不同施肥措施對高峰林場桉樹人工林土壤碳氮磷化學計量特征的影響

鄧文相，陳 亮，徐鳳翠，趙雋宇，徐 航

（1.廣西壯族自治區國有高峰林場，廣西壯族自治區 南寧 530001；2.廣西壯族自治區林業科學研究院/廣西林用新型肥料研發中心，廣西壯族自治區 南寧 530002；3.廣西壯族自治區國有維都林場，廣西壯族自治區 來賓 546100）

桉樹（Eucalyptus）又名尤加利樹，原產于澳大利亞，其速生豐產，干體通直，是優良的用材林樹種[1]。廣西具有豐厚的水熱條件資源，在桉樹種植方面具有得天獨厚的優勢，目前廣西桉樹人工林種植面積已超200×104hm2[2]。施肥是桉樹人工林經營中必要的一種林業措施[3]。科學合理施肥不但能促進林木生長、改善土壤理化性質，而且對于土壤的可持續利用具有重要意義[4]。然而，傳統施肥模式肥料養分流失嚴重、利用率低，大量集中施用化肥不僅造成了肥料釋放的養分與作物需求間的不平衡，還會引起環境污染。探索科學合理的化肥施用措施，對于林業可持續經營具有重要意義。

生態化學計量學是研究生態系統能量平衡與多重化學元素平衡的一門科學，用于揭示各元素在生態過程中的耦合關系和共變規律[5]。碳和氮是土壤中主要的生命和生態元素，其含量的高低不僅可作為土壤質量的重要指標，同時其化學計量特征也能反應土壤生態系統中的養分循環效率[6-7]。磷是植物生長發育所必需的元素，參與了植物體內的各種生物循環，土壤中磷元素含量的高低顯著影響了植物的生長發育[8]。土壤養分流失的同時，降低了地表覆蓋物和作物根系與土壤之間的輸入和周轉，這2個過程直接或間接影響土壤的碳、氮、磷的化學計量特征[9]。

綜上所述，本研究以桂南桉樹人工林為研究對象，設計不同施肥處理，采集并測定各處理的土壤碳、氮、磷的含量，通過化學計量學分析各元素之間的比例，旨在探索不同施肥措施下土壤養分循環效率以及養分累積特征，為科學合理制定施肥措施提供理論依據，實現人工林產業的可持續發展。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于廣西國有高峰林場六里分場（22°56′10″～22°56′16″N，108°17′23″～108°17′24″E），海拔為158 m，年平均溫度為21.6℃，年平均降水量1 304.2 mm，平均相對濕度為79%，氣候類型主要以高溫多雨為主。土壤為砂巖發育而成的紅壤，土層厚度≥1 m，壤土石礫含量較低，pH值4.5～6.5。種植樹種為廣林29號，2019年5月種植，種植密度為1.8 m×4 m。供試肥料品種主要有以下幾個：桉樹專用配方肥（N∶P∶K=15∶6∶9），施肥深度15 cm；袋控緩釋肥（N∶P∶K=15∶6∶9），施肥深度15 cm；有機肥（有機質25%，養分含量8%）。肥料主成分N素來源為尿素和磷酸一銨，P素為磷酸一銨，K素為氯化鉀。所用的肥料由廣西林科院土壤肥料與環境研究所研制，委托廣西華沃特生態肥業有限公司生產。

1.2 試驗設計

試驗共設置5個處理：袋控緩釋肥（G1）、傳統配方肥（G2）、有機肥（G3）、不施肥（G4），具體施肥量及試驗區面積見表1。

表1 試驗點施肥情況Tab.1 The fertilization at the test site

各處理之間四周設保護行，避免肥料互滲，避免試驗系統誤差。分別于2019年6月和2020年6月進行施肥處理，每年施肥一次。試驗于2021年1月30日在研究區內采集土壤樣品。在各處理內以上、中、下坡設置3個20 m×20 m標準樣方，以 “S” 型5點取樣法在標準地內挖取剖面，采集表層（0～20 cm）土壤，將樣品充分混合均勻后以四分法取1 kg土樣，放入自封袋內并做好標記，帶回實驗室。

1.3 實驗室測定

將待測樣品進行自然風干、研磨、過篩等一系列前處理工作，采用重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機碳含量。采用凱氏定氮法測定土壤全氮含量[10]。土壤全磷采用鉬銻比色法測定[11]。土壤碳氮比（C∶N）、碳磷比（C∶P）、氮磷比（N∶P）等根據各養分含量計算得出。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2010記錄基礎數據、基礎數據處理，采用Origin 2018對數據進行方差分析以及制圖。

2 結果與分析

2.1 土壤碳、氮、磷含量

由表2可知，不同施肥措施下，土壤有機碳、氮、磷含量差異顯著，施用袋控緩釋肥G1處理土壤有機碳、氮、磷含量顯著高于其余處理。G2處理土壤全氮含量為2.04 g/kg，相比G3、G4處理顯著提高P＜0.05，但有機碳含量為25.66 g/kg，顯著低于施用有機肥處理（G3）P＜0.05。G3處理的有機碳、全磷含量較高，但全氮含量僅為1.74 g/kg，與對照組G4處理并未表現出顯著差異性P＞0.05。

表2 土壤碳、氮、磷全量養分元素對比（0～20 cm）Tab.2 The comparison of soil carbon,nitrogen and phosphorus total nu‐trient elements(0-20cm)

2.2 化學計量學分析

土壤碳氮比（C∶N）、氮磷比（N∶P）、碳磷比（C∶P）特征可以反映養分積累與分解速率，過高或者過低都不利于林木生長。碳氮比結果顯示：G4處理為不施肥的對照組，其養分含量及化學計量學特征反映了該地塊養分循環本底速率。各施肥處理C∶N范圍11.27～17.94，其中C∶N最大的為G3處理（17.94），由于G3處理施入大量有機質，使得有機碳含量累積速率大于養分施放速率。碳磷比結果顯示，各施肥處理C∶P范圍在28.45～51.48，整體比例較高，說明土壤磷活化速率較低，磷供應能力水平較低。G1處理C∶P（28.45）處在合理范圍內，在各處理間G1磷釋放速率較高。氮磷比反映了土壤中氮與磷的釋放速率，各處理C∶P變化范圍2.52～3.75，較為合理的處理為G1（2.52）、G3（2.59）。

3 討論與結論

由圖1可以直觀地看出，不同施肥處理中，土壤有機碳、氮、磷的累積量呈現顯著差異。G3處理土壤有機碳含量（31.22 g/kg）顯著高于其余施肥處理，說明有機肥施用能顯著提高土壤中有機碳的含量[12]，對于土壤有機碳含量較低桉樹人工林種植區域的區域，應采取有機-無機復混肥的肥料品種施用，同時有機質比例應在25%含量以上。袋控緩釋肥G1處理各養分元素含量均顯著高于其余處理，說明相比傳統施肥，在土壤氮、磷的累積有顯著的促進作用[13]。傳統配方施肥G2處理土壤有機碳、氮含量相比對照組具有顯著促進作用，但磷含量并未表現出顯著差異，可能是由于肥料釋放速率較快，肥效較短，導致大量的磷素被Fe3+、Al3+離子固定[14]。化學計量學特征分析表明，傳統施肥不利于林地生態系統的養分循環提升。G2處理土壤C∶N、N∶P、C∶P分別為12.57、45.82、3.64，呈現養分累積速率大于釋放速率的趨勢。G1處理C∶N為11.27，其范圍在全國土壤C/N（10～12）范圍內，說明有機質積累與養分施放效率基本一致，養分循環效率較高。而G2、G4處理C∶N分別為12.57、13.87，說明有機質積累速率小于養分施放效率，在長期經營條件下，養分后續供給能力較弱。G3處理C∶N為17.94，說明有機碳積累效率顯著大于養分施放效率，不利于養分釋放。

本研究以高峰林場桉樹人工林為研究對象，通過設置不同施肥措施標準地，采集并測定了土壤碳、氮、磷含量，并統計各養分的化學計量學特征，發現傳統施肥方式并不利于土壤養分的釋放，施用袋控緩釋肥對于土壤有機碳及養分的累積與釋放效率最優，而施用有機質含量較高的有機肥可以顯著提升土壤有機碳的含量，對于土壤有機碳含量較低的桉樹人工林種植區域，可以采取施用25%以上有機質含量的有機-無機復混肥，以改良土壤，提高養分循環效率。