施用有机肥对沙地柏苗木生长和苗圃土壤理化性质的影响

Effects of Organic Fertilizer Applicationon Growth of Sabina vulgaris Seedlings and Physicochemical Properties of Soil in Nursery

摘要

为探究施用有机肥对沙地柏苗木生长和苗圃土壤理化性质的影响，以2年生沙地柏幼苗为试材，设置秋施50%有机肥+春施50%化肥（T₁）、秋施70%有机肥+春施30%化肥（T₂）、春施50%有机肥+春施50%化肥（T₃）、春施70%有机肥+春施30%化肥（T₄）共4个处理，同时以不施肥为对照（CK），测定不同处理下沙地柏苗木生长性状和苗圃土壤理化指标。结果表明，与CK及T₃、T₄处理相比，T₂处理显著提高了沙地柏苗高、地径、根、叶生物量和总生物量，比T₄处理分别提高了46.70%、29.25%、18.87%、32.84%和22.52%；与T₃、T₄处理相比，T₂处理显著提高了土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度和毛管持水量，降低了土壤容重。T₂处理较T₃处理显著提高了土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量，较T₄处理显著提高了土壤有机质、碱解氮含量；较T₁处理显著提高了脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性。秋施有机肥在促进沙地柏生长、改善土壤理化性质、提高土壤酶活性方面显著优于春施有机肥。综上，秋季施用70%有机肥+春季施用30%化肥为沙地柏较适宜的施肥处理。

Abstract

In order to explore the effects of organic fertilizer application on seedling growth of Sabina Vulgaris and soil physicochemical properties, in this study, taking 2-year-old Sabina Vulgaris seedlings as experimental materials, 5 treatments including conventional fertilization control(CK), autumn application of 50% of organic fertilizer+ spring application of 50% of chemical fertilizer(T₁), autumn application of 70% of organic fertilizer+spring application of 30% of chemical fertilizer(T₂), spring application of 50% of organic fertilizer+spring application of 50% of chemical fertilizer(T₃), and spring application of 70% of organic fertilizer+spring application of 30% of chemical fertilizer(T₄) were set up, and growth traits of Sabina Vulgaris seedlings and soil physicochemical indexes under different treatments were determined. The results showed that: the seedling height, ground diameter, total biomass of root, stem, and leaf of Sabina Vulgaris significantly increased in T₂ compared with CK and the treatments T3 and T4, the values were 46.70%, 29.25%, 18.87%, 32.84%, and 22.52% higher than those in T₄ respectively. T₂ significantly improved soil capillary porosity, non-capillary porosity, total porosity, and capillary water capacity, while also reduced soil bulk density, compared with T₃ and T4. Additionally, T₂ enhanced the content of soil organic matter, total nitrogen, alkali hydrolyzed nitrogen, available phosphorus, and available potassium compared with T_3. The content of soil organic matter and alkali hydrolyzed nitrogen in T₂ was significantly higher than that in T₄. Compared with T1, T₂ significantly increased the activities of urease, phosphatase, sucrase, and catalase. Organic fertilizer application in autumn was significantly better than in spring in promoting the growth of Sabina Vulgaris, improving soil physicochemical properties, and enhancing soil enzyme activity. In summary, autumn application of 70% of organic fertilizer+spring application of 30% of chemical fertilizer was a suitable fertilization treatment for Sabina Vulgaris.

关键词

有机肥 / 沙地柏 / 总生物量 / 土壤理化性质 / 土壤酶活性

Key words

organic fertilizer / Sabina Vulgaris / total biomass / soil physicochemical properties / soil enzyme activities

山西省地处华北地区，土地资源有限，加上大部分地区水土流失严重，近些年耕地和林地土壤肥力快速下降^[1]。土壤肥力的下降降低了植物生长量，导致各地苗圃园林植物育苗年限延长，无形中增加了用地成本，也降低了苗木繁育企业的经济效益。为解决这一问题，很多苗圃在沙地柏育苗中采取人工施肥的方式促进苗木生长，以加快育苗进度^[2]，但是长期施用化肥导致土壤板结，团粒结构破坏，部分苗圃表层土壤已经盐碱化，土壤质量明显下降^[3]，同样影响了沙地柏苗木的正常生长。鉴于此，部分学者提出施肥中添加一定比例的有机肥来培肥，从而提高土壤肥力水平，促进植物生长^[4]。有机肥土壤养分全面，肥效持久，可以有效改善土壤物理性质和土壤微生物多样性，对培肥土壤具有重要作用^[5]，但是有机肥的肥效慢，施用不当或者碳氮比过高会导致其与植物争夺土壤速效养分，引起植物生长所需养分不足，抑制植物生长发育^[6]。鉴于此，部分学者提出采用秋施有机肥的方式延长其在土壤内的腐熟时间，来年春季补充施用一定量速效化肥来满足植物生长发育需要，从而实现既能培肥土壤，又能促进植物生长的目标^[7]。

沙地柏（Sabina vulgaris）隶属于柏科（Cupressaceae）圆柏属（Sabina）。由于其耐寒、耐旱、耐瘠薄的特点，根系相连且对土壤要求不严，可长期适应干旱的沙漠环境，是干旱和半干旱地区优良的防风固沙树种。在沙地柏实生苗培育过程中，施肥是影响其幼苗生长和生物量的关键因素。蒋媛等^[8]在库尔勒香梨（Pyrus sinkiangensis）果园土壤中的研究结果显示，秋施有机肥可显著提高土壤有机质含量，土壤物理结构得到明显改善，速效养分含量也表现出升高的趋势。但是目前山西省沙地柏育苗中实施秋施基肥对苗木生长和土壤肥力的影响效果目前仍不清楚。因此，本研究通过分析秋施有机肥结合春施化肥对沙地柏生长和土壤肥力的影响，旨在为沙地柏育苗过程中科学合理施肥提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

2020年2月，挑选饱满沙地柏种子，使用高锰酸钾消毒并催芽后播种于直径为9 cm、高度为8.8 cm的育苗钵中。2020年5月25日，将沙地柏幼苗移栽至苗圃中，株距85 cm，行距110 cm，移栽结束后浇透水一次，苗木在自然状态下生长，7月26日和8月15日各除草一次。

试验于2021年10月，在山西省林业和草原局附属太原市苗圃（榆次区井峪村）内进行，所选苗木为2020年沙地柏实生苗。试验苗圃0~20 cm土层，土壤肥力为：有机质含量6.63 g/kg，碱解氮含量16.38 mg/kg，有效磷含量11.85 mg/kg，速效钾含量87.96 mg/kg，pH值为7.98。试验所使用有机肥为牛粪和秋季落叶充分腐熟后的混合物，有机质含量16.8%，含氮量0.51%，P₂O₅含量0.26%，K₂O含量0.16%。试验所选氮肥为尿素，含氮量46%；所选磷肥为重过磷酸钙，P₂O₅含量46%；钾肥为硫酸钾，K₂O含量50%。

1.2 试验设计

试验共设置1个对照（CK）和4个处理（T₁~T₄），施肥量参考元秀慧^[9]的研究结果确定，各处理施肥方案见表1。施肥方式为沟施，秋季施肥时间为2021年10月25日，施用有机肥时在距离沙地柏苗茎两侧5 cm处沿行长延伸方向挖一条宽30 cm、深12 cm的沟，将有机肥施入其中后覆土；第2年（2022年）春季施用化肥时间为3月25日，在原施用有机肥的沟处挖开，将化肥混入5倍土壤后施入其中，覆土后浇透水1次。或将有机肥和化肥混合均匀，在距离沙地柏苗茎两侧5 cm处沿行长延伸方向挖一条宽30 cm、深12 cm的沟，将有机肥和化肥混合物施入沟中，然后覆土，浇透水1次。每个处理60株沙地柏幼苗，合计300株。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 沙地柏生长状况

各处理测定10株苗木的苗高和地径，取平均值。各处理选择具有代表性植株6株，用铁锹将整株沙地柏苗木挖出，按照根、茎、叶3个部位分开，冲洗干净后，在105 ℃下杀青30 min，置于70 ℃下烘干称质量，取平均值作为平均生物量测定结果。

第1次取样测定在施肥前（2021年10月25日），经测定，沙地柏平均苗高5.45 cm，平均地径1.35 mm，平均总生物量78.46 g/株（根生物量18.35 g/株，平均茎生物量27.66 g/株，平均叶生物量32.45 g/株）；第2次取样测定在苗木生长1 a后（2022年10月25日），苗高、地径增长量为第2次测定结果减去第1次测定结果。

1.3.2 土壤理化性质测定

用土钻钻取各处理0~15 cm土层土壤，带回实验室晾干后用于测定土壤理化性质。采用环刀法测定土壤容重、孔隙度和毛管持水量；采用重铬酸钾容量法测定有机质含量；采用凯氏定氮法测定全氮含量；采用碱解扩散法测定碱解氮含量；采用钼锑抗比色法测定有效磷含量；采用火焰光度计法测定速效钾含量^[10]。采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定脲酶活性；采用磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶活性；采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定蔗糖酶活性；采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性^[11]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010处理数据，采用SPSS 23.0软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA）检验不同处理之间的差异（LSD，α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 施用有机肥对沙地柏苗木生长的影响

不同施肥处理对沙地柏生长的影响如表2所示，与CK相比，施肥处理显著提高沙地柏苗木生长和生物量，秋季施肥对促进沙地柏苗高、地径生长和根、茎、叶生物量、总生物量效果均显著优于春季施肥（P<0.05）。T₁、T₂、T₃、T₄处理沙地柏的苗高、地径增长量及根、茎、叶生物量、总生物量显著高于CK（P<0.05）。T₂处理沙地柏的苗高、地径增长量均最大，较CK分别显著提高了98.86%、103.21%（P<0.05），较T₄处理分别显著提高了46.70%、29.25%（P<0.05）。从生物量来看，T₁、T₂处理的根、茎、叶、总生物量均显著高于CK（P<0.05），T₂处理的根、茎、叶生物量、总生物量较CK分别提高了80.15%、34.17%、79.94%、62.68%，T₂、T₁处理间无显著差异。与春施有机肥（T₃和T₄）相比，除茎生物量外，秋施有机肥（T₁和T₂）显著提高了沙地柏的根生物量、叶生物量和总生物量（P<0.05）。秋季施用有机肥比春季施用有机肥更有利于沙地柏生长。

2.2 施用有机肥对沙地柏苗圃土壤物理性质的影响

从表3可以看出，与CK相比，施用有机肥可以提高土壤孔隙度，降低土壤容重，改善土壤物理性质。T₂处理的毛管孔隙度最大，较CK和T₃、T₄处理分别显著提高了18.09%、9.18%、6.10%（P<0.05），但T₃与T₄处理间、T₁与T₂处理间无显著差异。T₂处理的非毛管孔隙度显著高于CK和其他处理（P<0.05）。T₂处理的总孔隙度最大，且T₁、T₂处理均显著高于T₃处理（P<0.05）。表明秋季施用50%有机肥可以提高土壤总孔隙度。各施用有机肥处理的土壤容重均显著低于CK（P<0.05）。T₂处理的毛管持水量显著高于T₁、T₃、T₄处理（P<0.05）。秋施70%有机肥+春施30%化肥可以提高土壤毛管孔隙度、土壤非毛管孔隙度、总孔隙度和毛管持水量，降低土壤容重。

2.3 施用有机肥对沙地柏苗圃土壤化学性质的影响

不同施肥处理对沙地柏苗圃土壤化学性质的影响存在差异，包括有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾（表4）。T₂处理的土壤有机质含量最高，显著高于CK和其他处理（P<0.05），T₁处理显著高于T₃、T₄处理，表明秋季施用有机肥与春季施用相比，更有利于提高沙地柏苗圃土壤内有机质含量，秋季有机肥施用比例从50%提高至70%，对提高土壤有机质含量效果显著，但春季并不显著。T₂处理的土壤全氮含量显著高于T₃处理（P<0.05），表明秋施70%有机肥较春季施用50%有机肥显著提高土壤全氮含量。T₂处理的碱解氮含量比CK和T₃、T₄处理分别显著增加了127.99%和51.25%、33.03%（P<0.05），表明相同有机肥施用量下，秋季施肥比春季施肥更能提高土壤碱解氮含量。T₂处理的有效磷、速效钾含量均显著高于CK和T₃处理（P<0.05），表明有机肥施用比例为50%时，秋季施用与春季施用相比能够显著提高土壤有效磷、速效钾含量。

2.4 施用有机肥对沙地柏苗圃土壤酶活性的影响

施用有机肥对沙地柏苗圃土壤酶活性的影响情况如表5所示。

从表5可以看出，施用有机肥提高了沙地柏苗圃土壤内的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，但是不同施肥处理之间存在差异。T₁、T₂、T₃、T₄处理的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性均显著高于CK（P<0.05），表明施肥有利于提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性；T₁处理的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著高于T₃处理（P<0.05），T₂处理的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著高于T₄处理（P<0.05），表明在相同有机肥施用比例下，秋季施用更有利于提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性。T₂处理的磷酸酶、蔗糖酶活性显著高于T₁处理（P<0.05），表明秋季施用有机肥比例为70%时，更有利于提高土壤的磷酸酶、蔗糖酶活性。

3 结论与讨论

3.1 施用有机肥对沙地柏苗木生长和生物量的影响

本研究发现，施肥处理显著提高沙地柏苗木生长和生物量，而秋季施肥对促进沙地柏株高、地径生长和根、茎、叶生物量、总生物量效果均显著优于春季施肥。秋季施用50%和70%比例的有机肥与CK、春季施肥相比，显著提高了沙地柏苗高、地径和总生物量，这与张吉立^[12]的研究结果相似。有研究表明，较高的土壤肥力可以显著促进植物生长，提高株高和生物量，秋施有机氮肥可以延长幼苗的速生期，提高苗木生长形态指标，如苗木株高、基径，并影响苗木生物量的分配^[13]。本试验中，不同有机肥处理对沙地柏茎生物量的影响处于同一水平，这可能与茎对土壤养分变化不敏感有关。施用有机肥显著提高了根、叶生物量，这与李絮花等^[14]、查晋燕等^[15]的研究结果相似，表明有机肥对促进沙地柏生长具有显著效果。与传统施肥方式相比，施用有机肥的苗木根系往往可分配到更多的生物量，有利于提高苗木的生物量^[16]。从有机肥不同施肥季节比较来看，秋季施肥比春季施肥更有利于促进沙地柏生长，这与金星^[17]在侧柏（Platycladus orientalis）上的研究结果一致，原因可能是由于秋季施用有机肥增加了其在土壤内的分解与转化时间，有利于营养元素充分释放并供应沙地柏生长发育^[18]。

3.2 施用有机肥对沙地柏苗圃土壤理化性质的影响

化肥与有机肥配施可以显著改善土壤物理性状，提高土壤孔隙度，降低土壤容重，有利于促进植物根系发育^[19]。本研究结果表明，所有施用有机肥处理与CK相比均显著提高了沙地柏苗圃土壤孔隙度，降低了土壤容重，这与樊吴静等^[20]的研究结果相似，可能与有机肥有利于土壤团聚体的形成有关。从不同有机肥施用季节对土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度的影响上来看，秋季施用70%有机肥处理效果最明显，土壤孔隙度的增加有利于降低土壤容重，增加土壤通气和透水能力^[21]，从而促进根系生长，这可能是该处理沙地柏根系生物量显著高于其他处理的重要原因。有机肥在提高土壤孔隙度的同时，也降低了土壤容重，有利于毛管持水量的升高^[22]。从不同施用有机肥季节来看，秋季施用有机肥比春季施用更有利于提高沙地柏苗圃土壤毛管持水量。

施用有机肥是提高土壤有机质含量的有效手段。本试验结果表明，各施用有机肥处理均显著提高了土壤有机质含量，这与陈海波等^[23]的研究结果一致，但在相同有机肥施用比例下，秋季施肥提高有机质含量的效果优于春季施肥，这可能与秋季施肥延长了有机肥在土壤中的转化时间有关。施用有机肥处理的土壤全氮、碱解氮含量均高于常规施肥，这与张祺等^[24]的研究结果一致，这可能与有机肥肥效较长有关。在相同施肥时期，不同有机肥施用比例对全氮、碱解氮含量的影响无显著差异，但秋季施用有机肥效果高于春季施用，这可能与秋季施肥促进了有机质的转化有关^[25]。有机肥能够显著改善土壤物理性质，提高土壤微生物活性，提高磷元素有效性，加上有机肥还能改善土壤表层持水能力，从而也会提高速效钾含量^[26]。本研究结果表明，施用有机肥提高了土壤有效磷、速效钾含量，但50%和70%比例有机肥在相同施肥季节不会对有效磷、速效钾含量产生显著影响，这可能与有机肥施用量接近有关。

3.3 沙地柏苗圃土壤酶活性对施肥的响应

脲酶、磷酸酶等是氮代谢过程中的关键酶，参与多种氮代谢调节，对植物生长和土壤中氮元素的循环至关重要。本试验结果表明，施用有机肥提高了土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，且以秋施70%有机肥+春施30%化肥处理活性最高，这与郑钰铟等^[27]的研究结果一致。由于化肥提供速效养分，有机肥较强的吸附功能将养分吸附在有机肥表面，缓慢释放，提高养分利用率，充足供应氮肥，从而提高氮代谢关键酶活性。施用有机肥可以显著改善土壤微生物活性，从而也会对土壤酶活性产生显著影响^[22]。此外，刘瑞霞等^[22]研究表明，有机肥可以有效防止土壤板结，提高土壤孔隙度，提高土壤微生物数量和活性，并间接提高了土壤酶活性。从不同季节施肥对土壤酶活性的影响来看，秋季施肥比春季施肥更能提高土壤酶活性，这可能是由于秋季施肥会促进土壤速效养分提高。

综上所述，秋季施用70%比例有机肥与春季施用相比显著促进了沙地柏生长，改善了土壤理化性状，提高了土壤酶活性，因此，秋季施用70%比例有机肥为适宜施肥处理。

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