施肥与带宽对采伐带毛竹生长及土壤特性的影响_郑风英.pdf

收稿日期:20220411修回日期:20220517基金项目:“十三五”国家重点研发计划(2016YFD0600902);福建农林大学科技创新专项(CXZX2016070);福建省科技创新团队项目(闽教科 2018 49号)作者简介:郑风英(1994)，女研究方向:森林培育理论与技术Email:2621801907 qqcom通信作者陈礼光(1974)，男，副教授研究方向:森林培育学Email:fjclg qqcom施肥与带宽对采伐带毛竹生长及土壤特性的影响郑风英，蔡宗明，韩永振，荣俊冬，郑郁善，陈礼光(福建农林大学林学院，福建 福州 350002)摘要:为寻求一种促进采伐带毛竹生长及改善土壤特性的经营模式，设计采伐带宽(A)、稀土用量(B)及复合肥与生物炭肥质量比(C)3 个因素 3 个水平的正交试验 L9(33)，分析了带状采伐后毛竹的出笋量、立竹数、胸径、株高、枝下高、冠幅，以及土壤碳、氮、磷、钾质量分数，含水量及孔隙度的变化研究表明，促进毛竹生长和改善土壤特性的最优组合均为A2B2C2其中:A 因素是影响毛竹生长和土壤养分含量的首要因素，且 A2水平(8 m 带宽)下毛竹生长状态最佳、土壤养分含量最高;C 因素是影响土壤含水量和孔隙度的首要因素，且 C2水平(7 3)下土壤含水量最高，C3水平(4 6)下土壤孔隙度最大综上可得，促进采伐带毛竹生长及改善土壤特性的最佳经营模式为 A2B2C2组合(采伐带宽 8 m，稀土用量 35 kghm2，复开放科学(资源服务)标识码(OSID)合肥与生物炭肥质量比 7 3)关键词:毛竹;带状采伐;经营模式;土壤特性;稀土;生物炭肥中图分类号:S7957文献标识码:A文章编号:1671-5470(2023)03-0317-06DOI:1013323/jcnkijfafu(natsci)202303005Effect of fertilization and strip width on growth and soil propertiesof Phyllostachys edulis forest in cutting zoneZHENG Fengying，CAI Zongming，HAN Yongzhen，ONG Jundong，ZHENG Yushan，CHEN Liguang(College of Forestry，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China)Abstract:In order to establish a management model to promote the rapid recovery of Phyllostachys edulis forest and improve thephysical and chemical properties of soil in the cutting zone，an orthogonal experiment L9(33)with 3 factors and 3 levels was car-ried out to analyze the effects of cutting strip width(A)，rare earth fertilizer dosage(B)and ratio of compound fertilizer to biocharfertilizer(C)on the shooting quantity，number of standing bamboo，diameter at breast height(DBH)，plant height，branch heightand crown breadth of moso bamboo as well as essential nutritional element(carbon，nitrogen，phosphorous and potassium)con-tents，water content and porosity of soils after strip cutting The results showed that the optimal combination for moso bamboo growthand soil improvement was both A2B2C2，among which factor A was the primary factor for moso bamboo growth and soil nutrient con-tent，especially at A2level(8 m strip width)Factor C was the primary factor affecting soil water content and porosity，with soilmoisture content peaking at C2level(7 3)and soil porosity being maximized at C3level(4 6)Therefore，A2B2C2combination(cutting bandwidth of 8 m，rare earth fertilizer dosage of 35 kghm2and compound fertilizer to biochar fertilizer ratio of 7 3)isthe optimal management mode for moso bamboo growth and soil improvement under strip cuttingKey words:Phyllostachys edulis;strip cutting;management model;soil properties;rare earth fertilizer;biochar fertilizer毛竹(Phyllostachys edulis)是经济价值较高的优良竹种1，对竹农脱贫致富起着重要的作用目前，有关毛竹林传统砍伐的培育研究已有很多，但是，随着劳动成本高、作业难度大等问题的日益突出，带状采伐模式迅速兴起带状采伐会影响竹林的整体质量李欣欣等2 认为，8 m 带宽下，毛竹光合作用强，酶活性较高曾宪礼等3 指出:69 m 带宽毛竹林恢复能力最强;同时，带宽为 12 m 时，土壤质量最佳4 张洋洋等5 研究得出，带宽 7 m 的毛竹林土壤质量最佳王树梅等6 认为，采伐带宽为 9 m 时，新竹的数量最多吴昌明等7 认为，9 m 采伐带宽下，土壤细菌群落的恢复力和抵抗力更强、稳定性更高由此可见，带宽对竹林的生长和土壤质量均有影响福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷 第 3 期Journal of Fujian Agriculture and Forestry University(Natural Science Edition)2023 年 5 月在实际生产中，提升毛竹林地生产力的方式通常为施用常规复合肥8 复合肥能在短期内补充毛竹生长所需要的养分，但长期使用会导致土壤板结9;施肥量过多会污染土壤10，且会导致毛竹对土壤养分的利用率降低，进而影响毛竹的生长张云舒等11 研究表明，减氮配施炭基肥能显著提高土壤养分含量;吴志庄等12 认为，生物炭肥的施用能提高黄连木(Pistacia chinensis)的地径、树高、冠幅;吴有恒13 研究表明，施用稀土毛竹专用肥对竹林出笋量、新竹产量和新竹胸径的增长有明显效果因此，减施复合肥增施生物炭肥能改善土壤的理化性质14、提升苗木质量15，施用稀土微肥也能提高林木的生长质量16 复合肥、生物炭肥、稀土微肥对带状采伐后的毛竹生长及其林地土壤理化性质的影响尚未见报道因此，本试验设计以采伐带宽、稀土用量及复合肥与生物炭肥质量比为因素的正交试验，探究不同处理下的竹林生长状况及土壤特性，旨在寻求一种促进采伐带毛竹快速恢复及改善土壤理化性质的经营模式1材料与方法11试验地概况福建省漳平市是我国南方 48 个重点林业县之一，竹林面积大试验样地设于漳平市拱桥镇大阪村，地理位置为 11718E、2504N17，属亚热带海洋性季风气候，海拔 400 m，坡度 25，年平均温度 188，年平均降雨量 1 4502 100 mm，无霜期 251317 d，土壤为红壤选择立地条件和竹林结构较一致且同一坡向的毛竹纯林，于 2016 年 11 月首次进行垂直带状采伐，保留带与采伐带相邻且等宽，带长为 30 m;2020年 11 月对其进行第 2 次带状采伐，将首次的保留带作为此次的采伐带，首次的采伐带作为此次的保留带2020 年采伐前，对样地进行了本底调查:毛竹立竹数 1 368 株hm2，平均胸径 84 cm，平均株高 102 m，平均枝下高 52 m;土壤全氮、全磷、全钾质量分数分别为 085、045、1796 gkg1;林下植被主要有海芋(Alocasia macrorrhiza)、苎麻(Boehmeria nivea)、香附子(Cyperus rotundus)等12材料复合肥(mN mP mK=15 15 15)，湖北三宁化工股份有限公司生产;生物炭肥 mN mP mK=15 15 10，生物炭(以 C 计)6%，沈阳康禾生物质新材料有限公司生产;稀土 EO40%，EO 为稀土元素氧化物(rare earth oxides)，内蒙古天赐矿业有限公司生产13试验设计表 1试验因素及其水平Table 1Test factors and levels水平采伐带宽(A)m稀土用量(B)kghm2复合肥与生物炭肥质量比(C)16201 028357 3310504 6表 2正交试验设计Table 2Orthogonal experiment design处理采伐带宽稀土用量复合肥与生物炭肥质量比1A1B2C12A1B1C23A1B3C34A2B2C25A2B1C36A2B3C17A3B2C38A3B1C19A3B3C2对 2020 年采伐带进行正交试验设计 L9(33)，试验因素与水平见表1，试验设计见表2，共9 个处理其中，复合肥与生物炭肥依据总量为 1 125 kghm2进行配比施用施肥方法:沿等高线每隔 2 m 开一条深 15 cm、宽 20 cm 的沟，将肥料施入沟中并覆土14毛竹生长指标调查从 2021 年 3 月(少量发笋)到 5 月(新竹全部抽枝展叶)调查样地内各条带的出笋量2021 年 6 月，统计不同条带内的毛竹立竹数，同时对每一条带内的每株毛竹进行检尺，记录胸径、株高、枝下高和冠幅15土壤样品采集及测定土壤含水量和孔隙度测定:在每块样地中按照上坡、中坡、下坡选择 3 个点，分 020、2040、4060 cm 3 个土层，使用100 cm3环刀采集土样将装有土壤的环刀去除顶盖后浸水(不超过土层表面)24 h，使用粗天平称质量，再分别放于干砂 2、24、48、72 h 后称质量;然后将土壤转移到牛皮纸袋中分装，恒温(105)下烘干至质量恒定后称质量;最后计算土壤的含水量及总孔隙度18 813福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷土壤养分含量测定:按照上坡、中坡、下坡选择 3 个点，分 020、2040、4060 cm 3 个土层，每个土层取约 150 g 土放于自封袋中，然后将同一样地同一土层的土混合，带回实验室进行风干处理将风干后的土壤磨碎碾细，过 2 mm 以及 0149 mm 的孔筛采用凯氏定氮仪测定土壤全氮质量分数，土壤有机碳、全磷、全钾、水解氮、有效磷、速效钾质量分数的测定参照文献 18 16数据处理采用 Excel 软件整理数据，采用 SPSS 软件对数据进行极差分析和方差分析，数据为平均值标准差2结果与分析21不同处理对毛竹生长的影响不同处理下毛竹的生长指标值存在差异其中，处理 4 的出笋量、立竹数、胸径、株高、枝下高以及冠幅均最高(表 3)极差分析结果表明:提高毛竹出笋量、立竹数、株高、枝下高、冠幅的最优组合均为 A2B2C2;提高胸径的最优组合为 A1B2C2(表 4)由方差分析结果可知:因素 A(采伐带宽)对出笋量和立竹数具有极显著影响(P001)，对胸径、株高、枝下高、冠幅无显著影响(P005);因素 B(稀土用量)以及因素 C(复合肥与生物炭肥质量比)对出笋量、立竹数、胸径、株高、枝下高均具有极显著影响(P001)，对冠幅无显著影响(P005)(表 5)表 3不同处理下的毛竹生长指标值1)Table 3Growth indexes of moso bamboo under different treatments处理出笋量个hm2立竹数株hm2胸径/cm株高/m枝下高/m冠幅/m17682300e5111000e740010c849017cd365010b189004de26741300f454793f777015b871016bc336017cd205002bc36661252f440818f738012c872013bc287014e211001b41 5232645a1 0091400a803017a930009a497025a218000a51 3262861c8791752c709013d827011d210010f187003de61 4052523b9331900b728014cd836009d309015de201005c71 4992666a9992000a723007cd882014b328012d193003d81 0211757d6841100d703012d827006d319016d200004c91 3442455c8951637c785018ab874015b360018bc185005e1)同列数据后附不同小写字母者表示各处理间差异显著(P005)，附相同小写字母者表示差异不显著(P005)表 4不同处理下的毛竹生长指标极差分析Table 4ange analysis on bamboo growth indexes of moso bamboo under different treatments因素指标出笋量个hm2立竹数株hm2胸径cm株高m枝下高m冠幅mAK1703468753864329202K21 418940748864339202K31 288859738861336193 值715472015003009009BK11 007672731842288197K21 263840756887397200K31 138756751861319199 值256167026045108003CK11 065709725837331197K21 180786789892398203K31 164773724860275197 值11677065054123006最优组合A2B2C2A2B2C2A1B2C2A2B2C2A2B2C2A2B2C222不同处理对土壤特性的影响不同处理下的土壤特性存在差异:处理 2 的含水量和全氮质量分数最高，处理 7 的总孔隙度最大，处理 4 的有机碳、水解氮、全磷质量分数最大，处理 8 的有效磷质量分数最大，处理 6 的全钾、速效钾质量分数最大(表 6)极差分析结果表明:提高土壤含水量的最优组合为 A1B3C2;提高土壤总孔隙度的最优组合为 A2B2C3;提高土壤有机碳、水解氮、全磷质量分数的最优组合为 A2B2C2;提高土壤全氮质量分数的最优组913第 3 期郑风英等:施肥与带宽对采伐带毛竹生长及土壤特性的影响表 5不同处理下的毛竹生长指标方差分析Table 5Variance analysis on growth indexes of moso bamboounder different treatments因素P出笋量立竹数胸径株高枝下高冠幅A000000000088090608140166B000000000001000000000881C000200020000000000000464合为 A1B2C2;提高土壤有效磷质量分数的最优组合为 A3B1C1;提高土壤全钾和速效钾质量分数的最优组合为 A2B2C1(表 7)由方差分析结果可知:因素 A(采伐带宽)对含水量及有机碳、全氮、水解氮、有效磷、全钾、速效钾质量分数具有极显著影响(P 001)，对全磷质量分数和总孔隙度无显著影响(P005);因素 B(稀土用量)对有效磷质量分数有极显著影响(P001)，对有机碳、全氮质量分数有显著影响(P005)，对含水量、总孔隙度及水解氮、全磷、全钾、速效钾质量分数无显著影响(P005);因素 C(复合肥与生物炭肥质量比)对含水量、总孔隙度及全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾质量分数具有极显著影响(P001)，对有机碳质量分数无显著影响(P005)(表 8)表 6不同处理下的土壤特性1)Table 6Soil properties under different treatments处理含水量gkg1总孔隙度%有机碳gkg1全氮gkg1水解氮gkg1125380355d4590064e1402019g131001b12408126e229023696a4853016b1536036f142000a13806068e326951646b4842116b1310031h129006c12769206de428723689bc4942118b2397057a132000b16574527a527592662cd4961119b1878045d111003ef16557059a625400609bcd4811115b2296055b109001f13315884cd725740617bcd5166124a1984047c115003e14600563b824428586e4543109c1841044d125001cd12963011de928504684bcd4880117b1615038e121002d16426294a处理全磷gkg1有效磷gkg1全钾gkg1速效钾mgkg11040002e475003h1678003d4226040c2052001cd676014d1708021d3971004e3061000b528007g1547012f4061067de4083007a375001i2069050b4956068b5047001d704009c1969044c4986110b6029002f603007f2443041a5190112a7026004f633004e1602008ef4152000cd8036001e1019019a1656041de4240061c9056002bc1000004b1327037g3947064e1)同列数据后附不同小写字母者表示各处理间差异显著(P005)，附相同小写字母者表示差异不显著(P005)表 7不同处理下的土壤特性极差分析Table 7ange analysis on soil properties under different treatments因素指标含水量gkg1总孔隙度%有机碳gkg1全氮gkg1水解氮gkg1全磷gkg1有效磷gkg1全钾gkg1速效钾mgkg1AK127120476314171351299505256116454087K226250490621911181548305456121615045K324882486418141211466404088515314114 值22381437740172487014324630958BK125683478717531271444304680117814400K225949490019291271452805049517844446K326620484517411211417105071117734400 值937114187006357004305011046CK124748464918471221289603670019294553K227408489318501331560306568417024292K326096499117251191464304562317074401 值26603421250132707029077226261最优组合A1B3C2A2B2C3A2B2C2A1B2C2A2B2C2A2B2C2A3B1C1A2B2C1A2B2C1023福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷表 8不同处理下的土壤特性方差分析Table 8Variance analysis on soil properties under different treatments因素P含水量总孔隙度有机碳全氮水解氮全磷有效磷全钾速效钾A000100820000000000000052000000000000B015602090032001505680697000009850309C0000000001750000000000000007000200003讨论本研究表明，8 m 带宽的出笋量和立竹数最多，而 6 m 带宽的毛竹胸径最大，但其与 8 m 带宽的毛竹胸径差异较小而李欣欣等2 指出，带状采伐(第1 次)后，10 m 采伐带的出笋数量最多，8 m 采伐带的毛竹胸径最大这可能受采伐次数和出笋期天气(如气候干旱、降雨量少等)的影响采伐带其他生长指标值均表现为 8 m 带宽最佳，说明 8 m 采伐带宽更有利于毛竹林的恢复这与谭宏超等19 认为的 8m 采伐带宽对细叶龙竹(Dendrocalamus membranaceus cv grandis)的生长恢复效果较好相似35 kghm2的稀土用量下，采伐带毛竹生长状况最好，说明稀土含量过少或过多都难以最大程度地提升苗木质量，与徐六一等20 和吴有恒13 的研究结果基本一致张塞等21 也认为，适当的稀土肥料施用量，可以增加作物产量，提高经济效益，且对农产品和人畜都是安全的此外，复合肥与生物炭肥质量比为 7 3 时，采伐带的毛竹生长状况最好这可能与生物炭肥能延缓养分的释放，减少早期养分的流失，同时能改良土壤的物理特性有关14;但当生物炭肥占比更大时，由于提供的速效养分不足，释放养分过慢，毛竹的生长质量又会有所下降综合考虑毛竹的各生长指标得出，A2B2C2为促进采伐带毛竹生长的最优组合本研究表明，当带宽为 6 m 时，采伐带内土壤的含水量最高这可能是因为带宽较小，太阳直射面积较小，水分蒸发较慢;同时，下雨时，带宽越小，截留雨水越多，带宽越大，受山地地形影响，土壤的水分流失越快生物炭因具有比表面积较大、结构疏松等特点，可以有效改良土壤的物理性质本研究表明，当复合肥与生物炭肥质量比为 7 3 时，土壤含水量最大，这说明土壤含水量不随生物炭肥的增加而一直增加，与前人的研究22 一致当复合肥与生物炭肥质量比为 4 6 时，土壤总孔隙度最大这说明生物炭肥越多，土壤孔隙度越大，这与生物炭肥的特点相一致当稀土用量为 50 kghm2时，土壤的含水量最大，说明稀土有利于土壤含水量的增加土壤养分含量直接影响毛竹的生长状态曾宪礼等4 研究显示，采伐带宽为 12 m 时土壤质量最佳，6 m带宽次之;张洋洋等5 研究表明，带宽为 7 m 时的毛竹林土壤质量优于 5 m 带宽;曹殿云等23 研究表明，施用生物炭肥可以提高土壤中的有效磷、无机磷等含量;Borchard et al24 研究表明，施用生物炭肥可以增加土壤中的全氮含量本研究中，带宽 8 m、稀土用量 35 kghm2、复合肥与生物炭肥质量比 7 3 组合处理下的土壤养分质量较高其中，中等水平的稀土用量对提高土壤养分含量最有利，与汪勇等25 的研究结论相似总体来看，适当减施复合肥增施生物炭肥能实现养分持续供给，也能改善土壤的物理性质，提高土壤养分含量;但当生物炭肥占比过大时，土壤氮素的有效性可能会降低，进而导致土壤养分含量降低26 综合考虑土壤的含水量、总孔隙度以及养分含量得出，改善土壤特性的最优组合为 A2B2C2综上所述，提高采伐带毛竹生长量及改善土壤理化性质的最佳经营模式为 A2B2C2组合，即采伐带宽8 m、稀土用量 35 kghm2，复合肥与生物炭肥质量比 7 3参考文献 1陈兴福毛竹培育与利用 M 北京:中国林业出版社，1996 2李欣欣，赖金莉，于增金，等不同皆伐条带对材用毛竹林新竹生理指标的影响 J 现代农业科技，2018(18):122125，129 3曾宪礼，苏文会，范少辉，等带状采伐毛竹林恢复的质量特征研究 J 西北植物学报，2019，39(5):917924 4曾宪礼，苏文会，范少辉，等带状采伐毛竹林土壤质量评价 J 生态学杂志，2019，38(10):30153023 5张洋洋，凡莉莉，王敏，等带状采伐对毛竹林土壤理化性质和酶活性的影响J 森林与环境学报，2020，40(3):234242123第 3 期郑风英等:施肥与带宽对采伐带毛竹生长及土壤特性的影响 6王树梅，范少辉，肖箫，等带状采伐对毛竹地上生物量分配及异速生长的影响 J 南京林业大学学报(自然科学版)，2021，45(5):1924 7吴昌明，范少辉，冯云，等带状采伐对毛竹林土壤细菌群落结构的影响 J 中南林业科技大学学报，2021，41(7):4251 8吴焦焦，田秋玲，谭星，等氮磷钾肥配施对黄栌生长和叶片呈色的影响 J 林业科学，2021，57(11):179189 9CAI Z，WANG B，XU M，et al Nitrification and acidification from urea application in red soil(ferralic cambisol)after differ-ent long-term fertilization treatments J Journal of Soil Sediments，2014，14(9):15261536 10王敬，程谊，蔡祖聪，等长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程的影响 J 土壤学报，2016，53(2):292304 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