如何协调苗木生长与减少环境污染的水肥优化策略已成为林业可持续发展的研究热点。尤其在造林苗培育领域,合理的水肥管理不仅能提高造林苗质量,还能减少对环境的影响。然而,目前马尾松造林苗培育过程中的水肥管理主要依赖育苗工作者经验。由于缺乏精确的灌溉和施肥量,为了提高苗木质量,水分和肥料的过度施用导致资源的浪费和对环境的污染,同时对苗木的生长产生了负面影响。因此,探索马尾松造林苗的水肥耦合优化策略,对于实现造林苗生长与环境协调发展具有重要意义。
近期,贵州大学贵州省森林资源与环境研究中心丁贵杰教授、博士生付远洪在国际期刊《Agricultural Water Management》(中科院一区TOP)上发表了题为Coupling optimization of water-fertilizer for coordinated development of the environment and growth of Pinus massoniana seedlings的研究论文。该研究详细阐述了水肥耦合效应对马尾松造林苗生长特征的影响,并优化获得了有利于造林苗苗木质量提高的最佳水肥组合,以及协同苗木生长和减少环境危害的水肥配比。
本研究共设18个水肥处理,其中16个处理是基于4因素4水平的正交设计。四因素为水分(W)、基质氮(N)、基质磷(P)和基质钾(K)含量。基于多层次模糊评价方法(MFCE)对马尾松造林苗的12个测定指标进行逐级分类,并构建综合评价模型。结合多层次分析法和熵权法计算各处理的综合生长指数(CI)。以W、N、P、K为自变量,各处理的CI为因变量进行二次多项式拟合并构建了四元二次模型。
结果显示,W85%N420P128K117组合下苗木的CI最高,其次是W65%N210P128K468。苗木的CI随P的增加而增加,随W、N和K的增加呈先升后降的趋势变化,且在128mg/kg·干基质(P,1)、85%(W,0.5)、235.73mg/kg·干基质(N,0.06)和254.78mg/kg·干基质(K,0.04)达最高值。多因子耦合作用中,当P≤32 mg/kg·干基质时,调整另外元素投入量均不能对苗木生长产生积极影响;当P为128 mg/kg·干基质,W低于45%时,即使维持适度的N和K水平亦未能缓解因水分低造成的负面影响。结果显示有利于马尾松苗木生长的水肥组合为W85-91%N66-134P128K216-234。为了既能促进苗木生长又减少氮磷钾残留,降低对环境的污染,本研究采用精英非优势排序遗传算法(NSGA-III)对苗木的综合生长指数、氮、磷和钾残留进行多目标优化,发现W85-91%N61-81P116-128K116-184组合有助于协调环境和苗木生长的同步发展。
评述:本研究明确了磷(P)是影响马尾松造林苗生长发育的关键因素,其次是水分。在马尾松造林苗的培育过程中保持水分充足,维持N肥和K肥适中,提高P肥有助于马尾松造林苗苗木质量的提高。通过合理的水肥配比,可以有效提高苗木质量,同时减少资源的无效浪费和减少对环境的负面影响。这一发现不仅为马尾松造林苗的合理水肥管理提供了科学依据,还有助于实现苗木生长与环境保护的协调发展,具有重要的实践应用价值。