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水分和养分是影响植物生长发育的两大重要因素。水分是植株输送营养的必要条件，养分只有溶解在水中才能被植物吸收，水分状况在很大程度上决定着肥料的有效性、吸收量和利用率[1-3]。在农林生产中，经常通过灌溉或施肥来改善植物的生长状况，但施用过多会造成水资源和肥料浪费，严重时还会导致水体富营养化、土壤盐渍化等环境问题[4]。水肥耦合可以提高水分和肥料的利用效率，还能调节苗木的生理生长过程，达到节水节肥、促进苗木生长的目的[5]。对花椒Zanthoxylum bungeanum[6]和楸树Catalpa bungei[7]进行水肥研究发现：适宜的水肥耦合条件能够促进幼苗生长和养分吸收利用，能显著提高苗木生物量。栓皮栎Quercus variabilis是壳斗科Fagaceae栎属Quercus落叶乔木，是中国温带、暖温带和亚热带地区森林植被的优势树种，是生产木材、软木、栲胶、薪炭、食用菌等的主要原料，也是发展燃料乙醇重要的“非粮”原料[8]，具有很高的经济价值。作为提供大径级无节良材的珍贵乡土树种，栓皮栎在中国水源涵养、水土保持、改善生态环境方面发挥重要的作用[9-10]。栓皮栎在天然林中种群更新困难，育苗成活率低，苗木质量不高，因此深入开展栓皮栎水肥需求规律的研究，对于提高出圃栓皮栎苗木质量具有重要意义。目前，关于栓皮栎苗期水肥需求的研究，主要涉及水分和氮肥单因素及交互效应对苗木生长和养分状况的影响[11-13]。磷、钾肥对植物的生长同样具有重要作用，是植物必需的营养元素之一[7]，但磷、钾元素如何影响栓皮栎苗木生长的研究尚未有相关报道，且有关水肥交互效应如何影响苗高、地径、根系生物量等重要苗木质量指标的研究较少，无法制定精准的灌溉施肥制度。本研究以栓皮栎当年生幼苗为研究对象，采用4因素5水平二次回归通用旋转组合设计进行盆栽试验，通过水肥耦合处理对苗木生长指标的测定，建立其与土壤水分、施氮量、施磷量、施钾量的回归模型，探讨栓皮栎生长对水肥耦合的响应规律，重点探究各生长指标的水肥耦合交互效应，确立最佳水肥组合，以期为栓皮栎苗期的水分管理和合理施肥提供理论依据。
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于2018年4−11月在中国林业科学研究院科研温室(40°00′10″N，116°14′38″E)中进行试验。海拔61 m，研究期间平均气温为24.0 ℃，夜间气温不低于10.0 ℃，白天气温不高于30.0 ℃，光合光子照度为200~1 000 μmol·m−2·s−1，湿度为60%~70%。
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2017年9−10月，于河南林州随机选取50株健康栓皮栎母树，母树间距不小于20 m，采集到的种子用60 ℃温水持续浸泡2 h杀虫处理后置于阴凉处阴干。对种子进行筛选、消毒，将成熟种子进行沙藏储存。2018年4月挑选已发芽的栓皮栎种子断根并播种，种子播在花盆(内径10 cm，高20 cm)内，培养基质为V(泥炭土)∶V(珍珠岩)=5∶3，基质容重为0.28 g·cm−3，田间持水量18.5%，pH 6.05，速效氮、速效磷、速效钾质量分数分别为74.67、27.17、11.63 mg·kg−1。
种子播种后到幼苗出苗整齐，统一采用上方喷灌，每天喷水1次，使基质保持湿润。出苗后每隔1周喷洒质量浓度为0.1%的50%多菌灵可湿性粉剂。在培育过程中，采用自然光，所有苗木每周进行1次位置轮换，以减少边缘效应。待5月中旬出苗整齐后开始进行试验，试验处理前测定苗木平均高度和地径分别为16.8 cm和2.09 mm。肥料选用氮肥(尿素，含质量分数为46%的氮)、磷肥(磷酸二氢钠，含质量分数为26%磷)、钾肥(硫酸钾，含质量分数为50%钾)。
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采用4因素5水平二次回归通用旋转设计(RCCD)，共30个处理。各试验因素和水平编码值见表1，试验结构矩阵见表2。土壤含水率上限设为田间持水量。采用FOM/mts便携式土壤湿度、温度和盐度计测量土壤水分，同时结合称量法进行校正。3 d测定1次土壤含水率，测定时将传感器的探针插入基质中进行测定，得到体积含水量，根据土壤容重，经换算得到质量含水率，测得土壤含水率(占田间持水量的比例)低于下限则灌水。灌水量(mL)=[(田间持水量−土壤含水率)/容重]×盆土质量/水的密度。于5月底到7月底，7 d施氮肥1次，共10次，15 d施1次磷肥和钾肥，共5次[13]。每次施肥量固定，对苗木进行水分补充时将肥料溶于水中施入。此期间为栓皮栎苗木的速生期，水溶肥少量多施，符合植物根系不间断吸收养分的特点，以减少一次性大量施肥造成肥料损失。
表 1 试验因素和水平编码值
Table 1. Coded and physical values of experimental factors
编码水平 土壤含水
率/%施氮量/
(mg·株−1)施磷量/
(mg·株−1)施钾量/
(mg·株−1)−2.0 40 0 0 0 −1.0 50 75.0 15.0 15.0 0 60 150.0 30.0 30.0 1.0 70 225.0 45.0 45.0 2.0 80 300.0 60.0 60.0 表 2 结构矩阵和各处理栓皮栎苗木生长情况
Table 2. Experimental design matrix and growth of Q. variabilis seedlings under different treatments
处理 x1 x2 x3 x4 苗高/cm 地径/mm 根干质量/g 生物量/g 叶面积/cm2 1 −1.0 −1.0 −1.0 −1.0 31.97±0.56 h 3.46±0.11 cd 3.45±0.03 k 6.69±0.18 de 291.93±3.41 g 2 1.0 −1.0 −1.0 −1.0 38.80±0.85 cd 3.82±0.20 bc 4.57±0.02 e 8.53±0.25 bc 364.24±7.36 de 3 −1.0 1.0 −1.0 −1.0 30.07±0.75 i 3.92±0.10 bc 3.84±0.03 i 6.90±0.23 de 274.35±4.79 h 4 1.0 1.0 −1.0 −1.0 40.20±0.77 c 4.15±0.17 ab 5.21±0.04 b 9.71±0.12 b 397.33±10.49 c 5 −1.0 −1.0 1.0 −1.0 29.47±0.73 i 3.42±0.13 d 3.66±0.02 j 6.47±0.41 de 275.37±5.81 h 6 1.0 −1.0 1.0 −1.0 39.03±0.92 cd 3.93±0.19 bc 4.74±0.05 d 9.18±0.10 bc 370.65±7.67 de 7 −1.0 1.0 1.0 −1.0 30.92±0.64 hi 3.83±0.16 bc 4.10±0.03 h 7.33±0.18 cd 298.80±10.18 g 8 1.0 1.0 1.0 −1.0 42.27±0.98 b 4.24±0.20 ab 5.81±0.04 a 10.79±0.11a 426.75±13.37 b 9 −1.0 −1.0 −1.0 1.0 28.90±0.76 i 3.72±0.10 c 3.48±0.03 k 6.18±0.17 de 259.70±11.61 i 10 1.0 −1.0 −1.0 1.0 37.00±0.91 e 4.10±0.09 ab 4.56±0.05 e 8.65±0.11 bc 360.34±5.49 e 11 −1.0 1.0 −1.0 1.0 31.30±0.54 hi 3.66±0.13 cd 3.80±0.03 i 6.82±0.16 de 276.32±9.52 h 12 1.0 1.0 −1.0 1.0 39.33±0.85 cd 4.03±0.14 b 5.29±0.02 b 9.95±0.18 ab 390.31±6.27 cd 13 −1.0 −1.0 1.0 1.0 30.77±0.66 hi 3.61±0.11 cd 3.20±0.02 l 5.88±0.39 e 249.13±6.11 i 14 1.0 −1.0 1.0 1.0 38.97±0.82 cd 4.16±0.17 ab 4.67±0.04 d 8.94±0.11 bc 367.71±11.04 de 15 −1.0 1.0 1.0 1.0 30.77±0.60 hi 3.45±0.12 cd 3.78±0.01 i 6.96±0.45 de 294.75±8.29 g 16 1.0 1.0 1.0 1.0 44.57±0.95 a 4.04±0.20 b 5.75±0.03 a 10.99±0.12 a 445.03±13.33 a 17 −2.0 0 0 0 26.03±0.67 j 3.44±0.14 cd 2.60±0.06 m 4.85±0.35 e 245.46±5.69 i 18 2.0 0 0 0 43.13±0.99 b 4.34±0.26 a 5.72±0.05 a 10.69±0.35 ab 439.87±11.94 ab 19 0 −2.0 0 0 33.27±0.74 g 3.61±0.17 cd 3.77±0.04 i 7.10±0.19 c 272.22±7.48 hi 20 0 2.0 0 0 36.37±0.70 ef 3.82±0.15 bc 4.87±0.04 c 8.85±0.18 bc 339.81±8.12 f 21 0 0 −2.0 0 31.53±0.64 h 3.88±0.16 bc 4.13±0.04 h 7.48±0.18 c 327.63±4.80 f 22 0 0 2.0 0 33.97±0.77 g 3.91±0.19 bc 4.50±0.03 ef 8.30±0.20 bc 334.72±10.71 f 23 0 0 0 −2.0 35.50±0.81 f 3.92±0.17 bc 4.42±0.04 f 8.07±0.19 bc 335.99±10.88 f 24 0 0 0 2.0 36.33±0.58 ef 3.88±0.17 bc 4.30±0.03 g 7.95±0.31 c 330.40±12.97 f 25 0 0 0 0 37.87±0.89 de 4.00±0.22 bc 4.67±0.03 de 8.84±0.18 bc 376.50±9.18 d 26 0 0 0 0 36.77±0.69 ef 4.10±0.15 ab 4.45±0.04 f 8.44±0.20 c 356.43±4.59 e 27 0 0 0 0 38.53±0.78 d 4.05±0.12 b 4.80±0.03 cd 9.05±0.19 bc 397.25±4.30 c 28 0 0 0 0 39.33±0.82 cd 4.00±0.16 bc 4.70±0.03 d 8.82±0.19 bc 394.06±12.09 c 29 0 0 0 0 37.80±0.70 de 3.90±0.13 bc 4.87±0.04 c 9.09±0.21 bc 386.09±9.43 cd 30 0 0 0 0 39.77±0.81 cd 3.91±0.09 bc 4.70±0.04 d 8.85±0.17 bc 394.45±6.87 c 说明：x1、x2、x3、x4分别表示土壤含水率、施氮量、施磷量和施钾量的水平编码值；表中数值为平均值±标准误；不同小写字母代 表各处理间苗木苗高、地径和生物量在0.05水平上差异显著 -
2018年10月测量每处理苗木的苗高、地径，并对苗木进行破坏性取样。使用LI-3000(LI-COR Inc.，美国)测定叶面积，每处理测15株。随后将待测植株分成根、茎、叶，置于烘箱105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒量，称量。用Excel 365和SPSS 23.0进行数据整理，采用Design Expert 8.0.6与Matlab 2018建立模型并进行回归分析和回归系数显著性检验。各指标与土壤含水率和施肥量的回归分析采用如下模型：
$$\begin{split} y{\rm{ = }}&{b_0}{\rm{ + }}{b_1}{x_{\rm{1}}} + {b_2}{x_2} + {b_3}{x_3}{\rm{ + }}{b_4}{x_4} + {b_1}{b_2}{x_1}{x_2} + {b_1}{b_3}{x_1}{x_3}{\rm{ + }}{b_1}{b_4}{x_1}{x_4} + {b_2}{b_3}{x_2}{x_3} + \\ & {b_2}{b_4}{x_2}{x_4} + {b_3}{b_4}{x_3}{x_4} + {b_{11}}{x_1}^2 + {b_{22}}{x_2}^2 + {b_{33}}{x_3}^2 + {b_{44}}{x_4}^2 \text{。} \end{split} $$ 式(1)中：y表示响应变量，x1、x2、x3、x4分别表示土壤含水率、施氮量、施磷量和施钾量的水平编码值，b表示回归系数[14]。
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如表2所示：各处理苗木的苗高、地径的趋势总体一致，且存在显著差异(P＜0.05)。低水、低肥处理生长量相对较低，其中处理17苗高、地径、单株叶面积数值最低。高水、高氮处理生长量较大，其中处理8、处理16、处理18苗高为40.20~44.57 cm，处理4、处理8、处理18地径为4.15~4.34 mm。处理8、处理16、处理18的叶面积为426.75~445.03 cm2。总的来说，不同水肥配比对各指标的影响有一定差异，适宜的水肥配比可以促进苗木生长。
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如表2所示：各处理苗木总生物量间存在显著差异，低水、低氮肥的处理生物量较低，其中处理17生物量最低。高水、高氮肥处理生物量较大，其中处理12、处理8、处理16、处理18生物量为9.95~10.99 g，处理8、处理16、处理18的根系生物量为5.72~5.81 g。适宜的灌溉和施肥量对苗木生物量有促进作用，土壤水分含量过低，施肥水平过高或过低都可能抑制苗木生长。
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以栓皮栎苗木苗高、地径、叶面积、根干质量、总生物量为目标函数，土壤含水率、施氮量、施磷量和施钾量为自变量，运用方差分析和F-test对方程的可靠性和匹配程度进行检验，回归方程均为显著(P＜0.05)，R2为0.950 1~0.981 7，因此，模拟结果与实际情况拟合较好。剔除不显著的回归系数后，模型表达如下：
$${y_{\text{苗高}}} {\text{=}} 38{\rm{.34 \,+\, 4}}{\rm{.59}}{x_1} \,+\, 0.82{x_2} \,+\, 0.59{x_3} \,+\, 0.66{x_1}{x_2} + 0.61{x_1}{x_3} \,-\, 0.83{x_1}^2 \,-\, 0.70{x_2}^2 \,-\, 1.28{x_3}^2 - 0.49{x_4}^2\text{；}$$ (2) $${y_{\text{地径}}} {\text{=}} 3{\rm{.990 \,+\, 0}}{\rm{.220}}{x_{\rm{1}}} \,+\, 0.063{x_2}{\rm{ \,+\, }}0.046{x_1}{x_3} - 0.120{x_2}{x_4} \,-\, 0.026{x_1}^2 \,-\, 0.070{x_2}^2 \,-\, 0.026{x_3}^2 - 0.024{x_4}^2\text{；}$$ (3) $$ \begin{split} \!\!\!\!\!\!{y_{\text{叶面积}}}\,{\text{=}}\, &{\rm{ 384}}{\rm{.13 \,+\, 53}}{\rm{.78}}{x_1} \,+\, 16.66{x_2} \,+\, 5.33{x_3} \,+\, 8.03{x_1}{x_2} \,+\, 8.77{x_2}{x_3}\, -\, 9.42{x_1}^2 \,-\, 18.59{x_2}^2 \,-\, 12.30{x_3}^2 - \\ & 11.79{x_4}^2\text{；} \end{split} $$ (4) $$ \begin{split} {y_{\text{根干质量}}} {\text{=}} & 4{\rm{.700 + 0}}{\rm{.730}}{x_1} + 0.310{x_2} + 0.094{x_3} + 0.110{x_1}{x_2} + 0.074{x_1}{x_3} + 0.067{x_2}{x_3} - 0.120{x_1}^2 - 0.081{x_2}^2 - \\ & 0.083{x_3}^2 - 0.071{x_4}^2\text{；} \end{split} $$ (5) $$ \begin{split} {y_{\text{生物量}}} {\text{=}} & 8{\rm{.85 + 1}}{\rm{.47}}{x_1} \,+\, 0.52{x_2} \,+\, 0.20{x_3} \,+ \,0.21{x_1}{x_2}\, +\, 0.19{x_1}{x_3} + 0.12{x_1}{x_4} + 0.14{x_2}{x_3} - 0.23{x_1}^2 - 0.18{x_2}^2 -\\ & 0.20{x_3}^2 - 0.17{x_4}^2\text{。} \end{split} $$ (6) 式(2)~(6)中，y表示响应变量，x1、x2、x3、x4分别表示土壤含水率、施氮量、施磷量和施钾量的水平编码值。
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土壤含水率、施氮量、施磷量对苗高、单株叶面积、根干质量、生物量有显著正效应，效应从高到低依次为土壤含水率、施氮量、施磷量；土壤含水率、施氮量对地径有显著正效应，且土壤含水率效应高于施氮量。施钾量对所有指标的效应不显著，施磷对地径无显著效应。此外，土壤含水率×施氮量、土壤含水率×施磷量对苗高有显著正交互效应，且后者大于前者；土壤含水率×施磷量对地径有显著正交互效应，施氮量×施钾量有显著负交互效应，且施氮量×施钾量的负效应大于土壤含水率×施磷量的正效应；土壤含水率×施氮量、施氮量×施磷量对单株叶面积有显著正交互效应，且后者大于前者；土壤含水率×施氮量、土壤含水率×施磷量、施氮量×施磷量、土壤含水率×施钾量对生物量有显著正交互效应，且从高到低依次为土壤含水率×施氮量、土壤含水率×施磷量、施氮量×施磷量、土壤含水率×施钾量；土壤含水率×施氮量、土壤含水率×施磷量、施氮量×施磷量根系生物量有显著正交互效应，且从高到低依次为土壤含水率×施氮量、土壤含水率×施磷量、施氮量×施磷量。土壤含水率和施氮量的交互效应对植物的生长影响更大。
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为了更直观地分析水肥因素对生长的影响效应，对回归模型进行降维处理，分析各个因素对苗高、地径、单株叶面积、根干质量、生物量的单独效应。如图1所示：氮、磷和钾效应对各指标的影响均为抛物线形状，呈现出先增加后减小的变化趋势，符合“报酬递减”的规律，但各指标达到峰值时对应的土壤水分、施肥量因子不同。当土壤含水率达到一定程度(x1=1.0)时，增长速率减缓。5个指标均随着施氮量的增加而显著增加，当施氮量达到一定水平(x2=1.0)时，苗木的生长会受到抑制，开始出现下降的趋势。磷肥对各指标的影响趋势为先促进后抑制，x3=0.5时，开始对根系生长和总生物量产生抑制作用。在较低水平(x4=−0.5)的钾肥下5个指标均可达到最高值，且x4=2.0时比不施钾肥的苗木生长量和生物量更小。土壤水分对幼苗的生长影响更大，其次为氮肥。增加土壤水分和施肥量可以显著促进幼苗的生长和生物量的积累，但过度灌溉和施肥会限制幼苗生长。
图 1 土壤含水率、施氮量、施磷量、施钾量对栓皮栎苗高、地径、单株叶面积、根干质量、生物量单因素效应
Figure 1. Monofactor effects of soil water content, N, P and K fertilizers on stem height, ground diameter, root weight, biomass, leaf area of Q. variabilis seedlings
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根据各指标的回归方程，对其中效应显著的交互项做耦合效应分析。如图2所示：土壤含水率×施氮量、土壤含水率×施磷量对苗高有显著正效应。苗高随着土壤含水率和施氮量的增加而显著增加，当x1=−2.0、x2=1.5时，苗高达到最大，为45.79 cm。低水分条件下，低磷肥和高磷肥均不利于苗高生长，苗高随着水分和磷肥同时增加而增大，达到一定程度时增加速率减缓，当x1=2.0、x3=0.7时，苗高最大可达44.84 cm。土壤含水率×施磷量对地径有显著正效应。水分较低时，磷肥过高或者过低都会抑制地径生长。水分较高时，添加适量磷肥有利于地径生长，当x1=2.0、x3=1.6，地径可达4.40 mm。施氮量×施钾量对地径有显著负效应，氮肥和钾肥都较低时地径生长受到抑制，但随着氮肥的增加，添加少量钾肥可以促进地径的增加，随后继续添加钾肥会对地径产生显著的抑制作用。
图 2 水肥耦合对栓皮栎苗木苗高、地径、叶面积、根干质量的影响
Figure 2. Coupling effects of water and fertilizeron stem height, ground diameter, leaf area, root weight of Q. variabilis seedlings
如图2所示：土壤含水率×施氮量、施氮量×施磷量对叶面积有显著正效应。单株叶面积随着水分和氮肥的增加而逐渐增大，当x1=2.0、x2=0.9时，单株叶面积达到最大为467.00 cm2。氮肥和磷肥的交互效应相比水氮交互效应小，且随着氮肥和磷肥的增加，单株叶面积先增加后降低，当x2=0.5、x3=0.4时，单株叶面积最大达到390.00 cm2。
如图2所示：土壤含水率×施氮量、土壤含水率×施磷量、施氮量×施磷量对根干质量有显著正效应。随着水分和氮肥的同时增加，根干质量逐渐增大，水分较氮肥的影响更大，当x1=2.0、x2=2.0时，根干质量达到最大为6.40 g。水磷交互作用较水氮交互作用小，随着磷肥和水分的增加，根干质量逐渐增大，当x1=2.0、x3=1.2时，根干质量可达最大，为5.80 g。肥料之间的交互作用较水分和肥料的交互作用小，氮肥和磷肥均处于较低水平时根干质量较小，随着施肥量的增加，根干质量呈现出先增大后减小的趋势，当x2=1.3、x3=1.0时，根干质量可达最大为5.10 g。
如图3所示：土壤含水率×施氮量、土壤含水率×施磷量、土壤含水率×施钾量、施氮量×施磷量对苗木生物量有显著正效应。低水分和氮肥苗木的生物量较小，随着水分和氮肥的增加，生物量逐渐增大，当x1=2.0、x2=2.0时，植株生物量可达到11.95 g。低磷肥和高磷肥均能抑制苗木生长，随着水分和磷肥的增加，生物量呈现先增加后减小的变化趋势，直到x1=1.9、x3=1.4，生物量可以达到11.20 g。低钾肥和高钾肥均会抑制苗木生长，且在低水和高钾肥的条件下生物量较小，当x1=2.0、x4=0.5时，生物量最高可达10.88 g。氮和磷肥的交互作用相对水肥交互作用的影响小，且生物量随施氮量和施磷量的增加先增大后减小；在低水分条件下，过高的磷、钾肥比低磷、钾肥更易对生物量产生抑制作用，当x2=1.7、x3=1.0时，生物量达到最大为9.43 g。适宜的水肥比有利于苗木生长和生物量的积累。
图 3 水肥耦合对栓皮栎苗木生物量的影响
Figure 3. Coupling effects of water and fertilizer on biomass of Q. variabilis seedlings
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综合各个指标进行多目标决策模型分析，在各因素取−2.0≤x≤2.0时，用计算机对模型进行模拟寻优，以寻求可促进栓皮栎生长量最大化的最佳水肥条件组合。得出当x1=1.9，x2=1.3，x3=0.8，x4=−0.9，即土壤含水率为79%，施氮量为215.3 mg·株−1，施磷量46.0 mg·株−1，施钾量为18.1 mg·株−1，苗木生长可达最优，苗高可达45.14 cm，地径达4.40 mm，根干质量达6.30 g，生物量达11.70 g，单株叶面积可达460.83 cm2。
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土壤水分和养分(氮、磷、钾)是影响植物生长的重要因素且发挥着不同的作用[15-16]，并与植物生理生长紧密相关，对植物的生物量积累、光合作用、营养分配和根系生长有着显著影响[17]。本研究中水分、氮肥和磷肥对苗木生长有着显著影响，并且水分大于施氮量和施磷量的影响，这与之前研究结论类似[18-20]。本研究中测定的5个指标均随着土壤含水率的增加而快速增长，当土壤含水率达到一定程度(70%)时，增长速率减缓。5个指标均随着施氮量的增加而显著增加，当施氮量达到一定水平时(大于225.0 mg·株−1)，苗木生长减缓，各指标开始出现下降的趋势。磷肥大于45.0 mg·株−1，开始对苗木生物量产生抑制作用。5个指标均在较低水平的钾肥(22.5 mg·株−1)下达到最高值，但钾肥单因素影响较其他3个因素的影响不显著。这说明合理增施肥料可促进栓皮栎苗木生长发育，施肥量过高会导致土壤水分亏缺，此时再施加肥料会产生拮抗效应，引起水分胁迫，进而使苗木生长受阻。
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水分与肥料之间的互作效应对栓皮栎苗木的生长影响显著。在一定范围内，土壤含水率×施氮量、土壤含水率×施磷量能产生正向协同效应。高水分和高氮肥有利于栓皮栎的生长，这与杨自立[13]的研究结果不同，可能是因为样地条件和种源地不同而导致的苗木间的差异。然而，水氮交互能够显著影响其他树种的生长状况，如土壤含水率×施氮量对楸树苗高、地径、叶面积、生物量有显著正效应，土壤含水率×施磷量对楸树苗高有显著正效应[7]；土壤含水率×施氮量对尾巨桉Eucalyptus urophylla × E. grandis生物量具有显著正效应[21]。干旱环境中土壤养分会对植物生长产生互作影响，在水分亏缺的条件下，施肥可以提高植物的耐旱能力[22]，如通过氮磷等养分的施入可以补偿小麦Triticum aestivum水分亏缺产生的不良反应，使生长抑制现象得到一定缓解[23]。但也有研究表明，施肥会加剧植物生长后期的水分胁迫[24]。本研究中，土壤含水率×施磷量除叶面积外，对其他4个指标均有显著交互正效应，且在低水分条件下，添加高磷肥比低磷肥更能抑制苗木生长。土壤含水率×施钾量对生物量有正向协同效应，低水分条件下施加氮肥可促进生物量积累，过量施加钾肥会明显产生拮抗作用。较高水分条件下，施加高氮肥、磷肥可促进苗木生长、根生物量和总生物量增加，低钾肥可促进地径增加和生物量的积累。原因是土壤水分增加时，土壤中的有机氮会矿化为更利于植物吸收的铵态氮和硝态氮，让有机态磷矿化为植物可以吸收的无机态磷，并增强钾元素的移动性。而土壤水分缺乏时，各营养元素进入根部会受到影响，各组织中的元素比例会失调，进而植物生长受到抑制[25]。随着水分的增加，适宜的施肥量能够很快促进苗木生长，而养分过量和亏缺都会对植株生长造成伤害。MARIS等[26]研究表明：土壤水分能促进植物对养分的吸收，且在很大程度上决定着养分的吸收，土壤中的养分只有溶解在水中才能被植物吸收，充足的灌溉能显著提高养分吸收的有效性。
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除不同肥料与水分之间存在交互效应外，不同肥料之间也存在交互效应。水曲柳Fraxinus mandschurica苗木在氮、磷供给失衡的情况下，不能调整氮磷营养资源，单株总生物量显著下降[27]。枣树Ziziphus jujuba施肥试验也表明：钾肥可促进氮肥的增产，但两者之间存在拮抗效应[28]。此外，在低氮肥条件下，少量的磷肥可使叶面积、根干质量和总生物量达到最大，再继续添加磷肥会对苗木生长产生抑制作用，这与徐有明等[29]对湿地松Pinus elliottii幼林研究的结论类似。在较高水平的氮肥下，适当添加磷肥可促进叶面积、根干质量和总生物量的增加。钾肥与氮肥交互对地径有负效应，即随着氮肥的增加，继续添加钾肥会对地径产生显著抑制效应。原因可能是栓皮栎幼苗对钾肥需求量较小，栓皮栎种子中所含的营养元素已经能够满足其当年生长过程对钾的需求，因此再施用钾肥不会对地径生长产生促进作用。有研究发现：钾肥能缓解氮肥过量所引起的有害作用[30]，这也可能是钾肥产生负效应的原因，但具体原因还有待进一步研究。由此可见，在栓皮栎苗期，应当给予苗木充足的水分，适宜的氮肥和磷肥，在此基础上施加少量钾肥即可满足苗木生长的需求。单一种类的肥料并不能满足苗木生长的需求，需要各种肥料混合以适当的配比进行使用，并供给苗期充足的水分，从而促进植物更好地吸收养分，提高苗木的生长量。
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土壤水分和氮肥是影响栓皮栎苗木的主要因子，而土壤水分是限制苗木生长的最主要因素。高水和高氮肥可以促进苗木吸收磷和钾，总体而言钾肥对苗木的增产效应较小。因此，本研究综合考虑单因素以及因素之间的耦合效应，对模型进行多目标决策分析得到：栓皮栎苗木苗高、地径、单株叶面积、根干质量和生物量的最大值出现在高水(田间最大持水量的79%)，高氮肥(215.3 mg·株−1)，高磷肥(46.0 mg·株−1)，低钾肥(18.1 mg·株−1)的条件下。
Coupling effects of soil water and fertilizer application on the growth of Quercus variabilis seedlings
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摘要:
目的 探讨栓皮栎Quercus variabilis当年生苗木的苗高、地径、单株叶面积、根干质量、生物量积累对水肥耦合的响应规律，并确立最佳的灌溉施肥组合。 方法 采用4因素5水平二次回归通用旋转组合设计(RCCD)，建立各指标与土壤含水率、施氮量、施磷量和施钾量回归模型，分析各因子的主效应、单因素和耦合效应对生长的影响。 结果 ①对苗高、地径、单株叶面积、根干质量、生物量的方差分析表明，各指标的不同处理间存在显著差异(P＜0.05)，处理8、处理16、处理18苗木生长情况较好。②模型检验结果表明：土壤含水率和施氮量对5个指标均有显著正效应，施磷量对地径无显著效应，施钾量对各指标均无显著效应，主效应从大到小依次为土壤含水率、施氮量、施磷量和施钾量。③单因素效应表明：各指标随着施肥量的增加均呈现出类似“抛物线”的变化趋势，生长速率随着土壤含水率的增加而增加，到一定程度时速率减缓。④耦合效应表明：土壤含水率×施氮量对苗高、生物量、叶面积、根干质量有显著正效应，土壤含水率×施磷量对苗高、地径、根干质量、生物量有显著正效应，土壤含水率×施钾量对生物量有显著正效应，施氮量×施磷量对叶面积、根干质量、生物量有显著正效应，施氮量×施钾量对地径有显著负效应，水肥间的耦合效应大于肥料间的耦合效应。 结论 栓皮栎苗期水肥需求量从大到小依次为土壤含水率、施氮量、施磷量和施钾量，适宜的水分和施肥配比可促进苗木生长。高水、高氮、高磷、低钾条件下苗木生长情况更好。水肥调控的最佳组合为：土壤含水率为田间最大持水量的79%，氮、磷、钾用量分别为215.3、46.0、18.1 mg·株−1，苗木的苗高可达到45.14 cm，地径达到4.40 mm，根干质量达到6.30 g，生物量达到11.70 g，单株叶面积可达460.83 cm2。图3表2参30 Abstract:Objective The aim is to investigate the response of stem height, ground diameter, leaf area, root weight and biomass accumulation of the seedlings of Quercus variabilis to the coupling of water and fertilizer, and to establish optimal combination of irrigation and fertilization. Method The four-factor-five-level quadratic regression general rotatable central composite design(RCCD) was employed to establish the regression model of each index and soil moisture (W), nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K), with an analysis conducted of the main effect, monofactor and coupling effect of each factor on growth. Result (1)With the variance analysis of the stem height, ground diameter, leaf area, root weight and biomass, it was found that there is a significant divergence in the treatment of various factors (P＜0.05) and the growth of seedling 8,16 and18 is the most favorable. (2) The model test results show that W and N have significant positive effect on all 5 indexes, P has no significant effect on ground diameter, K has no significant effect on any indexes, and there is a decrease of the main effect: W＞N＞P＞K. (3) In terms of monofactor effect, it was shown that all the indexes presented a trend of first increase and then decrease with the increase of fertilizer application, in the path of a parabola. There was a gradual growth of the seedling with the increase of W before the a drop occurred in the growth rate. (4) With the anlaysis of the coupling effect, it was found that W×N has significant positive effects on stem height, root weight, biomass and leaf area, W×P has significant positive effects on stem height, ground diameter, root weight and biomass, W×K has significant positive effects on biomass, and N×P has significant positive effects on root weight, leaf area and biomass, N×K has significant negative effects on the ground diameter and the coupling effect between water and fertilizer is greater than that between fertilizers. Conclusion In conclusion, the water and fertilizer demand in the seedling stage of Q. variabilis is W＞N＞P＞K, and suitable water and fertilizer ratio can promote the growth of seedlings. Seedlings grow better with conditions of high water, high nitrogen, high phosphorus and low potassium fertilizer. The optimal combination of water and fertilizer regulation was as follows: soil water content was 79% of the maximum field moisture capacity, nitrogen application was 215.3 mg·plant−1, phosphorus application was 46.0 mg·plant−1, potassium fertilizer application was 18.1 mg·plant−1, with seedling height reaching 45.14 cm, ground diameter reaching 4.40 mm, root weight reaching 6.30 g·plant−1,biomass reaching 11.70 g· plant−1, and leaf area reaching 460.83 cm2. [Ch, 3 fig. 2 tab. 30 ref.] -
基质栽培是指用特制的育苗基质将植物根系或种子固定进行育苗生产的一种无土栽培技术，发展到今天，栽培基质的工业化生产已经经历了配合基质、标准基质和定制基质阶段，并在21世纪初，在定制基质基础上，通过添加特定成分达到抗病、防虫、抗旱、抗分解等特殊性的目的要求，即功能基质阶段[1-2]。栽培基质的应用向着多元化方向发展，在基质材料的选择上，同样发生着变化。泥炭是公认的理想栽培基质，但它属于不可再生资源，大量开采会对环境造成不可逆的破坏，农林废弃物作为农林生产中产生的残留物[3-4]，具有来源广泛、养分丰富的特点，利用这些物质作为基质原材料，可以解决大量的废弃物污染问题，其中丰富的养分可以保障植物的正常生长，减少化肥的使用。将农林废弃物配合黏结剂、保水剂、抗冷剂[5]等添加剂进行成型有机栽培基质的生产，可以实现优势互补，改善基质使用效果，为农林废弃物资源化利用和生态环境修复提供新的可能。本研究综述了高持水性成型有机栽培基质的发展和应用现状、基质的水分调制以及对土壤的改良情况，在此基础上提出其存在的问题及未来的发展方向，以期为今后栽培基质的发展提供借鉴。
1. 成型有机栽培基质的研制
1.1 有机栽培基质
传统的无土栽培主要依靠营养液为植物提供营养，成本高且操作困难。而有机生态型无土栽培，可大大简化基质栽培施肥技术[6]。它是以有机废弃物经发酵处理，配以少量泥炭、蛭石、珍珠岩等矿物介质制成的，能满足作物正常生产、无毒、可再生利用的栽培介质[7]。通过合理的原料配比，有机基质可以达到全营养供应，栽培时直接用清水灌溉，作物易成活，普通生产者也可操作掌握，是基质向着多样化、无害化、简单化方向发展的重大成果。
1.2 成型有机栽培基质
利用压缩成型机将筛选好的有机基质进行压缩成型，可生产出利于存放、运输、持水性优良、营养丰富且持久释放的新型栽培基质块[8]。相比于传统育苗，基质块可以脱离塑料穴盘等栽培容器，无需自行准备苗床土、添加肥料、消毒、装钵等环节，操作更加方便，提高了育苗效率[9]。基质块可以随苗木一起移栽到土壤中，在减少苗木根系损伤的同时，有机肥起到了改善土壤肥力状况的积极作用。
1.3 成型有机栽培基质的压缩及其影响因素
在基质块的压缩过程中，物料种类及含量、黏结剂、含水量、成型压力等直接影响成型基质产品的质量和性能，针对不同的生产需求，从多方面分析研究，确定最佳生产工艺，在减少压缩能耗的同时，提高成型产品的质量。
1.3.1 物料种类及含量
现阶段可供利用开发的有机生物质资源包括农作物秸秆、树木枝丫、畜禽粪便、能源植物、工业有机废水、城市生活污水等[10]。各生物质的组成成分不同，基质中各组分含量也存在差异，在没有黏结剂时，生物质的挤压成型主要依靠木质素，原料中木质素的含量直接影响成型基质块的物理性状和压缩过程中的能耗多少[11-12]。
1.3.2 黏结剂
黏结剂是将物料黏结成型的辅料，黏结剂可以明显提高基质钵的黏结强度，增加颗粒的聚合度，对成型过程中的压力有一定的补偿作用[13]。针对不同的生物质原料采用适合的黏结剂，可以起到事半功倍的效果。使用蒙脱石、高岭石和磷酸盐混合制作的压缩基质钵专用固化剂(专利号CN98119022.7)，具有良好的实践效果；孙恩惠等[14]以稻壳为原料，添加大豆蛋白基黏合剂可以增强基质成型性能。孙勇等[15]研究发现：碱处理玉米秸秆浆液可以提高制钵浆液的黏度。
1.3.3 物料含水量
原料含水量过高或过低都会增加基质压缩成型过程中的能耗比，影响压缩成型效果，必须严格控制。姬爱民等[16]指出含水量过高会导致成型块不实或者成型较困难，同时自然放干后成型块易碎。纪敏等[17]研究得出：合适的基质湿度在基质标准化生产中可以提高成型产品的合格率和合格苗率。在控制其他因素不变的情况下，随着含水量(适宜的范围)的增加，压缩过程中的能耗比减少[18-19]。
1.3.4 成型压力
压力是基质压缩成型的基本条件，在一定范围内，压力大小跟成型后基质的密度呈线性正相关关系[20-21]。压力过低，基质不能成型或成型后松散易碎；压力过高，基质的孔隙度降低，不利于根系生长，且能耗增加，适当地加大压力可以提高基质的持水能力。蒋希雁等[22]研究表明：在控制其他因素不变的情况下，压实度从70%提高到95%时，高羊茅Festuca elata的平均根长从17.2 cm减小到12.9 cm，但是根系对基质吸力的影响加大，植被土的持水能力提高。
1.3.5 成型温度
温度通过影响物料的塑性和流动性，加速物料粒子的黏合和成型[13]。加热温度75~100 ℃可软化物料中的木质素，增强黏结性，压缩效果好[23]。但温度不应过高，否则会影响到基质的容重和保水率[21]，同时也会增加压缩过程中的能耗，减少设备的使用寿命。
1.3.6 物料粒径配比
根据颗粒填充和变形机制[24]，在物料成型时，大颗粒主要依靠颗粒间的交错黏结，小颗粒主要依靠分子间的范德华力、静电力黏结，所以物料的颗粒粒径分配显著影响基质成型效果。粒径小，分子间的吸引力增强，黏结力增大，易于成型[25]；粒径太大，成型效果差，且易增加机器的能耗和磨损。但粒径过小，摩擦系数会较快减少，增加粉碎电耗和成本[26]。
颗粒的粒径大小和排列方式还影响基质的孔径分配，田吉林等[27]通过不同颗粒粒径配比实验表明：颗粒配比明显影响基质的物理性质、水分常数和栽培作物的长势。
1.3.7 模具的尺寸及形状
不同的尺寸和形状会影响成型基质产品的密度和成型过程的能耗。在较大压力的情况下，减小模具半径有利于增大压缩密度[28]。胡建军[12]以小麦 Triticum aestivum秸秆为原料进行秸秆冷态压缩成型发现：在物料含水量、压缩速度一定时，模具长径比为5∶2，开口锥度为45°，物料压缩密度达到最大，而且能耗比适中。
2. 高持水性成型有机栽培基质的必要性
淡水资源短缺是制约农林业生产和发展的重要因素之一，添加化学保水剂一直是提高土壤保水性的研究热点。日本研究开发了聚丙烯酸盐高吸水树脂[29-30]；美国、法国、韩国也研制利用高分子材料保水剂进行干旱地区的土壤改良[31]；目前市场上常见的保水剂有丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物、淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物[32-33]。添加化学保水剂明显提高了土壤的持水能力[34]，这些合成的化学物质虽然本身无害，但除了淀粉会自动分解，其余化学物质长期存在于土壤中，会造成环境的负担，易造成二次污染[35-36]。
自然界存在着天然安全的保水材料，如木质素、腐殖酸、生物质炭[37]、纤维素[38]等。刘钊钊等[39]研究发现：添加木质素可改善黄土持水性；田露等[40]将腐殖酸和膨润土旋耕在内蒙古黄土高原的干旱土地上起到很好的保水、增产效果。但这些材料成本高，难以大范围使用。农林废弃物经高温堆肥后，保留有大量的腐熟有机质，可以作为很好的栽培基质[41-42]，可大幅节约成本，实现废物利用，在田间快速降解[43]，对环境友好，有较高的实用价值。将农林废弃物与保水材料配合使用，可以改善农林废弃物作为基质原料在结构、水稳性等方面的弊端[44-45]，增强其保水保肥能力[46]；将其压缩制成高持水性成型有机栽培基质，可以减少塑料托盘的使用[47]，简化基质育苗过程。
高持水性成型有机栽培基质能利用降水充分吸收水分、缓释水分，减少绿化时客水使用，为苗木营造更长的生长旺季，在“以水定林”的政策下，提高困难立地绿化的增量。利用高持水性基质育苗，整体移栽到困难立地，苗木生长环境变化小，无缓苗期，基质内水分养分充足，可有效提高其成活率。
3. 高持水性成型有机栽培基质中保水剂的研究现状
肖海华等[46]将不同种类、不同粒径的保水剂添加到以草炭为主要材料的栽培基质中，发现不同保水剂种类对基质保水性、栽培植物干质量、植物水分利用效率影响不同，但均起到较好的改善作用，通过不同粒径的保水剂添加试验结果发现：粗粒的保水剂比细粒的效果要好。卫星等[4]将不同比例的保水剂添加到农林废弃物基质中研究其持水效果，结果表明保水剂与基质体积比为1%时，混合基质的保水性效果较好，添加保水剂后的农林废弃物混合基质在保水性方面显著优于以草炭为主要组成的基质。杨龙元[48]以牛粪腐熟料和牛粪蚯蚓腐熟料为主料压缩制成成型基质块，证明两者本身具有较好的机械强度和抗破损能力，通过添加稻草丝、高吸水树脂，可以明显改善成型基质块的通气性、吸水持水特性、运输及稳定性等各方面的功能，有利于种子萌发和幼苗生长。刘方春等[49]研究表明：在育苗容器中添加保水剂与无机肥料可以促进白蜡Fraxinus chinensis中后期生长，增加白蜡对干物质、养分的积累速率和积累量。
利用有机物质作为原料制作保水剂，已取得良好效果。如程红胜等[50]利用自制的生物质炭基保水剂与传统的聚丙烯酰胺保水剂进行对比试验，发现前者可以有效提高土壤的饱和含水率，增加土壤水分含量，相比于传统化学保水剂，可以进一步增强土壤的保水能力，在高施用量时，生物质炭基保水剂可以提高水分利用效率，节约用水。戎泽[51]将3种椰糠基保水剂以不同用量施入土壤中研究其持水性能，结果表明：椰糠基保水剂具有较好的重复吸水性，3种保水剂均能减少土壤容重，提高同一吸力下土壤含水量和饱和含水量，增加土壤进气值，对土壤的有效水含量、抗旱性也有不同程度的改善和提高。秦玲等[52]在砂土中加入腐质化程度低的高位草炭，可以明显改善混合基质的孔隙度、田间持水量、饱和含水率，基质中草炭含量越多，在干旱条件下基质体积的收缩程度越高。姚璐等[53]利用膨润土-菌渣复合材料进行盆栽试验，证明了其良好的保水保肥性能，当复合材料中膨润土含量增加时，吸水性能增大，在充分吸水后，复合材料可以长时间保持较高的水分含量，同时复合材料具有良好的保氮、保钾能力，在盆栽试验中，复合材料可以促进白菜Brassica pekinensis种子萌发，提高其在干旱条件下的存活时间。一种环保型生物活性营养钵(专利号CN01126888.3)使用植物纤维粉(稻壳粉、稻杆粉等)，天然有机质(泥炭土、水苔等)，生物活性营养剂(海藻素)，无毒黏合剂等配料，通过热压成型的方式制成，可以实现育苗钵和植株的整体移栽，缩短缓苗期，改善土壤持水能力，提高苗木成活率。
由此可见，通过将农林废弃物与吸水性强的无机材料、生物质保水材料等混合使用，可以提高基质的持水能力，促进苗木生长。但是，保水性基质难以推广使用的主要原因是成本问题，需要进一步对原料和产品加工等进行探索。
4. 高持水性成型有机栽培基质的水分和肥力研究
4.1 基质的水气调控
高持水性基质可以快速吸收水分，并保存起来，减少水分流失，但是基质的主要功能是为植物体提供稳定协调的水、肥、气、热以满足其生长需求[8]。植物根系吸收水分难易主要与基质溶液渗透压和基质颗粒对水的吸附力有关，而与基质含水量无关，基质对水的吸持能力越大，植物可利用的有效水分含量越少。高持水性基质在保证自身高吸水性的情况下，也要满足对植物根部充足的氧气供给和水分的有效性。
基质水气调控就是在掌握基质水气调控原理的情况下，调节基质的物理结构以满足植物正常生长需求。将泥炭按不同粒径比例混合组配，可以满足植物水气需求，构建良好的通气透水条件[1]。吴剑锋[54]研究认为：基质原料的颗粒粒径大小直接影响基质水分的有效性和空气的体积大小，通过将原料按不同粒径合理组合搭配，可以达到理想的水气构型。王忠强等[55]认为：选择适宜吸水性和通气性的基质原料可以满足植物生长需要的物理性状，目前除了低分解藓类泥炭满足条件外，不同功能的原料混合起来也可以实现。
4.2 基质对土壤水分及肥力的影响
有机基质分解后进入土壤，可以增加土壤有机质，改善土壤理化性质[56-57]，提高土壤储水能力[58]。在一定范围内，土壤有机质含量越高，土壤的含水量越大，同时可以减少土壤的水分扩散率，提高土壤的保水能力[59]。高飞等[60]研究表明：有机肥进入土壤能提高供试土壤的保水能力，促进土壤结构的优化，进而提高作物的产量。李艳霞等[61]将城市污泥堆肥用作草坪基质，显著增强了黑麦草Lolium perenne对氮的吸收，提高了土壤的速效氮和速效磷含量。袁东海等[62]在人工湿地基质净化磷素污染时，利用粉煤灰或矿渣添加到砂子和土壤基质中，可以增强基质的磷素吸收，大大增强其净化效果。还有研究表明[63-64]：在连作营养基质中添加生物质炭对细菌的群落结构多样性以及酶活性有明显的调节作用。秸秆覆盖对土壤理化性质具有积极的影响，明显改善了土壤保水保肥性能，提高土壤中速效养分含量[65]，而将秸秆与无机肥料混施，有助于提高土壤有机质活性和改善土壤肥力状况[66]。用高持水性成型有机栽培基质进行育苗栽培，基质随苗木移栽后对土壤的改良作用有待进一步研究。
5. 问题及展望
5.1 高持水性成型有机栽培基质存在的问题
基质育苗操作复杂，应用性差。用农林废弃物进行有机栽培基质的合成在中国已取得重大进步，但基质的配方复杂多样，不同的基质需要不同的添加剂和速效养分的加入以改善其理化性质和养分状况，在实际生产和操作中往往因为这些辅料的种类和数量达不到要求而造成作物减产。
基质的标准化生产发展缓慢。由于农林废弃物来源不一、种类多样，给有机基质的标准化生产带来阻碍，目前尚未形成规范的基质生产流程，基质难以大规模生产利用。另一方面，对于成型基质产品缺乏系统的检验标准，基质产品质量差异明显，利用效率低下。
基质对特殊环境的适应性差。干旱、沙化、盐碱等造林困难的地块，在陆地面积中占巨大比例。栽培基质在苗圃、温室等特定环境空间内的应用已趋于成熟，在气候条件恶劣、栽培环境差的困难立地中应用研究较少。
缺乏基质移栽到土壤后的跟进测试。有机基质中含有丰富的有机物质，对植物生长和土壤理化性质的调节有积极的促进作用。现在的基质栽培实验大多停留在植物生长状况的研究，缺乏苗木移栽后对土壤及周围环境的影响的研究。
5.2 高持水性成型有机栽培基质的发展方向
加强基质生产的标准化、规模化建设。实现基质生产从研究室到工厂化的转变，基质生产标准体系的建设与完善是前提和基础。对于该过程中有机基质种类复杂的问题，可以按照产品的不同用途划分基质类型，制定相应的生产和质量控制标准，生产不同档次、不同用途的育苗基质，同时要加强基质制作工艺的完善，提高基质产品的质量稳定性，降低成本。
新材料的研发和使用。在提高基质持水性上，保水剂、表面活性剂[67]的使用取得了良好的效果，但现有基质添加剂多以化学材料为主，功能单一且易对环境造成不可逆的危害，生产高效、多功能、环境友好的新型材料，如微生物肥料[68]、新型包衣材料[69]、微生物保水剂[70]等，并将其应用到基质的生产开发中，对实现基质的品质化生产和可持续发展有重要作用。
专用型栽培基质的研究。在基质生产中，要以实际需求为导向，根据实际环境条件和栽培作物的不同研发对应的专用型基质[71]，实现基质生产的多样化需求。
将基质的生产、育苗、移栽研究同时进行。目前人们对于高持水性基质的研究主要集中在原料和配方的筛选上，对基质中的水分运动、养分转换、微生物群落结构变化、基质与植物间的养分输送过程、基质结构的稳定性、配套的肥料施用技术[72]等缺乏系统的研究。基质的研发应与实际生产相结合，在了解其理化性质及与作物相互关系的基础上，实现基质操作的简单化、智能化，从而提高基质的使用效率。
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图 1 土壤含水率、施氮量、施磷量、施钾量对栓皮栎苗高、地径、单株叶面积、根干质量、生物量单因素效应
Figure 1 Monofactor effects of soil water content, N, P and K fertilizers on stem height, ground diameter, root weight, biomass, leaf area of Q. variabilis seedlings
图 2 水肥耦合对栓皮栎苗木苗高、地径、叶面积、根干质量的影响
Figure 2 Coupling effects of water and fertilizeron stem height, ground diameter, leaf area, root weight of Q. variabilis seedlings
图 3 水肥耦合对栓皮栎苗木生物量的影响
Figure 3 Coupling effects of water and fertilizer on biomass of Q. variabilis seedlings
表 1 试验因素和水平编码值
Table 1. Coded and physical values of experimental factors
编码水平 土壤含水
率/%施氮量/
(mg·株−1)施磷量/
(mg·株−1)施钾量/
(mg·株−1)−2.0 40 0 0 0 −1.0 50 75.0 15.0 15.0 0 60 150.0 30.0 30.0 1.0 70 225.0 45.0 45.0 2.0 80 300.0 60.0 60.0 
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表 2 结构矩阵和各处理栓皮栎苗木生长情况
Table 2. Experimental design matrix and growth of Q. variabilis seedlings under different treatments
处理 x1 x2 x3 x4 苗高/cm 地径/mm 根干质量/g 生物量/g 叶面积/cm2 1 −1.0 −1.0 −1.0 −1.0 31.97±0.56 h 3.46±0.11 cd 3.45±0.03 k 6.69±0.18 de 291.93±3.41 g 2 1.0 −1.0 −1.0 −1.0 38.80±0.85 cd 3.82±0.20 bc 4.57±0.02 e 8.53±0.25 bc 364.24±7.36 de 3 −1.0 1.0 −1.0 −1.0 30.07±0.75 i 3.92±0.10 bc 3.84±0.03 i 6.90±0.23 de 274.35±4.79 h 4 1.0 1.0 −1.0 −1.0 40.20±0.77 c 4.15±0.17 ab 5.21±0.04 b 9.71±0.12 b 397.33±10.49 c 5 −1.0 −1.0 1.0 −1.0 29.47±0.73 i 3.42±0.13 d 3.66±0.02 j 6.47±0.41 de 275.37±5.81 h 6 1.0 −1.0 1.0 −1.0 39.03±0.92 cd 3.93±0.19 bc 4.74±0.05 d 9.18±0.10 bc 370.65±7.67 de 7 −1.0 1.0 1.0 −1.0 30.92±0.64 hi 3.83±0.16 bc 4.10±0.03 h 7.33±0.18 cd 298.80±10.18 g 8 1.0 1.0 1.0 −1.0 42.27±0.98 b 4.24±0.20 ab 5.81±0.04 a 10.79±0.11a 426.75±13.37 b 9 −1.0 −1.0 −1.0 1.0 28.90±0.76 i 3.72±0.10 c 3.48±0.03 k 6.18±0.17 de 259.70±11.61 i 10 1.0 −1.0 −1.0 1.0 37.00±0.91 e 4.10±0.09 ab 4.56±0.05 e 8.65±0.11 bc 360.34±5.49 e 11 −1.0 1.0 −1.0 1.0 31.30±0.54 hi 3.66±0.13 cd 3.80±0.03 i 6.82±0.16 de 276.32±9.52 h 12 1.0 1.0 −1.0 1.0 39.33±0.85 cd 4.03±0.14 b 5.29±0.02 b 9.95±0.18 ab 390.31±6.27 cd 13 −1.0 −1.0 1.0 1.0 30.77±0.66 hi 3.61±0.11 cd 3.20±0.02 l 5.88±0.39 e 249.13±6.11 i 14 1.0 −1.0 1.0 1.0 38.97±0.82 cd 4.16±0.17 ab 4.67±0.04 d 8.94±0.11 bc 367.71±11.04 de 15 −1.0 1.0 1.0 1.0 30.77±0.60 hi 3.45±0.12 cd 3.78±0.01 i 6.96±0.45 de 294.75±8.29 g 16 1.0 1.0 1.0 1.0 44.57±0.95 a 4.04±0.20 b 5.75±0.03 a 10.99±0.12 a 445.03±13.33 a 17 −2.0 0 0 0 26.03±0.67 j 3.44±0.14 cd 2.60±0.06 m 4.85±0.35 e 245.46±5.69 i 18 2.0 0 0 0 43.13±0.99 b 4.34±0.26 a 5.72±0.05 a 10.69±0.35 ab 439.87±11.94 ab 19 0 −2.0 0 0 33.27±0.74 g 3.61±0.17 cd 3.77±0.04 i 7.10±0.19 c 272.22±7.48 hi 20 0 2.0 0 0 36.37±0.70 ef 3.82±0.15 bc 4.87±0.04 c 8.85±0.18 bc 339.81±8.12 f 21 0 0 −2.0 0 31.53±0.64 h 3.88±0.16 bc 4.13±0.04 h 7.48±0.18 c 327.63±4.80 f 22 0 0 2.0 0 33.97±0.77 g 3.91±0.19 bc 4.50±0.03 ef 8.30±0.20 bc 334.72±10.71 f 23 0 0 0 −2.0 35.50±0.81 f 3.92±0.17 bc 4.42±0.04 f 8.07±0.19 bc 335.99±10.88 f 24 0 0 0 2.0 36.33±0.58 ef 3.88±0.17 bc 4.30±0.03 g 7.95±0.31 c 330.40±12.97 f 25 0 0 0 0 37.87±0.89 de 4.00±0.22 bc 4.67±0.03 de 8.84±0.18 bc 376.50±9.18 d 26 0 0 0 0 36.77±0.69 ef 4.10±0.15 ab 4.45±0.04 f 8.44±0.20 c 356.43±4.59 e 27 0 0 0 0 38.53±0.78 d 4.05±0.12 b 4.80±0.03 cd 9.05±0.19 bc 397.25±4.30 c 28 0 0 0 0 39.33±0.82 cd 4.00±0.16 bc 4.70±0.03 d 8.82±0.19 bc 394.06±12.09 c 29 0 0 0 0 37.80±0.70 de 3.90±0.13 bc 4.87±0.04 c 9.09±0.21 bc 386.09±9.43 cd 30 0 0 0 0 39.77±0.81 cd 3.91±0.09 bc 4.70±0.04 d 8.85±0.17 bc 394.45±6.87 c 说明：x1、x2、x3、x4分别表示土壤含水率、施氮量、施磷量和施钾量的水平编码值；表中数值为平均值±标准误；不同小写字母代 表各处理间苗木苗高、地径和生物量在0.05水平上差异显著
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