施肥对巨龙竹实生苗土壤质量和生物量的影响

周昀菲，辉朝茂，刘蔚漪

(西南林业大学竹藤科学研究院/国家丛生竹工程技术研究中心，云南 昆明 650224)

巨龙竹(DendrocalamussinicusChia et J. L. Sun)属于禾本科(Gramineae)竹亚科(bambusoideae)牡竹属(Dendrocalamus)，是云南特有大型合轴丛生竹种[1]，也是目前是目前世界上最大的竹类植物，竹高20～30 m，胸径20～30 cm，主要分布在滇西南和滇南佤等少数民族聚集的区域。巨龙竹具有秆形高大、通直度良好和抗压能力强等特性[2]，培育前景良好，能满足多类竹材产品需求，其抗压强度达55.5 MPa，抗拉长度达329 MPa，抗弯强度达128.5 MPa[3]。有研究者指出，土壤养分、酶活性和微生物数量之间呈现出显著相关，测定土壤酶活性总体情况是用以评价土壤肥力的方式之一[4-6]。施肥影响土壤微生物数量试验表明，氮磷钾无机肥施肥下，细菌、放线菌数量随着施肥种类中氮元素水平的增加而减少，真菌数量随着氮元素水平的增加而增加[7]。目前对于竹林施肥对土壤质量和竹林生产力影响的研究已有诸多报道，但巨龙竹这一竹种的研究较少，与之相关的水肥管理措施更是缺乏系统、统一、科学、规范的技术指导。该研究从不同施肥种类对巨龙竹的土壤质量和生物量的影响出发，通过测定巨龙竹土壤养分含量、酶活性、微生物数量以及苗木地上鲜重，分析比较采用有机肥、无机肥和绿肥培育的巨龙竹实生苗土壤质量和地上生物量的差异，探讨施肥处理下土壤化学生物性质之间的相互影响，确定对巨龙竹土壤质量和苗木生长的最佳施肥处理，为提高巨龙竹生产力和竹秆质量，规范巨龙竹水肥管理提供科学有效的技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理

该试验于2017年在西南林业大学林学院智能温室进行，采用盆栽试验，选择生长良好，健康、大小基本一致的3年生巨龙竹实生苗，平均苗高约1.5 m，竹盆采用直径30 cm，高度40 cm，盆栽用土取校区后山土壤。采用随机完全区组试验设计，设5个处理，每处理3次重复，每个重复3株苗，共45株，于温室大棚平缓地段设置8 m×2.5 m的试验样地内等距放置盆栽。在大棚进行遮阳、加温等处理，使大棚环境温度控制在18-30 ℃，湿度65%，保证温、湿度条件不成为限制因子[8]。

试验于2017年3月-2018年5月展开，为探讨4种肥料对巨龙竹实生苗土壤养分、土壤酶活性及实生苗生长的影响，共设5个不同的处理，分别是A(无机肥1，氮、磷、钾比例22∶8∶15，总有效养分含量≥45%)、B(无机肥2，氮、磷、钾比例16∶16∶16，总有效养分含量≥48%)、C(有机肥，鸽子粪发酵)、D(绿肥，光叶紫花苕不发酵)、CK(对照，不施肥)。2017年3月25日在盆中定植巨龙竹幼苗，栽后正常管理，待巨龙竹实生苗正常生长后进行施肥试验。于2017年5月-2018年5月每月施肥一次，每次50 g·盆-1，施肥方式为撒播。

1.2 指标测定

施肥培育12个月后，于施肥前、无雨时每个处理抽取3个盆栽中相同位置、相同深度的土壤，取样装袋作为待测样本。测定巨龙竹土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物数量以及生物量相关的16项指标，包括土壤有机质、全氮、全磷、水解性氮、有效磷含量，土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性，土壤细菌、放线菌、真菌、固氮菌数量，枝鲜重、秆鲜重、叶鲜重。

土壤有机质用重铬酸钾外加热法[9]；全氮用半微量凯氏定氮法；全磷用钼锑抗比色法；水解性氮用碱解-扩散法[10]；有效磷用0.5 mol·L-1NaHCO3-钼锑抗比色法。过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定(0.1 mol·L-1KMnO4，20 min)；酸性磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定，37 ℃培养24 h；蔗糖酶活性用 3，5-二硝基水杨酸比色法测定，37 ℃培养 24 h；脲酶用苯酚钠比色法测定，37 ℃培养 24 h[11]。土壤微生物计数采用稀释涂布平板法，分别称取1 g土样于装有99 mL无菌水的三角瓶中，剧烈震荡，使其充分混匀，此时土样被稀释成10-2，依次将土样稀释至10-6，取200 μl稀释液进行涂布，微生物牛肉膏蛋白胨培养基置于37 ℃，倒置培养，5 d后取10-6稀释度进行细菌计数；高氏1号培养基置于28 ℃，倒置培养，7 d后取10-6稀释度进行放线菌计数；马丁氏培养基置于28 ℃，倒置培养，7 d后取10-6稀释度进行真菌计数；阿须贝培养基置于37 ℃，倒置培养，7 d后计数取10-2稀释度进行固氮菌计数[12-13]。

1.3 数据处理与分析

利用Microsoft Excel 录入试验中测量的各项土壤指标。利用SPSS 21.0对进行单因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan法多重比较，各指标进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 施肥对土壤性质和微生物数量的影响

由表1可知，不同处理施肥下，土壤有机质的变化趋势为C>D>A>B>CK，全氮、全磷、水解性氮的变化趋势为C>B>A>D>CK，有效磷的变化趋势为C>B>D>A>CK，均以C处理最高，CK处理最低，C处理分别为123.09 g·kg-1、7.16 g·kg-1、5.85 g·kg-1、585.11 g·kg-1、165.20 g·kg-1，比CK高出61.96 g·kg-1、3.16 g·kg-1、4.45 g·kg-1、320.68 mg·kg-1、89.98 mg·kg-1，增幅为50.34%、51.26%、76.07%、54.81%、54.47%，变异系数为2.93%、12.15%、14.87%、0.63%、2.15%。有机质含量在施无机肥1处理(A)、有机肥处理(C)和绿肥(D)处理与对照均达到了极显著差异(P<0.01)。全氮、全磷含量在无机肥1处理(A)、无机肥2处理(B)、有机肥处理(C)与对照均达到了极显著差异(P<0.01)，除绿肥处理(D)外，各处理间均达到了极显著差异。水解性氮和有效磷含量在施无机肥1处理(A)、无机肥2处理(B)、有机肥处理(C)和绿肥处理(D)与对照均达到了极显著差异(P<0.01)，各处理间也均达到了极显著差异。

表1 施肥处理后土壤养分含量

过氧化氢酶活性表征了有机质转化程度和土壤腐殖质化强度，防止过氧化氢过度积累，加快土壤中各种化合物的氧化速度[14]。酸性磷酸酶表征了土壤水肥管理效果和有机质含量，能够催化土壤有机磷化合物水解[15]。蔗糖酶负责将土壤中高分子化合物分解成葡萄糖，表征了土壤有机质、腐殖质和粘粒的含量[16]。脲酶是具有专一性的一种中性酶，和土壤氮转化相关，可将有机质和尿素水解成氨和二氧化碳[17]。土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性的变化趋势为D>C>A>B>CK，蔗糖酶活性的变化趋势为D>A>B>C>CK，脲酶活性的变化趋势为D>C>B>A>CK，均以D处理最高，CK处理最低，D处理分别为0.89 mg·g-1·d-1、3.25 mg·g-1·d-1、61.60 mg·g-1·d-1、915.25 mg·g-1·d-1，比CK高出0.85 mg·g-1·d-1、2.04 mg·g-1·d-1、39.03 mg·g-1·d-1、757.83 mg·g-1·d-1，增幅为95.51%、62.77%、63.36%、82.80%，变异系数为14.61%、9.54%、6.53%、3.11%。过氧化氢酶活性在施无机肥1处理(A)、有机肥处理(C)和绿肥处理(D)与对照均达到了极显著差异(P<0.01)，酸性磷酸酶在施有机肥处理(C)和绿肥处理(D)与对照均达到了显著差异(P<0.05)，蔗糖酶在施无机肥1处理(A)、无机肥2处理(B)和绿肥处理(D)与对照均达到了极显著差异(P<0.01)，脲酶在施无机肥1处理(A)、无机肥2处理(B)、有机肥处理(C)和绿肥处理(D)与对照均达到了极显著差异。

表2 施肥处理后土壤酶活性

土壤微生物参与了有机质的分解、营养元素循环、土壤结构优化以及污染成分净化等重要土壤生态系统过程，是土壤中物质转化的关键[18]。由图1A、图1B可知，土壤细菌、放线菌数量的变化趋势是CK>D>B>C>A，以A处理最低，分别为0.60×107CFU·mL-1、0.63×107CFU·mL-1，比对照降低了2.52×107CFU·mL-1、5.29×107CFU·mL-1，降幅为80.77%、89.36%。细菌数量的无机肥1处理(A)与其他处理均达到了极显著差异(P<0.01)，放线菌数量的无机肥1处理(A)与仅与绿肥处理(D)、不施肥对照(CK)达到了极显著差异(P<0.01)。

由图1C可知，土壤真菌数量的变化趋势是C>B>A>D>CK，以C处理最高为2.27×106CFU·mL-1，比对照高出0.41×106CFU·mL-1，增幅为18.06%。真菌数量的C处理与B处理差异不显著，与其他处理均达到了极显著差异(P<0.01)。由图1D可知，土壤固氮菌数量的变化趋势是C>A>B>D>CK，以C处理最高为4.58×105CFU·mL-1，比对照高出1.46×105CFU·mL-1，增幅为31.88%。固氮菌数量的C处理与其他处理均达到了极显著差异(P<0.01)。

图1 施肥对巨龙竹实生苗中细菌(A) 、放线菌(B) 、真菌(C) 、固氮菌(D)的影响Fig.1 Effects of fertilization on bacteria (A)，actinomycetes (B)，fungi (C) and nitrogen-fixing bacteria (D) in the soil of Dendrocalamus sinicus seedlings

2.2 施肥对实生苗地上生物量的影响

测定巨龙竹地上部分生物量以及其在竹秆的具体分配情况，对于评价巨龙竹生长情况、生产力以及秆材品质都具有着重要意义。由表3可知，枝鲜重的变化趋势为C>B>A>D>CK，秆鲜重、叶鲜重的变化趋势为C>D>B>A>CK，以处理C最高，分别为124.97 g、268.23 g、131.70 g，比对照增加34.84 g、157.73 g、78.33 g，增幅为27.88%、58.80%、59.48%。枝鲜重、秆鲜重和叶鲜重与其他处理均达到了极显著差异(P<0.01)，仅枝鲜重的无机肥1处理(A)和绿肥处理(D)之间差异不显著。

表3 施肥处理后巨龙竹地上部分鲜重

2.3 巨龙竹实生苗土壤性质间的相关分析

由表4可知，土壤有机质与全氮、全磷、水解性氮、有效磷、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、脲酶、真菌、固氮菌均呈现正相关，但仅与全氮达到了显著水平(P<0.05)，与蔗糖酶、细菌、放线菌呈现负相关。土壤全氮与全磷、水解性氮、有效磷、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、脲酶、真菌、固氮菌均呈现正相关，但仅与全磷、水解性氮达到了极显著水平(P<0.01)，与固氮菌达到了显著水平(P<0.05)，与蔗糖酶、细菌、放线菌呈现负相关。土壤全磷与水解性氮、有效磷、酸性磷酸酶、脲酶、真菌、固氮菌均呈现正相关，但仅与水解性氮、真菌达到了显著水平(P<0.05)，与过氧化氢酶、蔗糖酶、细菌、放线菌呈现负相关。土壤水解性氮与有效磷、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、脲酶、真菌、固氮菌，仅与固氮菌达到了极显著水平(P<0.01)，与真菌达到了显著水平(P<0.05)，与蔗糖酶、细菌、放线菌呈现负相关。土壤有效磷与过氧化氢酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、真菌、固氮菌呈现正相关，仅与真菌、固氮菌达到了显著水平(P<0.05)，与细菌、放线菌呈现负相关，仅与放线菌达到了显著水平(P<0.05)。土壤过氧化氢酶与酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、细菌、真菌、固氮菌呈现正相关，仅与酸性磷酸酶达到了极显著水平(P<0.01)，与放线菌呈现负相关。细菌与放线菌呈现正相关，达到了极显著水平(P<0.01)。

表4 土壤性质相关分析

2.4 巨龙竹实生苗土壤性质与生物量间的相关分析

由表5可知，枝鲜重与有机质、全氮、全磷、水解性氮、有效磷、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、脲酶、真菌、固氮菌呈现正相关，与水解性氮、真菌达到了极显著水平(P<0.01)，与全氮、全磷、有效磷、固氮菌达到了显著水平(P<0.05)，与蔗糖酶、细菌、放线菌呈现负相关。秆鲜重与有机质、全氮、全磷、水解性氮、有效磷、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、真菌、固氮菌呈现正相关，仅与酸性磷酸酶达到了显著水平(P<0.05)，与细菌、放线菌呈现负相关。叶鲜重与也有机质、全氮、全磷、水解性氮、有效磷、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、真菌、固氮菌呈现正相关，与有机质和固氮菌达到了显著水平(P<0.05)。巨龙竹生物量之间的秆鲜重和叶鲜重呈现极显著正相关(P<0.01)。

2.5 巨龙竹土壤质量的主成分分析

对巨龙竹土壤养分、酶活性、微生物数量进行主成分分析，得到因子的主成分特征值、贡献率(表6)以及碎石图(图2)。从表7分析可知，前3个主成分累计贡献率达95.577%(>85%)，这些信息能够较整体概括土壤质量的基本情况。选取前3个主成分进行数据分析，得到主成分载荷矩阵，然后计算土壤质量的综合评分值，结果见表7。

表5 土壤性质与生物量相关分析

表6 土壤质量方差贡献率

图2 土壤质量碎石图Fig.2 Scree plot of soil quality

表7 土壤质量主成分分析综合评分值

按照主成分的综合评分值排名得到C>D>B>A>CK，结果表明，处理C对土壤质量的影响最佳，处理A对土壤质量的影响最弱。

3 讨论

3.1 不同施肥种类对土壤养分的影响

吴明等[19]研究发现，与施加无机肥和绿肥相比，有机肥能最明显地增加土壤有机质全氮的含量，该试验与前人的研究结果一致。史吉平等[20]研究无机肥和有机肥对土壤养分的影响，得出全磷和有效磷含量的增加效果上有机肥的效果优于无机肥和绿肥，该试验施肥对土壤养分的影响与前人研究结果相符，说明施加有机肥是对养分含量影响最优的处理。

3.2 不同施肥种类对土壤酶活性的影响

丁雷等[21]研究发现，在盆栽试验条件下土壤脲酶和酸性磷酸酶的活性与速效钾的相关性达到极显著水平(P<0.01)，该试验与前人的结论较为相符。刘骅等[22]研究发现，只施无机肥会使土壤脲酶、酸性磷酸酶活性降低，该试验与前人研究结果一致。

3.3 不同施肥种类对土壤微生物数量的影响

张晓海等[23]研究秸秆对土壤微生物的影响，得出化肥和有机肥配施的方案能够明显地增加土壤微生物数量，该试验施加无机肥后微生物数量下降的情况与前人研究相符，说明无机肥的施加会降低土壤中的腐殖质含量，从而使土壤中微生物数量降低；但该试验施加有机肥后微生物数量仍下降的情况与刘骅的研究结论存在差异，分析原因发现土壤为酸性土壤时，微生物数量和pH呈现正相关，说明土壤微生物一般更适宜在pH为7-8的土壤环境生长[24]，有机肥处理后的酸性土壤环境不适宜微生物的生存，且施肥后由于土壤氮元素含量过高，明显地抑制了细菌以及放线菌数量[25]。

3.4 不同施肥种类对巨龙竹地上生物量的影响

刘垚等[26]研究发现，施用有机肥可提高土壤有机质和全氮含量，并且提高土壤脲酶活性，施用后能显著提升竹笋的产量，该试验施加有机质后巨龙竹产量提高与前人研究相一致。郭晓敏等[27]研究施肥对毛竹笋产量的影响，得出施加氮磷钾复合肥能够增加竹笋产量，该试验与前人研究一致。

4 结论

巨龙竹苗期培育时施加有机肥对土壤质量和生物量的影响最佳。(1)不同施肥处理对土壤养分、酶活性和微生物数量的影响均以施加有机肥处理最佳，施肥影响的综合次序为有机肥>绿肥>无机肥(氮、磷、钾比例22∶8∶15，总有效养分含量≥45%)>无机肥(氮、磷、钾比例16∶16∶16，总有效养分含量≥48%)>不施肥。(2)土壤养分与巨龙竹地上鲜重均呈现正相关，土壤酶活性与巨龙竹秆鲜重、叶鲜重呈现正相关，真菌和固氮菌与巨龙竹地上生物量呈现正相关，细菌和放线菌与巨龙竹地上生物量呈现正相关。