張飛英，劉亞群，柏明娥

（浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

長(zhǎng)期不同施肥方式對(duì)毛竹林土壤酸化過(guò)程的影響

張飛英，劉亞群，柏明娥

（浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

在浙江省毛竹Phyllostachys heterocycla cv. Pubescens主產(chǎn)區(qū)的11個(gè)縣（市、區(qū)）選擇固定樣地，對(duì)長(zhǎng)期施用尿素、復(fù)合肥、有機(jī)肥和不施肥（對(duì)照）4種不同施肥方式的林地進(jìn)行pH定位監(jiān)測(cè)研究，歷時(shí)10 a （2006－2015年）。結(jié)果表明，對(duì)照的土壤平均酸化速率為0.011 pH·a-1；長(zhǎng)期施用尿素的平均酸化速率達(dá)0.082 pH·a-1，是對(duì)照的7.5倍；施用復(fù)合肥土壤的平均酸化速率為0.053 pH·a-1，是對(duì)照的4.8倍；施用有機(jī)肥土壤的平均酸化速率為0.019 pH·a-1，是對(duì)照的1.7倍，相對(duì)比施用化肥的緩慢些，但一定程度上也促進(jìn)土壤的酸化進(jìn)程。因此減少毛竹林地化肥的施用是控制和緩解毛竹林土壤酸化的重要手段，同時(shí)積極開(kāi)展生態(tài)施肥和生態(tài)經(jīng)營(yíng)以實(shí)現(xiàn)毛竹林健康可持續(xù)發(fā)展。

毛竹林；長(zhǎng)期施肥；土壤酸化；酸化速率

毛竹Phyllostachys heterocycla cv. pubescens主要分布于我國(guó)秦嶺至長(zhǎng)江流域以南各省區(qū)，是我國(guó)分布最廣、面積最大、開(kāi)發(fā)利用程度最高的竹種。全國(guó)有毛竹林443.02萬(wàn)hm2，占竹林總面積的73.8%、森林總面積的2.13%[1]。因此毛竹林經(jīng)營(yíng)的好壞直接影響我國(guó)南方竹農(nóng)的收入，也直接影響毛竹林的可持續(xù)健康發(fā)展。近十幾年來(lái)，為提高竹材和筍的產(chǎn)量不斷在林地施用化肥，導(dǎo)致林地退化和土壤酸的化[2-5]。土壤酸化是土壤質(zhì)量退化的一個(gè)重要方面，其實(shí)質(zhì)是土壤鹽基性陽(yáng)離子減少，氫、鋁離子增加，土壤pH降低，有毒金屬離子活性增大的過(guò)程[6]。土壤酸化過(guò)程在自然界是固然存在的[7]，但在自然狀態(tài)下的酸化速度非常緩慢，由于工業(yè)飛速發(fā)展和人為強(qiáng)烈活動(dòng)加速了土壤酸化進(jìn)程[8]。Tarkalson等[9]認(rèn)為施肥和土地利用方式在土壤酸化中占主導(dǎo)地位。Cai等[10]研究表明長(zhǎng)期施用化學(xué)氮300 kg·hm-2·a-1，8~12 a后土壤pH下降了1.2 ~ 1.5。徐仁扣[11]發(fā)現(xiàn)在降雨量相對(duì)較低的南澳大利亞地區(qū)，80 kg·hm-2·a-1的銨態(tài)氮肥已明顯加速了土壤的酸化。許中堅(jiān)等[12]發(fā)現(xiàn)在土壤中施用硝酸銨會(huì)使土壤的酸度有不同程度的增大。據(jù)Ju等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，重施氮肥能導(dǎo)致土壤嚴(yán)重酸化，并顯著提高土壤鋁、鐵含量。因此對(duì)毛竹林進(jìn)行生態(tài)施肥和緩解酸化過(guò)程成為毛竹林健康和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)面臨的新問(wèn)題[14-16]。本研究通過(guò)長(zhǎng)期多點(diǎn)定位觀察將研究揭示毛竹林不同施肥方式對(duì)林地土壤酸化過(guò)程的影響，可為毛竹林生態(tài)施肥健康經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

浙江省是我國(guó)毛竹的主產(chǎn)區(qū)，地處華東地區(qū)中部，東海之濱，118°01' ~ 123°08' E，27°01' ~ 31°10' N，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫16 ~ 19°C，年平均降水量1 200 ~ 1 800 mm。陸域面積10.55萬(wàn)km2，只占全國(guó)陸域面積的1.1%，但竹林面積卻占全國(guó)的16%。截止2013年底，浙江省有26億多株毛竹，相當(dāng)于人均擁有47.5株[17]。在浙江省的湖州、金華、衢州、麗水、臺(tái)州的毛竹主要產(chǎn)區(qū)選擇11個(gè)縣（市、區(qū)）（圖1），包括湖州市的安吉縣，金華市的武義縣，衢州市的龍游縣、衢江區(qū)、江山市，麗水市的遂昌縣、龍泉市、慶元縣，臺(tái)州市的臨海市、黃巖區(qū)，選擇典型固定樣地，開(kāi)展定位監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)開(kāi)始之前，土壤pH背景值為5.31。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置圖Figure 1 Location of sample plots

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

2006年，在選取的11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，分別選擇經(jīng)營(yíng)正常、立竹密度在2 200 ~ 2 800株·hm-2間的具有代表性的毛竹典型筍竹兩用林分4塊，每塊毛竹林分面積均大于3 000 m2，分別設(shè)置施尿素（N）、施復(fù)合肥（NPK）、施有機(jī)肥（M）和不施肥對(duì)照（CK）4種不同施肥種類(lèi)進(jìn)行試驗(yàn)，并設(shè)立固定樣地進(jìn)行pH定位監(jiān)測(cè)，固定樣地面積600m2。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的施肥量為：尿素300±10.0 kg·hm-2·a-1，復(fù)合肥750±10.0 kg·hm-2·a-1，有機(jī)肥450±10.0 kg·hm-2·a-1。復(fù)合肥以尿素磷銨硫酸鉀三種肥料按30%，35%，35%的比例配合施用；有機(jī)肥采用當(dāng)?shù)刎i、牛、雞的畜禽熟腐糞肥。翻墾及其他經(jīng)營(yíng)管理等農(nóng)事活動(dòng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)管習(xí)慣照常進(jìn)行。

1.3 樣品采集與測(cè)定分析

每年春季發(fā)筍期過(guò)后的5月中下旬，在每個(gè)固定樣地內(nèi)采用上、中、下部各2個(gè)計(jì)6個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)采樣，采集0 ~ 20 cm土層的混合土壤，然后將6個(gè)采樣點(diǎn)的土樣進(jìn)行充分混合，再用四分法選取混合土樣帶回實(shí)驗(yàn)室。土壤pH測(cè)定方法根據(jù)《LY/T1239-1999森林土壤pH值的測(cè)定》，采用pH計(jì)水浸提電位測(cè)定法。

1.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

土壤酸化速率 （Acidification Rate/AR）是指單位時(shí)間pH變化引起的單位容積土壤中H+ 的變化量[18]：

式中，pH1~3表示試驗(yàn)初始3 a土壤平均pH；pH7~10表示試驗(yàn)第7至第10年的平均pH；T為試驗(yàn)時(shí)間。

數(shù)據(jù)處理采用Micosoft Excel 2007和OriginPro 8.5.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥種類(lèi)與土壤酸化趨勢(shì)

將各試驗(yàn)點(diǎn)在同一階段的土壤pH求平均值，以探索浙江毛竹林在長(zhǎng)期施肥下土壤pH的變化趨勢(shì)。不同的施肥種類(lèi)對(duì)土壤酸化的影響程度顯然不同。監(jiān)測(cè)表明，在同一階段由于施肥種類(lèi)的不同，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)毛竹林土壤的平均pH下降程度不同（圖2）。未施肥土壤的pH值10 a后較初始值下降0.06個(gè)單位，說(shuō)明自然酸化非常緩慢；施用尿素的土壤pH下降程度最大，至第10年較初始值下降0.57個(gè)單位，幾乎呈直線下降；施用復(fù)合肥土壤在第1至第3年高于施用尿素的土壤，在第7至第10年階段低于施用尿素的土壤，但在10a間的平均pH較初始值下降0.45個(gè)單位；施用有機(jī)肥土壤的pH到第10年較初始值下降0.21個(gè)單位，但是，在第7至10年，施用復(fù)合肥土壤的pH下降了0.13個(gè)單位，而施用有機(jī)肥土壤的pH增加了0.01個(gè)單位，說(shuō)明長(zhǎng)期施有機(jī)肥對(duì)土壤酸化具有較強(qiáng)的緩沖作用并在后期得到充分的體現(xiàn)。

2.2 施肥種類(lèi)與土壤酸化速率

不同施肥種類(lèi)對(duì)毛竹林土壤酸化速率的影響十分明顯。10 a的監(jiān)測(cè)表明（圖3），對(duì)照毛竹林土壤的平均酸化速率為0.011 pH·a-1，說(shuō)明土壤固然存在的酸化過(guò)程，但速度非常緩慢；施用尿素毛竹林土壤的平均酸化速率達(dá)0.082 pH·a-1，是對(duì)照的7.5倍，大大加速了土壤的酸化過(guò)程；施用復(fù)合肥毛竹林土壤的平均酸化速率為0.053 pH·a-1，是對(duì)照的4.8倍，同樣加速毛竹林地的土壤酸化進(jìn)程；施用有機(jī)肥毛竹林土壤的平均酸化速率為0.019 pH·a-1，是對(duì)照的1.7倍，相比施用化肥緩慢些，但一定程度上也促進(jìn)土壤的酸化進(jìn)程，這可能與畜禽糞肥的組成等有關(guān)。

2.3 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤酸化速率比較

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同施肥處理的毛竹林土壤酸化速率也并不相同（圖4）。與對(duì)照相比，施用尿素的土壤酸化速度最大的是安吉縣監(jiān)測(cè)定，酸化速率為0.13 pH·a-1，其次為衢江區(qū)和龍泉市監(jiān)測(cè)點(diǎn)。施用復(fù)合肥的土壤酸化速度最大的也是安吉縣監(jiān)測(cè)點(diǎn)，酸化速率為0.09 pH·a-1，其次也為衢江區(qū)和龍泉市。說(shuō)明浙江省毛竹林土壤的酸化現(xiàn)象普遍存在，但毛竹林土壤的酸化速率以安吉縣最高，這可能與其安吉縣毛竹的集約化經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度有關(guān)，其次是龍泉市和衢江區(qū)。

圖2 不同施肥處理土壤pH變化趨勢(shì)Figure 2 Variation of soil pH under different fertilizer treatments

圖3 不同施肥處理土壤平均酸化速率Figure 3 Soil acidification rate of stands treated by different fertilizers

圖4 長(zhǎng)期施肥下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的酸化速率Figure 4 Soil acidification rate of stands in different counties under different fertilizer treatments

3 結(jié)論與討論

經(jīng)10 a多點(diǎn)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)表明，毛竹林地不同施肥種類(lèi)對(duì)土壤酸化速率和程度影響很大。在不施肥情況下，毛竹林土壤也存在固有酸化現(xiàn)象，但速度非常緩慢。毛竹林地單施尿素，大大地加速了土壤的酸化進(jìn)程，施用NPK復(fù)合肥，也會(huì)較快地促進(jìn)土壤的酸化。施用畜禽有機(jī)肥一定程度上也促進(jìn)土壤的酸化進(jìn)程。

施用復(fù)合肥土壤的pH變化趨勢(shì)與施用有機(jī)肥的土壤相似，因復(fù)合肥中氮素的含量與有機(jī)肥中的差別大，到第10年，施用復(fù)合肥的土壤的平均pH較初始值下降0.45個(gè)單位。施用有機(jī)肥處理的土壤，較施用尿素和施用復(fù)合肥的土壤，酸化速率顯著的降低，在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，施用有機(jī)肥土壤的平均pH只下降了0.21個(gè)單位。有機(jī)肥主要是畜禽糞便類(lèi)物質(zhì)，對(duì)土壤酸化的影響不僅受畜禽糞類(lèi)堿基的含量、有機(jī)氮含量有關(guān)，還與畜禽糞便類(lèi)物質(zhì)鹽基離子如Ca2+，Mg2+組成有關(guān)，鹽基離子交換緩沖體系的存在能減緩?fù)寥浪峄募铀賉21]。

因此減少化學(xué)氮肥的施用是控制和緩解浙江毛竹林土壤酸化的重要手段，建議改施富含Ca2+，Mg2+等鹽基離子的有機(jī)肥，減緩?fù)寥浪峄募铀?。同時(shí)積極開(kāi)展毛竹林生態(tài)施肥及其生態(tài)經(jīng)營(yíng)技術(shù)研究，改良林地土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)毛竹林健康可持續(xù)發(fā)展。

[1] 王宏. 我國(guó)毛竹林生態(tài)施肥面臨的主要問(wèn)題及對(duì)策[J]. 世界竹藤通訊，2014，12（4）：35－38．

[2] 樓一平，盛煒彤，蕭江華. 我國(guó)毛竹林長(zhǎng)期立地生產(chǎn)力研究問(wèn)題的評(píng)述[J]. 林業(yè)科學(xué)研究，1999，12（2）：172－178．

[3] 陳雙林，楊偉真. 我國(guó)毛竹人工林地力衰退成因分析[J]. 林業(yè)科技開(kāi)發(fā)，2002，16（5）：3－6．

[4] 蔣俊明，朱維雙，劉國(guó)華，等. 川南毛竹林土壤肥力研究[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，25（4）：486－490．

[5] 張飛英，劉亞群，徐瑞英，等. 長(zhǎng)期施肥下毛竹林土壤的肥力質(zhì)量研究[J]. 浙江林業(yè)科技，2016，36（4）：19－23．

[6] 王文娟，楊知建，徐華勤. 我國(guó)土壤酸化研究概述[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（8）：19－23．

[7] 潘根興. 土壤酸化過(guò)程的土壤化學(xué)分析[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，1990，9（6）：48－52．

[8] Zhou J，Xia F，Liu X，et al. Effects of nitrogen fertilizer on the acidification of two typical acid soils in South China[J]. J Soils Sediments，2014，14（2）：415－422.

[9] Tarkalson D D，Payero J O，Hergert G W，et al. Acidification of soil in a dry land winter wheat-sorghum/corn-fallow rotation in the semiarid US Great Plains[J]. Plant Soil，2006，283（1）：367－379.

[10] Cai Z，Wang B，Xu M，et al. Intensified soil acidification from chemical N fertilization and prevention by manure in an 18-year field experiment in the red soil of southern China[J]. J Soils Sediments，2015，15（2）：260－270.

[11] 徐仁扣. 某些農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤酸化的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2002，21（5）：385－388.

[12] 許中堅(jiān)，劉廣深，俞佳棟. 氮循環(huán)的人為干擾與土壤酸化[J]. 地質(zhì)地球化學(xué)，2002，30（2）：74－78.

[13] Ju X T，Liu X J，Pan J R，et al. Fate of15N-labeled urea under a winter wheat-summer maize rotation on the North China Plain[J]. 土壤圈（英文版），2007，17（1）：52－61.

[14] 王宏，應(yīng)葉青，王晞月. 浙江毛竹林生態(tài)經(jīng)營(yíng)技術(shù)的PPA－DPSIR評(píng)價(jià)[J]. 世界竹藤通訊，2012，10（5）：1－6．

[15] 吳士文，索炎炎，梁鋼，等. 集約經(jīng)營(yíng)下南方竹園土壤酸化特征與緩沖容量研究[J]. 土壤通報(bào)，2012，43（5）：1121－1125．

[16] 徐仁扣. 土壤酸化及其調(diào)控研究進(jìn)展[J]. 土壤，2015，47（2）：238－244．

[17] 劉玉莉，江洪，周?chē)?guó)模，等. 安吉毛竹林水汽通量變化特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，34（17）：4900－4909．

[18] Helyar K R，Porter W M. Soil acidification, its measurement and the processes involved[J]. Soil Acid Plant Grow，1989：61－101．

[19] Guo J H，Liu X J，Zhang Y，et al. Significant acidification in major Chinese croplands[J]. Science， 2010，327（5968）：1008－1010．

[20] Zhou J，Xia F，Liu X，et al. Effects of nitrogen fertilizer on the acidification of two typical acid soils in South China[J]. J Soils Sediments，2014，14（2）：415－422．

[21] 張永春，汪吉東，沈明星，等. 長(zhǎng)期不同施肥對(duì)太湖地區(qū)典型土壤酸化的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2010，47（3）：465－472．

Effects of Different Fertilizations on Soil Acidification of Phyllostachys heterocycla cv. Pubescens Stands

ZHANG Fei-ying，LIU Ya-qun，BAI Ming-e
（Zhejiang Academy of Forestry, Hangzhou 310023, China）

Permanent sample plots were established in 2006 at Phyllostachys heterocycla cv. pubescens stands in 11 counties from the main producing areas of Zhejiang province. Different fertilization treatments were conducted on bamboo stands like application of urea, compound fertilizer, organic fertilizer and no fertilization (ck) to determine pH during 2006-2015. The results showed that the mean annual soil acidification rate of the control was 0.011 pH, and that of the plots treated by urea reached 0.082 pH, about 7.5 time of the CK. The annual average soil acidification rate of stand treated with compound fertilizer was 0.053 pH, which was 4.8 times of the CK, and that of stands treated by organic fertilizer was 0.019 pH, 1.7 time of the CK. Therefore, suggestions were offered such as reducing application of chemical fertilizers instead of ecological fertilization and management for healthy and sustainable development of bamboo forest.

Phyllostachys heterocycla cv. pubescens; long-term fertilization; soil acidification; acidification rate

S727.15；S753.53+2

A

1001-3776（2017）02-0060-05

10.3969/j.issn.1001-3776.2017.02.009

2016-12-14 ；

2017-01-28

張飛英，助理研究員，從事林業(yè)土壤、林下經(jīng)濟(jì)相關(guān)研究；E-mail：157880063@qq.com。