基于橡胶林生态系统养分循环指导施肥的效益分析

张以山+袁晓军+曹建华

摘 要 以橡胶品种无性系PR107、RRIM600、热研7-33-97为研究对象，借助已研究建立的橡胶树精准施肥决策计算机系统和橡胶林生态系统养分循环试验数据，比较分析了基于橡胶林生态系统养分循环施肥决策系统指导施肥的经济效益和生态效益。结果表明，利用橡胶林生态系统养分循环施肥决策系统进行施肥，能促进天然橡胶增产，土壤有机质含量有所增加，胶园土壤酸化趋势得到减缓，经济效益和生态效益明显。

关键词 橡胶林 ；养分循环 ；施肥指导 ；经济效益 ；生态效益

中图分类号 S794.1 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.09.006

Benefit Analysis of Rubber Plantations Based on Nutrient Cycle

of Rubber Plantation Ecosystem

ZHANG Yishan1） YUAN Xiaojun2） CAO Jianhua2）

（1 Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou 571737；

2 Rubber Research Institute， CATAS， Danzhou 571737）

Abstract On the basis of the available precision fertilizing decision system and experimental data， rubber clones PR107， RRIM600 and Reyan 7-33-97 were selected to analyze economic and ecological benefits from their rubber plantations dressed with fertilizer based on the fertilizer recommendation from the nutrient cycle of rubber plantation ecosystem. The results showed that with this decision system for fertilizer recommendation the rubber plantations increased in yield and soil organic content， and mitigated the trend of soil acidification， resulting in obvious economic and ecological benefits.

Keywords rubber plantation ； nutrient cycle ； fertilizer recommendation ； economic benefit ； ecological benefit

人工施肥、林下生物量和積累量以及其分解速率、降雨、养分有效性等均会影响橡胶园土壤养分循环。橡胶林下枯落物的分解速率较快，因此，林下生物量与积累量相对较低[1]，但各养分元素的分解释放效率和归还量亦不相同[2]，降雨对胶园养分的输入、运转、淋溶、利用效率等都有较大的影响，也是胶园土壤肥力的重要来源之一，其养分来自地表径流、地下渗漏水、淋洗树体分泌物以及枯枝、落叶、死根的分解释放和溶解肥料，这对橡胶树的生长产生了较大的影响[3]。土壤养分的有效性受pH[4]、施肥位置及深度[5]、肥料种类与形态[6]、土壤理化性状[7]、养分元素间的相互作用[8]等因素的影响。另外，土壤微生物、砧木与接穗之间的亲和关系、遗传特性、年龄因素、林下间种[9-12]等都可影响养分的有效性和吸收量[13]。然而，胶园土壤肥力普遍偏低[14]，令人担忧，这主要是长期割胶移走、土壤淋溶、水土流失[15-17]，而人为施肥不足造成的。橡胶研究所研究人员对海南、云南、广东三大垦区胶园土壤进行了测评，结果表明：与20世纪七、八十年代相比，胶园土壤肥力急剧下降、酸化趋势明显。这一现象必须引起人们的警觉和足够的重视。因此，开展胶园生态系统养分循环研究，指导生产科学合理施肥，对于维持胶园土壤地力、防止土壤酸化，维护农业生态平衡，保障橡胶产业可持续发展具有重要作用。

作物生长动态模拟通过适当的数学模型来定量描述各个子系统随时间和相应生态环境变化而变化的状态，并预测作物生长发育的未来过程，提供优化管理的决策建议。氮素对作物生长有着举足轻重的影响，国外许多作物生长模型通过与氮素模型耦合，实现了氮素限制下的生产力动态模拟[18]，其中以CERES模型[19]、ORYZA模型[20]最具代表性。在人工林养分循环动态模拟方面，运用不同方法研究了养分循环的通量特征[21-23]，建立了养分循环的分室模型[24-25]、生理化学模型[26]、生物量模型NBM[27]、生态模型和施肥模型[28]、林木养分管理模型[29]、森林管理评估模型[30]和智能施肥决策系统[31]等；而FORCYTE（Forest nutrient cycling and Yield Trend Evaluator）[32]则是一个典型的森林生态系统养分循环模型研发与应用软件。这对林业的科学经营管理与发展起到了巨大的科技支撑作用。橡胶养分循环的动态模拟与应用研究，是解决目前橡胶园营养诊断方法过时问题的重要而有效的新手段之一，对于完善橡胶平衡施肥和精准施肥理论具有重要的科学指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料

以现行普遍推广的乙烯利刺激割胶制度（d/3×ET）为背景，结合研究团队前期研究建立的橡胶树精准施肥决策计算机系统，开展以不同年龄段的海南主栽橡胶品系PR107、RRIM600、热研7-33-97为研究对象，在海南儋州西联、西庆、中国热带农业科学院试验农场选择树龄6～29 a的10个林段，株行距为3 m×7 m，约476株/hm2。试验共进行23个月。endprint

1.2 方法

1.2.1 试验设计

考虑橡胶树生物量的分配格局与树龄有关，结合现有的位于试验区正常生长的橡胶林段，选择橡胶树龄在6～29 a的林段，选择橡胶无性系PR107树龄为10、15、19、21、27 a，每种树龄2个林段，共10个林段；橡胶无性系RRIM600树龄为9、12、16、25、29 a，每种树龄2个林段，共10个林段；橡胶无性系热研7-33-97树龄为6、10、14、20 a，每种树龄2个林段，共8个林段。每个林段选择一个树位（300～400株），每个树位为一个试验小区，每个小区内设置3次重复，每一重复选择橡胶树70～80株。

1.2.2 橡胶树施肥量效益计算分析

研究团队在采样数据建立的橡胶树养分模型的基础上，建立了橡胶树精准施肥决策计算机系统，系统能够综合树龄、季节、土壤等因素给出科学的精准施肥方案，本研究借助研究建立的系统进行无性系PR107、RRIM600、热研7-33-97精准施肥诊断，计算分析橡胶树施肥量效益。

1.2.3 产量分析

每个品种每种树龄的2个林段分别设置原施肥标准和基于养分循环的施肥诊断决策系统新施肥标准，每个林段均连续测7～9个月，取月平均值。产量分析处理方法如表1所示。表1中的处理方式，“处理”代表“原施肥标准”，“对照”代表“新施肥标准”，下同。

1.2.4 投入产出分析

根据肥料尿素、过磷酸钙、氯化钾市场价格和干胶近10 a平均价格，分别计算出肥料投入成本、单株增产值、公顷增产值、单株净增产值、公顷净增产值。

1.2.5 土壤肥力分析

每个品种每个月均采集试验小区的橡胶树土壤，分别测定土壤中N、P、K、有机质含量。

1.2.6 胶园土壤pH分析

每个品种每个月均在试验小区测定橡胶园土壤pH，取月平均值。

2 结果与分析

2.1 经济效益分析

2.1.1 产量分析

2.1.1.1 PR107产量分析

PR107产量结果如表2所示。

由表2可知，利用橡胶树精准施肥决策计算机系统诊断施肥后，不同年龄PR107平均干含提高了1.01%～2.34%，产量提高了0.72～1.06 kg/（株·年）、增幅21.72%～23.63%，其中树龄10 a的平均增产比率为22.91%、单株增产0.09 kg，树龄15 a的平均增产比率为22.94%、单株增产0.12 kg，树龄19 a的平均增产比率为21.72%、单株增产0.13 kg，树龄21 a的平均增产比率为23.63%、单株增产0.12 kg，树龄27 a的平均增产比率为22.70%、单株增产0.14 kg。综上，橡胶无性系PR107树龄为10、15、19、21和27 a的新施肥标准的产量均高于原施肥标准的产量，增产效果明显。

2.1.1.2 RRIM600产量分析

RRIM600产量结果如表3所示。

由表3可知，利用橡胶树精准施肥决策计算机系统诊断施肥后，不同年龄RRIM600平均干含提高了1.93%～4.95%，产量提高了0.525～0.693 kg/（株·年）、增幅14.9%～28.6%，其中树龄9 a的平均增产比率为26.65%、单株增产0.07 kg，树龄12 a的平均增产比率为22.66%、单株增产0.07 kg，树龄16 a的平均增产比率为23.70%、单株增产0.08 kg，树龄25 a的平均增产比率为17.62%、单株增产0.08 kg，树龄29 a的平均增产比率为13.82%、单株增产0.07 kg。综上，橡胶无性系RRIM600树龄为9、12、16、25和29 a的新施肥标准的产量均高于原施肥标准的产量，增产效果明显。

2.1.1.3 热研7-33-97产量分析

热研7-33-97产量结果 如表4所示。

由表4可知，利用橡胶树精准施肥决策计算机系统诊断施肥后，不同年龄热研7-33-97橡胶树干胶的单株产量在1.05～3.64 kg，对照（常规施肥）产量在0.86～2.85 kg，平均单株增产为0.45 kg，平均公顷增产为203.7 kg，平均增长率为21.01%，其中树龄6 a的平均增产比率为22.09%、单株增产0.07 kg，树龄10 a的平均增产比率为21.18%、单株增产0.50 kg，树龄14 a的平均增产比率为27.72 %，单株增产0.79kg，树龄20 a的平均增产比率为13.04%、单株增产0.33 kg。综上，橡胶无性系热研7-33-97树龄为6、10、14、20 a的新施肥标准的产量均高于原施肥标准的产量，增产效果明显。

2.1.2 投入产出分析

橡胶树施肥量效益如表5所示。

表5的数据显示， PR107单株肥力投入成本包括氮肥1.59元、磷肥0.34元、钾肥0.53元，每株共计投入2.46元，单株增收17.20元，每公顷增收7 740元，单株净增效益14.74元，每公顷净增效益6 633元； RRIM600单株肥力投入成本包括氮肥2.04元、磷肥0.47元、钾肥0.81元，每株共计投入3.32元，单株增收10.92元，每公頃增收4 911.9元，单株净增效益7.60元，每公顷净增效益3 420元；热研7-33-97单株肥力投入成本包括氮肥0.87元、磷肥0.74元、钾肥0.49元，每株共计投入2.10元，单株增收13.44元，每公顷增收6 074.95元，单株净增效益11.34元，每公顷净增效益5 169.75元。利用橡胶树精准施肥决策计算机系统诊断，按时、按需科学施肥后，减少了肥料的浪费，直接经济效益明显增加。

2.2 生态效益分析endprint

2.2.1 土壤肥力分析

2.2.1.1 PR107胶园土壤肥力分析

PR107胶园土壤（0～40 cm）养分含量结果如表6所示。

表6的数据显示，利用橡胶树精准施肥决策计算机系统诊断施肥后，不同年龄橡胶无性系PR107 胶园土壤肥力有所提升，其中：硝态氮含量增加0.59～1.66 mg/kg、提高10.59%～32.8%；氨態氮含量增加0.65～1.85 mg/kg、提高10.96%～32.5%；速效磷含量增加0.54～0.76 mg/kg、提高15.74%～20.91%；速效钾含量增加4.42～7.10 mg/kg、提高22.49%～23.08%；有机质含量增加0.02%～0.17%、提高1.21%～12.07%。表明通过新的营养诊断与施肥，补充了原有施肥量的不足和施肥的不及时，减少了胶树对胶园土壤肥力的掠夺，使土壤有机质含量有所增加。

2.2.1.2 RRIM600胶园土壤肥力分析

RRIM600胶园土壤（0～40 cm）养分含量结果如表7所示。

表7的数据显示，利用橡胶树精准施肥决策计算机系统诊断施肥后，不同年龄橡胶无性系RRIM 600胶园土壤肥力有所提升，其中：硝态氮含量增加0.79～1.05 mg/kg、提高18.23%～47.33%；氨态氮含量增加1.02～2.30 mg/kg、提高19.97%～48.44%；速效磷含量增加1.04～4.22 mg/kg、提高36.61%～57.28%；速效钾含量增加10.51～32.12 mg/kg、提高21.61%～56.73%；有机质含量增加0.18%～0.37%、提高23.70%～41.95%。该试验地砂质土较重，土壤肥力相对贫瘠，故施肥后肥效迅速。通过新的营养诊断与施肥，补充了原有施肥量的不足和施肥的不及时，减少了胶树对胶园土壤肥力的掠夺，使土壤有机质含量有所增加。

2.2.1.3 热研7-33-97胶园土壤肥力分析

热研7-33-97胶园土壤（0～40 cm）养分含量结果如表8所示。

表8的数据显示，利用橡胶树精准施肥决策计算机系统诊断施肥后，不同年龄橡胶无性系热研7-33-97胶园土壤肥力有所提升，其中：硝态氮含量增加0.77～1.01 mg/kg、提高17.08%～25.21%；氨态氮含量增加1.33～1.46 mg/kg、提高23.07%～30.60%；速效磷含量增加1.52～2.33 mg/kg、提高35.27%～41.35%；速效钾含量增加7.42～17.57 mg/kg、提高22.19%～42.83%；有机质含量增加0.14%～0.20%、提高13.26%～20.52%。试验结果表明，通过新的营养诊断与施肥，补充了原有施肥量的不足和施肥的不及时，减少了胶树对胶园土壤肥力的掠夺，使土壤有机质含量有所增加。

2.2.2 胶园土壤pH分析

胶园土壤pH结果如表9所示。

由表9可知，PR107胶园土壤pH增加0.03～0.09、提高0.58%～2.21%，其中树龄10、15、19 a的pH均增加了0.03，树龄21 a的pH增加了0.07，树龄27 a的pH增加了0.09。RRIM600胶园土壤pH增加0.16～0.34、提高3.34%～6.99%，其中树龄10 a的pH增加了0.16，树龄15 a的pH增加了0.26，树龄19 a的pH增加了0.18，树龄21 a的pH增加了0.34，树龄27 a的pH增加了0.21。热研7-33-97胶园土壤 pH增加0.09～0.19、提高2.07%～4.5%，其中树龄6 a的pH增加了0.09，树龄10 a的pH增加了0.14，树龄14 a的pH增加了0.10，树龄20 a的pH增加了0.19。按照新施肥标准施肥，土壤pH均增加，胶园土壤酸化趋势得到减缓。

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）借助已研究建立的橡胶树精准施肥决策计算机系统和橡胶林生态系统养分循环试验数据，PR107、RRIM600、热研7-33-97三种品系的总体效果为：新施肥标准的产量均高于原施肥标准的产量，增产效果明显；按时、按需科学施肥后，减少了肥料的浪费，直接经济效益明显增加；均补充了原有施肥量的不足和施肥的不及时，减少了胶树对胶园土壤肥力的掠夺，使土壤有机质含量有所增加；土壤pH均增加，胶园土壤酸化趋势得到减缓。

（2）采用新的施肥标准，PR107、RRIM600、热研7-33-97三种品系的增产比率分别为：21.72%～23.63%、14.9%～28.6%、13.04%～27.72%，其中PR107增产效果比较稳定，增产差异不大；3种品系的投入产出比分别为16.69%、43.68%、18.52%，说明采用新标准施肥后，PR107和热研7-33-97的效益较明显；3种品系的土壤肥力提高分别10.59%～32.8%、18.23%～47.33%、17.08%～25.21%，其中RRIM600的土壤肥力提高幅度最大。

（3）采用新的施肥标准，树龄分别为10、15、19、21、27 a的PR107的效果为：随着树龄的增长，增产比率呈下降趋；树龄分别为9、12、16、25、29 a的RRIM600的效果为：随着树龄的增长，增产比率平稳；树龄分别为6、10、14、20 a的热研7-33-97的效果为：随着树龄的增长，树龄14 a以下增产比率呈稳定上升趋势，树龄20 a的增产效果明显下降。树龄分别为10、15、19、21、27 a的PR107胶园土壤（0～40 cm）养分含量均有增加，树龄越小，养分增加越明显；树龄分别为10、15、19、21、27 a的RRIM600胶园土壤（0～40 cm）养分含量均有增加，养分增加较稳定；树龄分别为6、10、14、20 a的热研7-33-97胶园土壤（0～40 cm）养分含量均有增加，养分增加较稳定。3种品系的胶园土壤pH均随树龄的增加而增加。endprint

3.2 讨论

关于橡胶林生态系统养分循环效益分析方面的研究还鲜有报道，但在橡胶生物量数学模型估测方面，却建立了较为成熟的数学模型。Shorrocks[33]首次建立了橡胶树地上部分生物量与树围的幂函数回归方程；胡耀华[34]采用标准木法伐树测定了不同品种胶树各部分的生物量，利用统计学中的最小二乘法求出胶树1.5 m处茎围与橡胶各部分生物量的关系方程式；周再知[35]采用FI（Furnivals index）指數，建立起了橡胶树单木带皮、去皮材积拟合方程，利用模型编制了橡胶树立木材积表，并利用英国J. S. Huxley的“生物体各部分器官与测树因子之间普遍存在着相对生长规律”理论，建立起了橡胶生物量测定的数学表达式及数学模型；赵春梅[36]利用数学模型对橡胶林生态系统养分循环通量及特征进行了研究，计算了要达到收支平衡各分室养分元素的盈亏数量及需要补充的数量。这些研究成果，为橡胶林养分循环与动态模拟研究打下了良好的基础。

（1）新的施肥标准与传统的标准相比，传统生产上的肥料施用标准为，① 未开割幼龄树：年施尿素190.4 kg/（hm2·a）[平均0.4 kg/（株·a）]；② 开割树：尿素142.8 kg/（hm2·a）[平均0.3 kg/（株·a）]，专用复合肥（N 13%，P2O5 7%，K2O 10%）952 kg/（hm2·a）[平均2 kg/（株·a）]，有机肥2 kg/（株·a）。经折算后，尿素施用量约为408.4 kg/（hm2·a），P2O5约为66.4 kg/（hm2·a），K2O 95.21 kg/（hm2·a），这些施肥量与橡胶树正常生长所需的养分数量还有相当的差距，造成了养分元素的不足。生产上这种固定配方、固定施肥量的管理措施，与不同年龄橡胶树在一年中不同季节对养分的实际需求尚有差距，加上养分随胶乳及更新后生物体外移出胶园生态系统，最终导致胶园土壤肥力状况下降、地力衰退。利用橡胶树精准施肥决策计算机系统诊断施肥，及时、足量补充了养分需求，使胶园土壤肥力有所提升，pH值有不同程度的增加、土壤酸化趋势有所减缓，这对于恢复胶园土壤肥力、保障橡胶树高产、稳产及可持续发展具有重要的生态意义。

（2）本研究分析了基于橡胶林生态系统养分循环指导施肥的效益，说明采用新的施肥标准是可以帮助提高土壤肥力，增产效果明显，具有稳定的效益。

（3）新的施肥标准，能帮助减少因施肥不当造成的肥料浪费，减少对环境的污染，这对于保护生态环境具有积极意义。

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