高志勤 虞如坤

(1 宁波城市职业技术学院景观生态学院 浙江宁波 315100；2 宁波市奉化银龙竹笋专业合作社 浙江奉化 315502)

林地土壤养分状况及其有效性供给是生产力形成的物质基础和先决条件,在人工经营措施条件下,土壤有效养分受施肥、耕作方式和作物生长利用等多种因素影响[1]。土壤养分中的氮、磷与钾是土壤中最为活跃的养分,其数量、有效形态与施肥投入种类及其用量密切相关[2]。曾希柏等[3]研究了稻田不同耕作制下土壤有机质和氮、磷、钾元素的变化,揭示了连作稻田的肥力演变特征。在林木生长期内,分析施肥与林地养分数量及其有效供给状态的关系,对于评估施肥效应及肥力具有指示意义。

雷竹 (Phyllostachys praecox) 是华东地区,尤其是浙江、安徽、福建、江西等省最重要的经济竹种,也是近年来快速发展的绿色健康森林食品(蔬菜类)。由于雷竹笋味道鲜美、营养价值全面,且具有良好的保健功能,因而成为竹产区农村重点发展的对象。2017 年浙江省雷竹栽培面积约5.66 万hm2,年综合产值达到21.3 亿元[4]。因此,发展雷竹种植,经济效益可观。

然而,近年来由于连续高强度经营雷竹而导致的土壤养分匮乏、土壤质量下降问题,使得雷竹笋产量和林地生产力出现较大波动,迫切需要解决雷竹集约经营下土壤肥力的合理补充问题。本文以浙江省宁波市集约经营的雷竹林为对象,研究了腐熟的鸭粪、杏鲍菇渣、猪粪3 种有机肥对竹林土壤有效养分的影响,旨在为优化雷竹覆盖栽培方式提供技术支持。

1 试验地概况

试验地点位于浙江省宁波市奉化区畸山村和康岭村,地理坐标为118°21′—118°22′E,27°42′—27°43′N,海拔48～155 m。气候属于中亚热带季风气候,年均气温17.42 ℃,年平均降水量1 324 mm。土壤是砂岩发育的水稻土土类,泥沙田土属,母质为冲积物发育而成,土壤质地是粉沙壤质,表土层水浸pH 值为5.8～6.1。土壤有机质含量为25.31～32.16 g/kg,全氮含量为3.25～3.87 g/kg,全磷含量 (P2O5) 4.32～4.68 g/kg,全钾含量(K2O) 35.44～37.13 g/kg[5]。

2 材料与方法

2.1 样地设置

试验于2018—2020 年进行。选择立地条件和管理措施基本一致的雷竹纯林设置试验样地,试验设置3 种有机肥处理:鸭粪、杏鲍菇渣、猪粪。每种处理设置3 块样地,共计9 块样地:施用鸭粪雷竹林,样地编号为1—3；施用杏鲍菇渣雷竹林,样地编号为4—6；施用猪粪雷竹林,样地编号为7—9。以常规栽培不覆盖的雷竹林作为对照。

于2018 年9 月上旬对各样地进行浅耕,耕垦深度为0～20 cm,10 月上旬对样地中的3 度立竹进行择伐。2019 年5 月上旬,各样地分别施入土杂肥16 875.0 kg/hm2、氮磷钾复合肥1 500.0 kg/hm2；9 月份施入碳酸氢铵折合标氮453.5 kg/hm2、过磷酸钙875.1 kg/hm2。2019 年11 月下旬,根据试验设计对各样地分别施入经发酵的鸭粪肥、杏鲍菇渣肥、猪粪肥,3 种有机肥的施用量均为37 500.0 kg/hm2。各样地的基本情况见表1。

表1 样地基本情况Tab.1 Basic information of experimental stands

2.2 土壤样品采集

2020 年根据雷竹生长规律,分别于3 月12 日(春季)、7 月15 日(夏季)、9 月27 日(秋季)、12 月11 日(冬季) 4 个时间节点采集林地土壤样品。在各样地中随机布点采集0～20 cm 土层的土样,当天带回实验室,剔除植物根系、枝条和砾石后,自然风干半个月,研磨过筛[6],装入密封袋,记录样品信息,核对采样点和具体时间,以备土壤养分测定。

2.3 土壤养分测定方法

土壤测定分析的指标包括容重、含水率、水解氮含量、速效磷含量、速效钾含量。土壤容重采用环刀法测定,含水率采用烘干测定法[7]；土壤水解氮采用碱解扩散法测定,速效磷测定采用Bray-Ⅰ法测定[8],速效钾采用乙酸铵浸提原子吸收光谱法测定。

2.4 数据分析

试验数据采用SPSS18.0 软件分析,用单因素方差分析和Duncan 多重比较分析不同处理之间的差异显著性。

3 结果与分析

3.1 不同施肥处理的土壤水解氮含量

耕作层(0～20 cm) 是竹鞭、根分布集中的区域,也是养分含量较高的土层。耕作层土壤水解性氮是有机氮转换分解的有效形态,其含量能反映土壤近期内的氮素供应状况。分析结果显示(图1),各处理样地土壤水解性氮含量随季节的变化表现为:施用鸭粪肥与猪粪肥的样地均呈现春季至秋季明显下降、冬季明显回升的态势；而施用杏鲍菇渣肥的样地则表现为春季至夏季略升、夏秋季快速下降、秋冬季有所回升的趋势,但是冬季回升的幅度小于施用鸭粪、猪粪肥的样地；与未施肥的对照样地相比,施入有机肥后土壤水解氮的季节变化幅度明显增大,这一结论与徐秋芳等[9]的研究结果类似。施用不同类型的有机肥呈现的土壤水解性氮含量随季节变化的差异可能与不同物料分解产生的土壤热量效应不同有关[10]。方差分析表明,土壤水解氮含量在不同施肥处理间差异不显著,而在季节间的差异则达显著水平(P＜0.05)。土壤水解氮含量的全年变化基本表现为春季最高、秋季最低、夏季高于冬季的规律。

图1 不同施肥处理的雷竹林土壤水解氮含量季节动态Fig.1 Seasonal dynamics of soil hydrolytic nitrogen content of Lei bamboo stands with different fertilization treatments

3.2 不同施肥处理的土壤速效磷含量

分析结果显示(图2),各处理样地土壤速效磷含量随季节的变化表现为:施用鸭粪、猪粪肥的样地春季至秋季逐步升高,之后开始降低,但冬季土壤速效磷含量仍高于春季,且2 种施肥样地4 个季节均显著高于对照,表明这2 种有机肥增热释磷的特点较为一致；施用杏鲍菇渣肥的样地呈现出春季至冬季逐步降低的变化趋势,原因可能为杏鲍菇渣肥于初冬11 月下旬施用后,在覆盖条件下林地增温加快,微生物分解促进了磷素的释放,使得春季磷素含量最高,冬季出笋结束后,在4 月下旬移除覆盖材料,磷素释放量减少,而且菇渣分解快,至秋季和初冬,土壤速效磷含量降低至最低水平。此外,不同类型有机肥增加土壤磷元素的效果也不同,鸭粪肥效果相对较优,而杏鲍菇渣肥效果较差,这与牛涛等[11]对枣树的研究结果类似。经方差分析表明,鸭粪肥、猪粪肥间对于土壤速效磷的影响效果差异不显著,且均显著优于对照地(P＜0.05),而与杏鲍菇渣肥间的差异达显著水平(P＜0.05)。

图2 不同施肥处理的雷竹林地速效磷含量季节动态Fig.2 Seasonal dynamics of soil available phosphorus content of Lei bamboo stands with different fertilization treatments

3.3 不同施肥处理的土壤速效钾含量

从各处理样地土壤速效钾含量随季节变化的分析结果看(图3):施用杏鲍菇渣肥与猪粪肥的样地其变化趋势基本一致,均表现为春季至秋季逐步下降,至冬季又有所回升,且前者下降的幅度和回升的幅度都大于后者；施用鸭粪肥的样地土壤速效钾含量的变化趋势为从春季至夏季以及秋季至冬季等2 个阶段均有略微下降,分别下降了12.48%和3.73%,而夏季至秋季阶段则明显增加,增加了35.47%。方差分析结果表明,杏鲍菇渣肥对土壤速效钾含量的影响与对照间差异达极显著水平(P＜0.01),猪粪肥与对照间差异达显著水平(P＜0.05),而鸭粪肥与对照间差异不显著。

图3 不同施肥处理的雷竹林地速效钾含量季节动态Fig.3 Seasonal dynamics of soil available potassium content of Lei bamboo stands with different fertilization treatments

3.4 不同施肥处理的土壤性质及冬笋产量

土壤养分状况的优劣包括2 个方面:具体养分种类的含量,对应养分的总贮存量。养分状况与施肥投入密切关联,也与土壤基本物理性质尤其是土壤结构性具有很大关系[12]。以全年4 个时期测定的土壤养分平均值作为衡量全年养分总体状况的指标(表2),从中可以看出,不同施肥处理的样地,土壤水解氮、速效磷的贮量以猪粪最高,鸭粪次之,杏鲍菇渣最低；速效钾贮量以猪粪肥最高,杏鲍菇渣肥次之,鸭粪肥最低。施用杏鲍菇渣肥后土壤速效养分平均贮量低于对照,施用鸭粪肥、杏鲍菇渣肥后,速效钾贮量也低于对照。因此,不同有机肥类型对土壤氮、磷和钾有效养分累积量的影响存在差异,这可能与有机肥分解释放养分的特点不同密切相关,也与土壤微生物分解养分的能力有关。杏鲍菇渣肥配施其他肥料后,虽然缩短了出笋时间,增加了鲜笋产量,有利于土壤氮素积累,但是不利于磷、钾养分的转化积累,相反猪粪、鸭粪配合无机肥料施用其养分蓄存效果相对较好。就土壤结构而言,施肥处理的土壤容重均小于对照,表明施用有机肥能够改良土壤结构。

表2 不同施肥处理对土壤性质及冬笋生产的影响Tab.2 Effects of different fertilization treatments on soil properties and winter bamboo shoot production

3.5 土壤养分状况与鲜笋产量的相关性

竹子在生长过程中需要充足且全面的养分,施肥补充了土壤中的氮、磷、钾元素含量,提高了竹子发笋能力和鲜笋产量[13]。氮素作为竹子生长最重要的养分元素,在光合作用和生物形态建成方面具有重要作用,氮素缺乏会直接导致产量减少。以施用鲍菇渣肥的样地为例,对全年平均水解氮含量与当年冬笋产量进行相关性分析,结果显示(图4),鲜笋产量与土壤水解氮含量呈显著正相关关系,复相关系数达到0.724,在精度要求不高时,可以运用该方程对冬笋产量进行预测。

图4 土壤水解氮含量与雷竹鲜笋产量的相关性Fig.4 Correlation between soil hydrolytic nitrogen content and fresh shoot yield of Lei bamboo

4 结论与讨论

无机肥配合不同类型的有机肥料,对雷竹林土壤养分含量及冬笋产量会产生不同的影响。杏鲍菇是市场畅销的优质菌菇,近年来很多农业企业扩大生产规模,然而如何利用杏鲍菇加工制作后的剩余渣料成为难题。在剩余渣料中木质素、粗细纤维、菌糠木质素含量较高,通过生物二次发酵后可用作有机肥使用。本研究表明,将经腐熟的杏鲍菇渣及当地普遍施用的鸭粪肥和猪粪肥作为有机肥,配合其他无机复合肥、尿素和碳酸氢铵等施入雷竹林地,可有效改善土壤结构、提高土壤有效养分含量,增加笋产量。施用杏鲍菇渣、鸭粪和猪粪3 种有机肥的土壤有效养分的季节动态存在差异,水解氮、速效磷、速效钾含量总体上表现出春季最高、夏季一般、而秋冬两季较低的变化规律,这与土壤温度的变化直接相关；不同有机肥类型对土壤氮、磷、钾等养分的改善效果存在着时间上的差异。

本研究的3 种有机肥对耕作层(0～20 cm)土壤水解氮、速效磷、速效钾储量的影响,均以施用猪粪肥配施的为最高,施用杏鲍菇渣肥的只有速效钾储量高于鸭粪肥,其他均低于鸭粪肥。因此,当雷竹林地施用杏鲍菇渣肥时,可以增加鸭粪或猪粪有机肥用量配比,以提高改善养分有效性的实际效果。

由于雷竹生长的特殊性,试验观察的时间需要进一步延长[14]。有机肥源、用量以及施用时间的差异,都会对土壤养分本底造成不可忽视的影响,尤其是多元复合肥中磷素在土壤中具有累积效果滞后的作用,试验仅依据1 年的施肥效果分析的养分差异和变动,存在一定偏差。另外,针对每种肥料类型,仅选择3 块样地的平均值来表征养分参数,重复数不够。因而,为了全面揭示肥料投入、耕垦方式对于雷竹林土壤养分的影响规律,有必要建立固定试验地,以便按照施肥运筹、耕作、林分抚育和采笋等综合设计,开展长期生态定位研究,更好地服务于竹林生产与经营。