2002, Vol. 38
文章信息
- 杨承栋, Janet Dutch, 焦如珍, 夏良放, 孙启武.
- Yang Chengdong, Janet Dutch, Jiao Ruzhen, Xia Liangfang, Sun Qiwu.
- 杉木幼龄林叶片营养元素含量与林木生长的相关性
- CORRELATIVITY BETWEEN GROWTH AND NUTRIENT CONTENTS IN FOLIAGE OF YOUNG CHINESE FIR PLANTATION
- 林业科学, 2002, 38(6): 24-29.
- Scientia Silvae Sinicae, 2002, 38(6): 24-29.
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文章历史
- 收稿日期：1999-07-14
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作者相关文章
2. 中国林业科学研究院亚热带实验中心 分宜 336600;
3. The Forestry Authority, Northern Research Station, UK
2. Subtropical Experimental Centre, CAF Fenyi 336600;
3. The Forestry Authority, Northern Research Station, UK
杉木分布在我国17个省、市、自治区, 杉木人工林面积约占我国人工林面积24%。多年来由于不正确的森林经营, 兼之对该树种生物学特性尚不十分清楚, 致使该树种地力衰退现象十分严重, 土壤性质恶化, 产量逐代下降, 第2代杉木人工林和第1代相比, 生长量下降10%~15%, 第3代和第1代相比, 生长量下降40%~50%。更为严重的是, 在某些地区2代杉木林成活率低、甚至不能成活, 严重地威胁着对有限可耕地的永续利用。多年来我国学者从土壤理化性质及生物活性方面做了很多研究工作, 也积累了大量的数据, 然而影响杉木生长的不少关键因子, 至今还不十分清楚, 这显然是与土壤组成结构复杂、影响林木生长的干扰因子较多有关(杨承栋等, 1996; 俞新妥等, 1992; 周学金等, 1992)。Benzian (1965)、Bengtson (1968)、Baule和Fricker (1970)、Will (1985)等曾报道利用叶片营养分析数据去诊断林木缺素状况(Dan, 1986), 罗汝英(1983)也曾论述树叶分析数据与林木生长的关系。然而近来我国学者在研究杉木人工林地力衰退时, 侧重于对土壤性质的研究, 有关杉木叶片养分含量与林木生长回归关系的内在规律报道甚少。本文特阐述这方面的研究结果, 为杉木人工林经营提供科学依据。
1 研究地区的自然概况研究工作在江西省分宜县大岗山实验中心的上村林场、山下林场和年珠林场进行。地处我国中亚热带, 年平均气温17.5℃、年降水量1 597.3 mm, 且50%集中在4~6月份, 无霜期268 d。由于湿热同期, 植物生长茂盛。成土的富铝化和生物富积化同时进行, 形成了盐基不饱和的酸性土壤。3个林场的地带性植被为常绿阔叶林。母岩为板岩和页岩, 土壤类型为红壤和黄红壤。
2 研究方法 2.1 样地的设置2代杉木林样地设置在上村和山下林场。上村林场树龄为5 a, 山下林场树龄为7 a, 在每个林场各设置临时标准地3块, 分别位于两林场同一座山体的下坡、中坡和上坡, 分别代表好、中、差, 地位指数分别是16、14、12;山下林场样地土壤类型为红壤, 上村林场样地为黄红壤。海拔高度150~450 m。1代杉木林样地设置在年珠林场, 树龄2 a, 共设置7块样地, 其中位于山坡下部3块, 地位指数16;位于山坡中部1块, 地位指数14;山坡上部3块, 地位指数12, 土壤类型为红壤。
2.2 实验方法于1993-12下旬采叶样, 在每块标准地上选择10株优势树, 测量树高和胸径, 分别从每株树的第1、6轮枝采集叶子各10个, 烘干、磨碎, 用硫酸消化样品, 用靛酚兰法测定N, 钼锑抗法测定P, 火焰光度计法测定K, 原子吸收分光光度法测定K、Ca、Mg、Cu、Mn、Zn、Fe含量。
3 实验结果的统计运算与分析 3.1 不同立地样地林木生长与叶片营养元素含量将不同立地条件, 杉木高生长、当年高生长及胸径生长与杉木叶片中营养元素含量列于表 1。
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方差分析结果表明:第1轮枝和第6轮枝叶片中K、Ca含量的差异达到了显著水平。而其它元素含量如N、P、Mg、Cu、Mn、Zn、Fe含量虽然存在差异, 但未能达到显著水平(表 2) (唐守正, 1989)。
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把2代杉木林生长的上村、山下两林场作为第1定性因子, 把好、中、差不同地位指数作为第2定性因子, 把2个定性因子和9个定量因子即叶片中N、P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Zn、Fe含量与杉木生长量进行协方差分析, 其计算结果如表 3。
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表 3中, F=0.00 < F (0.05) =3.94, 说明上村、山下两林场2代杉木高生长差异未达显著水平。从F=81.36 > F (0.05) =3.09, 说明两林场不同地位指数立地2代杉木林高生长差异明显(唐守正, 1989)。
3.3.2 2代杉木林当年高生长对两林场、不同地位指数的协方差分析, 复相关系数=0.787表 3中, F=0.136 < F (0.05) =3.94, 说明上村、山下两林场当年高生长的差异未达显著水平。从F=18.94 > F (0.05) =3.09, 说明两林场不同地位指数立地的当年高生长差异明显。
3.3.3 2代杉木林胸径生长对两林场、不同地位指数立地条件的协方差分析, 复相关系数=0.808表 3中, F=7.24 > F (0.05) =3.94, 说明上村、山下两林场杉木胸径生长的差异达到显著水平。从F=16.84 > F (0.05) =3.09, 说明两林场不同地位指数立地杉木胸径生长差异是明显的(唐守正, 1989)。
3.4 上村、山下两林场的2代杉木幼龄林叶子养分含量与树高(H)、当年生高(G)及胸径(D)生长关系的多元相关分析两林场第1、第6轮枝60个叶子样本中N、P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Zn、Fe含量与H、G、D关系的多元相关回归分析, 其6个多元回归方程的偏相关系数值如表 4。
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从表 4可见, 2代杉木林树高和胸径生长与第1轮枝叶片中N、Mg、Cu、Mn、Fe含量呈正相关, 进一步比较偏相关系数值大小可知:影响树高生长主要是叶片中N含量, 其次是Fe、Mn、Cu和Mg含量; 影响当年高生长主要是叶片中N、Cu含量, 其次是Fe、Mg和Mn含量; 影响胸径生长主要是叶片中N和Cu含量, 其次是Mn、Fe及Mg含量。同样, 2代杉木林高生长及当年高生长与第6轮枝叶子中P、Mg、Cu、Mn、Fe含量呈正相关。依据偏相关系数值大小, 与树高生长相关最密切的是P含量, 其次是Cu、Mn含量; 与当年高生长相关密切的是Cu含量, 其次是与P、Mn、Fe含量呈正相关; 与胸径生长呈正相关比较密切是Cu含量, 其次是Mn、P和Fe含量。
3.5 上村林场、山下林场2代杉木叶片中营养元素含量与树高(H)、当年生高(G)及胸径(D)生长关系的逐步回归分析通过运算, 得到树高、当年生高和胸径生长与叶片中各营养元素含量的逐步回归方程, 其方程系数列于表 5。
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结果表明:与2代杉木林树高、当年生高及胸径生长呈正相关是第1轮枝叶片中N含量, 其次是Cu、Mn、Fe含量。与树高相关最密切是叶片中N含量, 与叶片中Cu、Mn、Fe含量虽然也呈正相关, 但方程系数值偏低, 也就是说Cu、Mn、Fe的含量尚未能影响到林木生长。与当年生树高生长最密切的也是N含量, 其次是Cu、Fe含量, 与Mn含量虽呈正相关, 但方程系数值几近于零; 与胸径生长呈正相关最密切是N含量, 其次是Fe、Cu, 与Mn含量虽呈正相关, 但方程系数值同样几近于零。
第6轮枝与2代杉木林树高生长呈正相关是叶片中P含量, 与Cu、Mn含量虽呈正相关, 但方程系数值很低。与当年生高生长呈正相关的是第6轮枝叶片中P含量, 其次是Cu含量, 与Mn含量虽呈正相关, 但同样方程系数值偏低。与胸径生长呈密切正相关是第6轮枝叶片中P含量, Cu、Mn的方程系数值偏低, 特别是Mn的方程系数值很小, 说明Mn对林木生长的影响较小。
为了把1、2代杉木幼龄林生长与叶片中营养元素含量之间相关关系进行比较, 本文对相似气候条件下1代杉木幼龄林叶片中营养元素含量与林木生长关系也进行了多元回归分析。
3.6 年珠林场1代杉木林第1、6轮枝叶片中营养元素含量与林木生长关系的多元回归分析把树高(Y1)、当年生高(Y2)和胸径(Y3)作为因变量, 把叶片中各营养元素含量作自变量, 通过多元回归运算, 得到6个方程的偏相关系数值列于表 6。
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依据偏相关系数值大小可知:第1轮枝与树高、当年生树高及胸径生长相关最密切的是叶片中P含量; 与树高生长相关密切的还有微量元素Cu, 与Mg、Fe含量虽然呈正相关, 但偏相关系数值偏低; 与当年生树高生长相关较密切的还有Cu、Fe含量, 与Zn含量虽呈正相关, 但偏相关系数值很低; 与胸径生长相关性较密切的还有Mg、Fe含量, Mn的偏相关系数值偏低。
同样, 根据偏相关系数值的大小, 可以判断第6轮枝杉木幼龄林树高、当年生高和胸径生长主要与叶片中P含量密切正相关。与树高生长呈密切正相关还有叶片中Cu含量, 与Mn、Fe含量虽呈正相关, 但偏相关系数偏低。与当年生树高呈密切正相关的还有叶片中Fe、Cu含量, 与Mn含量虽呈正相关, 但偏相关系数值偏低; 与胸径生长呈正相关的还有Fe含量, 与Cu、Zn含量虽呈正相关, 同样, 偏相关系数值较小。
与2代杉木林相比, 1代杉木林的6个多元回归方程的复相关系数值均偏低, 也就是说营养元素含量尚没有较明显影响林木生长。从树高、当年生高以及胸径生长的多元回归方程的偏相关系数值可知, 1代杉木林叶片中P元素的含量与树高、当年生树高以及胸径生长的相关性较为密切, 叶片中微量元素Cu、Fe含量虽有影响, 但和叶片中P含量相比之下还是较小的。
为进一步确证1代杉木幼龄林生长与叶片中营养元素含量的相关关系, 下面将作逐步回归分析。
3.7 年珠林场1代杉木林第1、6轮枝叶片中营养元素含量与林木生长关系的逐步回归分析把树高(Y1)、当年生高(Y2)和胸径(Y3)作为因变量, 把叶片中各营养元素含量作自变量, 通过逐步回归运算, 所得6个多元回归方程的方程系数值列于表 7。
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解第1轮枝3个回归方程可知, P元素的方程系数值最大, 也就是说, 叶片中P元素含量是影响树高、当年高生长和胸径生长的主要因子, Fe、Cu元素的方程系数虽然是正值, 但数值偏小, 也就是说Fe和Cu含量对林木生长的影响较小。
解第6轮枝的3个回归方程可知, 在树高回归方程中, P元素的方程系数值5.880, 是唯一的正值, 也就是说, 树高生长仅与叶片中P元素含量呈正相关; 在当年生树高回归方程中, P元素的方程系数值(3.79)最大, 其次是Fe元素(X9)的方程系数值1.48, 也就是说, 当年高生长主要是与叶片中P含量呈正相关, 其次是Fe; 在胸径回归方程中, P元素(X2)的方程系数10.668最大, Fe元素(X9)的方程系数值0.000 8虽然也是正值, 但方程系数值偏低, 可见, 胸径生长主要是与叶片中P元素含量呈正相关。
从1代杉木幼龄林第1轮枝和第6轮枝叶片养分含量及其与林木生长关系的逐步回归分析的方程系数值可以清楚地看出, 与1代杉木幼龄林生长密切相关的是叶片中P含量, 叶片中Fe含量对1代杉木幼龄林当年高生长和胸径生长也有影响, 但远不如P含量的影响大。树高、当年高生长以及胸径生长与各营养元素含量的多元回归方程的复相关系数值相比于2代杉木林均较低, 也就是说, 各营养元素含量, 对林木生长的影响也不十分显著。
4 结论与讨论板岩、页岩立地条件下, 2代杉木林生长与第1轮枝叶片中N、Mg、Cu、Mn、Fe含量呈正相关, 特别是与大量元素N以及微量元素Cu、Mn、Fe含量相关性密切。
板岩、页岩立地条件下, 2代杉木林生长与第6轮枝叶片中P、Mg、Cu、Mn、Fe含量呈正相关, 特别是与大量元素P及微量元素Cu、Mn含量相关性密切。
相似立地条件下的板岩、页岩上发育的土壤, 其2代杉木林高生长、当年高生长及胸径生长差异未能达到显著水平, 但不同地位指数立地条件下杉木生长差异达到了显著水平。
1代杉木幼龄林生长与大量元素和微量元素的相关性, 相比于2代杉木林, 其复相关关系数据偏低, 说明1代杉木幼龄林在其生长过程中, 营养元素含量, 并没有达到明显制约1代杉木幼龄林的生长。
本研究结果表明:杉木幼龄林经营过程中, 不仅要考虑到大量元素缺乏对林木生长的影响, 而且还要考虑到微量元素含量缺乏对林木生长的影响。
罗汝英. 1983. 森林土壤学. 北京: 科学出版社, 145-152.
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唐守正.多元统计分析方法.北京: 中国林业出版社, 1989, 1~13、102~112, 191~270
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杨承栋. 1996. 杉木连栽土壤组成、结构、性质变化及其对林木生长的影响. 林业科学, 32(2): 175-181. |
俞新妥, 张其水. 1992. 杉木连栽林地土壤生化特性及土壤肥力的研究.人工林地力衰退研究. 北京: 中国科学技术出版社, 93-99.
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周学金, 罗汝英. 1992. 杉木连栽对土壤养分的影响及其反馈.人工林地力衰退研究. 北京: 中国科学技术出版社, 100-105.
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Dan Brinkley. 1986. Forest nutrition management. Awiley-Interscience Publication: 98-106. |