雷竹水肥一體化正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究

黃思遠(yuǎn)，余林，盧玉生，李怡，曾慶南，程平，況小寶

（江西省林業(yè)科學(xué)院,江西南昌330013）

雷竹（Phyllostachys praecox）是優(yōu)良的筍用竹種，具有味道鮮美、品質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)。雷竹喜歡土壤肥沃及水分充足的環(huán)境，特別是筍芽分化期和出筍期需要充足的養(yǎng)分和水分促進(jìn)筍芽的分化和維持筍的生長[1-3]。高產(chǎn)雷竹筍用林對水分和肥力要求更高，合理的水肥管理能有效提高雷竹筍產(chǎn)量[4-6]。汪洋等[7]研究表明，有機(jī)肥和化肥配施較單施化肥，減少化肥用量，可提高雷竹筍產(chǎn)量。陳聞等[8]對比施用常規(guī)化肥、專用復(fù)合肥和微生物肥發(fā)現(xiàn)微生物肥在維持較高的雷竹筍產(chǎn)量同時(shí)能降低土壤酸化程度。陳麗華等[9]研究發(fā)現(xiàn)，相比施用150 kg·667m-2和350 kg·667m-2專用肥，年施250 kg·667m-2專用肥可維持較高的雷竹林筍產(chǎn)量和土壤肥力。孟賜福等[10]通過對比施用高量化肥發(fā)現(xiàn)，化肥有機(jī)肥配施能有效提高雷竹筍產(chǎn)量并降低土壤養(yǎng)分盈余量。施肥用量、施肥配比等因素對雷竹筍產(chǎn)量和雷竹林可持續(xù)經(jīng)營的影響規(guī)律前人已開展大量研究，大多是單一方面或以傳統(tǒng)方式進(jìn)行研究，而將肥料比例、用量、施肥時(shí)期和水分等因素通過水肥一體化技術(shù)綜合起來，研究其對雷竹林的影響變化規(guī)律，國內(nèi)外研究并不多見?；诖?，本研究依托水肥一體化技術(shù)通過正交設(shè)計(jì)探究雷竹林對4種因素的響應(yīng)機(jī)制，以期為雷竹林高產(chǎn)的綜合管理模式提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

研究區(qū)為江西省撫州市東鄉(xiāng)區(qū)（28°2′－28°30′N，116°20′－116°51′E），屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，全年主要盛行北風(fēng)和東北風(fēng)，氣候溫和，日照充足，雨量充沛，無霜期長。年平均氣溫18.0℃，年日照時(shí)間1 427.9 h，年降雨量2 180.6 mm，無霜期271 d。地貌類型以丘陵為主，土壤為紅壤土，土層厚40 cm以上。雷竹林營造于2014年，造林后每年施有機(jī)肥15 000 kg·hm-2，復(fù)合肥750 kg·hm-2。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)樣地為雷竹純林，試驗(yàn)開始于2019年，林地內(nèi)設(shè)置面積為10 m×10 m的樣地10塊，其中9塊為正交試驗(yàn)樣地，1塊為對照樣地習(xí)慣施肥處理（CK），相鄰小區(qū)間設(shè)置7 m以上寬的緩沖帶并在中間開挖寬40 cm深50 cm的隔離溝。供試肥料為尿素（N含量46%）、磷酸一銨（N含量12%，P2O5含量61%）、氯化鉀（K2O含量60%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對照樣地（CK）全年施用尿素22.5 kg，復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O為15∶15∶15）50 kg，分3個(gè)時(shí)期（5月21日、8月11日和11月1日）等量撒施并翻耕，其他試驗(yàn)處理采用水肥一體設(shè)施施肥，組合肥料比例（A）、肥料用量（B）、施肥時(shí)期（C）和灌溉周期（D）4種不同因素。其中肥料比例是指N∶P2O5∶K2O；肥料用量指全年雷竹肥料施用量；施肥時(shí)期是指：第一時(shí)期：5月21日~6月10日，第二時(shí)期8月1日~8月20日，第三時(shí)期指11月11日~11月30日，第四時(shí)期指2月21日~3月10日；灌溉周期是指在9~11月份內(nèi)按照固定周期灌溉（具體設(shè)置見表1）。本試驗(yàn)采用4因子3水平正交設(shè)計(jì)L9(34)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表1 試驗(yàn)因素水平Tab.1 Level code of experiment factor

1.4 試驗(yàn)觀測指標(biāo)及測定方法

于2019年10月17日，用土壤水分速測儀測定不同處理下雷竹林樣地的土壤含水率，每個(gè)樣地測定5個(gè)點(diǎn)，隨機(jī)選取樣地內(nèi)3株正常雷竹，取其上中下部整枝葉片，低溫保存，用烘干法測定葉片含水率。于2020年春季，將不同時(shí)間萌發(fā)的竹筍分小區(qū)挖起，稱其鮮重，記錄各次產(chǎn)量，并計(jì)算總產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)方法

運(yùn)用Excel 2016和SPSS 25對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較不同數(shù)據(jù)組間的差異。分別計(jì)算不同因素不同水平下的K值和極差R。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫和降雨數(shù)據(jù)分析

對雷竹林試驗(yàn)樣地8－12月份氣溫和降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由圖1可以看出，2019年8~12月份氣溫較2014－2018年8~12月份平均氣溫分別高3.92℃、2.15℃、1.44℃、2.68℃和2.21℃，2019年8~11月份降雨量較2014－2018年8~11月份平均降雨量分別減少63.76%、79.30%、92.47%和89.42%。

圖1 2019年和歷年8～12月份氣溫降雨量對比Fig.1 Comparison of temperature and rianfall between August and December in 2019 and previous years

2.2 筍產(chǎn)量、土壤和葉片含水率分析

水是雷竹生長的必須條件之一，也是保障雷竹筍產(chǎn)量重要因素。由表2可以看出，相比CK處理，多因素正交處理明顯提高了雷竹筍的產(chǎn)量，提高幅度為197~5 576 kg·hm-2；除5和9號樣地，多因素正交處理樣地土壤含水率均顯著高于CK處理；多因素正交處理樣地葉片含水率均顯著高于CK處理，比CK處理高6.59%~16.18%。

2.3 極差分析

根據(jù)表3，通過極差分析法，可以看出影響土壤含水率和葉片含水率的最優(yōu)組合相同，均為A3B3C1D2（即肥料比例7∶1∶2、肥料用量765 kg·hm-2、施肥分兩個(gè)時(shí)期和20 d灌溉1次），影響筍產(chǎn)量的最優(yōu)組合為A1B1C1D2（即肥料比例3∶1∶2、肥料用量1 377 kg·hm-2、施肥分兩個(gè)時(shí)期和20 d灌溉1次）。根據(jù)R值大小，可判斷出4種因素對土壤含水率的影響順序?yàn)椋篋＞C＞B＞A，4種因素對葉片含水率的影響順序?yàn)椋篋＞B＞C＞A，4種因素對筍產(chǎn)量的影響順序?yàn)椋篋＞C＞A＞B。由此可以看出，相比其他因素，因素D灌溉周期對土壤含水率、葉片含水率和筍產(chǎn)量的影響最大。

表2 正交試驗(yàn)方案及觀測數(shù)據(jù)Tab.2 Orthogonal experimental scheme and observation data

表3 極差分析Tab.3 Range analysis

2.4 方差分析

根據(jù)各因素水平因子和土壤含水率、葉片含水率和筍產(chǎn)量建立方差分析表（見表4）。土壤含水率均方比FD=152.27，F(xiàn)0.01=99.00，F(xiàn)A＞F0.01，說明D因素間差異對土壤含水率影響極顯著，葉片含水率均方比FD=40.38，F(xiàn)0.05=19.00，F(xiàn)A＞F0.05，說明D因素間差異對土壤含水率影響顯著，筍產(chǎn)量均方比FD=150.12，F(xiàn)0.01=99.00，F(xiàn)A＞F0.01，說明D因素間差異對土壤含水率影響極顯著。由上可以看出，因素D灌溉周期因素間差異對土壤含水率、葉片含水率和筍產(chǎn)量的影響顯著。

表4 方差分析Tab.4 Variance analysis

3 討論與結(jié)論

各種因素組合處理較習(xí)慣施肥處理顯著提高筍產(chǎn)量。試驗(yàn)研究從單一因素走向多因素是必然趨勢

[11]，隨著試驗(yàn)因子數(shù)量的增加和每個(gè)因子水平數(shù)的增加，試驗(yàn)次數(shù)也隨之呈現(xiàn)指數(shù)增長，在保證有效性和代表性的前提下，本試驗(yàn)運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過對9個(gè)不同處理的試驗(yàn)結(jié)果分析，將肥料比例、肥料用量、施肥時(shí)期和灌水周期結(jié)合探究其對雷竹林筍產(chǎn)量的影響變化規(guī)律，相比單一因素的傳統(tǒng)習(xí)慣施肥，顯著提高雷竹林筍產(chǎn)量，更能體現(xiàn)不同肥料配比下的水肥耦合效應(yīng)。

極端干旱情況下灌水周期對雷竹林筍產(chǎn)量的影響較肥料比例、肥料用量和施肥時(shí)期更顯著。雷竹竹鞭筍芽分化期為當(dāng)年8月－翌年4月，在筍芽分化期保證水分和養(yǎng)分的供應(yīng)，對提高筍芽分化率有重要意義[12]。雷竹筍產(chǎn)量的形成與平均每株母竹發(fā)筍數(shù)也就是筍芽有效分化數(shù)成正相關(guān)[13-15]。雷竹林試驗(yàn)地8~11月份較高的氣溫和較少的降雨量，加劇了試驗(yàn)地干旱程度，水分限制對筍芽分化的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了養(yǎng)分，因此在極端干旱季節(jié)保障雷竹林水分的供應(yīng)可有效確保雷竹林的筍產(chǎn)量。

在當(dāng)前氣象條件下，就產(chǎn)量分析可得出在雷竹林實(shí)行肥料比例3∶1∶2、肥料用量1 377 kg·hm-2、施肥分兩個(gè)時(shí)期和20 d灌溉1次的水肥一體化管理模式，可實(shí)現(xiàn)雷竹筍的高產(chǎn)。