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施肥可提高土壤有机碳和养分含量,而单施有机肥或与化肥配施的作用要大于单施复合肥。姜培坤等[1]对雷竹(Phyllostachys praecox Z. D. Chu et C. S. Chao f. prevernalis S. Y. Chen et C. Y. Yao)林的施肥试验结果表明,各有机肥、化肥混合处理的土壤总有机碳、各活性有机碳含量均显著高于单施化肥处理;付海丽等[2]对杨树(Populus spp.)幼苗的盆栽试验结果表明,鸡粪与尿素混合施用处理下杨树幼苗的土壤有机碳、活性有机碳含量高于单施尿素处理;赵永丰等[3]对山地核桃(云新14号)施肥试验结果显示,沼肥、厩肥和复合肥增加了土壤中氮、磷元素的含量,钾元素含量出现不同程度的亏缺。但也有学者认为单施复合肥的土壤中某些活性有机碳组分或养分含量无明显变化甚至有所减小[4-6]。因此,不同施肥处理对土壤中活性有机碳和养分的影响研究还需进一步加强。
香榧(Torreya grandis Fort. ex Lindl. cv. Merrillii.)系红豆杉科(Taxaceae)榧树属(Torreya Arn.)常绿乔木,为我国特有经济树种,浙江是原产地之一,会稽山区山是浙江香榧的主产区,已有1300多年的栽培历史。香榧种子是著名的干果,营养价值高,经济价值大。20世纪90年代以来,施肥作为主要的管理措施应用于香榧栽培和管理中,种子产量逐年增长,但林地土壤的肥力水平发生较大变化[7]。目前关于香榧的研究主要集中于林地养分状况调查[8]、施肥对香榧生长及果实的影响[9]等方面,关于长期不同施肥处理对香榧林土壤活性有机碳和土壤养分状况的对比研究尚不多见。因此,本研究通过研究不同施肥措施下古香榧林土壤活性有机碳和土壤养分状况,揭示不同施肥措施对香榧林土壤的培肥效果,为古香榧林科学施肥提供参考。
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通过农户访问和实地调查,选择3种不同施肥措施、同一树龄段(500 a左右)古香榧林地作为研究对象:(1)不施肥(CK);(2)有机-无机配施(CF+FM),有机肥为农民惯用的禽畜粪便与稻草的混合物,无机肥为湖北乐开怀有限公司生产的复合肥(N:P2O5:K2O比例15%:15%:15%),每株香榧树平均每年施入复合肥30 kg,有机肥250 kg;(3)单施复合肥(CF),复合肥与CF+FM处理中的无机肥相同,每株香榧树平均每年施入复合肥30 kg。施肥时间始于2000年,每年3月地表撒施化肥,9月地表撒施化肥和有机肥,7—8月垦覆一次,垦覆深度为30 cm。每种施肥措施的样本树重复5株,所有调查样株分布在半径为500 m的范围内,以保证样株立地条件大体一致。样地基本情况见表 1。
处理
Treatment平均基径
Base diameter/cm平均树高
Height /m坡向
Aspect坡度
Slop/ °海拔高度
Altitude/ mCK 63.2 23 东南SE 39 531 CF+FM 79.6 15 东北NE 12 525 CF 61.7 10 东北NE 32 480 Table 1. Site conditions of research plots
2017年9月对所选样株进行土样采集,在离开样本树100 cm处随机选取5个点挖取土壤剖面,按0~20、20~40、40~60 cm 3个层次采集土壤样品。将土壤放入袋中,去掉可见植物根系、残体和碎石,带回实验室自然风干,之后过2、0.25和0.15 mm筛用于土壤总有机碳(TOC)、易氧化碳(ROC)、轻组有机质(LFOM)和土壤养分的测定。
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土壤总有机碳测定采用重铬酸钾外加热法[10];易氧化碳测定采用333 mmol·L-1高锰酸钾氧化法[11];轻组有机质测定采用1.7 g·mL-1碘化钠重液分离法[12];土壤pH用pH计测定,水土比为2.5:1。土壤养分测定采用常规方法[13]:全氮(TN),凯氏定氮法;水解氮(AN),碱解扩散法;速效钾(AK),乙酸浸提法;有效磷(AP),碳酸氢钠法。
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采用Excel 2016和SPSS 22.0统计分析软件进行数据处理并绘制图表。对不同施肥处理香榧间的土壤总有机碳、易氧化碳、轻组有机质、土壤养分含量和pH值进行单因素方差分析(ANOVA)和显著性分析(LSD检验),对土壤总有机碳、易氧化碳、轻组有机质和土壤养分进行相关性分析(Pearson检验)。
2.1. 样地调查及土样采集
2.2. 土壤样品分析
2.3. 数据统计分析
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试验结果表明,有机-无机配施(CF+FM)与单施复合肥(CF)均能提高香榧林地0~20 cm土层土壤中的总有机碳含量(图 1),与不施肥(CK)相比,CF+FM处理的土壤总有机碳含量提高24.6%。在20~40 cm和40~60 cm土层,土壤总有机碳变化趋势均表现为:CF+FM处理>CK处理>CF处理,CF+FM处理的土壤总有机碳含量较CK提高了68.5%和66.2%。方差分析结果表明,CF+FM处理的土壤总有机碳含量在各土层均显著高于CK处理;CF处理的土壤总有机碳含量在各土层与CK处理差异均不显著。
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由图 2可以看出,CF+FM与CF处理均可显著提高香榧林地0~20 cm土层土壤易氧化碳含量,且CF+FM处理又显著高于CF处理,CF+FM处理为CK处理的2.1倍,较CF处理提高53.2%,CF处理的易氧化碳含量较CK提高36.8%。在20~40 cm和40~60 cm土层,CF+FM处理下的土壤易氧化碳含量高于CK和CF处理,其中20~40cm土层差异显著而CF处理与CK处理差异不显著。
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由图 3可以看出,CF+FM与CF处理均可提高香榧林地各土层轻组有机质含量,具体表现为:CF+FM处理>CF处理>CK处理。与CK处理相比,CF+FM处理下的3个土层轻组有机质含量分别提高80.4%、61.7%和48.5%,且在0~20 cm与20~40 cm土层达到显著性差异;CF处理下的3个土层轻组有机质含量与CK处理差异均不显著。
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3个处理下,香榧林地土壤易氧化碳占总有机碳比例均随土层的加深而逐渐减小(表 2)。3个土层土壤易氧化碳占总有机碳比例均表现为:CF+FM处理>CF处理>CK处理,CF+FM处理较CK处理提高25.3%~78.7%,CF处理较CK处理提高19.2%~73.5%,而显著差异仅存在于表层土壤。
% 土层
Soil layer/cm处理Treatment CK CF+FM CF 0~20 10.14±0.92b 17.27±2.23a 13.10±3.47ab 20~40 7.37±3.60a 13.17±2.00a 12.79±3.21a 40~60 5.57±2.91a 6.98±8.08a 6.64±2.48a 注:数据为平均值±标准差。
Note: mean±SD.Table 2. Effects of different fertilization treatments on the ratios of ROC/TOC in the soil
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由表 3可以看出,与CK处理相比,CF处理的香榧林地3个土层土壤pH值分别降低0.61、0.59和0.67个单位,在20~40 cm和40~60 cm两个土层达到差异显著。CF+FM处理对土壤pH值有提升作用,但结果不显著。
项目
Item处理
Treatment土层Soil layer/cm 0~20 20~40 40~60 pH CK 5.29±0.13ab 4.98±0.27a 4.81±0.12a CF+FM 5.82±0.27a 5.25±0.20a 4.93±0.23a CF 4.68±0.49b 4.39±0.35b 4.14±0.09b 水解性氮AN/(mg·kg-1) CK 138.33±6.11b 89.67±20.21b 78.23±5.78b CF+FM 162.33±17.56a 156.67±10.26a 123.10±23.10a CF 169.67±8.74a 73.13±15.47b 70.27±22.34b 速效钾AK/(mg·kg-1) CK 140.33±49.33b 73.93±31.95b 61.77±19.18b CF+FM 198.33±24.03b 78.50±17.33b 59.50±4.50b CF 271.33±31.09a 127.53±10.71a 126.33±17.50a 有效磷AP/(mg·kg-1) CK 29.03±12.59b 16.30±2.77c 9.98±0.01c CF+FM 359.33±43.04a 282.67±24.17a 165.33±18.01a CF 290.33±46.46a 199.00±39.05b 103.67±14.22b Table 3. Effects of different fertilization treatments on pH and available nutrient contents in the souls
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从图 4可以看出,香榧林地土壤全氮的变化规律与土壤总有机碳变化相似。CF+FM处理可显著增加土壤全氮含量,3个土层的增幅分别为:28.0%、79.3%和67.6%。CF处理的土壤全氮含量在0~20 cm土层有所增加,在20~40 cm和40~60 cm两个土层略微减少,与CK差异均不显著。
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CF+FM处理和CF处理可在一定程度上增加香榧林地土壤中的水解性氮和速效钾含量(表 3)。其中,CF+FM处理下的水解性氮含量较CK处理增加17.3%~74.7%,3个土层土壤结果差异均较显著;与CK处理相比,CF处理下的水解性氮含量在表层土壤提高22.7%,结果差异显著。CF+FM处理下的速效钾含量虽然得到一定程度的增加,但3个土层土壤与CK处理相比,差异均不显著;CF处理下的速效钾含量较CK处理增加72.5%~104.5%,结果差异较显著。CF+FM处理与CF处理对土壤有效磷含量的提升作用较为明显,与CK处理相比,CF+FM处理下的有效磷含量增加12.4~17.3倍,CF处理下的有效磷含量增加10.0~12.2倍。
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相关性分析结果表明(表 4),香榧林地土壤总有机碳、易氧化碳和轻组有机质间的相关性均达到极显著水平;三者与全氮和水解性氮的相关系数均大于0.7,达到极显著相关关系,与速效钾和有效磷间的相关性也达到显著或极显著水平;pH与全氮和水解性氮达极显著相关,与速效钾和有效磷间无显著相关性。
相关系数
Correlation coefficientTOC ROC LFOM TN AN AK AP TOC 1 0.839** 0.764** 0.977** 0.931** 0.471* 0.647** ROC 1 0.752** 0.836** 0.791** 0.509** 0.744** LFOM 1 0.772** 0.735** 0.482* 0.748** pH 0.665** 0.584** 0.062 0.267 注:**P<0.01,*P<0.05。
Note: **P<0.01, *P<0.05.Table 4. Correlation between soil organic carbons and soil nutrients