落叶松种子园土壤养分特征研究

卜鹏图

(辽宁省林业科学研究院，辽宁 沈阳 110032)

落叶松是我国北方最重要的速生针叶用材树种之一。近年来，在林木育种科技工作者的不懈努力下，落叶松育种工作取得了长足的进步，尤其是在良种方面，已营建起2代种子园。但是，种子园管理技术较粗放，以施肥为例，相关研究较少且不全面，赵肃荃等认为春季施肥效果最为显著，但并未给出具体的时间[1-2]。种子园施肥仍普遍存在凭经验施肥的现象，存在肥料种类、比例和数量不协调，土壤养分状况不清楚等问题，从而导致母树营养生长和生殖生长失衡，既降低了肥料利用率，又对生态环境造成不良后果。因此，提高落叶松种子园科学施肥水平，对提高其经济效益和保护生态环境都具有十分重要的价值。本研究以目前生产上正在使用的落叶松1.5代种子园和即将进入结实期的落叶松2代种子园为研究对象，通过测定种子园的土壤pH值、有机质、氮素、磷素等指标，揭示各世代落叶松种子园土壤养分特征，旨在为落叶松种子园合理施肥提供本底数据，为落叶松良种高产、稳产提供技术支撑[3]。

1 材料与方法

1.1 试验地点

大孤家种子园位于辽宁省抚顺市清原满族自治县。该区地处中温带亚湿润区内，气候为典型的大陆性季风气候，春秋季较短，夏季炎热多雨，冬季寒冷漫长，温差较大，年均气温5.4～7.2 ℃，年均降水量400～800 mm，无霜期120～135 d，土壤类型主要为暗棕壤，pH值5.5～6.5，植被属长白植物区系。试验地位于该种子园的1.5代种子园、2代种子园和日本落叶松试验林(CK)，其中1.5代种子园始建于1985年，197个无性系，面积46.498 hm2，1991年开始结实；2代种子园始建于2011年，80个无性系，面积33.5 hm2，目前部分无性系开始结实；CK营建于2006年，为日本落叶松无性系密度试验林。

1.2 取 样

在1.5代种子园、2代种子园和CK，选择坡向、坡位和坡度基本一致的地点，随机选取面积约1 km2的样方，在样方内采用“S”型布点方式设置18个取样点，然后采用3个样点混合为1份土样的方式取土，分别采集0～20 cm和20～40 cm土层土样，最终每个林型获得12份土样，3个林型共获得36份土样。

1.3 土壤化学性质测定方法

土壤用水浸提(水土比 2.5∶1)，采用电位法测定pH 值；土壤有机质采用重铬酸钾氧化外加热法测定；全氮采用凯氏定氮法测定；碱解氮采用扩散法测定；全磷、有效磷采用钼锑抗比色法测定。

1.4 数据统计分析

采用 Excel 2003进行数据计算与作图，使用SPSS 19.0对数据进行单因素ANOVA方差分析，用Tukey法多重比较进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同世代种子园土壤养分含量特征

2.1.1 不同世代种子园间土壤总体养分含量特征

以0～20 cm和20～40 cm土层各养分指标均值作为不同代种子园土壤养分指标进行分析，结果见表1。土壤pH值和全磷含量表现为2代种子园>1.5代种子园>CK，土壤全氮含量表现为1.5代种子园>CK>2代种子园，铵态氮和硝态氮含量则表现为CK>1.5代种子园>2代种子园，有效磷含量表现为2代种子园>CK>1.5代种子园。方差分析表明，不同世代种子园间所有养分指标差异均达到显著和极显著差异，其中全氮和有机质含量差异达到显著水平(P<0.05)，pH值、铵态氮、硝态氮、全磷和有效磷含量差异达到极显著水平(P<0.01)。2代种子园和1.5代种子园比较表明，2代种子园土壤pH值较1.5代种子园高0.11。2代种子园全磷和有效磷含量较高，分别为0.74 g·kg-1和26.73 mg·kg-1，分别是1.5代种子园的1.57倍和6.15倍，其他指标则表现为1.5代种子园较高，分别是2代种子园的1.26～1.52倍。

表1 1.5代种子园、2代种子园、CK土壤化学性质

2.1.2 不同世代种子园间各土层土壤养分含量特征

在0～20 cm土层(表1)，土壤pH值表现为2代种子园>1.5代种子园>CK，全氮含量表现为1.5代种子园>CK>2代种子园，硝态氮和铵态氮含量表现为CK>1.5代种子园>2代种子园，全磷和有效磷含量表现为2代种子园>CK>1.5代种子园，有机质含量表现为CK>1.5代种子园>2代种子园。方差分析表明，1.5代种子园、2代种子园和CK间硝态氮、铵态氮、pH值和有效磷含量差异达到极显著水平(P<0.01)，全氮、全磷和有机质含量差异达到极显著水平(P<0.05)。2代种子园土壤pH值较1.5代种子园高0.06。1.5代种子园全氮含量最高，达到1.96 mg·kg-1，分别是2代种子园和CK的1.44倍和1.14倍;CK的硝态氮、铵态氮和有机质含量最高，分别为11.53 mg·kg-1、18.98 mg·kg-1和37 g·kg-1，分别是2代种子园的4.87倍、2.68倍和1.46倍，是1.5代种子园的3.52倍、1.97倍和1.01倍;2代种子园的全磷和有效磷含量最高，分别达到0.8 g·kg-1和31.62 mg·kg-1，分别是1.5代园的1.77倍和6.39倍，分别是CK的1.74倍和5.73倍。

在20～40 cm土层(表1)，土壤pH值表现为2代种子园>1.5代种子园>CK，土壤全氮含量表现为1.5代种子园>CK>2代种子园，硝态氮和铵态氮含量表现为CK>1.5代种子园>2代种子园，全磷和有效磷含量表现为2代种子园>1.5代种子园>CK，有机质含量表现为1.5代种子园>CK>2代种子园。方差分析表明，1.5代种子园、2代种子园和CK间硝态氮、铵态氮、pH值和有效磷含量差异达到极显著水平(P<0.01)，全磷含量差异达到显著水平(P<0.05)。2代种子园土壤pH值较1.5代种子园高0.17。1.5代种子园全氮含量最高，达到1.27 g·kg-1，分别是2代种子园和CK的1.42倍和1.23倍；CK的硝态氮和铵态氮含量最高，达到3.14 mg·kg-1和12.2 mg·kg-1，分别是2代种子园2.51倍和2.92倍，是1.5代种子园的2.4倍和2.29倍；2代种子园的全磷和有效磷含量最高，分别达到0.68 g·kg-1和21.85 mg·kg-1，分别是1.5代园的1.39倍和5.86倍，是CK的1.55倍和6.07倍；1.5代种子园有机质含量最高，达到24.5 g·kg-1，分别是2代种子园和CK的1.64倍和1.17倍。

2.2 种子园各土层土壤养分含量特征

土壤pH值和1.5代种子园全磷含量表现为随土层加深而上升的趋势，其他各养分指标均表现为随土层加深而降低的趋势(表1)。方差分析表明，2代种子园硝态氮、铵态氮和全氮含量在不同土层间差异达到极显著水平(P<0.01)，pH值和有机质含量在不同土层间差异达到显著水平(P<0.05)，0～20 cm土层全氮、硝态氮、铵态氮、全磷、有效磷和有机质含量分别是20～40 cm土层的1.53倍、1.89倍、1.69倍、1.19倍、1.44倍和1.7倍。方差分析表明，1.5代种子园硝态氮和铵态氮含量在不同土层间差异不显著，全氮含量在不同土层间差异达到显著水平(P<0.05)，0～20 cm土层全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷和有机质含量分别是20～40 cm土层的1.55倍、2.5倍、1.81倍、1.32倍和1.49倍，而全磷含量则表现为20～40 cm土层是0～20 cm土层的1.07倍。

3 结论与讨论

3.1 讨 论

土壤有机质是土壤肥力高低的主要指标之一，是氮、磷、钾、钙及许多矿质元素的主要源泉，也是土壤微生物生长繁殖的能源物质，在改善土壤物理性质，促进土壤良好结构的形成，促进林木的生长发育和提高土壤的保肥力与缓冲性起着重要的作用，其主要来源于林木的凋落物、死根系、林下植被的枯死物以及土壤中的小动物、微生物的排泄物、分泌物和残体等[4]。本研究表明，总体上，1.5代种子园有机质含量最高，达到36.5 g·kg-1，且与CK较接近，而2代种子园有机质含量相对较低。目前，2代种子园母树正处于幼龄阶段，这一阶段应增加养分，促进树体生长，增加树势，为将来结实储备足够的养分。因此，根据本研究结果，在2代种子园经营的过程中，应考虑通过施肥、树体控制、增加植被等经营措施促进种子园土壤养分的增加[5-6]。

氮素是植物生长的重要养分元素之一，是衡量土壤氮储量水平的重要指标，土壤氮素的盈亏状况直接关系到土壤肥力的高低及系统的养分平衡，其来源主要包括森林凋落物的微生物分解、微生物固氮和降雨，其大小决定于各地区有机物的积累和分解作用的相对强度[4，7-8]。本研究表明，虽然2代种子园和1.5代种子园全氮含量与CK相差不多，甚至1.5代种子园全氮含量还大于CK，但是，2代种子园硝态氮和铵态氮平均含量分别为1.81 mg·kg-1和5.62 mg·kg-1，1.5代种子园硝态氮和铵态氮平均含量只有2.29 mg·kg-1和7.49 mg·kg-1，均比CK低很多，处于缺乏状态。铵态氮和硝态氮是土壤速效氮的两种主要形式，是土壤直接供给植物吸收的养分，其含量显著影响着森林土壤的生产力。土壤氮素供应取决于土壤有机质的积累与分解状况，与地上植被类型及其根系、凋落物输入与分解相关[9-10]。因此，在生产经营中应采取措施增加种子园土壤中硝态氮和铵态氮的含量，以满足种子园母树树体生长和结实需求。

土壤全磷的大部分以迟效态存在，而土壤中的有效磷量与全磷量之间往往并不相关。全磷含量高时，并不一定显示土壤磷素供应充足，所以土壤全磷含量不能作为一般土壤磷素供应水平的确切指标，但土壤全磷含量低时却往往表现出土壤缺磷[4]。本研究结果表明，2代种子园全磷和有效磷含量均较高，分别达到0.74 g·kg-1和26.73 mg·kg-1，远远高于1.5代种子园和CK；而1.5代种子园全磷和有效磷含量与CK较接近。因此，在1.5代种子园生产中，应采取经营措施来补充种子园土壤中有效磷的含量[11-12]。

落叶松人工林是否会造成林地土壤酸化一直备受关注，较多学者认为落叶松人工林土壤存在酸化现象，如陈乃全等认为二代落叶松人工林土壤pH值比一代落叶松人工林降低了0～0.3，赵大军也得到了类似的结果[13-15]。本研究结果表明，2代落叶松种子园土壤总pH值高于1.5代种子园0.11，在0～20 cm和20～40 cm土层，2代落叶松种子园土壤pH值分别高于1.5代种子园0.06和0.17，这一结果与前人研究结果相一致，这表明随着种子园落叶松生长时间的增加，土壤仍存在酸化的可能。因此，在落叶松种子园经营过程中应注意土壤pH值的变化情况，随时调整土壤pH值，避免出现土壤过酸的现象，进而影响种子园种子产量。

3.2 结 论

落叶松种子园土壤养分总体表现为较充足，个别养分指标较低，如铵态氮和硝态氮含量，在生产经营中注意肥料的合理搭配。

落叶松2代种子园表现为低氮高磷，即土壤全氮、硝态氮、铵态氮和有机质含量较低，全磷和有效磷含量较高，在生产经营中增加氮肥的施入量。

落叶松1.5代种子园表现为低磷低pH值高氮，即土壤pH值、全磷和有效磷含量较低，土壤全氮、硝态氮、铵态氮和有机质含量较高，在生产经营中需注意土壤pH值变化，并增加磷肥施入量。

落叶松种子园土壤养分含量垂直分布特征明显，各养分含量随着土层加深而减少。