陳元鎮(zhèn)，陳 杰，李寶福

（1.福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 南平 353000；2.福建省建陽范橋國有林場，福建 建陽 354200；3.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012）

林木營養(yǎng)診斷包括土壤和樹體營養(yǎng)診斷，是利用生物或化學(xué)測定方法對土壤、植物體的營養(yǎng)元素的含量盈虧狀況、元素間的相互關(guān)系以及對植物產(chǎn)量或質(zhì)量的影響進(jìn)行分析判斷，從而指導(dǎo)植物合理施肥、缺素矯正的一種營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)[1-2]。有關(guān)用材林、經(jīng)濟(jì)林的營養(yǎng)診斷已有較多的文獻(xiàn)報道[3-6]，但有關(guān)馬尾松Pinus massoniana種子園的營養(yǎng)診斷研究起步較晚，相對比較薄弱。

從20世紀(jì)80年代以來，廣東、廣西、福建、江西等省在馬尾松種子園的建園、經(jīng)營管理和育種材料方面進(jìn)行了大量的試驗研究，并取得了突出成果[7-10]，但在馬尾松種子園配方施肥方面仍然很薄弱，有關(guān)馬尾松種子園的土壤特點、營養(yǎng)診斷方面的研究除了本項目研究成員潘瓊?cè)豙11-12]、陸梅等[13-14]相關(guān)研究成果外少見報道，生產(chǎn)上馬尾松種子園的施肥長期停留在經(jīng)驗和以NPK 復(fù)合肥為主的局面[15]，影響著種子園的產(chǎn)量和質(zhì)量。為了精準(zhǔn)提高馬尾松種子園的營養(yǎng)管理水平，促進(jìn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，項目從2011年開始開展馬尾松種子園土壤、樹體營養(yǎng)診斷研究并取得結(jié)果，隨后陸續(xù)發(fā)表了馬尾松一代種子園的相關(guān)科技文章，但二代種子園的相關(guān)研究結(jié)果申請發(fā)明專利[16]而未能及時刊發(fā)，限于母樹年齡增長、樹型變化以及經(jīng)營管理措施等影響，之前的研究結(jié)果可能與現(xiàn)實有偏差，為此2018年再次對二代種子園進(jìn)行土壤和球果產(chǎn)量的調(diào)查測定、分析探討，揭示影響馬尾松二代種子園球果產(chǎn)量的主導(dǎo)土壤因子及養(yǎng)分因子作用規(guī)律，并通過營養(yǎng)診斷初步制定配方施肥的配比和施肥量，為優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的馬尾松二代種子園的養(yǎng)分管理提供科學(xué)理論依據(jù)和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究的馬尾松二代種子園為邵武衛(wèi)閩國有林場的馬尾松良種基地，地處閩北山區(qū)（117°38′E，27°08′N），屬武夷山脈延伸支脈的中低山。該區(qū)中亞熱帶氣候特征明顯，溫度高雨量足，年平均溫度17.7℃，年降水量1 500～2 100 mm，降雨大多集中在3—9月份，年平均有霧日117.6 d，年蒸發(fā)量1 283 mm。種子園土壤為山地紅壤，土壤酸性較強(qiáng)，土層厚度多超過1 m，腐殖質(zhì)層厚度平均在2～4 cm 之間，立地條件較好。

該馬尾松二代種子園面積共34 hm2，設(shè)8 個大區(qū)42 個小區(qū),含114 個無性系，定植密度225株/hm2，母樹株行距為6 m×7 m。經(jīng)營管理措施：每年進(jìn)行2 次的帶面全鋤、帶間劈草或化學(xué)除草、施肥（每年3—4月份在樹體基部兩側(cè)每株施500 g復(fù)合肥或1 500～2 000 g 農(nóng)家肥雞糞）、病蟲害防治（定時噴霧白僵菌、甲基托布津等藥劑）等撫育管理，并適時截頂，剪除病枝徒長枝、拉枝定型等樹體管理措施，種子園母樹生長旺盛，樹體冠幅大，矮化控制好，但種子園產(chǎn)量較低。

1.2 方 法

1）土壤調(diào)查取樣與測定。2018年10月，根據(jù)種子園的分布情況，選擇在不同地形、坡位、坡度的母樹，確定代表性樣點20 個，距離樹體基干約1 m 處設(shè)置剖面采集土樣，每個樣點全層采集0～40 cm 深度的土樣500 g，混合均勻。風(fēng)干土樣，去除根莖及碎石雜物，研磨后過2.5 mm 土壤篩，裝瓶備用。按照森林土壤養(yǎng)分測定的國家標(biāo)準(zhǔn)[17]測定種子園土壤的水解氮、速效磷、速效鉀、速效鈣、速效鎂、有效硼、有效鉬等速效養(yǎng)分含量。

2）球果產(chǎn)量的測定。選定土樣采集點對應(yīng)的目的母樹，在母樹樹冠東西南北4 個方向采集球果15粒，測定母樹球果單粒質(zhì)量，并測定其含水量，求算球果產(chǎn)量。

3）數(shù)據(jù)處理。根據(jù)種子園各養(yǎng)分含量測定結(jié)果及母樹球果產(chǎn)量調(diào)查數(shù)據(jù)，對調(diào)查測定數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析和統(tǒng)計處理，探尋種子園土壤養(yǎng)分與母樹球果產(chǎn)量的相關(guān)性，建立回歸模型，進(jìn)一步研究影響母樹球果產(chǎn)量的主導(dǎo)因子及各營養(yǎng)元素間的交互規(guī)律，通過求偏導(dǎo)數(shù)確定主要營養(yǎng)元素的最適宜濃度。建立的二次多項式回歸方程[12,18]為：

式（1）中：y為因變量，x為自變量，b0為常數(shù)項，bi為一次項系數(shù)，bii為二次項系數(shù)，bij為交互項系數(shù)。

4）建議施肥量的計算。根據(jù)測土配方施肥的養(yǎng)分平衡理論，通過需要施肥的種子園土壤養(yǎng)分測定結(jié)果與土壤最適養(yǎng)分含量的對比計算，得到營養(yǎng)元素的施用量，公式[12,18]如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松二代種子園土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性及其對球果產(chǎn)量的效應(yīng)

通過對馬尾松開花結(jié)實有較大影響作用的N、P、K、Ca、Mg、B、Mo 等7 種主要土壤速效養(yǎng)分[22]含量的測定，并調(diào)查求算相應(yīng)母樹的球果產(chǎn)量，具體結(jié)果見表1。

根據(jù)調(diào)查測定的相關(guān)數(shù)據(jù)，以單株球果產(chǎn)量為因變量（Y），以N（X1）、P（X2）、K（X3）、Ca（X4）、Mg（X5）、B（X6）、Mo（X7）為自變量，采用多項式回歸統(tǒng)計方法，建立二次多項式回歸方程（剔除不顯著項）：

以自變量F≤F0.1（Fα=F0.1）為取舍標(biāo)準(zhǔn)，顯著性標(biāo)準(zhǔn)為F≥F0.1，將效應(yīng)顯著性程度P大于0.1 的因子予以剔除，擬合多項式回歸方程，R=0.983 6**，F(xiàn)=57.515 3**，F(xiàn)＞F0.1(7,12)=2.28 顯著水平P=0.000 03，剩余標(biāo)準(zhǔn)差S=18.811 6。根據(jù)最小平方法（最小二乘法），當(dāng)顯著性水平α=0.05（自由度f=19）時，回歸估計精度1-（t0.05×S）/Y為72.90%；當(dāng)顯著性水平α=0.1 時，回歸估計精度1-（t0.1×S）/Y為62.91%。表明擬合的回歸方程能比較準(zhǔn)確地反映試驗地馬尾松母樹球果產(chǎn)量與園地土壤速效養(yǎng)分的效應(yīng)關(guān)系。各主導(dǎo)因子及其相關(guān)參數(shù)見表2。

表1 馬尾松二代種子園土壤養(yǎng)分含量和母樹球果產(chǎn)量測定結(jié)果Table 1 Content of soil nutrient of 2nd-generation seed orchard of Pinus massoniana and yield of the cones of the seed trees

表2 各主導(dǎo)因素回歸相關(guān)參數(shù)Table 2 Correlation parameter of regression of each dominant factor

比對各主要因子的效應(yīng)t值及其顯著水平大?。ū?），發(fā)現(xiàn)土壤中N、Mg、Mo 元素以及N-Ca、N-B、P-K、P-Ca、K-Mg、K-B、B-Mo 等營養(yǎng)元素的交互效應(yīng)是影響球果產(chǎn)量的主導(dǎo)因子。單一元素效應(yīng)方面，土壤中N、Mg、Mo 的有效含量是影響馬尾松種子園產(chǎn)量的主導(dǎo)營養(yǎng)元素，對母樹球果產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率大，影響程度大小為中N＞Mo＞Mg。元素間交互效應(yīng)方面，P-K、N-B、N-Ca、K-Mg 等營養(yǎng)元素之間的交互效應(yīng)顯著，能明顯促進(jìn)球果產(chǎn)量；而K-B、B-Mo、P-Ca 的交互作用對球果有負(fù)增產(chǎn)作用，即負(fù)相關(guān)效應(yīng)。各元素間互作效應(yīng)大小依次為P-K＞N-B＞K-B＞B-Mo＞P-Ca＞N-Ca＞K-Mg。其它營養(yǎng)元素之間的互作效應(yīng)對馬尾松母株球果產(chǎn)量的影響作用則不明顯。

表3顯示，各種養(yǎng)分之間的相關(guān)性表現(xiàn)為：N 與P、K、Ca 以及Mo 與K、Ca、Mg 存在拮抗關(guān)系（即負(fù)相關(guān)關(guān)系），而其它各營養(yǎng)元素之間呈協(xié)同關(guān)系（正相關(guān)關(guān)系）。對不同的植物品種，在生長發(fā)育過程中起主導(dǎo)作用的營養(yǎng)元素及其交互效應(yīng)可能不同，甚至可能存在很大的差別。同時，在對氮和鈣的相關(guān)性研究中，發(fā)現(xiàn)N-Ca 的交互作用能提高球果產(chǎn)量，但氮、鈣兩元素間卻呈現(xiàn)拮抗關(guān)系，而K-B、B-Mo、P-Ca 的交互作用對球果產(chǎn)量存在負(fù)增產(chǎn)效應(yīng)，但元素之間卻呈現(xiàn)協(xié)同關(guān)系。該現(xiàn)象說明，呈現(xiàn)協(xié)同關(guān)系的土壤養(yǎng)分之間，其交互作用可能表現(xiàn)為負(fù)增產(chǎn)效應(yīng)；而存在拮抗關(guān)系的營養(yǎng)元素之間，其交互作用卻可能具有增產(chǎn)效應(yīng)。生產(chǎn)實踐中，配方施肥的關(guān)鍵是要根據(jù)土壤養(yǎng)分間的關(guān)系及其相互作用規(guī)律，合理調(diào)配各種養(yǎng)分間的比例及最佳施肥量。

2.2 馬尾松二代種子園土壤營養(yǎng)診斷

2.2.1 馬尾松二代種子園土壤最適養(yǎng)分濃度的確定

表3 土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性Table 3 Correlations of soil nutrients

表4 理論最高產(chǎn)量時土壤各養(yǎng)分最適濃度Table 4 Optimal concentration of the soil nutrients at the oretical maximum yield

在實際生產(chǎn)中，各種植物生長發(fā)育的最適養(yǎng)分濃度是在一定區(qū)間范圍之間的。根據(jù)馬尾松種子園中土壤養(yǎng)分含量和母樹球果產(chǎn)量測定結(jié)果（表1）得到的各速效養(yǎng)分的標(biāo)準(zhǔn)差，由X±S可得最適養(yǎng)分濃度范圍，可以作為種子園土壤營養(yǎng)診斷的標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見表5。有研究表明，林地通過科學(xué)合理施肥，實際產(chǎn)量可以達(dá)到理論產(chǎn)量的70%～80%[9]。但本試驗測定得到的種子園球果平均產(chǎn)量僅為145.13 g·株-1，而理論值可達(dá)1 036.54 g·株-1，實際產(chǎn)量僅為理論目標(biāo)產(chǎn)量的14%左右。這說明通過土壤營養(yǎng)診斷，在馬尾松種子園的經(jīng)營管理中，實施平衡施肥對提高種子園球果產(chǎn)量具有巨大的潛力。

表5 土壤各養(yǎng)分元素最適濃度范圍（土壤營養(yǎng)診斷標(biāo)準(zhǔn)）Table 5 Optimal concentration range of the soil nutrient element (Criterion of soil nutrition diagnosis) (mg·kg-1)

2.2.2 馬尾松二代種子園土壤養(yǎng)分評價

以種子園土壤各營養(yǎng)元素最適濃度為標(biāo)準(zhǔn)，把最適濃度范圍定為中等水平，養(yǎng)分含量超過最適濃度上限值定為高水平，養(yǎng)分含量不足最適濃度下限值定為低水平，通過對表1中種子園土壤所測得的各種養(yǎng)分含量進(jìn)行整理統(tǒng)計，以此來評價種子園土壤養(yǎng)分的盈虧狀況。從整理統(tǒng)計結(jié)果（表6）可以看出，種子園土壤氮和硼的有效含量大多在中、高水平，土壤供應(yīng)能力比較強(qiáng)；鎂的有效含量屬于中等水平；鈣的有效含量多處于中低水平；而磷、鉀和鉬等養(yǎng)分的有效含量比較低，養(yǎng)分處于缺乏狀態(tài)。

表6 種子園土壤養(yǎng)分含量分布狀況Table 6 Soil nutrients distribution of seed orchard

2.3 馬尾松二代種子園測土配方施肥量的估算

馬尾松種子園樹體施肥一般在離樹干基部1 m見方，施肥深度一般在根系集中分布區(qū)，約40 cm左右深。該種子園0～40 cm 范圍的土壤密度平均值為1.18 g·cm-3，根據(jù)土壤密度數(shù)值可計算出面積為1 m2、厚度40 cm 土層的土壤重量（土壤重量=土壤體積×土壤密度）。肥料利用率受區(qū)域氣候、立地、土壤特性、耕耘措施、樹種以及肥料種類等多因素的影響，目前很難找到完整的可完全適用某個地域某個樹種的肥料利用率，因此暫以中國農(nóng)業(yè)大學(xué)21世紀(jì)全國農(nóng)業(yè)網(wǎng)肥料利用率監(jiān)測數(shù)據(jù)以及相關(guān)文獻(xiàn)報道的相關(guān)肥料利用率來進(jìn)行估算，我國南方酸性土壤中，鉀肥、鈣肥、鎂肥的利用率分別為30%、20%和20%，氮肥利用率為30%，磷肥（P2O5）利用率約2%，微量元素鉬、硼利用率均在10%左右[12,18-20]。以馬尾松二代種子園土壤養(yǎng)分最適含量作為養(yǎng)分標(biāo)準(zhǔn)量，實際土壤養(yǎng)分含量利用表（1）中土壤養(yǎng)分平均值，通過計算，可求得馬尾松二代種子園單株母樹（1 m2面積40 cm 深度）的建議配方施肥量，具體結(jié)果見表7。

從表2～3 統(tǒng)計結(jié)果可以得知，氮、鎂營養(yǎng)是影響種子園球果產(chǎn)量的主導(dǎo)因子，且氮與鈣、硼，鎂與鉀之間的互作效應(yīng)明顯，但生產(chǎn)實際中種子園土壤氮、鎂的有效含量比較高，大多供應(yīng)充足，施氮、鎂過量對種子園產(chǎn)量可能有抑制作用，因此，種子園應(yīng)盡量少施（氮每株不超過18.5 g，鎂每株不超過18 g）或不施氮、鎂肥。土壤中磷、鉀單因素并非影響母樹球果產(chǎn)量的主導(dǎo)元素，但它們與大部分養(yǎng)分之間存在明顯的互作效應(yīng)，從而對種子園球果產(chǎn)量產(chǎn)生較大影響。閩北地區(qū)馬尾松二代種子園土壤速效磷和速效鉀含量嚴(yán)重不足，因此，適量施用磷、鉀肥能夠協(xié)調(diào)其它元素間的平衡關(guān)系，進(jìn)而達(dá)到增加產(chǎn)量的效果。而硼元素與氮、鉀、鉬等元素之間的交互作用也對種子園球果產(chǎn)量起主導(dǎo)作用，但馬尾松種子園土壤有效硼含量屬于中高水平，短期可不施硼肥。研究結(jié)果也說明，在馬尾松種子園的經(jīng)營管理過程中，不同土壤養(yǎng)分之間存在相互作用規(guī)律，合理調(diào)配土壤營養(yǎng)元素之間的比例關(guān)系和最適施肥量，是提高種子園球果產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)，本研究初步得出建議施肥配比為：P2O5∶K2O∶CaO∶Mo=1∶10∶2∶0.03，每株母樹施P2O517.23～47.44 g，K2O 90.62～240.78 g，CaO 2.88～73.40 g，Mo 0.42～1.56 g。

表7 閩北馬尾松二代種子園各營養(yǎng)元素的建議施肥量Table 7 Optimum fertilizer rate of the 2nd-generation seed orchard of Pinus massoniana in the north of Fujian province(g·株-1)

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

1）本研究在對馬尾松二代種子園土壤主要養(yǎng)分效應(yīng)的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，土壤中氮、鎂、鉬元素以及N-Ca、N-B、P-K、P-Ca、K-Mg、K-B、B-Mo等營養(yǎng)元素的交互效應(yīng)是影響馬尾松母樹球果產(chǎn)量的主導(dǎo)因子。單一元素方面，土壤中氮、鎂、鉬的有效含量是影響馬尾松二代種子園產(chǎn)量的主導(dǎo)營養(yǎng)元素，對母樹球果產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率較大，影響程度最大的是氮，其次為鉬，鎂的貢獻(xiàn)率最小。元素間交互效應(yīng)方面，P-K、N-B、N-Ca、K-Mg等營養(yǎng)元素之間具有明顯的交互效應(yīng)，對種子園母樹球果產(chǎn)量有顯著的增產(chǎn)作用；但是K-B、B-Mo、P-Ca 的交互作用存在負(fù)相關(guān)效應(yīng)，對母樹球果產(chǎn)量有負(fù)增產(chǎn)效應(yīng)。

2）閩北馬尾松二代種子園土壤養(yǎng)分的最適含量區(qū)間范圍為：水解氮78.92～108.28 mg·kg-1，有效磷（P2O5）3.66～4.94 mg·kg-1，速效鉀（K2O）185.41～280.85 mg·kg-1，交 換 性 鈣27.23～57.11 mg·kg-1，交換性鎂7.66～18.08 mg·kg-1，有效硼0.20～0.48 mg·kg-1，有效鉬0.46～0.70 mg·kg-1。馬尾松二代種子園現(xiàn)實土壤中氮和硼的有效含量屬于中至高水平，土壤供應(yīng)比較充足；鎂的有效含量屬于中等水平；鈣的有效含量處于中或低水平；而磷、鉀、鉬等養(yǎng)分的有效濃度偏低，營養(yǎng)比較缺乏。通過母樹產(chǎn)量的調(diào)查測定，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量的高低與種子園大多數(shù)土壤養(yǎng)分的最適濃度具有良好的相關(guān)性。本試驗的研究結(jié)果對閩北地區(qū)馬尾松種子園的合理施肥具有指導(dǎo)意義，通過營養(yǎng)診斷實施配方施肥有望提高馬尾松母樹球果的產(chǎn)量和種子品質(zhì)，和陳海艷等[18]、劉正渭[21]在種子園配方施肥的結(jié)論是一致的。閩北馬尾松二代種子園建議施肥方案為：按P2O5∶K2O∶CaO∶Mo=1∶10∶2∶0.03的比例，每株母樹分別施P2O517.23～47.44 g，K2O 90.62～240.78 g，CaO 2.88～73.40 g，Mo0.42～1.56 g。

3.2 討 論

1）在土壤養(yǎng)分效應(yīng)的試驗分析中發(fā)現(xiàn)，氮、鎂營養(yǎng)是影響種子園球果產(chǎn)量的主導(dǎo)因子，且氮與鈣、硼，鎂與鉀之間的互作效應(yīng)明顯，但生產(chǎn)實際中種子園土壤氮、鎂的含量比較高，大多供應(yīng)充足，氮、鎂施用過量對種子園產(chǎn)量有抑制作用，因此，種子園應(yīng)盡量少施氮、鎂肥。而磷、鉀等元素并非影響種子園產(chǎn)量的主導(dǎo)因子，但兩者與其它營養(yǎng)元素之間的互作效應(yīng)對球果產(chǎn)量有明顯的影響。這與潘瓊?cè)豙12]、陸梅等[13]對馬尾松種子園施肥試驗的結(jié)果相吻合。測定結(jié)果中，閩北地區(qū)馬尾松種子園土壤磷鉀養(yǎng)分嚴(yán)重不足，磷鉀肥的補(bǔ)充是非常必要的，但生產(chǎn)上馬尾松種子園普遍施用固定比例的氮磷鉀復(fù)合肥，這在閩北地區(qū)馬尾松二代種子園經(jīng)營管理中不是合理的措施。

2）由于肥料利用率受區(qū)域氣候、立地、土壤特性、耕耘措施、樹種以及肥料種類等多因素的影響，文中暫以相關(guān)文獻(xiàn)報道的肥料利用率來進(jìn)行估算，所得出的建議配方施肥方案還有待開展田間施肥試驗以及肥料利用率研究來進(jìn)一步完善。本研究僅用母樹球果產(chǎn)量作為種子園性狀指標(biāo)來評價土壤養(yǎng)分盈虧狀況，限于條件限制，有關(guān)球果出仔率、種子飽滿度、發(fā)芽率等質(zhì)量指標(biāo)還有待納入進(jìn)行多性狀綜合評價，筆者將做進(jìn)一步的調(diào)查研究。

3）目前馬尾松二代種子園的營養(yǎng)不良直接導(dǎo)致了球果的實際產(chǎn)量不到理論目標(biāo)產(chǎn)量的15%，隨著馬尾松種子園樹體的逐漸老化，種子園產(chǎn)量和質(zhì)量除了受遺傳控制外，還受區(qū)域氣候環(huán)境、立地條件、樹體年齡與冠型、經(jīng)營管理水平等的影響，加上山地土壤具有很強(qiáng)的異質(zhì)性以及人為土壤取樣、測定分析所帶來的誤差，單從土壤角度來進(jìn)行配方施肥很難做到絕對精準(zhǔn)[14]。本研究結(jié)果只能作為評價種子園土壤盈虧狀況、供肥特性以及開展配方施肥試驗和短期內(nèi)對種子園進(jìn)行施肥的參考。要得到比較合理的種子園配方施肥方案，尚需開展多元素配方施肥定位試驗，并結(jié)合樹體營養(yǎng)診斷，利用多年的定位觀測來完善。