配方施肥對刺黑竹產量和品質的影響

李 博，唐毓佐，2，任永勝，3，李賢偉，范 川*

（1.四川農業大學林學院，四川 溫江 611130；2.雁江區中和鎮人民政府，四川 資陽 641300；3.成都市風景園林規劃設計院，四川 成都 610000）

氮、磷和鉀是植物生長發育必需的3種礦質營養元素，對其生長、產量和品質影響較大。植物需要吸收并利用的氮、磷和鉀除了土壤本身提供的養分外，更多依賴外界氮磷鉀肥的施加。已有研究發現，施肥是影響作物產量形成的重要因素［1］，施肥通過改變土壤養分從而影響作物的生長情況［2］。大量學者通過試驗發現施肥對于作物產量的影響受肥料種類［3］、配比［4-5］和施用量［6］制約，施侃侃等［7］與Hao等［8］都研究發現氮肥的肥效普遍較高，其次是磷肥，鉀肥影響較小。施肥能明顯提高土壤養分狀況，而植物為了生長發育，需要吸收各種養分，進而改變作物品質［9］。在施肥對竹筍品質的影響方面，不同學者研究結論各異：邱永華等［10］認為施肥能提升竹筍中氨基酸、草酸、粗纖維和單寧含量，有機肥處理有助于粗多糖含量的積累，有機肥配合復合肥增加了筍中蛋白質含量但未達到顯著水平，脂肪受不同施肥處理的影響不明顯；在對綠竹的研究中，不同用量梯度復合肥的處理均使得竹筍中可溶性總糖含量下降，氨基酸含量顯著提高［11］。以上研究表明，合理的氮磷鉀肥配比和施用量能顯著增強植株對養分的吸收，提高產量和品質。

刺黑竹（Chimonobambusa neopurpurea）作為優良筍用竹，發展前景良好。目前學者對于刺黑竹的研究主要集中于觀賞價值［12］、竹材［13］、光合特性［14-15］、耐鹽性［16］、快速繁殖［17］、種植技術［18］等方面，關于通過施肥來提升刺黑竹產量和品質的研究仍處于探索階段。在當前環境下，刺黑竹仍多處于野生狀態，缺乏集中經營管理，導致其生長不良，竹筍品質也隨之下降，不利于刺黑竹產業的可持續發展。因此，如何提升竹筍品質和改善土壤肥力，成為刺黑竹產業持續發展亟待解決的問題。為此，本試驗以雅安市天全縣5年刺黑竹林為對象，研究氮磷鉀配方施肥對刺黑竹產量和品質的影響，并利用隸屬函數法對不同配比施肥效果進行綜合評價，最后對氮磷鉀肥進行三元二次方程的擬合與求解，篩選出最佳氮磷鉀肥施用配方，為研究刺黑竹的施肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗樣地位于雅安市天全縣新場鄉志同村（N 29°56′43″，E 102°45′53″），平 均 海 拔823.2 m；氣候類型為亞熱帶季風氣候，多年平均氣溫15.1℃；多年平均降水量達1735.6 mm；年平均日照數860.2 h，無霜期為241 d。試驗地土壤基本理化性質為：pH 6.4，有機質13.7 g/kg、全氮1.45 g/kg、堿解氮48.7 mg/kg、全磷0.68 g/kg、有效磷5.9 mg/kg、全鉀19.14 g/kg、速效鉀118.6 mg/kg。

1.2 試驗設計

1.2.1 小區設置

試驗地竹林密度約為13000株/hm2，竹齡為4～6年，平均胸徑為4.62 cm。林下植被主要為草本、藤本和蕨類，無其它喬木，主要分布有：鐵線蕨（Adiantum capillus-veneris）、插田泡（Rubus coreanus）、蕁麻（Urtica fissa）、野薄荷（Mentha haplocalyx）等。試驗共設施肥處理9個，另設1個對照（未施肥），各處理重復3次，共設置30個2 m×2 m樣地。每個樣地在四角打樁，用尼龍線框定并做好樣地號標記，樣地之間均設有2 m隔離帶且樣地避開林緣。

1.2.2 施肥方案

本試驗采用3因素4水平的正交設計方案L10（34），設置的3個因素為氮肥（尿素，N 46%）、磷肥（過磷酸鈣，P2O512%）、鉀肥（硫酸鉀，K2O 50%），所用肥料為市售史丹利肥料。設定施肥比例、用量、施肥時間及次數（表1）。分別在2018年的3月3日、6月3日、9月2日施肥，第1次施用全年施肥量的30%，第2次施用全年施肥量的40%，第3次施用全年施肥量的30%，施肥方式為均勻撒施。

表1 施肥種類及肥料全年施肥量

1.3 試驗方法

1.3.1 刺黑竹出筍情況調查及樣品采集

在產筍期間（出筍前期9月28日，出筍中期10月4日，出筍末期10月12日），根據當地采收標準（高約20 cm）采收。每天記錄各小區出筍數量，剔除退筍和死筍，對于已經統計的竹筍進行插牌標記。每個小區隨機采集無機械損傷、出土高度為20 cm竹筍4株，帶回實驗室內將采集的竹筍樣品去皮后取出可食用部分，切成小塊后混合均勻，放入烘箱中110℃殺青后在70℃溫度下烘至恒重，再用高速粉碎機粉碎，過0.5 mm篩，保存備用，用于竹筍品質的測定。

1.3.2 刺黑竹林土壤樣品的采集

在出筍前9月28日采集土壤樣品。采用“S”型5點采樣法采取土樣。去除表土的腐殖質后，用取土鉆采取0～20 cm厚度的土壤。將取好的土樣帶回實驗室，去掉明顯的植物殘根、落葉和小石粒，常溫條件下風干后磨細過篩，用于土壤養分的測定。

1.3.3 指標測定

竹筍品質指標的測定參照食品安全國家標準［19］，本試驗測定的是混合干樣：蛋白質采用凱氏定氮法測定；粗纖維采用高溫灼燒法；脂肪采用索式抽提法；可溶性糖采用銅還原碘量法；氨基酸采用蛋白質水解法。

1.4 數據處理與統計分析

刺黑竹品質是多個相關指標綜合反映的結果，采用隸屬函數法系統評價配方施肥對刺黑竹品質的影響差異，對各處理刺黑竹蛋白質、粗纖維、脂肪、可溶性糖、總氨基酸等含量指標進行轉換，計算公式為：

其中X（u）代表各指標的平均值，Xmin代表最小值，Xmax代表最大值，將轉化后的各指標隸屬度值相加求得竹筍最后的品質綜合值，綜合值越大，代表刺黑竹品質越高。

增產率=（Y-Y0）/Y0×100%；

肥料貢獻率=（Y-Y0）/Y；

其中，Y和Y0分別表示施肥處理竹筍產量和不施肥處理竹筍產量。數據采用Excel 2012和SPSS 20.0進行統計與回歸分析，不同施肥處理刺黑竹各指標間的顯著性檢驗采用單因素方差分析（ANOVA）。

2 結果與分析

2.1 施肥對刺黑竹產量的影響

與CK相比，各施肥處理對刺黑竹出筍數、產量均有顯著促進作用，增幅分別達41.6%～138.9%、119.4%～215.9%，其中處理8提高最明顯，小區平均出筍數為28.67個（表2），增產率高達215.9%。出筍數處理8顯著高于處理2、3、4、5，處理6、9顯著高于處理2、3、4，處理6、7、8、9、10顯著高于處理2、3；產量處理8顯著高于處理2、3、4，處理6、8、9、10顯著高于處理2。說明施肥量過少對刺黑竹產量促進作用不顯著，在一定程度上增加施肥量可以提高刺黑竹產量。刺黑竹出筍數與平均筍重變化的表現基本一致。

在本試驗中，各施肥處理肥料貢獻率差異較大，處理8、10顯著高于處理2、3，處理9顯著高于處理2，而處理7、9比處理8低。結果表明隨著施肥量的增加，肥料貢獻率整體呈現上升的趨勢，但隨著施肥量的進一步增加，肥料貢獻率并沒有隨之升高，而是出現下降。說明適宜的氮、磷和鉀肥配比施入能最大程度提高肥料貢獻率，刺黑竹生產能力也會更強。

表2 施肥處理對刺黑竹產量的影響

2.2 不同施肥處理對刺黑竹品質的影響

由表3可知，氮、磷和鉀肥配施對刺黑竹品質各指標影響顯著。處理2、5、7、8可溶性糖含量顯著高于CK，增幅達29.1%～54.2%，表明施肥有利于竹筍可溶性糖的積累。不同施肥處理下可溶性糖含量與施肥量方差分析表明，鉀和氮對竹筍可溶性糖含量影響顯著而磷對其含量影響未達到顯著水平，其中以氮對其影響最大。處理6、8、10粗脂肪含量較未施肥處理顯著提高，表明不同施肥處理下的竹筍粗脂肪含量不同。不同施肥處理粗脂肪含量與施肥量方差分析表明，鉀和氮對竹筍粗脂肪含量影響顯著而磷對其含量影響未到顯著水平，其中以鉀對粗脂肪含量的影響最大。除處理5外，其余施肥處理的粗纖維較CK均上升，上升幅度達10.5%～56.8%，其中以處理9提升程度最大，表明施肥總體上能提高竹筍粗纖維含量，改善其品質。不同施肥處理粗纖維含量與施肥量方差分析表明，氮、鉀對竹筍粗纖維影響顯著而磷對其無顯著影響，其中以氮對粗纖維含量影響最大。各處理的粗蛋白均高于CK，增幅達17.6%～56.3%，表明氮磷鉀肥配施能顯著提升竹筍粗蛋白含量。總體表現為中、低水平氮處理有利于蛋白質含量的積累而高氮水平對其影響未達顯著水平。在氨基酸總量方面，處理5、6、7、8、9、10較CK均有上升但無顯著變化，其余處理較CK上升程度存在顯著差異，表明施肥有利于竹筍氨基酸總量的提升。

竹筍品質是多個相關指標綜合反映的結果，為了綜合評價不同施肥對竹筍品質的影響差異，采用隸屬函數法，對各處理的可溶性糖含量、粗脂肪含量、粗纖維含量、粗蛋白含量和氨基酸總量進行轉換，將轉化后各指標隸屬度值累加求得品質綜合值，再對各處理不同時期品質綜合值進行顯著性檢驗。結果表明，處理7品質綜合值顯著高于其他處理，施肥效果最好，但隨著氮、鉀用量的提高，處理10較處理7品質綜合值反而有所下降。表明適量施肥能直接有效地提高刺黑竹的綜合品質，但過量施肥則不會繼續提高竹筍的品質。

表3 不同施肥處理對刺黑竹品質的影響

2.3 施肥對刺黑竹產量與質量的綜合評定

將竹筍產量Y1與氮（X1）、磷（X2）、鉀（X3）肥用量進行回歸擬合，得到方程：Y1=2815.833+對 方 程進行F檢驗，達顯著水平（R2=0.739，F=6.277，P<0.05），故回歸方程能反映施肥對竹筍產量影響的實際情況。采用矩陣方程模型進行求解，得到最佳產量的氮、磷、鉀肥施入量分別為500.8、310.5、233.2kg/hm2。

將竹筍綜合品質值Y2與氮（X1）、磷（X2）、鉀（X3）肥用量進行回歸擬合，得到方程：Y2=10-5X1X3+3.54×10-5X2X3，對方程進行F檢驗，達顯著水平（R2=0.644，F=7.730，P<0.05）。采用矩陣方程模型進行求解，得到最佳竹筍綜合品質的氮、磷、鉀肥施入量分別為474.3、301.2、154.5 kg/hm2。

3 討論

3.1 施肥對竹筍產量的影響

科學施肥是改變土壤養分供應的基本措施，而作物產量與土壤養分密切相關。大量研究表明適當施肥有利于作物提高產量，但也存在施肥對產量無顯著影響甚至下降的情況，這可能與作物種類、施肥量、施肥方式、氣候條件等有關［20］。氮、磷和鉀肥是農業生產中最主要的化肥，是植物生長發育所必需的大量礦質元素，適當施入能提高植株的生物量、產量以及品質，且氮磷鉀混合配施能顯著促進植株生長，進而增加其產量。本試驗研究發現，施用氮、磷、鉀肥均能提高刺黑竹的產量，其中肥料貢獻率方面表現為氮肥>磷肥>鉀肥，這與馬海洋等［21］、唐健等［22］和蔡東升等［23］的結論相似。其中，施用氮肥對促進竹筍產量提升效果最顯著，而磷肥、鉀肥的補充可以有效防止土壤肥力衰退，是刺黑竹林營林技術措施中的一個重要部分，具有長遠意義，也說明氮是配方施肥最重要的影響因子［24］。因此，施肥應在滿足刺黑竹對礦質營養元素需求的前提下合理配置氮磷鉀肥之間的配比，從而減少資源浪費和減輕土壤酸化、板結。

李忠芳等［25］指出，土壤的基礎肥力越高，作物的生產潛力就越大，越容易獲得高產。在本研究中，各施肥處理較CK均有不同程度地提升，表明氮磷鉀肥配施有利于刺黑竹產量的提高。CK產量可以反映土壤基礎肥力狀況，施肥對于刺黑竹產量的提升顯著，進一步說明應當把鞏固和提高土壤基礎肥力放在重要位置，良好的土壤肥力是獲得竹筍高產必不可少的條件。此外，當肥料施入超過一定量時會導致產量降低，即施肥報酬隨肥料用量增加而呈先上升后下降趨勢，過量施入肥料可能會制約氮磷鉀之間的有效性。這與郭寶華等［26］、Cheng等［27］和劉杜玲等［28］的研究結果高度一致，說明氮磷鉀合理配施才能最大程度提高目標物種的產量。

土壤肥力與施肥、植物養分吸收之間是一個復雜的過程。施肥能有效改變土壤養分，而養分直接決定著植物生長發育，進而改變作物的產量。土壤養分才是直接影響刺黑竹產量的重要指標。土壤速效養分不是一個穩定的狀態，會受到很多因素影響而一直呈現動態變化。此次試驗采用刺黑竹出筍前的土壤養分狀態表征施肥后真實的土壤養分水平，從而對實際生產起到指導的作用。從表4可看出處理8的產量最高，在此處理下土壤的速效養分含量較CK均有明顯提升，這可能是及時補充了供植物需要吸收利用的養分。從施肥對土壤養分含量的變化中我們無法直觀看到植物對氮磷鉀的需求如何，但土壤里的速效氮磷鉀元素比可以為其他地區進行相關竹筍用林的氮磷鉀施肥量提供一個參考標準。

表4 土壤養分對刺黑竹產量與品質的影響

根據表4中土壤不同速效養分含量的試驗結果，通過對其進行回歸方程擬合，得到Y3=-1083.54-51.7305X1+856.6033X2+9.5949X3+0.0779X1X3-1.6752X2X3（P<0.05）。采用矩陣方程模型進行求解，得到刺黑竹最佳產量條件下的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀分別為50.03、11.70、90.94mg/kg。

3.2 施肥對竹筍品質的影響

在刺黑竹的品質中，可溶性糖是竹筍重要的營養成分［29］。粗蛋白含量是評價刺黑竹筍品質的重要指標，同時也是竹筍干物質含量最高的組成部分。氨基酸種類及含量是評價竹筍品質的重要標準［30］。已有研究表明施肥有利于雷竹可溶性糖的積累［31］。王月英等［11］、劉振勇等［32］、鄭郁善等［33］研究發現施肥有利于雷竹筍和苦竹筍中粗蛋白的積累。在本研究中發現配方施肥對于可溶性糖，粗蛋白和氨基酸的含量都有所提升，說明施肥能夠有效提升刺黑竹這3個指標的含量。也發現低施肥量對于可溶性糖和粗蛋白含量的提升比高施肥量更顯著，這與艾紹英等［34］認為適量氮肥有利于作物氨基酸的增加，但過量氮肥使得氨基酸含量因稀釋效應而減少的結論一致。她認為可能是由于氮元素的少量添加有助于提高竹子的光合作用，從而增加了運往竹筍的可溶性糖含量；當氮元素用量繼續提高時，更多的碳鏈參與氮素代謝，轉變為其它物質，反而使竹筍的可溶性糖和粗蛋白含量下降。本研究也發現低鉀施肥對于可溶性糖和粗蛋白含量的提升比高鉀施肥更顯著。這可能是由于鉀元素在光合作用中起到了重要作用，添加適量的鉀元素，可以增加植株體內碳、氫和氧3種元素的含量。但是大多數植物具有對鉀奢侈吸收的特質，添加過量的鉀會破壞植株體內正常的能量代謝和生物合成，也會導致可溶性糖和粗蛋白含量降低［35］。

植物體內的脂類物質總稱為粗脂肪。粗纖維則包括纖維素、半纖維素、木質素及角質等成分［36］。在本研究中，不同施肥處理總體表現為顯著降低竹筍粗纖維含量，部分表現為粗脂肪含量較CK顯著降低。與應葉青等［37］認為施肥能降低竹筍粗纖維含量，增加筍體脆嫩度的結論一致。但是，也有學者研究表明施肥有助于竹筍粗脂肪含量的積累［38-39］。這可能是因為施肥使得土壤中微量元素含量改變，而這些微量元素可能與粗纖維和粗脂肪含量顯著相關［40］。

氮磷鉀施肥能不同程度影響植物體內不同品質指標的含量，但只有氮磷鉀合理配施才能最大程度提高目標物種的綜合品質。在本試驗中，施肥通過改變土壤養分進而影響到竹筍各品質，此次供測土壤指標僅包含了其氮、磷、鉀的含量，施肥也很有可能使得土壤中微量元素如硼、鐵、銅、鋅等發生變化［41］。有國外學者研究表明微量元素對于品質的改變起到關鍵的作用［42］，各微量元素之間是否會通過這種互作效應而對竹筍的產量及品質產生影響，以及本試驗結果是否受到此種效應的影響，都有待進一步的試驗和探究。另外，同一竹筍的不同筍體部位營養成分也有較大的差異，所以采集樣品的大小、長度、粗度等都會對結果造成一定影響［43］。

根據表4的數據通過回歸擬合，得到Y4=0.00004X2X3（P<0.05）。采用矩陣方程模型進行求解，得出要達到刺黑竹最佳品質條件下的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀分別為44.74、8.86、153.84 mg/kg。

4 結論

氮、磷和鉀肥配施能明顯提高刺黑竹產量和品質。通過回歸擬合，獲得該地區刺黑竹高產優質的氮、磷、鉀肥施入量分別為474.3～500.8、301.2～310.5、154.5～233.2 kg/hm2，而對刺黑竹筍用林適宜的土壤速效氮、磷、鉀元素比例大致為100∶22∶258。