不同施肥模式对罗汉松生长及土壤理化性质的影响

2019-01-14黄昭昶邹双全王晓朋童晨晓毛艳玲

江西农业大学学报 2018年6期

黄昭昶，邹双全，赵壮，王晓朋，童晨晓，毛艳玲*

(1.福建农林大学资源与环境学院，福建福州350002；2.土壤生态系统健康与调控福建省高校重点实验室，福建福州350002；3.自然生物资源保育利用福建省高校工程研究中心，福建福州350002)

罗汉松(Podocarpusmacrophyllus)别名土杉，罗汉松科，属常绿针叶乔木，因植株形姿优美，果实似罗汉打坐，具有重要的园林观赏价值，广泛种植于福建、浙江、广东等地[1]。但目前林场对于罗汉松的种植多比较粗犷，肥料多选用复合肥，且存在化肥施用量不固定，施用方法随意等问题，造成肥料的浪费及土壤肥力的破坏。将有机肥与化肥结合施用于果树、苗木以改良土壤肥力促进植物生长已是诸多学者研究的重点[2-5]。畜禽粪便是种植业最常用的有机肥料，它富含氮磷钾和有机质等肥分，可以部分代替化肥施用提高作物产量，改良土壤，培肥地力，被认为是很有价值的生物资源[6-7]。但过量使用畜禽粪便也可能带来重金属等危害[8]。因此，找到一种既能安全无毒又能改良土壤肥力促进植物生长的肥料是近年来农业科研工作者关注的重点。微生物菌剂是一种新兴肥料，可以活化土壤养分，对于提高作物产量和品质等有显著的促进作用，还能提高化肥利用率，抑制农作物对硝态氮、重金属、农药的吸收[9]。将畜禽粪便与菌剂配施，既能满足植物对养分的需求还能缓解畜禽粪便对环境的污染，菌剂中的农艺微生物还有解磷解钾的作用，能促进土壤养分的矿化分解。

土壤容重、孔隙度和持水量是反映土壤物理性质的重要指标，土壤养分的化学性质是土壤肥力的表征，土壤理化性质决定了土壤的水、肥、气、热[10-11]。因此，本研究以罗汉松为供试植物，通过研究单施化肥(常规施肥)、化肥与猪粪配施，化肥、猪粪与微生物菌剂配施3种不同的施肥模式下土壤理化性质的变化情况，探究不同施肥模式对罗汉松生长的影响，以期从中选择出最适罗汉松生长的施肥方案，为福建罗汉松种植提供施肥依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2016年7月在福建省清流县益晟园林苗圃地进行，所用供试植物均为10 a罗汉松。试验地位于福建省西北部，武夷山脉中段东南侧(25°46′～26°22′N，116°38′～117°10′E)，属中亚热带季风气候，气候温和，雨量充沛，年平均气温17.9 ℃，年平均无霜期256 d，年平均降水量1 771.3 mm。

1.2 试验设计

选取生长良好的罗汉松林地为试验地，试验地初始土壤基本性质为：有机质5.38 g/kg，全氮0.42 g/kg，全磷0.16 g/kg，全钾2.42 g/kg，碱解氮14.15 mg/kg，速效磷2.31 mg/kg，速效钾30.42 mg/kg，pH 4.63(土水比1 ∶ 2.5)。在林区内选取长势相同的罗汉松，共设7个处理：常规施肥(L0)、常规施肥+低量猪粪(L1)、常规施肥+中量猪粪(L2)、常规施肥+高量猪粪(L3)、常规施肥+中量猪粪+低量菌剂(J1)、常规施肥+中量猪粪+中量菌剂(J2)、常规施肥+中量猪粪+高量菌剂(J3)。常规施肥为N ∶ P2O5∶ K2O=15 ∶ 15 ∶ 15复合肥，每棵树施肥量为250 g，折合大田施用量为375 kg/hm2。猪粪按低中高3个梯度施用，施用量分别为1，3，5 kg/株，折合大田施用量分别为1 500、4 500、7 500 kg/hm2。根据高琳等[12]的方法将微生物菌剂按低中高3个梯度施用，施用量分别为74，222，370 g/株，折合大田施用量分别为111，333，555 kg/hm2。每个处理设3个重复，每个重复10棵罗汉松，株行距为1.5 m×1.5 m，各处理均采取相同的林业管理措施。

复合肥由市场购入，价格为5 元/kg；供试猪粪取自试验地周边养猪场，放置阴凉通风处干燥后施用，其基本养分含量为：有机质384.85 g/kg，全氮21.98 g/kg，全磷30.11 g/kg，全钾2.82 g/kg，pH 6.6，价格为2元/kg；供试菌剂为北京世纪阿姆斯公司生产，黑色颗粒状，有效菌种为枯草芽孢杆菌和胶冻样类枯草芽孢杆菌，有效菌种数大于1 亿/g，价格为6元/kg。7个施肥处理不计人工所需投入施肥成本分别为：常规施肥1.25 元/株，常规施肥+低量猪粪3.25 元/株，常规施肥+中量猪粪7.25元/株，常规施肥+高量菌剂11.25 元/株，常规施肥+猪粪+低量菌剂7.69元/株，常规施肥+猪粪+中量菌剂8.58元/株，常规施肥+猪粪+高量菌剂9.47元/株。

1.3 样品采集与测定

于2017年7月对样地土壤和罗汉松生长指标进行采集和测量。在每个处理中以“S”形法取土，取层深度为0～20 cm和20～40 cm，同时在0～20 cm土层取3个环刀。用环刀法测定土壤容重，经计算得出土壤孔隙度(总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度)和土壤持水量(最大持水量、毛管持水量和田间持水量)；土壤碳氮采用碳氮元素分析仪(德国ELEMENTAR)测定，土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，土壤速效钾采用NH4OAc浸提火焰光度法测定，土壤全磷、全钾采用NaOH熔融法测定。用卷尺测定树高和冠幅，精确到0.01 m，地径尺测量地径，精确到0.01 mm。

1.4 数据处理

运用Excel 2013和SPSS 18.0 软件进行数据统计与分析，用LSD进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对罗汉松土壤物理性质的影响

不同施肥模式下土壤物理性质分析如表1所示。施用常规施肥+猪粪的处理土壤容重显著高于其他施肥模式。而添加微生物菌剂后容重与常规施肥处理无明显差异。与常规施肥相比其他施肥模式毛管孔隙度和总孔隙度均有提高，常规施肥+猪粪处理分别提高了26.18%～44.68%和10.64%～26.06，随着猪粪施用量的提高，土壤毛管孔隙度和总孔隙度提高，加入微生物菌剂的处理分别提高37.50%～45.95%和36.18%～39.27%，不同梯度菌剂和孔隙度间未见相关规律趋势。常规施肥+猪粪处理降低了土壤的非毛管孔隙，而加入微生物菌剂对土壤非毛管孔隙无显著影响。不同施肥模式间土壤持水量差异显著，与常规施肥相比，添加猪粪和微生物的处理最大持水量、毛管持水量和田间持水量显著提高，平均涨幅分别为37.75%、40.65%和49.47%。随着猪粪施用量的增加，土壤持水量增加，但不同菌剂浓度间无显著差异。

同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同

Different letters mean significant differences between treatment(P<0.05),the same below

2.2 不同施肥模式对罗汉松土壤化学性质的影响

土壤有机质是衡量土壤肥力的重要指标，试验地土壤有机质较低，常规施肥所能带入的碳源不足以弥补苗木对有机质的需求，配施猪粪后，0～20 cm土层土壤有机质含量显著提高，其中高量猪粪处理提升最高，相比常规施肥有机质含量提高了114.52%。施用微生物菌剂的处理与常规施肥相比，有机质含量提高了74.03%～82.39%。施用猪粪可以有效提高土壤的有机质含量，微生物菌剂的施入无明显影响，但微生物的施用相比常规施肥与猪粪混施可以提高土壤碳氮比。与常规施肥(L0)相比，其他施肥模式pH皆有提高，说明施用猪粪和菌剂可以调节土壤pH，缓解土壤酸化。各施肥模式20～40 cm土层pH都高于0～20 cm土层，2个土层中除常规施肥外，其他施肥模式pH值无显著差异(表2)。

0～20 cm土层中，与L0相比(下同)常规施肥+猪粪处理全氮含量提高了28.57%～109.52%，且随着猪粪施用量的增高，全氮含量提高，不同浓度猪粪差异显著。常规施肥+猪粪与菌剂配施，全氮含量提高了约42%，不同浓度菌剂间差异不显著，且低于同等浓度猪粪处理。20～40 cm土层中，常规施肥+猪粪处理全氮含量提高了39.72%～90.02%，加入微生物的处理提高了61.58%～65.77%，不同浓度菌剂与同等浓度猪粪相比均无明显差异。在2个土层中，施用高量菌剂对土壤全磷提升最大，分别提高了4.48和5.14倍。不同猪粪浓度间差异显著，配施微生物菌剂可以提高土壤全磷含量。0～20 cm土层中配施菌剂对提高土壤全钾含量的效果高于常规施肥+猪粪处理，20～40 cm土层中后者对土壤全钾含量的提升更佳。2种施肥模式与常规施肥相比均有显著提升(表2)。

在速效养分上改良后的施肥模式均显著高于常规施肥模式。0～20 cm土层中，配施菌剂的处理对土壤碱解氮的提升低于常规施肥+高浓度猪粪，但与同等猪粪浓度无差异。20～40 cm土层中除常规处理外各施肥模式无明显差异。配施高量菌剂能有效提高土壤速效磷和速效钾含量，在2个土层中提升效果最好。不同浓度梯度猪粪处理土壤速效养分差异显著，随着猪粪使用量的增加，土壤速效养分提高。

综上所述，在常规施肥的基础上施用猪粪可以有效提高土壤养分和土壤pH，且随着猪粪使用量的增加，提升效果越明显。在此基础上配施微生物菌剂，可以有效提高土壤速效磷和速效钾含量，提高土壤碳氮比。

表2 不同施肥模式对土壤化学性质的影响

2.3 不同施肥模式对罗汉松生长的影响

不同施肥模式对罗汉松生长的影响如图1所示。与常规施肥相比，各施肥模式对罗汉松树高均有显著影响，且都有助于罗汉松树高的增长。施肥1年后，7个处理罗汉松树高分别增长了0.08，0.22，0.30，0.32，0.28，0.23，0.38 m，施用猪粪和菌剂的处理树高1年的增长量显著高于常规施肥处理，随着猪粪和菌剂施用浓度的提高树高增长量增加，但各处理间差异不显著。在常规施肥+猪粪的基础上配施微生物菌剂有助于地径的生长，施肥1年后，地径相比常规施肥增长了9.36%～10.83%，相比等量浓度猪粪地径增长了4.72%～6.13%，不同施肥模式间差异显著。不同增施量的猪粪对罗汉松冠幅的影响差异显著，随着猪粪使用量的增多，罗汉松冠幅增大。与相同施用量的猪粪相比，施用微生物菌剂冠幅增加了3.89%～8.00%，高量菌剂处理冠幅增加明显。

不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)Different letters mean significant differences between treatment(P<0.05)图1 不同施肥模式对罗汉松生长的影响Fig.1 Effect of different fertilization models on growth of Podocarpus macrophyllus

2.4 罗汉松生长与土壤理化性质的相关性分析

由表3可知，毛管孔隙度、总孔隙度、毛管持水量、田间持水量都与罗汉松树高存在极显著的正相关关系，地径与土壤总孔隙度和土壤持水量存在极显著的正相关关系，冠幅与总孔隙度及土壤持水量存在显著的正相关关系。因此，毛管孔隙度大，持水量高的土壤有利于罗汉松的生长。

表3 土壤物理性质与罗汉松生长的相关性

*，* *分别表示在0.05、0.01水平上差异显著，下表同

*，* *means significant difference at 0.05 and 0.01 level respectively,the same below

由表4可知，0～20 cm土层中，土壤pH与树高存在极显著的正相关关系，与地径和冠幅间无显著关系。土壤养分与罗汉松树高都存在显著的正相关关系，碳和氮与罗汉松地径间无显著关系，土壤全氮、全钾与罗汉松冠幅间关系不显著。因此，土壤中的速效养分对促进罗汉松生长有很大帮助。在20～40 cm土层中，土壤pH与罗汉松树高存在极显著的相关性，与地径和冠幅间也存在相关性。与0～20 cm土层相同，该土层中土壤养分与罗汉松树高存在正相关性，除速效磷含量未存在显著相关性外其余指标都为极显著的相关性。地径、冠幅与土壤化学性质的相关性与0～20 cm土层相同，但随着土层的深入，土壤养分与罗汉松生长的相关性变少，因此0～20 cm土层中养分含量的多少更能决定罗汉松生长的优劣。

表4 土壤化学性质与罗汉松生长的相关性

TN:Total Nitrogen,TP:Total Phosphorus,TK:Total Potassium,AN:Available Nitrogen,AP:Available Phosphorus,AK:Available Potassium,OM:Organic matter

3 讨论

土壤孔隙度是土壤结构的重要指标，孔隙度大则土壤结构疏松，有利于雨水迅速下渗，减少地表径流的冲刷[13]。土壤毛细孔隙可以放映植被吸持水分的能力，毛细孔隙越大，越有利于植物根系对土壤水分的吸收[14]。本研究中，常规施肥模式的土壤总孔隙度为41.43%，其他施肥模式除低浓度猪粪处理外土壤总孔隙度均能达到50%，且非毛管孔隙度平均为45.38%，在最大持水量、毛管持水量和田间持水量上与常规施肥相比都有显著提升，保证了土壤的通气性、透水性和持水性。也说明施用猪粪和微生物菌剂改善了土壤物理结构，有利于罗汉松土壤接纳降雨量、减少地表径流冲刷且提高了罗汉松土壤吸持水分用于维持自身生长发育的能力和保水能力。这可能是因为猪粪有利于土壤团粒结构的形成，团粒结构对于维持土壤通气性和排水性有很大的作用。李萍萍等[15]通过不同浓度有机肥与化肥配施在茶树上的实验表明，化肥可以供应茶树生长前期的土壤养分，有机肥在后期可以释放矿质氮等养分，丰富的有机质在根部可以形成腐殖质保证茶树不同季节的养分供应。本研究中，施用猪粪的处理全氮、碱解氮和有机质含量显著高于其他处理，与上诉结论相同。另一方面，猪粪等有机肥中含有的有机酸可以增加土壤中有机养分的矿化速度，促进难溶性养分的释放，从而提高土壤养分含量[16]。

与常规施肥+猪粪处理相比施用微生物菌剂后土壤pH值有所降低，其原因可能是溶磷微生物通过糖代谢产酸作用鳌合Ca2+并释放PO43-，导致土壤pH下降[17]。Marimuthu等[18]的研究表明接种溶磷菌可以明显提高土壤的解磷能力并显著促进植物生长，多菌种共同接种对植物的促生效果更明显。本研究中使用的菌剂是一种含有解磷、解钾功能的复合微生物菌剂，与猪粪配施后，借助猪粪中大量的碳源和氮源，农业益生菌可快速在土壤中生长繁殖并作用于土壤难溶性养分的分解矿化，进一步提高土壤的养分含量，促进作物生长。孙旭等[19]通过玉米秸秆和牛堆肥过程中接种微生物菌剂与不接种菌剂的传统有机肥对比发现，接种菌剂后的有机肥有机质含量提高了23.8%，但本实验中施用微生物菌剂的处理土壤有机质含量低于常规施肥+猪粪处理，其原因可能是猪粪中的微生物与菌剂中的微生物存在竞争，限制了菌剂功能的正常运作，从而使土壤有机质含量低于预期。

另外，通过对罗汉松生长及土壤理化性质相关性分析，进一步验证了土壤养分对罗汉松生长的影响。土壤碳氮含量与罗汉松树高生长无明显相关性，因此虽然猪粪处理与菌剂处理在有机质和氮素养分上存在差异，但在树高上无显著差异。速效磷和速效钾与罗汉松地径、冠幅存在显著正相关关系，施用菌剂的处理土壤速效磷和速效钾含量最高，施用菌剂的处理地径和冠幅也显著高于其他施肥模式。土壤中的钾元素多以不能被植物直接利用的固定态存在，通过复合微生物菌剂的解钾作用，将土壤中的钾活化出来，提高了土壤速效钾含量，有利于植物吸收利用。黄有军等[20]研究罗汉松不同生理指标对盐胁迫的反应发现，K+浓度在高盐胁迫下上升。因此，K+有助于罗汉松缓解逆境胁迫，本研究中土壤钾含量与罗汉松生长呈正相关关系，与上述结论相同。

总之，与常规施肥相比，施用猪粪有利于提高土壤通气性和持水性还能提高土壤pH值和土壤养分，促进罗汉松的生长。并且，随着猪粪施用量的增加，效果增加。但随着猪粪施用量的增多，可能带来重金属污染等一系列生态问题。本研究中，在中量猪粪的基础上配施微生物菌剂，对土壤的改良效果可以比肩高量猪粪，施用微生物菌剂还能提高土壤速效磷和速效钾含量，对于罗汉松地径和冠幅的提升效果要高于高量菌剂。微生物菌剂具有运输方便、施用量少和安全无毒的特点，在有机无机肥混施的基础上配施微生物菌剂，不仅可以加强有机肥土壤改良的作用还能减少肥料的投入量，减少农业成本。