水肥處理對(duì)竹葉花椒土壤養(yǎng)分和微生物的影響

唐海龍，龔 偉，王景燕，舒正悅，黃 帥，趙昌平，周書玉

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院 林業(yè)生態(tài)工程四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都611130）

竹葉花椒Zanthoxylum armatum屬蕓香科Rutaceae花椒屬Zanthoxylum植物，其果實(shí)是重要的調(diào)味料、香油料和中藥材，因其具有適應(yīng)性廣、生長(zhǎng)迅速、早實(shí)豐產(chǎn)、抗病蟲性強(qiáng)和盛產(chǎn)期長(zhǎng)，以及耐干旱瘠薄、根系發(fā)達(dá)和固土保水保肥能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在退耕還林工程中，作為經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、生態(tài)效益好的經(jīng)濟(jì)樹種廣泛栽植［1］。竹葉花椒以其葉片狹長(zhǎng)如同竹葉狀而得名，又因其成熟后鮮果碧綠色、干果灰綠色而又被稱為 “青花椒”［2-3］。目前，竹葉花椒已成為低海拔山丘區(qū)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，在國(guó)家實(shí)施精準(zhǔn)扶貧帶動(dòng)山區(qū)農(nóng)民脫貧致富過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。另外，竹葉花椒喜熱喜肥，不耐水淹，適宜在排水良好和濕潤(rùn)肥沃的土壤條件下生長(zhǎng)［4-5］。因此，進(jìn)行科學(xué)的水肥管理對(duì)促進(jìn)竹葉花椒更好生長(zhǎng)和盡早掛果投產(chǎn)具有重要作用［6］。目前，有關(guān)土壤水分和施肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量和微生物特性的研究較多，如韋澤秀等［7］研究發(fā)現(xiàn)：適當(dāng)?shù)乃侍幚硎雇寥烙行юB(yǎng)分含量和微生物多樣性顯著提高，土壤生產(chǎn)潛力增加；陳鴻飛等［8］研究發(fā)現(xiàn)：合理的水肥調(diào)控有利于增加土壤中養(yǎng)分的有效性，提高土壤微生物的功能多樣性；王景燕等［9］研究發(fā)現(xiàn)：水肥耦合對(duì)漢源花椒Z.buugeauum‘Hanyuan’的地徑、苗高和生物量有顯著提高作用。有關(guān)水肥管理對(duì)花椒土壤養(yǎng)分和微生物影響等方面的研究尚未見報(bào)道，難以滿足當(dāng)前花椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要。本研究以竹葉花椒新品種漢源葡萄青椒Z.armatum‘Hanyuan Putaoqing’為對(duì)象，通過(guò)水肥處理盆栽試驗(yàn)明確不同土壤含水量和氮、磷、鉀配方施肥量對(duì)竹葉花椒生長(zhǎng)、土壤有效養(yǎng)分和微生物特性的影響，為竹葉花椒栽培管理過(guò)程中，水肥管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試土壤為四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)周邊農(nóng)田耕層（0～20 cm）沙壤土。多點(diǎn)采集有代表性的土壤樣品共計(jì)約1.0 kg，土樣自然風(fēng)干去除雜質(zhì)過(guò)5 mm篩混勻后待用，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)本底值。盆栽前土壤理化性質(zhì)：pH 7.5，土壤含水量為25.2%的田間持水量，有機(jī)質(zhì)16.6 g·kg-1，全氮1.0 g·kg-1，堿解氮 80.3 mg·kg-1， 全磷 0.48 g·kg-1， 有效磷 15.4 mg·kg-1， 全鉀 23.9 g·kg-1和速效鉀 22.5 mg·kg-1。 栽植前，取風(fēng)干土6.3 kg（相當(dāng)于6.0 kg烘干土），其中2/3先裝入聚乙烯塑料盆內(nèi)（盆口直徑22 cm，盆底直徑20 cm，高23 cm）中，另外1/3與需添加的肥料充分混勻后再裝在上部，盆內(nèi)土壤厚度約20 cm。

水肥耦合試驗(yàn)采用4因素4水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共計(jì)16個(gè)處理（表1），3次重復(fù)，每重復(fù)栽植3盆，總計(jì)9盆·處理-1，共計(jì)144盆。土壤含水量設(shè)置為20.0%，40.0%，60.0%和80.0%的田間持水量，氮肥（尿素，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.4%，施肥量以氮計(jì)）施肥量設(shè)置為0，75.0，150.0和300.0 kg·hm-2，磷肥（過(guò)磷酸鈣，五氧化二磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.0%，施肥量以五氧化二磷計(jì)）施肥量設(shè)置為0，30.0，60.0和120.0 kg·hm-2，鉀肥（硫酸鉀，氧化鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 51.0%，施肥量以氧化鉀計(jì)）施肥量設(shè)置為0，75.0，150.0和300.0 kg·hm-2。盆內(nèi)具體的施肥量按照單位面積進(jìn)行折算，所有肥料均一次性施入。在2016年4月中旬將苗高約10 cm的竹葉花椒 ‘漢源葡萄青椒’幼苗移植于各處理盆栽土壤中，試驗(yàn)在溫室大棚內(nèi)完成（本試驗(yàn)中溫室大棚只避雨不控制溫度和濕度）。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，各處理土壤田間持水量采用每日定時(shí)稱量補(bǔ)水法進(jìn)行調(diào)控。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

于2016年11月中旬，用游標(biāo)卡尺和卷尺測(cè)定竹葉花椒幼苗地徑和苗高。將竹葉花椒苗從盆中移出后采集土壤樣品，一份帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后用于測(cè)定土壤堿解氮、有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)；另外一份用無(wú)菌袋裝好，帶回實(shí)驗(yàn)室用于測(cè)定土壤細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量。堿解氮采用堿解-擴(kuò)散法，有效磷采用Olsen法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法［10］；微生物數(shù)量采用稀釋平板法［11］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0和Excel 2013對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；用單因素方差分析（one-way ANOVA）對(duì)各處理竹葉花椒苗高、地徑、土壤速效養(yǎng)分和土壤微生物數(shù)量進(jìn)行方差分析；采用最小顯著差異法（SSR）和多因素方差分析對(duì)處理間各指標(biāo)進(jìn)行多重比較。數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。指標(biāo)間相關(guān)性采用Pearson相關(guān)性分析。采用隸屬函數(shù)法對(duì)每個(gè)處理土壤堿解氮、有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)，細(xì)菌、放線菌、真菌和總微生物數(shù)量進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換公式為：x（u）=（x-xmin）/（xmax-xmin）。 其中：x（u），x，xmin和xmax分別表示各指標(biāo)隸屬度值、指標(biāo)測(cè)定值、該指標(biāo)值的最小值和最大值；然后將每個(gè)處理土壤堿解氮、有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)隸屬度相加得到土壤養(yǎng)分隸屬度，細(xì)菌、放線菌、真菌和總微生物數(shù)量隸屬度值相加得到土壤微生物隸屬度，所有土壤肥力指標(biāo)的隸屬度值累加得到土壤肥力隸屬度，值越大土壤肥力就越高。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗高和地徑

由表1可知：不同水肥處理竹葉花椒幼苗地徑和苗高差異顯著。與W20N0P0K0處理（ck）相比，其他各處理的地徑和苗高均顯著增加。地徑和苗高以W60N300P30K0處理的最大，分別比ck增加107.5%和76.2%。地徑平方與苗高的乘積（D2H）在各水肥處理下的變化規(guī)律與地徑相似，以W60N300P30K0處理最高，比ck增加648.1%。由表2多因素方差分析可知：土壤含水量和氮肥施入量對(duì)D2H影響顯著（P＜0.05）。說(shuō)明適量的土壤水分和較高的氮肥施入有利于竹葉花椒的高粗生長(zhǎng)。

表1 4因素4水平正交試驗(yàn)方案處理及植株地徑和苗高Table 1 4 factors and 4 levels orthogonal test scheme processing,ground diameter（D）and height（H）of seedlings

2.2 土壤有效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由圖1可知：不同水肥處理下土壤堿解氮、有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著。與ck相比，其他各處理的有效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著增加，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨氮磷鉀施肥量的增加而增加。W60N300P30K0處理的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，比ck增加51.3%；W60N75P120K150處理的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，比ck增加39.7%；W80N150P30K300處理的速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，比ck增加37.9%。利用隸屬函數(shù)對(duì)堿解氮、有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化，三者之和為土壤養(yǎng)分隸屬度。由表2多因素方差分析可知：土壤水分和氮磷鉀肥施入量對(duì)土壤養(yǎng)分隸屬度影響顯著（P＜0.05）。說(shuō)明適當(dāng)?shù)脑黾油寥朗┓柿靠娠@著提高土壤有效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖1 不同水肥處理竹葉花椒土壤速效養(yǎng)分Figure 1 Soil available nutrients of Zanthoxylum armatum under different water and fertilizer treatments

2.3 土壤微生物數(shù)量

由圖2可知：不同水肥處理土壤細(xì)菌、放線菌、真菌和總微生物數(shù)量差異顯著。與ck相比，其他各處理的細(xì)菌、放線菌、真菌和總微生物數(shù)量均顯著增加。細(xì)菌和總微生物數(shù)量以W60N150P0K75處理的最高，分別比ck增加341.9%和307.5%；放線菌和真菌數(shù)量以W60N300P30K0處理的最高，分別比ck增加271.6%和208.2%。利用隸屬函數(shù)對(duì)細(xì)菌、放線菌、真菌和總微生物數(shù)量轉(zhuǎn)化，相加之和為土壤微生物隸屬度。由表2多因素方差分析可知：土壤水分和氮肥施入量對(duì)土壤微生物隸屬度影響顯著（P＜0.05）。說(shuō)明保證磷鉀養(yǎng)分充足的基礎(chǔ)上，著重調(diào)節(jié)土壤水分和氮肥施入量可以提高竹葉花椒土壤微生物數(shù)量。

2.4 綜合評(píng)價(jià)與相關(guān)分析

由圖3可知：不同水肥處理下竹葉花椒幼苗土壤肥力隸屬度差異顯著。與ck相比，其他各處理的土壤肥力隸屬度均顯著增加，比ck的增加41.5%～307.5%。土壤肥力隸屬度以W60N75P120K150處理的最高。D2H和土壤肥力隸屬度呈顯著相關(guān)（R2=0.904）。相關(guān)分析表明（表3）：竹葉花椒幼苗地徑、苗高和D2H，土壤堿解氮和有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)及細(xì)菌、放線菌、真菌和總微生物數(shù)量顯著相關(guān)（P＜0.05），而與速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)相關(guān)性不顯著。土壤肥力隸屬度與土壤堿解氮、有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)及細(xì)菌、放線菌、真菌和總微生物數(shù)量相關(guān)性顯著（P＜0.05）。說(shuō)明土壤肥力隸屬度在一定程度上能表征竹葉花椒苗木品質(zhì)的高低。

圖2 不同水肥處理竹葉花椒土壤微生物數(shù)量Figure 2 Soil microbial population of Zanthoxylum armatum under different water and fertilizer treatments

通過(guò)對(duì)土壤肥力隸屬度（y）與土壤含水量（x1）、 氮肥（x2）、 磷肥（x3）和鉀肥（x4）的多元回歸， 分別擬合得到方程y=-0.001 4x12+0.174x1-1.527（R2=0.779），y=-0.000 025x22+0.012x2+2.076（R2=0.763），y=-0.000 045x32+0.010x2+2.609（R2=0.793）和y=-0.000 011x42+0.005 2x4+2.562（R2=0.821）， 建立竹葉花椒土壤肥力隸屬度與水肥條件的關(guān)系。通過(guò)以上方程預(yù)測(cè)得到在土壤水分含量為61.47%，施肥量為244.28 kg·hm-2氮、112.36 kg·hm-2五氧化二磷和240.05 kg·hm-2氧化鉀時(shí)，能顯著增加土壤肥力，提高青花椒苗木品質(zhì)。

表2 竹葉花椒D2H與土壤肥力多因素方差分析Table 2 Multifactor variance analysis of the D2H and soil fertility of Zanthoxylum armatum

圖3 不同水肥處理竹葉花椒土壤肥力隸屬度Figure 3 Soil fertility subordinate degree of Zanthoxylum armatum under different water and fertilizer treatments

表3 竹葉花椒土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量與生長(zhǎng)的相關(guān)性Table 3 Correlative coefficient between soil nutrients,microbial biomass and growth of Zanthoxylum armatum

3 討論

土壤水分和養(yǎng)分含量是植株生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，在栽培管理過(guò)程中合理的水肥管理措施能顯著促進(jìn)植株生長(zhǎng)［12］。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水量過(guò)低過(guò)高都會(huì)影響竹葉花椒植株生長(zhǎng)，在土壤含水量為60%時(shí)竹葉花椒的地徑、苗高和D2H達(dá)到最大值。這與張志亮等［13］和張楠等［14］的研究結(jié)果相似，在土壤水分含量為46.1%～70.0%時(shí)，能顯著促進(jìn)苗木的生長(zhǎng)。而劉杜玲等［15］的研究發(fā)現(xiàn)，輕度干旱脅迫有利于花椒幼苗葉片葉綠素的合成，增加光合產(chǎn)物的形成和積累，從而促進(jìn)植株的生長(zhǎng)。這可能是本研究的竹葉花椒幼苗為長(zhǎng)期水分梯度處理，而劉杜玲等［15］的研究為短期水分脅迫處理。王景燕等［9］通過(guò)建立漢源花椒幼苗生長(zhǎng)隸屬度與水肥關(guān)系的方程，預(yù)測(cè)適宜漢源花椒幼苗生長(zhǎng)和苗木品質(zhì)提高的施肥量。本研究通過(guò)建立方程， 預(yù)測(cè)施肥量為 244.3 kg·hm-2氮肥， 112.4 kg·hm-2磷肥和 240.1 kg·hm-2鉀肥時(shí)， 竹葉花椒的生長(zhǎng)最佳，可能是隨著施肥量的增加，植物生長(zhǎng)及生物量也會(huì)隨之增加，超過(guò)最適量后，植物生長(zhǎng)受到肥料脅迫， 生長(zhǎng)和生物量下降［16］。

土壤水分作為土壤微生物活動(dòng)的關(guān)鍵因子，其含量過(guò)高或過(guò)低均會(huì)對(duì)土壤微生物產(chǎn)生脅迫［17］。微生物作為土壤生態(tài)過(guò)程的直接參與者，促進(jìn)土壤能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，提高土壤養(yǎng)分含量。本研究中，隨著土壤水分含量的增加，土壤細(xì)菌、放線菌、真菌和總微生物數(shù)量均增加，超過(guò)60%土壤含水量后，又呈降低趨勢(shì)。這與曾成城等［18］和BROCKETT等［19］的研究結(jié)果相似。適宜的水分條件能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，加快土壤熟化，為土壤微生物提供充足的營(yíng)養(yǎng)，使土壤微生物數(shù)量增加［20-21］。本研究還發(fā)現(xiàn)：土壤堿解氮含量隨土壤含水量的增加呈先增加后減少的變化趨勢(shì)，在60%土壤含水量時(shí)達(dá)到最大值，而有效磷和速效鉀含量隨土壤含水量的增加無(wú)顯著差異，可能是由于盆栽試驗(yàn)條件下，土壤養(yǎng)分淋失較慢，且本研究土壤養(yǎng)分供給量超過(guò)竹葉花椒生長(zhǎng)所需的量。

施肥是作物種植和土壤管理的基本措施，適量施肥能快速增加土壤養(yǎng)分、改善土壤環(huán)境和促進(jìn)作物生長(zhǎng)［22］。微生物作為土壤生化反應(yīng)的參與者，對(duì)土壤環(huán)境變化敏感，與施肥種類及施肥量關(guān)系密切［23］。本研究發(fā)現(xiàn)，施肥處理土壤細(xì)菌、放線菌、真菌和總微生物數(shù)量均顯著高于未施肥處理，且配方施肥土壤微生物數(shù)量更高，隨氮、磷、鉀施肥量的增加，土壤微生物數(shù)量呈先增加后降低的變化趨勢(shì)；土壤有效養(yǎng)分隨施肥量的增加而增加。這與馬冬云等［24］和陳立新［25］研究結(jié)果基本一致。而代景忠等［22］的研究發(fā)現(xiàn)，施肥顯著增加了土壤中真菌的數(shù)量，隨施肥水平增加，真菌和放線菌數(shù)量逐漸增大，細(xì)菌數(shù)量則逐漸減小。這可能與本研究中的土壤特性和施肥量梯度有關(guān)。也有研究［26-28］發(fā)現(xiàn)：隨施肥水平的增加，土壤微生物數(shù)量降低，可能與土壤pH降低和土壤表層板結(jié)有關(guān)，且肥料偏施導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡，抑制植物生長(zhǎng)和微生物繁殖［29］。因此，合理的配方施肥比例和施肥量是提高土壤有效養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

本研究水肥處理顯著增加了竹葉花椒植株地徑和苗高，促進(jìn)土壤有效養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量的增加。植株苗高和地徑、土壤微生物數(shù)量、堿解氮和有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨土壤水分含量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)。植株苗高和地徑及土壤有效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施肥量的增加而增加，土壤細(xì)菌、放線菌、真菌和總微生物數(shù)量隨施肥量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)。土壤微生物數(shù)量與堿解氮、有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著相關(guān)，土壤微生物數(shù)量與地徑和苗高顯著相關(guān)；土壤肥力隸屬度與D2H顯著相關(guān)。多元回歸擬合方程預(yù)測(cè)，適宜于植株生長(zhǎng)、養(yǎng)分含量提高和微生物數(shù)量增加的土壤水分含量為61.47%，氮、磷（五氧化二磷）和鉀（氧化鉀）施肥量分別為244.3，112.4和240.1 kg·hm-2時(shí)對(duì)促進(jìn)竹葉花椒幼苗生長(zhǎng)，提高土壤肥力具有重要作用。