施肥對(duì)巨龍竹實(shí)生苗土壤質(zhì)量和生物量的影響

周昀菲，輝朝茂，劉蔚漪

(西南林業(yè)大學(xué)竹藤科學(xué)研究院/國家叢生竹工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650224)

巨龍竹(DendrocalamussinicusChia et J. L. Sun)屬于禾本科(Gramineae)竹亞科(bambusoideae)牡竹屬(Dendrocalamus)，是云南特有大型合軸叢生竹種[1]，也是目前是目前世界上最大的竹類植物，竹高20～30 m，胸徑20～30 cm，主要分布在滇西南和滇南佤等少數(shù)民族聚集的區(qū)域。巨龍竹具有稈形高大、通直度良好和抗壓能力強(qiáng)等特性[2]，培育前景良好，能滿足多類竹材產(chǎn)品需求，其抗壓強(qiáng)度達(dá)55.5 MPa，抗拉長度達(dá)329 MPa，抗彎強(qiáng)度達(dá)128.5 MPa[3]。有研究者指出，土壤養(yǎng)分、酶活性和微生物數(shù)量之間呈現(xiàn)出顯著相關(guān)，測(cè)定土壤酶活性總體情況是用以評(píng)價(jià)土壤肥力的方式之一[4-6]。施肥影響土壤微生物數(shù)量試驗(yàn)表明，氮磷鉀無機(jī)肥施肥下，細(xì)菌、放線菌數(shù)量隨著施肥種類中氮元素水平的增加而減少，真菌數(shù)量隨著氮元素水平的增加而增加[7]。目前對(duì)于竹林施肥對(duì)土壤質(zhì)量和竹林生產(chǎn)力影響的研究已有諸多報(bào)道，但巨龍竹這一竹種的研究較少，與之相關(guān)的水肥管理措施更是缺乏系統(tǒng)、統(tǒng)一、科學(xué)、規(guī)范的技術(shù)指導(dǎo)。該研究從不同施肥種類對(duì)巨龍竹的土壤質(zhì)量和生物量的影響出發(fā)，通過測(cè)定巨龍竹土壤養(yǎng)分含量、酶活性、微生物數(shù)量以及苗木地上鮮重，分析比較采用有機(jī)肥、無機(jī)肥和綠肥培育的巨龍竹實(shí)生苗土壤質(zhì)量和地上生物量的差異，探討施肥處理下土壤化學(xué)生物性質(zhì)之間的相互影響，確定對(duì)巨龍竹土壤質(zhì)量和苗木生長的最佳施肥處理，為提高巨龍竹生產(chǎn)力和竹稈質(zhì)量，規(guī)范巨龍竹水肥管理提供科學(xué)有效的技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與處理

該試驗(yàn)于2017年在西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院智能溫室進(jìn)行，采用盆栽試驗(yàn)，選擇生長良好，健康、大小基本一致的3年生巨龍竹實(shí)生苗，平均苗高約1.5 m，竹盆采用直徑30 cm，高度40 cm，盆栽用土取校區(qū)后山土壤。采用隨機(jī)完全區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)5個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)3株苗，共45株，于溫室大棚平緩地段設(shè)置8 m×2.5 m的試驗(yàn)樣地內(nèi)等距放置盆栽。在大棚進(jìn)行遮陽、加溫等處理，使大棚環(huán)境溫度控制在18-30 ℃，濕度65%，保證溫、濕度條件不成為限制因子[8]。

試驗(yàn)于2017年3月-2018年5月展開，為探討4種肥料對(duì)巨龍竹實(shí)生苗土壤養(yǎng)分、土壤酶活性及實(shí)生苗生長的影響，共設(shè)5個(gè)不同的處理，分別是A(無機(jī)肥1，氮、磷、鉀比例22∶8∶15，總有效養(yǎng)分含量≥45%)、B(無機(jī)肥2，氮、磷、鉀比例16∶16∶16，總有效養(yǎng)分含量≥48%)、C(有機(jī)肥，鴿子糞發(fā)酵)、D(綠肥，光葉紫花苕不發(fā)酵)、CK(對(duì)照，不施肥)。2017年3月25日在盆中定植巨龍竹幼苗，栽后正常管理，待巨龍竹實(shí)生苗正常生長后進(jìn)行施肥試驗(yàn)。于2017年5月-2018年5月每月施肥一次，每次50 g·盆-1，施肥方式為撒播。

1.2 指標(biāo)測(cè)定

施肥培育12個(gè)月后，于施肥前、無雨時(shí)每個(gè)處理抽取3個(gè)盆栽中相同位置、相同深度的土壤，取樣裝袋作為待測(cè)樣本。測(cè)定巨龍竹土壤養(yǎng)分、土壤酶活性、土壤微生物數(shù)量以及生物量相關(guān)的16項(xiàng)指標(biāo)，包括土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、水解性氮、有效磷含量，土壤過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性，土壤細(xì)菌、放線菌、真菌、固氮菌數(shù)量，枝鮮重、稈鮮重、葉鮮重。

土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀外加熱法[9]；全氮用半微量凱氏定氮法；全磷用鉬銻抗比色法；水解性氮用堿解-擴(kuò)散法[10]；有效磷用0.5 mol·L-1NaHCO3-鉬銻抗比色法。過氧化氫酶活性用高錳酸鉀滴定(0.1 mol·L-1KMnO4，20 min)；酸性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，37 ℃培養(yǎng)24 h；蔗糖酶活性用 3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，37 ℃培養(yǎng) 24 h；脲酶用苯酚鈉比色法測(cè)定，37 ℃培養(yǎng) 24 h[11]。土壤微生物計(jì)數(shù)采用稀釋涂布平板法，分別稱取1 g土樣于裝有99 mL無菌水的三角瓶中，劇烈震蕩，使其充分混勻，此時(shí)土樣被稀釋成10-2，依次將土樣稀釋至10-6，取200 μl稀釋液進(jìn)行涂布，微生物牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基置于37 ℃，倒置培養(yǎng)，5 d后取10-6稀釋度進(jìn)行細(xì)菌計(jì)數(shù)；高氏1號(hào)培養(yǎng)基置于28 ℃，倒置培養(yǎng)，7 d后取10-6稀釋度進(jìn)行放線菌計(jì)數(shù)；馬丁氏培養(yǎng)基置于28 ℃，倒置培養(yǎng)，7 d后取10-6稀釋度進(jìn)行真菌計(jì)數(shù)；阿須貝培養(yǎng)基置于37 ℃，倒置培養(yǎng)，7 d后計(jì)數(shù)取10-2稀釋度進(jìn)行固氮菌計(jì)數(shù)[12-13]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Microsoft Excel 錄入試驗(yàn)中測(cè)量的各項(xiàng)土壤指標(biāo)。利用SPSS 21.0對(duì)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan法多重比較，各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對(duì)土壤性質(zhì)和微生物數(shù)量的影響

由表1可知，不同處理施肥下，土壤有機(jī)質(zhì)的變化趨勢(shì)為C>D>A>B>CK，全氮、全磷、水解性氮的變化趨勢(shì)為C>B>A>D>CK，有效磷的變化趨勢(shì)為C>B>D>A>CK，均以C處理最高，CK處理最低，C處理分別為123.09 g·kg-1、7.16 g·kg-1、5.85 g·kg-1、585.11 g·kg-1、165.20 g·kg-1，比CK高出61.96 g·kg-1、3.16 g·kg-1、4.45 g·kg-1、320.68 mg·kg-1、89.98 mg·kg-1，增幅為50.34%、51.26%、76.07%、54.81%、54.47%，變異系數(shù)為2.93%、12.15%、14.87%、0.63%、2.15%。有機(jī)質(zhì)含量在施無機(jī)肥1處理(A)、有機(jī)肥處理(C)和綠肥(D)處理與對(duì)照均達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)。全氮、全磷含量在無機(jī)肥1處理(A)、無機(jī)肥2處理(B)、有機(jī)肥處理(C)與對(duì)照均達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)，除綠肥處理(D)外，各處理間均達(dá)到了極顯著差異。水解性氮和有效磷含量在施無機(jī)肥1處理(A)、無機(jī)肥2處理(B)、有機(jī)肥處理(C)和綠肥處理(D)與對(duì)照均達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)，各處理間也均達(dá)到了極顯著差異。

表1 施肥處理后土壤養(yǎng)分含量

過氧化氫酶活性表征了有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化程度和土壤腐殖質(zhì)化強(qiáng)度，防止過氧化氫過度積累，加快土壤中各種化合物的氧化速度[14]。酸性磷酸酶表征了土壤水肥管理效果和有機(jī)質(zhì)含量，能夠催化土壤有機(jī)磷化合物水解[15]。蔗糖酶負(fù)責(zé)將土壤中高分子化合物分解成葡萄糖，表征了土壤有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)和粘粒的含量[16]。脲酶是具有專一性的一種中性酶，和土壤氮轉(zhuǎn)化相關(guān)，可將有機(jī)質(zhì)和尿素水解成氨和二氧化碳[17]。土壤過氧化氫酶、酸性磷酸酶活性的變化趨勢(shì)為D>C>A>B>CK，蔗糖酶活性的變化趨勢(shì)為D>A>B>C>CK，脲酶活性的變化趨勢(shì)為D>C>B>A>CK，均以D處理最高，CK處理最低，D處理分別為0.89 mg·g-1·d-1、3.25 mg·g-1·d-1、61.60 mg·g-1·d-1、915.25 mg·g-1·d-1，比CK高出0.85 mg·g-1·d-1、2.04 mg·g-1·d-1、39.03 mg·g-1·d-1、757.83 mg·g-1·d-1，增幅為95.51%、62.77%、63.36%、82.80%，變異系數(shù)為14.61%、9.54%、6.53%、3.11%。過氧化氫酶活性在施無機(jī)肥1處理(A)、有機(jī)肥處理(C)和綠肥處理(D)與對(duì)照均達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)，酸性磷酸酶在施有機(jī)肥處理(C)和綠肥處理(D)與對(duì)照均達(dá)到了顯著差異(P<0.05)，蔗糖酶在施無機(jī)肥1處理(A)、無機(jī)肥2處理(B)和綠肥處理(D)與對(duì)照均達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)，脲酶在施無機(jī)肥1處理(A)、無機(jī)肥2處理(B)、有機(jī)肥處理(C)和綠肥處理(D)與對(duì)照均達(dá)到了極顯著差異。

表2 施肥處理后土壤酶活性

土壤微生物參與了有機(jī)質(zhì)的分解、營養(yǎng)元素循環(huán)、土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及污染成分凈化等重要土壤生態(tài)系統(tǒng)過程，是土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵[18]。由圖1A、圖1B可知，土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量的變化趨勢(shì)是CK>D>B>C>A，以A處理最低，分別為0.60×107CFU·mL-1、0.63×107CFU·mL-1，比對(duì)照降低了2.52×107CFU·mL-1、5.29×107CFU·mL-1，降幅為80.77%、89.36%。細(xì)菌數(shù)量的無機(jī)肥1處理(A)與其他處理均達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)，放線菌數(shù)量的無機(jī)肥1處理(A)與僅與綠肥處理(D)、不施肥對(duì)照(CK)達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)。

由圖1C可知，土壤真菌數(shù)量的變化趨勢(shì)是C>B>A>D>CK，以C處理最高為2.27×106CFU·mL-1，比對(duì)照高出0.41×106CFU·mL-1，增幅為18.06%。真菌數(shù)量的C處理與B處理差異不顯著，與其他處理均達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)。由圖1D可知，土壤固氮菌數(shù)量的變化趨勢(shì)是C>A>B>D>CK，以C處理最高為4.58×105CFU·mL-1，比對(duì)照高出1.46×105CFU·mL-1，增幅為31.88%。固氮菌數(shù)量的C處理與其他處理均達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)。

圖1 施肥對(duì)巨龍竹實(shí)生苗中細(xì)菌(A) 、放線菌(B) 、真菌(C) 、固氮菌(D)的影響Fig.1 Effects of fertilization on bacteria (A)，actinomycetes (B)，fungi (C) and nitrogen-fixing bacteria (D) in the soil of Dendrocalamus sinicus seedlings

2.2 施肥對(duì)實(shí)生苗地上生物量的影響

測(cè)定巨龍竹地上部分生物量以及其在竹稈的具體分配情況，對(duì)于評(píng)價(jià)巨龍竹生長情況、生產(chǎn)力以及稈材品質(zhì)都具有著重要意義。由表3可知，枝鮮重的變化趨勢(shì)為C>B>A>D>CK，稈鮮重、葉鮮重的變化趨勢(shì)為C>D>B>A>CK，以處理C最高，分別為124.97 g、268.23 g、131.70 g，比對(duì)照增加34.84 g、157.73 g、78.33 g，增幅為27.88%、58.80%、59.48%。枝鮮重、稈鮮重和葉鮮重與其他處理均達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)，僅枝鮮重的無機(jī)肥1處理(A)和綠肥處理(D)之間差異不顯著。

表3 施肥處理后巨龍竹地上部分鮮重

2.3 巨龍竹實(shí)生苗土壤性質(zhì)間的相關(guān)分析

由表4可知，土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、全磷、水解性氮、有效磷、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、脲酶、真菌、固氮菌均呈現(xiàn)正相關(guān)，但僅與全氮達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，與蔗糖酶、細(xì)菌、放線菌呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。土壤全氮與全磷、水解性氮、有效磷、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、脲酶、真菌、固氮菌均呈現(xiàn)正相關(guān)，但僅與全磷、水解性氮達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，與固氮菌達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，與蔗糖酶、細(xì)菌、放線菌呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。土壤全磷與水解性氮、有效磷、酸性磷酸酶、脲酶、真菌、固氮菌均呈現(xiàn)正相關(guān)，但僅與水解性氮、真菌達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，與過氧化氫酶、蔗糖酶、細(xì)菌、放線菌呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。土壤水解性氮與有效磷、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、脲酶、真菌、固氮菌，僅與固氮菌達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，與真菌達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，與蔗糖酶、細(xì)菌、放線菌呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。土壤有效磷與過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、真菌、固氮菌呈現(xiàn)正相關(guān)，僅與真菌、固氮菌達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，與細(xì)菌、放線菌呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，僅與放線菌達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。土壤過氧化氫酶與酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、細(xì)菌、真菌、固氮菌呈現(xiàn)正相關(guān)，僅與酸性磷酸酶達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，與放線菌呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。細(xì)菌與放線菌呈現(xiàn)正相關(guān)，達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)。

表4 土壤性質(zhì)相關(guān)分析

2.4 巨龍竹實(shí)生苗土壤性質(zhì)與生物量間的相關(guān)分析

由表5可知，枝鮮重與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、水解性氮、有效磷、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、脲酶、真菌、固氮菌呈現(xiàn)正相關(guān)，與水解性氮、真菌達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，與全氮、全磷、有效磷、固氮菌達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，與蔗糖酶、細(xì)菌、放線菌呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。稈鮮重與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、水解性氮、有效磷、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、真菌、固氮菌呈現(xiàn)正相關(guān)，僅與酸性磷酸酶達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，與細(xì)菌、放線菌呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。葉鮮重與也有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、水解性氮、有效磷、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、真菌、固氮菌呈現(xiàn)正相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)和固氮菌達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。巨龍竹生物量之間的稈鮮重和葉鮮重呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

2.5 巨龍竹土壤質(zhì)量的主成分分析

對(duì)巨龍竹土壤養(yǎng)分、酶活性、微生物數(shù)量進(jìn)行主成分分析，得到因子的主成分特征值、貢獻(xiàn)率(表6)以及碎石圖(圖2)。從表7分析可知，前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)95.577%(>85%)，這些信息能夠較整體概括土壤質(zhì)量的基本情況。選取前3個(gè)主成分進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到主成分載荷矩陣，然后計(jì)算土壤質(zhì)量的綜合評(píng)分值，結(jié)果見表7。

表5 土壤性質(zhì)與生物量相關(guān)分析

表6 土壤質(zhì)量方差貢獻(xiàn)率

圖2 土壤質(zhì)量碎石圖Fig.2 Scree plot of soil quality

表7 土壤質(zhì)量主成分分析綜合評(píng)分值

按照主成分的綜合評(píng)分值排名得到C>D>B>A>CK，結(jié)果表明，處理C對(duì)土壤質(zhì)量的影響最佳，處理A對(duì)土壤質(zhì)量的影響最弱。

3 討論

3.1 不同施肥種類對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

吳明等[19]研究發(fā)現(xiàn)，與施加無機(jī)肥和綠肥相比，有機(jī)肥能最明顯地增加土壤有機(jī)質(zhì)全氮的含量，該試驗(yàn)與前人的研究結(jié)果一致。史吉平等[20]研究無機(jī)肥和有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，得出全磷和有效磷含量的增加效果上有機(jī)肥的效果優(yōu)于無機(jī)肥和綠肥，該試驗(yàn)施肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響與前人研究結(jié)果相符，說明施加有機(jī)肥是對(duì)養(yǎng)分含量影響最優(yōu)的處理。

3.2 不同施肥種類對(duì)土壤酶活性的影響

丁雷等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在盆栽試驗(yàn)條件下土壤脲酶和酸性磷酸酶的活性與速效鉀的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，該試驗(yàn)與前人的結(jié)論較為相符。劉驊等[22]研究發(fā)現(xiàn)，只施無機(jī)肥會(huì)使土壤脲酶、酸性磷酸酶活性降低，該試驗(yàn)與前人研究結(jié)果一致。

3.3 不同施肥種類對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

張曉海等[23]研究秸稈對(duì)土壤微生物的影響，得出化肥和有機(jī)肥配施的方案能夠明顯地增加土壤微生物數(shù)量，該試驗(yàn)施加無機(jī)肥后微生物數(shù)量下降的情況與前人研究相符，說明無機(jī)肥的施加會(huì)降低土壤中的腐殖質(zhì)含量，從而使土壤中微生物數(shù)量降低；但該試驗(yàn)施加有機(jī)肥后微生物數(shù)量仍下降的情況與劉驊的研究結(jié)論存在差異，分析原因發(fā)現(xiàn)土壤為酸性土壤時(shí)，微生物數(shù)量和pH呈現(xiàn)正相關(guān)，說明土壤微生物一般更適宜在pH為7-8的土壤環(huán)境生長[24]，有機(jī)肥處理后的酸性土壤環(huán)境不適宜微生物的生存，且施肥后由于土壤氮元素含量過高，明顯地抑制了細(xì)菌以及放線菌數(shù)量[25]。

3.4 不同施肥種類對(duì)巨龍竹地上生物量的影響

劉垚等[26]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量，并且提高土壤脲酶活性，施用后能顯著提升竹筍的產(chǎn)量，該試驗(yàn)施加有機(jī)質(zhì)后巨龍竹產(chǎn)量提高與前人研究相一致。郭曉敏等[27]研究施肥對(duì)毛竹筍產(chǎn)量的影響，得出施加氮磷鉀復(fù)合肥能夠增加竹筍產(chǎn)量，該試驗(yàn)與前人研究一致。

4 結(jié)論

巨龍竹苗期培育時(shí)施加有機(jī)肥對(duì)土壤質(zhì)量和生物量的影響最佳。(1)不同施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性和微生物數(shù)量的影響均以施加有機(jī)肥處理最佳，施肥影響的綜合次序?yàn)橛袡C(jī)肥>綠肥>無機(jī)肥(氮、磷、鉀比例22∶8∶15，總有效養(yǎng)分含量≥45%)>無機(jī)肥(氮、磷、鉀比例16∶16∶16，總有效養(yǎng)分含量≥48%)>不施肥。(2)土壤養(yǎng)分與巨龍竹地上鮮重均呈現(xiàn)正相關(guān)，土壤酶活性與巨龍竹稈鮮重、葉鮮重呈現(xiàn)正相關(guān)，真菌和固氮菌與巨龍竹地上生物量呈現(xiàn)正相關(guān)，細(xì)菌和放線菌與巨龍竹地上生物量呈現(xiàn)正相關(guān)。