杉木第3代種子園多元素配方施肥效應研究

陳元鎮(zhèn) 陳愛玲 李寶福

摘要：杉木種子園為培育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)杉木良種提供重要保障，在林業(yè)生產(chǎn)中具有積極意義。通過試驗研究，探究杉木3代種子園土壤養(yǎng)分豐缺情況、養(yǎng)分間的平衡規(guī)律，確定杉木種子園最佳肥料配比和施肥量，以期為閩北低山丘陵紅壤分布區(qū)杉木種子園提供推薦施肥配方。采用“3414”配方施肥設計方案，對閩北第3代杉木種子園開展N、P、K、Ca、Mg、B、Mo等元素施肥試驗。分別設計大量元素氮、磷、鉀三因素施肥水平（并增設施用鉬肥處理）、中微量元素鈣、鎂、硼三因素施肥水平，以球果數(shù)量（質(zhì)量）、出籽率、種子產(chǎn)量、胸徑等為評價指標，擬合肥料效應函數(shù)方程，研究各養(yǎng)分間的作用規(guī)律，并提出最佳施肥配比和施肥量。結(jié)果表明：種子園土壤N、P、K、Ca、Mg養(yǎng)分含量較低，B含量屬于中等水平，而Mo含量較高；N、P、Mg以及N-K、Ca-B肥料聯(lián)合對種子園產(chǎn)量的影響達到顯著或極顯著水平，而單施某一肥料效應較小，其中單施K、Ca、B幾乎沒有效果，而肥料聯(lián)合施用效果較好。綜合效應分析結(jié)果，得出種子園最大產(chǎn)量施肥量組合為：每株施尿素100 g+過磷酸鈣897 g+氯化鉀150 g+石灰150 g+硫酸鎂105 g+硼砂75 g，并配施鉬肥。N、P2O5、K2O、CaO、Mg、B、Mo的用量依次為46.0、107.7、90.0、75.0、31.4、2.3、5.0 g，其配比為N：P2O5：K2O：CaO：Mg：B：Mo=1.0：2.3：2.0：1.6：0.7：0.05：0.1。多元素配方施肥能很好地改善杉木種子園產(chǎn)量和質(zhì)量，單株球果產(chǎn)量、球果單粒重、出籽率及種子園產(chǎn)量等指標均比不施肥的母樹有大幅度提高。本研究施肥方案，理論上種子園產(chǎn)量可達45.99～95.65 g/株，大量元素施肥試驗的產(chǎn)量達到理論產(chǎn)量的80%～86%，中微量元素施肥試驗的產(chǎn)量為理論產(chǎn)量的70%左右。現(xiàn)實種子園平均產(chǎn)量大約是預測產(chǎn)量的40%，通過合理配方施肥有望大幅度提高杉木3代種子園產(chǎn)量。

關鍵詞：杉木；3代種子園；產(chǎn)量；多元素配方施肥；肥力評價

中圖分類號：S722.8+3文獻標志碼：A論文編號：cjas2020-0185

The Effect of Multi-element Formula Fertilization in the Third-generation Seed Orchard of Cunninghamia lanceolata

Chen Yuanzhen1， Chen Ailing2， Li Baofu3

（1Fujian Forestry Vocational & Technical College， Nanping 353000， Fujian， China； 2Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， Fujian， China； 3Fujian Academy of Forestry Sciences， Fuzhou 350012， Fujian， China）

Abstract： Cunninghamia lanceolata seed orchard is the important guarantee for the cultivation of high and stable yield of Cunninghamia lanceolata varieties， and has positive significance in forestry production. Through the experimental research， this paper explored the abundance and deficiency of soil nutrients and the balance of nutrients in the third-generation seed orchard of Cunninghamia lanceolata and determined the optimal fertilizer ratio and fertilizer amount in the Cunninghamia lanceolata seed orchard to provide recommended fertilization formula in hilly red soil distribution area of northern Fujian. The fertilization experiment of N， P， K， Ca， Mg， B， Mo and other elements in the third-generation Cunninghamia lanceolata seed orchard in northern Fujian was carried out by using“3414”formula fertilization design. This study designed the fertilization levels of N， P and K （molybdenum fertilizer processing was added） and the fertilization levels of Ca， Mg and B respectively. And at the same time， it took the number （weight） of cones， seed ratio， seed yield and DBH as evaluation indexes and fitted the function equation of fertilizer effect to study the law of action among nutrients and proposed the optimal fertilizer ratio and fertilizer amount. The results showed that the nutrient contents of N， P， K， Ca and Mg in seed orchard soil were low， the content of B was in medium level， and the content of Mo was high； the combined effects of N， P， Mg and N-K， Ca-B fertilizers on the yield of seed orchard reached significant or extremely significant levels， while the effect of single fertilizer was smaller. And the effect of single application of K， Ca and B had almost no effect， while the effect of combined application of fertilizer was better. The comprehensive effect analysis results showed that the maximum yield fertilizer combination of seed orchard was： 100 g urea + 897 g superphosphate + 150 g potassium chloride + 150 g lime + 105 g magnesium sulfate + 75 g borax of per plant， and molybdenum fertilizer was applied to each plant. The dosage of N， P2O5， K2O， CaO， Mg， B and Mo was 46.0， 107.7， 90.0， 75.0， 31.4， 2.3 and 5.0 g， respectively， and the ratio was N： P2O5： K2O： CaO： Mg： B： Mo = 1.0：2.3：2.0：1.6：0.7：0.05：0.1. The multi- element formula fertilization could improve the yield and quality of Cunninghamia lanceolata seed orchard， the yield of single cone of per plant， single cone weight， seed ratio and seed orchard yield were significantly higher than those of the mother tree without fertilization. According to the fertilization scheme in this study， the seed orchard yield could reach 45.99-95.65 g/plant theoretically. The yield of the macroelement fertilization experiment reached 80% to 86% of the theoretical yield and the yield of the medium and trace element fertilization experiment was about 70% of the theoretical yield. The average yield of the actual seed orchard was about 40% of the predicted yield. It is expected that the yield of the third-generation seed orchard of Cunninghamia lanceolata could be greatly improved by rational fertilization.

Keywords： Cunninghamia lanceolata； Third-generation Seed Orchard； Production； Multi-element Formula Fertilization； Fertility Evaluation

0引言

杉木（Cunninghamia lanceolata）是中國特有的速生豐產(chǎn)用材林樹種，是南方地區(qū)最主要的造林樹種[1]。杉木生長快、經(jīng)濟價值高，是集經(jīng)濟、生態(tài)、社會效益于一體的優(yōu)良樹種[2]，對提高中國森林資源質(zhì)量、改善生態(tài)環(huán)境，具有重要意義。杉木種子園建設為林業(yè)生產(chǎn)提供了高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的杉木良種，在生態(tài)文明建設中發(fā)揮積極作用[3-5]。種子園的產(chǎn)量高低受諸多因素影響[6-7]，施肥是提高種子產(chǎn)量和品質(zhì)的重要途徑[8-9]。許多學者[10-12]對杉木幼林施肥、杉木林土壤肥力變化和生產(chǎn)力維持方面有比較系統(tǒng)的試驗研究，葛藝早等[13]在不同施肥措施對杉木種子園品質(zhì)影響的研究中發(fā)現(xiàn)，施用氮磷鉀復合肥有助于改善種子的內(nèi)在品質(zhì)，提高種子的發(fā)芽率和成活率。施肥試驗結(jié)果顯示，通過精準施肥節(jié)約了肥料，種子園產(chǎn)量得到顯著提高，杉木種子的品質(zhì)也有了很大的提升。但這些試驗多為單一元素或氮磷鉀復合肥效應的研究[14-16]，本項目組在課題立項后對杉木、馬尾松1、2代種子園開展土壤養(yǎng)分特性、樹體營養(yǎng)狀況的試驗研究并報道相關的試驗結(jié)果[17-20]，目前針對杉木3代種子園多元素配方施肥方面的試驗研究未見報道。隨著種子園母樹年齡增長、樹型變化、經(jīng)營管理措施及氣候環(huán)境等諸多因素的影響，項目組之前的研究結(jié)果可能與現(xiàn)實存在偏差，為了矯正、完善前期施肥試驗，更為精確地提供施肥方案，筆者再次對杉木種子園開展“3414”配方施肥試驗。試驗針對杉木第3代種子園母樹開花結(jié)實情況[21]、園地土壤及樹體養(yǎng)分進行全面調(diào)查測定，根據(jù)種子園樹體需肥特點和土壤供肥特性設計多元素田間試驗方案，旨在通過試驗分析，探究園地土壤養(yǎng)分豐缺情況、養(yǎng)分間的平衡規(guī)律，確定杉木種子園最佳肥料配比和施肥量[22]，以期為閩北低山丘陵紅壤分布區(qū)杉木種子園提供較為科學的施肥配方。

1材料與方法

1.1樣地概況及試驗材料

試驗選擇在福建南平市光澤華橋國有林場第3代杉木種子園基地[7]，為福建省第1批“重點林木良種基地”，2012年被國家林業(yè)局確認為第2批“國家重點林木良種基地”。試驗種子園位于該林場大陂工區(qū)高源村，地處閩江源頭富屯溪上游，位于117°17′E，27°33′N，該區(qū)屬于中亞熱帶季風氣候，溫暖濕潤，年均氣溫17.4℃，極端最高氣溫39.8℃，極端最低氣溫-9.4℃，雨季集中在3—6月份，年均降雨量在1937.7 mm，年平均日照時數(shù)1667.9 h，無霜期275天。該區(qū)域氣候條件優(yōu)越，自然植被資源豐富，森林覆蓋率達75%以上。試驗園地為低丘地形，地勢平緩，坡度5°—15°之間，土壤為酸性紅壤，立地質(zhì)量Ⅲ級。

試驗地為林場2013年建設的杉木第3代種子園，園地面積13.2 hm2，于2013年造林定砧，種植密度600株/hm2，株行距4m×4m、穴規(guī)格80cm×70cm×70cm，次年進行嫁接，2017年開始掛果投產(chǎn)。種子園共20個小區(qū)，含60個隨機分布的無性系，施肥試驗設置在9、 10 2個小區(qū)。種子園施肥試驗前，每年春季和秋冬季各施復合肥500 g，母樹于2017年開始少量采種。

1.2試驗方法設計

針對不同長勢、不同結(jié)果數(shù)量的母樹進行園區(qū)土壤、植株（葉、果）的養(yǎng)分測定，結(jié)合生產(chǎn)上常用肥料的特點及其利用率[23-24]，采用農(nóng)業(yè)部測土配方施肥技術規(guī)范[25]，開展“3414”配方施肥試驗研究。“3414”配方施肥試驗是獲得各種植物最佳施肥比例、施肥量、施肥時期和施肥方法的重要途徑[26-27]，該試驗設計是目前肥料效應田間試驗常用的方案。“3414”指3因素4水平，14個處理。本試驗以種子園母樹植株葉片、果實營養(yǎng)元素及土壤養(yǎng)分測定結(jié)果初步計算出的施肥量為基礎，并結(jié)合杉木種子園生產(chǎn)上的經(jīng)驗施肥量而確定。4個水平的含義：0水平指不施肥；1水平=2水平×0.5；2水平指當?shù)赝扑]施肥量（中等水平）；3水平=2水平×1.5（表1）。

根據(jù)前期園地土壤及植株養(yǎng)分測定結(jié)果、所施用肥料的特點及其利用率，分別設計大量元素氮、磷、鉀三因素施肥水平（并增設施用鉬肥處理）、中微量元素鈣、鎂、硼三因素施肥水平，具體見表2、3。

1.3試驗方案實施

在試驗園地選擇比較完整的一個區(qū)組，位于同一坡面、立地條件比較接近。按照設計方案所涉及的各種肥料施用量（表4）進行配方施肥，“氮磷鉀肥試驗方案”與“鈣鎂硼肥試驗”單獨布設，對2組不同肥料組合的施肥方案開展施肥試驗。每個處理選取5株母樹進行施肥（即5次重復），母樹為同一個無性系或產(chǎn)量相當?shù)牟煌瑹o性系，以消除不同無性系產(chǎn)量差異對試驗結(jié)果的干擾[20]。試驗肥料按照各處理施肥量在2019年3、6月分2次施用。把肥料按各試驗處理的用量混合均勻，在母樹基部兩側(cè)于樹冠滴水處，挖20～30 cm深的彎月溝，施入肥料并與土壤稍微攪拌后覆土。實施鈣鎂硼肥試驗方案時，鎂、硼肥混合均勻后在樹冠滴水處的一側(cè)施入，氮磷鉀肥則在另一側(cè)施用，施入后覆土。在上述肥料施用后，離樹干50 cm范圍內(nèi)，把石灰撒施于地面上并與土壤稍作攪拌。在不同施肥處理的樹體掛上相應的記號牌，便于后期調(diào)查記錄。

1.4試驗記載、測試與數(shù)據(jù)整理

試驗開始實施后，對各試驗小區(qū)的樹體長勢、開花結(jié)實數(shù)量進行調(diào)查[28]。2019年11月調(diào)查測定母樹胸徑及球果數(shù)量（重量），采集樣品測定球果單粒重、含水量、出籽率并求算單株種子產(chǎn)量；同時采集測定各處理小區(qū)母樹的葉片養(yǎng)分含量。

以球果數(shù)量（質(zhì)量）、出籽率、種子產(chǎn)量、胸徑等為評價指標，對試驗數(shù)據(jù)進行整理，采用Microsoft Excel和DPS軟件進一步處理和統(tǒng)計分析，擬合肥料效應函數(shù)方程，研究各養(yǎng)分間的作用規(guī)律，并提出最佳施肥配比和施肥量[23]。

2結(jié)果與分析

2.1不同施肥處理對種子園球果數(shù)、出籽率、種子產(chǎn)量等的影響

單株球果數(shù)量、球果產(chǎn)量、球果單粒重、出籽率、種子產(chǎn)量以及樹體長勢等是評價種子園母樹產(chǎn)量和質(zhì)量的重要指標[20]。表5、6相關數(shù)據(jù)顯示，采用不同的施肥處理，母樹球果數(shù)量、球果產(chǎn)量、單粒重、出籽率、種子產(chǎn)量等指標均有較大差別，有施肥的母樹上述各項指標均較大幅度地高于不施肥的對照處理。通過方差分析與顯著性水平檢驗，不同施肥處理的各項產(chǎn)量指標均達顯著或極顯著差異水平，跟對照處理相比有極顯著差異。這說明，施肥可以很好促進種子園產(chǎn)量和質(zhì)量的提高。

鉬肥施用效應，通過表5中第6、15、16號處理的資料看出，施用鉬肥的母樹除球果數(shù)量相差不大外，單株球果產(chǎn)量、球果單粒重、出籽率、種子產(chǎn)量均有較大差異，其中以第15號處理即施鉬肥每株10 g的效果最好，而施用鉬肥每株30 g的則各項指標反而下降，表現(xiàn)出抑制效果。經(jīng)方差分析結(jié)果表明，處理15的單株種子產(chǎn)量、球果產(chǎn)量、球果單粒重和出籽率均顯著地高于另外幾個處理，這些指標相應地比對照提高了11.47%、4.10%、7.12%和7.04%。

2.2 3代種子園土壤養(yǎng)分豐缺狀況評價

種子產(chǎn)量高低是種子園產(chǎn)量和質(zhì)量的綜合指標（種子產(chǎn)量=單個球果質(zhì)量×球果數(shù)×出籽率），以單株種子產(chǎn)量為指標，利用表5、表6試驗中有關處理的產(chǎn)量，按“3414”試驗設計統(tǒng)計的分析方法，計算施用N、P、K、Ca、Mg、B肥的相對產(chǎn)量，以此來評價種子園土壤的各養(yǎng)分豐缺狀況，具體結(jié)果如下：

上述統(tǒng)計結(jié)果顯示，回歸方程的相關系數(shù)R、F值均達到極顯著水平；顯著性檢驗表明，入選的各因子參數(shù)均達到了顯著或極顯著水平。采用最小二乘法，得到顯著性水平α=0.05、α=0.1時的回歸估計精度，大量元素的回歸方程精度為1-（t0.05×S）/Y=78.14%和1-（t0.1×S）/Y=69.53%；中微量元素回歸方程的精度為1-（t0.05×S）/ Y=81.42%和1-（t0.1×S）/Y=74.11%。這說明，本研究所擬合的多項式回歸方程，能夠比較準確地反映種子園產(chǎn)量與肥料養(yǎng)分間的相關性。各主導因素的相關系數(shù)、t檢驗值及顯著性水平見表7。

從表7看出，養(yǎng)分效應方面，試驗中的氮、磷、鎂以及N-K、Ca-B互作效應對杉木種子園產(chǎn)量均有顯著或極顯著的影響。從互作效應大小來看，大量元素NK>P>N，中微量元素為Ca-B>Mg，即單施某一肥料效應較小，其中單施K、Ca、B沒有效果，而肥料聯(lián)合施用效果較好。因此在生產(chǎn)上，應采取多元素配合施肥才能達到良好的施肥效果。

由表8看出，在各肥料最大產(chǎn)量施肥量組合中，大量元素施肥量組合與表5中的10、7號處理的施肥量很接近，這2個處理的實際產(chǎn)量達36～40 g/株，是理論產(chǎn)量的80%～86%。中微量組合與表6中的10、11號處理的施肥量很接近，實際種子園產(chǎn)量為59.55 g/株和66.98 g/株，達到理論產(chǎn)量的70%左右。這與合理施肥的現(xiàn)實產(chǎn)量通常占配方施肥理論產(chǎn)量的70%～ 80%[17-18，20]相吻合，由此可見，本研究所確定的最大產(chǎn)量施肥量組合可靠性較高。最大產(chǎn)量施肥量組合為：種子園每株施尿素100 g+過磷酸鈣897 g+氯化鉀150 g+石灰150 g+硫酸鎂105 g+硼砂75 g，加上鉬肥，N、P2O5、K2O、CaO、Mg、B、Mo的用量依次為46.0、107.7、90.0、75.0、31.4、2.3、5.0 g，其配比為N：P2O5：K2O：CaO： Mg：B：Mo=1.0：2.3：2.0：1.6：0.7：0.05：0.1。該施肥方案，理論上，種子產(chǎn)量可達45.99～95.65 g/株。通常生產(chǎn)上目標產(chǎn)量設定為理論產(chǎn)量的70%[20]，則采用本施肥配方種子園產(chǎn)量可達32～67 g/株（每公頃可達19.5～39 kg）。現(xiàn)實種子園平均產(chǎn)量大約是預測產(chǎn)量的40%[22]，但較優(yōu)的施肥組合處理，種子園產(chǎn)量基本上可以達到該水平。說明通過合理配方施肥，有望大幅度提高種子園產(chǎn)量。

3結(jié)論與討論

（1）采取N、P、K、Ca、Mg、B、Mo多元素施肥對提高閩北杉木第3代種子園產(chǎn)量和質(zhì)量有較好的促進作用，單株球果產(chǎn)量、球果單粒重、出籽率、種子園產(chǎn)量等指標比不施肥的母樹均有大幅度提高。其中，鉬肥每株施用量為鉬酸銨10 g效果較好，施用量太高對種子園產(chǎn)量有抑制作用。

（2）杉木種子園土壤中N、P、K、Ca、Mg養(yǎng)分均較缺乏，B含量處于中等水平，而Mo含量較高，在閩北種子園的經(jīng)營管理中可不施或少施鉬肥。由于土壤、肥料養(yǎng)分間交互作用的規(guī)律比較復雜，對于土壤中缺乏的某一元素，單施該養(yǎng)分未必能起到增產(chǎn)效果，關鍵在于調(diào)控養(yǎng)分間的比例和合適的施用量。

（3）N、P、Mg以及N-K、Ca-B互作對種子園產(chǎn)量均有顯著或極顯著的影響。互作效應大小上，大量元素為：N-K>P>N，中微量元素為：Ca-B>Mg，即單施某一肥料效應較小，其中單施K、Ca、B沒有效果，而肥料聯(lián)合施用效果較好。

（4）種子園最大產(chǎn)量施肥量組合為：每株施尿素100 g+過磷酸鈣897 g+氯化鉀150 g+石灰150 g+硫酸鎂105 g+硼砂75 g，加上鉬肥，N、P2O5、K2O、CaO、Mg、B、Mo的用量依次為46.0、107.7、90.0、75.0、31.4、2.3、5.0 g，其配合比例為N：P2O5：K2O：CaO：Mg：B：Mo=1.0： 2.3：2.0：1.6：0.7：0.05：0.1。本試驗得到大量元素施肥試驗的產(chǎn)量達到理論產(chǎn)量的80%～86%，中微量元素施肥試驗的產(chǎn)量為理論產(chǎn)量的70%左右，這與陳海艷、劉正渭、陸梅[17-18，20]等人的試驗結(jié)果相一致。該施肥方案，理論上，種子園產(chǎn)量可達45.99～95.65 g/株。目標產(chǎn)量設定為理論產(chǎn)量的70%，則采用本施肥配方種子園產(chǎn)量可達32～67 g/株（每公頃可達19.5～39 kg），現(xiàn)實種子園平均產(chǎn)量大約是預測產(chǎn)量的40%。通過合理配方施肥，有望大幅度提高種子園產(chǎn)量。

（5）杉木第3代種子園的施肥配方及施肥量，與陳海艷[17]等人對閩北2代種子園土壤養(yǎng)分特性的研究結(jié)論相比較，最大的差別是第3代種子園需要補充一定量的氮肥，因為3代種子園母樹比2代種子園小，樹體正處于旺盛生長期，適量施用氮肥對促進樹體健壯生長、提高球果產(chǎn)量及種子產(chǎn)量有積極意義。

（6）本研究沒有進行土壤及樹體營養(yǎng)診斷，有待繼續(xù)進行試驗研究。所提出的的初步配方施肥方案僅是一年的試驗結(jié)果，更為合理、優(yōu)化的杉木種子園施肥方案，尚需在生產(chǎn)上更大范圍內(nèi)進一步中試、矯正、完善，以期在閩北地區(qū)杉木種子園管理中加以推廣應用。

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