閆彩霞 ，苗婷婷 ，劉俊龍 ，吳中能 *，蘇曉華 ，丁昌俊 ，王濤 ，曹志華 ，孫慧

（1.安徽省林業(yè)科學(xué)研究院，安徽 合肥 230088；2.中國(guó)林科院林業(yè)研究所，北京 100091；3.亳州市林業(yè)科學(xué)研究所，安徽 亳州 236000）

楊樹人工林在林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中占有非常重要的地位。在營(yíng)林過程中，在同一塊林地上培育楊樹二代林是一種普遍現(xiàn)象，但由此導(dǎo)致的生產(chǎn)力下降、地力衰退表現(xiàn)也很明顯。胡興宜等[1]研究發(fā)現(xiàn)楊樹二代林較一代林的胸徑、樹高和材積分別降低0.70%～12.05%、7.28%～20.41%和 17.78%～27.83%，二代林生產(chǎn)力遠(yuǎn)不及一代林的水平。為維持楊樹人工林長(zhǎng)期生產(chǎn)力，廣大林業(yè)科技工作者開展了大量研究，尤其是有關(guān)楊樹人工林連作障礙的引發(fā)因素及機(jī)理研究，一致認(rèn)為楊樹連作時(shí)植物殘?bào)w分解物、根系分泌物以及微生物代謝產(chǎn)物對(duì)二代林楊樹產(chǎn)生自毒作用[2-3]，通過影響土壤空氣、pH 值、濕度等土壤微生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致土壤理化形狀劣變和微生物群落失衡[4]，進(jìn)而通過影響酶活性、光合作用和細(xì)胞膜透性等多種途徑影響楊樹生長(zhǎng)[5]。但是在已經(jīng)發(fā)生肥力衰退的立地上，如何調(diào)控并修復(fù)改善土壤肥力，使楊樹二代林持續(xù)快速豐產(chǎn)方面的研究甚少。房莉、王國(guó)兵等[6-8]研究認(rèn)為在楊樹二代林經(jīng)營(yíng)中進(jìn)行人工施肥補(bǔ)充地力，能改善土壤生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)林木生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量和品質(zhì)。蘇貽攀[9]研究表明保持自肥+科學(xué)施肥+施用菌肥能改善桉樹二代林土壤養(yǎng)分循環(huán)，有效解決桉樹二代林地力衰退問題。李顯歌等[10]研究認(rèn)為花生連作田施加有機(jī)肥和菌肥，能顯著改善因連作造成的生產(chǎn)力低下、土壤性能下降、根際微生物結(jié)構(gòu)失衡等負(fù)效應(yīng)。因此，開展楊樹二代更新林施肥成效研究非常必要且具可行性。本研究采用氮肥（尿素）、磷肥（過磷酸鈣）、鉀肥（硫酸鉀）、有機(jī)肥和土壤改良生物菌肥5 種肥料，開展大田配方施肥試驗(yàn)，分析研究不同施肥模式對(duì)楊樹二代林營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和材積的影響，旨在為楊樹二代林科學(xué)合理施肥及可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于安徽省亳州市渦陽縣（115°53′～116°33′E，33°20′～33°47′N），屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，具有氣候溫和、雨量適中、雨熱同步、光照充足、光、熱資源比較豐富等氣候特征。年平均氣溫15.1 ℃，極端高溫 40.3 ℃，極端低溫-17.2 ℃，年平均降水量809.8 mm，年均相對(duì)濕度80%，年平均風(fēng)速為2.3 m/s，無霜期較長(zhǎng)。海拔高度26.5～33.5 m。土壤類型為砂姜黑土類普通砂姜黑土亞類淤黑土土屬淤黑土土種，土壤有機(jī)質(zhì)9.58 g/kg、全氮0.601 g/kg、全磷 0.242 g/kg、有效鉀 150 mg/kg、水解性氮46.9 mg/kg、速效磷 11.9 mg/kg、緩效鉀 617.2 mg/kg、pH 值 8.30。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取品種一致、立地一致及生長(zhǎng)狀況基本一致的3 年生楊樹二代人工林，品種為2025。采用正交試驗(yàn)L1（645）設(shè)計(jì)（表1、表2），以氮肥（尿素）、磷肥（過磷酸鈣）、鉀肥（硫酸鉀）、有機(jī)肥（OF）和土壤改良生物菌肥（BF）為5 個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)置4 個(gè)水平，其中氮肥水平為 0、125、250、500 g/株，磷肥水平為 0、250、500、750 g/株，鉀肥水平為 0、25、50、75 g/株，有機(jī)肥水平為 0 g/株、500 g/株、1 000 g/株、2 000 g/株，土壤改良生物菌肥水平為0 g/株、100 g/株、150 g/株、200 g/株，以不施肥作為對(duì)照，共16 個(gè)處理，3 次重復(fù)，共計(jì)48 個(gè)小區(qū)，每個(gè)處理小區(qū)15 株，共計(jì)720株苗木。尿素含氮量≥46.4%；過磷酸鈣含P2O5≥12%；硫酸鉀含K2O≥51%；供試有機(jī)肥由安徽省東星農(nóng)北有限公司提供，其中有機(jī)質(zhì)≥20%、氨基酸≥10%、腐殖酸≥15%、N-P2O5-K2O ≥16%（13-0-3）；土壤改良生物菌肥由安徽麥斯通農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司提供，其中有效活菌數(shù)≥2×108個(gè)/g，有機(jī)質(zhì)含量≥20.0%，N+P2O5+K2O=20%（7-5-8），黃腐酸含量≥10%，菌種為膠質(zhì)芽孢桿、解淀粉芽孢桿菌。

表1 試驗(yàn)因素和水平（/g·株-1）

表2 試驗(yàn)各處理肥料組合

1.2.2 施肥方法

自2016 年起，每年6 月按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)試驗(yàn)林分進(jìn)行施肥，施肥方式采用穴狀施肥，分3 個(gè)方向距離林木0.8～1.0 m 呈等邊三角形挖穴施肥（或四方向）。2018 年將施肥分成兩部分進(jìn)行，菌肥提前到4月實(shí)施，其他肥料仍然在6 月施用。所有處理灌溉、中耕除草、病蟲害防治等日常管理養(yǎng)護(hù)保持一致。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定

于2018 年10 月試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，對(duì)林分進(jìn)行每木檢尺，用胸徑卷尺和測(cè)高儀測(cè)定所有參試楊樹苗木的胸徑和樹高。其中，胸徑精度0.1 cm，樹高精度0.1 m。材積計(jì)算公式采用V=0.005 72+0.660 56D2+0.666 67D2H-0.638 62D3H +0.394 5D2H ×Log10（D）（其中D 為1.3 m 處胸徑，H 為樹高，單位均為m）計(jì)算單株材積。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及制圖，采用SPSS 軟件進(jìn)行方差分析和多重比較，采用Duncan分析法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)楊樹二代林營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的影響

將氮肥（尿素）、磷肥（過磷酸鈣）、鉀肥（硫酸鉀）、有機(jī)肥（OF）和土壤改良生物菌肥（BF）5 種肥料按照不同配比對(duì)3 年生楊樹二代人工林開展施肥試驗(yàn)，結(jié)果顯示，不同施肥組合處理下楊樹胸徑和樹高的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)效應(yīng)存在顯著差異（P＜0.05），詳見表3。

由表3 可知，14 號(hào)施肥處理的胸徑和樹高表現(xiàn)均為最好，分別為17.16 cm 和14.28 m，分別比對(duì)照（1 號(hào)處理）提高了 8.33%和2.8%；其次是 10 號(hào)、16 號(hào)處理，胸徑分別為16.91 cm、16.77 cm，樹高分別為14.22 cm 和14.19 m，分別比對(duì)照增長(zhǎng)了6.76%、5.87%。4 號(hào)施肥處理的胸徑和樹高表現(xiàn)最差，其次是5 號(hào)、12 號(hào)、2 號(hào)和 11 號(hào)，其胸徑和樹高均低于對(duì)照。此外，不同肥料種類下楊樹二代林生長(zhǎng)方差分析結(jié)果（表4）顯示，氮肥和鉀肥對(duì)胸徑和樹高生長(zhǎng)均有顯著影響（P＜0.05），其他肥料施肥效應(yīng)不顯著。

表3 不同施肥組合下楊樹二代林胸徑和樹高

2.2 不同施肥模式對(duì)楊樹二代林材積的影響

由表4 可知氮肥對(duì)材積生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）。

表4 不同肥料種類下楊樹二代林生長(zhǎng)方差分析

由圖1 可知，材積生長(zhǎng)量最好的是14 號(hào)施肥處理，為0.133 0 m3，比1 號(hào)對(duì)照增長(zhǎng)了21.46%；其次是 10 號(hào)、16 號(hào)處理，分別為 0.128 0 m3、0.125 8 m3。4 號(hào)施肥處理的材積表現(xiàn)最差，其次是5 號(hào)、12 號(hào)、2號(hào)和11 號(hào)，其材積均低于對(duì)照。

圖1 不同施肥組合下的楊樹材積

2.3 最佳施肥配方的篩選

直觀分析結(jié)果（見表5）表明，根據(jù)極差R 值大小得出5 種肥料對(duì)楊樹二代林胸徑影響程度的從大到小的順序?yàn)镹、K、BF、P、OF；而對(duì)樹高影響程度從大到小的的順序?yàn)镹、K、BF、P、OF；對(duì)材積影響程度從大到小的的順序?yàn)镹、K、P、OF、BF。促進(jìn)楊樹胸徑生長(zhǎng)的最優(yōu)施肥組合是：N4P2K3OF3BF1，促進(jìn)楊樹樹高生長(zhǎng)的最優(yōu)施肥組合是：N4P2K3OF3BF1，促進(jìn)楊樹材積生長(zhǎng)的最優(yōu)施肥組合是：N4P2K3OF1BF3。綜合分析5 種肥料對(duì)楊樹營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和材積影響程度，得出促進(jìn)楊樹生長(zhǎng)的最優(yōu)施肥組合是N4P2K3OF3BF1，即每株施氮肥、磷肥、鉀肥、有機(jī)肥和土壤改良生物菌肥分別為500 g、250 g、50 g、1 000 g 和 0 g。

表5 正交試驗(yàn)直觀分析

3 討論與結(jié)論

（1）楊樹人工速生林生長(zhǎng)速度快，適應(yīng)力強(qiáng)，對(duì)肥料和養(yǎng)分需求極為旺盛。合理的配方施肥，能夠提供楊樹生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有研究表明，不同肥料種類對(duì)樟樹、肉桂、米老排等林木生長(zhǎng)指標(biāo)的影響效應(yīng)不同[11-13]。本研究中，5 種肥料對(duì)楊樹二代林胸徑和樹高影響程度從大到小的順序均為：N、K、BF、P、OF，對(duì)材積影響程度從大到小的順序?yàn)椋篘、K、P、OF、BF。對(duì)楊樹二代林營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)以及材積量影響效應(yīng)最大的因素是N 肥，且影響顯著（P＜0.05）。原因可能是因?yàn)榈厥侵参矬w內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的組分[14]，并通過改變氮素循環(huán)結(jié)構(gòu)促進(jìn)苗木生長(zhǎng)發(fā)育[15]，所以氮供給充足的植株生長(zhǎng)較快，缺乏或過量時(shí)常使植株的生長(zhǎng)受到抑制。其次是K 肥，可能是因?yàn)殁浭侵参锏闹饕獱I(yíng)養(yǎng)元素，其主要功能與植物的新陳代謝有關(guān)，這與楊艷等人的研究結(jié)果一致[16]。P 肥對(duì)測(cè)試指標(biāo)影響不顯著，可能是肥料耦合導(dǎo)致養(yǎng)分互作效應(yīng)所致，也可能與二代林土地利用歷史、立地條件、樹齡等多方面因素有關(guān)，有待深入研究。有機(jī)肥對(duì)測(cè)試指標(biāo)影響不顯著，可能是作為緩效肥，有機(jī)肥養(yǎng)分釋放緩慢的緣故，這與李貽銓等人第3 年起有機(jī)肥方才顯著影響楊樹生長(zhǎng)指標(biāo)的研究結(jié)果一致[17]。大量研究表明微生物肥料可正向調(diào)控植物生長(zhǎng)，本試驗(yàn)中土壤改良生物菌肥對(duì)測(cè)試指標(biāo)效應(yīng)不顯著，可能是因?yàn)槲⑸锓柿闲Ч环€(wěn)定或肥料中的菌株品種單一，或由于環(huán)境條件會(huì)反作用于微生物肥料，限制了肥料中菌種的生長(zhǎng)、代謝進(jìn)程。

（2）本研究中 4 號(hào)處理（N1P4K4OF4BF4）楊樹生長(zhǎng)指標(biāo)表現(xiàn)最差，可能是該施肥組合下樹體周圍土壤N、P、K 養(yǎng)分比例失調(diào)產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)所致，只有平衡施肥才能保持土壤養(yǎng)分供給與林木生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的平衡。試驗(yàn)中促進(jìn)楊樹生長(zhǎng)表現(xiàn)最優(yōu)的是14 號(hào)處理（N4P2K3OF1BF4），胸徑、樹高和材積量分別為17.16 cm、14.28 m 和 0.133 0 m3，分別比對(duì)照提高了8.33%和2.8%和21.46%，可能是肥料間耦合產(chǎn)生正效應(yīng)，微生物菌肥利用自身大量的活性菌種，對(duì)外源無機(jī)肥和土壤中的養(yǎng)分起到活化作用，有效提高了肥料利用率和植物養(yǎng)分利用效率，同時(shí)也再次印證了合理的施肥方案能夠有效促進(jìn)楊樹二代林營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。但最優(yōu)處理與對(duì)照差異不顯著，這既與二代林土地利用歷史有關(guān)，可能還受限于林木生長(zhǎng)的立地條件，砂漿黑土土壤理化性質(zhì)差，林地肥料綜合利用率低下，也可能是因?yàn)槭┓试囼?yàn)時(shí)間短，肥效尚未充分發(fā)揮。

（3）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因其“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)和“高效、快速、經(jīng)濟(jì)”的優(yōu)勢(shì)[18]，成為探索配方施肥的常用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過5 因素4 水平的正交試驗(yàn)得出，有效促進(jìn)楊樹二代林營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和材積的最優(yōu)組合為N4P2K3OF3BF1。該組合并未出現(xiàn)在本研究設(shè)計(jì)的16 個(gè)施肥處理中，可能與正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)有關(guān)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)并不羅列所有可能的組合處理。也因此，該理論的最優(yōu)施肥組合尚待進(jìn)一步探索驗(yàn)證，為更加科學(xué)合理的施肥提供參考。

（4）本研究在不同肥料因素配比連續(xù)施肥3 年的情況下，僅針對(duì)楊樹無性系二代林的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和材積進(jìn)行了研究，至于不同配比施肥處理對(duì)楊樹二代林養(yǎng)分積累、水肥耦合、土壤理化性質(zhì)和根際微生物等方面的影響尚未開展研究，今后還需對(duì)配方施肥下楊樹二代林的生長(zhǎng)表現(xiàn)和土壤生態(tài)環(huán)境進(jìn)行連年持續(xù)跟蹤研究、綜合分析，從而得出促進(jìn)楊樹生長(zhǎng)和改善土壤生態(tài)環(huán)境的最優(yōu)施肥組合。