長期集約經(jīng)營綠竹林養(yǎng)分需求特征

楊 杰，鄭 蓉，溫曉蕓，鄭瑞鈺，吳承文

(1.福建省林業(yè)科學研究院，福建 福州 350012；2.國家林業(yè)和草原局南方山地用材林培育重點實驗室，福建 福州 350012；3.福建省森林培育與林產(chǎn)品加工利用重點實驗室，福建 福州 350012； 4.尤溪縣林業(yè)局，福建 尤溪 365100)

綠竹(Dendrocalamopsisoldhami)，為綠竹屬合軸叢生竹種，具有經(jīng)濟價值高，生產(chǎn)周期短、易栽培等特點[1]。綠竹栽培主要以筍用為主，研究表明綠竹筍含有20余種氨基酸和多種人體必需的微量元素[2]，且有清涼解暑之功效，有“素食第一”之美稱，受到國內(nèi)外人們的青睞。除傳統(tǒng)食用之外，綠竹竹材還可以用來加工成竹工藝品、造紙等[1]。

作為竹筍生產(chǎn)最主要的保障，化肥在我國南方地區(qū)綠竹筍用林中一直被大量施用[3-4]，而肥料中的氮、磷、鉀養(yǎng)分扮演著最重要的角色。綠竹的生長對水、肥的需求較大，特別是在人為經(jīng)營程度較高的筍用竹林中養(yǎng)分輸出遠大于養(yǎng)分歸還，致使自然狀態(tài)下竹林養(yǎng)分需求量遠大于土壤供給能力[5-6]。因此，肥料的大量施用成為當前綠竹林持續(xù)生產(chǎn)力保持的關鍵措施。對于筍用綠竹林來說，目前單純致力于提高產(chǎn)量而進行的肥料過量投入具有一定的盲目性[2,4,7]，長期單一肥料的施用導致土壤中養(yǎng)分極不平衡[8-9]，大量盲目投入的養(yǎng)分及不科學的施肥措施不僅造成肥料利用率偏低，更易引起土壤板結、土壤質(zhì)量下降等一系列問題[2,10]。與此同時，大量流失的養(yǎng)分進入水體和大氣也在一定程度上加重了水體富營養(yǎng)化和大氣污染等環(huán)境問題[11]。因此，在生產(chǎn)中做到按需供給的精準施肥是解決土壤養(yǎng)分不平衡、質(zhì)量下降，提高肥料利用率、減少養(yǎng)分流失的重要途徑。

“3414”試驗方案是農(nóng)業(yè)上肥效田間試驗的總稱，試驗包含三因素四水平。通過試驗可獲得作物最佳施肥量、施肥比例等參數(shù)，是篩選、驗證土壤養(yǎng)分、建立施肥指標體系的基本環(huán)節(jié)。研究以綠竹核心需求養(yǎng)分氮、磷、鉀為研究對象，以農(nóng)業(yè)上田間“3414”肥料試驗為參考。針對傳統(tǒng)經(jīng)營過程中盲目施肥、過量施肥等問題，通過土壤養(yǎng)分的測定及田間“3414”施肥試驗，獲取筍用綠竹林最佳施肥量及施肥比例，改善目前生產(chǎn)中僅基于經(jīng)驗開展的盲目、過量施肥等粗獷經(jīng)營管理方式，為福建省綠竹林的科學經(jīng)營與肥料精準管理提供理論指導。

1 試驗材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省尤溪縣城關鎮(zhèn)下村村(118°15′27″E，26°10′10″N)，屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，夏季濕熱，冬季溫涼，年平均氣溫19.2 ℃，極端低溫-7.8 ℃。降水量的年際變化較大，平均年雨量1 620.6 mm。年平均日照時數(shù)1 574.3 h。試驗點位于低矮丘陵地帶，坡度10°～15°，土體深厚，呈暗紅棕色，質(zhì)地粘重，偏酸性，土壤養(yǎng)分基本情況如表1。

試驗綠竹林2004年由1年生母竹移栽造林，造林密度900株·hm-2，2006年成林后作為筍用竹林經(jīng)營至今。竹林經(jīng)營采取傳統(tǒng)經(jīng)營方式， 每年1-4月伐除老竹， 根據(jù)竹叢大小選擇性保留1-3年生母竹5株，年齡結構1年生∶2年生∶3年生為2∶2∶1，其中3年生母竹最多保留1株。4-5月翻土并進行施肥，翻土深度10～15 cm，施肥采用環(huán)竹叢外緣溝施，溝深15～20 cm，寬10～20 cm，施肥后及時覆土踩實。試驗竹林前5年施肥主要以碳酸氫銨和過磷酸鈣為主，用量分別為1 440 kg·hm-2和2 160 kg·hm-2，無施鉀肥。5月底開始挖筍，早期筍體小、品質(zhì)差，鏟除原地丟棄為主。6月初開始大規(guī)模挖筍，筍期依當季降雨而定，雨水充沛筍期可以延伸至10月，如遇干旱則出筍量銳減。筍季結束后開始清理林下雜草、灌叢等，并適當進行病蟲害防治。

表1 試驗綠竹林土壤基本情況

1.2 試驗設計

“3414”施肥試驗于2018年1月開始。試驗設計14個處理5個重復，具體處理方案詳見表2。試驗選取生長均勻、無病蟲害發(fā)生的綠竹林分別設立5個試驗點，每個試驗點選取同一水平帶上14叢生長均勻的竹叢作為1個試驗重復，對每個試驗重復內(nèi)14叢綠竹按照不同處理進行隨機排列。肥料分為2次施用，每次施肥占總施肥量50%，試驗于2018年4月開始施肥，施肥采用均勻撒于竹叢表面后深翻入土的方式；7月份追施一次，施肥采用環(huán)竹叢外緣溝施，溝深15～20 cm，寬10～20 cm，施肥后及時覆土踩實。試驗用肥料分別為：尿素(CH4N2O)，含N ≥ 46.4%，生產(chǎn)廠家：河北陽煤正陽化工集團有限公司滄州正元化肥有限公司，品牌：正元牌。過磷酸鈣(CaP2H4O8)，含P2O5≥ 12%，生產(chǎn)廠家：浙江中農(nóng)化肥有限公司，品牌：好田頭。硫酸鉀(K2SO4)：含K2O ≥ 50%，S ≥ 16%，生產(chǎn)廠家：福建省中挪化肥有限公司，品牌：獅樂牌。

表2 綠竹“3414”試驗設計因子水平表

1.3 產(chǎn)量統(tǒng)計與數(shù)據(jù)處理

2018年6月5日開始挖筍，每5-7 d挖筍1次，挖筍時逐叢記錄每次竹筍數(shù)量、重量、最大單體重及最大單體直徑，由于2018年9月發(fā)生了嚴重的干旱，為保證綠竹母竹生長，9月18日后不再挖筍。數(shù)據(jù)處理使用SPSS 18.0系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析，Duncan新復極差法測驗不同處理的差異顯著性；Origin 8.5作圖。

2 結果與分析

2.1 綠竹筍產(chǎn)量和單體大小變化規(guī)律

總體來看，試驗竹林筍季從2018年6月5日開始，于2018年9月18日結束。在整個筍季內(nèi)試驗林單位面積筍數(shù)量和最大單體重隨時間變化規(guī)律一致，且變化較大，年變化范圍分別在0.82 ×103-4.49×103個·hm-2和312～647 g·個-1之間，平均單次收獲筍數(shù)量和平均重量分別為2.16×103個·hm-2和443 g·個-1。在筍季內(nèi)單次筍產(chǎn)量和最大單體直徑變化規(guī)律一致，但不同時間之間變化不大，其中2018年7月2日單次筍產(chǎn)量最高，為1.66 t·hm-2，2018年6月5日單次筍產(chǎn)量最低，為0.34 t·hm-2，單次平均產(chǎn)量為0.72 t·hm-2；2018年7月2日最大單體直徑最大，為8.6 cm，2018年8月20日最大單體直徑最小，為7.0 cm。

圖1 綠竹筍產(chǎn)量和單體大小變化規(guī)律Fig.1 Variations of shoot yield and monomer size of Dendrocalamopsis oldhami說明：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤差(n=70)。Note：The data in the table are mean ± standard error.

表3 不同處理年竹筍產(chǎn)量及施肥的增產(chǎn)效應

2.2 不同處理竹筍產(chǎn)量及施肥的增產(chǎn)效應

對不同處理筍產(chǎn)量及施肥增產(chǎn)效應分析結果表明，不同處理之間單位面積筍數(shù)量差異較大，不同處理單位面積筍數(shù)量大小順序為N2P2K1>N2P0K2>N2P1K2>N1P2K2>N2P2K2>N3P2K2>N1P1K2>N2P2K3>N2P2K0>N1P2K1>N2P3K2>N0P0K0>N0P2K2，其中N2P2K1相對于不施肥處理增產(chǎn)效果最為明顯，施肥效應為92.8%，N0P2K2施肥效應最低，為-0.7%。

不同處理之間單位面積筍產(chǎn)量最高為N2P2K1，年筍產(chǎn)量為17.9 t·hm-2，最低為N0P0K0，年筍產(chǎn)量為8.7 t·hm-2。對不同處理施肥效應計算結果表明，增產(chǎn)的施肥效應在6.5%～106.9%之間，N2P2K1施肥效應最明顯。差異顯著性分析結果與筍數(shù)量結果相同，僅N2P2K1與N0P0K0、N0P2K2和N2P3K2之間存在顯著性差異(P<0.05)，其余處理間均不存在差異顯著性(P>0.05)。不同處理之間最大單體重和最大單體直徑分別在395.5～500.0 g和7.4～8.6 cm之間，其中N2P0K2最大單體重最大，施肥效應為23.9%；N2P2K3最大單體直徑最大，施肥效應為13.8%。差異顯著性分析結果表明，不同處理間最大單體重差異顯著性僅存在于N2P0K2與N1P2K2之間(P<0.05)。

2.3 “3414”設計氮磷鉀肥料試驗回歸分析及最高產(chǎn)量施肥量

通過對表3的試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析可以得到多種肥料效應方程。將氮、磷、鉀施肥量分別設為x1、x2、x3，產(chǎn)量設為y，經(jīng)回歸分析得到三元二次肥料效應方程：y=8 473.642+17.152x1+4.322x2+26.412x3-0.021x12-0.018x22-0.032x32+0.016x1x2-0.012x1x3-0.027x2x3。以三元二次方程為基礎，解產(chǎn)量y對x1(氮)、x2(磷)、x3(鉀)的邊際產(chǎn)量均等于0的聯(lián)立方程為：17.152-0.042x1+0.016x2-0.012x3=0。

4.322-0.036x2+0.016x1-0.027x3=0

26.412-0.064x3-0.012x1-0.027x2=0

求解可得最高產(chǎn)量施肥量x1=292.88，x2=-26.49，x3=368.95。將x1=292.88，x2=-26.49，x3=368.95代入擬合公式計算出此時產(chǎn)量為15 800.44 kg·hm-2。由于x2(磷)為負，無法達到磷肥施肥量為負，所以在計算時僅僅簡單以施肥量為0計算，此時肥料效應方程為：

y=8473.642+17.152x1+26.412x3-0.021x12-0.032x32-0.012x1x3，則偏導方程組即變?yōu)椋?/p>

17.152-0.042x1-0.012x3=0

26.412-0.064x3-0.012x1=0

解得x1=306.91，x3=355.14，則最高產(chǎn)量施肥量為x1(氮)=306.91 kg·hm-2、x2(磷)=0 kg·hm-2、x3(鉀)=355.14 kg·hm-2。代入擬合公式，此時產(chǎn)量15 795.72 kg·hm-2。

3 討論與結論

氮、磷、鉀是植物生長最主要的養(yǎng)分元素，一般來說，在肥料施入后短時間內(nèi)土壤中養(yǎng)分最為充分，筍單體相對較大，隨著養(yǎng)分不斷消耗筍單體會因養(yǎng)分不足而變小。在研究中，6月份剛出筍時土壤中養(yǎng)分最為充足，但最大單體直徑并未有明顯增加，且筍最大單體重在7月初和8月底出現(xiàn)大幅增加，說明土壤中養(yǎng)分含量不是影響筍體大小的決定因素。同時相關性分析結果顯示筍數(shù)量與筍最大單體重之間無相關性，表明筍數(shù)量的增加并沒有使筍變小，筍數(shù)量與筍單體重之間無明顯關聯(lián)性。

圖2 竹筍數(shù)量、產(chǎn)量、最大單體重和最大單體直徑之間的相關關系Fig.2 Correlation between the number of shoots，shoot yield，maximum single weight and maximum shoot body diameter

進一步對筍期內(nèi)單位面積竹筍數(shù)量和產(chǎn)量進行分析發(fā)現(xiàn)，單位面積筍數(shù)量和筍產(chǎn)量變化規(guī)律相似(圖1)，而筍產(chǎn)量與最大單體重無相似變化規(guī)律，且隨著時間的推移，單位面積筍產(chǎn)量也并未出現(xiàn)明顯降低的趨勢，相關性分析結果表明，筍產(chǎn)量與筍的最大單體直徑之間均具有極顯著相關關系(圖2，P<0.01)，而與最大單體重無相關關系，這主要是因為綠竹筍的大小在筍芽分化時就已形成[13-14]，隨時間、養(yǎng)分、土壤濕度等外界環(huán)境變化不大，而筍的重量決定于筍生長的時間，綠竹可食部分主要為生長在土壤內(nèi)部的筍體[15]，需在筍尖剛露出土壤表面時挖取，筍尖已出土沒有被及時挖取的筍會快速生長致使重量在短期內(nèi)大幅增加，而其直徑大小幾乎無變化，因此相對于最大單體重來說，最大單體直徑與產(chǎn)量的關系更為密切。除此之外筍產(chǎn)量與筍數(shù)量之間也具有極顯著相關關系(圖2，P<0.01)，表明筍產(chǎn)量除了與筍體直徑有關外直接決定于筍數(shù)量。

綠竹也是一種優(yōu)良的材用竹種，在生長的過程中對養(yǎng)分的需求較高，因此在傳統(tǒng)栽培過程中，竹農(nóng)常常根據(jù)栽培經(jīng)驗施入大量氮、磷肥料，但卻往往忽略了長期施用化肥養(yǎng)分單一造成的養(yǎng)分失衡的問題。對表2中的試驗結果進行分析我們發(fā)現(xiàn)處理9筍數(shù)量和筍產(chǎn)量均最高，說明筍數(shù)量與筍產(chǎn)量之間關系密切。同時，對產(chǎn)量(y)與氮(x1)、磷(x2)、鉀(x3)的三元二次方程進行求解得出最高產(chǎn)量施肥量為x1=292.88 kg·hm-2，x2=-26.49 kg·hm-2，x3=368.95 kg·hm-2，最高產(chǎn)量氮肥施肥量為292.88 kg·hm-2，處于試驗設計中2水平和3水平施肥量之間，表明每年施入的氮肥利用較為充分，最高產(chǎn)量鉀肥施肥量為368.95 kg·hm-2，處于試驗設計中3水平和最高水平之間，且接近于最高水平施肥量，表明土壤較為缺鉀，長期栽培造成了土壤中鉀的虧缺；而磷肥的施肥量為負，說明長期集約經(jīng)營綠竹林土壤磷素養(yǎng)分是富余的，成了阻礙產(chǎn)量增加的一個因素。這主要是由于在傳統(tǒng)的綠竹栽培過程中，竹農(nóng)主要以價格便宜的碳酸氫銨和過磷酸鈣為主，而過磷酸鈣使用后很容易被固定在土壤中、難以移動、難以被植物完全吸收利用[12,16]，常年施肥造成了土壤中磷肥大量富余，重施氮、磷的傳統(tǒng)栽培習慣造成土壤富磷、貧鉀的狀態(tài)，因此短期內(nèi)增施鉀肥、減施磷肥是研究中綠竹林可持續(xù)經(jīng)營的必要措施。