灌溉施肥方式对核桃幼苗土壤生境的影响

黄雅丽,马风云,王 霞,马海林,杜振宇,刘方春,刘幸红,马丙尧

(1.山东省林业科学研究院，山东 济南 250014；2.山东农业大学，山东 泰安 271018；3.山东黄河三角洲森林生态系统国家定位观测研究站，山东 东营 257000)

0 引 言

滴灌施肥技术作为农业综合管理中节水节肥最有效的措施之一，不仅能节约水肥资源，减少肥料对环境的污染，改善生态环境，又能促进果树营养的吸收，在保证水分及肥料高效利用的同时提高林果的产量和品质[1]，是实现我国林果产业可持续发展的科学性技术措施[2]。由于不同地区在气候条件、种植栽培季节和土壤环境等方面均存在一定差异，单一固定的灌溉施肥定额及频次指标很难满足不同地区、不同品种植株的水肥需求。过量的灌溉施肥及水肥施用的不合理，造成水肥资源流失、环境污染及生产效益低等问题现象日益严重，严重制约了林果产业的可持续发展。因此，确定不同地区该技术的最佳应用制度，形成系统的应用体系，合理地进行水肥调控，对提高土壤保水保肥能力，改善土壤环境和提升林果产量品质具有重要意义[3]。

核桃(Juglansregia)作为我国重要经济林树种，主要分布在黑龙江、山东、安徽、甘肃、新疆及西藏等省区的山坡和丘陵地区[4-7]，其品质和产量差异易受核桃品种、水肥供应状况及种植密度等因素影响显著[8]。尽管核桃水肥一体化技术已有一定的研究，但是大部分工作集中在水肥一体化技术对核桃产量和品质等指标的影响[9-12]，有关半干旱山区核桃滴灌施肥对土壤理化性质及土壤微生物的影响的相关研究较少。土壤是作物生长的基础和根本，土壤质量的好坏能够长期影响作物的生长发育。本研究通过盆栽试验，探究漫灌和滴灌两个不同灌溉施肥方式对核桃幼苗土壤环境的影响,以期寻找适宜于核桃幼苗生长管理的最佳灌溉施肥方式，为保持土壤环境、促进核桃优质高产，寻求一种适宜核桃种植模式提供理论参考依据和指导基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年3月在山东省林业科学研究院试验苗圃(36°42′N，117°04′E)室外遮雨棚进行。供试土壤为褐土，取自山东省莱芜区苗山镇苗山核桃试验基地，土壤碱解氮、有效磷和速效钾的含量分别为28.3 mg·kg-1、7.80 mg·kg-1和77.4 mg·kg-1，有机质含量为9.93 g·kg-1。

1.2 试验材料

试验苗木为一年生核桃苗，品种为“香玲”，采购自山东省林业科学院日照科技创新示范园，地径为(5.8±0.15) mm，株高为(15.5±0.12) cm。所用肥料为尿素(N含量46%)、过磷酸钙(P2O5含量16%)和氯化钾(K2O含量60%)。

1.3 试验设计

试验采用高28 cm、上口直径30 cm、下口直径19 cm的塑料花盆，每盆装土10 kg。于2017年3月20日定植核桃幼苗，待缓苗后，设置2个灌溉施肥方式：漫灌施肥(F：大水漫灌)和滴灌施肥(T：盆内置放2根内径0.5 cm的用于供水的PVC滴管)；在不同灌溉施肥方式下，分别设3个施肥量梯度：不施肥、全量施肥和60%施肥量施肥。通过参考前人有关核桃幼苗灌溉施肥量标准[13-14]及当地核桃种植栽培的灌溉施肥规律，并结合山东省半干旱区气候及土壤状况，确定盆栽核桃幼苗全量施肥的施肥总量分别为N 0.25 g·kg-1土、P2O50.15 g·kg-1土、K2O 0.15 g·kg-1土。试验合计6个处理(表1)，10次重复，共60盆。

表1 不同灌溉施肥处理试验方案Table 1 Different fertigation treatments in the experiment

施肥处理分3次，均为追肥，分别是萌芽期(4月5日)施30%，生长期(5月15日)施40%，成熟期(6月25日)施30%。滴灌施肥处理追肥时先将各处理所需的肥料溶入水中，之后将水肥溶液通过滴灌方式入盆。漫灌施肥处理中肥料在萌芽期、生长期、成熟期按全年总用量的30%、40%、30%分3次在核桃幼苗四周挖穴施入土中。

1.4 试验样品采集方法

土壤样品采集于2017年7月20日，采集土壤样品前，清除土壤表面的杂草和浮土。每个处理在靠近植株根冠5 cm处避开施肥区域设置两个取样点，采样深度0～5 cm。去除可见根后作为试验土样，将同一处理土样充分混合后分为6份，3份土样分别装入带有标签的聚乙烯塑料自封袋，带回实验室自然风干，过20 mm尼龙网筛，用于测定土壤理化性质；另外三份分别装入已消毒的密封塑料袋中，液氮保存，进行微生物结构及多样性的测定。

1.5 指标测定方法

采用烘干法测定土壤的含水量，采用环刀法测定土壤容重，土壤pH采用酸度计(BPH-252)测量，土壤电导率参照鲍士旦主编的土壤农化分析方法进行测定[15-16]。土壤碱解氮含量采用碱解扩散法进行测定；有效磷含量采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法进行测定；土壤速效钾含量采用1 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法进行测定；土壤有机质含量采用重铬酸钾外加热法进行测定[17]。

微生物数量的测定采用稀释平板法，其中细菌数量采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基法测定，真菌数量采用马丁培养基+孟加拉红+硫酸链霉素法测定，放线菌数量采用改良高氏1号培养基+重铬酸钾法测定。测定时均取每个稀释度悬液0.1 mL，接种于消毒培养皿，3次重复[18]。

1.6 数据处理与分析

采用Excel 2007进行数据整理，应用SPSS 22.0软件采用单因素方差分析(ANOVA)进行处理间差异显著性分析，Duncan法检测差异显著性(P<0.05)；应用Origin 9.1软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同水肥施用方式对土壤物理性质的影响

土壤含水量、容重和孔隙度是3个重要的土壤物理性质，影响着土壤水、气、热的传导和贮存，调控土壤养分对植物的供应，对植物的生长具有重要作用[19]。图1分析发现，各处理的土壤含水量范围为15.4%～18.4%，且部分处理之间差异显著。与传统灌溉施肥相比，滴灌施肥三个处理的土壤含水量均较高。同一施肥水平下，T1处理(滴灌+全量施肥)的土壤含水量较F1(漫灌+全量施肥)显著提高了19.8%；T2处理(滴灌+60%施肥量)的土壤含水量较F2(漫灌+60%施肥量)显著提高16.7%(P<0.05)。漫灌条件下，F2(漫灌+60%施肥量)较F0(漫灌+不施肥)和F1处理(漫灌+全量施肥)降低了土壤含水量，滴灌处理下施肥水平对含水量的影响不显著。不同水肥施用方式均未对土壤容重和土壤孔隙度产生显著的影响。

注：不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters mean significant differences between treatments at 0.05 level.图1 不同水肥处理对土壤含水量、土壤容重和土壤孔隙度的影响Fig.1 Effects of different fertigations on soil moisture,soil bulk density and soil porosity

2.2 不同水肥施用方式对土壤pH、EC的影响

与漫灌施肥相比，滴灌施肥处理均显著提高了pH值(表2)。其中，与T0(滴灌+不施肥)、T1(滴灌+全量施肥)和T2处理(滴灌+60%施肥量)相比，F0(漫灌+不施肥)、F1(漫灌+全量施肥)和F2处理(漫灌+60%施肥量)的pH值分别显著增加了0.65%、1.99%和1.32%(P<0.05)。因此，水肥灌溉方式对土壤的pH值均产生影响，与传统的漫灌施肥处理相比，滴灌施肥可以有效减缓土壤酸化趋势。与漫灌施肥相比，滴灌施肥处理的EC值均有所降低。其中，T0处理(滴灌+不施肥)与F0(漫灌+不施肥)处理间差异不显著，T1处理(滴灌+全量施肥)较F1处理(漫灌+全量施肥)、T2处理(滴灌+60%施肥量)较F2处理(漫灌+60%施肥量)，EC分别显著降低了36.8%和23.9%(P<0.05)。因此，施肥能导致土壤的EC值增加。在施肥量相同下，滴灌施肥的土壤EC值均低于传统施肥处理，减少土壤表层的盐分析出。

与传统灌溉施肥相比，滴灌施肥处理均显著提高了土壤碱解氮(表3)。其中，T1处理(滴灌+全量施肥)的土壤碱解氮含量较F1(漫灌+全量施肥)、F0(漫灌+不施肥)分别显著增加了9.24%和27.6%(P<0.05)；T2处理(滴灌+60%施肥量)的土壤碱解氮含量较F2(漫灌+60%施肥量)显著增加了15.8%，分别是F0(漫灌+不施肥)、F1(漫灌+全量施肥)的1.34和1.15倍。与传统灌溉施肥相比，滴灌施肥处理均显著提高了土壤有效磷含量。其中，T1处理(滴灌+全量施肥)的土壤有效磷含量较F1(漫灌+全量施肥)、F0(漫灌+不施肥)分别显著增加了18.0%和37.0%(P<0.05)；T2处理(滴灌+60%施肥量)的土壤有效磷含量较F2(漫灌+60%施肥量)显著增加了30.4%(P<0.05)，是F0(漫灌+不施肥)和F1(漫灌+全量施肥)处理的1.56和1.27倍，且差异显著(P<0.05)。与漫灌施肥相比，T2处理(滴灌+60%施肥量)土壤速效钾含量较F2(漫灌+60%施肥量)显著增加了9.69%(P<0.05)，是F0处理(漫灌+不施肥)的1.28倍，但较F1处理(漫灌+全量施肥)降低了2.68%。各处理土壤有机质含量差异不显著。

表3 不同水肥处理对土壤有效养分及有机质的影响Table 3 Effects of different fertigations on the contents of soil available nutrients and organic matter

2.3 不同水肥施用方式对土壤微生物的影响

由表4可知，不同施肥处理对土壤微生物均产生一定影响。T2处理(滴灌+60%施肥量)土壤中细菌数量最高，F2处理(漫灌+60%施肥量)细菌数量最少，且显著低于其他各处理(P<0.05)，这说明T2处理(滴灌+60%施肥量)的土壤环境最适宜细菌繁殖生长。在不同处理中漫灌施肥各处理的土壤真菌数量高于滴灌施肥处理。其中，F2处理(漫灌+60%施肥量)真菌数量最多，T0处理(滴灌+不施肥)真菌数量最少，且显著低于其他各处理(P<0.05)。而各处理的土壤中放线菌数量顺序表现为：F1>T2>F2>T1>F0>T0。其中F1(漫灌+全量施肥)、T2(滴灌+60%施肥)处理较其他处理均显著促进了土壤中放线菌的生长；F0(漫灌+不施肥)和T0(滴灌+不施肥)处理放线菌数量最低，均显著低于其他各施肥处理(P<0.05)。

表4 不同水肥处理土壤微生物数量的变化Table 4 Changes of soil microorganism under different fertigations

3 讨论与结论

3.1 水肥处理对土壤pH及EC值的影响

土壤作为植物的主要生长环境，适宜的pH值、含水量、有效养分是促进植物生长的基本条件。近年来，由于过量或单一施肥造成的土壤酸化及盐渍化问题严重，已成为制约农林业生产的重要原因之一[20]。本试验研究显示，与传统漫灌施肥相比，滴灌施肥处理显著增加了土壤pH值，降低了土壤EC值，其中滴灌施肥条件下，施肥量为全量施肥的60%时，对减缓土壤酸化及盐渍化效果最显著。这与前人研究结果一致。Bhat等[21]研究提出，与灌水施肥处理相比，采用滴灌施肥显著的提高了槟榔地土壤的pH值。李永生等在探究滴灌施肥灌溉原理及应用中表明，采用滴灌可以维持温室温度稳定，减少土壤水肥蒸发，降低病虫害的发生，有效减缓了如土壤的酸化、土壤表层盐渍化等土壤退化问题[22]。这说明传统漫灌施肥中，长期的表层施肥会导致土壤酸化和盐渍化，而合理滴灌施肥方式能使肥料溶解后随灌水在土层中运移，减少土壤表层剖面的残留和累积，降低土壤EC值，提高土壤pH，从而达到减缓土壤酸化及盐渍化的目的。这与前人研究滴灌施肥有效缓解土壤水分蒸发及表层积盐，淡化作物主根区盐分的研究结果相吻合[23]。

3.2 水肥施用方式对土壤微生物的影响

土壤微生物主要包括细菌、真菌和放线菌三大菌群，不仅为土壤养分转化和循环提供动力，还对维持森林土壤生产力和森林土壤生态系统的稳定性具有重要意义[24-25]。其中，细菌作为土壤微生物中最丰富的类群，不仅参与土壤中有机质和无机质的转化，而且在维持土壤生态系统稳定中扮演着非常重要的角色[26-28]。本研究发现，与漫灌施肥对比，滴灌施肥的各处理均显著增加了土壤中细菌数量，但真菌和放线菌数量均有一定的降低。这可能是由于土壤细菌易在湿润肥沃的土壤环境中繁殖，且相比真菌和放线菌，细菌的生长繁殖能力最强，滴灌施肥能够有效将水肥运输到土壤层，减少水肥的蒸发流失，为土壤中细菌的生长提供了充足的水分和营养[29]。同时，有研究发现施肥和灌水都不利于土壤中真菌的生长，肥力越差的土壤，真菌繁殖数量增多[30]。放线菌门是耐旱细菌，适宜在含水量较低的土壤中生长。滴灌施肥中丰富的土壤养分及含水量降低了土壤真菌、放线菌的数量，减少了土壤微生物之间的竞争力，促进土壤细菌营养物质的获取，使土壤向高肥力“细菌型”土壤转变。因此，适宜的滴灌施肥改善了土壤微域环境，改变了土壤微生物群落结构，促进了土壤细菌的繁殖，最终显著提高了细菌群落丰富度。

综上所述，滴灌+60%施肥量处理有效增加了核桃幼苗土壤的pH，降低土壤EC值，显著增加了土壤中细菌数量，从而有效减缓土壤酸化趋势，减少土壤表层的盐分析出，有效改善土壤环境及土壤微生物群落结构，是最有利于核桃幼树营养生长发育的灌溉施肥方式。