个变量Z1、Z2、Z3的上、下水平，以Z2j表示第j变量的上水平，Z1j表示第j变量的下水平，以每个变量的上水平Z2j、下水平Z1j计算水平Z0j：某变量j的变化间隔Δj计算公式为：

式中，r是待定参数，在三元二次回归旋转组合设计中，r值为1.682。本试验三元二次回归旋转组合设计方案见表1，变量Z1、Z2、Z3分别以X1（N）、X2（P）、X3（K）表示。

根据因子水平编码表，设定N、P、K肥各因子实际施肥量的最高与最低值，计算各个因子不同水平的实际需肥量，盆栽试验各个因子不同水平的实际施肥量计算结果见表2，对应的肥料施用量见表3。根据表2的总施肥量和表3的处理水平，分别于4月20日、5月20日、6月20日施肥。P、K肥于4月20日一次性施入，N肥分3次平均施入。

表1 三元二次回归旋转组合设计方案

表2 N、P、K肥三因子各水平施肥量（g/盆）

表3 尿素、过磷酸钙、氯化钾各水平施肥量（g/盆）

1.3 测定指标及方法

施肥后于2014年4月20日测定香椿苗高、地径生长初始值，5～11月每月20日测定苗高及地径，11月20日完成最终生长量测定后，收获苗木，测定香椿茎干烘干重。（1）苗高：用钢卷尺对香椿苗高进行测定，固定测量起始位置为苗木根颈处，数据精确到0.1 cm。（2）地径：用数显游标卡尺对香椿苗木地径进行测量，测量时间与苗高同步，数据精确到0.01 mm。（3）生物量：采用105℃杀青1～2 h，然后用60℃恒温烘干3 d，取出烘箱后马上测定茎干烘干重，数据精确到0.1 g。利用香椿11月的苗高和地径数据，建立三元二次回归方程：

2 结果与分析

2.1 NPK配方施肥对香椿苗高的影响

从表4可以看出，5～8月是各处理香椿苗高快速生长期，从9月开始生长减缓。在5月，处理8、处理9、处理11以及处理13～20的香椿苗高达23.10～26.78 cm，均比其他处理大；至11月，处理13～20的苗高仍大于其他处理，尤其是处理13～16的苗高均大于140 cm，而处理6、处理7、处理8和处理10的苗高较小，均低于90 cm。在N、P施肥量一致的情况下，施K肥的处理13和未施K肥的处理14的苗高生长差异不显著，说明施K肥对香椿苗高生长的影响不大。而在NK施用的情况下，未施P肥的处理10的苗高生长受到了很大限制，说明在施用NK的基础上再补施P肥对香椿苗木株高生长有明显促进效果。

表4 NPK配合施肥对香椿苗高（cm）的影响

根据三元二次通用旋转回归试验统计分析方法，对2014年11月的香椿苗高试验数据（表5）进行统计分析，得出拟合方程和回归系数。对苗高零水平的数据进行F检验，可得F1=4.43＜F0.05（5，5）=5.05，表明中心水平处理之间差异不显著。三元二次回归方程的统计量F2=9.166＞F0.01（9，10）=4.94（表6），表明三元二次回归模型与实际值拟合较好，可用于预测。

对x1、x2、x3的水平进行标准化处理，得出以下回归方程：

根据回归方程的回归系数可以看出，各因素对香椿苗高的简单效应大小表现为施N量＞施P量＞施K量。对各回归系数的显著性作t值检验，结果表明t0=29.92＞t0.001（10）=4.587、t1=4.50＞t0.01（10）=3.169、t2=1.79＞t0.2（10）=1.372、|t7|=6.46＞t0.001（10）=4.587、|t8|=4.84＞t0.001（10）=4.587。剔除系数不显著项后的回归方程如下：

表5 三元二次旋转回归设计的结构矩阵和参数与香椿苗高生长量的关系

由于计算过程中对x1、x2、x3的水平进行了标准化处理，故x1、x2、x3应该分别用（x1-x10）/Δ1、（x2-x20）/Δ2、（x3-x30）/Δ3取代。整理后的最优回归方程为：

根据上述回归模型，利用Lingo软件可求出最优方案是施N量为4.277 g/盆、施P2O5量为2.450 g/盆，此时香椿最大苗高生长量为141.96 cm。

2.2 NPK配合施肥对香椿苗木地径的影响

从表7可以看出，各处理香椿地径快速生长期与苗高生长情况一致，在5～8月生长较快，而在9～11月生长缓慢，处理1、处理2、处理9、处理11以及处理13～20的地径生长优于其他处理，尤其是处理16和处理19的苗木生长量最大，分别为17.15（±0.72）cm和17.46（±0.62）cm，而处理10苗木生长最慢、地径仅为8.48（±0.24）cm。

对2014年11月的香椿地径试验数据进行统计分析，得出拟合方程和回归系数（表8）。对香椿苗木地径零水平的数据进行F检验可得F1=2.60＜F0.05（5，5）=5.05，表明中心水平处理之间差异不显著。三元二次回归方程的统计量F2=6.31＞F0.01（9，10）=4.94（表9），可见三元二次回归模型与实际情况拟合得较好，可用于预测。

表7 NPK配合施肥对香椿苗木地径（mm）的影响

表8 三元二次旋转回归设计的结构矩阵和参数与香椿苗木地径生长量的关系

（续表8）

表9 香椿苗木地径回归结果的方差分析

对x1、x2、x3水平进行标准化处理，得出如下回归方程：

根据回归方程的回归系数可以看出，各因素对香椿苗木地径的简单效应大小表现为施N量＞施P量＞施K量。对各回归系数的显著性作t值检验，结果表明t0=32.65＞t0.001（10）=4.587、t1=4.58＞t0.01（10）=3.169、t2=2.46＞t0.05（10）=2.228、|t7|=4.57＞t0.01（10）=3.169、 |t8|=3.36＞t0.01（10）=3.169。剔除系数不显著项后的回归方程如下：

图1 不同施肥处理的香椿苗木茎干生物量

根据上述回归模型，利用Lingo软件可求出最优方案为施N量为4.845 g/盆、施P2O5量为2.896 g/盆，此时香椿苗木最大地径生长量为16.895 mm。

2.3 NPK配合施肥对香椿苗木茎干生物量的影响

从2014年11月的香椿茎干生物量调查结果（图1）可以看出，处理14～17和处理19的茎干生物量较大、均超过50 g，处理10最小、仅为7.67 g，不同施肥处理对香椿茎干生物量的效应差异很明显。

对试验数据进行统计分析，得出拟合方程和回归系数（表10）。对香椿苗木茎干生物量的零水平数据进行F检验可得F1=4.87＜F0.05（5，5）=5.05，表明中心水平处理之间差异不显著。三元二次回归方程的统计量F2=3.79＞F0.05（9，10）=3.02（表11），表明三元二次回归模型与实际情况拟合得较好，可用来预测。

对x1、x2、x3的水平进行标准化处理，得到回归方程为：

表10 三元二次旋转回归设计的结构矩阵和参数与香椿苗木茎干生物量的关系

表11 香椿苗木茎干生物量回归结果的方差分析

根据回归方程的回归系数可以看出，各因素对香椿苗木茎干生物量的简单效应大小表现为施N量＞施P量＞施K量。对各回归系数的显著性作t值检验，结果表明t0=12.90＞t0.001（10）=4.587、t1=2.40＞t0.05（10）=2.228、|t7|=4.00＞t0.01（10）=3.169、|t8|=3.54＞t0.01（10）=3.169。由此可知，香椿地径回归方程相对应的回归系数均在一定程度上显著或极显著，剔除系数不显著项后的回归方程如下：

由于计算过程中对x1、x2、x3的水平进行了标准化处理，故x1、x2、x3应该分别用（x1-x10）/Δ1、（x2-x20）/Δ2、（x3-x30）/Δ3取代，整理后的最优回归方程为：

根据上述回归模型，利用Lingo软件可求出最优方案为施N量4.101 g/盆、施P2O5量2.000 g/盆，此时香椿最大茎干生物量为52.529 g。

3 结论与讨论

本研究结果表明，将香椿幼苗移植到10 kg黄心土盆中进行盆栽施肥试验，得出最优施肥方案如下：当施N量4.277 g/盆、施P2O5量2.450 g/盆时，香椿苗高生长量可达141.96 cm；当施N量4.845 g/盆、施P2O5量2.896 g/盆时，香椿最大地径生长量可达16.895 mm；当施N量4.101 g/盆、施P2O5量2.000 g/盆时，香椿最大茎干生物量可达52.529 g。

与传统正交设计相比较，旋转回归组合设计具有精准度高等优点，已在农业施肥上得到应用。本研究采用旋转回归组合设计，对氮、磷、钾不同施肥量与香椿苗木株高、地径、茎干生物量分别进行回归分析，建立回归模型。统计检验结果均表明，三元二次回归模型与实际情况拟合得较好，预测精度较高。不同施肥处理对香椿株高、地径、茎干生物量的效应大小均表现为施氮量＞施磷量＞施钾量，其中氮肥效应最大、磷肥效应未达到显著水平。这与向天勇等［16］和左永忠等［20］的研究结果一致，即香椿苗对氮素敏感，合理施用氮肥可促进苗木磷、氮元素的吸收，尤其是充足的氮肥对香椿芽生长发育影响很大，此外，过磷酸钙也能促进香椿发芽［16］。可见，相比磷肥和钾肥，氮肥对香椿苗木生长的促进作用更大。

李熙英等［24］采用三元二次旋转回归设计对1年生杨树苗进行施肥效应研究，得出了对杨树苗株高、地径和生物鲜重最佳的氮磷钾组合：当施尿素0.7844～0.8483 g/盆、过磷酸钙1.9882～2.1680 g/盆、氯化钾0.4019～0.6504 g/盆时，可获得杨树苗的最大株高为196.4 cm、最大地径为11.57 mm、最大生物鲜重为105.41 g。与本研究结果比较发现，氮磷钾配合施肥对香椿地径生长的促进作用大于杨树，试验末期香椿最大地径可达16.895 mm，而苗高最大为141.96 cm、比杨树低，说明氮磷钾配合施肥对杨树苗高生长的促进作用较大，对香椿地径生长的促进作用较大，这对培养香椿壮苗十分有利。

［1］ 中国科学院中国植物志编辑委员会. 中国植物志［M］. 北京：科学出版社，1999.

［2］ 李文东. 香椿的栽培及价值［J］. 中国林业，2009（18）：48.

［3］ 胡薇，刘艳如，缪妙青，等. 多用途树种香椿的研究综述［J］. 福建林业科技，2008（1）：244-250.

［4］ 肖华山，肖祥希，何文广，等. 香椿种质资源与快速繁殖研究进展［J］. 亚热带植物科学，2014，43（4）：343-346.

［5］ 张海燕. 香椿种源生长差异分析及早期评价［J］. 中南林业科技大学学报，2017，37（1）：38-42.

［6］ 周祥斌，周玮，周鹏，等. 香椿种源间种子性状地理变异研究［J］. 华南农业大学学报，2015，36（5）：105-110.

［7］ 吴玉洲，张新权，李社辉，等. 香椿生物学特性及育苗技术［J］. 北方园艺，2012（15）：57-58.

［8］ 廉海燕. 菜材兼用香椿栽培技术［J］. 山西林业，2014（4）：29-30.

［9］ 龚春，舒红英，赵松子，等. 香椿材用林丰产栽培试验初报［J］. 江西林业科技，2012（4）：18-22.

［10］ 罗建勋，卢丹，齐锦秋，等. 香椿木材年轮宽度与解剖形态特征研究［J］. 西南林业大学学报，2015，35（2）：95-99.

［11］ 张友元，夏玉芳，许建初，等. 香椿木材解剖构造及其物理力学性质［J］. 植物分类与资源学报，2013，35（5）：641-646.

［12］ 骆嘉言，林金国，李大岔，等. 香椿人工林和天然林木材材性的比较研究［J］. 西北林学院学报，2003，18（2）：77-79.

［13］ Chang H L，Hsu H K，Su J H，et al. The fractionedToona sinensisleaf extract inducedapoptosis of human ovarian cancer cells and inhibits tumor growth in a murine xenograft model［J］. Gynecologic Oncology，2006，102（2）：309-314.

［14］ Wang X H，Li W Z，Kong D，et al. Ethanol extracts fromToona sinensisseeds alleviate diabetic peripheral neuropathy through inhibiting oxidative stress and regulating growth factor［J］. Indian Journal of Pharmaceutical Science，2016，78（3）：307-312.

［15］ Heinrich I，Joho C G B. Variation in phenology，growth，and wood anatomy ofToona sinensisciliate in relation to different environmental conditions［J］. International Journal of Plant Sciences，2006，167（4）：831-841.

［16］ 向天勇，盛泉林，何文辉. 香椿芽的插根生产技术［J］. 浙江农业科学，2013（3）：271-273.

［17］ 祖秀颖. 温室香椿高产高效栽培技术［J］. 农业与技术，2015，35（11）：118-119.

［18］ 校彦赟，杨东生，石卓功. 不同施肥处理对设施栽培香椿产量的影响［J］. 林业科技开发，2015（3）：33.

［19］ 方志铃. 香椿造林不同施肥的效果分析［J］. 防护林科技，2014（9）：35-36.

［20］ 左永忠，张淑莲，李海军. 不同施肥处理对设施栽培香椿产量的影响［J］. 河北林学院学报，1994（1）：17-23.

［21］ 朱敏，龙倩，潘奇敏. 不同造林措施对香椿退耕混交造林成活率及生长量的影响［J］. 现代农业科技，2013（20）：146-147.

［22］ 丁希泉. 农业应用回归设计［M］. 长春：吉林科学技术出版社，1986：123-151.

［23］ 洪伟，吴承祯. 试验设计与分析原理·操作·案例［M］. 北京：中国林业出版社，2004.

［24］ 李熙英，刘继生，黄世臣. 氮磷钾施用量对一年生杨树扦插苗生长的影响［J］. 江苏农业科学，201l，39（5）：25-256.

（责任编辑 张辉玲）

Effects of NPK fertilization on growth of Toona sinensis seedlings

ZHOU Wei1，3，ZHOU Xiang-bin2，3，ZHOU Peng3，4，CHEN Xiao-yang1，3
（1. College of Forestry Science and Landscape Architecture，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；2. Guangdong Lianshan Forestry Farm，Qingyuan 513200，China；3. Guangdong Key Laboratory for Innovative Development and Utilization of Forest Plant Germplasm，Guangzhou 510642，China；4. Department of Ecological Engineering，Guangdong Ecology Vocational College，Guangzhou 510520，China）

The quadratic regression rotation composite design was used to study the effects of nitrogen，phosphorus and potassium fertilization on the growth ofToona sinensisseedlings. The regression model among NPK fertilizer amount and the height ground diameter and stem biomass ofT. sinensisseedling was established and their effects on seedling growth were analyzed. The effects of different fertilizers on seedling height，ground diameter and stem biomass showed N＞P＞K，and the effect of potassium fertilizer on growth ofT. sinensisseedlings was not significant. WhenT. sinensisseedling was planted in the pot with 10 kg yellow soil，the seedling height was the highest with 141.96 cm in the pot with 4.277 g nitrogen and 2.450 g P2O5，the seedling diameter was the widest with 16.895 mm in the pot with 4.845 g nitrogen and 2.896 g P2O5，and the seedling stem biomass was the higest with 52.529 g in the pot with 4.845 g nitrogen and 4.101 g P2O5.

Toona sinensis；fertilizer；quadratic regression rotation composite design；growth

S723.7；S644.4

A

1004-874X（2017）04-0073-10

周玮， 周祥斌，周鹏，等. 氮磷钾配方施肥对香椿苗木生长的效应分析［J］.广东农业科学，2017，44（4）：73-82.

2017-02-05

广东省林业科技创新专项（2011KJCX002，2012KJCX002，2013KJCX002）

周玮（1986-），女，硕士，助理研究员，E-mail：wzhou@scau.edu.cn

陈晓阳（1958-），男，博士，教授，E-mail：xychen@scau.edu.cn