配方施肥对刺黑竹产量和品质的影响

2021-05-28唐毓佐任永胜李贤伟

中国土壤与肥料 2021年2期

李博，唐毓佐，2，任永胜，3，李贤伟，范川*

（1.四川农业大学林学院，四川温江 611130；2.雁江区中和镇人民政府，四川资阳 641300；3.成都市风景园林规划设计院，四川成都 610000）

氮、磷和钾是植物生长发育必需的3种矿质营养元素，对其生长、产量和品质影响较大。植物需要吸收并利用的氮、磷和钾除了土壤本身提供的养分外，更多依赖外界氮磷钾肥的施加。已有研究发现，施肥是影响作物产量形成的重要因素［1］，施肥通过改变土壤养分从而影响作物的生长情况［2］。大量学者通过试验发现施肥对于作物产量的影响受肥料种类［3］、配比［4-5］和施用量［6］制约，施侃侃等［7］与Hao等［8］都研究发现氮肥的肥效普遍较高，其次是磷肥，钾肥影响较小。施肥能明显提高土壤养分状况，而植物为了生长发育，需要吸收各种养分，进而改变作物品质［9］。在施肥对竹笋品质的影响方面，不同学者研究结论各异：邱永华等［10］认为施肥能提升竹笋中氨基酸、草酸、粗纤维和单宁含量，有机肥处理有助于粗多糖含量的积累，有机肥配合复合肥增加了笋中蛋白质含量但未达到显著水平，脂肪受不同施肥处理的影响不明显；在对绿竹的研究中，不同用量梯度复合肥的处理均使得竹笋中可溶性总糖含量下降，氨基酸含量显著提高［11］。以上研究表明，合理的氮磷钾肥配比和施用量能显著增强植株对养分的吸收，提高产量和品质。

刺黑竹（Chimonobambusa neopurpurea）作为优良笋用竹，发展前景良好。目前学者对于刺黑竹的研究主要集中于观赏价值［12］、竹材［13］、光合特性［14-15］、耐盐性［16］、快速繁殖［17］、种植技术［18］等方面，关于通过施肥来提升刺黑竹产量和品质的研究仍处于探索阶段。在当前环境下，刺黑竹仍多处于野生状态，缺乏集中经营管理，导致其生长不良，竹笋品质也随之下降，不利于刺黑竹产业的可持续发展。因此，如何提升竹笋品质和改善土壤肥力，成为刺黑竹产业持续发展亟待解决的问题。为此，本试验以雅安市天全县5年刺黑竹林为对象，研究氮磷钾配方施肥对刺黑竹产量和品质的影响，并利用隶属函数法对不同配比施肥效果进行综合评价，最后对氮磷钾肥进行三元二次方程的拟合与求解，筛选出最佳氮磷钾肥施用配方，为研究刺黑竹的施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验样地位于雅安市天全县新场乡志同村（N 29°56′43″，E 102°45′53″），平均海拔823.2 m；气候类型为亚热带季风气候，多年平均气温15.1℃；多年平均降水量达1735.6 mm；年平均日照数860.2 h，无霜期为241 d。试验地土壤基本理化性质为：pH 6.4，有机质13.7 g/kg、全氮1.45 g/kg、碱解氮48.7 mg/kg、全磷0.68 g/kg、有效磷5.9 mg/kg、全钾19.14 g/kg、速效钾118.6 mg/kg。

1.2 试验设计

1.2.1 小区设置

试验地竹林密度约为13000株/hm2，竹龄为4～6年，平均胸径为4.62 cm。林下植被主要为草本、藤本和蕨类，无其它乔木，主要分布有：铁线蕨（Adiantum capillus-veneris）、插田泡（Rubus coreanus）、荨麻（Urtica fissa）、野薄荷（Mentha haplocalyx）等。试验共设施肥处理9个，另设1个对照（未施肥），各处理重复3次，共设置30个2 m×2 m样地。每个样地在四角打桩，用尼龙线框定并做好样地号标记，样地之间均设有2 m隔离带且样地避开林缘。

1.2.2 施肥方案

本试验采用3因素4水平的正交设计方案L10（34），设置的3个因素为氮肥（尿素，N 46%）、磷肥（过磷酸钙，P2O512%）、钾肥（硫酸钾，K2O 50%），所用肥料为市售史丹利肥料。设定施肥比例、用量、施肥时间及次数（表1）。分别在2018年的3月3日、6月3日、9月2日施肥，第1次施用全年施肥量的30%，第2次施用全年施肥量的40%，第3次施用全年施肥量的30%，施肥方式为均匀撒施。

表1 施肥种类及肥料全年施肥量

1.3 试验方法

1.3.1 刺黑竹出笋情况调查及样品采集

在产笋期间（出笋前期9月28日，出笋中期10月4日，出笋末期10月12日），根据当地采收标准（高约20 cm）采收。每天记录各小区出笋数量，剔除退笋和死笋，对于已经统计的竹笋进行插牌标记。每个小区随机采集无机械损伤、出土高度为20 cm竹笋4株，带回实验室内将采集的竹笋样品去皮后取出可食用部分，切成小块后混合均匀，放入烘箱中110℃杀青后在70℃温度下烘至恒重，再用高速粉碎机粉碎，过0.5 mm筛，保存备用，用于竹笋品质的测定。

1.3.2 刺黑竹林土壤样品的采集

在出笋前9月28日采集土壤样品。采用“S”型5点采样法采取土样。去除表土的腐殖质后，用取土钻采取0～20 cm厚度的土壤。将取好的土样带回实验室，去掉明显的植物残根、落叶和小石粒，常温条件下风干后磨细过筛，用于土壤养分的测定。

1.3.3 指标测定

竹笋品质指标的测定参照食品安全国家标准［19］，本试验测定的是混合干样：蛋白质采用凯氏定氮法测定；粗纤维采用高温灼烧法；脂肪采用索式抽提法；可溶性糖采用铜还原碘量法；氨基酸采用蛋白质水解法。

1.4 数据处理与统计分析

刺黑竹品质是多个相关指标综合反映的结果，采用隶属函数法系统评价配方施肥对刺黑竹品质的影响差异，对各处理刺黑竹蛋白质、粗纤维、脂肪、可溶性糖、总氨基酸等含量指标进行转换，计算公式为：

其中X（u）代表各指标的平均值，Xmin代表最小值，Xmax代表最大值，将转化后的各指标隶属度值相加求得竹笋最后的品质综合值，综合值越大，代表刺黑竹品质越高。

增产率=（Y-Y0）/Y0×100%；

肥料贡献率=（Y-Y0）/Y；

其中，Y和Y0分别表示施肥处理竹笋产量和不施肥处理竹笋产量。数据采用Excel 2012和SPSS 20.0进行统计与回归分析，不同施肥处理刺黑竹各指标间的显著性检验采用单因素方差分析（ANOVA）。

2 结果与分析

2.1 施肥对刺黑竹产量的影响

与CK相比，各施肥处理对刺黑竹出笋数、产量均有显著促进作用，增幅分别达41.6%～138.9%、119.4%～215.9%，其中处理8提高最明显，小区平均出笋数为28.67个（表2），增产率高达215.9%。出笋数处理8显著高于处理2、3、4、5，处理6、9显著高于处理2、3、4，处理6、7、8、9、10显著高于处理2、3；产量处理8显著高于处理2、3、4，处理6、8、9、10显著高于处理2。说明施肥量过少对刺黑竹产量促进作用不显著，在一定程度上增加施肥量可以提高刺黑竹产量。刺黑竹出笋数与平均笋重变化的表现基本一致。

在本试验中，各施肥处理肥料贡献率差异较大，处理8、10显著高于处理2、3，处理9显著高于处理2，而处理7、9比处理8低。结果表明随着施肥量的增加，肥料贡献率整体呈现上升的趋势，但随着施肥量的进一步增加，肥料贡献率并没有随之升高，而是出现下降。说明适宜的氮、磷和钾肥配比施入能最大程度提高肥料贡献率，刺黑竹生产能力也会更强。

表2 施肥处理对刺黑竹产量的影响

2.2 不同施肥处理对刺黑竹品质的影响

由表3可知，氮、磷和钾肥配施对刺黑竹品质各指标影响显著。处理2、5、7、8可溶性糖含量显著高于CK，增幅达29.1%～54.2%，表明施肥有利于竹笋可溶性糖的积累。不同施肥处理下可溶性糖含量与施肥量方差分析表明，钾和氮对竹笋可溶性糖含量影响显著而磷对其含量影响未达到显著水平，其中以氮对其影响最大。处理6、8、10粗脂肪含量较未施肥处理显著提高，表明不同施肥处理下的竹笋粗脂肪含量不同。不同施肥处理粗脂肪含量与施肥量方差分析表明，钾和氮对竹笋粗脂肪含量影响显著而磷对其含量影响未到显著水平，其中以钾对粗脂肪含量的影响最大。除处理5外，其余施肥处理的粗纤维较CK均上升，上升幅度达10.5%～56.8%，其中以处理9提升程度最大，表明施肥总体上能提高竹笋粗纤维含量，改善其品质。不同施肥处理粗纤维含量与施肥量方差分析表明，氮、钾对竹笋粗纤维影响显著而磷对其无显著影响，其中以氮对粗纤维含量影响最大。各处理的粗蛋白均高于CK，增幅达17.6%～56.3%，表明氮磷钾肥配施能显著提升竹笋粗蛋白含量。总体表现为中、低水平氮处理有利于蛋白质含量的积累而高氮水平对其影响未达显著水平。在氨基酸总量方面，处理5、6、7、8、9、10较CK均有上升但无显著变化，其余处理较CK上升程度存在显著差异，表明施肥有利于竹笋氨基酸总量的提升。

竹笋品质是多个相关指标综合反映的结果，为了综合评价不同施肥对竹笋品质的影响差异，采用隶属函数法，对各处理的可溶性糖含量、粗脂肪含量、粗纤维含量、粗蛋白含量和氨基酸总量进行转换，将转化后各指标隶属度值累加求得品质综合值，再对各处理不同时期品质综合值进行显著性检验。结果表明，处理7品质综合值显著高于其他处理，施肥效果最好，但随着氮、钾用量的提高，处理10较处理7品质综合值反而有所下降。表明适量施肥能直接有效地提高刺黑竹的综合品质，但过量施肥则不会继续提高竹笋的品质。

表3 不同施肥处理对刺黑竹品质的影响

2.3 施肥对刺黑竹产量与质量的综合评定

将竹笋产量Y1与氮（X1）、磷（X2）、钾（X3）肥用量进行回归拟合，得到方程：Y1=2815.833+对方程进行F检验，达显著水平（R2=0.739，F=6.277，P<0.05），故回归方程能反映施肥对竹笋产量影响的实际情况。采用矩阵方程模型进行求解，得到最佳产量的氮、磷、钾肥施入量分别为500.8、310.5、233.2kg/hm2。

将竹笋综合品质值Y2与氮（X1）、磷（X2）、钾（X3）肥用量进行回归拟合，得到方程：Y2=10-5X1X3+3.54×10-5X2X3，对方程进行F检验，达显著水平（R2=0.644，F=7.730，P<0.05）。采用矩阵方程模型进行求解，得到最佳竹笋综合品质的氮、磷、钾肥施入量分别为474.3、301.2、154.5 kg/hm2。

3 讨论

3.1 施肥对竹笋产量的影响

科学施肥是改变土壤养分供应的基本措施，而作物产量与土壤养分密切相关。大量研究表明适当施肥有利于作物提高产量，但也存在施肥对产量无显著影响甚至下降的情况，这可能与作物种类、施肥量、施肥方式、气候条件等有关［20］。氮、磷和钾肥是农业生产中最主要的化肥，是植物生长发育所必需的大量矿质元素，适当施入能提高植株的生物量、产量以及品质，且氮磷钾混合配施能显著促进植株生长，进而增加其产量。本试验研究发现，施用氮、磷、钾肥均能提高刺黑竹的产量，其中肥料贡献率方面表现为氮肥>磷肥>钾肥，这与马海洋等［21］、唐健等［22］和蔡东升等［23］的结论相似。其中，施用氮肥对促进竹笋产量提升效果最显著，而磷肥、钾肥的补充可以有效防止土壤肥力衰退，是刺黑竹林营林技术措施中的一个重要部分，具有长远意义，也说明氮是配方施肥最重要的影响因子［24］。因此，施肥应在满足刺黑竹对矿质营养元素需求的前提下合理配置氮磷钾肥之间的配比，从而减少资源浪费和减轻土壤酸化、板结。

李忠芳等［25］指出，土壤的基础肥力越高，作物的生产潜力就越大，越容易获得高产。在本研究中，各施肥处理较CK均有不同程度地提升，表明氮磷钾肥配施有利于刺黑竹产量的提高。CK产量可以反映土壤基础肥力状况，施肥对于刺黑竹产量的提升显著，进一步说明应当把巩固和提高土壤基础肥力放在重要位置，良好的土壤肥力是获得竹笋高产必不可少的条件。此外，当肥料施入超过一定量时会导致产量降低，即施肥报酬随肥料用量增加而呈先上升后下降趋势，过量施入肥料可能会制约氮磷钾之间的有效性。这与郭宝华等［26］、Cheng等［27］和刘杜玲等［28］的研究结果高度一致，说明氮磷钾合理配施才能最大程度提高目标物种的产量。

土壤肥力与施肥、植物养分吸收之间是一个复杂的过程。施肥能有效改变土壤养分，而养分直接决定着植物生长发育，进而改变作物的产量。土壤养分才是直接影响刺黑竹产量的重要指标。土壤速效养分不是一个稳定的状态，会受到很多因素影响而一直呈现动态变化。此次试验采用刺黑竹出笋前的土壤养分状态表征施肥后真实的土壤养分水平，从而对实际生产起到指导的作用。从表4可看出处理8的产量最高，在此处理下土壤的速效养分含量较CK均有明显提升，这可能是及时补充了供植物需要吸收利用的养分。从施肥对土壤养分含量的变化中我们无法直观看到植物对氮磷钾的需求如何，但土壤里的速效氮磷钾元素比可以为其他地区进行相关竹笋用林的氮磷钾施肥量提供一个参考标准。

表4 土壤养分对刺黑竹产量与品质的影响

根据表4中土壤不同速效养分含量的试验结果，通过对其进行回归方程拟合，得到Y3=-1083.54-51.7305X1+856.6033X2+9.5949X3+0.0779X1X3-1.6752X2X3（P<0.05）。采用矩阵方程模型进行求解，得到刺黑竹最佳产量条件下的土壤碱解氮、有效磷、速效钾分别为50.03、11.70、90.94mg/kg。

3.2 施肥对竹笋品质的影响

在刺黑竹的品质中，可溶性糖是竹笋重要的营养成分［29］。粗蛋白含量是评价刺黑竹笋品质的重要指标，同时也是竹笋干物质含量最高的组成部分。氨基酸种类及含量是评价竹笋品质的重要标准［30］。已有研究表明施肥有利于雷竹可溶性糖的积累［31］。王月英等［11］、刘振勇等［32］、郑郁善等［33］研究发现施肥有利于雷竹笋和苦竹笋中粗蛋白的积累。在本研究中发现配方施肥对于可溶性糖，粗蛋白和氨基酸的含量都有所提升，说明施肥能够有效提升刺黑竹这3个指标的含量。也发现低施肥量对于可溶性糖和粗蛋白含量的提升比高施肥量更显著，这与艾绍英等［34］认为适量氮肥有利于作物氨基酸的增加，但过量氮肥使得氨基酸含量因稀释效应而减少的结论一致。她认为可能是由于氮元素的少量添加有助于提高竹子的光合作用，从而增加了运往竹笋的可溶性糖含量；当氮元素用量继续提高时，更多的碳链参与氮素代谢，转变为其它物质，反而使竹笋的可溶性糖和粗蛋白含量下降。本研究也发现低钾施肥对于可溶性糖和粗蛋白含量的提升比高钾施肥更显著。这可能是由于钾元素在光合作用中起到了重要作用，添加适量的钾元素，可以增加植株体内碳、氢和氧3种元素的含量。但是大多数植物具有对钾奢侈吸收的特质，添加过量的钾会破坏植株体内正常的能量代谢和生物合成，也会导致可溶性糖和粗蛋白含量降低［35］。

植物体内的脂类物质总称为粗脂肪。粗纤维则包括纤维素、半纤维素、木质素及角质等成分［36］。在本研究中，不同施肥处理总体表现为显著降低竹笋粗纤维含量，部分表现为粗脂肪含量较CK显著降低。与应叶青等［37］认为施肥能降低竹笋粗纤维含量，增加笋体脆嫩度的结论一致。但是，也有学者研究表明施肥有助于竹笋粗脂肪含量的积累［38-39］。这可能是因为施肥使得土壤中微量元素含量改变，而这些微量元素可能与粗纤维和粗脂肪含量显著相关［40］。

氮磷钾施肥能不同程度影响植物体内不同品质指标的含量，但只有氮磷钾合理配施才能最大程度提高目标物种的综合品质。在本试验中，施肥通过改变土壤养分进而影响到竹笋各品质，此次供测土壤指标仅包含了其氮、磷、钾的含量，施肥也很有可能使得土壤中微量元素如硼、铁、铜、锌等发生变化［41］。有国外学者研究表明微量元素对于品质的改变起到关键的作用［42］，各微量元素之间是否会通过这种互作效应而对竹笋的产量及品质产生影响，以及本试验结果是否受到此种效应的影响，都有待进一步的试验和探究。另外，同一竹笋的不同笋体部位营养成分也有较大的差异，所以采集样品的大小、长度、粗度等都会对结果造成一定影响［43］。

根据表4的数据通过回归拟合，得到Y4=0.00004X2X3（P<0.05）。采用矩阵方程模型进行求解，得出要达到刺黑竹最佳品质条件下的土壤碱解氮、有效磷、速效钾分别为44.74、8.86、153.84 mg/kg。