加勒比松Pinus caribaea是热带亚热带地区重要的商品林树种, 其人工林主要应用于用材、长纤维造纸等方面。同时, 加勒比松也是杂交育种的重要材料, 可作为亲本与湿地松P.elliottii、卵果松P.oocarpa、台库努曼松P.tecunumanii等杂交产生速生丰产的杂种松后代^[1]。加勒比松原产中南美地区, 20世纪60年代被划分为3个变种, 分别为古巴加勒比松P.caribaea var.caribaea、巴哈马加勒比松P.caribaea var.bahamensis和洪都拉斯加勒比松P.caribaea var.hondurensis^[2]。古巴加勒比松最早引入我国, 在我国粤西地区具有生长快、保存率高、抗风能力强、病虫害少等优点, 有较高的推广价值^[3]。然而, 对加勒比松人工林集约化栽培技术的研究相对匮乏。林书蓉等^[4]研究了基肥与追肥对加勒比松幼林生长的影响。该结果表明, 前期施氮对加勒比松生长有利, 而磷、钾的肥效较持久。施基肥后第2年肥效最大, 基肥对树高的效应大于对胸径的效应。1年生时追肥, 以氮、磷、钾配施效果最佳, 单施氮、磷有负效应, 而氮、磷、钾等量配比则对生长有特殊的低效应, 在2年生时肥效最显著, 6年后肥效下降^[5]。松树郁闭前后, 外界环境可供给的养分大幅度下降, 植株进入养分需求的旺盛时期^[6-7], 前人结果表明, 大部分美国南方松林分在8~20年生时对氮、磷营养有明显反应^[8-9]。因此, 本文以8年生加勒比松人工林为材料, 研究氮、磷、钾不同配比及与微量元素混合追肥对其生长的影响, 从而分析加勒比松的需肥规律。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

试验地位于广东省阳江市国营阳江林场宝山分场, 东经112.13°, 北纬21.89°。年平均气温22.0~22.6 ℃, 极端最低温度3~6 ℃, 1年内≥10 ℃的积温为7 880~8 201℃, 年平均降水量2 040~2 888 mm, 日照时数1 681~1 949 h。地形平坦, 坡面为东北坡。土壤呈酸性, 为花岗岩发育的赤红壤, 质地以中壤土、轻壤土为主, 土层厚度约1 m。0~30 cm表层土壤本底值为:pH 5.0, 有机质12.2 g·kg^-1, 全氮0.4 g·kg^-1, 碱解氮48.6 mg·kg^-1, 速效磷1.5 mg·kg^-1, 速效钾14.8 mg·kg^-1, 交换性钙34.7 mg·kg^-1, 有效硼0.12 mg·kg^-1。

造林营建时间为2005年春天, 以培育的古巴加勒比松种子苗为材料, 栽培密度为3 m×3 m, 每穴施用250 g过磷酸钙(含P₂O₅质量分数为12%)为基肥, 后期不再追肥。

1.2 试验设计

施肥试验于2013年10月开展, 处理前参试材料株高为(7.06±1.17)m, 胸径为(11.00±2.72 cm), 材积为(0.038±0.023) m³。采用随机区组设计, 块状小区, 每个小区四周设缓冲行, 小区内试验株为10~25株, 每个处理4次重复。试验共设17个施肥处理与1个空白对照。T1~T14为氮、磷、钾不同配比, T15~T18为N₂P₂K₂添加不同微量元素, 氮、磷、钾施肥量如表 1所示, 其中2水平为前期单因素盆栽试验获得的较佳水平(待发表), 1水平为2水平的0.5倍, 3水平为2水平的1.5倍。微量元素施用量为:T15添加8 g硼砂, T16添加15 g硫酸铜, T17添加24 g硫酸锌, T18添加8 g硼砂+15 g硫酸铜+24 g硫酸锌+0.8 g钼酸铵。其中, 大量元素为肥料级, 微量元素采用分析纯试剂。尿素中w(N)为46%, 钙镁磷肥中w(P₂O₅)为12%, 氯化钾中w(K₂O)为60%, 硼砂中w(B)为11%, 硫酸铜中w(Cu)为25%, 硫酸锌中w(Zn)为22.7%, 钼酸铵中w(Mo)为7.76%。进行追肥处理时, 每株沿滴水线挖1个弧形施肥沟, 均匀将化肥按设计量施入后覆土。

1.3 数据获取

2013年10月、2015年1月, 分别对施肥前后加勒比松人工林的单株进行调查, 调查内容为树高、1.3 m处胸径。其中树高采用铝制测量杠进行直接测量^[10], 胸径用胸径尺测量。单株材积(V/m³)用公式V=f×π/4×DBH²×h计算, 其中π为圆周率, f=0.5为形数, DBH为胸径(cm), h为树高(cm)^[11]。土壤与针叶样品用常规化学方法测量。土壤样品采用混合样品, 在0~30 cm范围内, 按比例采集混合1 kg以上样品后风干, 每个试验点采集3个土样分开测定。土壤pH采用电位法[m(水):V(土)＝2.5:1]测定; 土壤有机质含量采用高温外热重铬酸钾氧化容量法测定; 土壤全氮含量采用硫酸加速剂消煮定氮仪蒸馏法测定; 土壤碱解氮含量采用氢氧化钠分解扩散法测定; 土壤速效磷含量采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定; 土壤速效钾含量采用乙酸铵交换火焰光度法测定; 土壤交换性钙含量采用乙酸铵交换原子吸收光谱法测定; 土壤有效硼含量采用热水浸提姜黄素比色法测定。植物样品每个重复抽取2个单株, 每个处理8个单株, 采集树冠上部1/3处的树枝, 以枝条上中部针叶为样品。样品用100 ℃杀青30 min, 75 ℃烘干至恒质量, 经硫酸双氧水消煮后, 分别采用蒸馏法、钼锑抗比色法、火焰光度法测定植物全氮、全磷、全钾含量。干灰化处理后, 采用原子吸收分光光谱法测定全钙含量, 采用姜黄素比色法测定全硼含量。

利用统计软件SAS的GLM过程作统计分析, 比较不同处理下加勒比松人工林株高、胸径及单株材积增量时, 以施肥前本底生长量为协变量, 进行协方差分析(ANCOVA)。

2 结果与分析 2.1 施肥处理对生长的影响 2.1.1 施肥的肥效反应

对阳江8年生古巴加勒比松人工林施肥15个月后, 协方差分析结果如表 2所示, 单株的本底株高、胸径、材积分别对其株高增长、胸径增长、材积增长有显著影响, 应作为协变量进行协方差分析。施肥处理对3个变量均有极显著影响(P < 0.000 1)。将不同处理的最小二乘均数与空白对照(N₀P₀K₀)进行比较(表 3), 结果表明, 合理的施肥配比可显著促进株高、胸径和材积的增长。N₁P₂K₂与N₂P₁K₁可显著性促进株高增长, 其中N₁P₂K₂比对照大50.5%。N₁P₂K₁对株高增长也有一定的促进作用, 但未达到显著水平(P=0.076 6)。N₁P₂K₁对胸径增长则有显著促进作用, 增长量比对照大21.7%。对材积增长肥效最明显的处理为N₁P₂K₁与N₁P₂K₂, 增长量分别比对照大23.6%与20.9%。可见, 总体上, m(N):m(P₂O₅)=21.5:30的有效成分配比可促进8年生加勒比松生长。不科学的施肥配比则表现出抑制效果, 其中, N₂P₀K₂的缺磷处理严重抑制了株高与材积的增长, 说明追肥时单施氮钾肥是不科学的。有效成分配比m(N):m(P₂O₅)=43:30的8个处理(包括m(N):m(P₂O₅) =21.5:15)对加勒比松生长均无明显促进效果, 并且当m(N): m(P₂O₅): m(K₂O)=43:30:30时, 施肥处理表现出特殊的抑制效果, 其胸径与材积增长均显著地减小, 可能与元素间的拮抗作用有关, 施肥时应避开该元素配比。

2.1.2 加勒比松生长对各元素丰缺的反应

为分析加勒比松对不同养分的需求规律, 在其他元素固定的情况下, 比较某一元素丰缺对生长的影响。

在磷、钾施用量相同的情况下(P₂O₅=30 g·株^-1, K₂O=30 g·株^-1), 比较4个氮水平对加勒比松生长的影响(图 1), 结果表明, 施氮量为21.5 g·株^-1可显著促进株高的增长, 增大氮水平则无肥效反应。当m(N):m(P₂O₅):m(K₂O)=43:30:30时, 胸径与材积增长比其他处理均有显著降低, 而进一步提高氮施用量(N=64.5 g·株^-1)后, 胸径与材积增长与氮施用量为=0及21.5 g·株^-1相似, 可见这种抑制效果并非过量施氮引起的, 而是一定比例的氮磷钾之间或对某种其他元素产生了拮抗。另外, 当P₂O₅施用量为15 g·株^-1, K₂O施用量为30 g·株^-1时, 比较T14(N₁P₁K₂)与T7(N₂P₁K₂)的生长量(表 3), 株高与材积增量相似, 而胸径生长N₂P₁K₂> N₁P₁K₂(P < 0.05), 可能与T14组m(N): m(P₂O₅) =43:30的投入比例有关。

在氮、钾施用量相同的情况下(N=43 g·株^-1, K₂O=30 g·株^-1), 比较4个磷水平对加勒比松生长的影响(图 2)。株高、胸径、材积3个性状表现一致, 加磷(P₂O₅=15 g·株^-1、P₂O₅=45 g·株^-1)比无磷处理(N₂P₀K₂)的生长量显著增大, 表明磷营养对加勒比松高生长与粗生长都有重要作用。而m(N): m(P₂O₅): m(K₂O)=43:30:30的施肥配比表现特殊的抑制效果, 与无磷处理效果一致, 可见该配比产生的拮抗作用可能来自于氮磷或氮磷钾之间。

在氮、磷施用量相同的情况下(N=43 g·株^-1, P₂O₅=30 g·株^-1), 比较4个钾水平对加勒比松生长的影响(图 3)。结果表明, 钾营养对加勒比松人工林单株生长无明显促进效果。而m(N): m(P₂O₅):m(K₂O)=43:30:30的施肥配比表现特殊的抑制效果, 其胸径与材积增长低于无钾与其他钾处理。

在氮、磷、钾施用量相同的情况下(N=43 g·株^-1, P₂O₅=30 g·株^-1, K₂O=30 g·株^-1), 比较添加硼、铜、锌、以及硼+铜+锌+钼对加勒比松单株生长的影响(图 4)。结果显示, 在添加硼的条件下, 材积增长显著高于对照, 其中, 氮、磷、钾+硼比单施氮、磷、钾材积增加22.2%, 氮、磷、钾+硼+铜+锌+钼比单施氮、磷、钾材积增加33.3%。另外, 氮、磷、钾+硼与氮、磷、钾+硼+铜+锌+钼处理比单施氮、磷、钾处理株高、胸径也有所增加, 但未达到显著水平。可见, 几种微量元素中, 硼对加勒比松郁闭后生长有重要作用。

2.2 施肥处理对养分积累的影响

选取T1、T2、T3、T4、T6、T7、T8、T15 8个处理进行针叶养分分析。由于未作单株本底的养分分析, 因此, 无法判断施肥处理是否引起针叶养分的变化, 但总体上, 与空白对照相比, 7种施肥处理未能显著影响针叶养分浓度。两两比较结果表明, 氮、钾施用量相同时, T8(N₂P₃K₂)组的磷浓度显著高于T6(N₂P₀K₂)和T7(N₂P₁K₂)组(表 4)。

3 讨论与结论

本研究采用的试验地位于广东省阳东县, 为加勒比松的栽培最适宜区, 有潜力发展建设加勒比松速生丰产林基地^[12]。试验采用的古巴加勒比松人工林具有良好的生长表现, 8年生平均树高达7.06 m, 平均胸径达11 cm。对比全国第2次土壤普查及有关标准, 试验林的土壤氮、磷、钾、硼养分均处于最低级别, 有机质为中下水平, 表明该树种具有较强的耐瘠薄特性。8年生为松树林分郁闭后的养分敏感期。试验结果表明, 合理施肥可表现出较好的肥效, 氮、磷、钾最佳组合(N=21.5 g·株^-1, P₂O₅=30 g·株^-1, K₂O=15 g·株^-1)下的材积增量比对照大23.5%, 单株每年可增加0.003 m³, 增收效益可观。

比较17种施肥处理与空白对照的生长增量, 发现合理的氮、磷、钾配比及氮、磷、钾与微量元素混合追肥对树高、胸径与材积均有显著促进效应。17个组合处理中, 表现优良的为m(N): m(P₂O₅)=21.5:30组合, 2个处理对株高、胸径或材积表现出促进效果。磷的缺素处理(T6)对胸径及材积均有显著抑制, 而氮、钾缺素处理(T3、T9)则无显著抑制, 表明8年生加勒比松生长对磷的反应最敏感。N、P配施表现最差的为m(N): m(P₂O₅) =43:30组合, 特别当m(N):m(P₂O₅):m(K₂O)=43:30:30(T2)时有特殊的抑制效果, 这与林书蓉等^[4-5]发现氮、磷、钾相同配比时, 基肥与幼林追肥均表现特殊低效应有一定的相似之处。此外, 在油茶^[13]、日本落叶松^[14]等树种也曾发现某些氮、磷、钾配比非但不能产生肥效, 处理后其生长反而低于不施肥对照, 表明了氮、磷、钾合理配比施肥的重要性。前人在烤烟的施肥研究中指出, 氮磷、氮钾、磷钾间互作可能存在一个阀值, 低于这个阀值时氮、磷、钾间都表现为协同促进作用, 高于这个阀值时则都表现为拮抗作用^[15]。本试验的氮源为尿素, 植物根系可直接吸收尿素, 当尿素浓度较低时, 可能启用了尿素转运蛋白, 而浓度较高时则可能调用了离子通道类蛋白^[16], 因此, 不同浓度下尿素与磷肥、钾肥配比引起的元素拮抗效果可能不同。m(N): m(P₂O₅): m(K₂O)=43:30:30配比下有可能由于膜上几类转运蛋白的占位, 抑制了某些其他中量或微量元素的吸收利用, 这有待于进一步进行机理性的研究。

前人对松树的肥效研究多集中在湿地松、火炬松等美国南方松上, 美国东南部试验林的研究结果表明, 南方松在基肥时添加磷, 轮伐中期添加氮、磷可显著提高人工林生长量^[17-18]; 而澳大利亚湿地松人工林的研究结果则表明, 基肥与追肥时采用磷肥可显著提高林分生长, 而氮、钾、铜则无明显促进作用^[19], 可见树种的需肥特性受立地条件的影响较大。本研究在粤西加勒比松人工林研究古巴加勒比松的肥效反应, 结果表明, 郁闭后加勒比松的生长对磷、硼有明显反应, 适量氮对株高增长有促进作用, 钾对生长无明显促进效果。

对其中8个处理的针叶养分进行采样分析, 结果显示, 施肥未显著提高针叶养分的浓度, 可能与生长后的稀释效应有关, 也可能说明生长已稳定的针叶不是养分输送的主要部位。另外, 与美国南方松最小养分水平相比, 本研究加勒比松针叶的磷水平远低于南方松所需的0.9~1.2 g·kg^-1[18], 可能1次施肥未能矫正加勒比松人工林的缺磷症状。

笔者研究了加勒比松人工林的肥效反应, 发现加勒比松郁闭后对磷、硼与氮的需求规律, 并筛选获得较适宜的氮磷钾配比。下一步将在适宜的氮、磷、钾配比下添加硼等微量元素, 以进一步提高加勒比松人工林的生产力。本研究对于指导加勒比松的施肥管理、提高加勒比松人工林的经济效益具有重要意义。