油茶低產林改造剩余物基質的保水保肥效應

朱宏達，李建安，廖 科，熊 利，張 樂，張雯琪，周乃富

（1. 中南林業科技大學 經濟林培育與保護省部共建教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004；2. 湖南省林業種苗繁育示范中心，湖南 長沙 410329；3. 湖南省水資源研究和利用合作中心，湖南 長沙 410031）

油茶Camelliaoleifera是我國特有的山茶科Theaceae 山茶屬Camellia木本油料樹種，也是世界四大木本油料樹種之一，在我國已有超過2 300年的種植和利用歷史[1-2]。進入21 世紀以來，我國油茶產業雖然發展迅猛，但存在一些問題和矛盾亟待解決。以湖南省為例，全省低產林（老舊油茶林）面積約93.3 萬hm2，約占全省油茶種植面積的64.7%，并且產量低、病害多，生產價值不高[3]。2021 年出臺的《湖南省“十四五”林業發展規劃》提到繼續打造湖南油茶千億產業，加快完成油茶低產林改造50 萬hm2的任務目標[4]。在大規模低產林改造過程中，會產生大量油茶剩余物，而這些剩余物通常被焚燒、填埋或者隨意丟棄，將對生態環境造成污染，同時也是一種生物質資源的浪費。因此培育高質量、高產量的大規格良種無性系輕型基質油茶容器苗是解決這個低產林改造的基礎保障[5]。這是因為油茶容器育苗在上山造林方面相較于常規的油茶裸根育苗，具有根系完整、成活率高、無緩苗期等優點，并且在抗旱、適生、穩定性方面也有較強的優勢，因此具有上山造林成活率高、成林速度快、林分整齊、掛果期提前等優勢，是低產林更新改造的重要舉措之一[6-7]。目前油茶容器育苗基質大致分為兩類，一是以各種有機質（大多為泥炭）為主原料，質地疏松的輕型基質，具有孔隙度大、保水保肥性好、利于根系生長以及利于搬運的優點，但育苗成本相對較高；二是以營養土（大多為黃心土）和各種有機質各占一定比例，質地較緊密的半輕型基質，具有取材來源廣泛、緩沖性好以及育苗成本較低的優點，但不利于搬運，增加了上山造林的人工成本[8]。

從2022 年7 月以來，長江流域遭遇了自1960年有氣象記錄以來，高溫天氣持續時間最長的一次。據湖南省氣候中心提供的數據，7 月8 日—10 月3 日，全省平均降水量僅為66.3 mm，較常年偏少80.4%，氣溫偏高2.7 ℃，持續的高溫干旱嚴重干擾油茶生長發育的進程，油茶產業從育苗到種植采摘，都遭遇到不同程度的損失[9]。課題組前期研究發現，油茶低產林改造剩余物按尿素+EM 菌+碳氮質量比25∶1 的比例發酵后作為培育油茶育苗的輕型基質是完全可行的，且生產成本不高可在實際育苗生產中推廣，但未繼續深入開展育苗試驗[10]。因此，本試驗將以油茶低產林改造剩余物發酵后為基質原材料，探索保水、保肥功能性輕型育苗基質的育苗效果，為實際解決低改后產生的剩余物資源浪費以及環境污染問題，同時涵蓋生產育苗階段的保水、保肥的成本控制問題，為實現資源的循環利用以及油茶育苗產業的可持續發展提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于瀏陽市洞陽鎮的湖南省林業種苗繁育示范中心（以下簡稱“種苗中心”），屬亞熱帶季風濕潤氣候區，年均氣溫為16.8 ～17.3 ℃，年均降水量為1 455.06 mm。

1.2 試驗材料

苗木：選用生長性狀大體一致且符合國家出圃標準（苗高≥30 cm、地徑≥0.3 cm）的“華金”2年生容器苗，由種苗中心提供。

基質材料：油茶木屑是種苗中心在舊油茶采穗圃低改過程中產出的農林剩余物，將油茶植株、枝椏、樹蔸粉碎為細木屑，并過3 目網篩（8 mm孔徑），后將處理后的油茶木屑放入發酵罐中發酵[11]；泥炭由種苗中心提供；珍珠巖4 ～8 mm規格，購于長沙市紅星花卉市場；SAP 吸水樹脂購于鞏義市美源凈水材料有限公司。

無紡布育苗袋：選用22 cm×26 cm 規格的無紡布育苗袋，購于桐城市和信紙品有限公司。

1.3 試驗方法

混配基質試驗：本試驗基于前期課題組研究基礎上，添加最優的高吸水樹脂（Super absorben polymer, SAP）用量提高基質的保水保肥性能[12]。試驗以油茶木屑、泥炭、珍珠巖、SAP 4 種輕型基質材料，按L9（34）四因素三水平正交設計表以不同比例（體積比）混合配置基質，并測定基質的保水保肥性能（表1）。將油茶木屑、泥炭、珍珠巖3 種材料分成6 份500 mL/份，A 因素為油茶木屑A16、A24、A32（份）；B 因素為泥炭B12、B21、B30（份）；C 因素為珍珠巖C12、C11、C30（份）；SAP 為添加劑設為D 因素D10.8、D20.4、D30（g/L）；本次試驗共9 個處理，每個處理組合20 株，3 次重復，共540 株，每個處理施加1 ～2 kg/m3緩釋肥。將上述處理好的混配基質取樣，測定理化性質、保水性能以及保肥性能。

表1 不同配方基質的正交試驗設計L9（34）Table 1 Orthogonal experimental design L9 (34) for matrices with different matrix

育苗效果試驗：將選好的2 年生油茶容器苗脫杯，用清水沖洗根系殘留基質，后置入已備好的22 cm×26 cm 的無紡布袋中央，使苗根與基質緊密接觸。移栽后澆透定根水，噴灑甲基托布津800 ～1 000 倍液防治軟腐病、炭疽病等。將換杯好的容器苗放入室外煉苗場培育，在培育期加強水肥、除草、病蟲害防治管理措施。苗木培育期間施肥3 ～4 次，施復合肥結合澆水撒施，濃度不高于0.5%，復合肥以氮、磷、鉀含量為15∶15∶15 的硫酸鉀復合肥為宜。油茶容器苗換杯培育一年后，調查植株的生長發育情況。

1.4 試驗數據測定

1.4.1 基質理化指標測定

稱取風干好的混配基質，用粉碎機（規格為200 g）2 次粉碎，過20 mm 篩，測定全氮、全磷、全鉀的含量，重復3 次。采用飽和浸提法測定pH值和電導率，參照郭世榮[13]的方法測定容重、孔隙度（總孔隙度、持水孔隙度、通氣孔隙度），均重復3 次。

1.4.2 基質保水性、保肥性測定

基質保水性測定參照衛星等[14]和陳隆升等[15]的方法測定。

1.4.3 生長指標測定

分別在換杯前（10 月底）、第2 年秋梢（11月上旬）結束后測定油茶容器苗的苗高、地徑、葉片數、成活率，每個處理隨機選取5 株，重復3次，取其平均值。

1.5 數據分析

利用Excel 2003 軟件分析處理數據，采用SPSS 26.0 軟件進行差異顯著性檢驗（LSD 法，顯著性水平設為0.05），并利用方差分析和綜合評分中的排隊評分法得出實驗結論，使用Origin 軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 不同配方基質的物理性質分析

土壤總孔隙度可反映出基質的疏松程度以及容納空氣、水量的能力，過大或過小都不利于植物的正常生長發育，輕型育苗基質國家標準要求＞60%；土壤通氣孔隙度反映基質的透氣性、透水性，過大保水性差，過小透氣性差，不利于植物根系生長，國家標準在15%～30%之間；土壤持水孔隙度反映基質的持水能力指標，孔隙度越大吸收水分越多，國家標準在45%～60%之間；土壤容重大小能反映出基質的結構、透氣性、透水性，國家標準在0.2 ～0.5 g/cm3之間[16]。通過LSD 多重比較分析，由表2 可知。配方T5 總孔隙度90.03%為最大值，配方T3 總孔隙度74.80%為最小值，配方T5 與配方T2、T3、T6、T7、T9 存在顯著差異。配方T3通氣孔隙度62.93%為最大值，配方T1 通氣孔隙度27.09%為最小值，配方T3 與其他8 個配方均存在顯著差異。配方T1 持水孔隙度60.90%為最大值，配方T3 持水孔隙度11.87%為最小值，配方T1 與T2、T3、T4、T6、T7、T8存在顯著差異。配方T7 容重0.70 g/cm3為最大值，T9 容重0.22 為最小值，配方T7 與其他8 個配方均存在顯著差異，配方T2、T3、T6、T8、T9 容重相近。綜合上述不同配方基質的物理性質比較，配方T1、T9 完全符合國家林木輕型育苗基質物理性質指標要求。

表2 不同配方基質的物理性質?Table 2 Physical properties of substrates with different matrix

2.2 不同配方基質化學性質分析

一般利于油茶生長的基質pH 值在4.0 ～6.5之間，EC 值的標準在0.1 ～2.0 mS/cm 之間，總養分（N+P2O5+K2O）≥1.0%[17]。通過LSD 多重比較分析，由表3 可知。配方T6 pH 值6.60 為最大值，配方T4 pH 值5.50 為最小值，配方T6 與T3、T9 pH 值相似，并與剩余6 個配方存在顯著差異。配方T5 EC 值0.197 8 mS/cm 為最大值，配方T3 EC 值0.011 9 mS/cm 為最小值，配方T5 與其他8 個配方存在顯著差異。配方T5 全氮含量15.60 g/kg 為最大值，配方T6 全氮含量8.71 g/kg為最小值，配方T5 與配方T1、T4、T6、T7、T8、T9 存在顯著差異。配方T7 全磷含量1.15 g/kg為最大值，配方T6 全磷含量0.56 g/kg 為最小值，配方T7 與配方T1、T3、T6、T8、T9 存在顯著差異。配方T3 全鉀含量3.60 g/kg 為最大值，配方T5 全鉀含量0.98 g/kg 為最小值，配方T3 與其他8 個配方存在顯著差異。綜合上述不同配方基質的物理性質比較，配方T1、T2、T4、T5、T7、T8 完全符合國家林木輕型育苗基質化學性質指標要求。

表3 不同配方基質的化學性質Table 3 Chemical properties of substrates with different matrix

2.3 不同配方基質保水性分析

由圖1 可知，各配方基質中的吸水倍數T9 處理最高為3.99 倍，與其他8 個處理存在顯著差異，處理T7 吸水倍數最低為1.67 倍，表現最差。通過極差分析發現，四個因素對混配基質的吸水倍數都有重要影響，各因素表現為泥炭＞珍珠巖＞SAP ＞木屑。其中因素泥炭對吸水倍數的極差影響最大為1.32 倍，因素木屑對吸水倍數的極差影響最小為0.22 倍。當因素油茶木屑所占基質體積比為2 份、泥炭0 份、珍珠巖2 份、SAP0.8 g/L 時，基質吸水倍數最高。因此，最佳吸水倍數配方比例為A3∶B3∶C1∶D1。

圖1 不同配方基質吸水倍數Fig. 1 Absorbent multiples of different matrix

由圖2 可知，各配方基質中的滲水速率T5 處理最慢為0.001 5 g/min，與其他8 個處理存在顯著差異，處理T3 滲水速率最快為0.007 9 g/min，表現最差。通過極差分析發現，四個因素對混配基質的滲水速率都有重要影響，各因素表現為泥炭＞油茶木屑＞SAP ＞珍珠巖。其中因素泥炭對滲水速率的極差影響最大為0.003 5 g/min，因素珍珠巖對滲水速率的極差影響最小為0.000 5 g/min。當因素油茶木屑所占基質體積比為4 份、泥炭2 份、珍珠巖2 份、SAP0.8 g/L 時，基質滲水速率最慢。因此，最佳滲水速率的配方比例為A2∶B1∶C1∶D1。

圖2 不同配方基質滲水速率Fig. 2 Water seepage rate of different matrix

由圖3 可知，各配方基質中的含水量T6 處理最高為358.86 g，與其他7 個處理（T8 除外）存在顯著差異，處理T3 含水量最低為170.01 g，配方T6、T8 含水量相似，表現最佳。

圖3 不同配方基質的含水量Fig. 3 Water content of different matrix

通過極差分析發現，4 個因素對混配基質的含水量都有重要影響，各因素表現為珍珠巖＞SPA＞油茶木屑＞泥炭。其中因素珍珠巖對含水量的極差影響最大為81.43 g，因素泥炭對含水量的極差影響最小為34.75 g。當因素油茶木屑所占基質體積比為2 份、泥炭2 份、珍珠巖2 份、SAP0.4 g/L 時，基質含水量最高。因此，最佳含水量配方比例為A3∶B1∶C1∶D2。

由圖4 可知，各配方基質的蒸發速率隨時間增加而減緩，前2 天處于蒸發速率峰值，說明在前2 天基質含水量較多，蒸發速度較快，其中配方T3 蒸發速率最快且顯著高于其他9 個配方，配方T8 蒸發速率最慢。從第3 天開始，蒸發速率呈穩定態勢下降，第17 天后各配方之間蒸發速率趨于相近。綜合比較其蒸發速率平均值表現為處理T3 ＞T7 ＞T5 ＞T6 ＞T4 ＞T9 ＞T2 ＞T1 ＞T8，處理T8 蒸發速率綜合表現最優。通過極差分析發現，4 個因素對混配基質的蒸發速率都有重要影響，受基質體積占比影響各因素表現為珍珠巖＞SAP ＞油茶木屑＞泥炭。其中因素珍珠巖對蒸發速率的極差影響最大為0.18 g/h，因素泥炭對蒸發速率的極差影響最小為0.08 g/h。當因素油茶木屑所占基質體積比為6 份、泥炭1 份、珍珠巖2份、SAP0 g/L 時，基質蒸發速率最慢。因此，最佳蒸發速率配方比例為A1∶B2∶C1∶D3。

圖4 不同配方基質蒸發速率Fig. 4 Evaporation rate of different matrix

2.4 不同配方基質保肥性分析

在基質淋溶試驗前，用純水淋溶清洗各基質配方直至無氮、磷、鉀淋出。由表4 可知，各配方基質的氮、磷、鉀淋失量高峰均出現在第1 或第2天，其中氮流失量從第4 天后放緩，磷、鉀淋失量從第5 天后趨于穩定。在7 次淋溶試驗結束后，各配方基質氮流失總量分別占總施氮肥的表現為T3 77.98% ＞T8 67.12% ＞T4 63.85% ＞T7 56.17%＞T2 51.39%＞T6 54.72%＞T9 52.09%＞T5 44.26%＞T1 38.53%，其中配方T1 氮淋失量最小，且顯著低于其他8 個配方；磷流失總量分別占總施磷肥的表現為T3 46.27%＞T8 39.26%＞T4 37.78% ＞T9 35.46% ＞T7 31.84% ＞T2 31.12%＞T6 30.49%＞T5 28.26%＞T1 27.27%，其中配方T1 磷流失總量最小，T1、T5 相近且顯著低于其他7 個配方；鉀流失總量分別占總施鉀肥的表現為T3 70.20%＞T4 55.23%＞T8 55.08%＞T6 54.59% ＞T9 51.94% ＞T7 50.62% ＞T5 46.79%＞T2 41.05%＞T1 34.73%，其中配方T1鉀流失總量最小，且顯著低于其他8 個配方。通過極差分析發現，氮養分流失量中因素SAP 的極差為51.85 mg，明顯高于其他3 個因素的極差，說明對氮養分流失量影響最大，因素油茶木屑極差最小為8.78 mg。當因素油茶木屑所占基質體積比為4 份、泥炭2 份、珍珠巖2 份、SAP0.8 g/L 時，氮養分淋失量最低，最優組合為A2∶B1∶C1∶D1。磷養分流失量中因素油茶木屑、珍珠巖的極差分別為2.33、2.13 mg，對磷養分流失量的影響不大，因素SAP 的極差最大為7.35 mg，說明對磷養分流失量影響最大。當因素油茶木屑所占基質體積比為4 份、泥炭2 份、珍珠巖2 份、SAP0.8 g/L 時，磷養分淋失量最低，最優組合為A2∶B1∶C1∶D1。鉀養分流失量中因素SAP 的極差最大為13.44 mg，說明對鉀養分流失量影響最大，其次是泥炭的極差為10.33 mg，對鉀養分流失量影響較大，油茶木屑極差最小為3.33 mg。當因素油茶木屑所占基質體積比為6 份、泥炭2 份、珍珠巖2 份、SPA0.8 g/L 時，鉀養分淋失量最低，最優組合為A1∶B1∶C1∶D1。

表4 不同配方基質淋溶后氮磷鉀養分淋失量Table 4 Amount of N, P, K nutrient leaching loss of substrates with different formulas mg

2.5 不同配方基質育苗效果分析

經測量2 年生油茶容器苗初始生長數據為苗高34.85 cm、地徑3.84 mm、葉片數18.53 片。在近1 年的培育后（表5），處理T1 的苗高、地徑增量均是所有處理中的最大值，達到26.51 cm、5.77 mm，其次是處理T5，苗高、地徑增量為23.20 cm、5.29 mm，苗高增量中處理T3 增長量最小為11.99 cm，處理T8 的地徑增長量最小為3.58 mm。葉片增量的表現上，處理T5、T9 的表現最好，達到了65.54 片、65.07 片，其次是處理T1 為59.47 片。成活率的表現上處理T1、T5、T9表現最好，均達到了91.66%，處理T3、T8 成活率最低僅為85.00%。這表明理化性質、保水保肥性能好的基質，在育苗效果表現上也是最優的。

表5 不同基質配方對油茶容器苗形態生長的影響Table 5 Effects of different matrix formulas on the morphological growth of C. oleifera container seedlings

2.6 不同配方基質栽培性能綜合評價

以不同配方基質的上述所測的基質容重、持水孔隙度、通氣孔隙度、pH 值、基質含水量、吸水倍數、滲水速率、蒸發速率、養分淋失量、苗高增量、地徑增量、葉片增量、成活率等13 個關鍵指標全部作為評價對象。采用綜合評分法中的排隊評分法，綜合考慮各項指標優劣，排序給出評分值，并把它作為單指標進行數據分析[18]。

以基質容重數據為例。處理T9 試驗結果為0.22 g/cm3（x9），排名第一，打10 分（y9）；處理T7 試驗結果為0.70 g/cm3（x7），排名第九，打1 分（y7）。處理T1 試驗結果為0.36 g/cm3（x1），則第1 號試驗得分（y1）計算如下[19]：

利用上述公式可得出x1=7.58。同理可以算出其他處理試驗各指標值的得分，視其與該指標優秀值的差異按比例打分，然而對每號試驗的所有指標的分數相加即得綜合評分。經計算處理T1 的配方基質試驗綜合評分最高為128.66 分，即試驗條件為A1∶B1∶C1∶D1。依據各處理試驗的綜合評分，極差分析結果如表6 所示，其中K1、K2、K3分別為因素1 水平、2 水平、3 水平的試驗之和，k1、k2、k3分別為因素1 水平、2 水平、3 水平的試驗平均值，R為極差。所有因素主次順序表現為SAP ＞珍珠巖＞泥炭＞油茶木屑，綜合評價之后可知最佳的基質比例為A2∶B2∶C1∶D1。

表6 排隊評分法極差分析Table 6 Range analysis of queuing scoring method

3 討 論

目前，關于油茶輕型育苗基質已有較多研究成果，一般是通過基質配比、理化性質、施肥方式和油茶容器苗生長發育情況，綜合篩選適宜的育苗基質配方[20]。但利用油茶低改剩余物發酵后作為基質材料，以及育苗基質本身保水保肥性能的研究很少，而植物的生長與基質的理化性質、保水保肥性存在著密不可分的關系。

本研究中，以油茶木屑（發酵后）、泥炭、珍珠巖、SAP 組成的混配基質的總孔隙度，全部符合國家林木容器育苗輕型基質物理性質指標＞60%的要求；處理T1、T9 符合通氣孔隙度15%～30%的國家標準，處理T2、T5、T6、T7也十分接近標準；處理T1、T5、T9 符合持水孔隙度45%～60%的國家標準；處理T1、T2、T3、T6、T8、T9 符合容重0.2 ～0.5 的國家標準，處理T4、T5 也十分接近標準。而從基質化學性質指標來看，9 個配方都基本符合國家標準，只有養分含量上有些差異。單從育苗基質的理化性質分析來看，處理T1、T9 是較優的配方比例，其次是處理T5。有研究發現，基質的配比組成不同以及基質的理化性質是影響基質保水保肥性能的直接因素[21]。本試驗發現，隨著因素B（泥炭）、C（珍珠巖）、D（SAP）在混配基質配方中所占比例的提高，基質的保水保肥性能也逐漸上升。并且在SAP 添加達到最大值0.8 g/L 時，基質的保水性及保肥性均表現最優，這與衛星等[14]、范如芹等[12]的研究結果一致。處理T3 的基質組成為單一的因素A（油茶木屑），其保水保肥性能表現最差，這是由于過大的基質孔隙度不利于水分和養分的儲存，因此作為育苗基質時需要加入其他基質材料混合配置。在育苗試驗中發現處理T1、T5、T9的苗高增量、地徑增量、葉片增量、成活率均顯著優于其他6個配方，并且在混配基質的理化性質、保水保肥性能上得到了相似的規律。

目前油茶育苗生產中大多使用以營養土和各種有機質各占一定比例，質地較緊密的半輕型基質，相較于油茶低產林改造剩余物（發酵后）混配的輕型基質，其質地較重不利于搬運，增加了上山造林的人工成本[8]，而以油茶低改剩余物混配的輕型基質具有取材來源廣泛、質地輕利于搬運、節約生產成本等優勢。但本研究只涉及到泥炭、珍珠巖、SAP 與油茶低產林改造剩余物（發酵后）的混配基質其保水保肥性以及育苗效果，與其他常見的基質材料如蛭石、椰糠等混配后保水保肥性以及育苗效果未知，需進一步研究。

4 結 論

1）油茶低產林改造剩余物（發酵后）與泥炭、珍珠巖、SAP 組成的混配基質，在理化性質、保水保肥性、育苗生長等各種指標上均達到了油茶輕型育苗基質的要求。

2）采用排隊評分法從育苗基質的理化性質、保水性、保肥性、苗木生長質量等13 個關鍵指標進行綜合評分比較，得出最優的油茶低產林改造剩余物的輕型育苗基質配方組合為A2∶B2∶C1∶D1（油茶木屑4 份，泥炭1 份，珍珠巖2 份，SAP0.8 g/L）。

3）在實際育苗生產中，可以降低泥炭的使用量，甚至完全替代泥炭培育油茶苗木，以此降低生產成本，同時也是解決油茶低產林改造過程中大量剩余物循環利用、林業產業綠色可持續發展的有效途徑之一。