閩北馬尾松二代種子園土壤營養(yǎng)診斷研究

陳元鎮(zhèn)，陳 杰，李寶福

（1.福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 南平 353000；2.福建省建陽范橋國有林場，福建 建陽 354200；3.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012）

林木營養(yǎng)診斷包括土壤和樹體營養(yǎng)診斷，是利用生物或化學(xué)測定方法對土壤、植物體的營養(yǎng)元素的含量盈虧狀況、元素間的相互關(guān)系以及對植物產(chǎn)量或質(zhì)量的影響進(jìn)行分析判斷，從而指導(dǎo)植物合理施肥、缺素矯正的一種營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)[1-2]。有關(guān)用材林、經(jīng)濟(jì)林的營養(yǎng)診斷已有較多的文獻(xiàn)報(bào)道[3-6]，但有關(guān)馬尾松Pinus massoniana種子園的營養(yǎng)診斷研究起步較晚，相對比較薄弱。

從20世紀(jì)80年代以來，廣東、廣西、福建、江西等省在馬尾松種子園的建園、經(jīng)營管理和育種材料方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，并取得了突出成果[7-10]，但在馬尾松種子園配方施肥方面仍然很薄弱，有關(guān)馬尾松種子園的土壤特點(diǎn)、營養(yǎng)診斷方面的研究除了本項(xiàng)目研究成員潘瓊?cè)豙11-12]、陸梅等[13-14]相關(guān)研究成果外少見報(bào)道，生產(chǎn)上馬尾松種子園的施肥長期停留在經(jīng)驗(yàn)和以NPK 復(fù)合肥為主的局面[15]，影響著種子園的產(chǎn)量和質(zhì)量。為了精準(zhǔn)提高馬尾松種子園的營養(yǎng)管理水平，促進(jìn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，項(xiàng)目從2011年開始開展馬尾松種子園土壤、樹體營養(yǎng)診斷研究并取得結(jié)果，隨后陸續(xù)發(fā)表了馬尾松一代種子園的相關(guān)科技文章，但二代種子園的相關(guān)研究結(jié)果申請發(fā)明專利[16]而未能及時(shí)刊發(fā)，限于母樹年齡增長、樹型變化以及經(jīng)營管理措施等影響，之前的研究結(jié)果可能與現(xiàn)實(shí)有偏差，為此2018年再次對二代種子園進(jìn)行土壤和球果產(chǎn)量的調(diào)查測定、分析探討，揭示影響馬尾松二代種子園球果產(chǎn)量的主導(dǎo)土壤因子及養(yǎng)分因子作用規(guī)律，并通過營養(yǎng)診斷初步制定配方施肥的配比和施肥量，為優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的馬尾松二代種子園的養(yǎng)分管理提供科學(xué)理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究的馬尾松二代種子園為邵武衛(wèi)閩國有林場的馬尾松良種基地，地處閩北山區(qū)（117°38′E，27°08′N），屬武夷山脈延伸支脈的中低山。該區(qū)中亞熱帶氣候特征明顯，溫度高雨量足，年平均溫度17.7℃，年降水量1 500～2 100 mm，降雨大多集中在3—9月份，年平均有霧日117.6 d，年蒸發(fā)量1 283 mm。種子園土壤為山地紅壤，土壤酸性較強(qiáng)，土層厚度多超過1 m，腐殖質(zhì)層厚度平均在2～4 cm 之間，立地條件較好。

該馬尾松二代種子園面積共34 hm2，設(shè)8 個(gè)大區(qū)42 個(gè)小區(qū),含114 個(gè)無性系，定植密度225株/hm2，母樹株行距為6 m×7 m。經(jīng)營管理措施：每年進(jìn)行2 次的帶面全鋤、帶間劈草或化學(xué)除草、施肥（每年3—4月份在樹體基部兩側(cè)每株施500 g復(fù)合肥或1 500～2 000 g 農(nóng)家肥雞糞）、病蟲害防治（定時(shí)噴霧白僵菌、甲基托布津等藥劑）等撫育管理，并適時(shí)截頂，剪除病枝徒長枝、拉枝定型等樹體管理措施，種子園母樹生長旺盛，樹體冠幅大，矮化控制好，但種子園產(chǎn)量較低。

1.2 方 法

1）土壤調(diào)查取樣與測定。2018年10月，根據(jù)種子園的分布情況，選擇在不同地形、坡位、坡度的母樹，確定代表性樣點(diǎn)20 個(gè)，距離樹體基干約1 m 處設(shè)置剖面采集土樣，每個(gè)樣點(diǎn)全層采集0～40 cm 深度的土樣500 g，混合均勻。風(fēng)干土樣，去除根莖及碎石雜物，研磨后過2.5 mm 土壤篩，裝瓶備用。按照森林土壤養(yǎng)分測定的國家標(biāo)準(zhǔn)[17]測定種子園土壤的水解氮、速效磷、速效鉀、速效鈣、速效鎂、有效硼、有效鉬等速效養(yǎng)分含量。

2）球果產(chǎn)量的測定。選定土樣采集點(diǎn)對應(yīng)的目的母樹，在母樹樹冠東西南北4 個(gè)方向采集球果15粒，測定母樹球果單粒質(zhì)量，并測定其含水量，求算球果產(chǎn)量。

3）數(shù)據(jù)處理。根據(jù)種子園各養(yǎng)分含量測定結(jié)果及母樹球果產(chǎn)量調(diào)查數(shù)據(jù)，對調(diào)查測定數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析和統(tǒng)計(jì)處理，探尋種子園土壤養(yǎng)分與母樹球果產(chǎn)量的相關(guān)性，建立回歸模型，進(jìn)一步研究影響母樹球果產(chǎn)量的主導(dǎo)因子及各營養(yǎng)元素間的交互規(guī)律，通過求偏導(dǎo)數(shù)確定主要營養(yǎng)元素的最適宜濃度。建立的二次多項(xiàng)式回歸方程[12,18]為：

式（1）中：y為因變量，x為自變量，b0為常數(shù)項(xiàng)，bi為一次項(xiàng)系數(shù)，bii為二次項(xiàng)系數(shù)，bij為交互項(xiàng)系數(shù)。

4）建議施肥量的計(jì)算。根據(jù)測土配方施肥的養(yǎng)分平衡理論，通過需要施肥的種子園土壤養(yǎng)分測定結(jié)果與土壤最適養(yǎng)分含量的對比計(jì)算，得到營養(yǎng)元素的施用量，公式[12,18]如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松二代種子園土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性及其對球果產(chǎn)量的效應(yīng)

通過對馬尾松開花結(jié)實(shí)有較大影響作用的N、P、K、Ca、Mg、B、Mo 等7 種主要土壤速效養(yǎng)分[22]含量的測定，并調(diào)查求算相應(yīng)母樹的球果產(chǎn)量，具體結(jié)果見表1。

根據(jù)調(diào)查測定的相關(guān)數(shù)據(jù)，以單株球果產(chǎn)量為因變量（Y），以N（X1）、P（X2）、K（X3）、Ca（X4）、Mg（X5）、B（X6）、Mo（X7）為自變量，采用多項(xiàng)式回歸統(tǒng)計(jì)方法，建立二次多項(xiàng)式回歸方程（剔除不顯著項(xiàng)）：

以自變量F≤F0.1（Fα=F0.1）為取舍標(biāo)準(zhǔn)，顯著性標(biāo)準(zhǔn)為F≥F0.1，將效應(yīng)顯著性程度P大于0.1 的因子予以剔除，擬合多項(xiàng)式回歸方程，R=0.983 6**，F(xiàn)=57.515 3**，F(xiàn)＞F0.1(7,12)=2.28 顯著水平P=0.000 03，剩余標(biāo)準(zhǔn)差S=18.811 6。根據(jù)最小平方法（最小二乘法），當(dāng)顯著性水平α=0.05（自由度f=19）時(shí)，回歸估計(jì)精度1-（t0.05×S）/Y為72.90%；當(dāng)顯著性水平α=0.1 時(shí)，回歸估計(jì)精度1-（t0.1×S）/Y為62.91%。表明擬合的回歸方程能比較準(zhǔn)確地反映試驗(yàn)地馬尾松母樹球果產(chǎn)量與園地土壤速效養(yǎng)分的效應(yīng)關(guān)系。各主導(dǎo)因子及其相關(guān)參數(shù)見表2。

表1 馬尾松二代種子園土壤養(yǎng)分含量和母樹球果產(chǎn)量測定結(jié)果Table 1 Content of soil nutrient of 2nd-generation seed orchard of Pinus massoniana and yield of the cones of the seed trees

表2 各主導(dǎo)因素回歸相關(guān)參數(shù)Table 2 Correlation parameter of regression of each dominant factor

比對各主要因子的效應(yīng)t值及其顯著水平大?。ū?），發(fā)現(xiàn)土壤中N、Mg、Mo 元素以及N-Ca、N-B、P-K、P-Ca、K-Mg、K-B、B-Mo 等營養(yǎng)元素的交互效應(yīng)是影響球果產(chǎn)量的主導(dǎo)因子。單一元素效應(yīng)方面，土壤中N、Mg、Mo 的有效含量是影響馬尾松種子園產(chǎn)量的主導(dǎo)營養(yǎng)元素，對母樹球果產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率大，影響程度大小為中N＞Mo＞Mg。元素間交互效應(yīng)方面，P-K、N-B、N-Ca、K-Mg 等營養(yǎng)元素之間的交互效應(yīng)顯著，能明顯促進(jìn)球果產(chǎn)量；而K-B、B-Mo、P-Ca 的交互作用對球果有負(fù)增產(chǎn)作用，即負(fù)相關(guān)效應(yīng)。各元素間互作效應(yīng)大小依次為P-K＞N-B＞K-B＞B-Mo＞P-Ca＞N-Ca＞K-Mg。其它營養(yǎng)元素之間的互作效應(yīng)對馬尾松母株球果產(chǎn)量的影響作用則不明顯。

表3顯示，各種養(yǎng)分之間的相關(guān)性表現(xiàn)為：N 與P、K、Ca 以及Mo 與K、Ca、Mg 存在拮抗關(guān)系（即負(fù)相關(guān)關(guān)系），而其它各營養(yǎng)元素之間呈協(xié)同關(guān)系（正相關(guān)關(guān)系）。對不同的植物品種，在生長發(fā)育過程中起主導(dǎo)作用的營養(yǎng)元素及其交互效應(yīng)可能不同，甚至可能存在很大的差別。同時(shí)，在對氮和鈣的相關(guān)性研究中，發(fā)現(xiàn)N-Ca 的交互作用能提高球果產(chǎn)量，但氮、鈣兩元素間卻呈現(xiàn)拮抗關(guān)系，而K-B、B-Mo、P-Ca 的交互作用對球果產(chǎn)量存在負(fù)增產(chǎn)效應(yīng)，但元素之間卻呈現(xiàn)協(xié)同關(guān)系。該現(xiàn)象說明，呈現(xiàn)協(xié)同關(guān)系的土壤養(yǎng)分之間，其交互作用可能表現(xiàn)為負(fù)增產(chǎn)效應(yīng)；而存在拮抗關(guān)系的營養(yǎng)元素之間，其交互作用卻可能具有增產(chǎn)效應(yīng)。生產(chǎn)實(shí)踐中，配方施肥的關(guān)鍵是要根據(jù)土壤養(yǎng)分間的關(guān)系及其相互作用規(guī)律，合理調(diào)配各種養(yǎng)分間的比例及最佳施肥量。

2.2 馬尾松二代種子園土壤營養(yǎng)診斷

2.2.1 馬尾松二代種子園土壤最適養(yǎng)分濃度的確定

表3 土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性Table 3 Correlations of soil nutrients

表4 理論最高產(chǎn)量時(shí)土壤各養(yǎng)分最適濃度Table 4 Optimal concentration of the soil nutrients at the oretical maximum yield

在實(shí)際生產(chǎn)中，各種植物生長發(fā)育的最適養(yǎng)分濃度是在一定區(qū)間范圍之間的。根據(jù)馬尾松種子園中土壤養(yǎng)分含量和母樹球果產(chǎn)量測定結(jié)果（表1）得到的各速效養(yǎng)分的標(biāo)準(zhǔn)差，由X±S可得最適養(yǎng)分濃度范圍，可以作為種子園土壤營養(yǎng)診斷的標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見表5。有研究表明，林地通過科學(xué)合理施肥，實(shí)際產(chǎn)量可以達(dá)到理論產(chǎn)量的70%～80%[9]。但本試驗(yàn)測定得到的種子園球果平均產(chǎn)量僅為145.13 g·株-1，而理論值可達(dá)1 036.54 g·株-1，實(shí)際產(chǎn)量僅為理論目標(biāo)產(chǎn)量的14%左右。這說明通過土壤營養(yǎng)診斷，在馬尾松種子園的經(jīng)營管理中，實(shí)施平衡施肥對提高種子園球果產(chǎn)量具有巨大的潛力。

表5 土壤各養(yǎng)分元素最適濃度范圍（土壤營養(yǎng)診斷標(biāo)準(zhǔn)）Table 5 Optimal concentration range of the soil nutrient element (Criterion of soil nutrition diagnosis) (mg·kg-1)

2.2.2 馬尾松二代種子園土壤養(yǎng)分評價(jià)

以種子園土壤各營養(yǎng)元素最適濃度為標(biāo)準(zhǔn)，把最適濃度范圍定為中等水平，養(yǎng)分含量超過最適濃度上限值定為高水平，養(yǎng)分含量不足最適濃度下限值定為低水平，通過對表1中種子園土壤所測得的各種養(yǎng)分含量進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，以此來評價(jià)種子園土壤養(yǎng)分的盈虧狀況。從整理統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表6）可以看出，種子園土壤氮和硼的有效含量大多在中、高水平，土壤供應(yīng)能力比較強(qiáng)；鎂的有效含量屬于中等水平；鈣的有效含量多處于中低水平；而磷、鉀和鉬等養(yǎng)分的有效含量比較低，養(yǎng)分處于缺乏狀態(tài)。

表6 種子園土壤養(yǎng)分含量分布狀況Table 6 Soil nutrients distribution of seed orchard

2.3 馬尾松二代種子園測土配方施肥量的估算

馬尾松種子園樹體施肥一般在離樹干基部1 m見方，施肥深度一般在根系集中分布區(qū)，約40 cm左右深。該種子園0～40 cm 范圍的土壤密度平均值為1.18 g·cm-3，根據(jù)土壤密度數(shù)值可計(jì)算出面積為1 m2、厚度40 cm 土層的土壤重量（土壤重量=土壤體積×土壤密度）。肥料利用率受區(qū)域氣候、立地、土壤特性、耕耘措施、樹種以及肥料種類等多因素的影響，目前很難找到完整的可完全適用某個(gè)地域某個(gè)樹種的肥料利用率，因此暫以中國農(nóng)業(yè)大學(xué)21世紀(jì)全國農(nóng)業(yè)網(wǎng)肥料利用率監(jiān)測數(shù)據(jù)以及相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的相關(guān)肥料利用率來進(jìn)行估算，我國南方酸性土壤中，鉀肥、鈣肥、鎂肥的利用率分別為30%、20%和20%，氮肥利用率為30%，磷肥（P2O5）利用率約2%，微量元素鉬、硼利用率均在10%左右[12,18-20]。以馬尾松二代種子園土壤養(yǎng)分最適含量作為養(yǎng)分標(biāo)準(zhǔn)量，實(shí)際土壤養(yǎng)分含量利用表（1）中土壤養(yǎng)分平均值，通過計(jì)算，可求得馬尾松二代種子園單株母樹（1 m2面積40 cm 深度）的建議配方施肥量，具體結(jié)果見表7。

從表2～3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得知，氮、鎂營養(yǎng)是影響種子園球果產(chǎn)量的主導(dǎo)因子，且氮與鈣、硼，鎂與鉀之間的互作效應(yīng)明顯，但生產(chǎn)實(shí)際中種子園土壤氮、鎂的有效含量比較高，大多供應(yīng)充足，施氮、鎂過量對種子園產(chǎn)量可能有抑制作用，因此，種子園應(yīng)盡量少施（氮每株不超過18.5 g，鎂每株不超過18 g）或不施氮、鎂肥。土壤中磷、鉀單因素并非影響母樹球果產(chǎn)量的主導(dǎo)元素，但它們與大部分養(yǎng)分之間存在明顯的互作效應(yīng)，從而對種子園球果產(chǎn)量產(chǎn)生較大影響。閩北地區(qū)馬尾松二代種子園土壤速效磷和速效鉀含量嚴(yán)重不足，因此，適量施用磷、鉀肥能夠協(xié)調(diào)其它元素間的平衡關(guān)系，進(jìn)而達(dá)到增加產(chǎn)量的效果。而硼元素與氮、鉀、鉬等元素之間的交互作用也對種子園球果產(chǎn)量起主導(dǎo)作用，但馬尾松種子園土壤有效硼含量屬于中高水平，短期可不施硼肥。研究結(jié)果也說明，在馬尾松種子園的經(jīng)營管理過程中，不同土壤養(yǎng)分之間存在相互作用規(guī)律，合理調(diào)配土壤營養(yǎng)元素之間的比例關(guān)系和最適施肥量，是提高種子園球果產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)，本研究初步得出建議施肥配比為：P2O5∶K2O∶CaO∶Mo=1∶10∶2∶0.03，每株母樹施P2O517.23～47.44 g，K2O 90.62～240.78 g，CaO 2.88～73.40 g，Mo 0.42～1.56 g。

表7 閩北馬尾松二代種子園各營養(yǎng)元素的建議施肥量Table 7 Optimum fertilizer rate of the 2nd-generation seed orchard of Pinus massoniana in the north of Fujian province(g·株-1)

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

1）本研究在對馬尾松二代種子園土壤主要養(yǎng)分效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，土壤中氮、鎂、鉬元素以及N-Ca、N-B、P-K、P-Ca、K-Mg、K-B、B-Mo等營養(yǎng)元素的交互效應(yīng)是影響馬尾松母樹球果產(chǎn)量的主導(dǎo)因子。單一元素方面，土壤中氮、鎂、鉬的有效含量是影響馬尾松二代種子園產(chǎn)量的主導(dǎo)營養(yǎng)元素，對母樹球果產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率較大，影響程度最大的是氮，其次為鉬，鎂的貢獻(xiàn)率最小。元素間交互效應(yīng)方面，P-K、N-B、N-Ca、K-Mg等營養(yǎng)元素之間具有明顯的交互效應(yīng)，對種子園母樹球果產(chǎn)量有顯著的增產(chǎn)作用；但是K-B、B-Mo、P-Ca 的交互作用存在負(fù)相關(guān)效應(yīng)，對母樹球果產(chǎn)量有負(fù)增產(chǎn)效應(yīng)。

2）閩北馬尾松二代種子園土壤養(yǎng)分的最適含量區(qū)間范圍為：水解氮78.92～108.28 mg·kg-1，有效磷（P2O5）3.66～4.94 mg·kg-1，速效鉀（K2O）185.41～280.85 mg·kg-1，交 換 性 鈣27.23～57.11 mg·kg-1，交換性鎂7.66～18.08 mg·kg-1，有效硼0.20～0.48 mg·kg-1，有效鉬0.46～0.70 mg·kg-1。馬尾松二代種子園現(xiàn)實(shí)土壤中氮和硼的有效含量屬于中至高水平，土壤供應(yīng)比較充足；鎂的有效含量屬于中等水平；鈣的有效含量處于中或低水平；而磷、鉀、鉬等養(yǎng)分的有效濃度偏低，營養(yǎng)比較缺乏。通過母樹產(chǎn)量的調(diào)查測定，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量的高低與種子園大多數(shù)土壤養(yǎng)分的最適濃度具有良好的相關(guān)性。本試驗(yàn)的研究結(jié)果對閩北地區(qū)馬尾松種子園的合理施肥具有指導(dǎo)意義，通過營養(yǎng)診斷實(shí)施配方施肥有望提高馬尾松母樹球果的產(chǎn)量和種子品質(zhì)，和陳海艷等[18]、劉正渭[21]在種子園配方施肥的結(jié)論是一致的。閩北馬尾松二代種子園建議施肥方案為：按P2O5∶K2O∶CaO∶Mo=1∶10∶2∶0.03的比例，每株母樹分別施P2O517.23～47.44 g，K2O 90.62～240.78 g，CaO 2.88～73.40 g，Mo0.42～1.56 g。

3.2 討 論

1）在土壤養(yǎng)分效應(yīng)的試驗(yàn)分析中發(fā)現(xiàn)，氮、鎂營養(yǎng)是影響種子園球果產(chǎn)量的主導(dǎo)因子，且氮與鈣、硼，鎂與鉀之間的互作效應(yīng)明顯，但生產(chǎn)實(shí)際中種子園土壤氮、鎂的含量比較高，大多供應(yīng)充足，氮、鎂施用過量對種子園產(chǎn)量有抑制作用，因此，種子園應(yīng)盡量少施氮、鎂肥。而磷、鉀等元素并非影響種子園產(chǎn)量的主導(dǎo)因子，但兩者與其它營養(yǎng)元素之間的互作效應(yīng)對球果產(chǎn)量有明顯的影響。這與潘瓊?cè)豙12]、陸梅等[13]對馬尾松種子園施肥試驗(yàn)的結(jié)果相吻合。測定結(jié)果中，閩北地區(qū)馬尾松種子園土壤磷鉀養(yǎng)分嚴(yán)重不足，磷鉀肥的補(bǔ)充是非常必要的，但生產(chǎn)上馬尾松種子園普遍施用固定比例的氮磷鉀復(fù)合肥，這在閩北地區(qū)馬尾松二代種子園經(jīng)營管理中不是合理的措施。

2）由于肥料利用率受區(qū)域氣候、立地、土壤特性、耕耘措施、樹種以及肥料種類等多因素的影響，文中暫以相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的肥料利用率來進(jìn)行估算，所得出的建議配方施肥方案還有待開展田間施肥試驗(yàn)以及肥料利用率研究來進(jìn)一步完善。本研究僅用母樹球果產(chǎn)量作為種子園性狀指標(biāo)來評價(jià)土壤養(yǎng)分盈虧狀況，限于條件限制，有關(guān)球果出仔率、種子飽滿度、發(fā)芽率等質(zhì)量指標(biāo)還有待納入進(jìn)行多性狀綜合評價(jià)，筆者將做進(jìn)一步的調(diào)查研究。

3）目前馬尾松二代種子園的營養(yǎng)不良直接導(dǎo)致了球果的實(shí)際產(chǎn)量不到理論目標(biāo)產(chǎn)量的15%，隨著馬尾松種子園樹體的逐漸老化，種子園產(chǎn)量和質(zhì)量除了受遺傳控制外，還受區(qū)域氣候環(huán)境、立地條件、樹體年齡與冠型、經(jīng)營管理水平等的影響，加上山地土壤具有很強(qiáng)的異質(zhì)性以及人為土壤取樣、測定分析所帶來的誤差，單從土壤角度來進(jìn)行配方施肥很難做到絕對精準(zhǔn)[14]。本研究結(jié)果只能作為評價(jià)種子園土壤盈虧狀況、供肥特性以及開展配方施肥試驗(yàn)和短期內(nèi)對種子園進(jìn)行施肥的參考。要得到比較合理的種子園配方施肥方案，尚需開展多元素配方施肥定位試驗(yàn)，并結(jié)合樹體營養(yǎng)診斷，利用多年的定位觀測來完善。