紅壤退化地楊梅林土壤對(duì)養(yǎng)分補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)

江仲鵬，鄭婉錚，李麗紅，林 強(qiáng)，陳世品，馮麗貞

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002； 2.福建省水土保持試驗(yàn)站，福建 福州 350003)

楊梅(Myricarubra)為楊梅科(Myricaceae)楊梅屬(MyricaLinn.)植物，是我國(guó)著名經(jīng)濟(jì)果樹(shù)，在國(guó)外分布極少，原產(chǎn)于浙江余姚[1]。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有楊梅栽培品種有305個(gè)[2]，東魁楊梅是果實(shí)體積較大的一個(gè)品種，占栽培總面積的20%。楊梅富含營(yíng)養(yǎng)元素，具有藥用保健價(jià)值，據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，楊梅汁有很強(qiáng)的清除人體內(nèi)氧自由基的能力，并且果實(shí)內(nèi)多酚物質(zhì)對(duì)人體造血組織具有保護(hù)作用[3]。近幾年，隨著楊梅市場(chǎng)的發(fā)展，楊梅種植規(guī)模逐漸擴(kuò)大，社會(huì)對(duì)于楊梅林產(chǎn)量及品質(zhì)的要求日益增加。但由于楊梅一直以來(lái)都是以粗放的傳統(tǒng)方式種植，沒(méi)有科學(xué)有效的給予土壤養(yǎng)分補(bǔ)償，從而出現(xiàn)楊梅果樹(shù)座果率低、產(chǎn)量少、大小年結(jié)果嚴(yán)重和品質(zhì)低劣等問(wèn)題[4]。有研究表明，土壤養(yǎng)分補(bǔ)償種類(lèi)不同、時(shí)間不同及養(yǎng)分補(bǔ)償方式不同，對(duì)楊梅果實(shí)品質(zhì)的影響均不同[5-6]。且當(dāng)楊梅林出現(xiàn)大小年結(jié)果現(xiàn)象時(shí)，若及時(shí)對(duì)楊梅林進(jìn)行科學(xué)的土壤養(yǎng)分補(bǔ)償，就能在很大程度上減少楊梅林大小年結(jié)果現(xiàn)象[7]。但目前對(duì)土壤養(yǎng)分補(bǔ)償?shù)难芯慷嗉杏谄胀ɑ实姆N類(lèi)和配比，如農(nóng)家肥[8]、葉面肥、復(fù)合肥[9]等，雖微生物菌肥能明顯地促進(jìn)蘋(píng)果等產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)，但在楊梅栽培研究中卻鮮有報(bào)道[10]。

福建省長(zhǎng)汀縣在20世紀(jì)40年代曾是我國(guó)最嚴(yán)重的紅壤水土流失區(qū)之一，長(zhǎng)期水土流失導(dǎo)致土壤肥力低，雖然楊梅林根系發(fā)達(dá)，具有固土的作用[11]，但也改變不了楊梅產(chǎn)量少和品質(zhì)低劣的狀況。前期研究也表明，楊梅林土壤養(yǎng)分含量均低于楊梅樹(shù)對(duì)土壤養(yǎng)分的需求標(biāo)準(zhǔn)[12]。有鑒于此，本文以長(zhǎng)汀縣東魁楊梅為試驗(yàn)材料，開(kāi)展復(fù)合肥、菌肥、磷肥、菌肥+磷肥4種土壤養(yǎng)分補(bǔ)償試驗(yàn)，并分析0～20、20～40 cm土層對(duì)不同土壤養(yǎng)分補(bǔ)償方式的響應(yīng)，以期為長(zhǎng)汀縣水土流失治理及當(dāng)?shù)貤蠲樊a(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)在福建省長(zhǎng)汀縣河田鎮(zhèn)車(chē)寮村楊梅園內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)地處東經(jīng)116°25′、北緯25°42′，南鄰廣東，西接江西。屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量1737 mm，年均氣溫17.5～18.8 ℃。該地以低山、丘陵地貌為主，海拔約300～500 m。園內(nèi)試驗(yàn)區(qū)坡向?yàn)闁|向，坡度40°，土壤為山地紅壤，成土母巖屬粗晶花崗巖，土層雖然深厚，但結(jié)構(gòu)疏松，含砂量大，持水、抗蝕能力差，在土壤侵蝕發(fā)生嚴(yán)重的區(qū)域可見(jiàn)母質(zhì)層和基巖層顯露，是南方水土流失較為嚴(yán)重的土壤類(lèi)型。

施肥前試驗(yàn)地的楊梅生產(chǎn)管理模式多為過(guò)去傳統(tǒng)的栽培模式，果農(nóng)憑自身經(jīng)驗(yàn)偏施氮磷鉀肥。并且由于福建省長(zhǎng)汀縣多為山地和丘陵地形，楊梅樹(shù)體高大，因此多數(shù)楊梅樹(shù)仍處于半野生狀態(tài)。

表1 養(yǎng)分補(bǔ)償前土壤肥力狀況

1.2 試驗(yàn)材料

以長(zhǎng)汀縣東魁楊梅林為試驗(yàn)材料。楊梅林為13年生，樹(shù)勢(shì)強(qiáng)健，樹(shù)木經(jīng)矮化管理，樹(shù)高約為2.4～3.1 m，株行距為(5.3～6.8)m×(6.4～6.9)m。養(yǎng)分補(bǔ)償用的硫酸鉀型復(fù)合肥料(N+P2O5+K2O≥45%)由史丹利化肥股份有限公司生產(chǎn)，菌肥由ETS(天津)生物科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)(有效活菌數(shù)5000萬(wàn)個(gè)·g-1，有機(jī)質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥6%)，磷肥是由山東陽(yáng)光化肥有限公司生產(chǎn)的農(nóng)用級(jí)“沃能牌”磷酸二氫鉀(KH2PO4含量≥98%)。

1.3 土壤養(yǎng)分補(bǔ)償方式

在楊梅園同一坡面上于同一高度選擇位置并列的3個(gè)試驗(yàn)重復(fù)區(qū)，去除邊際效應(yīng)，在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)均包含從山頂至山腳方向3棵×5列共15棵樹(shù)，3次重復(fù)共45棵樹(shù)(數(shù)字1～45為試驗(yàn)楊梅樹(shù)編號(hào)，見(jiàn)圖1)。

圖1 試驗(yàn)地設(shè)計(jì)圖

土壤養(yǎng)分補(bǔ)償方式為設(shè)置5個(gè)施肥處理(表2)，施肥時(shí)間分2次，春肥和壯果肥。春肥于2016年1月19日采用條狀溝施，在每棵樹(shù)東西兩側(cè)的樹(shù)冠滴水線(xiàn)處挖4個(gè)40 cm×30 cm×30 cm的坑進(jìn)行施肥再覆土；壯果肥于2016年5月10日施用，由于磷肥肥效慢，本次磷肥采用兌水向葉面噴施的方式，磷肥∶水=1∶300，其余施肥方式與施春肥相同，但施肥位置在樹(shù)冠滴水線(xiàn)處與施春肥處錯(cuò)開(kāi)，達(dá)到全園深翻之目的。

1.4 土壤樣品采集方法

于2016年1月18日楊梅林施春肥之前和2016年6月30日楊梅采收之后，分別取1次土壤樣品，2次取土方式相同。即在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)每棵樹(shù)的東西南北對(duì)角的樹(shù)冠外圍滴水線(xiàn)至主干方向30 cm處，用土鉆和土鏟先移除地表的枯枝落葉及雜草，分別取0～20、20～40 cm的土壤樣品，不采集施肥溝及附近土壤。土壤樣品經(jīng)充分混合后，用四分法留下1 kg土壤裝入自封袋并封口，貼上標(biāo)簽標(biāo)記好土壤名稱(chēng)、采樣深度、采樣日期，帶回實(shí)驗(yàn)室備用。

表2 養(yǎng)分補(bǔ)償方案設(shè)計(jì) kg·株-1

1.5 土壤養(yǎng)分測(cè)定

將采集的土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后及時(shí)用牛皮紙攤開(kāi)自然風(fēng)干，待土壤中水分含量不再變化時(shí)，將土壤樣品進(jìn)行研磨，過(guò)2 mm和0.149 mm土篩。pH值采用LYT1239—1999森林土壤pH值的測(cè)定法測(cè)定[13]；有機(jī)質(zhì)采用碳氮元素分析儀(ELEMENTAR，Vario MAX CN)測(cè)定[14]，直接測(cè)出有機(jī)碳含量(g·kg-1)；全氮采用碳氮元素分析儀(ELEMENTAR，Vario MAX CN)直接測(cè)定；全磷采用LYT1232—1999森林土壤含磷的測(cè)定中堿熔-鉬銻抗比色法[15]測(cè)定；全鉀采用LYT1234—1999森林土壤全鉀的測(cè)定中堿熔-火焰光度法測(cè)定；速效氮采用LYT1229—1999森林土壤水解性氮的測(cè)定中堿解-擴(kuò)散法[16]測(cè)定；速效磷采用LYT1233—1999森林土壤有效磷的測(cè)定中氟化銨-鹽酸浸提法測(cè)定；速效鉀采用LYT1236—1999森林土壤速效鉀的測(cè)定中乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法[17]測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH、有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤養(yǎng)分補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)

由表1和表3可知，土壤養(yǎng)分補(bǔ)償前后pH值的變化。楊梅樹(shù)結(jié)果后土壤pH值明顯降低，即出現(xiàn)土壤酸化現(xiàn)象，并且20～40 cm土層pH值略高于0～20 cm土層。進(jìn)行不同土壤養(yǎng)分補(bǔ)償處理后，0～20 cm土層處理Ⅱ、處理Ⅲ與CK呈顯著差異，處理Ⅰ、處理Ⅳ與CK差異較小。其中處理Ⅲ的pH值最高，為4.78；處理Ⅱ的pH值最低，為4.39；其它處理的pH值均有小幅度提高。20～40 cm土層處理Ⅲ的pH值為4.77，與CK呈顯著差異，其它處理均不存在顯著差異。因此施磷肥(處理Ⅲ)可以延緩?fù)寥浪峄?/p>

由表3可知，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量高于20～40 cm土層。在0～20 cm土層，處理Ⅱ的有機(jī)質(zhì)含量最高，為9.03 g·kg-1，比CK提高14%；其次是處理Ⅲ，為8.64 g·kg-1，提高4.7%，但處理Ⅱ、處理Ⅲ均未達(dá)到顯著差異；處理Ⅰ與CK達(dá)到顯著差異，但有機(jī)質(zhì)含量反而減少，沒(méi)有達(dá)到提高有機(jī)質(zhì)含量的目的。在20～40 cm土層，處理Ⅳ的有機(jī)質(zhì)含量最高，為7.92 g·kg-1；其次是處理Ⅰ；處理Ⅲ的有機(jī)質(zhì)含量最低。由此可見(jiàn)，施菌肥(處理Ⅱ)可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量。

表3 土壤pH、有機(jī)質(zhì)對(duì)養(yǎng)分補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)

2.2 土壤全氮及速效氮對(duì)土壤養(yǎng)分補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)

由表4可知，0～20 cm土層的全氮含量高于20～40 cm土層，但是相差不大。在0～20 cm土層中，處理Ⅱ的全氮含量最高，為0.51 g·kg-1；在20～40 cm土層中，處理Ⅳ的全氮含量最高，為0.52 g·kg-1，且與CK呈顯著性差異。由此可知，各種土壤養(yǎng)分補(bǔ)償方式均未能提高土壤中全氮的含量。

0～20 cm土層中的速效氮含量明顯高于20～40 cm土層。在0～20 cm土層中，處理Ⅱ、處理Ⅳ的速效氮最高，分別為39.94、39.58 mg·kg-1，分別比對(duì)照提高18.4%、17.3%；處理Ⅰ的土壤速效氮含量與對(duì)照無(wú)明顯差異。在20～40 cm土層中，處理Ⅳ的土壤速效氮含量最高，為28.54 mg·kg-1；其次是處理Ⅰ和處理Ⅱ，處理Ⅲ的土壤速效氮含量最低。因此，土壤養(yǎng)分補(bǔ)償可以提高土壤中速效氮的含量，其中以施菌肥(處理Ⅱ)和施菌肥+磷肥(處理Ⅳ)效果最佳。

表4 土壤全氮及速效氮對(duì)養(yǎng)分補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)

2.3 土壤全磷及速效磷對(duì)土壤養(yǎng)分補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)

由表5可知，處理Ⅱ的全磷含量最高，0～20、20～40 cm土層中全磷含量分別為0.26、0.22 g·kg-1，且與CK差異顯著。因此，在不同土壤養(yǎng)分補(bǔ)償方式中施菌肥(處理Ⅱ)可以提高土壤中全磷的含量。

0～20 cm土層的速效磷含量高于20～40 cm土層。處理Ⅱ?qū)μ岣咄寥浪傩Я缀啃Ч罴眩?～20、20～40 cm土層中含量分別為50.55、29.57 mg·kg-1，分別比對(duì)照(CK)提高572.1%、465.3%，均與CK差異顯著；其次是處理Ⅲ，0～20、20～40 cm土層中含量分別為24.22、9.46 mg·kg-1，其中僅在0～20 cm土層與CK差異顯著；其它處理對(duì)提高土壤中速效磷含量的效果不顯著。由此可見(jiàn)，施菌肥(處理Ⅱ)和施磷肥(處理Ⅲ)對(duì)提高土壤中速效磷含量的效果最佳。

表5 土壤全磷及速效磷對(duì)養(yǎng)分補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)

2.4 土壤全鉀及速效鉀對(duì)土壤養(yǎng)分補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)

由表6可知，全鉀含量20～40 cm土層略高于0～20 cm土層。在0～20 cm土層中，處理Ⅰ、處理Ⅳ的土壤全鉀含量分別為9.71、9.54 g·kg-1，而處理Ⅱ、處理Ⅲ的土壤全鉀含量較低，且均不存在顯著差異；在20～40 cm土層中，只有處理Ⅳ的土壤全鉀含量較高，其它處理的土壤全鉀含量均低于對(duì)照。

速效鉀含量0～20 cm土層高于20～40 cm土層。處理Ⅳ的土壤速效鉀含量最高，0～20、20～40 cm土層中含量分別為48.12、45.59 mg·kg-1，分別比對(duì)照提高63.5%、96.9%，且均與相應(yīng)土層的CK差異顯著；其次是處理Ⅱ，0～20、20～40 cm土層中含量分別為46.85、42.81 mg·kg-1，分別比CK高57.7%、84.8%，均與相應(yīng)土層的CK差異顯著，處理Ⅲ、處理Ⅰ均有小幅度提高。

表6 土壤全鉀及速效鉀對(duì)養(yǎng)分補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)

2.5 主成分分析

在0～20 cm土層中，有機(jī)質(zhì)、pH、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀等8個(gè)土壤養(yǎng)分指標(biāo)具有不同的衡量標(biāo)準(zhǔn)。因此通過(guò)計(jì)算KMO和Bartlett檢驗(yàn)可以有效地衡量8個(gè)指標(biāo)之間是否具有相關(guān)性，其中KMO值在0.5以上就可以進(jìn)行主成分分析，越接近1，則越適合進(jìn)行主成分分析。由表7可以看出，KMO值為0.512，在Bartlett球形度檢驗(yàn)，P值<0.001，由此可見(jiàn)，變量之間存在相關(guān)性，因此可以進(jìn)行主成分分析。

表7 0～20 cm土層土壤肥力指標(biāo)的KMO和Bartlett檢驗(yàn)

表8 0～20 cm土層土壤肥力指標(biāo)的主成分分析的特征值和方差貢獻(xiàn)率

對(duì)其進(jìn)行主成分分析[18]，可以提取3個(gè)主成分。由表8可以看出，前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)82.758%，表明這3個(gè)主成分涵蓋了原始數(shù)據(jù)信息總量的82.758%。其中第1主成分貢獻(xiàn)率是54.983%，第2主成分貢獻(xiàn)率占15.175%，第3主成分貢獻(xiàn)率占12.599%。因此以這3個(gè)主成分分析結(jié)果為新指標(biāo)，得到最佳土壤養(yǎng)分補(bǔ)償方式排序?yàn)榫?菌肥+磷肥>磷肥>復(fù)合肥(表9)。

表9 0～20 cm土層土壤肥力指標(biāo)的各主成分、綜合得分及排序

在20～40 cm土層中，通過(guò)計(jì)算KMO和Bartlett檢驗(yàn)，由表10可以看出，KMO值為0.535，在Bartlett球形度檢驗(yàn)，P值<0.001，由此可見(jiàn)，變量之間存在相關(guān)性，因此可以進(jìn)行主成分分析。

對(duì)其進(jìn)行主成分分析，可以提取2個(gè)主成分。由表11可以看出，前2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)74.887%，也就是說(shuō)這2個(gè)主成分涵蓋了原始數(shù)據(jù)信息總量的74.887%。其中第1主成分貢獻(xiàn)率是43.044%，第2主成分貢獻(xiàn)率占31.843%。因此以這2個(gè)主成分為新指標(biāo)，得到最佳土壤養(yǎng)分補(bǔ)償方式排序?yàn)榫?磷肥>復(fù)合肥>菌肥>磷肥(表12)。

表10 20～40 cm土層土壤肥力指標(biāo)的KMO和Bartlett檢驗(yàn)

表11 20～40 cm土層土壤肥力指標(biāo)的主成分分析的特征值和方差貢獻(xiàn)率

表12 20～40 cm土層土壤肥力指標(biāo)的各主成分、綜合得分及排序

3 結(jié)果與討論

土壤養(yǎng)分補(bǔ)償可以提高土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀元素的含量，還能延緩?fù)寥浪峄^(guò)程[19]。楊梅林土壤養(yǎng)分補(bǔ)償后土壤肥力測(cè)定結(jié)果表明，在土壤垂直剖面上，有機(jī)質(zhì)、pH、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀的分布具有明顯的規(guī)律，其含量均隨土層深度的增加而顯著降低，表現(xiàn)為0～20 cm土層>20～40 cm土層；而土壤中全鉀含量的規(guī)律則相反，表現(xiàn)為20～40 cm土層>0～20 cm土層，這可能是因?yàn)橐酝鶙蠲妨质┓识酁榱蛩徕浶蛷?fù)合肥，且施肥深度在20 cm處，因此20～40 cm土層全鉀含量高于0～20 cm土層。土壤中全氮和速效磷的含量可以滿(mǎn)足楊梅樹(shù)對(duì)養(yǎng)分的需求，但速效鉀的含量偏低，會(huì)影響楊梅樹(shù)的結(jié)果質(zhì)量，需及時(shí)對(duì)土壤補(bǔ)充鉀元素。通過(guò)比較兩次養(yǎng)分補(bǔ)償后土壤pH響應(yīng)可知，楊梅林在結(jié)果后出現(xiàn)了嚴(yán)重的土壤酸化現(xiàn)象。進(jìn)行不同土壤養(yǎng)分補(bǔ)償處理后，其中施磷肥的pH值最高，為4.78，其它處理的pH值均有小幅度提高。這說(shuō)明相對(duì)于其他土壤養(yǎng)分補(bǔ)償處理方式，施磷肥可能延緩?fù)寥浪峄?，其機(jī)理需進(jìn)一步研究。另外，土壤中有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀元素的含量在楊梅結(jié)果后顯著降低，說(shuō)明楊梅林結(jié)果從土壤中汲取了大量養(yǎng)分，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的養(yǎng)分補(bǔ)償量不能很好地滿(mǎn)足楊梅樹(shù)對(duì)養(yǎng)分的需求，采果后應(yīng)及時(shí)對(duì)楊梅林土壤進(jìn)行養(yǎng)分補(bǔ)償，以保證楊梅樹(shù)正常生長(zhǎng)和提高下一次產(chǎn)量和結(jié)果品質(zhì)。施菌肥可以明顯提高土壤中有機(jī)質(zhì)、全磷、速效氮、速效磷和速效鉀的含量。有研究表明，菌肥可以將土壤中無(wú)效養(yǎng)分分解為有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀，供作物直接吸收利用[20]。王旭輝等[21]研究生物菌肥促生機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)使用菌肥可以提高土壤中有效養(yǎng)分的含量。本試驗(yàn)結(jié)果與前人觀點(diǎn)一致。施菌肥+磷肥可以提高土壤中全鉀、速效氮、速效鉀的含量，此種方式對(duì)提高全鉀含量效果最明顯。但是各種土壤養(yǎng)分補(bǔ)償方式均未能明顯提高土壤中全氮的含量，這可能是因?yàn)轲B(yǎng)分補(bǔ)償量不足，且給土壤提供的是有效養(yǎng)分，已被楊梅樹(shù)直接吸收利用。

綜上所述，不同土壤養(yǎng)分補(bǔ)償方式對(duì)楊梅林土壤pH及肥力有明顯的改善作用，施菌肥對(duì)提高土壤中有機(jī)質(zhì)、全磷、速效氮、速效磷和速效鉀含量最明顯，施磷肥可以提高土壤中速效磷和速效鉀的含量，施菌肥+磷肥可以提高土壤中全鉀、速效氮、速效鉀的含量。主成分分析后得出，0～20 cm土層以施菌肥的綜合效果最顯著，20～40 cm土層以施菌肥+磷肥的綜合效果最顯著。