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人工林土壤肥力衰退问题是一个世界性难题,德国早在1869年进行了初步研究,1986年Baison在澳大利亚研究认为,林地土壤肥力降低与木材吸收养分量具有明显的相关性[1]。随着研究的不断深入,林木育苗中施肥在部分地区已经推广应用,生产实践中取得了较好的经济效益[2]。随着人工施用化肥年限的增长,部分苗圃出现了土壤板结、次生盐渍化、土壤物理性质变差等问题,直接导致了土壤养分供应能力降低,苗木生长不良等问题[3-4]。为此,在林木施肥过程中添加一定比例的有机肥是培肥土壤的重要的途径之一[5]。张吉立[6]研究认为,化肥配施一定比例的有机肥可以显著促进早熟禾株高生长和干物质积累量;李红霞[7]研究认为,新疆杨育苗中施用一定比例的有机肥显著促进了植株生长,有机肥处理的苗木干物质积累量显著高于单纯施用化肥处理;张然[8]研究认为,有机肥与无机肥配施可以显著降低土壤容重,提高土壤孔隙率和持水率,显著改善土壤物理性状;刘思佳[9]研究认为,施用一定比例的有机肥可以显著提高土壤内碱解氮、速效钾、速效磷含量,并且有机质含量与对照相比极显著提高;赵满兴[10]研究认为,土壤施用一定比例的有机肥可以显著提高土壤内脲酶活性,降低过氧化氢酶活性,有利于促进土壤养分转化,促进植物生长。在前人的相关研究中,关于有机肥对樟子松幼苗生长发育及苗圃土壤肥力变化的相关研究较少,本文通过分析不同比例有机肥对樟子松苗木生长发育及土壤物理和化学性质的影响规律,以期为育苗实践中培育优质壮苗和提高苗圃土壤肥力提供理论依据。
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试验于2020年3月至10月在山西省杨树丰产林实验局试验苗圃中进行。试验所选樟子松苗木为1年生实生苗。试验苗圃内土壤基础肥力状况为:有机质21.32 g·kg–1,碱解氮19.04 mg·kg–1,P2O5为15.08 mg·kg–1,K2O为89.67 mg·kg–1,pH=7.84。试验所选用有机肥为腐熟芝麻饼肥,有机质含量为158.7 g·kg–1,氮含量为58.2 g·kg–1,P2O5含量为33.5 g·kg–1,K2O含量为13.6 g·kg–1。
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本试验共设4个处理,其中T1为空白对照,T2为单纯施用化肥对照,T3为施用50%比例的有机肥(以施用纯氮量计),T4为100%有机肥处理,各处理施肥量见表1。试验所使用的氮肥为尿素,含氮量46%,磷肥为重过磷酸钙,P2O5含量为50%,钾肥为硫酸钾,K2O含量为50%。2020年3月2日,在苗圃内开挖30 cm宽,深10 cm的栽植沟,按照试验设计,将肥料称量好,将肥料与土按照1∶5比例混匀后均匀撒施入沟中,然后覆盖1 cm左右厚度的表土,将樟子松苗木按照株距为40 cm距离栽植入沟中,覆土后浇透水一次。生长季节内分别于4月13日、5月21日、6月20日各浇水一次,7月10日除草一次。每处理共计50株苗木,随机区组试验设计,3次重复。
表 1 各处理施肥量
Table 1. Fertilization amount of each treatment g per plant
单位:(g·株–1) 处理
Treatment尿素
Urea过磷酸钙
Calcium superphosphate硫酸钾
Potassium sulphate有机肥
Organic fertilizerT1 0 0 0 0 T2 17.39 9.20 3.74 0 T3 8.70 4.60 1.86 68.73 T4 0 0 0 137.46 -
于2020年10月10日到田间取样。干物质积累量测定时整株挖取樟子松幼苗后带回实验室冲洗干净,按照根、茎、叶分开,放于105 ℃烘箱中杀青30 min后,在75 ℃下烘干至恒重,用精度为0.01 g电子天平称重,每个处理取样5株,取平均值作为最终结果。土壤容重取样时,直接用环刀在早春苗木移栽时开挖的栽植沟内取样,带回实验室,分别进行总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和含水量,容重,土壤取样深度为5~15 cm深土层,每处理取样5次,取平均值作为最终结果[11]。土壤养分和酶活性测定时土壤取样方法采用抖根法,取样时将苗木表土5 cm刮除,将苗木挖起后,清除周围杂土,将根系上携带的土壤抖落至报纸上,收集起来测定土壤速效养分及酶活性。其中有机质含量采用重铬酸钾容量法,全氮测定采用凯氏定氮法,碱解氮采用碱解扩散法,速效磷采用钼锑抗比色法,速效钾采用火焰光度计法测定;脲酶苯酚-次氯酸钠比色法,多酚氧化酶采用邻苯三酚比色法,蛋白酶采用茚三酮比色法,蔗糖酶采用3,5-二硝基水杨酸比色法,过氧化氢酶高锰酸钾滴定法测定。试验方法均参照鲍士旦主编《土壤农化分析》教材进行[11]。
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图表制作使用excel 2010版软件,方差分析使用DPS 7.05版软件。
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由表2可知,不同处理对各器官干物质积累的影响存在差异。T3处理根、茎、叶干物质积累量均处于最高值,与空白对照相比分别提高了1.82 g·株–1、1.20 g·株–1、2.06 g·株–1,差异显著,表明该处理与空白对照相比可以显著提高3个器官的干物质积累量。T3分别比T2处理提高了1.27 g·株–1、0.64 g·株–1、1.08 g·株–1,差异显著,表明施用50%比例的有机肥与单纯施用化肥处理相比对提高樟子松各器官干物质积累量效果显著;T4根系干物质积累高于空白对照0.81 g/株,差异显著,T4显著高于T2,表明单纯施用有机肥与不施肥和施用化肥处理相比有利于显著促进樟子松根系生长。T4茎、叶干物质积累量分别高于空白对照0.20 g·株–1、0.30 g·株–1,无显著差异,表明单纯施用有机肥在当年不会显著促进樟子松茎、叶生长;T4叶片干物质积累量与T2之间无显著差异,表明单纯施用化肥和单纯施用有机肥对樟子松叶片干物质积累的影响处于同一水平。T3总重分别高于T1、T2、T4处理5.09 g·株–1、2.99 g·株–1、3.79 g·株–1,差异显著,表明该处理与其他3个处理相比可以显著促进樟子松生长,提高干物质积累量。从根冠比变化来看,T4处于最高值,其次为T3,两个处理之间差异显著,T2处于最低值,显著低于T2、T4、T5处理,表明施用有机肥处理与化肥处理相比有利于提高樟子松根冠比,对促进根系生长效果显著优于单纯施用化肥处理。
表 2 有机-无机肥配施对樟子松各器官干物质积累的影响
Table 2. Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on dry matter accumulation in different organs of Pinus sylvestris var. mongolica g per plant
单位:(g·株–1) 处理 treatment 根 root 茎 stem 叶 leaf 总重 total weight 根冠比 root shoot ratio T1 1.37±0.20c 0.82±0.09c 1.96±0.54c 4.16±0.82c 0.50±0.04b T2 1.92±0.50c 1.38±0.34b 2.95±0.54b 6.26±1.37b 0.44±0.03c T3 3.20±0.55a 2.02±0.30a 4.02±0.60a 9.25±1.45a 0.53±0.01b T4 2.18±0.44b 1.02±0.21c 2.26±0.44bc 5.46±1.09bc 0.67±0.01a 注:同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。
Note: different lower letters indicate significant difference among different treatment at 0.05 level. The same below. -
由表3可知,不同处理对土壤物理性质的各项指标影响存在差异。T2容重高于空白对照0.14 g/cm3,无显著差异,T3、T4分别低于T2处理0.21 g/cm3、0.32 g/cm3,差异显著,表明施用有机肥与单纯施用化肥处理相比显著降低了土壤容重。T2处理总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度分别低于空白对照3.10%、2.53%、0.57%,其中总孔隙度和非毛管孔隙度两个处理之间存在显著差异,表明单纯施用化肥对总孔隙度和非毛管孔隙度产生显著影响,但是对毛管孔隙度的影响不显著。T3处理3种孔隙度分别高于空白对照4.05%、3.33%、0.72%,差异显著,T3显著高于T2,表明施用50%比例的有机肥与空白对照和单纯施用化肥处理相比显著提高了土壤的孔隙度。T4与T3之间无显著差异,表明单纯施用有机肥与施用50%比例的有机肥对土壤孔隙度的影响处于同一水平。T3、T4饱和含水量分别高于空白对照2.98%、4.38%,差异显著,T2低于空白对照2.91%,差异显著,T2显著低于T3处理,表明施用有机肥显著提高了樟子松苗圃地土壤的饱和含水量。
表 3 有机-无机肥配施对樟子松苗圃地土壤物理性质的影响
Table 3. Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on soil physical and chemical properties of Pinus sylvestris var. mongolica
处理
treatment容重/g/cm3
bulk density总孔隙度/%
total porosity毛管孔隙度/%
capillary porosity非毛管孔隙度/%
non capillary porosity饱和含水量/%
saturated water contentT1 1.12±0.20ab 48.60±1.92b 44.75±1.16b 3.85±0.80b 45.67±1.60b T2 1.25±0.10a 45.50±2.31c 42.21±2.04b 3.28±0.27c 42.76±2.00c T3 1.04±0.13bc 52.65±2.89a 48.08±3.44a 4.57±0.56a 48.64±1.43a T4 0.93±0.12c 53.77±3.20a 49.33±3.62a 4.43±0.43a 50.05±3.02a -
由表4可知,T3、T4有机质含量分别比空白对照提高了0.16%、0.31%,差异显著,表明施用有机肥显著提高了苗圃地土壤内的有机质含量;T3显著高于T2,表明施用有机肥与单纯施用化肥相比也可以显著提高土壤有机质含量。全氮含量T3、T4之间无显著差异,两个处理分别高于空白对照0.75 g/kg、0.88 g/kg,差异显著,T2显著高于空白对照,T3与T4均显著高于空白对照,表明施用有机肥与单纯施用化肥相比显著提高了土壤内的全氮含量。T3处理碱解氮含量最高,分别高于T1、T2、T4处理7.32 mg/kg、3.90 mg/kg、3.30 mg/kg,差异显著,T4、T2均显著高于空白对照,表明施用50%比例的有机肥对提高苗圃地土壤内速效氮含量效果显著优于单纯施用化肥和100%有机肥处理。施用有机肥提高了土壤内的速效磷含量,其中T3处于最高值,分别高于T1、T2处理8.01 mg/kg、3.59 mg/kg,差异显著,T3与T4之间无显著差异,T4与T2之间无显著差异,表明施用50%比例的有机肥与单纯施用化肥相比显著提高了土壤内的速效磷含量。T2、T3速效钾含量分别高于空白对照12.24 mg/kg、18.20 mg/kg,差异显著,T3显著高于T2,表明施用50%比例的有机肥与单纯施用化肥相比显著提高了樟子松苗圃内的速效钾含量;T4仅高于空白对照0.98 mg/kg,无显著差异,表明施用100%比例的有机肥仍然可以显著提高速效钾含量,但是效果并未达到显著水平。
表 4 有机-无机肥配施对樟子松苗圃地土壤养分含量的影响
Table 4. Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on soil nutrients content of Pinus sylvestris var. mongolica
处理
treatment有机质/%
organic matter全氮/(g·kg−1)
total nitrogen碱解氮/(mg·kg−1)
alkali hydrolyzed nitrogen速效磷/(mg·kg−1)
available phosphorus速效钾/(mg·kg−1)
available potassiumT1 2.08±0.20b 2.84±0.30c 18.03±1.00c 12.45±1.43c 84.45±2.21c T2 2.12±0.10b 3.14±0.32b 21.45±1.44b 16.87±1.87b 96.68±4.22b T3 2.25±0.24a 3.58±0.37a 25.35±2.30a 20.46±2.04a 102.65±6.00a T4 2.39±0.35a 3.71±0.50a 22.05±2.00b 18.75±1.73ab 85.42±2.23c -
由表5可知,T4处理脲酶活性处于最高值,分别高于其他3个处理0.74 mg/g、0.35 mg/g、0.15 mg/g,其中T3与T4之间无显著差异,T4显著高于T2,T3显著高于空白对照,表明施用有机肥与空白对照相比有利于显著提高土壤脲酶活性。T4处理多酚氧化酶、蛋白酶、蔗糖酶分别高于T3处理0.09 mg/g、0.06 μg/g、0.37 mg/g,无显著差异,表明施用不同比例的有机肥对樟子松苗圃地土壤3种酶活性的影响处于同一水平;T3处理多酚氧化酶、蛋白酶、蔗糖酶活性分别高于T2处理0.51 mg/g、0.17 μg/g、2.52 mg/g,差异显著,表明施用50%比例的有机肥与单纯施用化肥处理相比显著提高了土壤内3种酶活性;T2蛋白酶、蔗糖酶活性与空白对照之间无显著差异,表明单纯施用化肥虽然提高了两种酶活性,但是效果并不明显。T1处理过氧化氢酶活性处于最高值,分别高于其他3个处理1.54 mg/g、3.97 mg/g、3.55 mg/g,差异显著,T3显著低于T2,T4与T3之间无显著差异,表明施用有机肥与单纯施用化肥处理相比显著降低了苗圃内过氧化氢酶活性。
表 5 有机-无机肥配施对樟子松苗圃地土壤酶活性的影响
Table 5. Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on soil enzyme activities of Pinus sylvestris var. mongolica
处理
treatment脲酶/(mg·g−1)
urease多酚氧化酶/(mg·g−1)
polyphenol oxidase蛋白酶/(μg·g−1)
protease蔗糖酶/(mg·g−1)
sucrase过氧化氢酶/(mg·g−1)
catalaseT1 0.47±0.36c 2.89±0.80b 1.03±0.12b 5.64±0.60b 8.76±0.76a T2 0.86±0.07b 2.51±0.31c 1.18±0.15b 6.24±0.53b 7.23±0.51b T3 1.06±0.15ab 3.02±0.33ab 1.35±0.14a 8.76±0.70a 4.80±0.75c T4 1.21±0.12a 3.12±0.40a 1.41±0.21a 9.13±1.00a 5.22±0.50c
Effect of Combined Application of Organic and Inorganic Fertilizers on Dry Matter Accumulation and Soil Fertility of Pinus sylvestris var. mongolica
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摘要: 通过研究不同比例有机肥对樟子松生长发育及土壤肥力的影响规律,以期为其育苗中科学合理施用有机肥提供理论依据。试验在田间条件下,设置空白对照(T1)、化肥对照(T2)、50%比例有机肥(T3)、100%比例有机肥(T4)4个处理,3次重复。结果表明:T3根、茎、叶干物质积累量分别比T2提高了65.92%、46.51%、36.54%,T4总干物质积累量与T1、T2之间无显著差异;T4根冠比显著高于T1与T2;T3土壤容重比T2降低了17.02%,T3、T4总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和含水量均显著高于T1、T2;T3碱解氮、速效磷、速效钾分别比T2提高了18.17%、21.28%、6.17%,T3、T4有机质和全氮含量均显著高于空白对照;T3与T2相比显著提高了脲酶、多酚氧化酶、蛋白酶、蔗糖酶活性,显著降低了过氧化氢酶活性。综合分析认为樟子松育苗中施用50%比例的有机肥对促进苗木生长和提高土壤肥力效果最佳。Abstract: In order to provide theoretical basis for scientific and rational application of organic fertilizer in seedling breeding, the effects of different proportions of organic fertilizer on growth and soil fertility of Pinus sylvestris var. mongolica were studied. Under field conditions, the experiment was set up with 4 treatment, namely blank control (T1), chemical fertilizer control (T2), 50% organic fertilizer (T3) and 100% organic fertilizer (T4), and repeated three times. The results showed that: the dry matter accumulation in root, stem and leaf of T3 increased by 65.92%, 46.51% and 36.54% respectively compared with that of T2, and there was no significant difference in total dry matter accumulation between T4 and T1, T2. Root-shoot ratio of T4 was significantly higher than that of T1 and T2. Compared with T2, the soil bulk density at T3 decreased by 17.02%, and the total porosity, capillary porosity, non-capillary porosity and saturated water content of T3 and T4 were significantly higher than those of T1 and T2. The available nitrogen, available phosphorus and available potassium of T3 was higher than T2 by 18.17%, 21.28% and 6.17% respectively, and the content of organic matter and total nitrogen in T3 and T4 were significantly higher than those in the control; Compared with T2, T3 significantly increased the activities of urease, polyphenol oxidase, protease and sucrase, and significantly decreased the activities of catalase. Comprehensive analysis indicated that 50% organic fertilizer was the best for promoting seedling growth and improving soil fertility.
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表 1 各处理施肥量
Tab. 1 Fertilization amount of each treatment g per plant
单位:(g·株–1) 处理
Treatment尿素
Urea过磷酸钙
Calcium superphosphate硫酸钾
Potassium sulphate有机肥
Organic fertilizerT1 0 0 0 0 T2 17.39 9.20 3.74 0 T3 8.70 4.60 1.86 68.73 T4 0 0 0 137.46 表 2 有机-无机肥配施对樟子松各器官干物质积累的影响
Tab. 2 Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on dry matter accumulation in different organs of Pinus sylvestris var. mongolica g per plant
单位:(g·株–1) 处理 treatment 根 root 茎 stem 叶 leaf 总重 total weight 根冠比 root shoot ratio T1 1.37±0.20c 0.82±0.09c 1.96±0.54c 4.16±0.82c 0.50±0.04b T2 1.92±0.50c 1.38±0.34b 2.95±0.54b 6.26±1.37b 0.44±0.03c T3 3.20±0.55a 2.02±0.30a 4.02±0.60a 9.25±1.45a 0.53±0.01b T4 2.18±0.44b 1.02±0.21c 2.26±0.44bc 5.46±1.09bc 0.67±0.01a 注:同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。
Note: different lower letters indicate significant difference among different treatment at 0.05 level. The same below.表 3 有机-无机肥配施对樟子松苗圃地土壤物理性质的影响
Tab. 3 Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on soil physical and chemical properties of Pinus sylvestris var. mongolica
处理
treatment容重/g/cm3
bulk density总孔隙度/%
total porosity毛管孔隙度/%
capillary porosity非毛管孔隙度/%
non capillary porosity饱和含水量/%
saturated water contentT1 1.12±0.20ab 48.60±1.92b 44.75±1.16b 3.85±0.80b 45.67±1.60b T2 1.25±0.10a 45.50±2.31c 42.21±2.04b 3.28±0.27c 42.76±2.00c T3 1.04±0.13bc 52.65±2.89a 48.08±3.44a 4.57±0.56a 48.64±1.43a T4 0.93±0.12c 53.77±3.20a 49.33±3.62a 4.43±0.43a 50.05±3.02a 表 4 有机-无机肥配施对樟子松苗圃地土壤养分含量的影响
Tab. 4 Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on soil nutrients content of Pinus sylvestris var. mongolica
处理
treatment有机质/%
organic matter全氮/(g·kg−1)
total nitrogen碱解氮/(mg·kg−1)
alkali hydrolyzed nitrogen速效磷/(mg·kg−1)
available phosphorus速效钾/(mg·kg−1)
available potassiumT1 2.08±0.20b 2.84±0.30c 18.03±1.00c 12.45±1.43c 84.45±2.21c T2 2.12±0.10b 3.14±0.32b 21.45±1.44b 16.87±1.87b 96.68±4.22b T3 2.25±0.24a 3.58±0.37a 25.35±2.30a 20.46±2.04a 102.65±6.00a T4 2.39±0.35a 3.71±0.50a 22.05±2.00b 18.75±1.73ab 85.42±2.23c 表 5 有机-无机肥配施对樟子松苗圃地土壤酶活性的影响
Tab. 5 Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on soil enzyme activities of Pinus sylvestris var. mongolica
处理
treatment脲酶/(mg·g−1)
urease多酚氧化酶/(mg·g−1)
polyphenol oxidase蛋白酶/(μg·g−1)
protease蔗糖酶/(mg·g−1)
sucrase过氧化氢酶/(mg·g−1)
catalaseT1 0.47±0.36c 2.89±0.80b 1.03±0.12b 5.64±0.60b 8.76±0.76a T2 0.86±0.07b 2.51±0.31c 1.18±0.15b 6.24±0.53b 7.23±0.51b T3 1.06±0.15ab 3.02±0.33ab 1.35±0.14a 8.76±0.70a 4.80±0.75c T4 1.21±0.12a 3.12±0.40a 1.41±0.21a 9.13±1.00a 5.22±0.50c -
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