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马尾松种子园土壤营养诊断

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《山地农业生物学报》2014年第六期

1材料与方法

1.1年平均气温21.8℃,极端最低气温-3.5℃,极端最高气温38.7℃,年降水量1535.5mm,年平均相对湿度78%,年蒸发量1342.2mm,年日照时数1995.9h,年无霜期316~341d。马尾松第一代种子园设在场部管理区虾穴,园地土壤为粗骨性红壤,土层厚度80cm,腐殖质层厚3~6cm,立地质量等级为Ⅲ类地。2002年定砧造林,2004年嫁接,总面积为8.5hm2,分3个大区9个小区,其中一大区3个小区,二大区4个小区,三大区2个小区,穗条来源于广东、江西、湖南、福建等40个无性系,种植株行距4m×4m,现每亩38株,2007年开始采种,2007~2008年平均产种子1.5kg/hm2,近2年年均产种子5.0kg/hm2。

1.2野外调查测定与室内分析方法2010年11月在一代马尾松种子园中,根据种子园大区分布状况,按S型路线多点选择目的母树,在离母树基干约1m处挖掘土壤采样剖面,每一样点采集0~40cm土层的混合土样(全土)500g,共计25个土样。调查测定采样点相对应的目的母树的球果数量,并采集树冠东、西、南、北四个方向的2年生球果8~10粒用于测定球果含水量、单粒重以求算球果产量。将土壤样品风干后,去除根茎及各种杂物,并研磨使其全部过2.5mm筛后,用于测定土壤速效养分含量。土壤速效养分的测定分析按照森林土壤养分测定国家标准[11]。其中,土壤水解氮采用1.2mol/LNaOH碱解扩散法;速效磷采用0.25mol/LHCL-0.03mol/LNH4F浸提-钼锑抗比色法测定;速效K、Ca、Mg采用1mol/L的NH4AC浸提—原子吸收分光光度法测定;有效B采用沸水浸提—甲亚胺比色法测定;有效Mo采用0.1mol/L草酸-0.175mol/L草酸铵浸提—石墨炉原子吸收分光光度法测定。数据统计分析,采用MicrosoftExcel和SPSS程序对试验数据进行整理和统计分析。根据球果产量和土壤养分测定资料,通过二次多项式回归分析,建立土壤养分与球果产量的回归方程,分析探讨影响产量的主导养分元素以及养分间交互作用,并通过求偏导数确定养分的最适浓度。

2结果与分析

2.1马尾松一代种子园土壤养分间的相关性及对产量的效应分析参考相关资料,测定了种子园土壤的N、P、K、Ca、Mg、B、Mo等与种子园开花结实相关的主要养分含量及相应的母树球果产量[13],其测定结果见表1。利用表1的测定数据,以单株球果产量为因变量(Y),以N(X1)、P(X2)、K(X3)、Ca(X4)、Mg(X5)、B(X6)、Mo(X7)为自变量,采用偏最小二乘法多项式回归统计方法,建立二次多项式回归方程。拟合的多项式回归方程,R=0.7754**,F=5.3912**(F>F0.1(7,17)=2.10)显著水平p=0.00018,剩余标准差S=11.101。各因子的效应负荷量见表2。采用最小二乘法,在显著性水平α=0.05时(自由度f=24),回归估计精度1-(t0.05×S)/Y为80.75%;在显著性水平α=0.1时,回归估计精度1-(t0.1×S)/Y为87.56%。说明所拟合的回归方程基本上能反映马尾松种子园的球果产量与土壤养分间的效应关系。以自变量F≤F0.1(Fα=F0.1)为取舍标准,显著性标准为F≥F0.1,即将效应负荷量小于0.1的因子予以剔除,则各主导因子及其标准回归系数见表3。根据各主要因子的效应负荷量及其标准回归系数大小,从表3看出,P、Ca、Mo、Mg、B、N-Mg、N-K、P-Ca、P-K、P-Mo、P-Mg、P-B、K-Mg以及Ca-Mo是影响杉木种子园产量的主导因子。从单一元素效应大小看,土壤中P、Ca、Mo、Mg、B对球果产量的贡献率最大,是影响种子园产量的主导营养元素,其对产量的影响程度大小依次为P>Ca>Mo>Mg>P。从元素间的交互效应看,P-Ca、P-Mo、P-Mg、P-B以及Ca-Mo之间的交互效应明显,对产量有显著的促进作用。而P-K、K-Mg、N-Mg、N-K对球果产量存在负相关效应即负增产效应,其作用大小依次为P-K>K-Mg>N-Mg>N-K。其它元素间的互作对产量的影响不明显或不存在。土壤养分元素间的相关性,由土壤元素间的相互系数表示(表4),除了N与Mo呈负相关关系,即拮抗关系外,其它元素之间呈正相关关系,即协同关系。不同的植物品种包括林木,对生长起主导的营养元素及其交互效应可能不同甚至变化很大。本研究发现P-K、K-Mg、N-Mg、N-K对球果产量存在负增产效应,但这些元素间的关系却是正相关即相互促进关系,说明,元素间存在协同关系,但它们互作对产量可能是负增产,相反元素间存在拮抗关系但它们互作对产量可能有促进作用。因此,根据土壤养分元素间的交互作用规律,调配养分间的比例是配方施肥的关键。

2.2马尾松一代种子园土壤营养诊断

2.2.1马尾松一代种子园土壤养分最适浓度的确定利用二次多项式回归方程,以球果产量为指标,对各自变量求一阶偏导数,当边际产量YX=0时,理论产量最大,此时各自变量的值即为土壤养分最适含量[12],经统计软件计算,得到土壤各养分的最适浓度(表5)。实际上最适浓度往往是一个区间范围,利用表1中各元素的标准差S,通常由X±S可得最适范围,则土壤各养分的最适浓度范围即营养诊断标准标准见表6。从所调查的种子园实际球果产量看,平均产量(247.10g/株)不到理论值(1672.80g/株)的15%,这与合理施肥的实际产量通常可达理论目标产量的70%~80%[13],还有很大差距,表明通过营养诊断,对种子园实施平衡施肥,则有望提高种子园产量。此外,调查测定中母株球果产量都比较高的,其相应的土壤中大部分养分浓度处于适宜浓度范围内,而产量低的,其土壤大部分养分元素的含量与该标准相差较大。说明研究所得的适宜养分浓度范围有一定的可靠性,通过配方施肥提高种子园产量有潜力,这为种子园营养诊断和配方施肥提供科学依据。

2.2.2马尾松一代种子园土壤养分盈亏状况评价根据马尾松一代种子园土壤各养分元素最适浓度范围即土壤营养诊断标准(表5),以处于最适浓度范围的为中等水平,小于最适浓度范围下限值的为低水平,大于最适浓度范围上限值的为高水平,对马尾松种子园的土壤养分盈亏状况予以评价。从表7看出,土壤N、P、K、Mo等速效养分含量总体偏低,处于缺乏或极缺乏状态;Ca、Mg、B含量大多处于中等水平。种子园的土壤养分状况可为种子园施肥、开展配方施肥试验提供依据和参考。

2.3种子园测土配方施肥量初步估算根据养分平衡原理,把造林地或需要施肥的林地土壤养分测定值与相应的土壤诊断标准(土壤养分适宜含量)进行比照,通过计算,确定某些元素的施用量。按施肥量=(某一养分标准量-需要施肥的林地该养分含量)*单位面积的土壤重量(面积*40cm土厚*容重)/肥料利用率,计算所需各养分施肥量。按每株施肥,通常施肥在树兜1m见方内,因此面积为1m2,而深度通常为40cm以内,且此深度也是根系集中分布的深度。容重经测定,该种子园0~40cm土层的土壤容重平均为1.20g/cm3。肥料利用率,据报道南方土壤N肥利用率30%,P2O5利用率大约2%,微量元素Mo、B利用率大约10%。根据中国农业大学21世纪全国农业网肥料利用率监测数据,K肥、Ca肥、Mg肥利用率分别为30%、20%和20%。以种子园土壤养分最适含量作为标准量,平均养分含量作为需要施肥的林地该养分含量来计算,得到一代种子园建议配方施肥量。由表2、表4的统计分析结果可知,N、K单因素不是影响种子园产量的主导因子,但它们与多数其它因子存在互作效应而对产量产生深刻的影响,通过适当施用氮钾肥有助于协调其它元素间的平衡,进而达到增产目的。相反B元素及其与P的互作是影响种子园产量的主导因子,而且B与其它元素间存在互促效应,但现实种子园土壤有效硼含量大多数处于中等水平,与理论产量时B的适宜浓度相当,短期内可不施用硼肥。因此,根据土壤养分元素间的交互作用规律,通过施肥可以调配养分间的比例使其达到能提高球果产量的水平。

3结论与讨论

3.1马尾松一代种子园土壤有效P、交换性Ca和Mg、有效B、Mo以及N-Mg、N-K、P-Ca、P-K、P-Mo、P-Mg、P-B、K-Mg、Ca-Mo是影响马尾松一代种子园产量的主导因子;土壤养分间的互作效应,P-Ca、P-Mo、P-Mg、P-B以及Ca-Mo之间交互效应明显且对球果产量有正相关效应即促进效应,而P-K、K-Mg、N-Mg、N-K对球果产量存在负相关效应即负增产效应;营养元素间的相关性表明,除了N与Mo呈负相关关系即拮抗关系外,其它元素之间呈正相关关系,即协同关系。根据土壤养分元素间的交互作用规律,调配养分间的比例及其合适的量是配方施肥的关键。

3.2马尾松一代种子园的土壤养分适宜浓度范围即营养诊断标准为水解N(91.40~116.06mg/kg),有效P(1.72~2.78mg/kg),速效K(107.76~136.62mg/kg)、交换性Ca(36.00~56.88mg/kg)、交换性Mg(8.18~16.58mg/kg),有效B(0.31~0.55mg/kg),有效Mo(0.25~0.47mg/kg);一代种子园的土壤养分盈亏状况表现为:土壤N、P、K、Mo等速效养分含量总体偏低,处于缺乏或极缺乏状态,Ca、Mg、B含量大多处于中等水平,这为种子园营养诊断和配方施肥提供科学依据。

3.3利用营养诊断结果,根据种子园土壤主要养分现实测定值,初步提出种子园建议施肥配方为:每株施N25.48g、P2O529.75g、K2O12.07g、CaO55.54g、MgO6.05g、Mo0.48g,配比为N∶P2O5∶CaO∶MgO∶K2O∶Mo=4∶5∶2∶9∶1∶0.08。

3.4本研究表明,B是影响种子园产量的主导因子,且与多个营养元素存在密切的互作关系,但种子园土壤的B含量并不缺乏,因此,可不施B肥而通过施与之相关的其它养分来调协其比例及其供应量,这与研究闽北杉木二代种子园的结果相近似[13]。相反,N、K并非主导因子,但其与多数其它因子存在互作效应而对产量产生深刻的影响,因此适当施用氮钾肥是必要的。

3.5在生产上种子园产量与土壤养分有密切关系外,还受气候环境、立地条件、品种(如不同代数种子园及其无性系)以及经营管理水平等的影响,加上土壤的异质性、人为土壤取样与测定分析所带来的误差,以及马尾松为两年一成果且大小年现象很明显等因素影响,从土壤角度来进行配方施肥很难做到绝对精准。本研究结果只能为评价马尾松一代种子园土壤盈亏状况,供肥特性以及开展配方施肥试验和短期内对种子园进行施肥提供参考。要得到比较合理的种子园配方施肥方案,尚需开展多元素配方施肥定位试验,利用连续3~5年的定位观测并结合树体营养诊断来完善。

作者:潘琼蓉单位:福建省仙游溪口国有林场

山地农业生物学报责任编辑:杨雪    阅读:人次