施肥方式与深度对毛竹林磷利用的影响研究

2017-05-12朱晓武苏文会辉朝茂

绿色科技 2017年7期

朱晓武+苏文会+辉朝茂

摘要：指出了毛竹是我国栽植面积最大的竹种，具有良好的经济价值和生态价值，广泛分布在我国南方地区，但南方丘陵山区土壤普遍缺磷且磷肥施用当季利用效率很低。在安徽黄山区黄山公益林场对15块林地进行了施磷肥的田间试验，研究了不同施肥深度及施肥方式对毛竹磷素的利用、土壤残留及损失的影响。结果表明：毛竹磷利用率随时间增加而增大，三个不同生理期磷素利用差异显著（P<0.05），且穴施处理下毛竹的磷素利用率高于沟施，T1（0～20 cm穴施）和T3（20～40 cm穴施）的磷利用率分别达15.36%和15.68%。磷在土壤中的残留随时间增加而降低，损失率随时间推移而增大，且T3（20～40 cm穴施）磷素残留率最高、磷素损失率最低，分别为77.20%和5.49%。因此建议毛竹磷素施用方式为穴施，施肥深度为20～40 cm，这样有助于减少磷的损失、增加土壤磷素残留，提高磷素的利用效率。

关键词：毛竹；施肥；利用；磷残留

中图分类号：S725.5

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）07-0138-04

1 引言

磷是地球上主要的营养元素之一，也是植物生长必须的营养元素之一，是植物体内许多重要化合物的组成成分，参与各种代谢过程，对植物生长发育、产量形成和品质提高起着十分重要的作用[1]。我国大部分农林用地土壤自然状态下有效磷含量低于10 mg/kg，相比发达国家而言我国土壤磷素含量处于一个比较低的水平[2]。但随着中国经济的快速发展，人们在农业生产经营活动中加大了磷肥的施用量，但总的来说磷素的利用效率并不高，磷素当季利用率普遍只有10%～25%，不能满足植物的正常生命活动[3]。

毛竹是我国竹类用途最广、经济价值最高、栽培面积最大的竹种，也是保持水土、美化环境的理想作物[4]。然而，由于片面追求经济效益最大化的的超短轮伐作业方式和不重视林地肥力的补充，导致土壤肥力日渐衰退，影响竹材、竹笋的质量。因此，施肥成为竹林速生丰产的关键措施，其中磷是影响竹林速生丰产的重要限制因子[5]。自从19世纪初期施用磷肥开始，磷肥的需求量与日俱增[6]，然而，磷是不可再生资源，世界的磷储量并不乐观[7]。由于土壤对磷的强烈化学固定作用，植物的土壤利用效率低，致使磷资源严重浪费[8]。

目前，在保证高产的同时最大限度地利用磷，是竹林可持续发展的重要内容。关于毛竹养分积累的研究已经很多，在此通过研究不同施肥区域毛竹对磷的吸收利用、磷在土壤中残留及磷损失的规律，为合理高效施磷肥提供理论依据和科学经营措施。

2 材料与方法

2.1 试验地概況

研究区位于安徽省黄山区黄山公益林场，118°14′～118°21′E，32°4′～32°10′N，地理位置突出，属亚热带湿润性气候，雨量充沛，四季分明，年平均气温15.3 ℃，年平均降水量1500 mm，相对湿度80%以上，无霜期220 d，年日照1752.7 h。

场内毛竹林分布集中，主要分布在大坪、留东和下坪三个区，以材用为主，兼顾笋用，大小年明显。试验地设在大坪区的中下部，海拔490 m、坡度30°左右，林地土壤为黄棕壤，偏酸性。

2.2 试验设计

试验共设置5个处理，分别为不施肥处理，0～20 cm穴施（T1）、0～20 cm沟施（T2）、20～40 cm穴施（T3）和20～40 cm沟施（T4），以不施肥作为空白对照，每个处理三个重复，随机排列。2015年5月，根据经营现状，选择经营措施一致、坡度相当、林分结构基本一致的典型毛竹林，设置20 m×15 m标准地15块，试验于2015年7月换叶完成后进行。

试验所用肥料为过磷酸钙（含P2O5 12%）、普通尿素（含氮46.4%）和氯化钾（含K2O 60%），施用量分别为178 kg/hm2、242 kg/hm2、147 kg/hm2[9]。穴施（T1和T3）是在样地中每竹周围挖一个1/4环形沟（内径30 cm，外径40 cm），将肥料按株数均分后均匀施入环形沟，沟施（T2和T4）则是沿等高线每隔2 m开一条10 cm宽的沟（每个样地9条），将肥料均分后均匀施入沟内。施肥后，立即填回原土，并在施肥区做上标记，试验期间，各样地的管理措施保持一致。

2.3 样品采集与分析

2.3.1 磷吸收量测定

分别在毛竹的三个生理期A1（孕笋期，8月底）、A2（养分积累期，11月底）和A3（发笋前，1月底）进行样品的采集。根据每木检尺结果，计算每个年龄（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度）的平均胸径，每个年龄选择一株与平均胸径最接近的毛竹砍伐，将竹蔸、蔸根全部挖出，清洗干净，分别测量并记录叶、枝、秆、蔸和蔸根的重量，各器官取500 g左右样品带回实验室，测定各器官的生物量。在各样地内随机选择一处无竹子的具、代表性的2 m×2 m的小样方，挖取全部的竹鞭和鞭根，洗净，分别称重记录，测量生物量。

将所有采集的样品洗净烘干称重，然后用粉碎机粉碎样品，测定样品各器官的全磷含量，全磷测定采用硫酸-双氧水消煮-钒钼黄比色法。

2.3.2 土壤残留磷测定

在每个样地随机选择3个施肥穴（沟），按照0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm三层分别取样，同时，无施肥区也随机选择三处，分层取样，去除根系石块等杂质，自然风干，粉碎，用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定土壤全磷含量，施肥区和无施肥区全磷总磷相加即为样地土壤全磷含量，对照样地则随机选择三处进行分层取样。

2.3.3 磷损失测定

磷损失主要有径流跟淋溶两种情况。根据磷吸收量和土壤残留，可间接得出磷损失率情况。

2.4 数据处理

磷利用率=（试验样地-对照）/施肥量×100%

土壤残留量=试验样地土壤全磷总量-对照样地土壤全磷总量

磷损失率=100%-土壤残留率-磷利用率

数据利用Excel和Spss软件进行分析处理，采用单因素分析和最小显著性进行方差分析和多重比较。

3 结果与分析

3.1 施肥区域对毛竹林磷吸收的影响

不同施肥处理的三个生理期的磷平均吸收量如表1所示。从表中可以看出，施肥后各处理组的毛竹磷吸收量随时间的增加而增多，并且不同生理期差异显著（P<0.05）。同一生理期，不同施肥处理也有差异。A1孕笋期，T3（20～40 cm，穴施）处理组吸收量最大，显著高于其他处理组，为78.57 g；A2冬季养分积累期，T4（20～40，沟施），高于其他处理组，为194.60 g；A3发笋前，T3处理组吸收量最大，显著高于其他处理组，为249.16 g。

表2反映了各处理组在不同的生理期的磷吸收率情况，与磷吸收量趋势相同，不同施肥处理组的磷利用率随着时间的增加而增加，各处理之间差异显著（P<0.05）。四个处理组的磷利用率最终分别达到15.20%、15.28%、15. 68%和15.36%，总体利用率水平不高。最终T3（20～40 cm，穴施）磷利用率最大，而T1（0～20 cm，穴施）和T2（0～20 cm，沟施）磷利用率相差不大。

因此，由上对比可看出，T3（20～40 cm，穴施）和T4（20～40 cm，沟施）磷吸收高于T1（0～20，穴施）和T2（0～20，沟施），就施肥深度而言，在20～40 cm施肥更有利于毛竹对磷的吸收，可能是因为，毛竹的鞭根及蔸在土壤20～40 cm处，更有利于鞭根及蔸的吸收，磷极易被土壤固定，而在0～20 cm施肥，导致一小部分被土壤固定，不能被毛竹吸收，因而磷利用率低于深施（20～40 cm）。

3.2 施肥区域对毛竹林磷残留的影响

磷肥（过磷酸钙）被施入土壤后，部分被毛竹直接吸收，还有部分被土壤固定，形成难溶性的磷酸盐，导致植物所需速效磷减少，还有部分随着降雨通过径流或者淋溶流入水体，容易造成肥料的浪费和环境污染。

表3反映了不同施肥处理毛竹林0～60 cm深度的土壤中磷的残留量及残留率。从表中可看出残留量为1098.26～1155.17 g，残留率为70.36%～75.77%，同时各施肥处理下残留量表现为：T3>T4>T1>T2，即T2（0～20 cm，沟施）最低，T3（20～40 cm，穴施）最高。T1和T3为穴施，T2和T4为沟施，说明穴施土壤磷残留量高于沟施的磷残留量，同时施肥深度为20～40 cm磷的残留量高于0～20 cm施肥深度。

图1反映了四个不同处理组在三个生理期的三个土层深度（0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm）中磷残留的变化情况。从图中可看出不同处理下各土层中磷含量均随着时间的推进而减少，这是由于毛竹对磷的吸收以及磷损失减少磷在土壤中的含量。T1和T2处理下，随着深度的增加，磷含量逐渐减少，但是0～20 cm土层中磷残留量显著高于其他两个土层深度的磷含量，然而，T3和T4处理则是20～40 cm土层中磷含量最高，显著高于另外两个土层中的磷含量，由于T1和T2是在0～20 cm深度处施肥，T3和T4是在20～40 cm处施肥，而磷极易被土壤固定，因此会出现T1和T2处理中0～20 cm、T3和T4处理20～40 cm磷含量显著高于其他两个土壤深度。

3.3 施肥区域对毛竹林磷损失的影响

径流和淋溶是造成磷损失的主要途径。一般情况下，降雨引起的径流会带走土壤中的磷素，从而使磷肥造成损失；而降雨引起的淋溶使土壤中可溶性的磷移至土壤下层，使这部分不能被毛竹吸收利用，造成磷肥损失，而降低了磷的利用率。

图2反映了不同施肥处理下各生理期磷肥损失情况。从图中看出磷的损失率随时间的增加而增大，这是由于降雨以及磷移动的原因造成磷的损失。四个处理下，相同的施肥深度，20～40 cm施肥处理磷损失率低于0～20 cm施肥深度，这说明深层施肥有利于减少磷的损失。相同施肥方式下，穴施磷损失率低于沟施，说明沟施有利于减少磷的损失。从图中也可看出，在孕笋期T1磷的损失率较高，这可能是由于孕笋期降雨量大引起的，随后磷损失率减少，这是由于磷极易被土壤固定的原因。

4 结论与讨论

不同施肥处理下磷的利用率随着时间的增加而增大，本研究毛竹的磷素利用率在15%左右，处于我国磷利用率一般平均水平，影响毛竹磷素利用的因子很多，主要有土壤对磷素的吸附固定作用、土壤微生物的协同抑制作用以及根系的形态特征、生理活动等影响[10，11]。毛竹的根系主要分布在土壤10～30 cm处[12]，因此研究施肥深度对于制定科学的施肥措施是很有必要的，研究发现T3（20～40 cm穴施）、T4（20～40 cm沟施）处理磷肥的利用率较高，这可能是由于浅施（0～20 cm）磷肥，大量磷素会随着地表径流流失[13，14]，而适当深施（20～40 cm）磷肥，不仅有利于减少磷素随地表径流流失，同时也有利于促进根系向更深处延伸，从而改变根系构型，增加根系生物量，扩大根系与土壤接触的表面积等，提高磷素的吸收利用效率。孕笋期利用率较低，可能是因为施肥时间过短。研究发现，沟施磷肥的磷利用率水平稍低于穴施，可能是由于穴施根系与磷的接触面更大，根系的一些分泌物如有机酸、酸性磷酸酶等[15]能夠活化根际磷，提高土壤磷素亲和力，因此穴施磷肥的根际效应明显。

磷素利用的另一个主要问题就是土壤对磷素的吸附固定作用太强，土壤中的阳离子与磷结合成难以利用的化合物，导致土壤中残留了过多的难以利用的磷，但经研究发现，不同处理下磷在土壤中的残留量随时间的推移而减少，磷素会逐步释放到土壤中，这可能是土壤微生物、有机酸等作用于土壤，促进了难溶性的阳离子-磷结合物的分解，转变成可利用的磷。但磷的损失率随时间的推移增大，一方面是由于磷的吸收利用，另一方面由于径流跟淋溶造成磷的损失，因此，残留量逐渐减少，磷损失率增大。孕笋期土壤残留量减少较快，损失较大的原因可能是因为8月份是雨季，降雨量较大。并且磷肥施入土壤后，较其他养分元素而言，损失较小，是因为磷施入土壤后，极易被土壤固定，损失的较少，可利用的较少，因而当季利用率普遍不高[16～20]。此外，20～40 cm穴施磷肥的土壤磷的残留率最大，损失率最小，可能是因为0～20 cm深度施肥距离地表较近，雨水冲刷相对严重，损失相对较高，因此综合考虑毛竹施肥方式以及深度对磷素利用、残留和损失的影响，建议 20～40 cm穴施磷肥，以期获得最大的经济效益。

影响毛竹磷素利用的因素很多，施肥方式和施肥深度只是在技术应用方面研究如何提高磷素利用效率，但影响磷素利用的机理研究才是最重要的，加强根系磷素利用的形态学、生理学、遗传学研究是以后研究的重点[21]。

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