灌溉施肥方式對核桃幼苗土壤生境的影響

黃雅麗,馬風(fēng)云,王 霞,馬海林,杜振宇,劉方春,劉幸紅,馬丙堯

(1.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟南 250014；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 泰安 271018；3.山東黃河三角洲森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，山東 東營 257000)

0 引 言

滴灌施肥技術(shù)作為農(nóng)業(yè)綜合管理中節(jié)水節(jié)肥最有效的措施之一，不僅能節(jié)約水肥資源，減少肥料對環(huán)境的污染，改善生態(tài)環(huán)境，又能促進果樹營養(yǎng)的吸收，在保證水分及肥料高效利用的同時提高林果的產(chǎn)量和品質(zhì)[1]，是實現(xiàn)我國林果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)性技術(shù)措施[2]。由于不同地區(qū)在氣候條件、種植栽培季節(jié)和土壤環(huán)境等方面均存在一定差異，單一固定的灌溉施肥定額及頻次指標很難滿足不同地區(qū)、不同品種植株的水肥需求。過量的灌溉施肥及水肥施用的不合理，造成水肥資源流失、環(huán)境污染及生產(chǎn)效益低等問題現(xiàn)象日益嚴重，嚴重制約了林果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，確定不同地區(qū)該技術(shù)的最佳應(yīng)用制度，形成系統(tǒng)的應(yīng)用體系，合理地進行水肥調(diào)控，對提高土壤保水保肥能力，改善土壤環(huán)境和提升林果產(chǎn)量品質(zhì)具有重要意義[3]。

核桃(Juglansregia)作為我國重要經(jīng)濟林樹種，主要分布在黑龍江、山東、安徽、甘肅、新疆及西藏等省區(qū)的山坡和丘陵地區(qū)[4-7]，其品質(zhì)和產(chǎn)量差異易受核桃品種、水肥供應(yīng)狀況及種植密度等因素影響顯著[8]。盡管核桃水肥一體化技術(shù)已有一定的研究，但是大部分工作集中在水肥一體化技術(shù)對核桃產(chǎn)量和品質(zhì)等指標的影響[9-12]，有關(guān)半干旱山區(qū)核桃滴灌施肥對土壤理化性質(zhì)及土壤微生物的影響的相關(guān)研究較少。土壤是作物生長的基礎(chǔ)和根本，土壤質(zhì)量的好壞能夠長期影響作物的生長發(fā)育。本研究通過盆栽試驗，探究漫灌和滴灌兩個不同灌溉施肥方式對核桃幼苗土壤環(huán)境的影響,以期尋找適宜于核桃幼苗生長管理的最佳灌溉施肥方式，為保持土壤環(huán)境、促進核桃優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，尋求一種適宜核桃種植模式提供理論參考依據(jù)和指導(dǎo)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年3月在山東省林業(yè)科學(xué)研究院試驗苗圃(36°42′N，117°04′E)室外遮雨棚進行。供試土壤為褐土，取自山東省萊蕪區(qū)苗山鎮(zhèn)苗山核桃試驗基地，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的含量分別為28.3 mg·kg-1、7.80 mg·kg-1和77.4 mg·kg-1，有機質(zhì)含量為9.93 g·kg-1。

1.2 試驗材料

試驗苗木為一年生核桃苗，品種為“香玲”，采購自山東省林業(yè)科學(xué)院日照科技創(chuàng)新示范園，地徑為(5.8±0.15) mm，株高為(15.5±0.12) cm。所用肥料為尿素(N含量46%)、過磷酸鈣(P2O5含量16%)和氯化鉀(K2O含量60%)。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用高28 cm、上口直徑30 cm、下口直徑19 cm的塑料花盆，每盆裝土10 kg。于2017年3月20日定植核桃幼苗，待緩苗后，設(shè)置2個灌溉施肥方式：漫灌施肥(F：大水漫灌)和滴灌施肥(T：盆內(nèi)置放2根內(nèi)徑0.5 cm的用于供水的PVC滴管)；在不同灌溉施肥方式下，分別設(shè)3個施肥量梯度：不施肥、全量施肥和60%施肥量施肥。通過參考前人有關(guān)核桃幼苗灌溉施肥量標準[13-14]及當?shù)睾颂曳N植栽培的灌溉施肥規(guī)律，并結(jié)合山東省半干旱區(qū)氣候及土壤狀況，確定盆栽核桃幼苗全量施肥的施肥總量分別為N 0.25 g·kg-1土、P2O50.15 g·kg-1土、K2O 0.15 g·kg-1土。試驗合計6個處理(表1)，10次重復(fù)，共60盆。

表1 不同灌溉施肥處理試驗方案Table 1 Different fertigation treatments in the experiment

施肥處理分3次，均為追肥，分別是萌芽期(4月5日)施30%，生長期(5月15日)施40%，成熟期(6月25日)施30%。滴灌施肥處理追肥時先將各處理所需的肥料溶入水中，之后將水肥溶液通過滴灌方式入盆。漫灌施肥處理中肥料在萌芽期、生長期、成熟期按全年總用量的30%、40%、30%分3次在核桃幼苗四周挖穴施入土中。

1.4 試驗樣品采集方法

土壤樣品采集于2017年7月20日，采集土壤樣品前，清除土壤表面的雜草和浮土。每個處理在靠近植株根冠5 cm處避開施肥區(qū)域設(shè)置兩個取樣點，采樣深度0～5 cm。去除可見根后作為試驗土樣，將同一處理土樣充分混合后分為6份，3份土樣分別裝入帶有標簽的聚乙烯塑料自封袋，帶回實驗室自然風(fēng)干，過20 mm尼龍網(wǎng)篩，用于測定土壤理化性質(zhì)；另外三份分別裝入已消毒的密封塑料袋中，液氮保存，進行微生物結(jié)構(gòu)及多樣性的測定。

1.5 指標測定方法

采用烘干法測定土壤的含水量，采用環(huán)刀法測定土壤容重，土壤pH采用酸度計(BPH-252)測量，土壤電導(dǎo)率參照鮑士旦主編的土壤農(nóng)化分析方法進行測定[15-16]。土壤堿解氮含量采用堿解擴散法進行測定；有效磷含量采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法進行測定；土壤速效鉀含量采用1 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法進行測定；土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法進行測定[17]。

微生物數(shù)量的測定采用稀釋平板法，其中細菌數(shù)量采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基法測定，真菌數(shù)量采用馬丁培養(yǎng)基+孟加拉紅+硫酸鏈霉素法測定，放線菌數(shù)量采用改良高氏1號培養(yǎng)基+重鉻酸鉀法測定。測定時均取每個稀釋度懸液0.1 mL，接種于消毒培養(yǎng)皿，3次重復(fù)[18]。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)整理，應(yīng)用SPSS 22.0軟件采用單因素方差分析(ANOVA)進行處理間差異顯著性分析，Duncan法檢測差異顯著性(P<0.05)；應(yīng)用Origin 9.1軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥施用方式對土壤物理性質(zhì)的影響

土壤含水量、容重和孔隙度是3個重要的土壤物理性質(zhì)，影響著土壤水、氣、熱的傳導(dǎo)和貯存，調(diào)控土壤養(yǎng)分對植物的供應(yīng)，對植物的生長具有重要作用[19]。圖1分析發(fā)現(xiàn)，各處理的土壤含水量范圍為15.4%～18.4%，且部分處理之間差異顯著。與傳統(tǒng)灌溉施肥相比，滴灌施肥三個處理的土壤含水量均較高。同一施肥水平下，T1處理(滴灌+全量施肥)的土壤含水量較F1(漫灌+全量施肥)顯著提高了19.8%；T2處理(滴灌+60%施肥量)的土壤含水量較F2(漫灌+60%施肥量)顯著提高16.7%(P<0.05)。漫灌條件下，F(xiàn)2(漫灌+60%施肥量)較F0(漫灌+不施肥)和F1處理(漫灌+全量施肥)降低了土壤含水量，滴灌處理下施肥水平對含水量的影響不顯著。不同水肥施用方式均未對土壤容重和土壤孔隙度產(chǎn)生顯著的影響。

注：不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters mean significant differences between treatments at 0.05 level.圖1 不同水肥處理對土壤含水量、土壤容重和土壤孔隙度的影響Fig.1 Effects of different fertigations on soil moisture,soil bulk density and soil porosity

2.2 不同水肥施用方式對土壤pH、EC的影響

與漫灌施肥相比，滴灌施肥處理均顯著提高了pH值(表2)。其中，與T0(滴灌+不施肥)、T1(滴灌+全量施肥)和T2處理(滴灌+60%施肥量)相比，F(xiàn)0(漫灌+不施肥)、F1(漫灌+全量施肥)和F2處理(漫灌+60%施肥量)的pH值分別顯著增加了0.65%、1.99%和1.32%(P<0.05)。因此，水肥灌溉方式對土壤的pH值均產(chǎn)生影響，與傳統(tǒng)的漫灌施肥處理相比，滴灌施肥可以有效減緩?fù)寥浪峄厔?。與漫灌施肥相比，滴灌施肥處理的EC值均有所降低。其中，T0處理(滴灌+不施肥)與F0(漫灌+不施肥)處理間差異不顯著，T1處理(滴灌+全量施肥)較F1處理(漫灌+全量施肥)、T2處理(滴灌+60%施肥量)較F2處理(漫灌+60%施肥量)，EC分別顯著降低了36.8%和23.9%(P<0.05)。因此，施肥能導(dǎo)致土壤的EC值增加。在施肥量相同下，滴灌施肥的土壤EC值均低于傳統(tǒng)施肥處理，減少土壤表層的鹽分析出。

與傳統(tǒng)灌溉施肥相比，滴灌施肥處理均顯著提高了土壤堿解氮(表3)。其中，T1處理(滴灌+全量施肥)的土壤堿解氮含量較F1(漫灌+全量施肥)、F0(漫灌+不施肥)分別顯著增加了9.24%和27.6%(P<0.05)；T2處理(滴灌+60%施肥量)的土壤堿解氮含量較F2(漫灌+60%施肥量)顯著增加了15.8%，分別是F0(漫灌+不施肥)、F1(漫灌+全量施肥)的1.34和1.15倍。與傳統(tǒng)灌溉施肥相比，滴灌施肥處理均顯著提高了土壤有效磷含量。其中，T1處理(滴灌+全量施肥)的土壤有效磷含量較F1(漫灌+全量施肥)、F0(漫灌+不施肥)分別顯著增加了18.0%和37.0%(P<0.05)；T2處理(滴灌+60%施肥量)的土壤有效磷含量較F2(漫灌+60%施肥量)顯著增加了30.4%(P<0.05)，是F0(漫灌+不施肥)和F1(漫灌+全量施肥)處理的1.56和1.27倍，且差異顯著(P<0.05)。與漫灌施肥相比，T2處理(滴灌+60%施肥量)土壤速效鉀含量較F2(漫灌+60%施肥量)顯著增加了9.69%(P<0.05)，是F0處理(漫灌+不施肥)的1.28倍，但較F1處理(漫灌+全量施肥)降低了2.68%。各處理土壤有機質(zhì)含量差異不顯著。

表3 不同水肥處理對土壤有效養(yǎng)分及有機質(zhì)的影響Table 3 Effects of different fertigations on the contents of soil available nutrients and organic matter

2.3 不同水肥施用方式對土壤微生物的影響

由表4可知，不同施肥處理對土壤微生物均產(chǎn)生一定影響。T2處理(滴灌+60%施肥量)土壤中細菌數(shù)量最高，F(xiàn)2處理(漫灌+60%施肥量)細菌數(shù)量最少，且顯著低于其他各處理(P<0.05)，這說明T2處理(滴灌+60%施肥量)的土壤環(huán)境最適宜細菌繁殖生長。在不同處理中漫灌施肥各處理的土壤真菌數(shù)量高于滴灌施肥處理。其中，F(xiàn)2處理(漫灌+60%施肥量)真菌數(shù)量最多，T0處理(滴灌+不施肥)真菌數(shù)量最少，且顯著低于其他各處理(P<0.05)。而各處理的土壤中放線菌數(shù)量順序表現(xiàn)為：F1>T2>F2>T1>F0>T0。其中F1(漫灌+全量施肥)、T2(滴灌+60%施肥)處理較其他處理均顯著促進了土壤中放線菌的生長；F0(漫灌+不施肥)和T0(滴灌+不施肥)處理放線菌數(shù)量最低，均顯著低于其他各施肥處理(P<0.05)。

表4 不同水肥處理土壤微生物數(shù)量的變化Table 4 Changes of soil microorganism under different fertigations

3 討論與結(jié)論

3.1 水肥處理對土壤pH及EC值的影響

土壤作為植物的主要生長環(huán)境，適宜的pH值、含水量、有效養(yǎng)分是促進植物生長的基本條件。近年來，由于過量或單一施肥造成的土壤酸化及鹽漬化問題嚴重，已成為制約農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的重要原因之一[20]。本試驗研究顯示，與傳統(tǒng)漫灌施肥相比，滴灌施肥處理顯著增加了土壤pH值，降低了土壤EC值，其中滴灌施肥條件下，施肥量為全量施肥的60%時，對減緩?fù)寥浪峄胞}漬化效果最顯著。這與前人研究結(jié)果一致。Bhat等[21]研究提出，與灌水施肥處理相比，采用滴灌施肥顯著的提高了檳榔地土壤的pH值。李永生等在探究滴灌施肥灌溉原理及應(yīng)用中表明，采用滴灌可以維持溫室溫度穩(wěn)定，減少土壤水肥蒸發(fā)，降低病蟲害的發(fā)生，有效減緩了如土壤的酸化、土壤表層鹽漬化等土壤退化問題[22]。這說明傳統(tǒng)漫灌施肥中，長期的表層施肥會導(dǎo)致土壤酸化和鹽漬化，而合理滴灌施肥方式能使肥料溶解后隨灌水在土層中運移，減少土壤表層剖面的殘留和累積，降低土壤EC值，提高土壤pH，從而達到減緩?fù)寥浪峄胞}漬化的目的。這與前人研究滴灌施肥有效緩解土壤水分蒸發(fā)及表層積鹽，淡化作物主根區(qū)鹽分的研究結(jié)果相吻合[23]。

3.2 水肥施用方式對土壤微生物的影響

土壤微生物主要包括細菌、真菌和放線菌三大菌群，不僅為土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)提供動力，還對維持森林土壤生產(chǎn)力和森林土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義[24-25]。其中，細菌作為土壤微生物中最豐富的類群，不僅參與土壤中有機質(zhì)和無機質(zhì)的轉(zhuǎn)化，而且在維持土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定中扮演著非常重要的角色[26-28]。本研究發(fā)現(xiàn)，與漫灌施肥對比，滴灌施肥的各處理均顯著增加了土壤中細菌數(shù)量，但真菌和放線菌數(shù)量均有一定的降低。這可能是由于土壤細菌易在濕潤肥沃的土壤環(huán)境中繁殖，且相比真菌和放線菌，細菌的生長繁殖能力最強，滴灌施肥能夠有效將水肥運輸?shù)酵寥缹樱瑴p少水肥的蒸發(fā)流失，為土壤中細菌的生長提供了充足的水分和營養(yǎng)[29]。同時，有研究發(fā)現(xiàn)施肥和灌水都不利于土壤中真菌的生長，肥力越差的土壤，真菌繁殖數(shù)量增多[30]。放線菌門是耐旱細菌，適宜在含水量較低的土壤中生長。滴灌施肥中豐富的土壤養(yǎng)分及含水量降低了土壤真菌、放線菌的數(shù)量，減少了土壤微生物之間的競爭力，促進土壤細菌營養(yǎng)物質(zhì)的獲取，使土壤向高肥力“細菌型”土壤轉(zhuǎn)變。因此，適宜的滴灌施肥改善了土壤微域環(huán)境，改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，促進了土壤細菌的繁殖，最終顯著提高了細菌群落豐富度。

綜上所述，滴灌+60%施肥量處理有效增加了核桃幼苗土壤的pH，降低土壤EC值，顯著增加了土壤中細菌數(shù)量，從而有效減緩?fù)寥浪峄厔荩瑴p少土壤表層的鹽分析出，有效改善土壤環(huán)境及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，是最有利于核桃幼樹營養(yǎng)生長發(fā)育的灌溉施肥方式。