江西省油茶林地不同母岩土壤养分限制因子研究

2013-08-27 02:52奚如春邓小梅莫宝盈易立飒
江西农业大学学报 2013年1期
关键词:千枚岩红壤盆栽

奚如春,丁 锐,邓小梅,莫宝盈,易立飒

(华南农业大学 林学院,广东 广州 510642)

油茶(Camellia oleifera Abel.)为我国特有的木本油料树种。江西省是油茶主产区之一,在我国油茶产业发展建设中发挥了极其重要地作用。该省现有油茶林75万hm2,然而低产林面积超72万hm2,占总面积的95%以上[1-2]。为了提高油茶林生产能力,必须加强集约化经营管理[3]。养分是林木生长发育的基础,科学合理的养分管理是提高油茶产能的根本技术途径之一,而全面、准确和系统地了解油茶林地土壤养分状况和限制因子及其吸附特性,是指导养分管理的前提和关键[4]。当前,我国油茶林地养分管理技术的相关研究报道尚少,其生产应用程度也较低[5-7]。所以,开展油茶林地土壤养分诊断系统研究意义重大。

土壤养分状况系统研究法(以下简称“ASI法”)是由美国农化服务中心(Agro Services International Inc)Hunter博士于1980年首次提出,后经Portch博士(Dowdle S.and S.Portch,1988)修改由PPI/PPIC项目引进中国。该法集土壤养分状况分析、吸附特征及植物养分效应为一体,是比较系统、科学和准确的土壤养分状况分析方法,其操作具有系列化、程序化和标准化等特点,在指导我国农田养分管理与测土配方施肥服务中突显出其广阔的应用前景[8-10]。大量研究结果表明,ASI法与常规方法在土壤养分含量测定方面具有可比性,但常规方法提取元素单一、操作步骤繁多、耗时,并且对微量元素的提取需根据土壤酸碱性而采用不同的浸提剂等诸多不足,限制了养分的批量和快速测定[11-12]。ASI法引入我国已有20多年的历史,在农林业生产中得到了一定程度的推广应用,如,笋用林[13]、油茶幼林[14]、白杨林[15]、橡胶园[16]、香蕉园[17]、水稻田[18]、蔬菜园[19-20]等土壤养分系统研究中取得了可喜进展。文中应用ASI法对江西省油茶林地不同母岩红壤养分状况进行了系统研究,旨在阐述该区域内油茶林地土壤养分状况、吸附特征和限制因子,为指导我国油茶养分管理提供必要的理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 土壤样品的采集与处理

2010年10月,在江西省袁州、章贡、永丰和进贤等区县选择现有油茶成年林地,分别采集花岗岩(代号:JXH)、砂岩(代号:JXS)、千枚岩(代号:JXQ)和第四纪红壤(代号:JXD)等4个不同母岩的土壤样品。每个母岩类型各选择20 m×20 m的采样区3个,在每个采样区按“S”型布置10个采集点,各采样点要求保持一定的距离,以确保所采土壤样品的代表性。3个样地共随机布置30个采样点。采用土壤剖面法,在每个采样点各采集0~40 cm的土样约2.5 kg,将30个采样点采集的土样按母岩类型分别混合均匀,其总量为75 kg。带回实验室,自然风干粉碎后过2 mm筛,充分混合后再从中随机多点取出1.5 kg土壤样品,供土壤有效养分分析测定用,余下的土壤样品供温室盆栽实验用。

1.2 土壤有效养分含量的分析与测定

采用ASI分析测定方法,将上述土壤待测样品委托中国农业科学院土壤肥料研究所测土配方实验室完成。测定项目包括土壤有机质含量、pH 值、活性酸和 N、P、K、Ca、Mg、S、B、Cu、Zn、Fe、Mn 等 11 种元素的速效养分含量。其中,速效P、K、Cu、Fe、Mn、Zn用国际农化服务中心(ASI)的联合浸提剂(0.25 mol/L NaHCO3-0.01 mol/L EDTA -0.01 mol/L NH4F)同时浸提;速效S和B用0.08 mol/L的Ca3(PO4)2溶液浸提;NH4-N 和速效 Ca、Mg 用1 mol/L KCl浸提[8-10]。

1.3 吸附试验

主要对K、P、S、B、Cu、Mn和Zn等养分元素进行吸附试验,该试验由中国农业科学院土壤肥料研究所测土配方实验室完成[8-10]。

1.4 盆栽试验

盆栽试验于2011年3月~5月在华南农业大学林学院温室内进行。根据各类土壤有效养分含量和吸附试验测定结果,参照ASI各养分适宜值标准,制定出各土壤养分的最佳处理,即OPT(表1)。在确定最佳处理时,除使各养分调整到最佳状态外,还要考虑土壤pH值及Ca/Mg、Mg/K的平衡;从OPT中减去或加入某一元素,即设置若干辅助处理来验证其是否最佳,OPT中若已加入某元素,则另设一个OPT中减去该元素的处理(如“-P”);OPT中若未加入某元素,则设一个OPT中加入该元素的处理(如“+K”),其它各元素的加入量与OPT相同,CK为无肥对照处理[8-10]。

本文盆栽实验每类土壤各设12个处理(表2),每盆装土400 mL,每个处理均重复4次。以高粱(Sorghum bicolor.L.Moench.)作为指示作物,种子催芽24 h后播入盆栽土壤1 cm深处,每盆播种15粒,出苗后第5天左右间苗,最后每盆保留10株。高粱生长45 d左右收获其地上部分,将收获的植株放到烘箱里,在105℃下杀青3 min,然后于70℃烘干至恒重,并称其干物质量。以最佳处理的单株生物质量为100%,计算各处理的相对产量。采用最小显著差数法(LSD检验法)进行统计分析,判断其土壤养分限制因子[10]。

表1 温室盆栽实验用不同类型土壤中各种养分的最佳推荐量Tab.1 Optimal Treatments setting of greenhouse pot experiment in different soils

表2 温室盆栽实验设计Tab.2 Treatments setting of greenhouse pot experiment

2 结果与分析

2.1 调查区各类土壤养分基本状况

野外调查结果表明,江西省油茶林地多属低山丘陵岗地,土壤属黄红壤类,质地基本为砂质壤土。采用ASI法测定供试土壤部分化学性质的测定值见表3,土壤有效养分状况分析结果如表4。

由表3可知,供试土壤的pH值范围为4.23~4.84,平均为4.46,属酸性黄红壤,适宜油茶生长。供试土壤有机质含量在1.23% ~1.66%,平均为1.38%,因此,各类油茶林地间有机质含量差异较大。但各类土壤中有机质含量普遍较低,特别是第四纪红壤类土壤有机质含量最低。因此,提高油茶林地土壤有机质含量,是改善该区域内油茶林地土壤养分状况的首要任务。

表3 江西省油茶林地土壤部分化学成分Tab.3 Selected chemical properties of oil tree camellia forest soils in Jiangxi province

利用Hunter[9]提出的土壤养分临界值作进一步的分析,可明确土壤养分含量特点,并能初步判断土壤养分的丰缺状况。从表4分析结果可看到,供试4类土壤中,N、P、K、Ca和Mg的含量均低于ASI规定的临界值,其平均值分别为临界值的46.6%、21.3%、43.9%、35.1%、14.2%。据此可判断,江西省油茶林地土壤中的N、P、K、Ca和Mg等养分缺乏严重,已成为土壤养分限制因子。但Fe、S含量较高,均高于ASI养分临界值的5倍以上,其中Fe含量的变幅较大,相差近50倍。从微量元素看,花岗岩类土壤中Cu、B含量低于临界值,Zn、Mn含量高于临界值。砂岩类土壤中Cu、Mn含量低于临界值,B、Zn含量略高于临界值。千枚岩类土壤中Cu、Mn、Zn、B含量均高于临界值。第四纪红壤类土壤中Cu、B含量低于临界值,Mn高于临界值1倍,B与临界值接近。测定分析结果初步表明,江西省油茶林地各类土壤养分含量不均衡,养分障碍因子较多,必须开展吸附和盆栽试验进一步验证和判断有效养分测定结果。

表4 测试土壤有效养分含量Tab.4 Available nutrients of experiment soil mg/L

2.2 各类土壤对养分的吸附特性

土壤养分的可利用部分取决于能被植物吸收的养分含量。根据ASI吸附试验结果进行拟合的吸附曲线模型为y=Ax+B,模型中的A为吸附系数(相对吸附能力),A值越小说明土壤吸附能力越强。表明施以等量的养分元素,吸附能力强的土壤其养分利用率低。分析结果见图1和表5。由图1和表5可知:供试土壤对K的吸附能力,砂岩类土壤明显高于其余3类土壤,其吸附率为40.4%,其余3类土壤K的吸附率平均为18.9%,土壤对K的吸附能力由强到弱排序为:砂岩类、花岗岩类、千枚岩类、第四纪红壤类土壤。供试土壤对P的吸附能力均较强,其中千枚岩类中加入的P有65%左右转化为成不可提取形态,其余3类土壤亦达40%左右,吸附能力由强到弱排序为千枚岩类、花岗岩类、第四纪红壤类、砂岩类土壤。供试土壤对S的吸附能力都很强,吸附范围在在62% ~85%,吸附能力由强到弱排序为:第四纪红壤类、千枚岩类、花岗岩类、砂岩类土壤。供试土壤对B的吸附相对较弱,吸附范围在28.7% ~37.9%,吸附能力由强到弱排序为:花岗岩类、第四纪红壤类、千枚岩类、砂岩类土壤。供试土壤对Cu的吸附能力以第四纪红壤类最强,吸附率达34.4%,吸附能力由强到弱排序为:花岗岩类、千枚岩类、第四纪红壤类、砂岩类土壤。供试土壤对Mn的吸附都很弱,吸附能力相差也不显著,吸附能力由强到弱排序为:花岗岩类、千枚岩类、第四纪红壤类、砂岩类土壤。供试土壤对Zn的吸附也很弱,土壤吸附曲线基本相似,吸附能力由强到弱排序为:千枚岩类、砂岩类、第四纪红壤类、花岗岩类土壤。

2.3 土壤养分限制因子分析

根据温室盆栽实验结果并采用最小显著差数法(LSD检验法)进行统计分析,结果见表6、表7。由表6、表7得知:花岗岩类土壤在缺 N、P、K 时高粱生物产量分别显著减少54.21%、73.63%、51.65%,缺B减少18.68%,而其他元素施用多少与否对产量影响不显著。因此,花岗岩类土壤养分限制因子及其亏缺程度由大到小排序为P>N>K>B。砂岩类土壤在缺N、P、K时高粱生物产量分别显著减少 74.92%、71.13%、58.42%,缺 Mn减少38.49%,缺Mo减少28.52%,缺Zn减少22.68%,缺Cu减少22%,缺B减少14.09%,加S有负效应,Fe施用多少与否对产量影响不显著。因此,砂岩类土壤养分限制因子及其亏缺程度排序为N>P>K>Mn>Mo>Zn>Cu>B。

图1 K、P、S、B、Cu、Mn、Zn 的吸附曲线Fig.1 Adsorption curves of K,P,S,B,Cu,Mn,Zn

表5 各类土壤吸附特征曲线模拟方程Tab.5 Characteristic curve of soil adsorption simulation equation

表6 不同养分处理下各类土壤盆栽高粱的生物产量Tab.6 Sorghum yields of pot experiment in different nutrient treatments of soils

表7 各类土壤盆栽高粱生物产量的LSD值Tab.7 The value of Sorghum yields with least significant difference test in soils

千枚岩类土壤在缺N、P、K时高粱生物产量分别显著减少73.13%、75.85%、42.72%,缺Mo减少27.21%,缺B减少21.09%,缺Cu减少19.05%,缺Zn减少18.03%,加S、Fe和Mn对产量都有负效应。因此,千枚岩类土壤养分限制因子及其亏缺程度排序为P>N>K>Mo>B>Cu>Zn。第四纪红壤类土壤在缺N、P、K时高粱生物产量分别显著减少49.18%、70.08%、46.72%,而其它元素施用多少与否对产量影响不显著。因此,第四纪红壤类土壤养分限制因子及其亏缺程度排序为P>N>K。

综上所述,P、N、K是江西省油茶林地土壤的主要养分限制因子,其次为Zn、B、Mo。

对照分析土壤养分状况测定与盆栽试验分析结果后可以发现,两者结果有一定的差异:如土壤养分分析测定结果显示,Cu分别在花岗岩类、砂岩类土壤、第四纪红壤类土壤中缺乏,而Mn在砂岩类土壤中缺乏;但盆栽试验结果与此相矛盾。因此,只依靠土壤养分分析测定结果来判定土壤养分丰缺状况可能带有片面性,必须继续开展盆栽试验加以验证。这是因为土壤养分受到土壤其他理化性状、气候、环境和作物营养特性等因素的综合影响[11],ASI法规定的临界值多适用于农田土壤,完全用于林地土壤势必带来分析结果的差异,且土壤养分分析结果只能判断养分限制因子存在的一种可能性,却不能精确判定土壤养分的丰缺状况[12]。

3 结论与讨论

(1)江西省油茶林地土壤有机质含量在1.23% ~1.66%,普遍较低;N、P、K养分严重缺乏,Ca、Mg、B、Zn、Mo等养分也普遍缺乏,但S、Fe含量较丰富。

(2)各类土壤对养分的吸附能力不同。砂岩类对K、Zn;花岗岩类对P、Cu、B;第四纪红壤类P、S、B;千枚岩类对P、Zn的吸附固定量大。

(3)盆栽试验结果表明,P、N、K是江西省油茶林地土壤的主要养分限制因子,其亏缺程度排序为P>N>K;其次为Zn、B、Mo。其亏缺程度排序为Mo>B>Zn。

(4)土壤养分分析测定结果与盆栽试验分析结果存在一定的差异。鉴于油茶林地土壤养分的复杂性和油茶的需肥特性,文中初步判定了江西省油茶林地的养分障碍因子,并不能直接用于指导油茶的平衡施肥,要想得到合理的油茶平衡施肥配方,还需开展养分田间试验加以验证,以进一步精确筛选养分障碍因子,改进施肥配方,从而生产适用于江西甚至全国的油茶专用肥,实现油茶高产、高效、优质的目标。

[1]奚如春,涂序流,龚春.江西省油茶产业提升及其生产要素间的优化互动[J].江西农业大学学报:社会科学版,2005,4(1):29-32.

[2]张日清,王承南,李建安,等.关于油茶现代产业化体系建设的战略思考[J].经济林研究,2010,28(2):146-150.

[3]袁军,谭晓凤.植物营养学在经济林研究中的运用[J].经济林研究,2011,29(3):107-110.

[4]陈永忠,彭邵锋.油茶高产栽培系列技术研究—配方施肥试验[J].林业科学研究,2007,20(5):650-655.

[5]龚斌,左继林,龚春.江西省油茶主产区土壤理化性状调查研究[J].江西林业科技,2010(2):10-12.

[6]唐光旭,唐仕斌,李勇.油茶林地土壤的研究[J].江西林业科技,2002(1):20-24.

[7]汪洪丽,郭晓敏,赵中华.油茶生长量、产量与平衡施肥的研究[J].江西林业科技,2007(6):73-75.

[8]何方,何钢.油茶低产林改造效应的研究Ⅰ.土壤肥力及油茶生长结果效应[J].经济林研究,1997,15(2):1-6.

[9]加拿大钾磷研究所北京办事处.土壤养分状况系统研究法[M].北京:中国农业科技出版社,2005:1-10.

[10]Hunter A H.Laboratory and greenhouse techniques for nutrient survey to determine the soil amendments required for optimum plant growth[M].Florida,USA:Mimeograph Agro Service International,1980:54 -72.

[11]金继运,白由路,杨俐苹.高效土壤养分测试技术与设备[M].北京:中国农业出版社,2006.

[12]杨俐苹,金继运,梁鸣早,等.ASI法测定土壤有效 P、K、Zn、Cu、Mn与我国常规化学方法的相关性研究[J].土壤通报,2000,31(6):277 -279.

[13]喻华,杨剑虹,汪萍,等.ASI法与常规方法测定紫色土 Cu、Zn、Fe、Mn 的相关性研究[J].土壤通报,2009,40(2):424 -427.

[14]胡冬南,郭小敏.笋用林土壤养分限制因子的研究[J].江西农业大学学报,2001,23(1):105-108.

[15]胡冬南,孙科辉,范方礼,等.油茶幼林土壤养分限制因子的研究[J].土壤肥料,2005(6):20-22.

[16]YU Chang-bing,CHEN Fang.Evaluation of soil nutrient status in poplar forest soil by soil nutrient systematic approach[J].Journal of Forestry Research,2004,15(4):298 -300.

[17]杨熙,林电,余爱,等.海南省主要橡胶园土壤养分限制因子[J].热带作物学报,2009,30(12):1746-1751.

[18]杨苞梅,李敏怀,姚丽贤,等.广东省香蕉主产区蕉园土壤的养分限制因子研究[J].云南农业大学学报,2008(11):818-825.

[19]谭雪明,石庆华,李木英,等.江西省抚州地区水稻土壤养分限制因子的研究[J].江西农业大学学报,2001,23(1):50-53.

[20]阮云泽,孙桂芳,唐树梅.土壤系统研究法在菠菜平衡施肥上的应用[J].植物营养与肥料学报,2005,11(4):530-535.

[21]YE X J,Wang Z Y,Tu S H,et al.Nutrient Limiting Factors in Acidic Vegetable Soils[J].Pedosphere,2006,16(5):624 -633.

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