楊學(xué)波，付瑞彪，楊云斐，侯 寧，井大煒

?

不同施肥措施對(duì)楊樹(shù)幼苗根際土壤微環(huán)境特征的影響

楊學(xué)波，付瑞彪，楊云斐，侯 寧，井大煒*

(德州學(xué)院 資源環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院, 山東 德州 253023)

為探討牛糞與尿素配施對(duì)楊樹(shù)幼苗根際微域的作用效果，為土壤的培肥與楊樹(shù)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。通過(guò)盆栽試驗(yàn)，研究CK(不施肥)、CF(單施化肥)、CM(牛糞)與CM+CF(牛糞與尿素各提供50%的氮)等處理對(duì)魯林1號(hào)楊樹(shù)幼苗根際土壤微生態(tài)環(huán)境特征的影響。結(jié)果表明：CM+CF處理較CF處理能明顯提高根際土壤中根系分泌物含量，其中有機(jī)酸含量、氨基酸總量和總糖含量分別高出51.49%、34.13%和30.19%。不同施肥處理對(duì)根際土壤的理化性狀具有明顯影響，CM+CF處理降低了根際土壤pH值，提高了根際土壤的值、陽(yáng)離子代換能力與飽和持水量。同時(shí)，該處理亦明顯增加了根際土壤中堿解氮、速效磷與速效鉀含量，分別較CF處理提高49.82%、53.87%和45.43%。此外，CM+CF處理顯著增加了根際土壤中腐殖酸與胡敏酸含量，并顯著提高了胡/富比，其中胡敏酸含量較CK、CF與CM處理分別提高50.47%、43.75%和12.59%。綜上，牛糞配施尿素能更有效地改善楊樹(shù)幼苗根際區(qū)域的微生態(tài)環(huán)境，從而更利于楊樹(shù)幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。

魯林1號(hào)楊；牛糞；根系分泌物；理化性質(zhì)；腐殖質(zhì)組成

楊樹(shù)()是中國(guó)速生豐產(chǎn)林工程的重要造林樹(shù)種[1-2]。但目前由于施肥措施不當(dāng)，在人工林經(jīng)營(yíng)中已出現(xiàn)了林地土壤環(huán)境持續(xù)惡化與林地生產(chǎn)力日益下降的現(xiàn)象[3]，亟需科學(xué)高效的培肥技術(shù)來(lái)提升林地肥力。可見(jiàn)，傳統(tǒng)施肥方式的改變刻不容緩。

有機(jī)肥具有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，對(duì)土壤理化性狀有明顯的改善作用[4]，并能緩慢釋放養(yǎng)分，與普通化肥相比具有更長(zhǎng)的肥效期及更高的養(yǎng)分利用效率[3,5]。因此，化肥與有機(jī)肥配合施用是多年來(lái)諸多學(xué)者密切關(guān)注的焦點(diǎn)。牛糞僅次于豬糞資源，是一種十分豐富的有機(jī)肥源[6]。近年來(lái)，眾多學(xué)者關(guān)于牛糞對(duì)玉米[6]、水稻[7]、大豆[8]、小麥[9]等農(nóng)作物的影響研究做了大量工作，并獲得了比較顯著的增產(chǎn)效應(yīng)，但是針對(duì)林木的應(yīng)用研究報(bào)道則較少，尤其關(guān)于牛糞對(duì)楊樹(shù)根際土壤腐殖質(zhì)組成的研究還未見(jiàn)報(bào)道。

林木根際主要由林木根系-土壤-微生物組成[10-11]，并與原土體有顯著差異。而腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的核心組成部分，既可以作為營(yíng)養(yǎng)元素的“庫(kù)”，還能影響土壤中的礦物元素等，其含量高低是評(píng)估土壤肥力水平的重要參考依據(jù)之一[12]?；诖?，本試驗(yàn)把已經(jīng)腐熟好的牛糞作為試驗(yàn)材料，開(kāi)展了牛糞配施尿素對(duì)楊樹(shù)苗根際土壤微環(huán)境特征的探索研究，旨在為篩選適宜的施肥方案，更好地改善楊樹(shù)根際的微域環(huán)境條件，進(jìn)而為楊樹(shù)人工林生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供必要的技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)置在德州市農(nóng)科院的試驗(yàn)大棚，供試土壤為潮土，土壤堿解氮32.98 mg/kg，速效磷28.42 mg/kg，速效鉀85.96 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量12.02 g/kg。所用牛糞是采自臨近的養(yǎng)殖場(chǎng)，并已腐熟發(fā)酵與風(fēng)干后才進(jìn)行施用，其基本理化性質(zhì)如下：含水量21.89%，有機(jī)質(zhì)116.32 g/kg，全氮7.86 g/kg，全磷5.61 g/kg，全鉀3.39 g/kg。所用化肥為尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。楊樹(shù)扦插苗品種為魯林1號(hào)楊(‘Lulin-1’)，接穗長(zhǎng)15~16 cm，莖粗2 cm，質(zhì)量為24~26 g，每盆扦插2棵。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置4個(gè)處理：（1）CK：不施肥；（2）CF：?jiǎn)问┗剩唬?）CM：牛糞；（4）CM+CF：牛糞和尿素分別提供一半的氮。每個(gè)處理12盆，共計(jì)48盆。除CK以外，其他各處理的養(yǎng)分量均保持一致，N、P與K含量分別為3.62，1.98，3.88 g，各處理N、P、K不足部分分別用尿素(含N 46%)、過(guò)磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)補(bǔ)足。試驗(yàn)所用盆是從市場(chǎng)購(gòu)買的圓柱形塑料盆，具體規(guī)格為：外口直徑 34 cm、內(nèi)口直徑29 cm、高度23 cm、底部直徑19 cm。在2017年4月9日進(jìn)行盆栽試驗(yàn)時(shí)，將土壤與肥料充分混合后裝入盆，每盆的裝土量為10.3 kg。

1.3 取樣與分析測(cè)定方法

2017年10月22日從每個(gè)處理中選取有代表性的6盆，在土壤含水量適中(19%)時(shí)運(yùn)用剝落分離法[13]采集根際土，風(fēng)干后過(guò)1 mm篩供土壤理化性狀的測(cè)定與分析。根系分泌物中的有機(jī)酸含量、總糖含量及氨基酸含量分別運(yùn)用液相色譜儀、蒽酮比色法及甲醛滴定法進(jìn)行測(cè)定[14]。EC、pH、陽(yáng)離子交換量(CEC)與飽和持水量的測(cè)定分別采用電導(dǎo)法、電位法、NH4OAc法與環(huán)刀法；全氮、速效鉀、速效磷與堿解氮含量的分析測(cè)定分別采用凱氏定氮法、NH4OAc浸提-火焰光度法、NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法與堿解擴(kuò)散法；交換性鈣、交換性鎂含量運(yùn)用原子吸收分光光度法測(cè)定[15]。腐殖質(zhì)各組分采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取與重鉻酸鉀氧化容量法進(jìn)行測(cè)定[16]。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

采用Excel 2017處理數(shù)據(jù)并制圖，運(yùn)用SAS軟件進(jìn)行方差分析與多重比較（LSD法，<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系分泌物

從表1可知，CM+CF處理的有機(jī)酸總量、總糖含量與氨基酸總量均達(dá)到最高值，并與其他處理差異達(dá)顯著水平，分別較CF處理高出51.49%、34.13%和30.19%。同CF處理相比，CM處理的有機(jī)酸含量與氨基酸含量顯著升高，而總糖含量則變化較小。CF處理比CK顯著提升了總糖與氨基酸含量，而對(duì)有機(jī)酸總量的影響效果不明顯。數(shù)據(jù)分析顯示，不同施肥措施對(duì)根系分泌物含量起到了至關(guān)重要的作用，其中牛糞配施尿素處理可顯著促使楊樹(shù)苗根系分泌物含量的增多。

表1 楊樹(shù)苗根系分泌物含量對(duì)牛糞配施尿素的響應(yīng)

表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”，同列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著（<0.05）。下同

2.2 根際土壤理化性質(zhì)

從表2可知，CM+CF處理的pH值為最低，相比CK、CF與CM處理分別降低0.34、0.29和0.16個(gè)單位，其中CF處理與CK差異不顯著，但明顯高于CM與CM+CF處理。各處理的EC值由大到小排序?yàn)椋篊M+CF、CM、CF和CK，且各處理之間差異均達(dá)顯著水平。同時(shí)可見(jiàn)，CM+CF與CM處理的CEC無(wú)顯著性差異，但明顯高于CK與CF處理，這說(shuō)明施入牛糞對(duì)楊樹(shù)苗根際土壤的保肥性具有一定增強(qiáng)效應(yīng)。此外，從表2還可知，CM+CF處理的飽和持水量達(dá)最大值，且顯著高于其他處理，分別比CK、CF與CM處理高出22.35%、19.20%和11.34%。

表2 楊樹(shù)苗根際土壤理化性質(zhì)對(duì)牛糞配施尿素的響應(yīng)

2.3 根際土壤養(yǎng)分

從表3可知，各施肥處理相比CK能顯著增加楊樹(shù)幼苗根際土壤的全N含量，但3個(gè)施肥處理之間的差異不明顯，這表明不同施肥措施在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)土壤全氮的影響并無(wú)顯著區(qū)別。CM+CF處理的堿解氮、速效鉀及速效磷含量均最高，并與其他處理差異達(dá)顯著水平，分別較CF處理顯著高出49.82%、53.87%與45.43%；依次為CM處理，亦明顯高于CK與CF處理。由表3還可得出，同CK相比，各個(gè)施肥措施對(duì)交換性Ca含量的影響較小，而對(duì)交換性Mg含量則有顯著提高效應(yīng)，其中CM+CF處理的交換性Mg含量最高，并顯著高于其他處理。以上分析得出，牛糞與尿素配施更有助于提高楊樹(shù)苗根際土壤的養(yǎng)分含量。

表3 楊樹(shù)苗根際土壤養(yǎng)分對(duì)牛糞配施尿素的響應(yīng)

2.4 根際土壤腐殖質(zhì)組成

從表4可見(jiàn)，CM處理的胡敏素碳明顯高于其他處理，而腐殖酸碳與CM+CF處理差異不顯著，但仍顯著高于CK與CF處理。同時(shí)，CM+CF、CM處理相比CK能顯著降低胡敏素碳與腐殖酸碳的比值，其中CM+CF處理明顯低于CM處理。由表4還可知，CM+CF與CM處理能顯著促進(jìn)胡敏酸碳與富里酸碳的提高，其中CM+CF處理的胡敏酸碳明顯高于其他處理，分別比CK、CF與CM處理顯著高出50.47%、43.75%和12.59%。此外，CM+CF處理的HA/FA比值最大，分別較CK、CF和VC處理明顯提高20.57%、20.38%和13.28%，而其他處理間差異均不顯著。數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，牛糞配施尿素比單施化肥能降低胡敏素碳與腐殖酸碳的比值，并提高腐殖酸碳與胡敏酸碳，同時(shí)還可以顯著提高HA/FA比值。

表4 楊樹(shù)苗根際土壤腐殖質(zhì)組成對(duì)牛糞配施尿素的響應(yīng)

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)研究中，牛糞的施用對(duì)楊樹(shù)幼苗根際土壤理化性狀產(chǎn)生了明顯的改善效應(yīng)。首先是牛糞處理使楊樹(shù)苗根際土壤的pH值顯著降低。植物根系具有較強(qiáng)的合成功能，可以合成植物堿、維生素與氨基酸等[17]，能在植物整個(gè)生長(zhǎng)期間進(jìn)行較活躍的代謝作用，并持續(xù)不斷地向根外分泌無(wú)機(jī)或有機(jī)物質(zhì)，即根系分泌物[18]。施入牛糞對(duì)楊樹(shù)苗根系分泌物中有機(jī)酸含量具有顯著的提升作用，分析其可能是牛糞促使根際土壤pH值下降的機(jī)制之一。同時(shí)，牛糞處理較對(duì)照和單施化肥能明顯提高根際土壤中速效磷與速效鉀含量，究其原因可能與土壤pH值的下降有關(guān)聯(lián)，有助于促進(jìn)磷與鉀的溶解[18]。有諸多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[12]，pH值下降能顯著減弱胡敏酸的固持能力，這亦或是提升土壤養(yǎng)分離子有效性的機(jī)制之一。而且元素有效性的提高有利于增加養(yǎng)分離子濃度，進(jìn)而導(dǎo)致楊樹(shù)苗根際土壤中EC值的升高。此外，施用牛糞亦顯著增加了胡敏酸含量，而胡敏酸是一種可變電荷有機(jī)膠體，富含多種功能團(tuán)且反應(yīng)活性較強(qiáng)[16]，胡敏酸含量的提升是增強(qiáng)根際土壤陽(yáng)離子代換能力的重要機(jī)制之一。

有研究[12]發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥配施無(wú)機(jī)肥能明顯促進(jìn)土壤中胡敏酸與富里酸含量的提升，并使胡/富比顯著升高。本研究認(rèn)為，與單施化肥相比，施用牛糞可以顯著提升楊樹(shù)苗根際土壤中腐殖酸、胡敏酸含量與胡/富比。這與徐憲斌[19]關(guān)于玉米根際土壤的研究結(jié)果相類似。究其原因可能與施入牛糞能明顯提高根系分泌物含量有一定關(guān)聯(lián)，同時(shí)部分根系的腐解及脫落亦可能會(huì)改變土壤的腐殖質(zhì)組成。以上分析得出，牛糞的施入可以加速土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖化，進(jìn)而有助于形成較大的團(tuán)聚體，這對(duì)于吸附、貯存及釋放水分養(yǎng)分起著十分重要的調(diào)控效應(yīng)[12,20]。

此外，本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，牛糞與尿素配施較單施牛糞對(duì)楊樹(shù)苗根際土壤微生態(tài)環(huán)境的改善效果更佳，其原因可能是因?yàn)槟蛩氐氖┯貌坏軐?duì)土壤中氮的消耗起到補(bǔ)充作用，還對(duì)土壤C/N比有較好的調(diào)節(jié)效應(yīng)，這有利于加速土壤微生物的繁殖且提升微生物活性，進(jìn)而有助于根際土壤理化性狀的顯著改善與楊樹(shù)苗根系的良好生長(zhǎng)。同時(shí)，CM與CM+CF處理的楊樹(shù)苗成活率均為100%，CK與CF處理的成活率為95.8%；在收獲期時(shí)，CM+CF處理的楊樹(shù)苗地徑、株高分別為14.58 mm、201.95 cm，并顯著高于其他處理。

[1] 孫守家, 李春友, 何春霞, 等. 基于樹(shù)輪穩(wěn)定碳同位素的張北楊樹(shù)防護(hù)林退化原因解析[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 28(7): 2119-2127.

[2] 謝東鋒, 張光燦, 夏宣宣, 等. 不同濃度酚酸對(duì)歐美楊I(lǐng)-107苗木生長(zhǎng)和光合特性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2018, 38(5): 1789-1798.

[3] 王國(guó)兵, 郭嬌嬌, 曹國(guó)華, 等. 不同施肥模式對(duì)楊樹(shù)人工林土壤微生物生物量C、N、P的影響[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 40(5): 9-13.

[4] 張雅坤, 彭賽, 宋倩云, 等. 不同施肥模式對(duì)楊樹(shù)人工林土壤微生物功能多樣性的影響[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 40(5): 1-8.

[5] 何翠翠, 李貴春, 尹昌斌, 等. 有機(jī)肥氮投入比例對(duì)土壤微生物碳源利用特征的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2018, 24(2): 383-393.

[6] 徐大兵, 鄧建強(qiáng), 彭五星, 等.施用牛糞和綠肥對(duì)土地整治區(qū)玉米產(chǎn)量和土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 28(3): 856-862.

[7] 王飛, 林誠(chéng), 李清華, 等. 不同施肥措施提高南方黃泥田供鉀能力及鉀素平衡的作用[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2017, 23(3): 669-677.

[8] 傅偉, 劉坤平, 陳洪松, 等.等氮配施有機(jī)肥對(duì)喀斯特峰叢洼地農(nóng)田作物產(chǎn)量與養(yǎng)分平衡的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 25(6): 812-820.

[9] 鄭鳳霞, 董樹(shù)亭, 劉鵬, 等. 長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量及氨揮發(fā)損失的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2017, 23(3): 567-577.

[10] 汪其同, 高明宇, 劉夢(mèng)玲, 等. 楊樹(shù)根際土碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征與根序的相關(guān)性[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2018, 24(1): 119-124.

[11] 陳平平, 郭莉莉, 唐利忠, 等. 土壤pH對(duì)不同酸性敏感型水稻品種氮利用效率與根際土壤生物學(xué)特性的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 2017, 31(4): 757-767.

[12] 井大煒, 王明友, 張紅, 等. 蚯蚓糞配施尿素對(duì)豇豆根系特征與根際土腐殖質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2017, 48(1): 212-219.

[13] 肖列, 劉國(guó)彬, 李鵬, 等. 氮素添加和CO2濃度升高對(duì)白羊草根際和非根際土壤水溶性有機(jī)碳、氮的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 28(1): 64-70.

[14] 肖春旺, 楊帆, 柳雋瑤, 等. 陸地生態(tài)系統(tǒng)地下碳輸入與輸出過(guò)程研究進(jìn)展[J]. 植物學(xué)報(bào), 2017, 52(5): 652-668.

[15] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社, 1999: 24-214.

[16] 董珊珊, 竇森, 邵滿嬌, 等. 秸稈深還不同年限對(duì)黑土腐殖質(zhì)組成和胡敏酸結(jié)構(gòu)特征的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2017, 54(1): 150-159.

[17] 井大煒, 邢尚軍, 劉方春, 等. 保水劑-尿素凝膠對(duì)側(cè)柏裸根苗細(xì)根生長(zhǎng)和氮素利用率的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 27(4): 1046-1052.

[18] 葉桂梅, 邢尚軍, 劉方春, 等. 微晶化磷礦粉對(duì)楊樹(shù)幼苗根際土壤微環(huán)境特征的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2016, 32(19): 14-17.

[19] 徐憲斌. 蚯蚓糞配施化肥對(duì)玉米根際土壤生物學(xué)特征的影響[J]. 水土保持通報(bào),2017, 37(1): 78-82.

[20] 王維, 吳景貴, 李蘊(yùn)慧, 等. 有機(jī)物料對(duì)不同作物根系土壤腐殖質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2017, 31(2): 215-220.

Effects of Different Fertilization Measures on Micro-environment Characteristics in Rhizosphere Soil of‘’ Seedlings

YANG Xue-bo, FU Rui-biao, YANG Yun-fei, HOU Ning, JING Da-wei*

(College of Resources Environment and Planning, Dezhou University, Dezhou, Shandong 253023, China)

To explore effects of cattle manure co-applied urea on micro-zone characteristics in the rhizosphere soil ofseedlings, and to provide theoretical basis for the fertilization of soil and sustainable production of poplar, this study was done. A pot experiment, including four treatments, i.e. CK (neither urea nor cattle manure was applied), CF (100% of nitrogen was provided by urea), CM (100% of nitrogen was provided by cattle manure), and CM+CF(50% and 50% of nitrogen was provided by cattle manure and urea, respectively), was conducted to evaluate the effects of cattle manure co-applied with inorganic fertilizer on the ecological environment characteristics of poplar seedlings’rhizosphere soil. In comparison with CF treatment, CM+CF treatment significantly increased total amino acids, total organic acids and total sugars in the root exudates by 51.49%, 34.13% and 30.19%, respectively. Different fertilization had great different effect on soil physicochemical properties. CM+CF treatment significantly decreased the pH, and increased its electric cation, cation exchange capacity and saturation moisture capacity in the rhizosphere soil. In the meantime, CM+CF treatment also increased the contents of alkali-hydrolyzale nitrogen, available phosphorus and available potassium by 49.82%, 53.87% and 45.43%, respectively. Additionally, CM+CF treatment significantly increased the contents of soil humus acid and humic acid, and correspondingly the ratio of humic acid to fulvic acid increased, of which the humic acid content increased by 50.47%, 43.75% and 12.59% compared with those in the treatments of CK, CF and CM, respectively. As a result, cattle manure co-applied urea could be beneficial to improve the micro-ecological environment, which was helpful for the growth of poplar seedlings.

‘’; cattle manure; root exudate; physicochemical properties; humus composition

S157.4+1；S792.11

A

2095-3704（2018）03-0198-05

2018-07-17

德州學(xué)院大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目

楊學(xué)波(1996—)，男，本科，主要從事地理科學(xué)研究，dlxyangxb@163.com；

井大煒，副教授，博士，jingdawei009@163.com。

楊學(xué)波, 付瑞彪, 楊云斐, 等. 不同施肥措施對(duì)楊樹(shù)幼苗根際土壤微環(huán)境特征的影響[J]. 生物災(zāi)害科學(xué), 2018, 41(3): 198-202.