文章信息
- 庞赞松, 陈振华, 梁加荣, 李海星, 何斌
- PANG Zansong, CHEN Zhenhua, LIANG Jiarong, LI Haixing, HE Bin
- 桂西南不同更新方式尾巨桉中龄林地上部分养分积累与分配
- Accumulation and distribution of aboveground nutrient of middle-aged Eucalyptus urophylla×E.grandis plantations in different regeneration modes in southwest Guangxi
- 亚热带农业研究, 2017, 13(4): 231-235
- Subtropical Agriculture Research, 2017, 13(4): 231-235.
- DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2017.04.003
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文章历史
- 收稿日期: 2017-10-25
2. 广西大学林学院, 广西 南宁 530004
2. College of Forestry, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China
林木养分元素的积累与分配特征是森林尤其是人工林养分元素生物循环的重要内容之一,对指导林业生产、提高森林的养分利用效率和生产潜力都极为重要[1-2]。桉树(Eucalyptus)因具有适应性强、生长快速、抗逆性强和经济效益高等优点,成为我国南方短周期工业用材林的主要造林树种,并取得极其显著的经济效益和社会效益[3-4]。桉树造林和再造林方式主要包括植苗更新和萌芽更新,其中萌芽更新节省了炼山、整地和苗木等投入,加上林木生长快速,而且对林地的干扰较小,有利于林地地力的恢复和维持。因此,植苗林轮伐后进行萌芽林经营已成为一种兼具经济效益和生态效益的桉树林地更新方式。
尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)由巨桉(E.grandis)和尾叶桉(E.urophylla)杂交而来,具有速生、丰产、萌芽性能强,干形圆满通直和经济效益显著等优点,是我国南方大规模推广种植的桉树优良品种(品系)之一[3-5],其中萌芽更新为其重要林地更新方式。目前,有关伐桩高度、留萌密度和抚育措施等对尾巨桉萌芽更新林生长的影响已有报道[6-10],但有关尾巨桉人工林养分特性的研究主要集中在植苗林方面[4-5, 11],涉及萌芽林养分特性的研究尚未见报道。为此,本研究通过对比广西宁明县2种更新方式(植苗更新和萌芽更新)对尾巨桉中龄林(4年生)地上部分养分元素含量、积累量及其分配特征的影响,以揭示2种更新方式尾巨桉人工林养分元素的吸收和积累特点,为该区域尾巨桉人工林的经营管理提供依据。
1 材料与方法 1.1 研究区概况研究区位于广西西南部的宁明县广西国有派阳山林场大王山分场。宁明县地处北回归线以南(21°51′~22°58′N,106°38′~107°36′E),属亚热带季风气候区,年平均气温22.1 ℃,年平均降雨量1 200 m,年平均日照时数1 700 h。试验地属低丘陵地貌类型,土壤为砂页岩发育形成的赤红壤,土层厚度70~120 cm。标准样地位于东南坡中部,坡度25°~30°,海拔120~150 m。其中,尾巨桉植苗林土壤(0~40 cm,以下同)pH值4.52,有机质、全N、速效P和速效K含量分别为18.20 g·kg-1、0.65 g·kg-1、0.81 mg·kg-1和37.5 mg·kg-1;萌芽林土壤pH值4.47,有机质、全N、速效P和速效K含量分别为17.65 g·kg-1、0.61 g·kg-1、0.72 mg·kg-1和43.6 mg·kg-1。(1) 植苗林。前茬为马尾松(Pinus massoniana)纯林。2011年年底采伐马尾松林,经炼山和整地后于2012年3月用尾巨桉(无性系DH32-29) 组培苗定植,造林密度约2 100株·hm-2。定植前每穴施0.50 kg桉树专用基肥,造林后当年9月中旬及2013、2014年4月底结合铲草抚育分别施0.75 kg桉树专用追肥。2016年3月调查时林分保留密度为1 785株·hm-2,平均胸径11.7 cm, 平均树高16.8 m。(2) 萌芽林。前茬为原尾巨桉植苗林。2012年3月初采伐后进行萌芽更新,待萌条长到约1.5 m时进行除萌定株及铲草(灌)抚育,留萌芽密度约2 000株·hm-2,同时施桉树专用肥。2013、2014年4月底结合铲草抚育分别施桉树专用肥、专用追肥各1次,每穴施肥量均为0.75 kg。2016年3月调查时林分保留密度为1 815株·hm-2,平均胸径12.1 cm,平均树高17.9 m。
1.2 研究方法 1.2.1 标准地设置和林分生物量测定在对4年生尾巨桉植苗林和萌芽林进行实地调查基础上,于2016年3月在2种更新方式尾巨桉林中选择立地邻近分布、立地条件基本一致、生长良好且较一致的林分,分别设置20 m×20 m标准样地各3块,对各样地林木生长指标(树高和胸径)进行观测。根据林分生长调查结果,在样地外围选择3株平均木,地上部分采用Monsic分层切割法分别收集树叶、树枝、干皮和干材,并测定各器官鲜重。采集500~600 g不同器官样品于80 ℃恒温下烘至恒重,测定含水率和干重,并计算林木单株和林分生物量[12]。
1.2.2 植物样品处理和养分元素测定经80 ℃烘干后的树叶、树枝、干皮和干材样品,用植物粉碎机粉碎,过直径0.5 mm筛孔后装入玻璃瓶,放入干燥器中贮存备用。
植物样品中的N、P、K含量测定先用浓H2SO4-HClO4消化法消煮后,N含量采用凯氏定氮法测定,P含量用钼锑抗比色法测定,K含量采用火焰光度计法测定[8];Ca和Mg含量测定先用HClO4-HNO3消化法消煮,然后分别用原子吸收分光光度法测定[13]。
1.3 统计与分析采用Excel 2003和Origin 9.0进行数据处理, 利用SPSS 17.0软件进行统计分析。
2 结果与分析 2.1 不同更新方式尾巨桉中龄林地上部分养分元素含量分析如表 1所示,2种更新方式尾巨桉人工林地上部分养分元素含量因器官不同而不同,总体表现均为:树叶>干皮>树枝>干材。同一器官在不同更新方式中的养分元素含量也存在一定差异,除树枝外,树叶、干皮和干材养分元素含量多数为植苗林高于萌芽林。各养分元素在植苗林和萌芽林不同器官的含量如下。(1) 植苗林,树叶:N>Ca>K>P>Mg,树枝:Ca>N>K>P>Mg,干皮:Ca>K>N>Mg>P,干材:K>N>Ca>P>Mg;(2) 萌芽林,树叶:N>K>Ca>Mg>P,树枝:Ca>N>K>Mg>P,干皮:Ca>K>N>Mg>P,干材:K>N>Ca>P>Mg。
更新方式 | 器官 | w养分元素/(g·kg-1) | ||||
N | P | K | Ca | Mg | ||
植苗林 | 树叶 | 12.53±0.89 | 1.97±0.14 | 4.35±0.10 | 7.01±0.83 | 1.68±0.29 |
树枝 | 2.88±0.29 | 0.46±0.12 | 2.22±0.43 | 3.27±0.38 | 0.45±0.07 | |
干皮 | 3.42±0.70 | 0.51±0.09 | 5.79±0.60 | 6.75±0.93 | 2.19±0.35 | |
干材 | 1.77±0.24 | 0.29±0.05 | 1.98±0.42 | 0.52±0.08 | 0.13±0.02 | |
萌芽林 | 树叶 | 10.42±0.73 | 1.29±0.25 | 6.47±0.83 | 5.51±0.55 | 1.54±0.16 |
树枝 | 3.17±0.14 | 0.52±0.06 | 2.63±0.22 | 3.65±0.36 | 0.59±0.10 | |
干皮 | 2.30±0.45 | 0.58±0.07 | 4.50±0.53 | 5.92±0.64 | 1.54±0.24 | |
干材 | 1.35±0.18 | 0.21±0.01 | 2.07±0.36 | 0.37±0.05 | 0.08±0.01 |
从表 2可以看出,4年生尾巨桉植苗林和萌芽林地上部分养分积累量分别为688.23、658.70 kg·hm-2。不同器官养分积累量的大小排列次序相一致,植苗林和萌芽林均为:干材>干皮>树叶>树枝。不同养分元素在2种更新方式尾巨桉人工林中积累量大小排列次序基本一致。(1) 植苗林:N>K>Ca>Mg>P,分别占林分地上部分养分积累量的34.32%、32.12%、22.40%、5.67%、5.49%;(2) 萌芽林:K>N>Ca>Mg>P,分别占38.89%、30.66%、20.47%、5.08%、4.90%。
更新方式 | 器官 | 生物量 | 养分积累量/(kg·hm-2) | ||||||
t·hm-2 | N | P | K | Ca | Mg | 合计 | |||
植苗林 | 树叶 | 5.21 | 65.28 | 10.26 | 22.66 | 36.52 | 8.75 | 143.47 | |
树枝 | 8.70 | 25.03 | 4.00 | 19.29 | 28.42 | 3.91 | 80.65 | ||
干皮 | 8.14 | 27.60 | 4.12 | 46.73 | 54.47 | 17.67 | 150.59 | ||
干材 | 66.79 | 118.32 | 19.39 | 132.36 | 34.76 | 8.69 | 313.52 | ||
小计 | 88.84 | 236.23 | 37.77 | 221.04 | 154.17 | 39.02 | 688.23 | ||
萌芽林 | 树叶 | 4.56 | 47.52 | 5.88 | 29.50 | 25.13 | 7.02 | 117.57 | |
树枝 | 7.31 | 23.17 | 3.80 | 19.23 | 26.68 | 4.31 | 81.42 | ||
干皮 | 9.69 | 22.29 | 5.62 | 43.61 | 57.36 | 14.92 | 143.21 | ||
干材 | 79.08 | 106.76 | 16.61 | 163.70 | 29.26 | 6.33 | 299.06 | ||
小计 | 100.64 | 199.74 | 31.91 | 256.04 | 138.43 | 32.58 | 658.70 |
从表 3可以看出,4年生植苗林和萌芽林养分年净积累量分别为172.08和164.69 kg·hm-2·a-1。2种更新方式不同器官养分积累量排列次序均与其相应的养分积累量排列次序相一致。(1) 植苗林:干材>干皮>树叶>树枝;(2) 萌芽林:干材>干皮>树叶>树枝。不同养分元素在植苗林中的年净积累量为:N>K>Ca>Mg>P;萌芽林为:K>N>Ca>Mg>P。
更新方式 | 器官 | 年净积累量/(kg·hm-2·a-1) | |||||
N | P | K | Ca | Mg | 合计 | ||
植苗林 | 树叶 | 16.32 | 2.57 | 5.67 | 9.13 | 2.19 | 35.88 |
树枝 | 6.26 | 1.00 | 4.82 | 7.11 | 0.98 | 20.17 | |
干皮 | 6.90 | 1.03 | 11.68 | 13.62 | 4.42 | 37.65 | |
干材 | 29.58 | 4.85 | 33.09 | 8.69 | 2.17 | 78.38 | |
小计 | 59.06 | 9.45 | 55.26 | 38.55 | 9.76 | 172.08 | |
萌芽林 | 树叶 | 11.88 | 1.47 | 7.38 | 6.28 | 1.76 | 28.77 |
树枝 | 5.79 | 0.95 | 4.81 | 6.67 | 1.08 | 19.30 | |
干皮 | 5.57 | 1.41 | 10.90 | 14.34 | 3.73 | 35.95 | |
干材 | 26.69 | 4.15 | 40.93 | 7.32 | 1.58 | 80.67 | |
小计 | 49.94 | 7.98 | 64.01 | 34.61 | 8.15 | 164.69 |
养分利用率表示林木对养分的利用情况,由各养分元素积累量与生物量之比得出。从表 4可以看出,尾巨桉植苗林和萌芽林地上部分平均每生产1 t干物质所需N、P、K、Ca、Mg等5种养分元素分别为7.76和6.85 kg。如果用树木生产1 t树干(干材+干皮)需要从土壤中吸收的养分量来反映林木养分利用效率, 则尾巨桉植苗林和萌芽林每生产1 t树干从土壤中吸收5种养分元素分别为6.19、4.98 kg,均低于上述相同或相近林龄的马占相思[2]、刚果桉[14]和尾叶桉植苗林[15]。2种更新方式尾巨桉人工林地上部分各养分元素利用率的排列次序基本一致,以P和Mg最高,其次为Ca,N和K最低。
林分 | 林龄 | 生物量 | 养分积累量 | w养分元素/(kg·t-1) | 数据来源 | ||||||||
a | t·hm-2 | kg·hm-2 | N | P | K | Ca | Mg | 合计 | |||||
尾巨桉植苗林 | 4.0 | 88.84 | 689.35 | 2.66 | 0.43 | 2.49 | 1.74 | 0.44 | 7.76 | 本文 | |||
尾巨桉萌芽林 | 4.0 | 100.64 | 658.70 | 2.35 | 0.38 | 2.20 | 1.54 | 0.39 | 6.85 | 本文 | |||
马占相思植苗林 | 4.0 | 51.35 | 626.99 | 7.57 | 0.02 | 8.53 | 2.27 | 0.15 | 29.44 | 文献[2] | |||
刚果桉植苗林 | 4.0 | 107.22 | 1 267.42 | 4.30 | 0.22 | 3.70 | 2.97 | 0.63 | 11.82 | 文献[14] | |||
尾叶桉植苗林 | 4.4 | 69.17 | 673.36 | 2.93 | 0.42 | 2.70 | 2.74 | 0.95 | 9.73 | 文献[15] |
本研究表明,2种更新方式尾巨桉人工林地上部分养分元素含量因器官不同而不同,均以同化器官树叶养分含量最高,其次是干皮和树枝,非同化器官干材最低。各器官中不同养分元素的排列次序因更新方式不同和器官的不同也存在一定差异。植苗林和萌芽林各器官中不同养分元素含量的排列次序除干材外均为:K>N>Ca>P>Mg,其他器官的排列次序存在一定差异,大致以N、K或Ca较高,P或Mg最低,与刚果桉[14]、尾叶桉[15]和巨桉[16]等基本一致;而2种更新方式相同器官的养分元素含量中,植苗林除树枝外,树叶、干皮和干材中各养分元素含量多数高于萌芽林,这既反映了植苗林和萌芽林对5种养分元素吸收和积累的差异,同时可能与萌芽林生长较植苗林旺盛、生物量明显较大, 而土壤中的养分含量较低、供应有限, 导致萌芽林各养分分布浓度下降, 因而出现了组织稀释“现象”有关。
4年生尾巨桉植苗林和萌芽林地上部分养分积累量分别为688.23、658.70 kg·hm-2,不同器官养分积累量大小排列次序相同,总体表现为:干材>干皮>树叶>树枝。而同一器官在不同更新方式中的养分元素积累量也存在一定差异,植苗林为:N>K>Ca>Mg>P,萌芽林则为:K>N>Ca>Mg>P,与樊后保等[4]和朱宇林等[3]分别对4年生和4.5年生尾巨桉植苗林的研究结果基本一致。
4年生植苗林和萌芽林地上部分养分年净积累量分别为172.08、164.69 kg·hm-2·a-1,平均每生产1 t地上部分干物质所需N、P、K、Ca、Mg等5种养分元素分别为7.76、6.85 kg。其中树干分别为6.19、4.98 kg,均低于相同林龄的广西南宁市马占相思植苗林[2]、广东省雷州市刚果桉植苗林[14]、福建省长泰县尾巨桉植苗林(11.02 kg)[4]和广西田林县4.4年生尾叶桉植苗林[15]。可见,该区域尾巨桉萌芽林和植苗林均具有较高的养分利用效率,尤其是萌芽林的养分利用效率明显高于植苗林。因此,在桂西南发展尾巨桉人工林不但具有生长迅速、生物生产力高等优点,而且林木养分利用效率高,有利于减少林木生长对土壤养分元素的依赖,而利用尾巨桉根系发达和萌芽能力强的优点,在其植苗林皆伐后采用萌芽更新方式经营萌芽林,既可以减少炼山、整地和苗木及造林等投入,降低营林成本,又可以提高林木的养分利用效率,减少经营过程中的水土和养分流失,有利于林地土壤肥力的恢复和维持,促进桉树人工林的可持续经营和发展。
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