蘇 宇，劉 鴻，2，李賢偉*， 范 川，劉晟男，張小國(guó)，陳露蔓

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，成都 611130；2.達(dá)州市達(dá)川區(qū)麻柳鎮(zhèn)人民政府，四川 達(dá)州 635000）

雷竹（Phyllostachys praecox），為禾本科竹亞科剛竹屬植物，是我國(guó)小徑竹中的優(yōu)良散生筍用竹種，因其具有筍品優(yōu)、產(chǎn)量高和易管理等特點(diǎn)，已在我國(guó)南方多省得到規(guī)?；茝V栽培[1]?，F(xiàn)行的經(jīng)營(yíng)方式以施肥和覆蓋為核心，利用平衡化施肥措施保證筍用林的地力及筍產(chǎn)量，通過(guò)有機(jī)物的覆蓋增加土壤有效積溫，打破筍芽休眠，調(diào)控出筍期，有效地早產(chǎn)促筍，提升經(jīng)濟(jì)效益[2-3]。但由于生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中的過(guò)量施肥或者覆蓋不當(dāng)，易造成肥飽和效應(yīng)和肥毒害現(xiàn)象，誘發(fā)雷竹筍品質(zhì)下降，并直接導(dǎo)致雷竹林提早退化[4-5]。林地土壤化學(xué)計(jì)量特征的研究不僅能夠反映雷竹生長(zhǎng)速度（C/N、C/P），表征營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)生產(chǎn)力的限制性作用（N/P），還可以揭示土壤內(nèi)部 C、N、P的循環(huán)特征（C/N/P），進(jìn)而反映出不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)雷竹林分地力的影響[6]。雷竹林土壤中C、N、P的耦合關(guān)系，明顯受到地上部分歸還量的影響[2]。林地覆蓋會(huì)改變雷竹林土壤和立竹葉片的N、P化學(xué)計(jì)量特征，過(guò)度的林地經(jīng)營(yíng)措施會(huì)引起N、P養(yǎng)分失衡，增強(qiáng)P素對(duì)雷竹生長(zhǎng)的限制作用，產(chǎn)生土壤的酸化與毒害，導(dǎo)致雷竹林退化[7]。本研究將探討不同組合模式對(duì)雷竹林土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征，肥料貢獻(xiàn)率，出筍情況的影響，并分析各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系，篩選出合理的培育方案，以期將成熟的組合模式在類(lèi)似區(qū)域和相應(yīng)竹種中推廣應(yīng)用，充分發(fā)揮雷竹筍用林的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)效益。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)林概況

本試驗(yàn)地設(shè)置于雅安市雨城區(qū)草壩鎮(zhèn)廣華村雷竹林（E102°51′～103°12′，N29°57′～30°14′），其竹林密度為 12 000 株/hm2，竹齡為 1～5 a，胸徑為 2.5～7.0 cm。供試土壤主要理化性質(zhì)為pH 4.6，有機(jī)質(zhì)含量 63.78 g/kg，全氮 2.3 g/kg，堿解氮 259.40 mg/kg，全磷 1.73 g/kg，速效磷 89.23 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

選取生長(zhǎng)情況相似、齡級(jí)結(jié)構(gòu)合理、竹林密度一致的雷竹林，在田間平緩地段設(shè)置4 m×10 m的試驗(yàn)地。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)3次，共設(shè)置36個(gè)樣地。試驗(yàn)所用肥料有雞糞、油枯、復(fù)合肥（N、P2O5、K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比盡可能平衡為1∶1∶1）；覆蓋材料為人工收集的稻草和谷殼。具體施肥量及覆蓋厚度的隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 雷竹林分施肥與覆蓋組合模式隨機(jī)區(qū)組表Table 1 Randomized block design of fertilization and mulching management technology of P.praecox

其中，為保肥效的良好表現(xiàn)，施肥采用定量多次撒施的方式，分3次進(jìn)行，時(shí)間為2014年6月、9月和11月，施肥量依次占總量的35%、30%和35%。覆蓋則在2014年12月10日進(jìn)行，采用雙層覆蓋法，即下層為增溫層（稻草），上層為保溫層（谷殼）。待增溫層覆蓋完成3～5 d后，增溫層自然壓實(shí)，再進(jìn)行保溫層覆蓋。

1.3 研究方法

1.3.1 樣品采集與測(cè)定

土樣采集于2015年4月雷竹出筍結(jié)束后。對(duì)雷竹竹鞭在土壤中的分布深度進(jìn)行挖掘調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)90%的鞭根分布于5～30 cm的土層中。采樣時(shí)，采用“S”形布點(diǎn)采樣，去除表層的苔蘚、枯枝落葉以及雷竹林地覆蓋物后，用直徑5 cm的土鉆取0～30 cm土壤，混合去掉可見(jiàn)植物殘根和粗石粒后，放入袋中及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室，置于陰涼通風(fēng)處攤晾，風(fēng)干后研磨，分別過(guò)100目篩，裝入樣品袋備用。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；全氮采用凱氏定氮法；全磷采用堿熔-鉬銻抗比色法[8]。

1.3.2 雷竹出筍情況的調(diào)查

在出筍時(shí)節(jié)記錄每個(gè)樣地的出筍起止時(shí)間，計(jì)算每個(gè)樣地的出筍量，并在土層5 cm處安置紐扣式溫度計(jì)（DS1923），每2 h監(jiān)測(cè)1次土壤溫度。

用階段性活動(dòng)積溫（Action TTS）[9]來(lái)計(jì)算出筍期的土壤積溫，計(jì)算公式如下：

式中，ATTS為出筍期的土壤積溫（℃）；n（i=1，2，3，…n）為出筍時(shí)長(zhǎng)（d）；ai為當(dāng)天的土壤均溫（℃）；c為雷竹出筍的下限溫度，根據(jù)資料[10]選取10℃。

1.3.3 林地肥料貢獻(xiàn)率計(jì)算

基礎(chǔ)地力產(chǎn)量（yield of basic soil productivity，BSPY，kg/hm2）=未經(jīng)營(yíng)區(qū)筍產(chǎn)量；

基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率（contribution rate of basic soil productivity to yield，BSPCR，%）=未經(jīng)營(yíng)區(qū)筍產(chǎn)量/經(jīng)營(yíng)區(qū)筍產(chǎn)量；

肥料貢獻(xiàn)率（fertilizer contribution rate，F(xiàn)CR，%）=（經(jīng)營(yíng)區(qū)筍產(chǎn)量-未經(jīng)營(yíng)區(qū)筍產(chǎn)量）/經(jīng)營(yíng)區(qū)筍產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

每個(gè)處理重復(fù)3次，取3次實(shí)驗(yàn)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用Microsoft Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單整理、統(tǒng)計(jì)分析及圖表制作，Origin8.0作圖，采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）、雙因素方差分析（Two-way ANOVA），采用LSD與Duncan法進(jìn)行多重比較，最后采用Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥與覆蓋組合對(duì)雷竹林土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征的影響

雷竹林土壤中的C、N、P含量經(jīng)線(xiàn)性與非線(xiàn)性方程擬合表明具有函數(shù)關(guān)系。其中C-N間的相關(guān)性最強(qiáng)（R2=0.532 8，P＜0.01），C-P 間（R2=0.475 8，P＜0.01），N-P 間（R2=0.418 7，P＜0.01）（見(jiàn)圖 1～圖 3）。C-N，P-C之間分別可以用線(xiàn)性方程進(jìn)行擬合，而N-P之間的關(guān)系則是通過(guò)非線(xiàn)性的方程擬合度更高。

圖1 雷竹林土壤C、N含量間的關(guān)系Figure 1 Linear relationships in soil C-N contents

圖2 雷竹林土壤N、P含量間的關(guān)系Figure 2 Linear relationships in soil N-P contents

圖3 雷竹林土壤C、P含量間的關(guān)系Figure 3 Non-linear relationships in soil C-P contents

由表2可知，對(duì)照的雷竹林地土壤C/N為3.36，變異系數(shù)（CV）為 11.57%；A1 系列經(jīng)營(yíng)中只有A1B2處理，C/N上升為 4.05，變異系數(shù)下降到8.78%，其余兩組上升趨勢(shì)不顯著（P＞0.05）。A2 系列經(jīng)營(yíng)都使得雷竹林的C/N顯著升高，A2B1為4.27（CV14.33%），A2B2 為 4.27（CV4.17%），A2B3 為 4.89（CV11.91%），A2B4 為 4.72（CV6.09%）。A3 系列組合模式和未經(jīng)營(yíng)A1B1模式比較變化并不顯著。A3B1 林地土壤 C/P 為 3.40（CV2.03%），低于 A1B1雷竹林地，A1B2與A2系列模式C/P均表現(xiàn)出顯著性的增加（P＜0.05）。土壤 N/P，與 A1B1 相比所有的組合模式均未表現(xiàn)出顯著性的改變。

表2 不同組合模式下雷竹林地土壤化學(xué)計(jì)量特征Table 2 Chemical properties in intensively cultivated soils of P.praecox

雷竹林土壤中C、N、P元素之間的相關(guān)性會(huì)隨著組合模式的改變而發(fā)生變化，在未經(jīng)營(yíng)的A1B1模式中土壤C、N元素呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)（見(jiàn)表3），而隨著覆蓋與施肥組合模式的進(jìn)行土壤元素含量間的相關(guān)性也發(fā)生了改變，其余模式下C-N-P未呈現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系。在A2B1處理后C-P呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)，A2B3處理后N-P則呈現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。根據(jù)不同組合模式經(jīng)營(yíng)后雷竹林土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征影響的雙因素方差分析可知，施肥與覆蓋模式對(duì)土壤中的C、N、P元素皆呈現(xiàn)極顯著的影響（P＜0.01），但兩個(gè)因素的交互影響并不顯著（見(jiàn)表4）。而對(duì)于C/N、C/P、N/P這3項(xiàng)土壤計(jì)量特征，僅施肥因素呈現(xiàn)極顯著的影響（P＜0.01）。

表3 不同組合模式雷竹林土壤C、N、P之間的相關(guān)性Table 3 Effects of different intensive management technologies on soil chemical properties in P.praecox forests

表4 不同組合模式經(jīng)營(yíng)后雷竹林土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征影響的雙因素方差分析Table 4 Soil physic-chemical properties in intensively cultivated soils of P.praecox by double factor variance analysis

2.2 雷竹林分肥料貢獻(xiàn)率特征與土壤化學(xué)計(jì)量特征相關(guān)性的影響

根據(jù)基礎(chǔ)地力產(chǎn)量（BSPY）等于未經(jīng)營(yíng)區(qū)的筍產(chǎn)量可知，本試驗(yàn)雷竹林地的基礎(chǔ)地力產(chǎn)量為12.98×103kg/hm2。在進(jìn)行不同組合模式經(jīng)營(yíng)后，基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率（BSPCR）皆顯著降低，在A2B3模式下為 54.07%，較未經(jīng)營(yíng)的 A1B1下降了 45.93%（圖4）。3種施肥處理中覆蓋模式均呈現(xiàn)出規(guī)律的變化趨勢(shì)，BSPCR 表現(xiàn)為 B1＞B4＞B2＞B3。FCR 表現(xiàn)為B3＞B2＞B4＞B1，在 A2B3 表現(xiàn)最優(yōu)（圖 5）。

圖4 不同組合模式基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率Figure 4 Effects of different fertilization and mulching treatments on BSPCR

圖5 不同組合模式肥料貢獻(xiàn)率Figure 5 Effects of different fertilization and mulching treatments on FCR

C/N、C/P與N/P與其分子分母之間的相關(guān)性如表5，C/N與C呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系，與N相關(guān)性不顯著；C/P與C呈極顯著相關(guān)，與P含量不顯著；N/P與P呈現(xiàn)極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，C/N與C/P呈極顯著正相關(guān)，C/P與N/P呈顯著正相關(guān)。BSPCR與土壤中C、N、P呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，F(xiàn)CR則與土壤中 C、N、P呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。且BSPCR與FCR皆不與土壤中C/N、C/P與N/P呈現(xiàn)顯著的相關(guān)關(guān)系。

表5 雷竹林土壤化學(xué)計(jì)量特征與肥料貢獻(xiàn)率的相關(guān)性Table 5 The correlation analysis between bamboo shooting and soil physicochemical properties and FCR

2.3 雷竹林出筍情況與肥料貢獻(xiàn)率的相關(guān)性

由表6可知，在不同組合模式下的筍期長(zhǎng)與筍期土壤有效積溫（ATTS）呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，鮮筍產(chǎn)量與筍期的土壤有效積溫呈顯著的正相關(guān)，但BSPCR則與鮮筍產(chǎn)量、ATTS呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表6 雷竹林筍期長(zhǎng)、鮮筍產(chǎn)量、出筍期土壤有效積溫與肥料貢獻(xiàn)率的相關(guān)性Table 6 The correlation analysis between shoot-yield period，bamboo shooting，ATTS，BSPCR and FCR

2.4 不同施肥與覆蓋組合模式下的雷竹林經(jīng)濟(jì)收益

雷竹林的經(jīng)濟(jì)收益在不同的施肥與覆蓋組合模式下都有一定程度的提高，B1系列的收益較未經(jīng)營(yíng)A1B1模式僅增長(zhǎng)13%～16%（見(jiàn)表7）。由于覆蓋材料具有顯著促早產(chǎn)能力，能夠大幅度的提高雷竹筍的單價(jià)，因此隨著覆蓋與施肥雙重經(jīng)營(yíng)的投入，經(jīng)濟(jì)收益隨之升高，經(jīng)濟(jì)增益高達(dá)105%～205%。其中增益最高組合為A2B3。但過(guò)量的覆蓋物投放會(huì)增加成本負(fù)擔(dān)，一定程度上降低經(jīng)濟(jì)收益，故而B(niǎo)4系列的經(jīng)濟(jì)收益都低于同A組別的B3處理。

表7 不同經(jīng)營(yíng)模式下每公頃經(jīng)濟(jì)及收益表Table 7 Economy and income statement per hectare under different fertilization and mulching treatments

3 討論

3.1 不同施肥與覆蓋組合下雷竹林分土壤碳、氮、磷平衡狀況

本研究將土壤養(yǎng)分的測(cè)定范圍確定為雷竹鞭根系統(tǒng)主要分布的0～30 cm土層[11]，這可以更為直觀(guān)地表現(xiàn)出雷竹林地上層土壤受到經(jīng)營(yíng)措施擾動(dòng)后的養(yǎng)分異動(dòng)特征，而且土壤C、N、P的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征對(duì)于揭示土壤養(yǎng)分的可獲得性以及營(yíng)養(yǎng)元素的平衡機(jī)制具有良好的指示作用[12]。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的C、N、P含量之間的擬合模型可以看出，N、P與C之間呈現(xiàn)線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系。雖然土壤N-P呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)性，但由于N與P在雷竹林生態(tài)系統(tǒng)中一直處于流動(dòng)的狀態(tài)，其回歸擬合并不是單純的線(xiàn)性關(guān)系，而是表現(xiàn)為更復(fù)雜的非線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系。

本研究中的未經(jīng)營(yíng)雷竹林地（A1B1）土壤C/N平均值（3.36）低于中國(guó)土壤 C/N 平均值（10～12），且低于浙江臨安雷竹林土壤（7.21）[13]。但施用雞糞（15 000 kg/hm2）+ 油枯（5 000 kg/hm2）后，C/N 顯著增加（4.27）。以往的研究表明，土壤C-N間存在耦合關(guān)系，對(duì)于環(huán)境變化表現(xiàn)出同步性響應(yīng)，比值一直處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，故林地的經(jīng)營(yíng)措施對(duì)于土壤C/N的影響并不顯著[14-16]。同時(shí)，在土壤微生物的生長(zhǎng)過(guò)程中，微生物會(huì)釋放多余的N素養(yǎng)分，這一過(guò)程也會(huì)增加土壤N含量[17]。在本研究中隨著組合模式的實(shí)施，伴隨外加有機(jī)肥料和覆蓋物的分解，會(huì)增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，這個(gè)過(guò)程中雖然N素也有一定量的輸入，但整體輸入量低于C含量的增加，這就使得經(jīng)營(yíng)后的土壤C/N出現(xiàn)了一定程度的上升。

不同組合模式下雷竹林土壤化學(xué)計(jì)量特征的差異，反映了植株生長(zhǎng)過(guò)程中所受的元素限制情況[18-19]。一般來(lái)說(shuō)，P在林地中的吸收與存流量一直處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)[20]，但在雷竹組合模式中，由于有機(jī)覆蓋物與肥料的添加，特別是大于10 cm的B3、B4覆蓋模式下，土壤中的P含量顯著增加[21]。本研究中土壤N/P平均值（1.12），遠(yuǎn)低于全國(guó)均值（9.3），P與土壤N/P呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，可見(jiàn)P在N/P的關(guān)系中處于主導(dǎo)地位，成為限制性的養(yǎng)分元素[22-23]，表現(xiàn)為顯著的P限制。

3.2 不同施肥與覆蓋組合模式的出筍情況與肥料貢獻(xiàn)率

對(duì)于筍用竹林，外源有機(jī)質(zhì)的輸入可以保證林分的生長(zhǎng)更新，補(bǔ)充土壤養(yǎng)分的消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。在本研究采用的組合模式中，覆蓋模式能較好地提高筍期活動(dòng)積溫，促進(jìn)筍芽分化，持水保肥。在覆蓋后期，有機(jī)材料分解也有利于竹鞭系統(tǒng)的發(fā)育，使竹林有效孕鞭育筍。

在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的12種組合模式中，不同肥料使用類(lèi)型的肥料利用率表現(xiàn)為：A2＞A3＞A1。人工添加肥料能增強(qiáng)竹林的碳同化能力，增加生物量的產(chǎn)出，其中由雞糞+油枯混合有機(jī)肥料的添加，可以達(dá)到最高的肥料貢獻(xiàn)率。在陳聞等[24]研究結(jié)果中同樣表明，常規(guī)施肥的肥料農(nóng)學(xué)利用率最低，N、P和K（鮮筍）農(nóng)學(xué)利用率分別為 4.7、23.6 和 14.2 kg/kg；而且陳裴裴等[25]的研究也表明，有機(jī)肥的施入比無(wú)機(jī)肥料增產(chǎn)10%～15%。本研究中雷竹林的肥料利用率在不同的覆蓋處理模式上表現(xiàn)為：B3＞B2＞B4＞B1。從每公頃的經(jīng)濟(jì)收益來(lái)看：A2＞A3＞A1；B3＞B2＞B4＞B1。綜合起來(lái)，這 12種模式中 A2B3［（雞糞（15 000 kg/hm2）+ 油枯（5 000 kg/hm2）+（稻草 15 cm+谷殼15 cm）］表現(xiàn)最優(yōu)。在未進(jìn)行經(jīng)營(yíng)的A1B1模式中C、N含量間呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，但隨著外源養(yǎng)分的添加，這種關(guān)系逐漸被打破，在A2B3中，表現(xiàn)出N、P之間的顯著負(fù)相關(guān)，形成了新的平衡模式。針對(duì)A、B兩種系列處理模式C、N、P之間的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，單一處理模式均表現(xiàn)為顯著的相關(guān)關(guān)系，但施肥與覆蓋經(jīng)營(yíng)組合模式并無(wú)顯著的交互影響?；瘜W(xué)計(jì)量特征之間的顯著影響則僅表現(xiàn)在A系列上，即施肥處理。

肥料貢獻(xiàn)率與土壤養(yǎng)分之間呈現(xiàn)極顯著相關(guān)關(guān)系，這種關(guān)系并沒(méi)有表達(dá)在土壤化學(xué)計(jì)量特征上，而是與出筍期的土壤有效積溫顯著相關(guān)。這是因?yàn)槔字窆S用林在休眠期前進(jìn)行覆蓋可以增加積溫，從而激發(fā)筍芽分化，有效調(diào)控出筍時(shí)間。