有機-無機肥配施對板栗根際土壤及細根化學計量特征的影響1)

廖逸寧 郭素娟

(北京林業(yè)大學，北京，100083)

施肥可以直接影響土壤養(yǎng)分結(jié)構，進而影響根系的養(yǎng)分吸收狀況[1]。生產(chǎn)上化肥的長期單一施用致使土壤營養(yǎng)失衡、退化板結(jié)等問題[2]。有機肥可提供果樹生長所需的氮、磷、鉀等大量營養(yǎng)元素，平衡營養(yǎng)，活化土壤養(yǎng)分[3]。朱春波等[4]研究表明，無機肥配施有機肥可以顯著促進根際土壤養(yǎng)分的積累；于昕陽等[5]研究認為，有機無機肥配施處理土壤有機質(zhì)、全氮質(zhì)量分數(shù)比試驗前有較大提升；陳倩等[6]研究表明，有機無機肥配施提高了根系對氮的吸收征調(diào)能力。有機-無機肥配施有利于培肥土壤及果樹優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，對調(diào)節(jié)氮素積累和轉(zhuǎn)運，提高氮肥利用效率具有重要作用[7-8]。

生態(tài)化學計量主要分析生態(tài)系統(tǒng)多種化學元素的動態(tài)平衡，反映植物對養(yǎng)分的利用效率及對環(huán)境的自我調(diào)節(jié)與適應能力[9-10]。碳、氮、磷是維持植物結(jié)構和生長不可或缺的元素，碳元素是植物體干物質(zhì)最主要的組分，氮、磷來自土壤，是限制植物生長的必要元素，三者之間存在著復雜的耦合關系，各元素比值可以衡量有機質(zhì)的分解速率[11]。直徑小于2 mm的細根是根系中對環(huán)境感應最敏感的部分，是植物吸收土壤中水分和礦質(zhì)營養(yǎng)的重要器官，細根養(yǎng)分狀況在生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用，為生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)、能量流動提供有效途徑[12-13]。應用化學計量方法探究土壤與細根化學計量特征的關系有助于揭示養(yǎng)分的變化規(guī)律。

板栗(CastaneamollissimaBl．)原產(chǎn)于我國，是我國大力發(fā)展的木本糧食樹種，富含蛋白質(zhì)和人體必需的多種氨基酸、微量元素等，具有很高的經(jīng)濟價值和食用價值[14]。板栗‘燕山早豐’是河北省遷西縣主栽品種之一[15]。目前，有機-無機肥配施對板栗化學計量特征的研究還集中在開花授粉、果實發(fā)育和葉片營養(yǎng)特征等[16]，關于有機-無機肥配施方式下，根際土壤及細根碳、氮、磷質(zhì)量分數(shù)及化學計量變化特征的研究較少。為此，本研究以河北遷西縣8年生板栗‘燕山早豐’(Castaneamollissima‘Yanshanzaofeng’)為研究對象，探討有機-無機肥配施比例對根際土壤及細根化學計量特征的影響，旨在為板栗科學施肥提供技術支撐。

1 試驗地概況

研究區(qū)位于河北省遷西縣北京林業(yè)大學經(jīng)濟林(板栗)育種與栽培實踐基地。該地區(qū)地勢平坦，屬于東部季風暖溫帶半濕潤氣候，年平均氣溫為10.9 ℃，1月份平均氣溫-6.5 ℃，7月份平均氣溫25.4 ℃;年平均降水量為744.7 mm，主要集中在7—8月份。全年日照時間為2 581.5 h，無霜期為176 d。試驗地成土母質(zhì)為片麻巖風化母質(zhì)，土壤質(zhì)地為砂壤質(zhì)，土壤類型為褐土。試驗地土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗地土壤理化性質(zhì)

2 研究方法

2.1 供試肥料

無機肥：施可豐緩釋復合肥，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=2∶1∶1，由施可豐化工股份有限公司提供；磷肥為過磷酸鈣，過磷酸鈣中w(P2O5)=16%，由云南云天化股份有限公司提供；鉀肥為硫酸鉀，硫酸鉀中w(K2O)=50%，由河北高盛化肥有限公司提供。

有機肥：由石家莊養(yǎng)殖總場提供，氮、五氧化二磷、氧化鉀、有機質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)分別為1.52%、1.96%、1.53%、55.67%。

2.2 試驗設計

2019年3月底，選擇生長狀況基本一致、無病蟲害的8年生板栗(平均樹高2.7 m，冠幅2.3 m×2.3 m)經(jīng)濟樣地。設置6個處理：處理1(100%無機肥)、處理2(75%無機肥質(zhì)量+25%有機肥質(zhì)量)、處理3(50%無機肥質(zhì)量+50%有機肥質(zhì)量)、處理4(25%無機肥質(zhì)量+75%有機肥質(zhì)量)、處理5(100%有機肥)、對照(不施肥)。施肥處理肥料以等氮量1.123 kg/株計量[17]，磷和鉀以有機肥計量，不足的部分用過磷酸鈣和硫酸鉀補足。以單株為小區(qū)，采用環(huán)狀溝施方式：沿每棵樹樹冠滴水線距樹干50～120 cm，溝深30 cm，溝寬40 cm，肥料與土壤等體積混拌后填土，一次性全量施入。每個處理10次重復，隨機區(qū)組排列，共60個試驗小區(qū)，各處理間設保護行。

2.3 根系及根際土壤的采集

2020年10月下旬采用連續(xù)根鉆法(根鉆內(nèi)徑為8 cm)，每個處理隔株選取5棵樹，每棵試驗樹東、南、西、北及東南、西北、東北、西南8個方向為取樣區(qū)，取樣區(qū)內(nèi)距樹干根部50、75、100 cm處3個取樣點鉆取土芯，按照深度(h)0

2.4 根系及根際土壤相關指標測定

根據(jù)傳統(tǒng)的根系分類標準[19]，將直徑≤2 mm的根系劃分為細根，將細根洗凈后分揀出活細根置于烘箱中殺青烘干至恒質(zhì)量，烘干后粉碎過0.15 mm篩，然后分別取適量樣品測定有機碳、氮和磷質(zhì)量分數(shù)。土樣自然風干后過2 mm篩，測定主要化學指標。同一土層樣品混合。土壤、細根有機碳的質(zhì)量分數(shù)采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定；細根、根際土壤全氮、全磷質(zhì)量分數(shù)的測定，將樣品用H2SO4-H2O2消煮后，再用Smartcham450全自動間斷化學分析儀測定。

2.5 數(shù)據(jù)處理

土壤碳、氮、磷各元素的化學計量比均采用摩爾質(zhì)量比。Excel 2003計算各處理平均值，在方差分析之前先檢驗數(shù)據(jù)的正態(tài)性以及方差齊性，不同處理間的差異性使用單因素方差分析、Duncan法比較。利用皮爾遜(Pearson)相關分析探究根際土壤與細根化學計量特征的相關性。

3 結(jié)果與分析

3.1 有機-無機肥配施對板栗根際土壤碳、氮、磷化學計量特征的影響

由表2可知，在0

表2 板栗根際土壤的化學計量特征

在20 cm0.05)；土壤氮磷摩爾質(zhì)量比處理1與各處理間差異最顯著(P<0.05)。

在20 cm0.05)。

3.2 有機-無機肥配施對板栗細根碳、氮、磷化學計量特征的影響

由表3可知，在0

表3 板栗細根的化學計量特征

在20 cm

除處理1、處理2外，20 cm

3.3 有機-無機肥配施板栗根際土壤與細根化學計量特征的相關性

由表4可知，在0

表4 有機-無機肥配施0

由表5可知，在20 cm

表5 有機-無機肥配施20 cm

4 討論與結(jié)論

施肥可以培肥土壤，活化土壤養(yǎng)分，在提高果樹產(chǎn)量等方面具有重要作用[20]。土壤有機碳是土壤肥力指標的物質(zhì)基礎，氮素、磷素是植物必需營養(yǎng)物質(zhì),也是評價土壤肥力指標的重要指標[21]。有機-無機肥配施有助于提高土壤有機碳、全氮、全磷質(zhì)量分數(shù)，尤以處理4效果最好，與Wang et al.[22]和王慶魯?shù)萚23]研究結(jié)果一致。外源有機肥可以直接增加土壤全氮、全磷質(zhì)量分數(shù)，且有機肥中的有機物也有助于增加土壤有機碳質(zhì)量分數(shù)，適宜的有機肥和化肥用量能為板栗生長提供豐富持續(xù)的碳、氮、磷等營養(yǎng)元素，促進土壤水分和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運，為板栗生長創(chuàng)造了良好的土壤條件。土壤中的碳氮摩爾質(zhì)量比是影響土壤中碳氮循環(huán)的重要因素，碳氮摩爾質(zhì)量比值的高低通常被認為是土壤氮素礦化能力的標志，也是反映土壤肥力退化的一個重要指標[24-25]。土壤碳磷摩爾質(zhì)量比是衡量土壤有機質(zhì)礦化釋放磷及吸收固持磷能力的關鍵指標[26]。本研究中，處理4顯著提高了土壤的碳磷摩爾質(zhì)量比，有機無機肥配施處理3、4、5中，隨有機肥配比的升高，0

根際土壤氮和磷質(zhì)量分數(shù)隨著土層的加深而顯著降低，這是因為施肥及園內(nèi)日常管理活動直接作用于土壤表層，氮和磷養(yǎng)分先在上層匯集，后隨水分轉(zhuǎn)運到下層。根際土壤碳質(zhì)量分數(shù)及碳氮摩爾質(zhì)量比、碳磷摩爾質(zhì)量比隨土壤深度的增加而呈遞增趨勢，因為施肥條件下土壤溫室氣體排放與土壤碳庫呈顯著正相關[30]。

根系養(yǎng)分變化是植物對土壤環(huán)境變化做出的最直接的適應性策略，有機碳是構成植物體干物質(zhì)最主要的元素，全氮和全磷是各種蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)的重要組成元素[31-32]。本研究表明，20 cm

植物根系是與土壤直接接觸的器官，其通過分泌有機物質(zhì)，有利于土壤有機物積累，豐富了土壤生物的多樣性[37]。根系通過吸收作用反映土壤養(yǎng)分和水分的分布格局，且根系自身養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)也會對土壤條件做出響應[38]。相關性分析表明，土壤有機碳、全磷質(zhì)量分數(shù)與細根碳、氮、磷質(zhì)量分數(shù)及氮磷摩爾質(zhì)量比呈極顯著正相關，與細根的碳氮摩爾質(zhì)量比、碳磷摩爾質(zhì)量比呈極顯著負相關，隨土壤有機碳、全磷質(zhì)量分數(shù)的增加，細根的碳氮摩爾質(zhì)量比、碳磷摩爾質(zhì)量比降低，細根碳、氮、磷質(zhì)量分數(shù)及氮磷摩爾質(zhì)量比均有所增加[39]。較高的土壤有機碳質(zhì)量分數(shù)促進細根對碳、氮、磷元素的吸收[40]。

綜上所述，板栗不同施肥處理根際土壤及細根碳、氮、磷及其化學計量特征間存在較大差異。處理4根際土壤及細根有機碳、全氮、全磷質(zhì)量分數(shù)充足，提高了土壤的碳氮摩爾質(zhì)量比和碳磷摩爾質(zhì)量比；細根的有機碳、全氮、全磷質(zhì)量分數(shù)均有所提高，顯著提高了細根氮磷摩爾質(zhì)量比，可在一定程度上改善土壤環(huán)境，促進細根養(yǎng)分吸收，是河北遷西縣板栗園施肥模式的較佳選擇。試驗區(qū)各處理細根氮磷摩爾質(zhì)量比值均低于14，表明該研究區(qū)域氮素為養(yǎng)分限制因子，但有機肥和化肥配施可以有效緩解土壤氮素缺乏的狀況。此外，考慮到各養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)還與肥料施用長短、施用環(huán)境等有關，未來應從時間尺度上對其進行長期研究。