不同施肥模式對羅漢松生長及土壤理化性質的影響

黃昭昶，鄒雙全，趙 壯，王曉朋，童晨曉，毛艷玲*

(1.福建農林大學資源與環境學院，福建福州350002；2.土壤生態系統健康與調控福建省高校重點實驗室，福建福州350002；3.自然生物資源保育利用福建省高校工程研究中心，福建福州350002)

羅漢松(Podocarpusmacrophyllus)別名土杉，羅漢松科，屬常綠針葉喬木，因植株形姿優美，果實似羅漢打坐，具有重要的園林觀賞價值，廣泛種植于福建、浙江、廣東等地[1]。但目前林場對于羅漢松的種植多比較粗獷，肥料多選用復合肥，且存在化肥施用量不固定，施用方法隨意等問題，造成肥料的浪費及土壤肥力的破壞。將有機肥與化肥結合施用于果樹、苗木以改良土壤肥力促進植物生長已是諸多學者研究的重點[2-5]。畜禽糞便是種植業最常用的有機肥料，它富含氮磷鉀和有機質等肥分，可以部分代替化肥施用提高作物產量，改良土壤，培肥地力，被認為是很有價值的生物資源[6-7]。但過量使用畜禽糞便也可能帶來重金屬等危害[8]。因此，找到一種既能安全無毒又能改良土壤肥力促進植物生長的肥料是近年來農業科研工作者關注的重點。微生物菌劑是一種新興肥料，可以活化土壤養分，對于提高作物產量和品質等有顯著的促進作用，還能提高化肥利用率，抑制農作物對硝態氮、重金屬、農藥的吸收[9]。將畜禽糞便與菌劑配施，既能滿足植物對養分的需求還能緩解畜禽糞便對環境的污染，菌劑中的農藝微生物還有解磷解鉀的作用，能促進土壤養分的礦化分解。

土壤容重、孔隙度和持水量是反映土壤物理性質的重要指標，土壤養分的化學性質是土壤肥力的表征，土壤理化性質決定了土壤的水、肥、氣、熱[10-11]。因此，本研究以羅漢松為供試植物，通過研究單施化肥(常規施肥)、化肥與豬糞配施，化肥、豬糞與微生物菌劑配施3種不同的施肥模式下土壤理化性質的變化情況，探究不同施肥模式對羅漢松生長的影響，以期從中選擇出最適羅漢松生長的施肥方案，為福建羅漢松種植提供施肥依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2016年7月在福建省清流縣益晟園林苗圃地進行，所用供試植物均為10 a羅漢松。試驗地位于福建省西北部，武夷山脈中段東南側(25°46′～26°22′N，116°38′～117°10′E)，屬中亞熱帶季風氣候，氣候溫和，雨量充沛，年平均氣溫17.9 ℃，年平均無霜期256 d，年平均降水量1 771.3 mm。

1.2 試驗設計

選取生長良好的羅漢松林地為試驗地，試驗地初始土壤基本性質為：有機質5.38 g/kg，全氮0.42 g/kg，全磷0.16 g/kg，全鉀2.42 g/kg，堿解氮14.15 mg/kg，速效磷2.31 mg/kg，速效鉀30.42 mg/kg，pH 4.63(土水比1 ∶ 2.5)。在林區內選取長勢相同的羅漢松，共設7個處理：常規施肥(L0)、常規施肥+低量豬糞(L1)、常規施肥+中量豬糞(L2)、常規施肥+高量豬糞(L3)、常規施肥+中量豬糞+低量菌劑(J1)、常規施肥+中量豬糞+中量菌劑(J2)、常規施肥+中量豬糞+高量菌劑(J3)。常規施肥為N ∶ P2O5∶ K2O=15 ∶ 15 ∶ 15復合肥，每棵樹施肥量為250 g，折合大田施用量為375 kg/hm2。豬糞按低中高3個梯度施用，施用量分別為1，3，5 kg/株，折合大田施用量分別為1 500、4 500、7 500 kg/hm2。根據高琳等[12]的方法將微生物菌劑按低中高3個梯度施用，施用量分別為74，222，370 g/株，折合大田施用量分別為111，333，555 kg/hm2。每個處理設3個重復，每個重復10棵羅漢松，株行距為1.5 m×1.5 m，各處理均采取相同的林業管理措施。

復合肥由市場購入，價格為5 元/kg；供試豬糞取自試驗地周邊養豬場，放置陰涼通風處干燥后施用，其基本養分含量為：有機質384.85 g/kg，全氮21.98 g/kg，全磷30.11 g/kg，全鉀2.82 g/kg，pH 6.6，價格為2元/kg；供試菌劑為北京世紀阿姆斯公司生產，黑色顆粒狀，有效菌種為枯草芽孢桿菌和膠凍樣類枯草芽孢桿菌，有效菌種數大于1 億/g，價格為6元/kg。7個施肥處理不計人工所需投入施肥成本分別為：常規施肥1.25 元/株，常規施肥+低量豬糞3.25 元/株，常規施肥+中量豬糞7.25元/株，常規施肥+高量菌劑11.25 元/株，常規施肥+豬糞+低量菌劑7.69元/株，常規施肥+豬糞+中量菌劑8.58元/株，常規施肥+豬糞+高量菌劑9.47元/株。

1.3 樣品采集與測定

于2017年7月對樣地土壤和羅漢松生長指標進行采集和測量。在每個處理中以“S”形法取土，取層深度為0～20 cm和20～40 cm，同時在0～20 cm土層取3個環刀。用環刀法測定土壤容重，經計算得出土壤孔隙度(總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度)和土壤持水量(最大持水量、毛管持水量和田間持水量)；土壤碳氮采用碳氮元素分析儀(德國ELEMENTAR)測定，土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定，土壤速效鉀采用NH4OAc浸提火焰光度法測定，土壤全磷、全鉀采用NaOH熔融法測定。用卷尺測定樹高和冠幅，精確到0.01 m，地徑尺測量地徑，精確到0.01 mm。

1.4 數據處理

運用Excel 2013和SPSS 18.0 軟件進行數據統計與分析，用LSD進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對羅漢松土壤物理性質的影響

不同施肥模式下土壤物理性質分析如表1所示。施用常規施肥+豬糞的處理土壤容重顯著高于其他施肥模式。而添加微生物菌劑后容重與常規施肥處理無明顯差異。與常規施肥相比其他施肥模式毛管孔隙度和總孔隙度均有提高，常規施肥+豬糞處理分別提高了26.18%～44.68%和10.64%～26.06，隨著豬糞施用量的提高，土壤毛管孔隙度和總孔隙度提高，加入微生物菌劑的處理分別提高37.50%～45.95%和36.18%～39.27%，不同梯度菌劑和孔隙度間未見相關規律趨勢。常規施肥+豬糞處理降低了土壤的非毛管孔隙，而加入微生物菌劑對土壤非毛管孔隙無顯著影響。不同施肥模式間土壤持水量差異顯著，與常規施肥相比，添加豬糞和微生物的處理最大持水量、毛管持水量和田間持水量顯著提高，平均漲幅分別為37.75%、40.65%和49.47%。隨著豬糞施用量的增加，土壤持水量增加，但不同菌劑濃度間無顯著差異。

同列數據后不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

Different letters mean significant differences between treatment(P<0.05),the same below

2.2 不同施肥模式對羅漢松土壤化學性質的影響

土壤有機質是衡量土壤肥力的重要指標，試驗地土壤有機質較低，常規施肥所能帶入的碳源不足以彌補苗木對有機質的需求，配施豬糞后，0～20 cm土層土壤有機質含量顯著提高，其中高量豬糞處理提升最高，相比常規施肥有機質含量提高了114.52%。施用微生物菌劑的處理與常規施肥相比，有機質含量提高了74.03%～82.39%。施用豬糞可以有效提高土壤的有機質含量，微生物菌劑的施入無明顯影響，但微生物的施用相比常規施肥與豬糞混施可以提高土壤碳氮比。與常規施肥(L0)相比，其他施肥模式pH皆有提高，說明施用豬糞和菌劑可以調節土壤pH，緩解土壤酸化。各施肥模式20～40 cm土層pH都高于0～20 cm土層，2個土層中除常規施肥外，其他施肥模式pH值無顯著差異(表2)。

0～20 cm土層中，與L0相比(下同)常規施肥+豬糞處理全氮含量提高了28.57%～109.52%，且隨著豬糞施用量的增高，全氮含量提高，不同濃度豬糞差異顯著。常規施肥+豬糞與菌劑配施，全氮含量提高了約42%，不同濃度菌劑間差異不顯著，且低于同等濃度豬糞處理。20～40 cm土層中，常規施肥+豬糞處理全氮含量提高了39.72%～90.02%，加入微生物的處理提高了61.58%～65.77%，不同濃度菌劑與同等濃度豬糞相比均無明顯差異。在2個土層中，施用高量菌劑對土壤全磷提升最大，分別提高了4.48和5.14倍。不同豬糞濃度間差異顯著，配施微生物菌劑可以提高土壤全磷含量。0～20 cm土層中配施菌劑對提高土壤全鉀含量的效果高于常規施肥+豬糞處理，20～40 cm土層中后者對土壤全鉀含量的提升更佳。2種施肥模式與常規施肥相比均有顯著提升(表2)。

在速效養分上改良后的施肥模式均顯著高于常規施肥模式。0～20 cm土層中，配施菌劑的處理對土壤堿解氮的提升低于常規施肥+高濃度豬糞，但與同等豬糞濃度無差異。20～40 cm土層中除常規處理外各施肥模式無明顯差異。配施高量菌劑能有效提高土壤速效磷和速效鉀含量，在2個土層中提升效果最好。不同濃度梯度豬糞處理土壤速效養分差異顯著，隨著豬糞使用量的增加，土壤速效養分提高。

綜上所述，在常規施肥的基礎上施用豬糞可以有效提高土壤養分和土壤pH，且隨著豬糞使用量的增加，提升效果越明顯。在此基礎上配施微生物菌劑，可以有效提高土壤速效磷和速效鉀含量，提高土壤碳氮比。

表2 不同施肥模式對土壤化學性質的影響

2.3 不同施肥模式對羅漢松生長的影響

不同施肥模式對羅漢松生長的影響如圖1所示。與常規施肥相比，各施肥模式對羅漢松樹高均有顯著影響，且都有助于羅漢松樹高的增長。施肥1年后，7個處理羅漢松樹高分別增長了0.08，0.22，0.30，0.32，0.28，0.23，0.38 m，施用豬糞和菌劑的處理樹高1年的增長量顯著高于常規施肥處理，隨著豬糞和菌劑施用濃度的提高樹高增長量增加，但各處理間差異不顯著。在常規施肥+豬糞的基礎上配施微生物菌劑有助于地徑的生長，施肥1年后，地徑相比常規施肥增長了9.36%～10.83%，相比等量濃度豬糞地徑增長了4.72%～6.13%，不同施肥模式間差異顯著。不同增施量的豬糞對羅漢松冠幅的影響差異顯著，隨著豬糞使用量的增多，羅漢松冠幅增大。與相同施用量的豬糞相比，施用微生物菌劑冠幅增加了3.89%～8.00%，高量菌劑處理冠幅增加明顯。

不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Different letters mean significant differences between treatment(P<0.05)圖1 不同施肥模式對羅漢松生長的影響Fig.1 Effect of different fertilization models on growth of Podocarpus macrophyllus

2.4 羅漢松生長與土壤理化性質的相關性分析

由表3可知，毛管孔隙度、總孔隙度、毛管持水量、田間持水量都與羅漢松樹高存在極顯著的正相關關系，地徑與土壤總孔隙度和土壤持水量存在極顯著的正相關關系，冠幅與總孔隙度及土壤持水量存在顯著的正相關關系。因此，毛管孔隙度大，持水量高的土壤有利于羅漢松的生長。

表3 土壤物理性質與羅漢松生長的相關性

*，* *分別表示在0.05、0.01水平上差異顯著，下表同

*，* *means significant difference at 0.05 and 0.01 level respectively,the same below

由表4可知，0～20 cm土層中，土壤pH與樹高存在極顯著的正相關關系，與地徑和冠幅間無顯著關系。土壤養分與羅漢松樹高都存在顯著的正相關關系，碳和氮與羅漢松地徑間無顯著關系，土壤全氮、全鉀與羅漢松冠幅間關系不顯著。因此，土壤中的速效養分對促進羅漢松生長有很大幫助。在20～40 cm土層中，土壤pH與羅漢松樹高存在極顯著的相關性，與地徑和冠幅間也存在相關性。與0～20 cm土層相同，該土層中土壤養分與羅漢松樹高存在正相關性，除速效磷含量未存在顯著相關性外其余指標都為極顯著的相關性。地徑、冠幅與土壤化學性質的相關性與0～20 cm土層相同，但隨著土層的深入，土壤養分與羅漢松生長的相關性變少，因此0～20 cm土層中養分含量的多少更能決定羅漢松生長的優劣。

表4 土壤化學性質與羅漢松生長的相關性

TN:Total Nitrogen,TP:Total Phosphorus,TK:Total Potassium,AN:Available Nitrogen,AP:Available Phosphorus,AK:Available Potassium,OM:Organic matter

3 討論

土壤孔隙度是土壤結構的重要指標，孔隙度大則土壤結構疏松，有利于雨水迅速下滲，減少地表徑流的沖刷[13]。土壤毛細孔隙可以放映植被吸持水分的能力，毛細孔隙越大，越有利于植物根系對土壤水分的吸收[14]。本研究中，常規施肥模式的土壤總孔隙度為41.43%，其他施肥模式除低濃度豬糞處理外土壤總孔隙度均能達到50%，且非毛管孔隙度平均為45.38%，在最大持水量、毛管持水量和田間持水量上與常規施肥相比都有顯著提升，保證了土壤的通氣性、透水性和持水性。也說明施用豬糞和微生物菌劑改善了土壤物理結構，有利于羅漢松土壤接納降雨量、減少地表徑流沖刷且提高了羅漢松土壤吸持水分用于維持自身生長發育的能力和保水能力。這可能是因為豬糞有利于土壤團粒結構的形成，團粒結構對于維持土壤通氣性和排水性有很大的作用。李萍萍等[15]通過不同濃度有機肥與化肥配施在茶樹上的實驗表明，化肥可以供應茶樹生長前期的土壤養分，有機肥在后期可以釋放礦質氮等養分，豐富的有機質在根部可以形成腐殖質保證茶樹不同季節的養分供應。本研究中，施用豬糞的處理全氮、堿解氮和有機質含量顯著高于其他處理，與上訴結論相同。另一方面，豬糞等有機肥中含有的有機酸可以增加土壤中有機養分的礦化速度，促進難溶性養分的釋放，從而提高土壤養分含量[16]。

與常規施肥+豬糞處理相比施用微生物菌劑后土壤pH值有所降低，其原因可能是溶磷微生物通過糖代謝產酸作用鰲合Ca2+并釋放PO43-，導致土壤pH下降[17]。Marimuthu等[18]的研究表明接種溶磷菌可以明顯提高土壤的解磷能力并顯著促進植物生長，多菌種共同接種對植物的促生效果更明顯。本研究中使用的菌劑是一種含有解磷、解鉀功能的復合微生物菌劑，與豬糞配施后，借助豬糞中大量的碳源和氮源，農業益生菌可快速在土壤中生長繁殖并作用于土壤難溶性養分的分解礦化，進一步提高土壤的養分含量，促進作物生長。孫旭等[19]通過玉米秸稈和牛堆肥過程中接種微生物菌劑與不接種菌劑的傳統有機肥對比發現，接種菌劑后的有機肥有機質含量提高了23.8%，但本實驗中施用微生物菌劑的處理土壤有機質含量低于常規施肥+豬糞處理，其原因可能是豬糞中的微生物與菌劑中的微生物存在競爭，限制了菌劑功能的正常運作，從而使土壤有機質含量低于預期。

另外，通過對羅漢松生長及土壤理化性質相關性分析，進一步驗證了土壤養分對羅漢松生長的影響。土壤碳氮含量與羅漢松樹高生長無明顯相關性，因此雖然豬糞處理與菌劑處理在有機質和氮素養分上存在差異，但在樹高上無顯著差異。速效磷和速效鉀與羅漢松地徑、冠幅存在顯著正相關關系，施用菌劑的處理土壤速效磷和速效鉀含量最高，施用菌劑的處理地徑和冠幅也顯著高于其他施肥模式。土壤中的鉀元素多以不能被植物直接利用的固定態存在，通過復合微生物菌劑的解鉀作用，將土壤中的鉀活化出來，提高了土壤速效鉀含量，有利于植物吸收利用。黃有軍等[20]研究羅漢松不同生理指標對鹽脅迫的反應發現，K+濃度在高鹽脅迫下上升。因此，K+有助于羅漢松緩解逆境脅迫，本研究中土壤鉀含量與羅漢松生長呈正相關關系，與上述結論相同。

總之，與常規施肥相比，施用豬糞有利于提高土壤通氣性和持水性還能提高土壤pH值和土壤養分，促進羅漢松的生長。并且，隨著豬糞施用量的增加，效果增加。但隨著豬糞施用量的增多，可能帶來重金屬污染等一系列生態問題。本研究中，在中量豬糞的基礎上配施微生物菌劑，對土壤的改良效果可以比肩高量豬糞，施用微生物菌劑還能提高土壤速效磷和速效鉀含量，對于羅漢松地徑和冠幅的提升效果要高于高量菌劑。微生物菌劑具有運輸方便、施用量少和安全無毒的特點，在有機無機肥混施的基礎上配施微生物菌劑，不僅可以加強有機肥土壤改良的作用還能減少肥料的投入量，減少農業成本。

4 結論

(1)與常規施肥相比，施用豬糞可以顯著提高土壤孔隙度和持水量，豬糞與菌劑配施對二者的提升更佳，有利于羅漢松土壤的通氣和排水。隨著豬糞施用量的增加，土壤孔隙度和持水量增加，但不同濃度菌劑間無明顯差異。

(2)施用豬糞可以提高土壤pH，延緩土壤酸化。施用豬糞和菌劑可以提高土壤養分含量，土壤有機質隨豬糞施用量的提高而提高，加入菌劑的處理土壤速效磷和速效鉀提升顯著。

(3)在2個土層中，羅漢松生長和土壤速效養分間有極顯著的正相關關系，常規施肥+豬糞+菌劑可以顯著提高土壤速效磷和速效鉀，對促進羅漢松生長有很大幫助。