袋控緩釋肥對桉樹和杉木人工林生長及土壤理化性質(zhì)的影響

羅 蜜,黃昌謀,韓 華,黃敏球,寧 劍,潘 波,曹繼釗

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,南寧 530002；2.北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,北京 100083；3.廣西壯族自治區(qū)國有高峰林場,南寧 530001；4.天峨縣林朵林場,廣西 天峨 530001)

施肥是林業(yè)生產(chǎn)中的一項重要管理措施[1]。合理施肥不但能促進林木生長、改善土壤理化性質(zhì),而且對于土壤的可持續(xù)利用具有重要意義[2-5]。然而,傳統(tǒng)施肥模式肥料養(yǎng)分流失嚴重、利用率低,大量集中施用化肥不僅造成了肥料釋放的養(yǎng)分與作物需求間的不平衡,還會引起環(huán)境污染[6]。因此提高肥料的利用率、減少環(huán)境污染,對促進林木可持續(xù)生長具有重要的意義。

袋控緩釋肥是近年來興起的一種新型緩控釋肥,是當前公認的科技含量較高的施肥技術(shù)之一[7-8]。其特點是通過應(yīng)用水、肥和植物生長耦合原理,采用生物可降解材料定量小袋包,通過調(diào)節(jié)材料的密度和孔隙度等來緩慢控制肥料釋放速率,延長釋放期,使養(yǎng)分釋放與作物吸收同步[9-10]。Zhang等[11]在對桃樹(AmygdaluspersicaL.)施肥技術(shù)中,分析了常規(guī)施肥和袋控緩釋肥對苗期莖、根生長,葉、根衰老及果實產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。與常規(guī)施肥相比,施用袋控緩釋肥能顯著促進桃樹幼樹的生長,提高根系活力,延緩葉片衰老,提高桃樹營養(yǎng)貯藏,可將氨揮發(fā)率降低54.36%。同時,在番茄(LycopersiconesculentumMiller)[12]、蝴蝶蘭(PhalaenopsisaphroditeH.G.Reichenbach)[13]、蘋果(MaluspumilaMill.)[14]、葡萄(VitisviniferaL.)[15]和雜交晚稻[16]等作物的應(yīng)用研究中,也表明袋控緩釋肥能顯著提高果實和農(nóng)作物的產(chǎn)量,改善果實品質(zhì)、提高肥料的利用率[17-18]。但是,這些研究主要集中在與等量常規(guī)施肥的對比,有關(guān)袋控緩釋肥和不同濃度的生物肥在林地上的比較研究卻鮮有報道。

桉樹(EucalyptusurophyllaS.T.Blake)和杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)作為廣西造林的兩大重要用材樹種,具有生長快、經(jīng)濟價值高等特點,不僅給當?shù)剞r(nóng)民帶來可觀的經(jīng)濟收入,對生態(tài)環(huán)境的改善和提高也起到了積極的作用。因此,本文以桉樹、杉木作為研究對象,通過對比袋控緩釋肥與常規(guī)施肥、不同施肥量的生物肥對杉木、桉樹人工林生長及土壤理化性質(zhì)的影響,探討袋控緩釋肥在林業(yè)上的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗中:1)桉樹位于廣西壯族自治區(qū)國有七坡林場(北緯22°28′32″～22°46′13″,東經(jīng)107°59′46″～108°18′11″)。該地區(qū)屬于亞熱帶氣候,雨量充沛,年降雨量1 200～1 500mm,相對濕度為80%～90%；土壤類型為頁巖發(fā)育的赤紅壤。2)杉木位于廣西河池市天峨縣林朵林場(北緯24°36′01″～25°28′23″,東經(jīng) 106°34′02″～107°20′23″)。該地區(qū)屬于中亞熱帶半濕潤氣候,海拔600～900m,年均降水量1 370.8mm；土壤類型為砂頁巖發(fā)育的黃壤。試驗地土壤的基本情況如表1所示。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Physicochemical properties of soils tested

1.2 試驗設(shè)計

供試桉樹品種為廣林9號,2013年4月種植,2018年定萌,種植間距為2m×3m,施肥深度15～25cm；試驗前，林木平均胸徑 9.12～10.14cm,平均樹高 12.21～13.05 m。杉木品種為林朵林場自培的優(yōu)良品種,2017年2月種植,種植間距為2m×2m,施肥深度15～25cm；試驗前，林木平均胸徑2.64～3.28cm,平均樹高2.70～2.87m。

試驗共設(shè)置6個不同處理,即未施肥對照組(CK)、常規(guī)施肥(G1)、袋控緩釋肥(G2)和3個不同用量的生物肥(G3-1,G3-2,G3-3)。每個處理重復(fù)3次。G1為桉樹專用肥(N∶P2O5∶K2O=15∶6∶9)或杉木專用肥(N∶P2O5∶K2O=12∶8∶10),具體施肥量情況如表2所示。肥料主成分中,N素來源為尿素和磷酸一銨,P素為磷酸一銨,K素為氯化鉀。G2的肥料袋包裝材料為牛皮紙與易自然降解的非織造布組成的復(fù)合材料,年降解率大于70%。G1和G2所包含的養(yǎng)分含量相同,同等質(zhì)量的G3的養(yǎng)分含量為G1,G2的1/6。

表2 試驗點施肥情況Tab.2 Fertilization in the test sites

在試驗小區(qū)內(nèi)選取有代表性、無病蟲害的植株20株進行編號掛牌,試驗過程時間為2019年3月至2020年7月,于2019年3月進行施肥處理,每年進行一次施肥。分別于2019年3月、2019年12月、2020年7月測定并記錄試驗地內(nèi)掛牌植株的樹高和胸徑。同時,在試驗小區(qū)以“S”形布設(shè)5個采樣點,取0～20cm土層的土壤樣品進行混合,按照四分法留取1kg土壤混合樣品,研磨過篩(0.15mm)后用于土壤化學(xué)性質(zhì)的測定。

1.3 測定方法

林地土壤理化性質(zhì)測定的指標包括pH值、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮,分別采用氯化鉀浸提-電位法、重鉻酸鉀氧化-容量法、凱氏定氮法、堿熔-鉬銻抗比色法、氫氧化鈉堿熔-火焰光度法和堿解擴散法進行測定。具體測定方法參照《森林土壤分析方法》[19]。采用數(shù)表法計算立木材積(表3),采用(1)式求算林分生長量,(2)式求算林分增長率,(3)式對比不同處理間的林分增長率。

表3 不同樹種立木材積計算公式Tab.3 Calculation formula of growing stock of different tree species

Ta=Xa2-Xa1

(1)

Pa=(Xa2-Xa1)/Xa1×100%

(2)

Qab=(Tb-Ta)/Ta×100%

(3)

式中:Xa1表示處理組a在施肥前的指標值(如胸徑、樹高或單株材積)；Xa2表示施肥后的指標值；Ta則表示處理組a各項指標的生長量；Pa表示處理組a各項指標在施肥后相對于施肥前的增長率；Qab表示施肥后處理組b各項指標的生長量相對于處理組a的增長率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 22.0軟件實現(xiàn)不同處理組間差異分析,采用單因素方差分析中的LSD法進行顯著性檢驗(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對林木生長的影響

2.1.1不同施肥處理對林木胸徑生長的影響

植物胸徑是反映生長勢的重要指標。表4展示了不同施肥處理方式對桉樹和杉木人工林胸徑的影響。對于桉樹而言,各處理在施肥前的胸徑平均值(DBH1)有一定差異。施肥9個月后,G2的胸徑平均生長量(T1)為1.63cm,胸徑平均增長率(P1)為17.55%,高于其他處理；各處理的胸徑平均生長量排序依次為G2>G3-3> G1>G3-2>G3-1>CK。施肥16個月后,G3-3的胸徑平均生長量(T2)為2.62cm,胸徑平均增長率(P2)為26.87%,高于其他處理；G2和G3-3的胸徑平均生長量比G1分別高出0.07cm(2.97%)和0.26cm(11.02%)；各處理的胸徑平均生長量排序依次為G3-3>G2>G1>G3-1>G3-2>CK。以上結(jié)果表明,G2在施肥初期對胸徑的生長更有優(yōu)勢,G3-3在施肥后期更有優(yōu)勢。對于杉木而言,施肥9個月后,對胸徑平均生長量(T1)的影響效果依次為G3-2>G3-3>G1>G2>G3-1>CK；施肥16個月后,對胸徑平均生長量(T2)的影響效果依次為G3-3>G1>G2>G3-2>G3-1>CK。

表4 不同施肥處理對桉樹和杉木人工林胸徑的影響Tab.4 Effects of different fertilization treatments on DBH of eucalyptus and Chinese fir plantations

2.1.2不同施肥處理對林木樹高生長的影響

植物株高也是反映生長勢的重要指標。表5展示了不同施肥處理方式對桉樹和杉木人工林樹高的影響。對于桉樹而言,施肥9個月后,G3-3的樹高平均生長量(T1)為1.03m,樹高平均增長率(P1)為8.43%,高于其他處理；各處理的樹高平均生長量排序依次為G3-3>G2>G3-2>G3-1>G1>CK。施肥16個月后,G3-3的樹高平均生長量(T2)為3.91m,樹高平均增長率(P2)為31.99%,高于其他處理；G2和G3-3的樹高平均生長量比G1分別高出0.19m(5.14%)和0.21m(5.68%)；各處理的樹高平均生長量排序依次為G3-3>G2>G1>G3-1>G3-2>CK。對于杉木而言,施肥16個月后,G2的樹高平均生長量(T2)為2.45m,樹高平均增長率(P2)為85.37%；各處理的樹高平均生長量排序依次為G3-3>G3-2>G2>G1>G3-1>CK。以上結(jié)果表明,不管是在桉樹還是杉木林中,G2的效果都優(yōu)于G3-1,但是低于G3-3。

表5 不同施肥處理對桉樹和杉木人工林樹高的影響Tab.5 Effects of different fertilization treatments on tree height of Eucalyptus and Chinese fir plantations

2.1.3不同施肥處理對林木材積的影響

材積是森林經(jīng)營利用的基本經(jīng)濟指標,表6展示了不同施肥處理方式對桉樹和杉木人工林材積的影響。對于桉樹而言,施肥9個月后,各處理的材積平均生長量(T1)排序依次為G3-3>G2>G3-2>G1>G3-1>CK；施肥16個月后,G2和G3-3的材積平均生長量比G1分別高出0.000 8cm3(1.89%)和0.004 64cm3(10.97%),各處理的材積平均生長量(T2)排序依次為G3-3>G3-2>G2>G1>G3-1>CK。對于杉木而言,施肥9個月后,對材積平均生長量(T1)的影響效果依次為G3-3>G3-2>G2>G1>G3-1>CK；施肥16個月后,G2和G3-3的材積平均生長量比G1分別高出0.002 04cm3(15.79%)和0.002 63cm3(20.36%),對材積平均生長量(T2)的影響效果依次為G3-3>G2>G3-2>G1>G3-1>CK。以上結(jié)果表明,不管是在桉樹還是杉木林中,G2的效果都優(yōu)于G1和G3-1,但是低于G3-3。

表6 不同施肥處理對桉樹和杉木人工林材積的影響Tab.6 Effects of different fertilization treatments on the volume of Eucalyptus and Chinese fir plantations

2.2 不同施肥處理對桉樹和杉木人工林土壤理化性質(zhì)的影響

土壤理化性質(zhì)對林木的生長有直接影響。不同施肥處理對桉樹土壤 pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮的影響如圖1所示,對杉木的如圖2所示。在桉樹林中,未施肥時的pH值為4.45。施肥9個月后,各處理的pH值略有下降；施肥16個月后,各處理的pH值略有回升,但仍低于施肥前。一般來說,施肥后隨著時間的增長,土壤pH值會逐漸恢復(fù)到原來的狀態(tài),但變化幅度受施肥方式影響。

注:圖上不同小寫字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)。

注:圖上不同小寫字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)。

G2在施肥9個月后的pH值為3.91,比施肥前低12.13%；16個月后pH值為3.98,比施肥前低10.56%；施肥前期和施肥后期的變化幅度為1.57個百分點。變化幅度最大的是G3-2,施肥前期和施肥后期的變化幅度為6.52個百分點。G2在所有處理中變化幅度最低,說明G2更有利于土壤的穩(wěn)定。

方差分析結(jié)果顯示,各處理間無顯著性差異,說明不同的施肥處理對桉樹土壤pH值影響不明顯,但是施肥處理均導(dǎo)致土壤酸化。杉木土壤pH值的變化情況與桉樹土壤類似,均出現(xiàn)pH值下降的趨勢,但是杉木土壤pH下降幅度小于桉樹土壤。這可能與樹種本身相關(guān),桉樹人工林土壤呈較強酸性,施肥處理使其土壤變化更為敏感。

在桉樹和杉木人工林中,施肥初期G1處理土壤有機質(zhì)的含量均高于其他處理(圖1(b))；但是在施肥后期G2處理的有機質(zhì)含量最高。在杉木林施肥初期,G1,G2,G3-2,G3-3這4個處理顯著高于CK；在施肥后期,5個處理都顯著高于CK,說明施肥處理能顯著提升土壤有機質(zhì)的含量。杉木林土壤有機質(zhì)含量的增長率大于桉樹林,這可能與本研究中杉木幼林正處于快速生長階段有關(guān)。

隨著施肥時間的增長,多個處理的全鉀含量呈現(xiàn)緩慢上升趨勢,全氮、全磷、堿解氮含量均呈現(xiàn)出先增高后緩慢降低的趨勢,但仍高于未施肥前。這可能是因為試驗地土壤肥力較低,對養(yǎng)分需求高,短時間內(nèi)土壤養(yǎng)分隨施肥量增加而增加。

對于施肥16個月后的全氮和堿解氮含量,杉木林各處理組的變化幅度均高于桉樹林。桉樹林全氮含量的增長范圍為8.24%～25.27%,而杉木林為108.11%～147.29%。桉樹林堿解氮含量的增長范圍為39.14%～64.68%,而杉木林為153.78%～189.02%。在桉樹林中,除了堿解氮含量之外,pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀各處理組間均無顯著性差異。對于堿解氮含量,5種施肥處理在施肥前期和施肥后期均與CK有顯著性差異,說明施肥處理對桉樹林的堿解氮含量影響顯著。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1不同施肥處理對桉樹和杉木生長的影響

林木的生長狀況是評價施肥效果的重要依據(jù)。已有研究提出,袋控緩釋肥對于促進桃樹根系的發(fā)育有顯著的效果[11],且在不降低桃產(chǎn)量的前提下,袋控緩釋肥比常規(guī)施肥減少了65%～82%的氮肥用量[7],這與本文的研究結(jié)果相符。本研究的結(jié)果表明,袋控緩釋肥比常規(guī)施肥更有利于促進桉樹和杉木林的生長。與G1相比,G2在施肥16個月后,桉樹的樹高、胸徑和單株立木蓄積分別提高了2.97%,5.14%和1.89%,杉木分別提高了-2.33%,0.82%和15.79%。

本研究設(shè)置了3種不同梯度的生物肥(G3-1,G3-2,G3-3)與袋控緩釋肥進行對比。從研究結(jié)果可以看出,G2的效果優(yōu)于G3-1,在杉木材積上優(yōu)于G3-2。此外,在施肥1年后的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),施用的袋控肥中有20%以上的剩余量可繼續(xù)供給林木養(yǎng)分。但是方差分析的結(jié)果表明,林木的各項生長指標(樹高、胸徑、材積)及土壤養(yǎng)分指標并未出現(xiàn)顯著差異,說明袋控緩釋肥不僅沒有影響植株的正常生長,且能夠達到減少施肥量、降低成本的目的,可在林業(yè)中推廣應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)G3-3的效果優(yōu)于G2,造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的。一方面,袋控緩釋肥受土壤溫度和水分的影響較大[22]。其養(yǎng)分釋放機理是土壤水分從微孔進入袋內(nèi),袋內(nèi)肥料形成飽和溶液,然后養(yǎng)分通過微孔釋放[14]。當年施肥前后天氣較為干燥,降雨量未充分滲透袋內(nèi)肥料,不利于養(yǎng)分的釋放,導(dǎo)致樹體吸收效果差,生長緩慢。另外一個可能的原因是監(jiān)測時間較短,袋控緩釋肥施入土壤后轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镉行юB(yǎng)分的速度較緩慢,未發(fā)揮出其優(yōu)勢。在呂紅翠[23]探討施肥對杉木生長影響的研究中表明:施肥1年后,傳統(tǒng)的溝施肥的效果優(yōu)于袋控緩釋肥；但是在施肥2年后,袋控緩釋肥處理的林地,其樹高、胸徑、材積開始高于傳統(tǒng)的溝施處理,并明顯高于未施肥處理。

由于本研究監(jiān)測時間較短,且受土壤、氣候等因素的影響,因此具有一定的局限性,今后可在不同的林地進行長期監(jiān)測,進一步探究袋控緩釋肥對林木長期生長及土壤穩(wěn)定性的影響。同時可設(shè)置多個施肥水平,為精準林業(yè)施肥提供理論基礎(chǔ)。

3.1.2不同施肥處理對桉樹和杉木土壤理化性質(zhì)的影響

施肥處理可提升土壤養(yǎng)分元素的含量,改善其土壤環(huán)境[24]。與常規(guī)施肥和生物肥相比,袋控緩釋肥更有利于土壤理化性質(zhì)的穩(wěn)定。在桉樹和杉木林土壤pH的監(jiān)測中,我們發(fā)現(xiàn)袋控緩釋肥在施肥前期和后期pH變化的幅度低于其他處理,在土壤養(yǎng)分變化中也發(fā)現(xiàn)了類似的情況。說明袋控緩釋肥比常規(guī)施肥和生物肥更有利于土壤理化性質(zhì)的穩(wěn)定,這與孫占育等[25]在葡萄上和宋海巖等[26]在桃樹上的研究結(jié)果一致。肥料散施,養(yǎng)分供應(yīng)波動較大,易造成林木營養(yǎng)生長競爭；而袋控緩釋肥養(yǎng)分供應(yīng)穩(wěn)定而且持續(xù),提高了肥料利用率,減少了環(huán)境污染,更有利于林木的長期生長。

不同的施肥處理對桉樹和杉木的土壤養(yǎng)分狀況影響不一。這可能是因為不同樹種對肥料及其濃度的響應(yīng)不一致,有待進一步研究,揭示其規(guī)律性。

3.2 結(jié)論

1)施肥處理對桉樹和杉木林的生長均有促進作用,與常規(guī)施肥相比,施用袋控緩釋肥桉樹的樹高、胸徑和單株立木材積分別提高了2.97%,5.14%和1.89%；杉木分別提高了-2.33%,0.82%和15.79%。

2)在桉樹林中,對材積生長量的影響效果依次為G3-3 >G3-2>G2> G1> G3-1 >CK；在杉木林中為G3-3>G2>G3-2> G1> G3-1 >CK。G2的效果優(yōu)于G1和G3-1,低于G3-3。

3)施肥處理均提高了土壤中有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮的含量,降低了土壤的pH值,其中袋控緩釋肥更有利于土壤養(yǎng)分的穩(wěn)定。