闽北马尾松二代种子园土壤营养诊断研究

陈元镇，陈 杰，李宝福

（1.福建林业职业技术学院，福建 南平 353000；2.福建省建阳范桥国有林场，福建 建阳 354200；3.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012）

林木营养诊断包括土壤和树体营养诊断，是利用生物或化学测定方法对土壤、植物体的营养元素的含量盈亏状况、元素间的相互关系以及对植物产量或质量的影响进行分析判断，从而指导植物合理施肥、缺素矫正的一种营养调控技术[1-2]。有关用材林、经济林的营养诊断已有较多的文献报道[3-6]，但有关马尾松Pinus massoniana种子园的营养诊断研究起步较晚，相对比较薄弱。

从20世纪80年代以来，广东、广西、福建、江西等省在马尾松种子园的建园、经营管理和育种材料方面进行了大量的试验研究，并取得了突出成果[7-10]，但在马尾松种子园配方施肥方面仍然很薄弱，有关马尾松种子园的土壤特点、营养诊断方面的研究除了本项目研究成员潘琼蓉[11-12]、陆梅等[13-14]相关研究成果外少见报道，生产上马尾松种子园的施肥长期停留在经验和以NPK 复合肥为主的局面[15]，影响着种子园的产量和质量。为了精准提高马尾松种子园的营养管理水平，促进高产、稳产，项目从2011年开始开展马尾松种子园土壤、树体营养诊断研究并取得结果，随后陆续发表了马尾松一代种子园的相关科技文章，但二代种子园的相关研究结果申请发明专利[16]而未能及时刊发，限于母树年龄增长、树型变化以及经营管理措施等影响，之前的研究结果可能与现实有偏差，为此2018年再次对二代种子园进行土壤和球果产量的调查测定、分析探讨，揭示影响马尾松二代种子园球果产量的主导土壤因子及养分因子作用规律，并通过营养诊断初步制定配方施肥的配比和施肥量，为优质、高产、稳产的马尾松二代种子园的养分管理提供科学理论依据和实践参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

研究的马尾松二代种子园为邵武卫闽国有林场的马尾松良种基地，地处闽北山区（117°38′E，27°08′N），属武夷山脉延伸支脉的中低山。该区中亚热带气候特征明显，温度高雨量足，年平均温度17.7℃，年降水量1 500～2 100 mm，降雨大多集中在3—9月份，年平均有雾日117.6 d，年蒸发量1 283 mm。种子园土壤为山地红壤，土壤酸性较强，土层厚度多超过1 m，腐殖质层厚度平均在2～4 cm 之间，立地条件较好。

该马尾松二代种子园面积共34 hm2，设8 个大区42 个小区,含114 个无性系，定植密度225株/hm2，母树株行距为6 m×7 m。经营管理措施：每年进行2 次的带面全锄、带间劈草或化学除草、施肥（每年3—4月份在树体基部两侧每株施500 g复合肥或1 500～2 000 g 农家肥鸡粪）、病虫害防治（定时喷雾白僵菌、甲基托布津等药剂）等抚育管理，并适时截顶，剪除病枝徒长枝、拉枝定型等树体管理措施，种子园母树生长旺盛，树体冠幅大，矮化控制好，但种子园产量较低。

1.2 方 法

1）土壤调查取样与测定。2018年10月，根据种子园的分布情况，选择在不同地形、坡位、坡度的母树，确定代表性样点20 个，距离树体基干约1 m 处设置剖面采集土样，每个样点全层采集0～40 cm 深度的土样500 g，混合均匀。风干土样，去除根茎及碎石杂物，研磨后过2.5 mm 土壤筛，装瓶备用。按照森林土壤养分测定的国家标准[17]测定种子园土壤的水解氮、速效磷、速效钾、速效钙、速效镁、有效硼、有效钼等速效养分含量。

2）球果产量的测定。选定土样采集点对应的目的母树，在母树树冠东西南北4 个方向采集球果15粒，测定母树球果单粒质量，并测定其含水量，求算球果产量。

3）数据处理。根据种子园各养分含量测定结果及母树球果产量调查数据，对调查测定数据进行整理分析和统计处理，探寻种子园土壤养分与母树球果产量的相关性，建立回归模型，进一步研究影响母树球果产量的主导因子及各营养元素间的交互规律，通过求偏导数确定主要营养元素的最适宜浓度。建立的二次多项式回归方程[12,18]为：

式（1）中：y为因变量，x为自变量，b0为常数项，bi为一次项系数，bii为二次项系数，bij为交互项系数。

4）建议施肥量的计算。根据测土配方施肥的养分平衡理论，通过需要施肥的种子园土壤养分测定结果与土壤最适养分含量的对比计算，得到营养元素的施用量，公式[12,18]如下：

2 结果与分析

2.1 马尾松二代种子园土壤养分间的相关性及其对球果产量的效应

通过对马尾松开花结实有较大影响作用的N、P、K、Ca、Mg、B、Mo 等7 种主要土壤速效养分[22]含量的测定，并调查求算相应母树的球果产量，具体结果见表1。

根据调查测定的相关数据，以单株球果产量为因变量（Y），以N（X1）、P（X2）、K（X3）、Ca（X4）、Mg（X5）、B（X6）、Mo（X7）为自变量，采用多项式回归统计方法，建立二次多项式回归方程（剔除不显著项）：

以自变量F≤F0.1（Fα=F0.1）为取舍标准，显著性标准为F≥F0.1，将效应显著性程度P大于0.1 的因子予以剔除，拟合多项式回归方程，R=0.983 6**，F=57.515 3**，F＞F0.1(7,12)=2.28 显著水平P=0.000 03，剩余标准差S=18.811 6。根据最小平方法（最小二乘法），当显著性水平α=0.05（自由度f=19）时，回归估计精度1-（t0.05×S）/Y为72.90%；当显著性水平α=0.1 时，回归估计精度1-（t0.1×S）/Y为62.91%。表明拟合的回归方程能比较准确地反映试验地马尾松母树球果产量与园地土壤速效养分的效应关系。各主导因子及其相关参数见表2。

表1 马尾松二代种子园土壤养分含量和母树球果产量测定结果Table 1 Content of soil nutrient of 2nd-generation seed orchard of Pinus massoniana and yield of the cones of the seed trees

表2 各主导因素回归相关参数Table 2 Correlation parameter of regression of each dominant factor

比对各主要因子的效应t值及其显著水平大小（表2），发现土壤中N、Mg、Mo 元素以及N-Ca、N-B、P-K、P-Ca、K-Mg、K-B、B-Mo 等营养元素的交互效应是影响球果产量的主导因子。单一元素效应方面，土壤中N、Mg、Mo 的有效含量是影响马尾松种子园产量的主导营养元素，对母树球果产量的贡献率大，影响程度大小为中N＞Mo＞Mg。元素间交互效应方面，P-K、N-B、N-Ca、K-Mg 等营养元素之间的交互效应显著，能明显促进球果产量；而K-B、B-Mo、P-Ca 的交互作用对球果有负增产作用，即负相关效应。各元素间互作效应大小依次为P-K＞N-B＞K-B＞B-Mo＞P-Ca＞N-Ca＞K-Mg。其它营养元素之间的互作效应对马尾松母株球果产量的影响作用则不明显。

表3显示，各种养分之间的相关性表现为：N 与P、K、Ca 以及Mo 与K、Ca、Mg 存在拮抗关系（即负相关关系），而其它各营养元素之间呈协同关系（正相关关系）。对不同的植物品种，在生长发育过程中起主导作用的营养元素及其交互效应可能不同，甚至可能存在很大的差别。同时，在对氮和钙的相关性研究中，发现N-Ca 的交互作用能提高球果产量，但氮、钙两元素间却呈现拮抗关系，而K-B、B-Mo、P-Ca 的交互作用对球果产量存在负增产效应，但元素之间却呈现协同关系。该现象说明，呈现协同关系的土壤养分之间，其交互作用可能表现为负增产效应；而存在拮抗关系的营养元素之间，其交互作用却可能具有增产效应。生产实践中，配方施肥的关键是要根据土壤养分间的关系及其相互作用规律，合理调配各种养分间的比例及最佳施肥量。

2.2 马尾松二代种子园土壤营养诊断

2.2.1 马尾松二代种子园土壤最适养分浓度的确定

表3 土壤养分间的相关性Table 3 Correlations of soil nutrients

表4 理论最高产量时土壤各养分最适浓度Table 4 Optimal concentration of the soil nutrients at the oretical maximum yield

在实际生产中，各种植物生长发育的最适养分浓度是在一定区间范围之间的。根据马尾松种子园中土壤养分含量和母树球果产量测定结果（表1）得到的各速效养分的标准差，由X±S可得最适养分浓度范围，可以作为种子园土壤营养诊断的标准，具体指标见表5。有研究表明，林地通过科学合理施肥，实际产量可以达到理论产量的70%～80%[9]。但本试验测定得到的种子园球果平均产量仅为145.13 g·株-1，而理论值可达1 036.54 g·株-1，实际产量仅为理论目标产量的14%左右。这说明通过土壤营养诊断，在马尾松种子园的经营管理中，实施平衡施肥对提高种子园球果产量具有巨大的潜力。

表5 土壤各养分元素最适浓度范围（土壤营养诊断标准）Table 5 Optimal concentration range of the soil nutrient element (Criterion of soil nutrition diagnosis) (mg·kg-1)

2.2.2 马尾松二代种子园土壤养分评价

以种子园土壤各营养元素最适浓度为标准，把最适浓度范围定为中等水平，养分含量超过最适浓度上限值定为高水平，养分含量不足最适浓度下限值定为低水平，通过对表1中种子园土壤所测得的各种养分含量进行整理统计，以此来评价种子园土壤养分的盈亏状况。从整理统计结果（表6）可以看出，种子园土壤氮和硼的有效含量大多在中、高水平，土壤供应能力比较强；镁的有效含量属于中等水平；钙的有效含量多处于中低水平；而磷、钾和钼等养分的有效含量比较低，养分处于缺乏状态。

表6 种子园土壤养分含量分布状况Table 6 Soil nutrients distribution of seed orchard

2.3 马尾松二代种子园测土配方施肥量的估算

马尾松种子园树体施肥一般在离树干基部1 m见方，施肥深度一般在根系集中分布区，约40 cm左右深。该种子园0～40 cm 范围的土壤密度平均值为1.18 g·cm-3，根据土壤密度数值可计算出面积为1 m2、厚度40 cm 土层的土壤重量（土壤重量=土壤体积×土壤密度）。肥料利用率受区域气候、立地、土壤特性、耕耘措施、树种以及肥料种类等多因素的影响，目前很难找到完整的可完全适用某个地域某个树种的肥料利用率，因此暂以中国农业大学21世纪全国农业网肥料利用率监测数据以及相关文献报道的相关肥料利用率来进行估算，我国南方酸性土壤中，钾肥、钙肥、镁肥的利用率分别为30%、20%和20%，氮肥利用率为30%，磷肥（P2O5）利用率约2%，微量元素钼、硼利用率均在10%左右[12,18-20]。以马尾松二代种子园土壤养分最适含量作为养分标准量，实际土壤养分含量利用表（1）中土壤养分平均值，通过计算，可求得马尾松二代种子园单株母树（1 m2面积40 cm 深度）的建议配方施肥量，具体结果见表7。

从表2～3 统计结果可以得知，氮、镁营养是影响种子园球果产量的主导因子，且氮与钙、硼，镁与钾之间的互作效应明显，但生产实际中种子园土壤氮、镁的有效含量比较高，大多供应充足，施氮、镁过量对种子园产量可能有抑制作用，因此，种子园应尽量少施（氮每株不超过18.5 g，镁每株不超过18 g）或不施氮、镁肥。土壤中磷、钾单因素并非影响母树球果产量的主导元素，但它们与大部分养分之间存在明显的互作效应，从而对种子园球果产量产生较大影响。闽北地区马尾松二代种子园土壤速效磷和速效钾含量严重不足，因此，适量施用磷、钾肥能够协调其它元素间的平衡关系，进而达到增加产量的效果。而硼元素与氮、钾、钼等元素之间的交互作用也对种子园球果产量起主导作用，但马尾松种子园土壤有效硼含量属于中高水平，短期可不施硼肥。研究结果也说明，在马尾松种子园的经营管理过程中，不同土壤养分之间存在相互作用规律，合理调配土壤营养元素之间的比例关系和最适施肥量，是提高种子园球果产量的关键技术，本研究初步得出建议施肥配比为：P2O5∶K2O∶CaO∶Mo=1∶10∶2∶0.03，每株母树施P2O517.23～47.44 g，K2O 90.62～240.78 g，CaO 2.88～73.40 g，Mo 0.42～1.56 g。

表7 闽北马尾松二代种子园各营养元素的建议施肥量Table 7 Optimum fertilizer rate of the 2nd-generation seed orchard of Pinus massoniana in the north of Fujian province(g·株-1)

3 结论与讨论

3.1 结 论

1）本研究在对马尾松二代种子园土壤主要养分效应的统计分析发现，土壤中氮、镁、钼元素以及N-Ca、N-B、P-K、P-Ca、K-Mg、K-B、B-Mo等营养元素的交互效应是影响马尾松母树球果产量的主导因子。单一元素方面，土壤中氮、镁、钼的有效含量是影响马尾松二代种子园产量的主导营养元素，对母树球果产量的贡献率较大，影响程度最大的是氮，其次为钼，镁的贡献率最小。元素间交互效应方面，P-K、N-B、N-Ca、K-Mg等营养元素之间具有明显的交互效应，对种子园母树球果产量有显著的增产作用；但是K-B、B-Mo、P-Ca 的交互作用存在负相关效应，对母树球果产量有负增产效应。

2）闽北马尾松二代种子园土壤养分的最适含量区间范围为：水解氮78.92～108.28 mg·kg-1，有效磷（P2O5）3.66～4.94 mg·kg-1，速效钾（K2O）185.41～280.85 mg·kg-1，交 换 性 钙27.23～57.11 mg·kg-1，交换性镁7.66～18.08 mg·kg-1，有效硼0.20～0.48 mg·kg-1，有效钼0.46～0.70 mg·kg-1。马尾松二代种子园现实土壤中氮和硼的有效含量属于中至高水平，土壤供应比较充足；镁的有效含量属于中等水平；钙的有效含量处于中或低水平；而磷、钾、钼等养分的有效浓度偏低，营养比较缺乏。通过母树产量的调查测定，发现产量的高低与种子园大多数土壤养分的最适浓度具有良好的相关性。本试验的研究结果对闽北地区马尾松种子园的合理施肥具有指导意义，通过营养诊断实施配方施肥有望提高马尾松母树球果的产量和种子品质，和陈海艳等[18]、刘正渭[21]在种子园配方施肥的结论是一致的。闽北马尾松二代种子园建议施肥方案为：按P2O5∶K2O∶CaO∶Mo=1∶10∶2∶0.03的比例，每株母树分别施P2O517.23～47.44 g，K2O 90.62～240.78 g，CaO 2.88～73.40 g，Mo0.42～1.56 g。

3.2 讨 论

1）在土壤养分效应的试验分析中发现，氮、镁营养是影响种子园球果产量的主导因子，且氮与钙、硼，镁与钾之间的互作效应明显，但生产实际中种子园土壤氮、镁的含量比较高，大多供应充足，氮、镁施用过量对种子园产量有抑制作用，因此，种子园应尽量少施氮、镁肥。而磷、钾等元素并非影响种子园产量的主导因子，但两者与其它营养元素之间的互作效应对球果产量有明显的影响。这与潘琼蓉[12]、陆梅等[13]对马尾松种子园施肥试验的结果相吻合。测定结果中，闽北地区马尾松种子园土壤磷钾养分严重不足，磷钾肥的补充是非常必要的，但生产上马尾松种子园普遍施用固定比例的氮磷钾复合肥，这在闽北地区马尾松二代种子园经营管理中不是合理的措施。

2）由于肥料利用率受区域气候、立地、土壤特性、耕耘措施、树种以及肥料种类等多因素的影响，文中暂以相关文献报道的肥料利用率来进行估算，所得出的建议配方施肥方案还有待开展田间施肥试验以及肥料利用率研究来进一步完善。本研究仅用母树球果产量作为种子园性状指标来评价土壤养分盈亏状况，限于条件限制，有关球果出仔率、种子饱满度、发芽率等质量指标还有待纳入进行多性状综合评价，笔者将做进一步的调查研究。

3）目前马尾松二代种子园的营养不良直接导致了球果的实际产量不到理论目标产量的15%，随着马尾松种子园树体的逐渐老化，种子园产量和质量除了受遗传控制外，还受区域气候环境、立地条件、树体年龄与冠型、经营管理水平等的影响，加上山地土壤具有很强的异质性以及人为土壤取样、测定分析所带来的误差，单从土壤角度来进行配方施肥很难做到绝对精准[14]。本研究结果只能作为评价种子园土壤盈亏状况、供肥特性以及开展配方施肥试验和短期内对种子园进行施肥的参考。要得到比较合理的种子园配方施肥方案，尚需开展多元素配方施肥定位试验，并结合树体营养诊断，利用多年的定位观测来完善。