不同施肥措施對楊樹幼苗根際土壤微環(huán)境特征的影響

楊學波，付瑞彪，楊云斐，侯 寧，井大煒

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不同施肥措施對楊樹幼苗根際土壤微環(huán)境特征的影響

楊學波，付瑞彪，楊云斐，侯 寧，井大煒*

(德州學院 資源環(huán)境與規(guī)劃學院, 山東 德州 253023)

為探討牛糞與尿素配施對楊樹幼苗根際微域的作用效果，為土壤的培肥與楊樹生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。通過盆栽試驗，研究CK(不施肥)、CF(單施化肥)、CM(牛糞)與CM+CF(牛糞與尿素各提供50%的氮)等處理對魯林1號楊樹幼苗根際土壤微生態(tài)環(huán)境特征的影響。結(jié)果表明：CM+CF處理較CF處理能明顯提高根際土壤中根系分泌物含量，其中有機酸含量、氨基酸總量和總糖含量分別高出51.49%、34.13%和30.19%。不同施肥處理對根際土壤的理化性狀具有明顯影響，CM+CF處理降低了根際土壤pH值，提高了根際土壤的值、陽離子代換能力與飽和持水量。同時，該處理亦明顯增加了根際土壤中堿解氮、速效磷與速效鉀含量，分別較CF處理提高49.82%、53.87%和45.43%。此外，CM+CF處理顯著增加了根際土壤中腐殖酸與胡敏酸含量，并顯著提高了胡/富比，其中胡敏酸含量較CK、CF與CM處理分別提高50.47%、43.75%和12.59%。綜上，牛糞配施尿素能更有效地改善楊樹幼苗根際區(qū)域的微生態(tài)環(huán)境，從而更利于楊樹幼苗的生長發(fā)育。

魯林1號楊；牛糞；根系分泌物；理化性質(zhì)；腐殖質(zhì)組成

楊樹()是中國速生豐產(chǎn)林工程的重要造林樹種[1-2]。但目前由于施肥措施不當，在人工林經(jīng)營中已出現(xiàn)了林地土壤環(huán)境持續(xù)惡化與林地生產(chǎn)力日益下降的現(xiàn)象[3]，亟需科學高效的培肥技術來提升林地肥力?？梢?，傳統(tǒng)施肥方式的改變刻不容緩。

有機肥具有豐富的營養(yǎng)成分，對土壤理化性狀有明顯的改善作用[4]，并能緩慢釋放養(yǎng)分，與普通化肥相比具有更長的肥效期及更高的養(yǎng)分利用效率[3,5]。因此，化肥與有機肥配合施用是多年來諸多學者密切關注的焦點。牛糞僅次于豬糞資源，是一種十分豐富的有機肥源[6]。近年來，眾多學者關于牛糞對玉米[6]、水稻[7]、大豆[8]、小麥[9]等農(nóng)作物的影響研究做了大量工作，并獲得了比較顯著的增產(chǎn)效應，但是針對林木的應用研究報道則較少，尤其關于牛糞對楊樹根際土壤腐殖質(zhì)組成的研究還未見報道。

林木根際主要由林木根系-土壤-微生物組成[10-11]，并與原土體有顯著差異。而腐殖質(zhì)是土壤有機質(zhì)的核心組成部分，既可以作為營養(yǎng)元素的“庫”，還能影響土壤中的礦物元素等，其含量高低是評估土壤肥力水平的重要參考依據(jù)之一[12]?；诖?，本試驗把已經(jīng)腐熟好的牛糞作為試驗材料，開展了牛糞配施尿素對楊樹苗根際土壤微環(huán)境特征的探索研究，旨在為篩選適宜的施肥方案，更好地改善楊樹根際的微域環(huán)境條件，進而為楊樹人工林生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供必要的技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗地點設置在德州市農(nóng)科院的試驗大棚，供試土壤為潮土，土壤堿解氮32.98 mg/kg，速效磷28.42 mg/kg，速效鉀85.96 mg/kg，有機質(zhì)含量12.02 g/kg。所用牛糞是采自臨近的養(yǎng)殖場，并已腐熟發(fā)酵與風干后才進行施用，其基本理化性質(zhì)如下：含水量21.89%，有機質(zhì)116.32 g/kg，全氮7.86 g/kg，全磷5.61 g/kg，全鉀3.39 g/kg。所用化肥為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。楊樹扦插苗品種為魯林1號楊(‘Lulin-1’)，接穗長15~16 cm，莖粗2 cm，質(zhì)量為24~26 g，每盆扦插2棵。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，隨機區(qū)組設計，共設置4個處理：（1）CK：不施肥；（2）CF：單施化肥；（3）CM：牛糞；（4）CM+CF：牛糞和尿素分別提供一半的氮。每個處理12盆，共計48盆。除CK以外，其他各處理的養(yǎng)分量均保持一致，N、P與K含量分別為3.62，1.98，3.88 g，各處理N、P、K不足部分分別用尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)補足。試驗所用盆是從市場購買的圓柱形塑料盆，具體規(guī)格為：外口直徑 34 cm、內(nèi)口直徑29 cm、高度23 cm、底部直徑19 cm。在2017年4月9日進行盆栽試驗時，將土壤與肥料充分混合后裝入盆，每盆的裝土量為10.3 kg。

1.3 取樣與分析測定方法

2017年10月22日從每個處理中選取有代表性的6盆，在土壤含水量適中(19%)時運用剝落分離法[13]采集根際土，風干后過1 mm篩供土壤理化性狀的測定與分析。根系分泌物中的有機酸含量、總糖含量及氨基酸含量分別運用液相色譜儀、蒽酮比色法及甲醛滴定法進行測定[14]。EC、pH、陽離子交換量(CEC)與飽和持水量的測定分別采用電導法、電位法、NH4OAc法與環(huán)刀法；全氮、速效鉀、速效磷與堿解氮含量的分析測定分別采用凱氏定氮法、NH4OAc浸提-火焰光度法、NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法與堿解擴散法；交換性鈣、交換性鎂含量運用原子吸收分光光度法測定[15]。腐殖質(zhì)各組分采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取與重鉻酸鉀氧化容量法進行測定[16]。

1.4 統(tǒng)計方法

采用Excel 2017處理數(shù)據(jù)并制圖，運用SAS軟件進行方差分析與多重比較（LSD法，<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系分泌物

從表1可知，CM+CF處理的有機酸總量、總糖含量與氨基酸總量均達到最高值，并與其他處理差異達顯著水平，分別較CF處理高出51.49%、34.13%和30.19%。同CF處理相比，CM處理的有機酸含量與氨基酸含量顯著升高，而總糖含量則變化較小。CF處理比CK顯著提升了總糖與氨基酸含量，而對有機酸總量的影響效果不明顯。數(shù)據(jù)分析顯示，不同施肥措施對根系分泌物含量起到了至關重要的作用，其中牛糞配施尿素處理可顯著促使楊樹苗根系分泌物含量的增多。

表1 楊樹苗根系分泌物含量對牛糞配施尿素的響應

表中數(shù)據(jù)為“平均值±標準差”，同列不同小寫字母表示處理間差異顯著（<0.05）。下同

2.2 根際土壤理化性質(zhì)

從表2可知，CM+CF處理的pH值為最低，相比CK、CF與CM處理分別降低0.34、0.29和0.16個單位，其中CF處理與CK差異不顯著，但明顯高于CM與CM+CF處理。各處理的EC值由大到小排序為：CM+CF、CM、CF和CK，且各處理之間差異均達顯著水平。同時可見，CM+CF與CM處理的CEC無顯著性差異，但明顯高于CK與CF處理，這說明施入牛糞對楊樹苗根際土壤的保肥性具有一定增強效應。此外，從表2還可知，CM+CF處理的飽和持水量達最大值，且顯著高于其他處理，分別比CK、CF與CM處理高出22.35%、19.20%和11.34%。

表2 楊樹苗根際土壤理化性質(zhì)對牛糞配施尿素的響應

2.3 根際土壤養(yǎng)分

從表3可知，各施肥處理相比CK能顯著增加楊樹幼苗根際土壤的全N含量，但3個施肥處理之間的差異不明顯，這表明不同施肥措施在較短時間內(nèi)對土壤全氮的影響并無顯著區(qū)別。CM+CF處理的堿解氮、速效鉀及速效磷含量均最高，并與其他處理差異達顯著水平，分別較CF處理顯著高出49.82%、53.87%與45.43%；依次為CM處理，亦明顯高于CK與CF處理。由表3還可得出，同CK相比，各個施肥措施對交換性Ca含量的影響較小，而對交換性Mg含量則有顯著提高效應，其中CM+CF處理的交換性Mg含量最高，并顯著高于其他處理。以上分析得出，牛糞與尿素配施更有助于提高楊樹苗根際土壤的養(yǎng)分含量。

表3 楊樹苗根際土壤養(yǎng)分對牛糞配施尿素的響應

2.4 根際土壤腐殖質(zhì)組成

從表4可見，CM處理的胡敏素碳明顯高于其他處理，而腐殖酸碳與CM+CF處理差異不顯著，但仍顯著高于CK與CF處理。同時，CM+CF、CM處理相比CK能顯著降低胡敏素碳與腐殖酸碳的比值，其中CM+CF處理明顯低于CM處理。由表4還可知，CM+CF與CM處理能顯著促進胡敏酸碳與富里酸碳的提高，其中CM+CF處理的胡敏酸碳明顯高于其他處理，分別比CK、CF與CM處理顯著高出50.47%、43.75%和12.59%。此外，CM+CF處理的HA/FA比值最大，分別較CK、CF和VC處理明顯提高20.57%、20.38%和13.28%，而其他處理間差異均不顯著。數(shù)據(jù)分析認為，牛糞配施尿素比單施化肥能降低胡敏素碳與腐殖酸碳的比值，并提高腐殖酸碳與胡敏酸碳，同時還可以顯著提高HA/FA比值。

表4 楊樹苗根際土壤腐殖質(zhì)組成對牛糞配施尿素的響應

3 結(jié)論與討論

本試驗研究中，牛糞的施用對楊樹幼苗根際土壤理化性狀產(chǎn)生了明顯的改善效應。首先是牛糞處理使楊樹苗根際土壤的pH值顯著降低。植物根系具有較強的合成功能，可以合成植物堿、維生素與氨基酸等[17]，能在植物整個生長期間進行較活躍的代謝作用，并持續(xù)不斷地向根外分泌無機或有機物質(zhì)，即根系分泌物[18]。施入牛糞對楊樹苗根系分泌物中有機酸含量具有顯著的提升作用，分析其可能是牛糞促使根際土壤pH值下降的機制之一。同時，牛糞處理較對照和單施化肥能明顯提高根際土壤中速效磷與速效鉀含量，究其原因可能與土壤pH值的下降有關聯(lián)，有助于促進磷與鉀的溶解[18]。有諸多學者研究發(fā)現(xiàn)[12]，pH值下降能顯著減弱胡敏酸的固持能力，這亦或是提升土壤養(yǎng)分離子有效性的機制之一。而且元素有效性的提高有利于增加養(yǎng)分離子濃度，進而導致楊樹苗根際土壤中EC值的升高。此外，施用牛糞亦顯著增加了胡敏酸含量，而胡敏酸是一種可變電荷有機膠體，富含多種功能團且反應活性較強[16]，胡敏酸含量的提升是增強根際土壤陽離子代換能力的重要機制之一。

有研究[12]發(fā)現(xiàn)，有機肥配施無機肥能明顯促進土壤中胡敏酸與富里酸含量的提升，并使胡/富比顯著升高。本研究認為，與單施化肥相比，施用牛糞可以顯著提升楊樹苗根際土壤中腐殖酸、胡敏酸含量與胡/富比。這與徐憲斌[19]關于玉米根際土壤的研究結(jié)果相類似。究其原因可能與施入牛糞能明顯提高根系分泌物含量有一定關聯(lián)，同時部分根系的腐解及脫落亦可能會改變土壤的腐殖質(zhì)組成。以上分析得出，牛糞的施入可以加速土壤有機質(zhì)的腐殖化，進而有助于形成較大的團聚體，這對于吸附、貯存及釋放水分養(yǎng)分起著十分重要的調(diào)控效應[12,20]。

此外，本試驗還發(fā)現(xiàn)，牛糞與尿素配施較單施牛糞對楊樹苗根際土壤微生態(tài)環(huán)境的改善效果更佳，其原因可能是因為尿素的施用不但能對土壤中氮的消耗起到補充作用，還對土壤C/N比有較好的調(diào)節(jié)效應，這有利于加速土壤微生物的繁殖且提升微生物活性，進而有助于根際土壤理化性狀的顯著改善與楊樹苗根系的良好生長。同時，CM與CM+CF處理的楊樹苗成活率均為100%，CK與CF處理的成活率為95.8%；在收獲期時，CM+CF處理的楊樹苗地徑、株高分別為14.58 mm、201.95 cm，并顯著高于其他處理。

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Effects of Different Fertilization Measures on Micro-environment Characteristics in Rhizosphere Soil of‘’ Seedlings

YANG Xue-bo, FU Rui-biao, YANG Yun-fei, HOU Ning, JING Da-wei*

(College of Resources Environment and Planning, Dezhou University, Dezhou, Shandong 253023, China)

To explore effects of cattle manure co-applied urea on micro-zone characteristics in the rhizosphere soil ofseedlings, and to provide theoretical basis for the fertilization of soil and sustainable production of poplar, this study was done. A pot experiment, including four treatments, i.e. CK (neither urea nor cattle manure was applied), CF (100% of nitrogen was provided by urea), CM (100% of nitrogen was provided by cattle manure), and CM+CF(50% and 50% of nitrogen was provided by cattle manure and urea, respectively), was conducted to evaluate the effects of cattle manure co-applied with inorganic fertilizer on the ecological environment characteristics of poplar seedlings’rhizosphere soil. In comparison with CF treatment, CM+CF treatment significantly increased total amino acids, total organic acids and total sugars in the root exudates by 51.49%, 34.13% and 30.19%, respectively. Different fertilization had great different effect on soil physicochemical properties. CM+CF treatment significantly decreased the pH, and increased its electric cation, cation exchange capacity and saturation moisture capacity in the rhizosphere soil. In the meantime, CM+CF treatment also increased the contents of alkali-hydrolyzale nitrogen, available phosphorus and available potassium by 49.82%, 53.87% and 45.43%, respectively. Additionally, CM+CF treatment significantly increased the contents of soil humus acid and humic acid, and correspondingly the ratio of humic acid to fulvic acid increased, of which the humic acid content increased by 50.47%, 43.75% and 12.59% compared with those in the treatments of CK, CF and CM, respectively. As a result, cattle manure co-applied urea could be beneficial to improve the micro-ecological environment, which was helpful for the growth of poplar seedlings.

‘’; cattle manure; root exudate; physicochemical properties; humus composition

S157.4+1；S792.11

A

2095-3704（2018）03-0198-05

2018-07-17

德州學院大學生研究訓練計劃項目

楊學波(1996—)，男，本科，主要從事地理科學研究，dlxyangxb@163.com；

井大煒，副教授，博士，jingdawei009@163.com。

楊學波, 付瑞彪, 楊云斐, 等. 不同施肥措施對楊樹幼苗根際土壤微環(huán)境特征的影響[J]. 生物災害科學, 2018, 41(3): 198-202.