红壤退化地杨梅林土壤对养分补偿的响应

江仲鹏，郑婉铮，李丽红，林 强，陈世品，冯丽贞

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002； 2.福建省水土保持试验站，福建 福州 350003)

杨梅(Myricarubra)为杨梅科(Myricaceae)杨梅属(MyricaLinn.)植物，是我国著名经济果树，在国外分布极少，原产于浙江余姚[1]。 据统计，我国现有杨梅栽培品种有305个[2]，东魁杨梅是果实体积较大的一个品种，占栽培总面积的20%。杨梅富含营养元素，具有药用保健价值，据研究发现，杨梅汁有很强的清除人体内氧自由基的能力，并且果实内多酚物质对人体造血组织具有保护作用[3]。近几年，随着杨梅市场的发展，杨梅种植规模逐渐扩大，社会对于杨梅林产量及品质的要求日益增加。但由于杨梅一直以来都是以粗放的传统方式种植，没有科学有效的给予土壤养分补偿，从而出现杨梅果树座果率低、产量少、大小年结果严重和品质低劣等问题[4]。有研究表明，土壤养分补偿种类不同、时间不同及养分补偿方式不同，对杨梅果实品质的影响均不同[5-6]。且当杨梅林出现大小年结果现象时，若及时对杨梅林进行科学的土壤养分补偿，就能在很大程度上减少杨梅林大小年结果现象[7]。但目前对土壤养分补偿的研究多集中于普通化肥的种类和配比，如农家肥[8]、叶面肥、复合肥[9]等，虽微生物菌肥能明显地促进苹果等产量和果实品质，但在杨梅栽培研究中却鲜有报道[10]。

福建省长汀县在20世纪40年代曾是我国最严重的红壤水土流失区之一，长期水土流失导致土壤肥力低，虽然杨梅林根系发达，具有固土的作用[11]，但也改变不了杨梅产量少和品质低劣的状况。前期研究也表明，杨梅林土壤养分含量均低于杨梅树对土壤养分的需求标准[12]。有鉴于此，本文以长汀县东魁杨梅为试验材料，开展复合肥、菌肥、磷肥、菌肥+磷肥4种土壤养分补偿试验，并分析0～20、20～40 cm土层对不同土壤养分补偿方式的响应，以期为长汀县水土流失治理及当地杨梅产业开发提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验在福建省长汀县河田镇车寮村杨梅园内进行，试验地处东经116°25′、北纬25°42′，南邻广东，西接江西。属中亚热带海洋性季风气候区，年均降水量1737 mm，年均气温17.5～18.8 ℃。该地以低山、丘陵地貌为主，海拔约300～500 m。园内试验区坡向为东向，坡度40°，土壤为山地红壤，成土母岩属粗晶花岗岩，土层虽然深厚，但结构疏松，含砂量大，持水、抗蚀能力差，在土壤侵蚀发生严重的区域可见母质层和基岩层显露，是南方水土流失较为严重的土壤类型。

施肥前试验地的杨梅生产管理模式多为过去传统的栽培模式，果农凭自身经验偏施氮磷钾肥。并且由于福建省长汀县多为山地和丘陵地形，杨梅树体高大，因此多数杨梅树仍处于半野生状态。

表1 养分补偿前土壤肥力状况

1.2 试验材料

以长汀县东魁杨梅林为试验材料。杨梅林为13年生，树势强健，树木经矮化管理，树高约为2.4～3.1 m，株行距为(5.3～6.8)m×(6.4～6.9)m。养分补偿用的硫酸钾型复合肥料(N+P2O5+K2O≥45%)由史丹利化肥股份有限公司生产，菌肥由ETS(天津)生物科技发展有限公司生产(有效活菌数5000万个·g-1，有机质≥45%，N+P2O5+K2O≥6%)，磷肥是由山东阳光化肥有限公司生产的农用级“沃能牌”磷酸二氢钾(KH2PO4含量≥98%)。

1.3 土壤养分补偿方式

在杨梅园同一坡面上于同一高度选择位置并列的3个试验重复区，去除边际效应，在每个试验区内均包含从山顶至山脚方向3棵×5列共15棵树，3次重复共45棵树(数字1～45为试验杨梅树编号，见图1)。

图1 试验地设计图

土壤养分补偿方式为设置5个施肥处理(表2)，施肥时间分2次，春肥和壮果肥。春肥于2016年1月19日采用条状沟施，在每棵树东西两侧的树冠滴水线处挖4个40 cm×30 cm×30 cm的坑进行施肥再覆土；壮果肥于2016年5月10日施用，由于磷肥肥效慢，本次磷肥采用兑水向叶面喷施的方式，磷肥∶水=1∶300，其余施肥方式与施春肥相同，但施肥位置在树冠滴水线处与施春肥处错开，达到全园深翻之目的。

1.4 土壤样品采集方法

于2016年1月18日杨梅林施春肥之前和2016年6月30日杨梅采收之后，分别取1次土壤样品，2次取土方式相同。即在试验区内每棵树的东西南北对角的树冠外围滴水线至主干方向30 cm处，用土钻和土铲先移除地表的枯枝落叶及杂草，分别取0～20、20～40 cm的土壤样品，不采集施肥沟及附近土壤。土壤样品经充分混合后，用四分法留下1 kg土壤装入自封袋并封口，贴上标签标记好土壤名称、采样深度、采样日期，带回实验室备用。

表2 养分补偿方案设计 kg·株-1

1.5 土壤养分测定

将采集的土壤样品带回实验室后及时用牛皮纸摊开自然风干，待土壤中水分含量不再变化时，将土壤样品进行研磨，过2 mm和0.149 mm土筛。pH值采用LYT1239—1999森林土壤pH值的测定法测定[13]；有机质采用碳氮元素分析仪(ELEMENTAR，Vario MAX CN)测定[14]，直接测出有机碳含量(g·kg-1)；全氮采用碳氮元素分析仪(ELEMENTAR，Vario MAX CN)直接测定；全磷采用LYT1232—1999森林土壤含磷的测定中碱熔-钼锑抗比色法[15]测定；全钾采用LYT1234—1999森林土壤全钾的测定中碱熔-火焰光度法测定；速效氮采用LYT1229—1999森林土壤水解性氮的测定中碱解-扩散法[16]测定；速效磷采用LYT1233—1999森林土壤有效磷的测定中氟化铵-盐酸浸提法测定；速效钾采用LYT1236—1999森林土壤速效钾的测定中乙酸铵浸提-火焰光度计法[17]测定。

2 结果与分析

2.1 土壤pH、有机质对土壤养分补偿的响应

由表1和表3可知，土壤养分补偿前后pH值的变化。杨梅树结果后土壤pH值明显降低，即出现土壤酸化现象，并且20～40 cm土层pH值略高于0～20 cm土层。进行不同土壤养分补偿处理后，0～20 cm土层处理Ⅱ、处理Ⅲ与CK呈显著差异，处理Ⅰ、处理Ⅳ与CK差异较小。其中处理Ⅲ的pH值最高，为4.78；处理Ⅱ的pH值最低，为4.39；其它处理的pH值均有小幅度提高。20～40 cm土层处理Ⅲ的pH值为4.77，与CK呈显著差异，其它处理均不存在显著差异。因此施磷肥(处理Ⅲ)可以延缓土壤酸化。

由表3可知，0～20 cm土层有机质含量高于20～40 cm土层。在0～20 cm土层，处理Ⅱ的有机质含量最高，为9.03 g·kg-1，比CK提高14%；其次是处理Ⅲ，为8.64 g·kg-1，提高4.7%，但处理Ⅱ、处理Ⅲ均未达到显著差异；处理Ⅰ与CK达到显著差异，但有机质含量反而减少，没有达到提高有机质含量的目的。在20～40 cm土层，处理Ⅳ的有机质含量最高，为7.92 g·kg-1；其次是处理Ⅰ；处理Ⅲ的有机质含量最低。由此可见，施菌肥(处理Ⅱ)可以提高土壤中有机质含量。

表3 土壤pH、有机质对养分补偿的响应

2.2 土壤全氮及速效氮对土壤养分补偿的响应

由表4可知，0～20 cm土层的全氮含量高于20～40 cm土层，但是相差不大。在0～20 cm土层中，处理Ⅱ的全氮含量最高，为0.51 g·kg-1；在20～40 cm土层中，处理Ⅳ的全氮含量最高，为0.52 g·kg-1，且与CK呈显著性差异。由此可知，各种土壤养分补偿方式均未能提高土壤中全氮的含量。

0～20 cm土层中的速效氮含量明显高于20～40 cm土层。在0～20 cm土层中，处理Ⅱ、处理Ⅳ的速效氮最高，分别为39.94、39.58 mg·kg-1，分别比对照提高18.4%、17.3%；处理Ⅰ的土壤速效氮含量与对照无明显差异。在20～40 cm土层中，处理Ⅳ的土壤速效氮含量最高，为28.54 mg·kg-1；其次是处理Ⅰ和处理Ⅱ，处理Ⅲ的土壤速效氮含量最低。因此，土壤养分补偿可以提高土壤中速效氮的含量，其中以施菌肥(处理Ⅱ)和施菌肥+磷肥(处理Ⅳ)效果最佳。

表4 土壤全氮及速效氮对养分补偿的响应

2.3 土壤全磷及速效磷对土壤养分补偿的响应

由表5可知，处理Ⅱ的全磷含量最高，0～20、20～40 cm土层中全磷含量分别为0.26、0.22 g·kg-1，且与CK差异显著。因此，在不同土壤养分补偿方式中施菌肥(处理Ⅱ)可以提高土壤中全磷的含量。

0～20 cm土层的速效磷含量高于20～40 cm土层。处理Ⅱ对提高土壤速效磷含量效果最佳，0～20、20～40 cm土层中含量分别为50.55、29.57 mg·kg-1，分别比对照(CK)提高572.1%、465.3%，均与CK差异显著；其次是处理Ⅲ，0～20、20～40 cm土层中含量分别为24.22、9.46 mg·kg-1，其中仅在0～20 cm土层与CK差异显著；其它处理对提高土壤中速效磷含量的效果不显著。由此可见，施菌肥(处理Ⅱ)和施磷肥(处理Ⅲ)对提高土壤中速效磷含量的效果最佳。

表5 土壤全磷及速效磷对养分补偿的响应

2.4 土壤全钾及速效钾对土壤养分补偿的响应

由表6可知，全钾含量20～40 cm土层略高于0～20 cm土层。在0～20 cm土层中，处理Ⅰ、处理Ⅳ的土壤全钾含量分别为9.71、9.54 g·kg-1，而处理Ⅱ、处理Ⅲ的土壤全钾含量较低，且均不存在显著差异；在20～40 cm土层中，只有处理Ⅳ的土壤全钾含量较高，其它处理的土壤全钾含量均低于对照。

速效钾含量0～20 cm土层高于20～40 cm土层。处理Ⅳ的土壤速效钾含量最高，0～20、20～40 cm土层中含量分别为48.12、45.59 mg·kg-1，分别比对照提高63.5%、96.9%，且均与相应土层的CK差异显著；其次是处理Ⅱ，0～20、20～40 cm土层中含量分别为46.85、42.81 mg·kg-1，分别比CK高57.7%、84.8%，均与相应土层的CK差异显著，处理Ⅲ、处理Ⅰ均有小幅度提高。

表6 土壤全钾及速效钾对养分补偿的响应

2.5 主成分分析

在0～20 cm土层中，有机质、pH、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾等8个土壤养分指标具有不同的衡量标准。因此通过计算KMO和Bartlett检验可以有效地衡量8个指标之间是否具有相关性，其中KMO值在0.5以上就可以进行主成分分析，越接近1，则越适合进行主成分分析。由表7可以看出，KMO值为0.512，在Bartlett球形度检验，P值<0.001，由此可见，变量之间存在相关性，因此可以进行主成分分析。

表7 0～20 cm土层土壤肥力指标的KMO和Bartlett检验

表8 0～20 cm土层土壤肥力指标的主成分分析的特征值和方差贡献率

对其进行主成分分析[18]，可以提取3个主成分。由表8可以看出，前3个主成分累计贡献率达82.758%，表明这3个主成分涵盖了原始数据信息总量的82.758%。其中第1主成分贡献率是54.983%，第2主成分贡献率占15.175%，第3主成分贡献率占12.599%。因此以这3个主成分分析结果为新指标，得到最佳土壤养分补偿方式排序为菌肥>菌肥+磷肥>磷肥>复合肥(表9)。

表9 0～20 cm土层土壤肥力指标的各主成分、综合得分及排序

在20～40 cm土层中，通过计算KMO和Bartlett检验，由表10可以看出，KMO值为0.535，在Bartlett球形度检验，P值<0.001，由此可见，变量之间存在相关性，因此可以进行主成分分析。

对其进行主成分分析，可以提取2个主成分。由表11可以看出，前2个主成分累计贡献率达74.887%，也就是说这2个主成分涵盖了原始数据信息总量的74.887%。其中第1主成分贡献率是43.044%，第2主成分贡献率占31.843%。因此以这2个主成分为新指标，得到最佳土壤养分补偿方式排序为菌肥+磷肥>复合肥>菌肥>磷肥(表12)。

表10 20～40 cm土层土壤肥力指标的KMO和Bartlett检验

表11 20～40 cm土层土壤肥力指标的主成分分析的特征值和方差贡献率

表12 20～40 cm土层土壤肥力指标的各主成分、综合得分及排序

3 结果与讨论

土壤养分补偿可以提高土壤有机质和氮磷钾元素的含量，还能延缓土壤酸化过程[19]。杨梅林土壤养分补偿后土壤肥力测定结果表明，在土壤垂直剖面上，有机质、pH、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾的分布具有明显的规律，其含量均随土层深度的增加而显著降低，表现为0～20 cm土层>20～40 cm土层；而土壤中全钾含量的规律则相反，表现为20～40 cm土层>0～20 cm土层，这可能是因为以往杨梅林施肥多为硫酸钾型复合肥，且施肥深度在20 cm处，因此20～40 cm土层全钾含量高于0～20 cm土层。土壤中全氮和速效磷的含量可以满足杨梅树对养分的需求，但速效钾的含量偏低，会影响杨梅树的结果质量，需及时对土壤补充钾元素。通过比较两次养分补偿后土壤pH响应可知，杨梅林在结果后出现了严重的土壤酸化现象。进行不同土壤养分补偿处理后，其中施磷肥的pH值最高，为4.78，其它处理的pH值均有小幅度提高。这说明相对于其他土壤养分补偿处理方式，施磷肥可能延缓土壤酸化，其机理需进一步研究。另外，土壤中有机质和氮磷钾元素的含量在杨梅结果后显著降低，说明杨梅林结果从土壤中汲取了大量养分，试验设计的养分补偿量不能很好地满足杨梅树对养分的需求，采果后应及时对杨梅林土壤进行养分补偿，以保证杨梅树正常生长和提高下一次产量和结果品质。施菌肥可以明显提高土壤中有机质、全磷、速效氮、速效磷和速效钾的含量。有研究表明，菌肥可以将土壤中无效养分分解为有机质、速效氮、速效磷和速效钾，供作物直接吸收利用[20]。王旭辉等[21]研究生物菌肥促生机制时发现使用菌肥可以提高土壤中有效养分的含量。本试验结果与前人观点一致。施菌肥+磷肥可以提高土壤中全钾、速效氮、速效钾的含量，此种方式对提高全钾含量效果最明显。但是各种土壤养分补偿方式均未能明显提高土壤中全氮的含量，这可能是因为养分补偿量不足，且给土壤提供的是有效养分，已被杨梅树直接吸收利用。

综上所述，不同土壤养分补偿方式对杨梅林土壤pH及肥力有明显的改善作用，施菌肥对提高土壤中有机质、全磷、速效氮、速效磷和速效钾含量最明显，施磷肥可以提高土壤中速效磷和速效钾的含量，施菌肥+磷肥可以提高土壤中全钾、速效氮、速效钾的含量。主成分分析后得出，0～20 cm土层以施菌肥的综合效果最显著，20～40 cm土层以施菌肥+磷肥的综合效果最显著。