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)科學研究院,南寧 530002；2.北京林業(yè)大學 林學院,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,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之一[7-8]。其特點是通過應用水、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、根衰老及果實產量和品質的影響。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]等作物的應用研究中,也表明袋控緩釋肥能顯著提高果實和農作物的產量,改善果實品質、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、經濟價值高等特點,不僅給當地農民帶來可觀的經濟收入,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的影響,探討袋控緩釋肥在林業(yè)上的應用。

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 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Tab.1 Physicochemical properties of soils tested

1.2 試驗設計

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掛牌植株的樹高和胸徑。同時,在試驗小區(qū)以“S”形布設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)后用于土壤化學性質的測定。

1.3 測定方法

林地土壤理化性質測定的指標包括pH值、有機質、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 數據處理

利用SPSS 22.0軟件實現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

材積是森林經營利用的基本經濟指標,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的影響

土壤理化性質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、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,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的含量。杉木林土壤有機質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。

隨著施肥時間的增長,多個處理的全鉀含量呈現緩慢上升趨勢,全氮、全磷、堿解氮含量均呈現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、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。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],這與本文的研究結果相符。本研究的結果表明,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年后的調查中發(fā)現,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)中推廣應用。研究發(fā)現G3-3的效果優(yōu)于G2,造成這種現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,袋內肥料形成飽和溶液,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肥料,不利于養(yǎng)分的釋放,導致樹體吸收效果差,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。同時可設置多個施肥水平,為精準林業(yè)施肥提供理論基礎。

3.1.2不同施肥處理對桉樹和杉木土壤理化性質的影響

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的穩(wěn)定。在桉樹和杉木林土壤pH的監(jiān)測中,我們發(fā)現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]在桃樹上的研究結果一致。肥料散施,養(yǎng)分供應波動較大,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不一致,有待進一步研究,揭示其規(guī)律性。

3.2 結論

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、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。