林木营养诊断是对林木营养状况进行判断并提出相应施肥措施，改进田间管理的一项技术措施，国外已得到广泛应用。近20~30年，我国在借鉴农作物养分诊断研究的基础上，逐步进行林木营养诊断研究，先后在杨树(樊巍等，1999；余常兵等，2004)、杉木(张建国等，2003；李倘弟等，1999)、湿地松(洪顺山等，1997；徐有明等，2002)、桉树(林书蓉等，1999)等树种上进行施肥及养分诊断方法的研究与探讨，但除范少辉等(1996a;1996b)对杉木做过系统的研究外，其他树种研究仅限于特定条件，短时间研究。对林木的养分诊断多采用临界值法、综合诊断施肥法(DRIS)、相关值法等，这些方法存在干扰因子多、时空变化大、生长相关性小、工作量大、容易误判等缺点。矢量分析通过土壤分析、肥效反应、外形分析、组织分析等手段，利用植物发育过程中养分供应、植物生长、体内养分之间的函数型数量关系，分析植物生长营养元素种类和丰缺程度，提供有效施肥处方指导，克服了上述方法的缺点，成为国外林木营养诊断的主要方法(Timmer et al., 1978；Weetman et al., 1982；Schǒnau et al., 1983；Teng et al., 1990；Haase et al., 1995)。我国对于矢量分析营养诊断的研究仍处于起步阶段，张健等(1992)介绍了矢量诊断方法，并对我国常用的林木营养诊断方法进行了详细对比。其后俞元春等(1999)、曹福亮等(2001)、Sun等(2000)分别运用该法对杉木NP与微量元素交互效应、银杏施肥效应、松柏混交林养分交互效应做出了积极的探索。

巨桉(Eucalyptus grandis)属桃金娘科(Myrtaceae)，桉属，双蒴盖亚属(Subgenus symphy myrtus)，横脉组(Transversara)，柳桉系(Saligance)的优良速生用材树种，天然分布在澳大利亚。四川自1986年引入巨桉，经过引种和品比实验，于1992年营建巨桉第一子代林，目前已成为四川桉树的主要栽培种，分布在川中、川南、川东南、川西南边缘地带，主要栽培区在泸州、宜宾、富顺、荣县、乐山、沐川、眉山、丹棱、洪雅、彭山等地，栽培面积已达2万hm²以上。巨桉作为国际短周期工业纸浆原料林的主要树种之一，一般6~8年达到工艺成熟，具有明显的前期速生性，属于高度集约栽培的定向培育林分，应用前景十分广阔。因此，巨桉幼年养分管理将直接影响巨桉林分的采伐收获量和经济效益。本项研究通过巨桉林分人工控制施肥量的定位试验，运用矢量分析法对N、P、K、Ca、Mg、B、Zn养分状况和丰缺程度进行诊断，系统介绍矢量分析的原理、方法及其运用，为我国林木营养诊断研究提供参考依据。

1 材料和方法 1.1 试验区产地条件和林分概况

试验地位于四川省泸州市纳溪区河丰镇双河村。位于东经105°23′，北纬28°26′。海拔400~460 m。年均温17 ℃，1月均温6.1 ℃，7月均温27.1 ℃，绝对最低温-6 ℃，年平均降水934.6 mm，属中亚热带湿润性气候。试验区地形地势变化不大，土壤为典型的山地黄壤，母质为残积母质。土层深厚，肥力中等。

参试材料为由澳大利亚引进的巨桉优树种源。苗木为营养袋苗，定植于1997年3月，定植前施基肥。整地方式为80 cm×80 cm×80 cm穴植。

1.2 方法 1.2.1 试验处理

采用人工控制施肥量的定位试验，设立密度(X₁)、氮(X₂)、磷(X₃)、钾(X₄)4个因素，每因素5个水平，随机区组排列。采用二次通用旋转设计，详细设计参见文献(冯茂松等，2003)。

1.2.2 样本采集和制备

为便于比较不同立地林木营养状况，确定采样时间为1998—2001年巨桉树木营养稳定期(即巨桉生长休眠期，11月至次年3月)，采样时每处理选取10~20株平均木作为采样样木，采样部位为树冠上部1/3处的4个方向，随机采取生长完全、无缺陷的新成长(1年生)叶片，采取混合叶样约500 g(干质量)，样本采回后随机选取100片叶测定鲜质量和风干质量(精确到0.1 mg)，其余叶片迅速经80 ℃杀青，60 ℃烘干，粉碎备用。

1.2.3 化学分析

按国标GB7888-87号方法对叶样一次性消化，进行N、P、K、Ca、Mg测定，Zn按GB7887-87号方法测定，全B按国标GB7890-87号方法测定。其中K、Ca、Mg、Zn均采用原子吸收分光光度计测定。

1.2.4 生长量测定

各处理每木检尺，实测胸径、树高，用公式 V=0.000 078 373 8 D^{1.711 827 51} H^{0.997 981 44}(黄从德等，2003)计算单株材积，进而得出各处理小区蓄积。

1.2.5 本底分析

在造林前按标准采取土样进行本底分析，并结合土壤养分评价标准予以评价。结果表明：试验区有机质含量10.6~25.6 g·kg^-1，全氮含量0.64~0.98 g·kg^-1，速效氮63.5~137.9 mg·kg^-1，速效磷7.19~24.9 mg·kg^-1，速效钾19.7~52.5 mg·kg^-1，总体土壤肥力可概括为中钾、高氮、中磷，肥力中等。同时在施肥后2~4年连续测定土壤养分，土壤中总N、P、K含量，有效P含量基本保持不变，仅有小幅增长，但速效N、速效K有较大增长，且这种养分状态能维持2~3年，说明施肥措施能有效改变当地立地N、K养分状况，而对P素贡献不大，这与P素容易被固定有关。

2 结果与分析 2.1 诊断时间的选择

诊断时间的选择关系到诊断结果的正确性。时间选择过早，施肥效应未充分表现；时间过晚，对生产没有指导意义。施肥的目的是提高生产量，因此可以利用叶片养分浓度和比值与生长末期材积的相关分析来确定两者最显著相关的叶龄即诊断时间。研究中采用方程y=a+bx+cx²进行计算，以叶片N、P、K浓度和比值与材积的相关分析确定最显著相关的叶龄，作为合适的诊断时间。按照此方法，确定相关显著且b > 0者为有效方程。结果(表 1)表明：24月龄采样的巨桉林19组方程中分别有5、5、1组有效，远远高于36月龄(分别为0、2组)和48月龄(分别为0组)，从而确定叶片营养诊断合适的采样时间为24月龄。通过施肥量与生长量的相关分析表明：施肥措施对巨桉生长效应可达到3年以上，结合叶片诊断时间以及巨桉短轮伐期原料林的经营周期(一般为6~8年)，故足可说明采样时间的适宜性和用作营养诊断的可靠性。

2.2 矢量诊断 2.2.1 矢量诊断的理论基础

在矢量分析(vector analysis)中，采用养分含量(x)、养分浓度(y)、生物量(z)进行诊断。其理论依据是三者之间具有一定的函数关系，可记为x=f(y，z)。植物需要充足、均衡的养分维持最佳生长发育，在养分不足、过多或比例失调的情况下，养分含量、养分浓度、生物量将随之发生变化而偏离原来的函数关系，导致植物生长减慢或停止。因此，可以通过对上述3个指标的监测进行植物养分供应状况的诊断，从而进一步指导施肥措施。

矢量诊断中最常采用的是叶分析法。由于叶片不仅养分集中而且是树木对营养元素盈缺变化最敏感的器官，所以目前多采用叶片的营养状况来确定林木养分状况，其诊断结果较为可靠。而基于叶分析的养分诊断，都是建立在树木叶组织中养分和树木生长量间相关性分析的基础上。通过对四川纳溪1~4年生巨桉人工林的相关分析，巨桉叶片N、P、K、Ca、Mg、B、Zn等养分浓度和含量与巨桉林分生长量(包括胸径、树高、蓄积)存在显著的相关关系[R_0.10(30)]，同时建立了叶片养分浓度与生长量之间的二元模型，达到极显著水平[F_0.05(30)]。

2.2.2 矢量分析诊断原理

矢量分析法是在1张二维坐标图中引入辅助坐标轴(Z轴)，根据研究需要确定参比对象，分别绘制诊断对象的矢量线，根据矢量的大小和方向判断各营养元素供应状况(亏缺、充足、奢侈消耗、毒害、稀释等)及其程度，见图 1、表 2。图 1中A类型为最常见类型，植物样品生物量、养分含量与参照点比较增高，而养分浓度下降，表明在该种养分供应状况下促进了林木生长，浓度下降是由于生长量增加造成，即养分吸收量比生物量增加速度慢，表现为养分的稀释效应，无养分限制。B类型中生物量和养分含量成比例增加，达到养分平衡状态，因而养分浓度保持不变，此时植株营养供应充足，无养分限制。C类型中生物量、养分含量、养分浓度三者同时增加，表明植株仍有提高生长速度的潜力，养分供应受到限制。D类型中生物量保持不变，而养分含量和养分浓度增加，表明植株已达到最大生长潜力，但养分供应过量，不断向植株体内富集，表现为奢侈吸收。如果再增加养分供应，植物组织养分富集浓度过大，对植物生理活动造成毒害，表现为植物生长速度降低，生物量减少，如E类型。F类型中由于养分的过量供应，高浓度的离子与离子之间产生拮抗作用，从而降低了养分的吸收，表现为植物生物量、养分含量、养分浓度同时下降。Imo和Timmer(1997)通过引入时间变量用于评价稳态营养反应，由于植物组织营养元素浓度(c)是营养吸收(a)和生物量积累(m)共同作用的结果，因此，浓度的时间变化可以用d (c)/dt=d(a/m)/dt表示，当d(c)/dt=0时(B矢量)，植物处于稳态营养阶段，生物量积累和养分含量持续上升，而养分浓度保持基本不变；d(c)/d t＜0时(A矢量)，生物量积累和养分吸收上升，但养分浓度下降，表现为生长稀释效应；0＜d(c)/dt＜1时(C矢量)，生物量、养分吸收量、养分浓度同时上升，植物生长仍具潜力，此时存在养分限制；而D、E、F3种类型由于缺乏相关研究数据，未做详细说明。

2.2.3 矢量诊断图的制作

1) 参照点选择  根据研究需要可设立对照作为参照点，也可不设对照，以生长最优的处理作为参照点，这是因为在同等立地条件下，最优处理其养分供应状况相对最充分，养分最均衡，可依此判断其他处理养分供应状况。由表 3可知，处理6小区蓄积最大，为最优处理，因此作为参照点。

2) 数据标准化  分别各处理按公式x=yz计算养分含量，式中x为养分含量，y为养分浓度，z为生物量积累即干物质积累量。以第6号处理的养分含量、养分浓度、叶片生物量为100，对其他处理相应数据进行标准化，如30号处理N浓度为12.98 g·kg^-1，6号参照N浓度为13.30 g·kg^-1，则30号处理N浓度标准化值为12.98×100/13.30=97. 59。也可以养分含量、养分浓度、生物量积累量绝对值做图。

3) 建立矢量图  利用叶片干质量、叶片养分浓度、叶片养分含量标准化数据做出矢量诊断图，诊断中由于某些不可避免的误差，应结合各处理与参照点的差异性检验进一步进行诊断，如1号处理中Ca素诊断结果为C类型，但与6号参照相比，差异不明显，可诊断为不受限制，介于C(轻度缺乏)、B(充足)类型之间。经过差异性检验，并结合诊断图中各营养元素矢量方向和大小可得出诊断结果，受限制元素及程度大小(表 4)。

以表 3数据标准化后做矢量图(见图 2)。

2.2.4 矢量分析结果

1) 养分限制诊断  矢量诊断技术最初主要用于诊断和预测植物某一营养成分的丰缺及其程度。依据图 2中C矢量大小可判断在当地立地条件下受限制养分元素以及受限制的程度。表 4结果表明，在当地立地条件下，P、K、B养分处于缺乏状态，N、Ca、Mg、Zn等养分受限制程度较小。

由1~8号处理矢量图(图 2a)和表 4可知：总体上K素浓度增加，叶质量也增加，诊断为C类型，且K矢量最大，表现为K素缺乏，为最明显的限制因子。材积下降幅度为5.54%~34.94%。而P素浓度增加幅度较小(5号处理中P素为第1限制因子，这与该处理立地差异相关)，叶质量增加，也属于C类型，表现为P素缺乏，但其矢量大小次于K素，诊断为第2限制因素。N、B、Ca、Zn、Mg等养分与对照相比变化幅度不大，诊断结果介于A、B、C类型之间，为微弱缺乏或充足状态。

在9~16号处理中(图 2b、表 4)，K素矢量最大，诊断为C类型，仍为第1限制因子，处于缺乏状态(个别处理例外)，材积降低幅度为19.11%~55.11%。而P素浓度增幅不大，诊断为B类型，无养分限制。

17~31号处理(图 2c、d、表 4)中，B素矢量基本上都为最大，为第1限制因子，P、K元素次之，诊断为第2限制因素，材积下降幅度为8.26%~39.87%。处理立地条件不同，N、Ca、Mg、Zn等表现为不同程度的缺乏。

2) 施肥反应与养分交互效应诊断  与其他诊断方法相比，矢量诊断在解释多种养分的相互作用和一些施肥反应时具有更大的优越性。分析结果表明：14号处理中B、P、K浓度增大，但叶质量下降，属于E类型矢量，诊断为过量吸收；Ca、Mg浓度和叶质量同时下降，表现为F类型矢量，诊断为过量拮抗作用，即B、P、K素与Ca、Mg养分之间存在明显的拮抗作用。同理，22号处理中P素对Ca、Mg养分，31号处理中P、B、K对Zn元素也存在拮抗作用，但该处理与对照叶质量差异不明显，其拮抗作用相对较弱。就整个立地而言，N、P、K肥不同组合促进叶生长显著，叶相对干质量较对照增加8.27%~104.43%。而矢量图中B、P、K三元素矢量最大，表明该地区土壤P、K缺乏是限制巨桉生长的重要因子，施用P、K肥对土壤B的吸收有明显的促进作用，P、K的缺乏将导致B吸收不足。此外，林地磷肥施用可能会导致林木Zn缺乏，在本次研究中也有一定程度的表现，但其作用相对较弱。N素在该地区诊断结果多为稀释效应，但在一定程度上也受土壤P、K状况影响，其与P、K肥混合施用将有利于B、Zn等微量元素的吸收。

3) 养分状况变化诊断  矢量技术对养分的时间动态变化也具有一定的诊断意义。试验中采用2~4年生巨桉叶片养分浓度的相对变化，并结合表 2诊断解释，做出7种养分的动态变化图(图 3)，图中趋势一定程度说明：除Zn元素变化不显著外，其他元素在不同年份均具有较强的动态变化，叶片N素浓度在2年生以后，呈增加趋势，说明N素在当地由充足状态逐渐转向缺乏，而P、K在第2~3年生时变化不明显，第4年生时出现分化，证明二者的养分状况在第2~3年生时仍未得到改善，第4年时P素缺乏状况进一步加大，而K素得到明显的缓解。叶片B素浓度先降后升，说明B吸收在得到缓解后由于P素缺乏状态的加强而导致B素进一步缺乏，由此也证明B素的吸收主要受P素的影响。Ca、Mg 2个元素表现出相同的规律，既在第2~3年间表现为稀释效应，其养分状况不受限制，而在第4年其养分状况变化不明显。

4) 诊断结果应用建议  综合上述矢量诊断结果，在四川纳溪巨桉试验区，由于N素有效量较高，因此在造林前可不施N基肥或少施N基肥(0~25 g·tree^-1 )，造林后第2~3年时应追施N肥(25 g·tree^-1)。P、K素在各个处理中基本上都表现为缺乏状态，应加大施肥量(75~100 g·tree^-1)，由于P素易被固定，建议采取少量多次施肥，K肥在4年生后可少施或不施(0~25 g·tree^-1)。此外应注意适量施用微量肥料B素。

3 结论与讨论

矢量分析法是在一幅综合性的矢量分析图中，揭示林木生长效应，养分浓度及养分含量之间的内在联系，将不同环境条件，不同处理导致的养分—林木生长对应效果进行养分阈值、养分互作、养分平衡及林木生长响应的比较分析，具有强烈的可比性，能对养分的富集作用，稀释效应，养分离子平衡及互作进行独立诊断，得出比其他诊断方法更为全面、准确的养分诊断结果。其优点是对叶片变异大的树木诊断也很准确，而且诊断结果可用图形表达，既直观又准确。研究表明：矢量诊断技术适用于巨桉，能准确地得出诊断结果，具有干扰因子少、生长相关性大、工作量小、诊断迅速、全面(可对其他立地因子差异进行诊断，如光、温度、水分等)、能反应时空变化、精度高的优点，适宜于在林木经营中推广应用。

由于我国林业用地类型多样，立地变化大，诊断中应结合林木经营目的和目标产量确定最佳诊断时间，依据林木组织养分浓度的动态变化确定经营措施，诊断指标应结合树种养分需求特点选择，以尽可能多的指标反应养分状态，进而建立林木营养诊断指标体系，为我国林业生产提供科学的理论依据。