環(huán)洞庭湖區(qū)楊樹人工林測土配方施肥及其與樹體養(yǎng)分的相關(guān)性

楊 艷 ，湯玉喜，唐 潔 ，李永進(jìn) ，李志輝 ，吳 敏

（1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004）

測土配方施肥是以土壤性能以及養(yǎng)分測定、植物需肥規(guī)律為依據(jù)，將所需肥料按著一定的比例合理施用的施肥技術(shù)[1-2]。其研究和應(yīng)用能調(diào)節(jié)林木與土壤對肥料的供需平衡，對改善土壤理化性質(zhì)，提高肥料利用率具有積極的作用，利于林農(nóng)準(zhǔn)確掌握林木豐產(chǎn)需肥特性，減少因過度施肥而造成的肥料浪費(fèi)和林地生態(tài)惡化[3-4]。測土配方施肥技術(shù)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，20世紀(jì)50年代后期，我國林業(yè)施肥才逐步興起。熊文愈[5]于20世紀(jì)50年代對毛竹施肥進(jìn)行了相關(guān)測試，隨后林業(yè)工作者們相繼開展了杉木、泡桐、桉樹等的施肥研究工作。20世紀(jì)70—80年代間，林業(yè)施肥研究主要側(cè)重于林木施肥效應(yīng)研究；20世紀(jì)90年代至今，逐步開展了速生樹種以及經(jīng)濟(jì)林的施肥優(yōu)化技術(shù)研究，為林業(yè)生產(chǎn)開展合理施肥提供珍貴的理論依據(jù)，對培育高產(chǎn)高效林木具有巨大的推動作用[6-10]。

楊樹生長快，適生性強(qiáng)，具有防風(fēng)固沙、水土保持和生態(tài)綠化及修復(fù)等特性，是我國栽培面積最大、產(chǎn)量最高的速生用材樹種[11]。20世紀(jì)70年代以來，楊樹被廣泛用于洞庭湖區(qū)短周期工業(yè)原料林以及長江流域生態(tài)防護(hù)林建設(shè)，是我國紙漿材及工程結(jié)構(gòu)用材的重要樹種之一[12]。隨著楊樹人工林的快速發(fā)展，低產(chǎn)低效、林地土壤肥力衰退等問題日漸凸顯。面對地力衰退等問題，肥料的施用成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，許多專家學(xué)者開展了楊樹林地施肥研究。劉勇和曹幫華兩個(gè)團(tuán)隊(duì)分別對毛白楊在不同施肥處理下的抗寒性以及施肥效應(yīng)進(jìn)行了探討[13-14]；于彬和趙好等人分別對蘇北楊樹和楊樹的速生豐產(chǎn)配方施肥進(jìn)行了研究[15-16]；周林[17]也對楊樹林帶定量施肥效果做了初步的分析；曾慧杰等[18-20]對楊樹幼林開展了測土配方施肥試驗(yàn)，但環(huán)洞庭湖區(qū)楊樹中齡林測土配方施肥以及樹體養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性探討鮮有報(bào)道。本研究對環(huán)洞庭湖區(qū)的楊樹中齡林測土配方施肥進(jìn)行了探討，研究分析了不同肥料配比下楊樹的生長情況，以及土壤養(yǎng)分與樹體養(yǎng)分的相互關(guān)系，探討了楊樹中齡林氮、磷、鉀肥互作效應(yīng)，為楊樹人工林速生豐產(chǎn)施肥提供理論依據(jù)，同時(shí)對林地土壤肥力管理和可持續(xù)經(jīng)營提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試區(qū)域與土壤概況

供試林地為中齡林期的楊樹人工林，位于岳陽市君山區(qū)。該區(qū)域?yàn)閬啛釒駶櫄夂?，四季分明，光照充足，年降水? 200～1 300 mm，地勢平坦，土壤為湖洲潮土[21-22]。該林地土壤 pH 值為8.5，有機(jī)質(zhì)含量為2.206 g/kg，速效氮、磷、鉀含量分別為42.55、2.26、51.8 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用正交設(shè)計(jì)（L1643），共16個(gè)處理，隨機(jī)排列，3次重復(fù)，每個(gè)處理選擇9株樹，小區(qū)間設(shè)置1行保護(hù)行，共48個(gè)小區(qū)（見表1）。樣地設(shè)置時(shí)間為2014年6月。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 施肥方法

肥源：氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀。采用半月條狀施肥，施肥前除凈雜草，溝寬30～40 cm，深20～25 cm，肥料均勻施于溝穴中，隨即覆土，每年對換方位。施肥時(shí)間為2014—2016年的6月，施肥后定點(diǎn)測量林木3 a的樹高、胸徑的生長量。

1.3.2 養(yǎng)分測定方法

對樣地的土壤以及標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行了養(yǎng)分測定，測定方法依據(jù)國家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測定[23-24]。

有機(jī)質(zhì)的測定：重鉻酸鉀容量法；

全氮的測定：采用凱氏消煮—鹽酸滴定法；

全量磷的測定：鉬銻抗比色法；

全量鉀的測定：火焰光度法；

速效氮的測定：堿解擴(kuò)散法；

速效磷的測定：碳酸氫鈉浸提—鉬酸銨抗比色法，分光光度計(jì)測定；

速效鉀的測定：乙酸銨浸提—原子吸收光譜測定；

pH值：pH計(jì)測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析均采用Excel 2007進(jìn)行初步處理，再通過SPSS 20.0進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、方差、相關(guān)性等方面的分析。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table1 Experimental design (kg·株 -1)

2 結(jié)果與分析

2.1 配方施肥對楊樹生長的影響

施肥的最終目的是改善土壤肥力、提高林木產(chǎn)量，評價(jià)施肥效果最直觀的指標(biāo)主要是林木樹高和胸徑的生長量。

通過測土配方施肥，經(jīng)過每年的定期定點(diǎn)測量，對楊樹樹高及胸徑的生長量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。由表2可以看出，楊樹中齡林各施肥處理間胸徑生長量存在顯著差異（P＜0.05），且均高于對照CK；而各施肥處理的樹高生長量差異不顯著，有些處理的樹高生長量較對照CK還要低。在16個(gè)施肥處理中，楊樹胸徑生長量大于5 cm的施肥處理由大到小依次為處理16（6.07 cm）＞處理3（5.97 cm）＞處理2（5.48 cm）＞處理1（5.39 cm）＞處理14（5.16 cm），其他施肥處理的胸徑生長量均低于5 cm；樹高生長量基本上都在5.0 m以上，其中最大的樹高生長量為施肥處理16（5.84 m），其次分別為處理11（5.76 m）、處理3（5.52 m）、處理8（5.5 m）、處理2（5.41 m），其他施肥處理的樹高生長量均與對照差異不大，有些施肥處理的樹高生長量低于對照CK，依次為處理6（5.02 m）、處理1（4.84 m）、處理13（4.83 m）、處理15（4.7 m）及處理14（4.68 m）。綜合以上分析，林木總體生長最好的是施肥處理16，其平均胸徑及樹高生長量分別為6.07 cm和5.84 m，相比對照CK增長率分別可增加10.58%和7.11%；其次是施肥處理3和施肥處理2，兩種施肥處理的胸徑和樹高相比對照CK增長率均分別增加8.18%和3.57%以上，綜合表現(xiàn)較佳。

表2 不同施肥處理對中齡林生長的影響?Table2 Influence of different fertilizer treatments onmid-maturation forest growth

2.2 土壤養(yǎng)分與樹體養(yǎng)分相關(guān)性

樹體養(yǎng)分含量與土壤中的養(yǎng)分含量密切相關(guān)，這是由于樹體中大部分養(yǎng)分來源于土壤。研究土壤與樹體養(yǎng)分間的相關(guān)性，有助于了解土壤養(yǎng)分含量對樹體吸收養(yǎng)分的直接影響及了解其它土壤因素如pH值和有機(jī)質(zhì)含量對樹體吸收養(yǎng)分的影響，從而為測土配方施肥提供科學(xué)依據(jù)。

樹體中氮、磷、鉀含量與土壤中多種養(yǎng)分都呈現(xiàn)出顯著或極顯著相關(guān)性（見表3）。樹體氮含量與土壤pH值、全硫呈極顯著正相關(guān)（0.831和0.967），與鈣鎂含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（-0.991和-0.895），與土壤全氮呈顯著正相關(guān)（0.796）；樹體中磷含量與土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀呈極顯著正相關(guān)（0.849和0.980），與全鉀呈顯著正相關(guān)（0.715），與速效磷和全硫分別呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)（-0.801和-0.750）；葉片鉀含量與土壤中速效鉀、鈣、鎂呈極顯著負(fù)相關(guān)（-0.867、-0.908和-0.875），與全硫呈極顯著正相關(guān)（0.957）。以上表明中齡林對土壤肥力要求較高，在林木栽培過程中需要適時(shí)地開展平衡施肥，以達(dá)到林木生長所需養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分供給的平衡。

2.3 測土配方施肥效應(yīng)分析

通過分析測土配方施肥對林木生長的影響可知，施肥效應(yīng)對林木胸徑的影響較大，對樹高生長的影響并不顯著。鑒于此，根據(jù)對測土配方施肥試驗(yàn)連續(xù)近3 a的測定，初步構(gòu)建了氮、磷、鉀肥與胸徑生長量的回歸統(tǒng)計(jì)模型，同時(shí)分析了氮肥與磷肥、磷肥與鉀肥、氮肥與鉀肥之間的互作效應(yīng)。

根據(jù)回歸分析（見表4）可以看出，胸徑的生長量與氮、磷、鉀肥之間存在著顯著相關(guān)性，表明楊樹的生長在中齡期受氮、磷、鉀肥影響較明顯。氮肥對中齡林楊樹胸徑生長的影響呈現(xiàn)拋物線形，隨著氮肥的增加，胸徑呈現(xiàn)增加的趨勢，當(dāng)?shù)视昧吭黾拥?.24 kg/株時(shí)，林木胸徑生長量達(dá)到最大，為5.07 cm；磷肥對中齡林楊樹胸徑生長的影響呈倒拋物線形，當(dāng)磷肥用量為0.916 kg/株時(shí)，胸徑生長量最小為3.723 cm；鉀肥對中齡林楊樹的影響與氮肥相同，當(dāng)鉀肥增加到0.01 kg/株時(shí)，胸徑生長量達(dá)到最大，為5.39 cm。由此可見，在環(huán)洞庭湖區(qū)，單因子施肥條件下，氮肥及鉀肥用量對林木生長的影響存在一個(gè)上限值，并不是多多益善，當(dāng)?shù)屎外浄视昧扛哂谏舷拗禃r(shí)，將對林木的生長造成一定的抑制作用；磷肥的施用對林木生長的促進(jìn)作用在短期內(nèi)是隨施肥用量的增加而不斷增強(qiáng)，這可能與當(dāng)?shù)赝寥佬纬梢蛩卮嬖谝欢ǖ年P(guān)系，當(dāng)然具體原因還有待于進(jìn)一步的研究。

表3 土壤養(yǎng)分與樹體養(yǎng)分相關(guān)性?Table3 Correlation between soil nutrients and tree body nutrients

表4 測土配方施肥與楊樹胸徑生長量的回歸方程?Table4 Regression equation of soil formula fertilizer and poplar DBH growth

由表5可知，氮肥、磷肥互作中，林木胸徑的增長量隨氮肥、磷肥的施肥量增加而增加，當(dāng)?shù)视昧繛?.6 kg/株時(shí)，胸徑增長量不再增加，當(dāng)磷肥增至0.5 kg/株時(shí)，胸徑的增長量反而減小，當(dāng)?shù)屎土追视昧糠謩e為0.6 kg/株和0.5 kg/株時(shí)，胸徑增長量達(dá)到最小僅為4.17 cm；氮肥、鉀肥的交互作用中，胸徑生長量均隨氮肥用量增加而增加，當(dāng)?shù)试黾拥?.4 kg/株時(shí)，胸徑生長量達(dá)到最大值5.97 cm，鉀肥通過與氮肥的耦合作用，在用量為0～0.15 kg/株時(shí)，胸徑生長量均能表現(xiàn)出較好的增長趨勢；磷肥和鉀肥互作中，胸徑生長量隨著磷肥的增加呈現(xiàn)出先減小后增加的倒拋物線的增長趨勢，但隨鉀肥用量的增大而逐漸增加。

表5 氮磷鉀雙因素效應(yīng)分析Table5 Analysis of the double factor of phosphorus, nitrogen and potassium

3 結(jié)論與討論

楊樹生長快，對土壤肥力要求較高，測土配方施肥能夠很好的了解楊樹的需肥特性，開展平衡施肥，利于實(shí)現(xiàn)楊樹的速生豐產(chǎn)。通過對洞庭湖區(qū)楊樹中齡期人工林測土配方施肥的探討發(fā)現(xiàn)，氮肥、磷肥互作效應(yīng)和氮肥、鉀肥互作效應(yīng)相似，由于肥料間的耦合作用，胸徑生長量均隨氮肥的增加呈現(xiàn)出明顯的先增后減的總體趨勢，表明氮、磷和氮、鉀互作效應(yīng)在中齡期楊樹的生長過程中作用顯著；磷肥和鉀肥互作，胸徑生長量變化不明顯，表明磷鉀互作效應(yīng)對中齡期楊樹作用不顯著。該結(jié)論與趙好等[15]的研究結(jié)果存在一定的差異，差異產(chǎn)生的原因存在多種可能，生長環(huán)境、立地條件以及樹齡和無性系的差異均會導(dǎo)致研究結(jié)論的不一致性，因此，還有待進(jìn)一步的深入研究驗(yàn)證。

氮、磷、鉀肥合理的混合施用對楊樹的促進(jìn)作用顯而易見。楊樹中齡林各施肥處理間胸徑生長量存在顯著差異（P＜0.05），且均高于對照CK；而樹高生長量差異不顯著，有些處理的樹高生長量較對照CK還要低。相關(guān)研究表明，氮、磷、鉀配方施肥對楊樹胸徑的增長作用較樹高為好，本研究與此基本一致[15-17]。綜合各試驗(yàn)處理，林木總體生長最好的是施肥處理16（0.6 kg/株氮肥、1.5 kg/株磷肥、0.15 kg/株鉀肥），其平均胸徑及樹高生長量分別為6.07 cm和5.84 m，相比對照CK增長率分別可增加10.58%和7.11%，該施肥配比可初步在試驗(yàn)區(qū)推廣應(yīng)用。由于測土配方施肥是一項(xiàng)精準(zhǔn)的林業(yè)施肥技術(shù)，具有專肥專用性，在開展測土配方施肥時(shí)應(yīng)根據(jù)各地氣候條件、土壤質(zhì)地與肥力等差異，對各種植區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以充分發(fā)揮測土配方施肥對楊樹人工林速生豐產(chǎn)的促進(jìn)作用，以推動楊樹產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)快速發(fā)展。

中齡期的林木由于正處于快速發(fā)育階段，光合能力以及蒸騰作用逐漸增強(qiáng)，土壤中的養(yǎng)分以及礦質(zhì)元素越來越多的參與到林木養(yǎng)分循環(huán)中，其中絕大部分轉(zhuǎn)化為林木的干物質(zhì)，另一部分通過枯枝落葉歸還到林地土壤中。而又由于此齡期的林木凋落物較少，養(yǎng)分歸還能力較差，土壤肥力隨著林木的生長逐漸呈現(xiàn)下降趨勢，因此，林木自身養(yǎng)分與土壤中多種養(yǎng)分及礦質(zhì)元素呈現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)，表明中齡林對土壤肥力要求較高，在林木栽培過程中需要適時(shí)地開展平衡施肥，以達(dá)到林木生長所需養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分供給的平衡。

通過開展測土配方施肥對楊樹中齡林生長影響的研究以及樹體養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分的相關(guān)分析，初步掌握了洞庭湖區(qū)楊樹中齡期人工林需肥規(guī)律，得出了該區(qū)域楊樹中齡期速生豐產(chǎn)的施肥配比，為開展洞庭湖區(qū)高產(chǎn)低耗高效楊樹人工可持續(xù)經(jīng)營奠定了基礎(chǔ)。但鑒于時(shí)間和條件限制，為能全面深入探討測土配方施肥對楊樹中齡林生長的影響，還需進(jìn)一步結(jié)合生理生態(tài)特性、微觀結(jié)構(gòu)等手段探析林木生長對測土配方施肥的響應(yīng)機(jī)理，為楊樹人工林可持續(xù)經(jīng)營構(gòu)建更加合理的精準(zhǔn)施肥方案。