不同施肥措施对杨树幼苗根际土壤微环境特征的影响

杨学波，付瑞彪，杨云斐，侯 宁，井大炜



不同施肥措施对杨树幼苗根际土壤微环境特征的影响

杨学波，付瑞彪，杨云斐，侯 宁，井大炜*

(德州学院 资源环境与规划学院, 山东 德州 253023)

为探讨牛粪与尿素配施对杨树幼苗根际微域的作用效果，为土壤的培肥与杨树生产的可持续发展提供理论依据。通过盆栽试验，研究CK(不施肥)、CF(单施化肥)、CM(牛粪)与CM+CF(牛粪与尿素各提供50%的氮)等处理对鲁林1号杨树幼苗根际土壤微生态环境特征的影响。结果表明：CM+CF处理较CF处理能明显提高根际土壤中根系分泌物含量，其中有机酸含量、氨基酸总量和总糖含量分别高出51.49%、34.13%和30.19%。不同施肥处理对根际土壤的理化性状具有明显影响，CM+CF处理降低了根际土壤pH值，提高了根际土壤的值、阳离子代换能力与饱和持水量。同时，该处理亦明显增加了根际土壤中碱解氮、速效磷与速效钾含量，分别较CF处理提高49.82%、53.87%和45.43%。此外，CM+CF处理显著增加了根际土壤中腐殖酸与胡敏酸含量，并显著提高了胡/富比，其中胡敏酸含量较CK、CF与CM处理分别提高50.47%、43.75%和12.59%。综上，牛粪配施尿素能更有效地改善杨树幼苗根际区域的微生态环境，从而更利于杨树幼苗的生长发育。

鲁林1号杨；牛粪；根系分泌物；理化性质；腐殖质组成

杨树()是中国速生丰产林工程的重要造林树种[1-2]。但目前由于施肥措施不当，在人工林经营中已出现了林地土壤环境持续恶化与林地生产力日益下降的现象[3]，亟需科学高效的培肥技术来提升林地肥力。可见，传统施肥方式的改变刻不容缓。

有机肥具有丰富的营养成分，对土壤理化性状有明显的改善作用[4]，并能缓慢释放养分，与普通化肥相比具有更长的肥效期及更高的养分利用效率[3,5]。因此，化肥与有机肥配合施用是多年来诸多学者密切关注的焦点。牛粪仅次于猪粪资源，是一种十分丰富的有机肥源[6]。近年来，众多学者关于牛粪对玉米[6]、水稻[7]、大豆[8]、小麦[9]等农作物的影响研究做了大量工作，并获得了比较显著的增产效应，但是针对林木的应用研究报道则较少，尤其关于牛粪对杨树根际土壤腐殖质组成的研究还未见报道。

林木根际主要由林木根系-土壤-微生物组成[10-11]，并与原土体有显著差异。而腐殖质是土壤有机质的核心组成部分，既可以作为营养元素的“库”，还能影响土壤中的矿物元素等，其含量高低是评估土壤肥力水平的重要参考依据之一[12]。基于此，本试验把已经腐熟好的牛粪作为试验材料，开展了牛粪配施尿素对杨树苗根际土壤微环境特征的探索研究，旨在为筛选适宜的施肥方案，更好地改善杨树根际的微域环境条件，进而为杨树人工林生产的可持续发展提供必要的技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验地点设置在德州市农科院的试验大棚，供试土壤为潮土，土壤碱解氮32.98 mg/kg，速效磷28.42 mg/kg，速效钾85.96 mg/kg，有机质含量12.02 g/kg。所用牛粪是采自临近的养殖场，并已腐熟发酵与风干后才进行施用，其基本理化性质如下：含水量21.89%，有机质116.32 g/kg，全氮7.86 g/kg，全磷5.61 g/kg，全钾3.39 g/kg。所用化肥为尿素、过磷酸钙和氯化钾。杨树扦插苗品种为鲁林1号杨(‘Lulin-1’)，接穗长15~16 cm，茎粗2 cm，质量为24~26 g，每盆扦插2棵。

1.2 试验设计

采用盆栽试验，随机区组设计，共设置4个处理：（1）CK：不施肥；（2）CF：单施化肥；（3）CM：牛粪；（4）CM+CF：牛粪和尿素分别提供一半的氮。每个处理12盆，共计48盆。除CK以外，其他各处理的养分量均保持一致，N、P与K含量分别为3.62，1.98，3.88 g，各处理N、P、K不足部分分别用尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)、氯化钾(含K2O 60%)补足。试验所用盆是从市场购买的圆柱形塑料盆，具体规格为：外口直径 34 cm、内口直径29 cm、高度23 cm、底部直径19 cm。在2017年4月9日进行盆栽试验时，将土壤与肥料充分混合后装入盆，每盆的装土量为10.3 kg。

1.3 取样与分析测定方法

2017年10月22日从每个处理中选取有代表性的6盆，在土壤含水量适中(19%)时运用剥落分离法[13]采集根际土，风干后过1 mm筛供土壤理化性状的测定与分析。根系分泌物中的有机酸含量、总糖含量及氨基酸含量分别运用液相色谱仪、蒽酮比色法及甲醛滴定法进行测定[14]。EC、pH、阳离子交换量(CEC)与饱和持水量的测定分别采用电导法、电位法、NH4OAc法与环刀法；全氮、速效钾、速效磷与碱解氮含量的分析测定分别采用凯氏定氮法、NH4OAc浸提-火焰光度法、NaHCO3浸提-钼锑抗比色法与碱解扩散法；交换性钙、交换性镁含量运用原子吸收分光光度法测定[15]。腐殖质各组分采用焦磷酸钠-氢氧化钠提取与重铬酸钾氧化容量法进行测定[16]。

1.4 统计方法

采用Excel 2017处理数据并制图，运用SAS软件进行方差分析与多重比较（LSD法，<0.05）。

2 结果与分析

2.1 根系分泌物

从表1可知，CM+CF处理的有机酸总量、总糖含量与氨基酸总量均达到最高值，并与其他处理差异达显著水平，分别较CF处理高出51.49%、34.13%和30.19%。同CF处理相比，CM处理的有机酸含量与氨基酸含量显著升高，而总糖含量则变化较小。CF处理比CK显著提升了总糖与氨基酸含量，而对有机酸总量的影响效果不明显。数据分析显示，不同施肥措施对根系分泌物含量起到了至关重要的作用，其中牛粪配施尿素处理可显著促使杨树苗根系分泌物含量的增多。

表1 杨树苗根系分泌物含量对牛粪配施尿素的响应

表中数据为“平均值±标准差”，同列不同小写字母表示处理间差异显著（<0.05）。下同

2.2 根际土壤理化性质

从表2可知，CM+CF处理的pH值为最低，相比CK、CF与CM处理分别降低0.34、0.29和0.16个单位，其中CF处理与CK差异不显著，但明显高于CM与CM+CF处理。各处理的EC值由大到小排序为：CM+CF、CM、CF和CK，且各处理之间差异均达显著水平。同时可见，CM+CF与CM处理的CEC无显著性差异，但明显高于CK与CF处理，这说明施入牛粪对杨树苗根际土壤的保肥性具有一定增强效应。此外，从表2还可知，CM+CF处理的饱和持水量达最大值，且显著高于其他处理，分别比CK、CF与CM处理高出22.35%、19.20%和11.34%。

表2 杨树苗根际土壤理化性质对牛粪配施尿素的响应

2.3 根际土壤养分

从表3可知，各施肥处理相比CK能显著增加杨树幼苗根际土壤的全N含量，但3个施肥处理之间的差异不明显，这表明不同施肥措施在较短时间内对土壤全氮的影响并无显著区别。CM+CF处理的碱解氮、速效钾及速效磷含量均最高，并与其他处理差异达显著水平，分别较CF处理显著高出49.82%、53.87%与45.43%；依次为CM处理，亦明显高于CK与CF处理。由表3还可得出，同CK相比，各个施肥措施对交换性Ca含量的影响较小，而对交换性Mg含量则有显著提高效应，其中CM+CF处理的交换性Mg含量最高，并显著高于其他处理。以上分析得出，牛粪与尿素配施更有助于提高杨树苗根际土壤的养分含量。

表3 杨树苗根际土壤养分对牛粪配施尿素的响应

2.4 根际土壤腐殖质组成

从表4可见，CM处理的胡敏素碳明显高于其他处理，而腐殖酸碳与CM+CF处理差异不显著，但仍显著高于CK与CF处理。同时，CM+CF、CM处理相比CK能显著降低胡敏素碳与腐殖酸碳的比值，其中CM+CF处理明显低于CM处理。由表4还可知，CM+CF与CM处理能显著促进胡敏酸碳与富里酸碳的提高，其中CM+CF处理的胡敏酸碳明显高于其他处理，分别比CK、CF与CM处理显著高出50.47%、43.75%和12.59%。此外，CM+CF处理的HA/FA比值最大，分别较CK、CF和VC处理明显提高20.57%、20.38%和13.28%，而其他处理间差异均不显著。数据分析认为，牛粪配施尿素比单施化肥能降低胡敏素碳与腐殖酸碳的比值，并提高腐殖酸碳与胡敏酸碳，同时还可以显著提高HA/FA比值。

表4 杨树苗根际土壤腐殖质组成对牛粪配施尿素的响应

3 结论与讨论

本试验研究中，牛粪的施用对杨树幼苗根际土壤理化性状产生了明显的改善效应。首先是牛粪处理使杨树苗根际土壤的pH值显著降低。植物根系具有较强的合成功能，可以合成植物碱、维生素与氨基酸等[17]，能在植物整个生长期间进行较活跃的代谢作用，并持续不断地向根外分泌无机或有机物质，即根系分泌物[18]。施入牛粪对杨树苗根系分泌物中有机酸含量具有显著的提升作用，分析其可能是牛粪促使根际土壤pH值下降的机制之一。同时，牛粪处理较对照和单施化肥能明显提高根际土壤中速效磷与速效钾含量，究其原因可能与土壤pH值的下降有关联，有助于促进磷与钾的溶解[18]。有诸多学者研究发现[12]，pH值下降能显著减弱胡敏酸的固持能力，这亦或是提升土壤养分离子有效性的机制之一。而且元素有效性的提高有利于增加养分离子浓度，进而导致杨树苗根际土壤中EC值的升高。此外，施用牛粪亦显著增加了胡敏酸含量，而胡敏酸是一种可变电荷有机胶体，富含多种功能团且反应活性较强[16]，胡敏酸含量的提升是增强根际土壤阳离子代换能力的重要机制之一。

有研究[12]发现，有机肥配施无机肥能明显促进土壤中胡敏酸与富里酸含量的提升，并使胡/富比显著升高。本研究认为，与单施化肥相比，施用牛粪可以显著提升杨树苗根际土壤中腐殖酸、胡敏酸含量与胡/富比。这与徐宪斌[19]关于玉米根际土壤的研究结果相类似。究其原因可能与施入牛粪能明显提高根系分泌物含量有一定关联，同时部分根系的腐解及脱落亦可能会改变土壤的腐殖质组成。以上分析得出，牛粪的施入可以加速土壤有机质的腐殖化，进而有助于形成较大的团聚体，这对于吸附、贮存及释放水分养分起着十分重要的调控效应[12,20]。

此外，本试验还发现，牛粪与尿素配施较单施牛粪对杨树苗根际土壤微生态环境的改善效果更佳，其原因可能是因为尿素的施用不但能对土壤中氮的消耗起到补充作用，还对土壤C/N比有较好的调节效应，这有利于加速土壤微生物的繁殖且提升微生物活性，进而有助于根际土壤理化性状的显著改善与杨树苗根系的良好生长。同时，CM与CM+CF处理的杨树苗成活率均为100%，CK与CF处理的成活率为95.8%；在收获期时，CM+CF处理的杨树苗地径、株高分别为14.58 mm、201.95 cm，并显著高于其他处理。

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Effects of Different Fertilization Measures on Micro-environment Characteristics in Rhizosphere Soil of‘’ Seedlings

YANG Xue-bo, FU Rui-biao, YANG Yun-fei, HOU Ning, JING Da-wei*

(College of Resources Environment and Planning, Dezhou University, Dezhou, Shandong 253023, China)

To explore effects of cattle manure co-applied urea on micro-zone characteristics in the rhizosphere soil ofseedlings, and to provide theoretical basis for the fertilization of soil and sustainable production of poplar, this study was done. A pot experiment, including four treatments, i.e. CK (neither urea nor cattle manure was applied), CF (100% of nitrogen was provided by urea), CM (100% of nitrogen was provided by cattle manure), and CM+CF(50% and 50% of nitrogen was provided by cattle manure and urea, respectively), was conducted to evaluate the effects of cattle manure co-applied with inorganic fertilizer on the ecological environment characteristics of poplar seedlings’rhizosphere soil. In comparison with CF treatment, CM+CF treatment significantly increased total amino acids, total organic acids and total sugars in the root exudates by 51.49%, 34.13% and 30.19%, respectively. Different fertilization had great different effect on soil physicochemical properties. CM+CF treatment significantly decreased the pH, and increased its electric cation, cation exchange capacity and saturation moisture capacity in the rhizosphere soil. In the meantime, CM+CF treatment also increased the contents of alkali-hydrolyzale nitrogen, available phosphorus and available potassium by 49.82%, 53.87% and 45.43%, respectively. Additionally, CM+CF treatment significantly increased the contents of soil humus acid and humic acid, and correspondingly the ratio of humic acid to fulvic acid increased, of which the humic acid content increased by 50.47%, 43.75% and 12.59% compared with those in the treatments of CK, CF and CM, respectively. As a result, cattle manure co-applied urea could be beneficial to improve the micro-ecological environment, which was helpful for the growth of poplar seedlings.

‘’; cattle manure; root exudate; physicochemical properties; humus composition

S157.4+1；S792.11

A

2095-3704（2018）03-0198-05

2018-07-17

德州学院大学生研究训练计划项目

杨学波(1996—)，男，本科，主要从事地理科学研究，dlxyangxb@163.com；

井大炜，副教授，博士，jingdawei009@163.com。

杨学波, 付瑞彪, 杨云斐, 等. 不同施肥措施对杨树幼苗根际土壤微环境特征的影响[J]. 生物灾害科学, 2018, 41(3): 198-202.

10.3969/j.issn.2095-3704.2018.03.43