落葉松種子園土壤養(yǎng)分特征研究

卜鵬圖

(遼寧省林業(yè)科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110032)

落葉松是我國北方最重要的速生針葉用材樹種之一。近年來，在林木育種科技工作者的不懈努力下，落葉松育種工作取得了長足的進(jìn)步，尤其是在良種方面，已營建起2代種子園。但是，種子園管理技術(shù)較粗放，以施肥為例，相關(guān)研究較少且不全面，趙肅荃等認(rèn)為春季施肥效果最為顯著，但并未給出具體的時(shí)間[1-2]。種子園施肥仍普遍存在憑經(jīng)驗(yàn)施肥的現(xiàn)象，存在肥料種類、比例和數(shù)量不協(xié)調(diào)，土壤養(yǎng)分狀況不清楚等問題，從而導(dǎo)致母樹營養(yǎng)生長和生殖生長失衡，既降低了肥料利用率，又對生態(tài)環(huán)境造成不良后果。因此，提高落葉松種子園科學(xué)施肥水平，對提高其經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)生態(tài)環(huán)境都具有十分重要的價(jià)值。本研究以目前生產(chǎn)上正在使用的落葉松1.5代種子園和即將進(jìn)入結(jié)實(shí)期的落葉松2代種子園為研究對象，通過測定種子園的土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、氮素、磷素等指標(biāo)，揭示各世代落葉松種子園土壤養(yǎng)分特征，旨在為落葉松種子園合理施肥提供本底數(shù)據(jù)，為落葉松良種高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)支撐[3]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

大孤家種子園位于遼寧省撫順市清原滿族自治縣。該區(qū)地處中溫帶亞濕潤區(qū)內(nèi)，氣候?yàn)榈湫偷拇箨懶约撅L(fēng)氣候，春秋季較短，夏季炎熱多雨，冬季寒冷漫長，溫差較大，年均氣溫5.4～7.2 ℃，年均降水量400～800 mm，無霜期120～135 d，土壤類型主要為暗棕壤，pH值5.5～6.5，植被屬長白植物區(qū)系。試驗(yàn)地位于該種子園的1.5代種子園、2代種子園和日本落葉松試驗(yàn)林(CK)，其中1.5代種子園始建于1985年，197個(gè)無性系，面積46.498 hm2，1991年開始結(jié)實(shí)；2代種子園始建于2011年，80個(gè)無性系，面積33.5 hm2，目前部分無性系開始結(jié)實(shí)；CK營建于2006年，為日本落葉松無性系密度試驗(yàn)林。

1.2 取 樣

在1.5代種子園、2代種子園和CK，選擇坡向、坡位和坡度基本一致的地點(diǎn)，隨機(jī)選取面積約1 km2的樣方，在樣方內(nèi)采用“S”型布點(diǎn)方式設(shè)置18個(gè)取樣點(diǎn)，然后采用3個(gè)樣點(diǎn)混合為1份土樣的方式取土，分別采集0～20 cm和20～40 cm土層土樣，最終每個(gè)林型獲得12份土樣，3個(gè)林型共獲得36份土樣。

1.3 土壤化學(xué)性質(zhì)測定方法

土壤用水浸提(水土比 2.5∶1)，采用電位法測定pH 值；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定；全氮采用凱氏定氮法測定；堿解氮采用擴(kuò)散法測定；全磷、有效磷采用鉬銻抗比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用 Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與作圖，使用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素ANOVA方差分析，用Tukey法多重比較進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同世代種子園土壤養(yǎng)分含量特征

2.1.1 不同世代種子園間土壤總體養(yǎng)分含量特征

以0～20 cm和20～40 cm土層各養(yǎng)分指標(biāo)均值作為不同代種子園土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。土壤pH值和全磷含量表現(xiàn)為2代種子園>1.5代種子園>CK，土壤全氮含量表現(xiàn)為1.5代種子園>CK>2代種子園，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量則表現(xiàn)為CK>1.5代種子園>2代種子園，有效磷含量表現(xiàn)為2代種子園>CK>1.5代種子園。方差分析表明，不同世代種子園間所有養(yǎng)分指標(biāo)差異均達(dá)到顯著和極顯著差異，其中全氮和有機(jī)質(zhì)含量差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，pH值、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷和有效磷含量差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。2代種子園和1.5代種子園比較表明，2代種子園土壤pH值較1.5代種子園高0.11。2代種子園全磷和有效磷含量較高，分別為0.74 g·kg-1和26.73 mg·kg-1，分別是1.5代種子園的1.57倍和6.15倍，其他指標(biāo)則表現(xiàn)為1.5代種子園較高，分別是2代種子園的1.26～1.52倍。

表1 1.5代種子園、2代種子園、CK土壤化學(xué)性質(zhì)

2.1.2 不同世代種子園間各土層土壤養(yǎng)分含量特征

在0～20 cm土層(表1)，土壤pH值表現(xiàn)為2代種子園>1.5代種子園>CK，全氮含量表現(xiàn)為1.5代種子園>CK>2代種子園，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量表現(xiàn)為CK>1.5代種子園>2代種子園，全磷和有效磷含量表現(xiàn)為2代種子園>CK>1.5代種子園，有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為CK>1.5代種子園>2代種子園。方差分析表明，1.5代種子園、2代種子園和CK間硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、pH值和有效磷含量差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，全氮、全磷和有機(jī)質(zhì)含量差異達(dá)到極顯著水平(P<0.05)。2代種子園土壤pH值較1.5代種子園高0.06。1.5代種子園全氮含量最高，達(dá)到1.96 mg·kg-1，分別是2代種子園和CK的1.44倍和1.14倍;CK的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和有機(jī)質(zhì)含量最高，分別為11.53 mg·kg-1、18.98 mg·kg-1和37 g·kg-1，分別是2代種子園的4.87倍、2.68倍和1.46倍，是1.5代種子園的3.52倍、1.97倍和1.01倍;2代種子園的全磷和有效磷含量最高，分別達(dá)到0.8 g·kg-1和31.62 mg·kg-1，分別是1.5代園的1.77倍和6.39倍，分別是CK的1.74倍和5.73倍。

在20～40 cm土層(表1)，土壤pH值表現(xiàn)為2代種子園>1.5代種子園>CK，土壤全氮含量表現(xiàn)為1.5代種子園>CK>2代種子園，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量表現(xiàn)為CK>1.5代種子園>2代種子園，全磷和有效磷含量表現(xiàn)為2代種子園>1.5代種子園>CK，有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為1.5代種子園>CK>2代種子園。方差分析表明，1.5代種子園、2代種子園和CK間硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、pH值和有效磷含量差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，全磷含量差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。2代種子園土壤pH值較1.5代種子園高0.17。1.5代種子園全氮含量最高，達(dá)到1.27 g·kg-1，分別是2代種子園和CK的1.42倍和1.23倍；CK的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量最高，達(dá)到3.14 mg·kg-1和12.2 mg·kg-1，分別是2代種子園2.51倍和2.92倍，是1.5代種子園的2.4倍和2.29倍；2代種子園的全磷和有效磷含量最高，分別達(dá)到0.68 g·kg-1和21.85 mg·kg-1，分別是1.5代園的1.39倍和5.86倍，是CK的1.55倍和6.07倍；1.5代種子園有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)到24.5 g·kg-1，分別是2代種子園和CK的1.64倍和1.17倍。

2.2 種子園各土層土壤養(yǎng)分含量特征

土壤pH值和1.5代種子園全磷含量表現(xiàn)為隨土層加深而上升的趨勢，其他各養(yǎng)分指標(biāo)均表現(xiàn)為隨土層加深而降低的趨勢(表1)。方差分析表明，2代種子園硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和全氮含量在不同土層間差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，pH值和有機(jī)質(zhì)含量在不同土層間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，0～20 cm土層全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、全磷、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量分別是20～40 cm土層的1.53倍、1.89倍、1.69倍、1.19倍、1.44倍和1.7倍。方差分析表明，1.5代種子園硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量在不同土層間差異不顯著，全氮含量在不同土層間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，0～20 cm土層全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量分別是20～40 cm土層的1.55倍、2.5倍、1.81倍、1.32倍和1.49倍，而全磷含量則表現(xiàn)為20～40 cm土層是0～20 cm土層的1.07倍。

3 結(jié)論與討論

3.1 討 論

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力高低的主要指標(biāo)之一，是氮、磷、鉀、鈣及許多礦質(zhì)元素的主要源泉，也是土壤微生物生長繁殖的能源物質(zhì)，在改善土壤物理性質(zhì)，促進(jìn)土壤良好結(jié)構(gòu)的形成，促進(jìn)林木的生長發(fā)育和提高土壤的保肥力與緩沖性起著重要的作用，其主要來源于林木的凋落物、死根系、林下植被的枯死物以及土壤中的小動(dòng)物、微生物的排泄物、分泌物和殘?bào)w等[4]。本研究表明，總體上，1.5代種子園有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)到36.5 g·kg-1，且與CK較接近，而2代種子園有機(jī)質(zhì)含量相對較低。目前，2代種子園母樹正處于幼齡階段，這一階段應(yīng)增加養(yǎng)分，促進(jìn)樹體生長，增加樹勢，為將來結(jié)實(shí)儲(chǔ)備足夠的養(yǎng)分。因此，根據(jù)本研究結(jié)果，在2代種子園經(jīng)營的過程中，應(yīng)考慮通過施肥、樹體控制、增加植被等經(jīng)營措施促進(jìn)種子園土壤養(yǎng)分的增加[5-6]。

氮素是植物生長的重要養(yǎng)分元素之一，是衡量土壤氮儲(chǔ)量水平的重要指標(biāo)，土壤氮素的盈虧狀況直接關(guān)系到土壤肥力的高低及系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡，其來源主要包括森林凋落物的微生物分解、微生物固氮和降雨，其大小決定于各地區(qū)有機(jī)物的積累和分解作用的相對強(qiáng)度[4，7-8]。本研究表明，雖然2代種子園和1.5代種子園全氮含量與CK相差不多，甚至1.5代種子園全氮含量還大于CK，但是，2代種子園硝態(tài)氮和銨態(tài)氮平均含量分別為1.81 mg·kg-1和5.62 mg·kg-1，1.5代種子園硝態(tài)氮和銨態(tài)氮平均含量只有2.29 mg·kg-1和7.49 mg·kg-1，均比CK低很多，處于缺乏狀態(tài)。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是土壤速效氮的兩種主要形式，是土壤直接供給植物吸收的養(yǎng)分，其含量顯著影響著森林土壤的生產(chǎn)力。土壤氮素供應(yīng)取決于土壤有機(jī)質(zhì)的積累與分解狀況，與地上植被類型及其根系、凋落物輸入與分解相關(guān)[9-10]。因此，在生產(chǎn)經(jīng)營中應(yīng)采取措施增加種子園土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量，以滿足種子園母樹樹體生長和結(jié)實(shí)需求。

土壤全磷的大部分以遲效態(tài)存在，而土壤中的有效磷量與全磷量之間往往并不相關(guān)。全磷含量高時(shí)，并不一定顯示土壤磷素供應(yīng)充足，所以土壤全磷含量不能作為一般土壤磷素供應(yīng)水平的確切指標(biāo)，但土壤全磷含量低時(shí)卻往往表現(xiàn)出土壤缺磷[4]。本研究結(jié)果表明，2代種子園全磷和有效磷含量均較高，分別達(dá)到0.74 g·kg-1和26.73 mg·kg-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1.5代種子園和CK；而1.5代種子園全磷和有效磷含量與CK較接近。因此，在1.5代種子園生產(chǎn)中，應(yīng)采取經(jīng)營措施來補(bǔ)充種子園土壤中有效磷的含量[11-12]。

落葉松人工林是否會(huì)造成林地土壤酸化一直備受關(guān)注，較多學(xué)者認(rèn)為落葉松人工林土壤存在酸化現(xiàn)象，如陳乃全等認(rèn)為二代落葉松人工林土壤pH值比一代落葉松人工林降低了0～0.3，趙大軍也得到了類似的結(jié)果[13-15]。本研究結(jié)果表明，2代落葉松種子園土壤總pH值高于1.5代種子園0.11，在0～20 cm和20～40 cm土層，2代落葉松種子園土壤pH值分別高于1.5代種子園0.06和0.17，這一結(jié)果與前人研究結(jié)果相一致，這表明隨著種子園落葉松生長時(shí)間的增加，土壤仍存在酸化的可能。因此，在落葉松種子園經(jīng)營過程中應(yīng)注意土壤pH值的變化情況，隨時(shí)調(diào)整土壤pH值，避免出現(xiàn)土壤過酸的現(xiàn)象，進(jìn)而影響種子園種子產(chǎn)量。

3.2 結(jié) 論

落葉松種子園土壤養(yǎng)分總體表現(xiàn)為較充足，個(gè)別養(yǎng)分指標(biāo)較低，如銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，在生產(chǎn)經(jīng)營中注意肥料的合理搭配。

落葉松2代種子園表現(xiàn)為低氮高磷，即土壤全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和有機(jī)質(zhì)含量較低，全磷和有效磷含量較高，在生產(chǎn)經(jīng)營中增加氮肥的施入量。

落葉松1.5代種子園表現(xiàn)為低磷低pH值高氮，即土壤pH值、全磷和有效磷含量較低，土壤全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和有機(jī)質(zhì)含量較高，在生產(chǎn)經(jīng)營中需注意土壤pH值變化，并增加磷肥施入量。

落葉松種子園土壤養(yǎng)分含量垂直分布特征明顯，各養(yǎng)分含量隨著土層加深而減少。