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        不同氮濃度添加對樟子松幼苗根際土壤的影響

        2023-12-15 03:23:02李思怡劉松青吳雅琨趙金金劉洋劉錚
        園藝與種苗 2023年11期
        關(guān)鍵詞:樟子松速效幼苗

        李思怡,劉松青,吳雅琨,趙金金,劉洋,劉錚

        (1.沈陽寶華天潤農(nóng)業(yè)科技有限公司,遼寧沈陽 110134;2.遼寧省農(nóng)業(yè)發(fā)展服務中心,遼寧沈陽 110031;3.葫蘆島市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展服務中心,遼寧葫蘆島 125000;4.葫蘆島市農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法隊,遼寧葫蘆島 125000;5.遼寧省農(nóng)業(yè)科學院,遼寧沈陽 110161)

        樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)是松科松屬常綠喬木,具有紋理直、材質(zhì)堅硬、生長速度快、抗寒抗旱能力強的特性,是我國“三北”地區(qū)主要造林樹種,也是我國所需木材的重要來源,具有較高的經(jīng)濟和生態(tài)效益[1]。近年來,我國在樟子松選種、育苗和栽培管理等方面取得了較為顯著的研究進展,然而在實際造林過程中,存在樟子松應用量大、幼苗供應不足的問題,其主要原因是當前的苗圃選育的樟子松幼苗質(zhì)量不好、移栽成活率不高、幼苗長勢不良等,這成為樟子松幼苗培育和人工造林蓬勃發(fā)展的限制因素[2],影響后期造林推廣應用。已有報道指出,作為最早引種樟子松的地區(qū)——章古臺,人工固沙樟子松純林大面積感病、相繼枯死,并出現(xiàn)明顯的生長衰退。為提高樟子松的栽培成活率,探索新的技術(shù)措施迫在眉睫。綜合文獻報道,氮素缺乏成為限制優(yōu)質(zhì)樟子松培育的關(guān)鍵因素之一[3-4],氮的施入在一定程度上正向影響樟子松生長。同時,氮在植物體內(nèi)的作用是舉足輕重的,氮元素是組成有機化合物的重要成分,并從許多方面影響著植物的生長代謝和發(fā)育。由此推斷氮素對樟子松幼苗的生長發(fā)育也有一定的影響。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        試驗地點為內(nèi)蒙古呼倫貝爾市根河市大興安嶺國家級生態(tài)站,試驗土壤為黑鈣土,試驗時間為2022 年6—9月。試驗植株為1 年生的樟子松幼苗,該批幼苗購于呼倫貝爾市根河市森工公司中心苗圃。試驗土壤pH 為8.4,有機質(zhì)含量為15.56 g/kg,土壤有效氮含量為135 mg/kg,速效磷含量為8 mg/kg、速效鉀含量為120 mg/kg。

        1.2 處理方法

        選取大小相近的樟子松幼苗,用清水將根系淋洗干凈,經(jīng)消毒后移栽至裝有試驗土壤的塑料盆中,經(jīng)過1 周緩苗,之后進行氮添加試驗。

        選擇高純度的硝酸銨(NH4NO3)作為試驗用氮肥,采用完全隨機分組設(shè)計,共設(shè)置4 個不同濃度的氮添加處理組,硝酸銨添加量分別為0、20、40、80 g/m2·a-1,并用CK、N1、N2 和N3 對應表示,CK 組噴淋等量的清水。

        分別在每月施肥后的第15 天對各個處理組用抖落法進行土樣采集,經(jīng)晾干、研磨、過篩,用于pH 的測定、土壤中各養(yǎng)分含量的測定(有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀等);挖取深度約5~10 cm 處的土壤,注意取土時不可破壞幼苗及根部,取土后將盆中土重新填好并壓緊,土壤樣品經(jīng)晾干、研磨、過20 目篩,用于土壤酶活性(脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖轉(zhuǎn)化酶)、土壤凈氮轉(zhuǎn)化率和N2O排放速率的測定。

        1.3 試驗方法

        土壤pH、有機質(zhì)含量、堿解氮含量、速效磷含量和速效鉀含量的測定分別采用pH 計法、LN/T1237-1999 標準方法、堿解擴散法、碳酸氫鈉法和火焰光度法。脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的測定分別采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法、3,5-二硝基水楊酸比色法、高錳酸鉀滴定法和3,5-二硝基水楊酸比色法進行測定。凈氮轉(zhuǎn)化分為凈氮硝化速率(Rn)和凈氮礦化速率(Rm),參照王子龍(2021)的方法對Rn 和Rm 進行計算,通過平行培養(yǎng)試驗測定N2O 排放速率。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同濃度氮添加對土壤理化性質(zhì)的影響

        2.1.1 不同濃度氮添加對土壤pH 的影響。供試土壤初始pH 為8.4。試驗各階段土壤pH 如表1 所示。隨著試驗的進行,各處理組土壤pH 均逐漸降低,其中N3 處理組pH下降幅度最大,為0.36 個pH 單位。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生可能是由于試驗用氮肥屬酸性肥料導致的。

        表1 各處理組不同時期的土壤pH

        2.1.2 不同濃度氮添加對土壤有機質(zhì)含量的影響。供試土壤的初始有機質(zhì)含量為15.56 g/kg。由表2 可知,土壤有機質(zhì)含量持續(xù)減少,說明植物的生長以及土壤微生物的生命活動會消耗土壤中的有機質(zhì)。其中N3 處理組有機質(zhì)含量減少最多,為0.94 g/kg??梢酝茢啵瑔问┑逝c土壤有機質(zhì)含量沒有線性關(guān)系,也可能是受環(huán)境溫度的影響,植物生長吸收及土壤微生物繁殖和分解發(fā)生了不確定的改變,從而使有機質(zhì)含量沒有表現(xiàn)出規(guī)律的變化。

        表2 各處理組不同時期的土壤有機質(zhì)含量g/kg

        2.1.3 不同濃度氮添加對土壤有效氮含量的影響。供試土壤初始有效氮含量為135 mg/kg。4 個處理組在9 月測定的值分別為94、99、137 和347 mg/kg(表3)。由數(shù)據(jù)可知,CK 組試驗末期有效氮下降最少,為41 mg/kg;N2 處理組與本組初始值相差不大;N3 處理組比初始有效氮含量多,且遠遠高于CK 處理組,說明N2 處理的氮添加量可以基本滿足試驗植物的氮需求,N3 處理組土壤出現(xiàn)了氮素富集的情況。在測定各處理組土壤有效氮含量時發(fā)現(xiàn),各組由于氮添加量的不同,對氮素的利用率也有較大差異。

        表3 各處理組不同時期的土壤有效氮含量mg/kg

        2.1.4 不同濃度氮添加對土壤速效磷含量的影響。供試土壤初始速效磷含量為8 mg/kg。4 個處理組的速效磷含量均有較為一致的下降趨勢。其中N2 處理組速效磷減少量最多,為4.14 mg/kg;N3 處理組減少量最少,為3.14 mg/kg(表4)。說明N2 處理的氮添加量更適宜植物對磷元素的吸收,而N3 處理的氮添加量在一定程度上阻礙了磷元素的吸收。

        表4 各處理組不同時期的土壤速效磷含量mg/kg

        2.1.5 不同濃度氮添加對土壤速效鉀含量的影響。供試土壤初始速效鉀含量為120 mg/kg。隨著試驗的進行,4 個處理組土壤中速效鉀含量整體呈現(xiàn)出較為一致的下降趨勢,其中N2 處理組減少量最多,為42 mg/kg(表5)。說明在CK 處理組和N3 處理組的氮肥添加量條件下,植物對速效鉀的吸收能力基本相同;N2 處理組氮添加量有利于植物對鉀元素的吸收。由此可以推斷,氮添加量過低或過高均會抑制植物對鉀元素的吸收。

        表5 各處理組不同時期的土壤速效鉀含量mg/kg

        2.2 不同氮濃度添加對土壤酶活性的影響

        2.2.1 不同氮濃度添加對土壤脲酶活性的影響。9 月測定值為N2>N1>N3>CK(表6)。CK 和N3 處理組試驗各階段酶活基本保持不變;N1 和N2 處理組的酶活性在試驗末期均有增強,且N2 處理組酶活增強最為明顯,由最初的0.26 mg·g-1·24 h-1上升至0.30 mg·g-1·24 h-1??芍?,在一定范圍內(nèi),脲酶活性隨著氮添加量的加大呈增強的趨勢,當?shù)砑恿康竭_一定值后,脲酶活性又隨氮添加量的增大而減弱。

        表6 各處理組不同時期的土壤脲酶活性mg/g·24 h-1

        2.2.2 不同氮濃度添加對土壤堿性磷酸酶活性的影響。9月測定值為N3>N2=N1>CK(表7)。4 個處理組在整個試驗周期中,堿性磷酸酶的活性均表現(xiàn)出增強的趨勢??芍? 種氮添加量對土壤堿性磷酸酶活性的影響沒有太大差異,而不額外添加氮元素則相對阻礙了堿性磷酸酶的活性增強。

        表7 各處理組不同時期的土壤堿性磷酸酶活性 mg/g·24 h-1

        2.2.3 不同氮濃度添加對土壤過氧化氫酶活性的影響。9月測定值為N1=N3>N2=CK(表8)。可知,4 個處理組過氧化氫酶活性均有小幅提高,但在試驗末期4 組基本相同。其中N1、N2 和N3 處理組在第2 次測定時,體現(xiàn)出周期內(nèi)相對大的變幅,而后續(xù)測定值則組間無明顯差異。可能是由于季節(jié)溫度等條件的變化以及土壤中微生物數(shù)量及活性對該酶產(chǎn)生了一定影響[5-6]。從整體來看,4 個處理組氮添加量的范圍內(nèi),氮元素含量的變化對過氧化氫酶活性沒有顯著影響。

        表8 各處理組不同時期的土壤過氧化氫酶活性0.1 mol/L KMnO4 g-1·h-1

        2.2.4 不同氮濃度添加對土壤蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的影響。9月測定值為N1=N3>N2>CK(表9)。該酶活性隨著試驗的進行和氮的添加呈現(xiàn)出遞增的趨勢。其中N2 處理組試驗初期和末期酶活性的變化最大,為24 mg·g-1·24 h-1。說明施用氮肥可以提高土壤蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性。

        表9 各處理組不同時期的土壤蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性 mg/g·24 h-1

        2.2.5 不同氮濃度添加對土壤凈氮轉(zhuǎn)化的影響。整個試驗過程中,凈氮硝化速率和凈氮礦化率在組內(nèi)及組間均呈現(xiàn)出遞增的趨勢,試驗末期測定結(jié)果Rn 和Rm 均為N3>N1>N2>CK(表10)。N3 試驗末期的凈氮硝化速率和凈氮礦化率分別為0.46 mg N·kg-1·d-1和0.52 mg N·kg-1·d-1,說明不同氮添加量對土壤凈氮轉(zhuǎn)化率有較為明顯的影響。

        表10 各處理組不同時期的土壤凈氮硝化速率和凈氮礦化率mg N/kg·d-1

        2.2.6 不同氮濃度添加對N2O 轉(zhuǎn)化率的影響。N2O 排放速率隨氮肥施入量的增多而增加,且N1、N2、N3 處理組N2O排放速率均高于CK 處理組(表11)。很多研究也發(fā)現(xiàn),施肥后N2O 排放速率迅速增高[7]。但N3 處理組在9 月進行的測定結(jié)果為5.71 μg N·kg-1·d-1,并未明顯大于其他處理組,這可能是因為N2O 排放速率受到了土壤或環(huán)境中其他因素的抑制。

        表11 各處理組不同時期的土壤N2O 排放速率μg N/kg·d-1

        3 討論與結(jié)論

        植物能否獲取充足的水分和養(yǎng)分與根系的健康程度有直接聯(lián)系[8]。土壤各元素之間存在相互促進和相互抑制的關(guān)系[9]。該研究單一控制氮肥的額外添加量,未對其余營養(yǎng)元素進行控制,可能導致了某元素的缺失對其他營養(yǎng)元素、土壤酶活性、根系微生物活性等造成影響。某一營養(yǎng)元素的缺乏,會使植物出現(xiàn)缺素癥;而某一營養(yǎng)元素過多,也會抑制植物對其他物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)化利用,進而導致植物生長不健康。

        部分土壤酶活性隨著氮添加量的增多而增強,部分土壤酶活性與氮添加量沒有規(guī)則的線性關(guān)系,這可能是由于土壤酶對土壤環(huán)境因素敏感,不同研究者在不同區(qū)域和土壤上的研究結(jié)果存在較大差異。但可以確定的是,氮添加量對土壤酶活性的正向影響存在閾值[10],即在一定范圍內(nèi),土壤酶活性隨氮添加量的增加而增強,在到達某一限值后,土壤酶活性則不再與氮添加量呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系,而是隨著氮添加量的增大而逐漸減弱。試驗中原始土壤的磷含量相對較低,可能是造成N2O 排放速率受限的因素之一。

        適當量的氮添加有利于樟子松生長發(fā)育,但土壤中高濃度的氮亦會抑制根系對氮素以及其他營養(yǎng)元素的吸收,其吸收利用率甚至低于不額外施入氮肥的處理組。與此同時,由于土壤中磷含量的持續(xù)下降,可能導致植物對磷的需求量得不到滿足,限制了氮素的吸收。

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