滴灌施肥下施氮量和施氮频率对毛白杨生物量及氮吸收的影响*

席本野 王 烨 贾黎明

(北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室 北京 100083)



滴灌施肥下施氮量和施氮频率对毛白杨生物量及氮吸收的影响*

席本野 王 烨 贾黎明

(北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室 北京 100083)

【目的】 为滴灌施肥下的毛白杨提供合理的氮(N)肥管理建议。【方法】 以毛白杨(无性系B301)速生纸浆林(林龄3～5年)为研究对象，于2010—2012年研究施N量和施N频率对毛白杨生物量积累和N吸收的影响。试验设置为施N量 115(N115)，230(N230)和345(N345)kg·hm-2a-1和施N频率[每年分4次施入(F4)和2次施入(F2)]所组成的6个滴灌施肥处理和1个只灌溉不施肥的对照处理(CK)。试验期间，对林木生长、生物量积累、N吸收量和土壤养分进行测定。【结果】 自然条件下，3～5年生毛白杨林地土壤的表观矿化N量为23～42 kg·hm-2a-1，CK林分N吸收量约为60 kg·hm-2a-1，土壤供N量难以满足高产林分的N吸收量。滴灌施肥能明显促进毛白杨生长，其中，以施N量为115 kg·hm-2a-1、生长季内分4次施入处理(N115F4)最具生长优势，其2011和2012年林分总生物量分别达到33.9和45.5 t·hm-2，较CK分别显著提高42%和49%(P< 0.05)。不同施N量水平对总生物量影响显著， 2011年，N115处理总生物量显著大于N230和N345处理(P< 0.05)； 2012年，N115显著大于N345处理(P< 0.05)，略大于N230处理(P> 0.05)。施N频率对生物量未产生明显影响，但较高的施N频率(F4)能提高林木年均N吸收量(P< 0.05)。用二次回归方程拟合林分总生物量与施N量之间的关系，方程拟合效果较好(P< 0.01，R2=0.482)，由方程计算出最佳施N量为192 kg·hm-2a-1，其90%置信区间为148～236 kg·hm-2a-1。【结论】 滴灌施肥下，毛白杨人工林常规施N量(N345)并没有带来产量的增益效应，采用滴灌施肥技术能够比常规施肥技术减少肥料用量。施肥频率虽对产量没有影响，但采用较高的施N频率可提高林分的N吸收量，减少养分在土壤中的残留。3～5年生毛白杨人工林进行滴灌施N肥时，建议施N量为192 kg·hm-2a-1，每年分4次施入土壤。

滴灌施肥； 三倍体毛白杨； 生物量； N吸收量

近年来，受农林业快速发展的影响，人类投入土壤层的氮(N)肥量倍增(Gruberetal., 2008)。据统计，全球每年施入土壤中的N肥量高达8 500万～9 000万t(Goodetal., 2004)，而植物仅能利用其中不足50%的N肥(Dobermann, 2015)。N肥过量施用造成的地下水污染和面源污染日益严重(Gruberetal., 2008)。因此，确定合理施肥量和采用先进的灌溉施肥技术提高水肥资源的利用效率，进而降低施肥引起的环境负面效应受到广泛关注(李久生等, 2008)。滴灌施肥作为一种先进的灌溉施肥方式，具有将养分直接输送到植物根区、易操作、效率高等特点，因而广泛应用于农林业的集约栽培。

杨树是全球温带地区重要的速生丰产林树种(Dickmann, 2006)，相对于其他速生树种，其对养分尤其是N营养元素有着更高的需求(Rennenbergetal., 2010)。因此，施N肥一直是提高杨树人工林生产力的有效途径之一(Colemanetal., 1988; Brownetal., 2005; Cooketal., 2005)。目前，滴灌施肥已普遍运用在国外杨树苗木培育和人工林经营管理中(Stanturfetal., 2001)，但是如何利用滴灌系统进行有效的N肥管理，最大化杨树人工林的N肥利用效率和生产力的研究却鲜有报道。此外，由于滴灌条件下，溶于水的养分易随水流动，如果施肥策略选择不当，不仅会浪费大量的肥料，造成经济损失，而且还会对环境产生负面影响(Castellanosetal., 2013)。因此，极有必要在大田条件下就杨树人工林的滴灌施N肥策略开展系统研究。

国内外针对多种农作物和果树开展的滴灌施肥技术研究表明，施肥量和施肥频率是滴灌条件下2个重要的施肥技术参数(李久生等, 2008; Melgaretal., 2010)，应当在充分考虑土壤供N能力和植物养分需求特征(Brunoetal., 2011)的基础上确定其数值的合理范围。目前，针对杨树人工林虽然已有不少传统施肥方式(沟施、穴施、撒施等)下的施N技术参数(施肥量、施肥频率)，但这些可能并不适用于滴灌施肥情景(Mornales-Silleroetal., 2010)，滴灌施肥能实现在施肥量降低的情况下不影响作物产量(Bhatetal., 2007)。此外，滴灌施肥虽然可以和灌溉的频率一样，但有研究显示施肥次数与作物产量并不成正比，过高的施肥频率还会增加成本, 如用工和能源投入等(Zotarellietal., 2009)。

毛白杨(Populustomentosa)是我国华北平原速生纸浆林建设的重要树种，然而目前其平均生产力远低于其潜在生产力(朱之悌等, 1995; 马玉敏等, 2005; 张平冬等, 2009; 孙兆地等, 2012)。因此，可通过合理的养分管理来提高毛白杨人工林的生产力，本文对其滴灌施N肥策略开展系统研究。研究目标为： 1) 确定自然条件下林地土壤的表观矿化N能力； 2) 明确不同施N量和施N频率对毛白杨生物量积累和N吸收的影响； 3) 为滴灌下的毛白杨人工林提供合理的施N肥策略建议。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于山东省聊城市高唐县(36°58′N,116°14′E)，地处鲁西北平原中部。该地区气候为暖温带半干旱季风区域大陆性气候，光照充足，热量丰富。多年平均气温13.2 ℃，全年日照总时数2 651.9 h，无霜期191～217天。多年平均降雨量545 mm，降水主要集中于夏季7—8月，多年平均蒸发量2 249 mm。地下水埋深1～4 m。试验地土壤的基本理化性质见表1。

表1 试验地土壤基本物理和化学性质Tab.1 Soil basic physical and chemical characteristics at the experimental site

1.2 研究对象

本文研究对象为毛白杨速生纸浆林。林分总面积5 hm2， 2008年春季进行植苗造林，采用的苗木为三倍体毛白杨1年生根蘖苗(无性系B301)，平均地径2 cm，苗高2.5 m。造林前对林地进行机械穴状(直径1.2 m，深1 m)整地，在穴底部施入复合肥(70 kg·hm-2)作为基肥，回填少量表土后栽植苗木。林木栽植采用宽窄行带状配置模式，宽行距8 m，窄行距和株距均为1.5 m，林分初植密度1 404 株·hm-2。2008年4月在试验地内安装地下滴灌系统，管道安装方式为“两行两带”式(每2行树布设2条滴灌管)，滴灌管布设于宽行距树60 cm处。滴灌管埋深20 cm，滴头类型为迷宫式滴头，滴头间距50 cm，流量为2 L·h-1。于2010—2012年开展试验，各试验处理间林木的胸径(DBH)(P=0.107)和树高(H)(P=0.665)均无显著差异。

1.3 试验设计

研究选用施N量(NR)和施N频率(NF)2个试验因素。其中，NR设3个水平，分别为115(N115)、230(N230)和345(N345)kg·hm-2a-1； NF设2个水平，分别为在生长季内分4次(F4)和2次(F2)施肥，共计组成6个滴灌施肥处理。其中，N345和F2为三倍体毛白杨人工林施N肥时所采用的常规施肥量和施肥频率(刘寿坡等, 1992; 刘克林, 2009)。另外，试验设置1个只灌水不施肥的对照处理(CK)。试验采用完全随机区组设计，重复3次，每个区组包含7个试验小区即7个试验处理。每个重复小区包含3条林带(每个林带包含80株树)，中间林带用于林木生长测量，外侧2条林带作为试验小区间的保护行。试验所施肥料为配置好的尿素溶液(浓度为86 g N·L-1)，滴灌施肥采用比例施肥泵装置，在滴灌系统控制首部以旁接方式安装比例施肥泵(MixRite 2504, Tefen, Israel)，施肥时将配置好的尿素溶液置入大桶中，滴灌系统运行时，比例施肥泵将尿素溶液以5%的比例注入到管道中，随滴灌管施入试验小区。各处理在试验期间的具体施肥时间区间和单次施肥量见表2。试验期间，定期对林地喷洒除草剂以灭除竞争性杂草。此外，每年4—7月，每隔10天对所有处理灌溉1次，以避免因水分亏缺而使林木生长受到限制，灌水定额为20 mm，每年从雨季(7—8月)开始，林分不再额外进行灌溉，只对其按试验设计进行滴灌施肥。

表2 不同滴灌施N肥处理下的单次施N量Tab.2 Single N application rates under different fertigation treatments

1.4 测定项目和方法

(1)

Nmine=植株N吸收量+土壤残留Nmin-

土壤起始Nmin。

(2)

1.4.2 林木生长及生物量 2010年试验开始前，于每个试验小区内随机选取样树30株，并依次编号标记。之后，在2010—2012年每年10月底，对所有样树的DBH和H进行调查。

生物量的采样工作分别在2010，2011和2012年10月进行，其中2010年只在CK中进行取样。由于取样时各处理内林木长势变异性较小(各处理内样树DBH和H的变异系数分别为5.5%～13%和6.3%～11%)，因此生物量调查采用平均标准木法(Fangetal., 2007)。取样时，在每个试验小区内选择1株平均标准木进行整株采伐，然后在以样树为中心、长和宽均为1.5 m的正方形区域内进行根系取样，取样深度为60 cm。同时，由于10月时试验林分已有部分叶片脱落，因此收集采伐样树平均生长空间(取样面积为1.5 m×4.75 m)内的新落叶。样树采伐后，将样树地上部分器官按枝、叶和树干分别进行称量，将地下部分器官根系和根桩分别进行称量。然后，采集不同器官的样品带回实验室，在70 ℃条件下将样品烘干至恒质量，测定样品水分含量。据此对不同处理毛白杨的单株生物量进行计算，将其乘以林分密度得到各处理林地单位面积生物量。2010年在CK处理内采伐3株样木， 2011和2012年每年在所有处理内共采伐21株样树，即试验期间共计采伐样树45株。

1.4.3 林木N吸收量 将样树各个器官的样品烘干后，用粉碎机进行粉碎并过40目筛，样品消煮使用N、P联合测定法。然后，用凯氏定氮法测定样树各组成部分的N含量。将样树各器官生物量乘以其N含量得到各器官总含N量，然后将各器官总含N量相加得到整株样树的含N总量，将其除以林龄最终得到样树的年平均N吸收量(ANU)。

1.5 数据分析

采用二次回归方程(3)对所有试验处理小区的2011和2012年的平均生物量与施N量(N0, N115, N230, N345)之间的关系进行拟合，以计算最佳施N量(Xopt)。

Y=β0+β1X+β2X2+ε。

(3)

式中：Y为生物量(t·hm-2)；X为施N量(kg·hm-2a-1)；β0、β1和β2为方程参数； ε为随机误差。

当方程(3)的一阶导数为0时即公式(4)和(5)，所对应的N肥施用量为最佳施N量(Xopt)，其对应的Y值为该施肥水平下林木所能获取的最大生物量。

=β1+2β2X=0，

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：Z为标准正态分布下一定置信水平(1-α)对应的横坐标轴双侧临界值，本研究选取的置信水平为0.9。

采用SPSS数据分析软件(v.18.0, SPSS Inc., Chicago IL, USA)对滴灌施肥下林木N吸收量和生物量的效应进行双因素方差分析(Two-way ANOVA)。分析中，试验因素分别为施N量和施N频率，区组效应设为随机因素。同一年份不同土层间以及同一土层不同年份间的土壤无机N总量的差异采用单因素方差分析(One-way ANOVA)进行比较。若试验因素的不同水平间存在显著差异，在0.05水平上选用Duncan检验方法进行多重比较。CK处理与各滴灌施肥处理间的试验指标差异采用独立样本T检验进行比较。林分生物量与施N量之间的数量关系采用Origin软件进行拟合，并对方程及各参数进行显著性检验，同时计算方程各参数的方差。采用Excel 2010 绘制图表。

2 结果与分析

2.1 林地表观矿化N量和林分N吸收量

2010—2012年，CK处理不同土层间无机N总量无显著差异，但整体而言，其0～80 cm土层无机N总量呈逐年下降趋势(P<0.05)，且主要是由0～60 cm土层中无机N总量的逐年降低而引起； CK处理土壤年表观矿化N量变化范围为23～42 kg·hm-2a-1，年际间变化较大(表3)； 同时，CK处理能从林地土壤中吸收的N素总量分别为64.5,66.5和60.8 kg·hm-2a-1，年际间变化并不明显(P> 0.05)。

表3 2010—2012年CK处理土壤年无机N总量及表观矿化N量①Tab.3 Annual total inorganic N and N mineralization during 2010—2012 under the CK treatment kg·hm-2

① 数据为平均值±标准误。同年份不同小写字母代表在0.05水平上差异显著，检验方法为Duncan检验。同一土层不同大写字母代表在0.05水平上差异显著，检验方法为Duncan检验。Data are mean±SE.Different lowercase letters within columns indicate significant difference atP< 0.05, according to Duncan test.Different uppercase letters within rows indicate significant difference atP< 0.05, according to Duncan test.下同The same below.

滴灌施肥能提高毛白杨林分的N吸收量。平均来讲，滴灌施肥处理的年平均N吸收量(ANU)在2011年(84.6 kg·hm-2a-1)和2012年(97.6 kg·hm-2a-1)分别较CK处理高出27.0%和60.4%。但仅是2011年的N115F4处理(P< 0.01)和2012年的N115F4、N115F2、N345F4处理(P< 0.05)的ANU与CK处理差异显著或极显著(图1)。

图1 2011和2012年不同处理年均N吸收量Fig.1 Average annual N uptake (ANU) of P. tomentosa under different treatments in 2011 and 2012图中不同小写字母代表不同滴灌施肥处理在0.05水平上差异显著，检验方法为Duncan检验。*表示该处理与CK差异显著(P<0.05)，**表示差异极显著(P<0.01)，检验方法为独立样本t检验。下同。Different lower case letters indicate significant difference among various fertigation treatments at P < 0.05, according to Duncan test.* and ** indicate significant difference between the CK and a N fertigation treatment at P<0.05 and P<0.01, respectively, according to independent t-test.The same below.

方差分析结果(表4)显示， 2011年，施N量与施N频率的交互作用能显著影响林分的ANU。 N115F4处理的ANU显著高于其余施肥处理，而其余施肥处理之间则无显著差异(图1)。即在高施N频率(F4)下，N115水平的ANU显著高于N230和N345，但该现象在低施肥频率(F2)下并未出现。2012年，施肥量与施肥频率均对ANU产生显著影响(表4)，N115和F4水平分别显著高于N230和 F2水平(图2)。然而，与2011年不同，二者的交互作用并不明显(P> 0.05)，但在所有施N量条件下，施N频率的增加(F4)均能提高林分的N吸收量(图1)。此外，在6个滴灌施肥处理中，N115F4处理的ANU在2011年显著高出其他处理(P< 0.05)，但在2012年却未达到显著水平(P> 0.05)。

表4 2011和2012年施N量(NR)和施N频率(NF)影响下毛白杨林分年均N吸收量方差分析①Tab.4 Analysis of variance of average annual N uptake(ANU) in P. tomentosa plantation as influenced by N application rate (NR) and frequency (NF) in 2011 and 2012

① NS表示无显著差异(P> 0.05)。NS indicates no significant difference atP> 0.05.下同The same below.

2.2 林分生物量

图2 2012年不同施N量和不同施N频率处理下年均N吸收量(ANU)Fig.2 Average annual N uptake (ANU) of P. tomentosa under different N application rate and frequency treatments in 2012

试验期间，滴灌施肥对林分地下部分生物量(BM)未产生显著作用，但能明显影响林分地上部分(AM)和总生物量(TM)(表5，图3)。2011年，滴灌施肥处理平均AM和TM分别比CK增加23%和21%，但仅N115F4处理与CK的差异达到显著水平，其AM(30.5 t·hm-2)和TM(33.9 t·hm-2)分别比CK高出47%和42%(P< 0.05)(图3)。2012年，滴灌施肥处理AM和TM分别比CK平均高出44%和34%，而且几乎所有施肥处理与CK的差异均达到显著水平(P< 0.05)(N345F2的总生物量除外)(图3)。

施N量、施N频率以及二者的交互作用在试验期间均未对林分的BM产生显著影响，施N频率也未对林分的AM和TM产生明显作用(表5)。但是， 2011年，施N量显著影响林分的TM，N115的TM较N230和N345显著提高20.2%(P< 0.05)和15.1%(P< 0.05)(图4)； 施N量和施N频率的交互作用则显著影响林分的AM(P< 0.05)，其中，N115F4处理显著高于其余滴灌施肥处理(图3)。2012年，林分AM和TM则仅受施N量的显著影响(表5)，N115的AM和TM显著高于N345处理(P< 0.05)，略高于N230处理(P> 0.05)(图4)。此外，不同滴灌施肥处理之间，N115F4的AM和TM始终处于最高水平(图3)。

2.3 最佳施N量

为求得滴灌施肥下毛白杨林分的最佳施N量及其置信区间，分别以2011和2012年的平均林分AM和TM为响应变量，以施N量水平(N0、N115、N230和N345)为自变量，建立林分生物量与施N量的回归方程。毛白杨AM和TM与施N量间的变化关系相似，方程决定系数(R2)分别达到0.486和0.482，方程回归关系极显著(P< 0.01)； 同时，对拟合方程各参数的检验也达到极显著水平(P< 0.01)，因此拟合效果较好(图5)。利用拟合的方程对最佳施N量进行估计，得到施N量分别为194和192 kg·hm-2a-1时，毛白杨林分AM和TM分别达到最大值，其对应90%的置信区间分别为151～238和148～236 kg·hm-2a-1。

表5 2011和2012年施N量(NR)和施N频率(NF)影响下毛白杨林分各部分生物量方差分析Tab.5 Analysis of variance of aboveground, belowground and total biomass in P. tomentosa plantation as influenced by N application rate (NR) and frequency(NF) in 2011 and 2012 t·hm-2

图3 2011和2012年不同处理林分地上部分生物量和总生物量Fig.3 Aboveground and total biomass of different treatments in 2011 and 2012

图4 不同施N量处理下林分2011年总生物量(TM)和2012年总生物量与地上部分生物量(AM)Fig.4 Total biomass in 2011, and total and aboveground biomass in 2012 under different N application rate treatments

图5 毛白杨林分地上部分生物量和总生物量与施N量间的关系Fig.5 Total biomass and aboveground biomass as a function of N application rates

3 讨论

3.1 滴灌施肥对毛白杨林分生产力的影响

滴灌施N肥可明显促进林木生长，试验期间，滴灌施肥不同处理林分的地上部分生物量和总生物量较CK均有不同程度的增加(图3)。其中，N115F4处理的生长优势最为明显且与对照差异达到显著水平，该处理5年生毛白杨林分的总生物量达到45.5 t·hm-2，即年均生产力约为9.1 t·hm-2，接近该栽培区12年生毛白杨的年均生产力(Liangetal., 2006)。然而，CK处理5年生毛白杨林分的总生物量仅为30.6 t·hm-2(年均生产力约为6.1 t·hm-2)。由此可见，滴灌施N肥是提高和保持毛白杨人工林生产力的高效集约经营措施。研究表明，杨树人工林生物量受品种因素影响较大(Labrecqueetal., 2005)，而且短轮伐期的杨树在1～10年生时其林分生产力会迅速增长，但在10年生以后则开始迅速下降(Weih, 2004)。相关研究结果(Labrecqueetal., 2003; Bungartetal., 2004; Coyleetal., 2005)显示，在欧洲和北美(美国、加拿大)等地，不同品系的杨树人工林在3～12年生时的年均生产力为3.1～30 t·hm-2，而经过集约经营管理的杨树人工林的年均生产力可达10 t·hm-2(Zalesnyetal., 2012)。在我国，3～10年生的杨树人工林年均生产力为1.3～15 t·hm-2，长期施肥条件下的欧美杨人工林在5年生时年均生产力约为7.6 t·hm-2(Fangetal., 2007; Liangetal., 2006; Maoetal., 2010)。对比已有的数据可知，毛白杨优势明显，其生物量与林龄相近的欧美杨(我国北方广泛栽植的杨树品种)相当。因此，作为以收获生物量为主要经营目的的速生丰产树种，毛白杨发展潜力巨大。

3.2 施N量和施N频率对林分生长的影响

本研究结果显示，滴灌施肥条件下，施N量对毛白杨林分地下部分生物量影响不大，但是能显著影响林分地上部分和总生物量(表5，图4)。当施N量为115 kg·hm-2a-1时(N115)，林分地上部分和总生物量在2011和2012年始终高于或显著高于较高的施N量处理(N230和N345)，即高施N量并没有带来更高的产量收益。在采用传统施肥技术时，李素艳(2008)建议，对于不灌溉条件下的3～4年生的毛白杨林分，350 kg·hm-2a-1为其适宜的施N量； 漫灌条件下，任忠秀等(2012)通过建立施肥模型得出3～6年生不同无性系毛白杨人工林最适宜的施N量范围为380～500 kg·hm-2a-1。与这些传统施肥技术相比，本研究结果显示滴灌施肥可以在大幅度减少肥料用量的情况下提高毛白杨林分的生物量，此外，这也证实了传统施肥技术下的常规施肥量并不能直接应用于滴灌施肥情景。类似的研究结果也曾出现在其他滴灌施肥研究中。例如，Lee等(2005)在滴灌条件下，研究了N肥施用量对美洲黑杨(P.deltoides)人工林生长的作用规律，发现美洲黑杨林分的材积生长量只对较低的施N量(56 kg·hm-2a-1)有正响应，与对照相比，较高的施N量(112和224 kg·hm-2a-1)并没有带来林分材积生长量的明显提高； Hochmuth等(2011)于美国佛罗里达州针对番茄(Lycopersiconesculentum)的多个滴灌施肥试验结果进行了总结，发现如果N肥施用量高于当地推荐的施肥量时(227 kg·hm-2a-1)，其产量不会再随着施肥量的增加而提高； 此外，也曾研究发现，相比传统的水肥管理模式，滴灌施肥可在减少80%的肥料用量的条件下还能使番茄产量显著提高(樊兆博等, 2011)。

在试验基础上，为进一步明确最佳施肥量，常采用二次回归方程拟合作物产量与施肥量之间的关系，进而由方程参数计算出最佳施肥量(Jaynes, 2011)。然而，由实测数据拟合出来的方程参数只是其真值的估计值，所以，由方程获得的最佳施肥量也会有一定的偏差。这主要是因为二次回归方程最重要的特点是其图形就极值(最大产量)来说是精确对称的，而这种条件在田间试验条件下难以实现，因此很多研究所估计出的最佳施肥量都会有偏差(Scharfetal., 2005; Bachmaieretal., 2012)。同样，本研究中由方程估计得到的最佳施N量与试验所得出的最佳施肥处理施N量(115 kg·hm-2a-1)间也有一定偏差。近些年来，生物统计学家们认为，在计算出最佳施肥量后，应进一步计算其置信区间(Hirschbergetal., 2004; Jaynes, 2011)。这是因为置信区间有2个辅助作用： 第一，从统计学角度来说，置信区间的宽度能较合理地表征最佳施肥量的可信度和趋真性(Hirschbergetal., 2004)，如果置信区间的宽度过大(如0～300 kg)，则由方程计算出的最佳施肥量的可信度和真实性较低； 第二，从生态学角度来说，相比估计出来的最佳施肥量，置信区间能为进一步的施肥研究和养分管理决策提供更合理的参考依据(Bachmaier, 2012)。本研究得出的最大化林分总生物量的最佳施N量的置信区间为148～236 kg·hm-2a-1，然而要形成广泛适用的毛白杨N肥管理技术还需在此基础上进一步验证，包括在不同立地条件下开展试验、设置更为合理的施N量水平和进一步缩小置信区间范围等。

目前，关于滴灌施肥频率对杨树人工林生长的研究较少。本研究结果显示，在滴灌条件下，施肥频率并未对毛白杨林分的生物量产生明显影响，在生长季内分4次和分2次施入N肥，林分产量并没有出现显著差异(表5)。有学者曾建议，采用滴灌系统进行随水施肥时，施肥可像灌溉那样以高频率施入，这种多次少量的施肥方法能协调植物生长需求与土壤养分供给间的同步性，进而促进植物生长和增加产量(Assouline, 2002)。但是，关于“肥料施用频率能否明显促进植物生长”长期以来存在争议。例如，与本研究结果相似，在常规施肥条件下，Johnson等(1988)发现一次性施入N肥和分成4次施入对北美鹅掌楸(Liriodendrontulipifera)和火炬松(Pinustaeda)的生长并未产生不同影响； Thompson等(2003) 研究发现，滴灌施肥下，当施N肥的间隔期分别为1天、1周、2周和1个月时，施N量仅对西兰花(Brassicaoleraceavar.italica)的产量产生明显影响。然而，与此不同，Bhat等(2007)通过研究不同滴灌施肥频率对槟榔(Arecacatechu)产量的作用规律发现，当施肥间隔期为10和20天时，槟榔的产量无明显变化，但是当施肥间隔期增加至30天时，其产量却显著低于前2种试验处理。而且，也有研究发现，提高施肥频率主要是促进植物对N的吸收，进而显著提高植物产量(Silberetal., 2003)。上述研究结果的差异可能是因物种、土壤或气候条件的不同而造成，例如，当土壤质地较细时(壤质沙土)，作物通常对滴灌施肥频率不敏感，但当土壤质地较粗时，作物则常受到滴灌施肥频率的明显影响(Thompsonetal., 2003)。

3.3 施N量和施N频率对林分N吸收量的影响

Heilman等(1998)综述了杨树林分的养分循环规律与施肥管理，发现4年生杨树N素吸收量为95～240 kg·hm-2a-1。Coleman等(2004)的研究结果显示，在不进行任何施肥的条件下，美洲黑杨林分的N素吸收量约为42 kg·hm-2a-1，而对于施肥处理下的林分，其N素吸收量可增加到80 kg·hm-2a-1。与这些研究结果相似，本研究滴灌施肥处理下4，5年生毛白杨林分的N吸收量平均为84.5和95.9 kg·hm-2a-1，最高分别可达118.8和122.0 kg·hm-2a-1。然而，自然生长条件下(CK)，3，4，5年生毛白杨人工林林地土壤供给林木生长的无机N和表观矿化N量约为60 kg·hm-2a-1(表3，图1)，土壤供N量难以满足达到高产时的N吸收量。这也进一步证明对毛白杨人工林实施N肥管理的必要性。此外，本文研究结果也表明，现有的传统施N量(350 kg·hm-2a-1)远远高于毛白杨林分对N素的年均吸收量，本研究中出现的毛白杨林分的最高N吸收量仅为122 kg·hm-2a-1(图1)。

滴灌施肥频率虽然未对毛白杨林分的生物量产生明显效应，但是施N量和施N频率却均能对其N吸收产生显著影响。在较低的施N量条件下采用较高的频率(N115F4)进行滴灌施肥，能明显提高毛白杨林分的N吸收量(表4，图1)，这对于改善毛白杨营养状况、增加后续林木养分的内循环以及进一步促进林木生长有利。与本研究结果相似，Thompson等(2003)发现在滴灌条件下，施肥频率和施肥量的交互作用能对西兰花的N吸收量产生明显影响，而只有在低施N量水平下施肥频率才起作用。这些结果表明，施肥频率也是滴灌施肥的一个关键技术参数，因为其能对植物的N吸收产生明显影响。此外，有研究发现，当施肥量从87 kg·hm-2a-1增加至393 kg·hm-2a-1时，其养分流失比例会从8%增加至48%(Dasbergetal., 1984)。因此，可以推断，N230和N345处理下毛白杨林分的N吸收量之所以低于N115处理，可能是因为施肥量增加时林地出现更多的养分流失。

4 结论

自然条件下，毛白杨林地土壤的N素供给能力(无机N和表观矿化N)远不能满足其最优生长的养分需求，因此对毛白杨林分实施N肥管理极为必要。通过滴灌施肥能明显提高毛白杨林分的生物量积累和N吸收量，但是较高的传统施肥量(350 kg·hm-2a-1)并不能带来产量增益。施N频率对毛白杨林分生物量的积累没有明显作用，但是较高的施N频率能够提高林分的N吸收量。利用生物量与施N量之间的回归模型，得到试验条件下能使毛白杨林分总生物量最大化的最佳施N量为192 kg·hm-2a-1，其90%的置信区间为148～236 kg·hm-2a-1，建议在实际应用中每年分4次将N肥施入土壤。

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(责任编辑 王艳娜 郭广荣)

Effects of Nitrogen Application Rate and Frequency on Biomass Accumulation and Nitrogen Uptake ofPopulustomentosaunder Drip Fertigation

Xi Benye Wang Ye Jia Liming

(Key Laboratory of Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University Beijing 100083)

【Objective】This study aimed to provide recommendations for N fertilizer management ofPopulustomentosaunder drip fertigation. 【Method】 A field experiment was conducted in 2010-2012 (stand age of 3-5 years) to investigate the effects of nitrogen rate (NR) and application frequency (NF) on biomass accumulation and N uptake ofP.tomentosa(clone B301) in a fast-growing pulp plantation. The experiment included six N fertigation treatments, which were a factorial combinations of three NR (115(N115), 230(N230) and 345(N345) kg·hm-2a-1) and two NF (two (F2) or four (F4) times per year). A control treatment (0 N with irrigation, CK) was also included in the experiment. Diameter at breast height, height, biomass, N uptake and soil N were measured periodically during the experiment. 【Result】 Under natural condition (ambient environment), the soil N supply capacity (includes apparent N mineralization (23-42 kg·hm-2a-1in theP.tomentosaplantation of age 3-5) and soil inorganic N) could not provideP.tomentosawith adequate nutrient for optimal growth. The amount of apparent N mineralization was 23-42 kg·hm-2a-1in the plantation of age 3-5. The trees in CK incorporated nearly 60 kg·hm-2a-1from soil N sources, which could not maintain a high level of yield ofP.tomentosaplantation. N fertigation showed a positive effect on tree growth, and especially trees under the N115F4treatment had the highest growth rate. Total biomass (TM) in the N115F4treatment reached 33.9 and 45.5 t·hm-2in 2011 and 2012, respectively, which were 42% and 49% significantly higher than that in CK (P< 0.05), respectively. Variance in NR could significantly affect the TM of stand. In 2011, the TM under N115was significantly higher than that under N230and N345(P<0.05), while in 2012 it was significantly higher than N345(P<0.05) and not significantly higher than N230(P>0.05). NF showed almost no effect on biomass accumulation, but higher NF (F4) resulted in significantly higher average annual N uptake (P<0.05). The relationship between total biomass and NR could be well fitted (P<0.01,R2=0.482) with the quadratic regression equation. The optimal NR calculated from the equation was 192 kg·hm-2a-1, and its 90% confidence interval was 148-236 kg·hm-2a-1. 【Conclusion】 To sum up, under drip fertigation, the traditional NR (N345) inP.tomentosaplantation did not bring biomass yield benefits, and adopting drip fertigation technique could decrease the fertilizer application rate relative to the traditional fertilization technique. NF had no effect on biomass, but higher NF could be applied to increase N uptake. Thus, when apply N fertigation to 3-5 years oldP.tomentosaplantation under drip irrigation, the recommended NR is 192 kg·hm-2a-1, which should be applied in four times within a year.

fertigation;Populustomentosa; biomass; N uptake

10.11707/j.1001-7488.20170508

2016-03-14；

2016-05-25。

“十二五”国家科技支撑计划资助(2015BAD09B02)； 国家自然科学基金项目(31400532;31670625)； 中央高校基本科研业务费专项资金项目(BLX2013018)。

S753.53

A

1001-7488(2017)05-0063-11

* 贾黎明为通讯作者。