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毛竹氮素利用规律及影响因子研究

赵建诚  
【摘要】:毛竹(Phyllostachys edulis)是我国重要的经济和生态竹种,生长周期短,产量高,养分需求量大,但受自身生长特性和收获方式等的影响,毛竹林养分归还较少,生产上通常通过施肥来补充地力,尤其是氮肥施用非常普遍。然而,在当前毛竹林经营中,为获得更高的经济效益而大量施肥,造成了氮素利用率的持续下降和更大的环境压力。在此背景下,如何提高氮素利用率、减少氮素损失,降低施氮对环境造成的不利影响,成为当前实现毛竹林可持续经营的关键。本研究以安徽省黄山区毛竹纯林为研究对象,运用15N同位素示踪技术,采用沟施和穴施两种处理,每个处理设置0~20 cm和20~40 cm两个土壤层施肥,即0~20 cm沟施(T1)、20~40 cm沟施(T2)、0~20 cm穴施(T3)和20~40 cm穴施(T4),以不施肥作为空白对照,研究了毛竹林氮素去向以及毛竹氮素利用的根系效应、根层效应和年龄效应,探讨了毛竹氮素吸收利用规律,确定了土壤养分高效响应层、根系类型以及重点管理年龄;同时监测了自换叶后、孕笋期、冬季养分积累期到发笋前四个关键生理期的土壤环境因子及其时空变化规律,构建了毛竹林土壤环境因子指标库,采用灰色关联分析、典型相关分析和逐步回归分析研究土壤各指标与氮素利用率的关联度,筛选了影响毛竹林氮素利用率的关键土壤环境因子。主要研究结果如下:1、毛竹林氮素去向主要包括竹株吸收利用、土壤残留和氮素损失等3个方面6大方向,不同施肥处理毛竹林的氮素去向有差异。(1)施肥后,随毛竹生长,氮素利用率呈先增加后减少的趋势,以孕笋期到冬季养分积累期的利用率最高;各施肥处理下,氮素利用状况不同,以20~40 cm沟施的氮素利用率最高,达30.36%。(2)土壤氮残留随毛竹根系吸收及氮素损失而逐渐减少,并具有明显的垂直分布特征。试验结束时(施肥后184天),各施肥处理毛竹林的氮素残留率分别为15.20%、18.22%、20.59%和14.77%。(3)氮素损失是竹林氮素去向的重要部分,四种施肥处理毛竹林的氮素总损失率达51.42%~57.16%。其中,氨挥发损失、淋溶损失和硝化反硝化损失是毛竹林氮素损失的主要途径,损失率分别达13.30%~16.57%、18.08%~20.99%和15.27%~21.35%,而径流损失的氮素损失率最低,为1.43%~2.02%。各施肥处理中,深层施肥的氨挥发损失和径流损失均低于浅层施肥,沟施的氨挥发损失和径流损失均低于穴施;而淋溶损失却表现出相反的规律,硝化反硝化损失未表现出一致的变化趋势。2、毛竹氮素利用具有明显的根系效应、根层效应和年龄效应。(1)不同根系类型(鞭根和蔸根)施肥处理下,毛竹对氮素的吸收利用状况不同。氮素吸收速率和利用率总体表现为鞭根施肥处理高于蔸根施肥;试验结束时,鞭根和蔸根施肥毛竹的氮素利用率分别为28.07%和26.93%。(2)不同根层施肥毛竹林的氮素吸收利用状况差异较明显。氮素总吸收速率表现为20~40cm根层施肥显著高于0~20cm,氮素利用率也以20~40cm根层施肥较大;试验结束时,0~20cm和20~40cm根层施肥毛竹的氮素利用率分别为27.09%和29.41%。(3)不同年龄的竹株对氮素的吸收利用状况差异明显。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ度毛竹随其生长的阶段吸收效率均表现为先升高后降低的趋势,其中Ⅰ度竹在各阶段吸收效率最高;研究期内,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ度毛竹的氮素利用率分别达13.29%、5.12%和3.55%。3、29个土壤环境因子中,土壤含水率、总孔隙度、有机质含量、全磷含量、脲酶活性、细菌plfas量、c:n、n:p和土壤积温是影响毛竹氮素利用率的关键因子。连续监测了4个关键生理期内毛竹林地土壤的物理、化学、酶活性和微生物等环境因子,计算了土壤c、n、p化学计量比,构建了毛竹林土壤环境因子指标库,分析了各土壤环境因子的时空变化规律。采用灰色关联分析、典型相关分析和逐步回归分析相结合的主因子筛选技术确定了影响氮素利用率的关键土壤环境因子。研究发现,土壤环境状况与土层深度关系密切,且土层不同,影响毛竹氮素吸收的关键因子有差异,综合分析发现,土壤含水率、总孔隙度、有机质含量、全磷含量、脲酶活性、细菌plfas量、c:n、n:p和土壤积温是影响氮素利用率的关键土壤环境因子。毛竹氮素利用存在明显的规律性,且利用率受土壤环境因子的直接影响,研究结果为施肥技术提升提供了较强的理论支撑。不同根层施肥毛竹林的氮素利用状况有差异,20~40cm根层施肥毛竹林的氮素利用率高、氮素损失少,建议作为毛竹林施肥区域;不同年龄竹株氮素利用能力不同,以Ⅰ度竹穴施利用率最高。因此,在毛竹施肥抚育中,建议以I度竹作为重点施肥对象,采用穴施,施肥深度控制在30 cm左右;同时,土壤环境因子中以土壤含水率、总孔隙度和脲酶活性影响最大,施肥抚育时应重点调控。


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