福建閩楠人工幼林氮磷鉀施肥效應(yīng)與施肥模式

歐建德

福建閩楠人工幼林氮磷鉀施肥效應(yīng)與施肥模式

歐建德

（福建省明縣溪林業(yè)局，福建明溪365200）

采用3因素2次D-飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)，在福建明溪進(jìn)行田間試驗(yàn)，分析了氮、磷、鉀及其配比對閩楠Phoebe bournei幼樹生長的影響。結(jié)果表明：氮、磷、鉀肥對閩楠的樹高和冠幅生長作用大小依次為氮肥＞磷肥＞鉀肥，對粗（地徑）生長作用大小依次為磷肥＞氮肥＞鉀肥,且作用效果均為正效應(yīng)。采用頻率分析法對各效應(yīng)函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，結(jié)果認(rèn)為：當(dāng)目標(biāo)樹高y1≥120%試驗(yàn)對照（ck），目標(biāo)地徑y(tǒng)2≥120%試驗(yàn)對照（ck），目標(biāo)冠幅y3≥110%試驗(yàn)對照（ck）時(shí)，在95%置信區(qū)間內(nèi)，試驗(yàn)地閩楠人工幼林的優(yōu)化施肥量為氮（N）16.81～21.61 g·株-1、磷（P2O5）5.76～9.64 g·株-1、鉀（K2O）3.31～6.44 g·株-1，m（氮）∶m（磷）∶m（鉀）的最佳比例為3.94∶1.57∶1.00。表3參15

森林培育學(xué)；閩楠；生長；最優(yōu)施肥模式；氮磷鉀施肥

閩楠Phoebe bournei是中國特有Ⅱ級珍稀瀕危保護(hù)植物，為珍貴闊葉樹種，具涵養(yǎng)水源、培肥土壤功能，且是經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的上等用材樹種［1］。閩楠前期生長緩慢，進(jìn)行科學(xué)施肥，促進(jìn)幼林生長和提前郁閉是培育的主要技術(shù)措施［2］。關(guān)于閩楠施肥的研究已有很多［3-6］，如不同肥種 、緩釋肥、氮素營養(yǎng)對閩楠幼苗生長的影響，但有關(guān)閩楠人工林施肥研究較少。分析氮磷鉀肥對閩楠幼林生長的影響，從而優(yōu)化施肥方案,成為當(dāng)前亟待解決的科技難題。2次D-飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)以其試驗(yàn)處理較少，并能夠通過模型分析得到最優(yōu)的試驗(yàn)結(jié)果，因而在氮磷鉀施肥效應(yīng)與施肥模式研究方面被廣泛使用［8-12］。為此,在福建省明溪縣采用2次D-飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行閩楠人工幼林氮磷鉀施肥試驗(yàn),分析施用氮磷鉀肥對閩楠生長影響，進(jìn)行施肥量與比例尋優(yōu),進(jìn)而為該地區(qū)閩楠人工林的科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于福建省西北部，武夷山東南側(cè)的明溪縣，是閩楠中心分布區(qū)之一。該區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為15.7~18.6℃，年降水量1 700~2 000 mm，大于10℃的積溫4 525.8～5 472.9℃，年均無霜期261 d,。試驗(yàn)地設(shè)在福建省明溪縣下山洞的馬尾松Pinus massoniana林下套種閩楠基地。海拔高度為350 m，地形隱蔽，坡向東，坡度10°~15°，林內(nèi)透光度為50%左右。土壤為砂巖發(fā)育的山地紅壤，土層厚度100 cm。土壤容重為1.32 g·cm-3，土壤全氮為1.52 g·kg-1，速效磷為3.9 mg·kg-1，速效鉀為44.17 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)為3.18 g·kg-1，pH 4.5。

1.2 試驗(yàn)材料

供試樹種為2年生閩楠幼樹。施肥前2年生人工林生長良好且一致,株行距為2.5 m×2.5 m。肥料種類分別為尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀。尿素的氮為460 g·kg-1，過磷酸鈣的五氧化二磷（P2O5）為120 g·kg-1，硫酸鉀的氧化鉀（K2O）為500 g·kg-1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用3因素2次D-飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)，設(shè)10個(gè)處理，3次重復(fù)，具體設(shè)計(jì)（表1）。有2年生閩楠幼樹30株·小區(qū)-1，試驗(yàn)重復(fù)內(nèi)的土壤水分、肥力條件相對一致。于2013年2月下旬在幼樹樹冠下開溝，溝深15 cm，一次性施入，施肥后覆土。期間的撫育管理措施一致。

表1 氮磷鉀3因素2次D-飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)方案Table 1 Optimal design of N，P and K at three-factor D-saturation

1.4 數(shù)據(jù)調(diào)查與處理

于2013年12月分別利用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺,逐株測量幼樹的冠幅、 樹高、地徑。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Microsoft Excel 2003計(jì)算軟件，經(jīng)方差分析差異顯著后，用最小顯著差法（LSD）進(jìn)行多重比較［13-14］。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀施肥對閩楠幼林生長的影響

現(xiàn)將氮磷鉀施肥對閩楠的生長影響的試驗(yàn)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)分析列表2。由試驗(yàn)結(jié)果（表2）可知：各施肥處理中閩楠的樹高、 地徑和冠幅均顯著性優(yōu)于試驗(yàn)對照（ck），表明施肥措施能夠顯著性促進(jìn)閩楠人工幼樹生長。施肥處理對閩楠的樹高、地徑和冠幅的影響程度不盡相同，以處理10效果最為理想。單施氮磷鉀肥時(shí)，對閩楠人工幼樹的樹高、地徑和冠幅的影響依次為單施氮＞單施磷＞單施鉀。氮磷鉀配合施肥時(shí)，對閩楠的樹高、冠幅影響程度依次為氮磷配施＞氮鉀配施＞磷鉀配施；對閩楠的地徑影響程度依次為氮磷配施＞磷鉀配施＞氮鉀配施。

表2 閩楠氮磷鉀肥效試驗(yàn)結(jié)果分析表Table 2 Results of objective function on N，P and K fertilizer experiment

2.2 閩楠幼林氮磷鉀施肥效應(yīng)函數(shù)模型建立

以氮磷鉀的編碼值為自變量，以閩楠的樹高、地徑和冠幅的性狀數(shù)值為因變量，通過數(shù)學(xué)模擬得到閩楠的樹高（y1），地徑（y2），冠幅（y3）與氮（x1），磷（x2），鉀（x3）的編碼效應(yīng)函數(shù)為：

y1=111.34+14.47x1+7.22x2+2.77x3+6.20x12+3.77x22+3.41x32+0.61x1x2+0.06x1x3-2.59x2x3；

y2=1.795 0+0.173 4x1+0.177 7x2+0.068 0x3+0.051 6x12-0.140 6x22+0.086 2x32+0.014 1x1x2－0.047 3x1x3+ 0.053 6x2x3；

y3=66.46+5.94x1+2.33x2+0.10x3+3.67x12+0.81x22+0.38x32+0.15x1x2－0.23x1x3-2.34x2x3。

分別經(jīng)過方差分析F樹高=27.77，F(xiàn)地徑=66.09，F(xiàn)冠幅=58.58，均達(dá)到極顯著性（P＜0.01）以上水平，說明方程擬合良好。方程可以用于閩楠施肥優(yōu)化過程，具有很高的可靠性。

2.3 因子主效應(yīng)分析

由于氮磷鉀施肥效應(yīng)函數(shù)已采用無量綱編碼代換，進(jìn)行因子主效應(yīng)分析可直接比較各偏回歸系數(shù)絕對值的大小。從氮磷鉀肥與閩楠樹高的效應(yīng)函數(shù)的一次項(xiàng)可以看出，氮磷鉀的系數(shù)分別為14.470 0, 7.220 0和2.770 0，說明氮肥對閩楠幼林樹高的影響最大，磷肥其次，鉀肥最小,作用效果均為正效應(yīng);從氮磷鉀肥與閩楠地徑的效應(yīng)函數(shù)的一次項(xiàng)可以看出，氮磷鉀的系數(shù)分別為0.173 4,0.177 7和0.068 0，說明磷肥對閩楠地徑的影響最大，氮肥其次，鉀肥最小,作用效果均為正效應(yīng);從氮磷鉀肥與閩楠冠幅的效應(yīng)函數(shù)的一次項(xiàng)可以看出，氮磷鉀的系數(shù)分別為5.940 0,2.330 0和0.100 0，說明氮肥對閩楠冠幅的影響最大，磷肥其次，鉀肥最小,作用效果均為正效應(yīng)。

2.4 單因子效應(yīng)分析

對方程采用降維法［15］，研究氮、磷和鉀對閩楠生長性狀影響的單因素效應(yīng)，將模型中3個(gè)自變量中的任意2個(gè)固定在零水平，得到單因素效應(yīng)方程。

2.4.1 對閩楠幼林樹高生長效應(yīng)分析 氮肥對閩楠樹高生長的效應(yīng)方程：y1=111.34+14.47x1+6.20x12；磷肥對閩楠樹高生長的效應(yīng)方程：y1=111.34+7.22x2+3.77x22；鉀肥對閩楠樹高生長的效應(yīng)方程：y1=111.34+ 2.77x3+3.41x32。氮磷鉀肥對閩楠幼林樹高的生長均呈現(xiàn)出開口向上的拋物線關(guān)系。氮肥對閩楠樹高生長的效應(yīng)方程的極值點(diǎn)為x1=－1.166 9，表明在本試驗(yàn)范圍內(nèi)氮肥對樹高的影響呈現(xiàn)出隨著施肥量的增加而增加；磷肥對閩楠樹高生長的效應(yīng)方程的極值點(diǎn)為x2=－0.957 6，表明當(dāng)－1≤x2≤－0.957 6時(shí)，樹高生長隨著磷施肥量增加而減少，當(dāng)－0.957 6≤x2≤1時(shí)，樹高生長隨著磷施肥量的增加而增加；鉀肥對閩楠樹高生長的效應(yīng)方程的極值點(diǎn)為x3=－0.957 6，表明當(dāng)－1≤x3≤－0.406 2時(shí)，樹高生長隨著鉀施肥量增加而減少，當(dāng)－0.406 2≤x3≤1時(shí)，樹高生長隨著鉀施肥量的增加而增加。

2.4.2 對閩楠幼林地徑生長效應(yīng)分析 氮肥對閩楠地徑生長的效應(yīng)方程如下：y2=1.795 0+0.173 4x1+ 0.051 6x12；磷肥對閩楠地徑生長的效應(yīng)方程：y2=1.795 0+0.177 7x2-0.140 6x22；鉀肥對閩楠地徑生長的效應(yīng)方程：y2=1.795 0+0.068 0x3+0.086 2x32。氮鉀肥對閩楠地徑的生長均呈現(xiàn)出開口向上的拋物線關(guān)系。氮肥對閩楠地徑生長的效應(yīng)方程的極值點(diǎn)為x1=－1.680 2，表明在本試驗(yàn)范圍內(nèi)氮肥對樹高的影響呈現(xiàn)出隨著施肥量的增加而增加；鉀肥對閩楠地徑生長的效應(yīng)方程的極值點(diǎn)為x3=－0.394 4，表明當(dāng)－1≤x3≤－0.394 4時(shí)，地徑生長隨著鉀施肥量增加而減少，當(dāng)－0.394 4≤x3≤1時(shí)，地徑生長隨著鉀施肥量的增加而增加。磷肥對閩楠地徑生長呈現(xiàn)出開口向下的拋物線關(guān)系上。磷肥對閩楠地徑生長的效應(yīng)方程的極值點(diǎn)為x2=0.631 9，表明當(dāng)－1≤x2≤0.631 9時(shí)，地徑生長隨著磷施肥量增加而增加，當(dāng)0.631 9≤x2≤1時(shí)，地徑生長隨著磷施肥量的增加而減少。

2.4.3 對閩楠幼林冠幅生長效應(yīng)分析 氮肥對閩楠冠幅生長的效應(yīng)方程：y3=66.46+5.94x1+3.67x12；磷肥對閩楠冠幅生長的效應(yīng)方程：y3=66.46+2.33x2+0.81x22；鉀肥對閩楠冠幅生長的效應(yīng)方程：y3=66.46+ 0.10x3+0.38 x32。氮磷鉀肥對閩楠冠幅的生長均呈現(xiàn)出開口向上的拋物線關(guān)系。氮肥對閩楠樹高生長的效應(yīng)方程的極值點(diǎn)為x1=－0.809 3，表明當(dāng)－1≤x1≤－0.809 3時(shí)，冠幅生長隨著氮施肥量增加而減少，當(dāng)－0.809 3≤x1≤1時(shí)，冠幅生長隨著氮施肥量的增加而增加；磷肥對閩楠冠幅生長的效應(yīng)方程的極值點(diǎn)為x2=－1.438 3，表明在本試驗(yàn)范圍內(nèi)磷肥對冠幅的影響呈現(xiàn)出隨著施肥量的增加而增加；鉀肥對閩楠冠幅生長的效應(yīng)方程的極值點(diǎn)為x3=－0.131 6，表明當(dāng)－1≤x3≤－0.131 6時(shí)，冠幅生長隨著鉀施肥量增加而減少，當(dāng)－0.131 6≤x3≤1時(shí)，冠幅生長隨著鉀施肥量的增加而增加。總之，氮磷鉀對閩楠生長性狀影響的單因素效應(yīng)均呈現(xiàn)出拋物線關(guān)系。氮肥對閩楠樹高生長、氮肥對閩楠地徑生長、磷肥對閩楠冠幅生長，在本試驗(yàn)范圍內(nèi)呈現(xiàn)出一致性影響；其他性狀與肥種單因素效應(yīng)均呈現(xiàn)復(fù)雜的變化，以極值點(diǎn)作為分界線，施肥量與生長性狀呈現(xiàn)出完成相反的效應(yīng)結(jié)果，說明科學(xué)合理確定氮磷鉀肥的施肥量對于閩楠生長有著現(xiàn)實(shí)意義。

2.5 閩楠人工幼林施肥量與比例尋優(yōu)

2.5.1 約束性指標(biāo)的確定 選定樹高、地徑和冠幅等3個(gè)性狀作為閩楠人工幼林培育目標(biāo)的評價(jià)指標(biāo)。為保證肥料配方的有效性，對不同性狀確定的合理的約束性指標(biāo)十分必要。本研究對閩楠樹高與地徑的約束性指標(biāo)確定為120%×試驗(yàn)對照，冠幅的約束性指標(biāo)確定為110%×試驗(yàn)對照。經(jīng)計(jì)算，樹高、地徑和冠幅的約束性指標(biāo)分別為118，1.67和66.59 cm。要求施肥組合必須同時(shí)滿足其樹高、地徑和冠幅的約束性指標(biāo)要求。

2.5.2 人工幼林施肥量與比例尋優(yōu) 采用頻率分析法［15］進(jìn)行施肥量與比例尋優(yōu)，將碼值在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)劃分出（－1，－0.291 2，0.192 5，1）4個(gè)水平，構(gòu)成43=64個(gè)施肥組合，依據(jù)施肥效應(yīng)函數(shù)，進(jìn)行施肥組合相應(yīng)性狀計(jì)算,結(jié)果中有24個(gè)施肥組合能同時(shí)滿足樹高、地徑與冠幅的約束性指標(biāo)條件。對入選的24施肥組合進(jìn)行頻數(shù)分析，具體分析情況見表3。由表3可知：閩楠人工幼林培育的優(yōu)化施肥量為氮（N）16.81～21.61 g·株－1、磷（P2O5）5.76～9.64 g·株－1、鉀（K2O）3.31～6.44 g·株－1，合理的配方為 m（氮N）:m（磷P2O5）:m（鉀K2O）=3.94∶1.57∶1.00。

表3 閩楠人工幼林的氮磷鉀優(yōu)化施肥方案Table 3 N,P,K,the optimum fertilization scheme for Phoebe bournei young plantations

3 討論與結(jié)論

在閩楠施肥方面，本研究首次應(yīng)用3因素2次D-飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)，并通過模型分析，進(jìn)行閩楠人工幼林氮磷鉀施肥效應(yīng)與施肥模式研究，實(shí)現(xiàn)了閩楠幼林施肥優(yōu)化，效果理想。本研究的施肥效應(yīng)數(shù)學(xué)模型，以及由此優(yōu)化的施肥配方及施肥量可以在與本研究試驗(yàn)相似的條件下應(yīng)用。但由于閩楠的生長還受到如土壤、品種、氣候、密度和光環(huán)境以及管理措施等條件的影響,在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況和培育目標(biāo)加以調(diào)整，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)高效的目的。

本研究結(jié)論認(rèn)為，在合理的施肥量前提下，氮、磷和鉀肥對閩楠的生長均有顯著性影響，且作用效果均為正效應(yīng)，這與前人研究結(jié)論一致［3-7］。在促進(jìn)高生長（樹高）和冠幅生長的效果主次順序依次均為為氮肥＞磷肥＞鉀肥。本研究結(jié)論認(rèn)為，在促進(jìn)閩楠粗（地徑）生長的效果主次順序依次為磷肥＞氮肥＞鉀肥,且作用效果均為正效應(yīng)。這與董立軍等［4］的研究結(jié)論一致。

閩楠人工幼林的優(yōu)化肥料配方為m（氮N）:m（磷P2O5）:m（鉀K2O）=3.94∶1.57∶1.00。在本研究試驗(yàn)條件下樹高和地徑分別大于118 cm和1.67 cm,且冠幅大于66.59 cm時(shí),優(yōu)化施肥量為氮（N）16.81～21.61 g·株-1、磷（P2O5）5.76～9.64 g·株-1、鉀（K2O）3.31～6.44 g·株-1。

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N,P,K formulas for fertilization with young Phoebe bournei plantations in Fujian Province

OU Jiande
（Forest Enterprise of Mingxi County,Mingxi 365200,Fujian,China）

In order to improve the fertilization effect iveness of young Phoebe bournei plantations.A field experiment was conducted in Mingxi County of Fujian Province based on a D-saturated optimal design with three factors:N,P,and K.The growth effects for young P.bournei plantations were then examined with a frequency analysis and RCB.Results showed that N,P,and K fertilizer efficiency was positive for growth of tree height and crown width （with N＞P＞K）and for increasing diameter at ground-level（with P＞N＞K）. The frequency analysis showed that compared to ck,the expected tree height was≥ 120%,the expected diameter at ground-level was≥ 120%and the expected crown width was≥ 110%.In these experimental plots,optimum fertilization rates （in g·tree-1）for young P.bournei plantations were 16.81-21.61 for N,5.76-9.64 for P2O5,and 3.31-6.44 for K2O with a 95%confidence interval with a frequency analysis method;the best ratio of m（N）:m（P2O5）:m（K2O）was 3.94:1.57:1.00.Then providing the basis for scientific fertilization of P.bournei plantations.［Ch,3 tab.15 ref.］

silviculture;Phoebe bournei;growth;optimal fertilization model;N,P,and K application

S792.24

A

2095-0756（2015）01-0092-06

浙 江 農(nóng) 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)，2015，32（1）：92-97

Journal of Zhejiang A＆F University

10.11833/j.issn.2095-0756.2015.01.013

2014-05-24；

2014-08-31

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目（［2012］7號）

歐建德，高級工程師,從事林木育種、資源培育、森林經(jīng)營與保護(hù)等研究。E-mail：smmxojd@163. com