配方施肥對薄殼山核桃生長及土壤性狀的影響

摘要：為探索薄殼山核桃幼林生長發育的適宜施肥配方， 采用氮、 磷、 鉀3因素4水平16個處理的正交試驗設計， 探究不同施肥配方對薄殼山核桃幼林生長、 土壤酶活性、 土壤養分含量及葉片礦質養分含量的影響。 結果表明： 影響幼林樹高和莖粗增長量大小的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣， 最優水平組合為： 尿素0.45 kg/株+過磷酸鈣1.71 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株； 影響葉片氮、 磷、 鉀含量高低的肥料主次順序為： 氯化鉀、 尿素、 過磷酸鈣， 最優水平組合為： 尿素0.11 kg/株+過磷酸鈣0.85 kg/株+氯化鉀0.46 kg/株； 影響土壤有效氮、 磷、 鉀及有機質含量高低的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣， 最優水平組合為： 尿素0.33 kg/株+過磷酸鈣1.28 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株； 影響土壤酶活性高低的肥料主次順序為： 尿素、 過磷酸鈣、 氯化鉀， 最優水平組合為： 尿素0.22 kg/株+過磷酸鈣0.85 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株。 樹高和莖粗增長量與葉片全氮和全磷含量存在顯著負相關， 土壤蔗糖酶與土壤有效氮、 磷、 鉀存在顯著正相關。 總體上， 對薄殼山核桃幼林生長發育影響的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣， 最優施肥水平組合為尿素0.45 kg/株+過磷酸鈣0.85 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株。

關"鍵"詞：配方施肥； 薄殼山核桃； 生長； 土壤酶； 土壤養分； "葉片養分

中圖分類號：S664.1； P934

文獻標志碼：A

文章編號：16739868（2025）01017811

Effects of Formula Fertilization on the Growth and Soil Characteristics of Carya illinoensis

DU Yangwen1，"ZHOU Qian2，"DU Shiping1，CHENG Junyong1，"ZHANG Rongyang3

1."Hubei Academy of Forestry， Wuhan 430075， China；

2."Hubei Provincial Forest Tree Seed and Seedling Administra， Wuhan 430079， China；

3."Jingshan Huzhao Mountain Forest Farm， Jingmen Hubei 431815， China

Abstract：To explore the suitable fertilization formulas for the growth and development of the Carya illinoensis young forest， a N， P， K 3 factors with 4 levels in 16 treatments of orthogonal experiment was designed to explore the effects of different fertilization formulas on the growth， soil enzyme activity， soil nutrient content and the nutrient content of leaf mineral． The order of fertilizer affecting the young forest tree height and stem thickness growth reducing as： urea， potassium chloride， calcium superphosphate and the optimal level combination was： 0.45 kg·plant-1 urea+1.71 kg·plant-1 calcium perphosphate+0.28 kg·plant-1 potassium chloride． The order of fertilizer affecting the content of leaf nitrogen， phosphorus and potassium reducing as： potassium chloride， urea， calcium superphosphate and the optimal level combination was： 0.11 kg·plant-1 urea+0.85 kg·plant-1 calcium superphosphate+0.46 kg·plant-1 potassium chloride． The order of fertilizer that affected the effective content of soil nitrogen， phosphorus， potassium and organic matter reducing as： urea， potassium chloride， calcium superphosphate and the optimal level combination was： 0.33 kg·plant-1 urea+1.28 kg·plant-1 calcium perphosphate+0.28 kg·plant-1 potassium chloride． The order of fertilizer that affected the level of soil enzyme activity reducing as： urea， calcium superphosphate， potassium chloride and the optimal level combination was： 0.22 kg·plant-1 urea+0.85 kg·plant-1 calcium superphosphate+0.28 kg·plant-1 potassium chloride． The growth of tree height and stem diameter were significantly negatively correlated with leaf total N and P contents． There was a significant positive correlation between soil sucrase and soil effective N， P and K． The order of fertilizer affecting the growth and development of young forest reducing as： urea， potassium chloride， calcium superphosphate and the optimal level of fertilization combination was 0.45 kg·plant-1 urea+0.85 kg·plant-1 calcium perphosphate+0.28 kg·plant-1 potassium chloride．

Key words：formula fertilization； Carya illinoensis； growth； soil enzymes； soil nutrients； leaf nutrients

薄殼山核桃 （Carya illinoensis ） 為胡桃科（Julandaceae）山核桃屬（Carya Nutt.）［1-3］， 又名美國山核桃、 長山核桃， 是世界著名的干果油料樹種之一。 果實種仁富含脂肪酸和蛋白質， 種仁含油率51.57%～69.47%， 是集社會、 經濟和生態三大效益于一體的優良經濟樹種［4］。 目前， 我國薄殼山核桃種植面積在迅速擴大， 但由于林農在薄殼山核桃幼林期缺乏管理， 施肥不合理， 導致樹體生長緩慢， 進入掛果期等待時間較長， 不利于產業的健康發展。 合理的配比施肥能促進植物快速生長和干物質積累， 不同配比的氮磷鉀施肥也會對作物的生長和產量產生影響［5］， 程勇等［6］研究表明， 氮磷鉀配比施肥能顯著促進青岡櫟的幼苗生長， 且氮肥和磷肥起主要作用； 張明月等［5］研究表明， 不同氮磷鉀配比施肥對羅漢松幼苗的高生長和地徑生長影響顯著， 其中氮肥的影響最大， 磷肥次之， 鉀肥影響最小； 張秀志等［7］研究表明， 有機肥配施后能顯著增加土壤有機質， 速效氮、 磷、 鉀質量分數， 提高土壤肥力。

土壤速效氮、 磷、 鉀是能夠被植物根系直接吸收利用的養分， 能夠促進植物生長發育［8］。 氮磷鉀無機肥能夠快速補充土壤養分元素， 提高土壤肥力［9］。 土壤酶直接參與土壤中物質的轉化、 養分釋放和固定過程， 與土壤供肥密切相關［10］， 兩者存在一定的相關關系［11］。 土壤酶的活性是土壤肥力的重要指標［12-13］， 土壤酶通過催化土壤基質轉化進程釋放出大量可溶性養分， 直接或間接參與土壤養分循環過程［14］， 提供植物積累干物質所需的元素與能量， 影響著整個根際生態系統的穩定性［15］。 施肥增加了土壤外源養分投入， 改善了土壤結構和養分狀況， 促進土壤養分循環轉化， 從而提高土壤有效養分含量［16］， 改善了土壤微生物活動環境， 促進土壤微生物活動和繁殖， 進而提高土壤酶活性， 也會導致土壤有效氮磷鉀養分的流失［17］； 馬群等［18］研究表明， 生物炭與有機無機肥配施可顯著提高土壤養分含量和土壤蛋白酶與蔗糖酶活性； 余高等［19］研究了不同施肥對幼齡柑橘園土壤養分和酶活性的影響； 余春和等［20］研究了土壤養分和酶活性間的相關性。 已有相關施肥研究［21-23］主要針對薄殼山核桃苗期生長的影響， 但關于薄殼山核桃幼林施肥后對土壤養分及土壤酶活性的影響鮮有報道， 本研究通過正交設計研究不同施肥配方對薄殼山核桃幼林植株生長發育、 葉片養分積累、 土壤養分含量及酶活性的影響， 探索影響幼林生長發育的主要肥料種類及最優施肥水平組合， 為幼林快速生長發育提供合理施肥配方， 促進幼林快速成林并進入掛果期。

1"材料與方法

1.1"試驗地概況

試驗地位于京山市虎爪山林場， 處于鄂中丘陵至江漢平原的過渡地帶。 地理坐標為： 112°43′—113°29′E， 30°42′—31°27′N。 屬北亞熱帶季風氣候區， 年平均氣溫16.3 ℃， 極端最高氣溫40.3 ℃， 極端最低氣溫-6.2 ℃。 無霜期223～243 d， 年均太陽輻射總量108～110 kcal/cm2， 日照總時數1 970.5 h， 日照百分率46%。 年平均降水量117 mm， 夏季降水量約占全年的41%～45%， 冬季占7%～8%， 春季占28%～32%， 秋季占18%～20%， 年降水日數104～130 d， 主要集中在春季和梅雨季節。 試驗地為低丘崗地， 以砂壤土為主， 土壤養分質量分數分別為： 堿解氮90 mg/kg， 有效磷6.28 mg/kg， 速效鉀186 mg/kg， 有機質17.1 g/kg， pH值為5.52。

1.2"試驗材料

以薄殼山核桃‘波尼’品種為供試材料， 該試驗林2017年3月按株行距6 m×8 m栽植， 從試驗林中選取3.0～3.5 cm莖粗、 2.0～2.5 m樹高、 （2.0～2.5） m×（2.0～2.5） m冠幅基本一致的幼樹32株。 林地日常管理主要采取除雜、 施肥、 灌溉及病蟲害防治等措施。

1.3"試驗方法

采用3因素4水平L16（3）4正交試驗設計， 共16個處理， 各因素各水平具體如表1所示。 每處理3株， 共48株。 試驗采用的肥料種類及規格為： 尿素含N 46.9%、 過磷酸鈣含P2O5 12%、 氯化鉀含K2O 60%， 按L16（3）4正交設計配制16個處理所需肥料， 每個處理2份。 2022年3月上旬布置試驗， 施肥時在樹冠兩側溝施， 溝深30 cm， 溝寬20 cm， 溝長1.5 m， 肥料充分混勻， 均勻撒施， 覆土比土面略低。

1.4"測定指標

試驗施肥前測定供試植株樹高和莖粗， 2022年11月上旬再次測定樹高和莖粗； 樹體落葉前采集各試驗處理葉片， 每個處理采取雙株混合葉片； 土壤取離樹體主干30 cm處0～20 cm土層樣本1 kg， 清除表層落葉、 石礫等雜質， 用以測定土壤堿解氮、 有效磷、 速效鉀、 有機質及土壤酶活性。 樹高和莖粗增長量為前后兩次測量差值， 葉片全氮、 全磷、 全鉀采用《森林植物與森林枯枝落葉層全氮、 磷、 鉀、 鈉、 鈣、 鎂的測定》（LY/T 1271—1999）測定， 土壤酶活性參照文獻［24］中的方法進行測定， 其中脲酶活性采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法測定， 蔗糖酶活性采用 3， 5-二硝基水楊酸比色法測定， 酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定， 土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定。 土壤水解性氮測定采用《森林土壤氮的測定》（LY/T 1228—2015）標準， 有效磷測定采用《森林土壤磷的測定》（LY/T 1232—2015）標準， 速效鉀測定采用《森林土壤鉀的測定》（LY/T 1234—2015）標準， 有機質測定采用《森林土壤有機質的測定及碳氮比的計算》（LY/T 1237—1999）標準。

1.5"數據與分析

采用正交試驗的極差分析法， 確定因素主次及各因素最優水平組合。

2"結果與分析

2.1"不同施肥配方對薄殼山核桃幼林生長的影響

由表2可知， 16個施肥配方處理后樹高增長量較大的是處理6、 7、 11、 14和16， 增長量為1.52～1.78 m， 影響樹高增長量大小的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣； 莖粗增長量較大的是處理1、 7、 14、 15、 16、 6和12， 增長量為20.26～24.42 mm， 影響莖粗增長量大小的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣。 綜上可知， 3種肥料對樹高增長量和莖粗增長量影響主次順序均為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣， 最優水平組合均為： 尿素0.45 kg/株+過磷酸鈣1.71 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株。

2.2"不同施肥配方對薄殼山核桃幼林葉片養分質量分數的影響

由表3可知， 16個施肥配方處理后薄殼山核桃幼林植株葉片養分全氮質量分數以處理8、 9、 3、 4和10較高， 其中處理8葉片全氮質量分數最高， 達22.2 g/kg， 影響葉片全氮質量分數高低的肥料主次順序為： 氯化鉀、 尿素、 過磷酸鈣； 葉片全磷質量分數以處理3、 4、 8、 15和13較高， 其中處理3最高， 達1.27 g/kg， 影響葉片全磷質量分數高低的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣； 葉片全鉀質量分數以處理6、 13、 1和3較高， 其中處理6最高， 達15.9 g/kg， 影響葉片全鉀質量分數高低的肥料主次順序為： 氯化鉀、 過磷酸鈣、 尿素。 綜上可知， 對葉片全氮、 全磷、 全鉀質量分數影響的肥料主次順序為： 氯化鉀、 尿素、 過磷酸鈣， 最優水平組合為： 尿素0.11 kg/株+0.85 過磷酸鈣kg/株+氯化鉀0.46 kg/株。

2.3"不同施肥配方對薄殼山核桃幼林土壤養分質量分數的影響

由表4可知， 16個配方施肥后薄殼山核桃幼林土壤有效氮質量分數較高的是處理11和12， 有效氮質量分數達112.0 mg/kg， 影響有效氮質量分數高低的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣； 土壤有效磷質量分數較高的是處理1、 10、 11、 12和16， 其中處理1最高， 達24.6 mg/kg， 影響有效磷質量分數高低的肥料主次順序為： 氯化鉀、 尿素、 過磷酸鈣； 土壤有效鉀質量分數較高的是處理1、 2、 10、 11和16， 其中處理11最高， 達481.0 mg/kg， 影響有效鉀質量分數高低的肥料主次順序為： 氯化鉀、 尿素、 過磷酸鈣； 土壤有機質質量分數較高的是處理1、 7、 9、 10、 11和12， 其中處理10最高， 達37.5 g/kg， 影響有機質質量分數高低的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣。 綜上可知， 影響土壤有效氮、 磷、 鉀及有機質質量分數高低的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣， 最優水平組合為： 尿素0.33 kg/株+過磷酸鈣1.28 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株。

2.4"不同施肥配方對薄殼山核桃幼林土壤酶活性的影響

由表5可知， 16個配方施肥后薄殼山核桃幼林土壤磷酸酶活性較高的是處理6、 7和9， 其中處理7最高， 達43.2 U/g， 影響土壤磷酸酶活性高低的肥料主次順序為： 尿素、 過磷酸鈣、 氯化鉀； 土壤脲酶活性較高的是處理2、 3和9， 其中處理3最高， 達805.0 U/g， 影響土壤脲酶活性高低的肥料主次順序為： 尿素、 過磷酸鈣、 氯化鉀； 土壤蔗糖酶活性較高的是處理1、 5和11， 其中處理5最高， 達50.9 U/g， 影響土壤蔗糖酶活性高低的肥料主次順序為： 尿素、 過磷酸鈣、 氯化鉀； 土壤過氧化氫酶活性最高的是處理8， 達37.3 mg/g， 影響土壤過氧化氫酶活性高低的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣。 綜上可知， 影響土壤酶活性高低的肥料主次順序為： 尿素、 過磷酸鈣、 氯化鉀， 最優水平組合為： 尿素0.22 kg/株+過磷酸鈣0.85 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株。

2.5"指標相關性分析

薄殼山核桃幼林施肥后樹高增長量， 莖粗增長量， 土壤有效氮、 有效磷、 有效鉀、 有機質， 葉片氮， 葉片磷， 葉片鉀， 土壤磷酸酶、 脲酶、 蔗糖酶和過氧化氫酶活性間存在一定的相關性（表6）。 樹高增長量與莖粗增長量正相關極有統計學意義， 樹高增長量、 莖粗增長量都與葉片全氮、 全磷質量分數負相關極有統計學意義， 土壤有效氮質量分數與葉片磷質量分數負相關極有統計學意義， 土壤全氮、 全磷、 全鉀與土壤蔗糖酶活性正相關極有統計學意義， 葉片全氮質量分數與土壤過氧化氫酶正相關極有統計學意義。

3"討論與結論

3.1"討論

施肥對大多數樹種生長有促進作用［25］， 黃梅等［26］研究表明， 多次注射施肥可促進薄殼山核桃樹體生長， 肖良俊等［27］對4年生薄殼山核桃樹體施肥后， 莖粗增長量最大達4.33 cm， 樹高增長量最大達1.58 m。 本研究中， 16個施肥配方對薄殼山核桃幼林植株樹高生長和莖粗生長都有較大的促進作用， 其中處理14樹高增長量達1.84 m、 莖粗增長量達23.67 mm； 處理7樹高增長量達1.78 m、 莖粗增長量達23.99 mm， 對其生長起主要作用的是尿素和氯化鉀， 最優施肥水平組合為： 尿素0.45 kg/株+過磷酸鈣1.71 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株， 肖良俊等［27］研究結果顯示， 對樹高生長起主要作用的是磷肥和氮肥， 兩者存在一定差異， 但本研究與周樊等［21］研究結果一致， 可能是由于鉀肥對苗木生長有催化和協調作用， 磷肥影響效果不顯著。 相關性分析也表明， 幼林植株樹高增長量和莖粗增長量與土壤有效氮、 磷存在正相關， 與有效鉀存在負相關。

合理的氮、 磷、 鉀配比施肥不僅能提升土壤肥力， 為植物生長提供適宜的養分， 還能提高果實、 枝、 葉的礦質養分含量［28-29］。 本研究結果表明， 對薄殼山核桃幼林植株葉片氮磷鉀養分含量高低影響的肥料主次總體為氯化鉀和尿素， 過磷酸鈣次之， 最優施肥水平組合為： 尿素0.11 kg/株+過磷酸鈣0.85 kg/株+氯化鉀0.46 kg/株， 表明增施尿素配施氯化鉀能更大程度促進樹體對氮磷鉀養分的吸收利用， 使植株葉片礦質養分大量積累， 過磷酸鈣對葉片鉀的積累有一定促進作用， 但對葉片氮和磷的積累效果不明顯， 這與周維［30］研究結果中葉片養分含量隨氮磷鉀施入的提高而提高有一定差別， 可能原因是土壤中磷已經足量， 植株葉片磷元素積累達到峰值， 增施磷肥效果不明顯； 對幼林土壤有效氮磷鉀和有機質含量影響肥料主次總體為尿素和氯化鉀， 過磷酸鈣次之， 表明增施尿素和氯化鉀能促進土壤有效氮磷鉀養分含量提高， 在幼林階段過磷酸鈣可少量施入或不施， 最優施肥水平組合為： 尿素0.33 kg/株+過磷酸鈣1.28 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株； 對幼林土壤磷酸酶、 脲酶、 蔗糖酶和過氧化氫酶活性影響肥料主次總體為尿素和過磷酸鈣， 氯化鉀次之， 最優施肥水平組合為： 尿素0.22 kg/株+過磷酸鈣0.85 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株。 李桃禎等［31］對刨花潤楠配方施肥研究表明， 氮肥和磷肥對土壤脲酶、 磷酸酶和蔗糖酶活性影響極顯著， 鉀肥對脲酶和蔗糖酶活性影響較小， 兩者結論一致。 陳彩虹等［32］研究表明， 土壤酶活性與土壤養分間存在極顯著或顯著的相關關系， 也有研究表明脲酶及蛋白酶活性與土壤中磷、 鉀的循環呈負相關［33］。 本研究表明土壤脲酶與土壤有效氮及磷存在負相關， 與前人研究［34］存在一定差異， 這可能與樹種、 土壤環境等因素有關， 土壤酶活性與土壤養分存在空間異質性， 在不同土層、 不同季節酶活性存在顯著差異； 土壤蔗糖酶與土壤有效氮、 磷、 鉀存在顯著正相關， 這與余春和等［20］、 羅亞進［35］的研究結果一致。 由于本研究缺少對施肥后植株根際土壤微生物變化的探討， 未能更進一步揭示土壤酶活性變化的原因。

3.2"結論

不同配方施肥對薄殼山核桃生長起主要作用的是尿素和氯化鉀， 最優施肥水平組合為： 尿素0.45 kg/株+過磷酸鈣1.71 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株， 樹高增長量達1.78～1.84 m、 莖粗增長量達23.67～23.99 mm； 對薄殼山核桃幼林植株葉片氮、 磷、 鉀養分質量分數影響的肥料主次順序為： 氯化鉀、 尿素、 過磷酸鈣， 最優施肥水平組合為： 尿素0.11 kg/株+過磷酸鈣0.85 kg/株+氯化鉀0.46 kg/株， 全氮質量分數最高達22.2 g/kg， 全磷質量分數最高達1.27 g/kg， 全鉀質量分數最高達15.9 g/kg； 對幼林土壤有效氮、 磷、 鉀和有機質質量分數影響的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣， 最優施肥水平組合為： 尿素0.33 kg/株+過磷酸鈣1.28 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株， 有效氮質量分數為112.0 mg/kg， 有效磷質量分數為24.6 mg/kg， 有效鉀質量分數為481.0 mg/kg， 有機質質量分數為37.5 g/kg； 對幼林土壤磷酸酶、 脲酶、 蔗糖酶和過氧化氫酶活性影響的肥料主次順序為： 尿素、 過磷酸鈣、 氯化鉀， 最優施肥水平組合為： 尿素0.22 kg/株+過磷酸鈣0.85 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株。

總體來說， 對薄殼山核桃幼林植株生長、 葉片養分積累、 土壤酶及土壤有效養分質量分數影響的肥料主次順序為： 尿素、 氯化鉀、 過磷酸鈣， 最優施肥水平組合為： 尿素0.45 kg/株+過磷酸鈣0.85 kg/株+氯化鉀0.28 kg/株， 由于過磷酸鈣影響最小， 選擇最小施肥量。

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責任編輯"包穎

崔玉潔

DOI： 10.13718/j.cnki.xdzk.2025.01.015

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收稿日期：20240220

基金項目：中央財政林業科技推廣示范資金項目（ 鄂［2023］TG13號）； 湖北省林業科學院科技攻關項目（2021YGG02）； 湖北省重點研發計劃項目（2022BBA153）。

作者簡介：杜洋文， 碩士， 副研究員， 主要從事經濟林良種培育與高效優質栽培技術研究。

通信作者： 程軍勇， 研究員。