森林与环境学报  2017, Vol. 37 Issue (2): 155-162   PDF    
http://dx.doi.org/10.13324/j.cnki.jfcf.2017.02.005
0

文章信息

陈胜进, 叶代全, 吕红翠, 李文芳, 林德喜
CHEN Shengjin, YE Daiquan, LÜ Hongcui, LI Wenfang, LIN Dexi
铜锌肥对不同林龄杉木生长及土壤养分的影响
Effects of Cu and Zn fertilizers on the growth of Cunninghamia lanceolata at different forest age and soil nutrients
森林与环境学报,2017, 37(2): 155-162.
Journal of Forest and Environment,2017, 37(2): 155-162.
http://dx.doi.org/10.13324/j.cnki.jfcf.2017.02.005

文章历史

收稿日期: 2016-10-07
修回日期: 2017-01-20
引用本文
陈胜进, 叶代全, 吕红翠, 李文芳, 林德喜. 铜锌肥对不同林龄杉木生长及土壤养分的影响[J]. 森林与环境学报, 2017, 37(2): 155-162.  DOI: 10.13324/j.cnki.jfcf.2017.02.005
CHEN Shengjin, YE Daiquan, LÜ Hongcui, LI Wenfang, LIN Dexi. Effects of Cu and Zn fertilizers on the growth of Cunninghamia lanceolata at different forest age and soil nutrients[J]. Journal of Forest and Environment, 2017, 37(2): 155-162.  DOI: 10.13324/j.cnki.jfcf.2017.02.005
铜锌肥对不同林龄杉木生长及土壤养分的影响
陈胜进1, 叶代全2, 吕红翠1, 李文芳2, 林德喜1     
1. 福建农林大学资源与环境学院, 福建 福州 350002;
2. 福建省洋口国有林场, 福建 顺昌 353211
收稿日期：2016-10-07; 修回日期：2017-01-20
基金项目：福建省林业厅科研项目（闽林科2012-002）。
第一作者简介：陈胜进 (1991-), 男, 硕士研究生, 从事土壤生态与土壤肥料研究。E-mail:fafucsj@163.com。
通信作者：林德喜 (1963-), 男, 教授, 从事土壤生态与土壤肥料研究。E-mail:ldx2063@163.com。
摘要：研究3种林龄杉木施肥后第2和第7年生长因子及土壤养分，结果显示：施肥2 a后幼林中N50P100K100Zn25（A3），近熟林中P100K100（C2）、P100K100Cu25（C3）、P100K100Cu25Zn25（C4）施肥处理的树高年增长与CK相比均达到了0.05显著差异水平；A3和中龄杉木N50P100K100（B2）处理的胸径年增长与CK达到了0.05显著水平，施用N50P100K100Zn25的A3和B3处理对杉木蓄积量的增加效果显著。中龄杉木在施肥后第2年土壤pH值高于另两种树龄杉木，施肥后第7年，3种林龄杉木土壤pH值差异不大，随着肥效的下降，3种林龄的pH值趋于稳定，差异变小。幼龄阶段土壤有机质含量低，随着林龄的增加，林下枯枝落叶增多使得碳得以补偿，有机质含量也逐渐增加。施肥后第2年C2处理的全氮含量较CK增幅最大，氮肥的施入可明显提高土壤中N的养分浓度；施肥后幼龄杉木全P相对于背景值增长效果显著，第2年0~20 cm土层增幅达32.2%~41.4%，第7年增幅35%~78.1%；全钾含量不会随着杉木发育周期而发生明显变化。施肥可有效地减缓土壤酸化现象，幼龄增施P肥可以增加各器官的生物量，中龄阶段多施NPK+Zn肥可提高蓄积量，近熟林杉木Cu、Zn肥可改善前期养分损耗的现象，促进杉木对营养元素的吸收，并能有效地提高蓄积量。
关键词：杉木人工林    林龄    施肥    生长效益    
Effects of Cu and Zn fertilizers on the growth of Cunninghamia lanceolata at different forest age and soil nutrients
CHEN Shengjin1, YE Daiquan2, LÜ Hongcui1, LI Wenfang2, LIN Dexi1     
1. College of Resources and Environment, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China;
 2. State-Owned Forest Farm of Yangkou of Fujian Province, Shunchang, Fujian 353211, China
Abstract: The growth factors and soil nutrient of 3 different age Cunninghamia lanceolata plantations at the 2nd and 7th year after fertilization were studied, the results showed that: the fertilization treatments of N50P100K100Zn25 (A3) in the young tree grown and P100K100 (C2), P100K100Cu25 (C3), P100K100Cu25Zn25 (C4) all reached 0.05 significant difference compared with CK in the annual tree height growth after 2 years. Meanwhile the A3 and N50P100K100(B2) reached 0.05 significant level at DBH growth, and A3 and B3 treatments with N50P100K100Zn25 had a significant effect on the increment of Cunninghamia lanceolata stock volume. The soil pH value of the mid-aged C. lanceolata in the 2nd year after fertilization was higher than the other 2 forest ages, and the pH value was no significant difference at the 7th year after fertilization. As fertilizer efficiency decrease, the pH value of the 3 kinds of C. lanceolata stand stable. The content of soil organic matter in young stage was low, and as forest age increase, the litter increased and the content of organic matter was growing. The total nitrogen content of C2 treatment was higher than that of CK at the 2nd year after fertilization, and the application of nitrogen fertilizer could significantly increase the concentration of N in soil; compared with the background value, the growth rate of 0~20 cm soil layer in the 2nd year was 32.2%~41.4%, and the increase was between 35% and 78.1% at the 7th year; the total potassium content didn't change significantly during the development cycle of C. lanceolata. Fertilization can effectivelyrelieve the soil acidification, the application of P fertilizer could increase the biomass of various organs, and NPK and Zn fertilization treatments could increase the amount of accumulation in the mid-age stage, and the Cu with Zn fertilizer in the near mature forest could prevent the nutrient loss and promote nutrient absorption of C. lanceolata which has an effect on the increase of volume accumulation.
Key words: Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook. plantation     forest age     fertilize     growth benefit    

随着大气中二氧化碳浓度的上升, 温室效应加剧, 进而影响全球的碳循环, 相关研究早已引起了世界各国的关注[1]。扩增森林资源面积被作为防治温室变化的有效措施被全球很多国家所提倡[2]。然而我国实行“天然林保护工程”, 加上多数人工林的生长周期长, 成材慢, 很难满足经济建设对林木的需求。杉木[Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.]作为优良速生的人工用材树种已大面积推广种植, 占人工林种植面积的25%，但由于长期连载致使林地地力下降, 土壤酸化, 致使杉木的品质受到一定程度的影响。

从20世纪60年代开始, 国内很多学者对杉木林土壤进行了系统的研究, 其中杉木林凋落物及降解[3]、土壤有机质及腐殖质性质[4]和微生物学特性[5]等是主要的研究方向。与此同时, 施肥作为有效补充果园、林地的营养供应的主要手段之一，盛伟彤等人的研究中发现施肥可提高地上部分的生物量[6-7], 但不同林龄施肥对杉木生物量的影响的研究偏少, 国内对杉木施肥的研究范围主要在幼林, 中龄以上的林木很少涉及, 施用NPK居多, 缺乏其他肥力的补充[8-9]。因此，对我国杉木中心产区福建省洋口国有林场3种林龄 (9、14、18 a), 通过NPK结合增施Cu、Zn微肥试验, 间断性多次调查林木生长指标，研究林木生长指标和土壤理化性质对施肥的响应, 结果可为开展杉木生产及研究及为杉木人工林的可持续经营提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

福建省洋口国有林场位于福建省南平市顺昌县富屯溪畔, 地貌上属于武夷山支脉的低山丘陵, 土壤以山地红壤为主, 土层深厚肥沃, 坡度15°~30°。洋口林场处于东经117°90′, 北纬26°82′, 气候属亚热带气候, 年平均气温18.5 ℃, 历史极端高气温40.3 ℃, 极端低气温-6.8 ℃, 相对湿度82%, 无霜期280 d, 年平均降水量1 880 mm, 海拔100~800 m。

1.2 研究方法

试验地设在福建省洋口国有林场, 在麻溪 (幼龄林)、打雷坑 (中龄林) 和洋坑 (近熟林)3个工区, 依次于2004年、1999年、1995年的1—2月造林。2006年12月进行施肥试验, 各试验林地均为杉木2代林苗, 造林密度2 700~3 000株·hm2。样地坡向均为阳坡, 坡度20°~25°, 立地质量等级为Ⅰ级, 林分生长类型为Ⅰ级, 立地指数18, 具体的土壤背景值见表 1。

表 1 试验地土壤基本养分背景值 Table 1 Background values of soil nutrient
林龄
Forest age/a		 土层
Layer/cm		 有机质
Organic matter/
(g·kg-1)		 全量元素含量
Total element content/(g·kg-1)		 微量元素含量
Trace element content/(mg·kg-1)		 pH值
pH value
全氮
Total N		 全磷
Total P		 全钾
Total K		 全铜
Total Cu		 全锌
Total Zn
9 0~20 38.8 1.03 0.29 9.42 35.0 46.4 3.98
20~40 15.0 0.48 0.31 9.82 34.2 46.1 4.04
14 0~20 34.9 0.88 0.31 8.58 33.7 48.8 4.60
20~40 18.6 0.55 0.32 9.24 39.1 53.8 4.74
18 0~20 40.6 1.41 0.42 7.46 42.6 55.3 4.63
20~40 26.3 1.14 0.39 7.71 46.2 61.8 4.57
表选项
1.3 试验设计

选取林下群落特征相近, 立地条件基本一致的3种林龄杉木。采用完全随机区组设计, 其中麻溪和洋坑各设4个处理, 打雷坑则设3个处理, 共计33个试验小区, 小区大小为10 m×10 m, 小区之间设2行保护行, 各处理施肥用量见表 2。麻溪9年生杉木中CK用A1表示, N50P100K100施肥处理用A2表示, 其余类推。

表 2 不同林龄杉木林地年施肥用量的试验配方 Table 2 Test formula of annual fertilization amount at different age C. lanceolata plantations
林龄
Forest age/a		 施肥处理
Fertilization treatment		 处理
Treatment		 肥料用量Fertilizer dosage/(kg·hm-2)
N P2O5 K2O CuSO4·5H2O ZnSO4·7H2O
9 CK A1 0 0 0 0 0
N50P100K100 A2 50 100 100 0 0
N50P100K100Zn25 A3 50 100 100 0 25
N50P100K100Cu25Zn25 A4 50 100 100 25 25
14 CK B1 0 0 0 0 0
N50P100K100 B2 50 100 100 0 0
N50P100K100Zn25 B3 50 100 100 0 25
18 CK C1 0 0 0 0 0
P100K100 C2 0 100 100 0 0
P100K100Zn25 C3 0 100 100 0 25
P100K100Cu25Zn25 C4 0 100 100 25 25
表选项

肥料种类:氮磷钾复合肥 (15-15-15)、氯化钾 (60%)、过磷酸钙 (12%) 和微肥硫酸铜硫酸锌, 肥料为林场提供, 购于金正大公司。

施肥方法: 2007年3月中旬, 对试验地杉木人工林进行施肥, 2008年3月中旬, 对试验地杉木人工林进行追肥。追肥方式为沟施, 在每株杉木的上方坡面挖沟, 沟长度60 cm, 沟深度20 cm, 均匀施肥后在沟上覆盖土。如果同时施加几种肥料, 将肥料均匀施入后覆盖土, 其他经营抚育按一般生产常规进行。分别于2008和2013年的11月按照“S”型5点取样，避开施肥位置且靠近标准木，剖面法采集所需土样，剖面宽40 cm、深60 cm，分别采集0~20 cm和20~40 cm土层土样约1 kg，再将同一样地相同土层5个土样混合均匀，取1 kg的土壤样品并贴上标签，供后期试验测定。杉木树高由标杆测得，胸径用卡尺测得。

根据测得的树高、胸径以及现有的立木数计算林木材积, 材积按照杉木单株材积计算[公式 (1)]。

$ V = 0.000\;058\;06{D^{1.955\;335}}{H^{0.894\;033}} $ (1)

式中：V为单株材积 (m3)，D为胸径 (cm)，H为树高 (m)。

1.4 试验分析方法

试验地土壤化学性质测定方法: pH值用电位法测定; 有机质含量用硫酸重铬酸钾法测定; 全氮含量用凯式法测定; 全磷含量用硫酸-高氯酸消煮-钼锑抗比色法测定; 全钾含量用氢氟酸-高氯酸消煮-火焰光度法测定; 全铜、全锌含量用盐酸-高氯酸-硝酸-氢氟酸消煮-原子吸收分光光度法测定。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析 2.1 树高与胸径

由表 3可知, 施肥后第2年, 树高增加幅度较大的是9和14年生的杉木。9年生杉木在增施肥料后, 树高较A1提高了4%~67%, 其中A3生长量最大, 达到了2.49 m, 增幅为67%; 18年生杉木树高较C1提高了61%~99%, C4的P100K100Cu25Zn25效果最好。2008年胸径较A1增幅明显的是9年生杉木中的A3和A4, 增幅为102%和27%, 其中A3胸径生长量最大, 达到了3.72 cm。经方差分析和LSD检验, 结果显示:施肥2 a后, 树高当年增长量中A3、C2、C3和C4与空白对照之间差异达到了显著水平 (P < 0.05), 胸径增长量中A3和B2达到了显著水平 (P < 0.05)。

表 3 不同施肥处理下杉木树高、胸径年均生长量1) Table 3 Average annual growth tree height and DBH of C. lanceolata under different fertilization treatments
林龄
Forest age/a		 处理
Treatment		 2008年 The year 2008 2013年 The year 2013
树高年均生长量 Average
annual tree height growth		 胸径年均生长量 Average
annual DBH growth		 树高年均生长量 Average
annual tree height growth		 胸径年均生长量 Average
annual DBH growth
均值
Mean value/m		 增幅/% 均值
Mean value/cm		 增幅/% 均值
Mean value/m		 增幅/% 均值
Mean value/cm		 增幅/%
9 A1 1.48±0.08 1.84±0.06 0.76±0.05 0.46±0.02
A2 1.60±0.07 7 2.16±0.16 17 0.98±0.14 30 0.52±0.03 12
A3 2.49±0.17* 67 3.72±0.25* 102 0.94±0.09 24 0.82±0.03* 77
A4 1.55±0.10 4 2.34±0.24 27 0.96±0.06 26 0.53±0.06 15
14 B1 1.14±0.18 0.68±0.05 0.48±0.05 0.39±0.02
B2 1.25±0.08 10 1.28±0.01* 88 0.42±0.02 -12 0.44±0.06 13
B3 1.41±0.09 23 0.96±0.06 41 0.44±0.04 -9 0.42±0.08 9
18 C1 0.30±0.04 0.23±0.02 0.41±0.04 0.38±0.04
C2 0.54±0.04* 81 0.32±0.03 42 0.41±0.06 0 0.60±0.04* 59
C3 0.48±0.03* 61 0.28±0.03 24 0.39±0.04 -5 0.34±0.04 -11
C4 0.60±0.05* 99 0.47±0.04 106 0.43±0.04 5 0.44±0.05 16
  1)表中数据为均值±标准差，*表示在0.05水平下显著。Note: the data in the table are mean±standard deviation. *indicates P＜0.05.
表选项

施肥后第7年较组间对照处理, 9年生杉木树高增加了24%~30%, 14年生的降幅为9%~12%;胸径增幅最大的是9年生杉木, 增幅在12%~77%。经方差分析和LSD检验, 结果显示: 2013年树高年均增长量处理间差异不显著, 9年生杉木区组间树高[2013年F(3.918) < F(4.07)]均不显著, 胸径年增长量中A3和C2达到了显著水平 (P < 0.05)。

综上所述, 3种林龄杉木施肥后第7年与第2年相比, 树高年均生长量呈下降的趋势, 其中对照组的下降幅度最大; 施肥组间3种树龄的杉木的树高胸径都有所增加, 这表明, NPK增施微肥对杉木的生长有促进作用, 前期更为明显。

2.2 蓄积量

图 1是施肥后第2年和第7年的蓄积量年均变化。2008年中, 9年生杉木的蓄积量增长量最大, 增幅9.3%~51.5%, 18年生杉木林中C2的增幅最明显, 第2年达到了76.9%, 第7年提高了37.7%。经方差分析和LSD检验, 蓄积量年均增长量, 施肥第2年9 a区组间[F2008(3, 8)=0.814 < F0.05(3, 8)=4.07]和施肥第7年14 a区组间[F2013(2, 6)=1.432 < F0.05(2, 6)=5.14]的差异均不显著。结果表明, 施用N50P100K100Zn25的A3和B3, 蓄积量增幅最为显著, 这与孙志刚等[10]对秃杉幼苗喷施硫酸锌后苗木的苗高、地径和分枝数生长效果最好的实验结果相符。另外, 在施肥后, 18年生杉木由中龄到近熟林的过渡中, 树高和胸径的增幅减缓, 但施肥处理的杉木蓄积量增加量比空白对照大, 这表明杉木在生长成材阶段施用肥料也是有效增加径材的方式。

图 1 不同施肥处理下杉木人工林蓄积量年增长量 Fig. 1 Annual volume growth of C. lanceolata plantation under different treatments
图选项
2.3 不同林龄杉木土壤理化性质分析 2.3.1 pH值

图 2是3种林龄在施肥后第2年和第7年的土壤pH值。在0~20 cm土壤中, 相比于背景值, 9和14年生杉木土壤pH值均有小幅度的升高, 14年生杉木土壤pH值处于较高水平。在20~40 cm土壤中, 相比于背景值变化幅度不大, 不同林龄杉木间的差异也不大。相比于空白实验, 0~20 cm, 3种林龄杉木土壤pH值均有小幅下降, 20~40 cm, 18年生杉木土壤pH值有小幅上升。施肥后第2年, 3种林龄杉木土壤pH值在4.23~4.80;第7年, 3种林龄杉木间土壤pH值差异不大。说明, 随着肥效的下降, 土壤pH值也趋于稳定, 主要的影响因素在于林内的枯枝落叶的累积量, 经方差分析, 各个处理间的差异不显著。

图 2 不同施肥处理下杉木人工林土壤pH值 Fig. 2 pH value of C. lanceolata plantation under different treatments
图选项
2.3.2 有机质

图 3为施肥后第2年和第7年3种林龄样地土壤有机质变化情况。9年生杉木A2处理在2008年和2013年, 0~20 cm土壤有机质含量相比对照高出27.7%和9.1%, 20~40 cm高出25.8%和2.7%。18年生杉木3个处理均比对照高, 2008年增幅最大, 在0~20 cm中, 分别增加了32.1%、26.5%和34.7%, 在20~40 cm中, 分别增加了46.4%、22.3%和35.4%。14年生杉木的施肥处理则出现了负效应, 施肥后第2年土壤有机质含量下降的幅度最大, 在0~20 cm中, B2和B3分别下降了14.3%和10.7%, 在20~40 cm中, B2和B3分别下降了18.3%和25.3%。

图 3 不同施肥处理下杉木人工林土壤有机质含量 Fig. 3 Organic matter content of C. lanceolata plantation under different treatments
图选项

9年生杉木施肥后第7年比第2年土壤机有质含量除了A4外, 其他处理均有小幅下降, 在0~20 cm中最为明显, 分别下降13.6%、26.2%和18.6%。14年生杉木除B3外, 其他处理均有上升的趋势, 其中, B2增加最大, 在0~20 cm达到35.4%, 20~40 cm为15.2%。18年生杉木又呈现出下降的势头。这符合衣晓丹[11]和周德明等[12]的研究发现。林地的有机质主要来源是凋落物[13], 幼龄阶段杉木处于生长期对养分需求大, 加上土壤缺乏枯枝落叶的补偿, 导致有机质含量低, 随着林龄的增加, 碳的补偿变多, 有机质含量增加。

2.3.3 氮磷钾

表 4为3种林龄杉木施肥后第2年和第7年N、P、K含量的变化情况。在N含量方面, 施肥后第2年, 3种林分土壤均有不同程度的增加, 0~20 cm增幅在3.3%~32.0%, 20~40 cm增幅在5.4%~52.5%。18年生杉木土壤中全N的含量增幅最为明显, 其中C2处理效果最好。相比于背景值, 空白对照的减幅最为明显, 其中18年生杉木2008年C1在0~20 cm减少了27%, 20~40 cm减少了40.4%。C3在2013年在0~20 cm降低了30.9%, 20~40 cm降低了41.3%。2013年相比于2008年, 9年生杉木0~20 cm变化幅度最显著, 4个处理均减少, 降幅在19.0%~32.8%, 14年生杉木反而有上涨, 增幅在7.8%~53.4%, 18年生杉木施肥处理在2个土层均有下降, 但幅度较小。N的变化情况符合杉木生长规律, 幼龄阶段, 林间的凋落物少, 加上杉木生长对N的吸收；中龄阶段, 杉木林开始郁闭, 加上人工的抚育修枝, 14 a施肥配方中也有N素的施入, 近熟林N素开始下降, 而18 a杉木施肥配方中没有N素。

表 4 3种林龄杉木的土壤养分变化1) Table 4 Nutrient change of 3 different age C. lanceolata plantations
处理 Treatment 0~20 cm土壤养分含量 Soil nutrient content at 0~20 cm layer/(g·kg-1) 20~40 cm土壤养分含量 Soil nutrient content at 20~40 cm layer/(g·kg-1)
2008年 The year 2008 2013年 The year 2013 2008年 The year 2008 2013年 The year 2013
N P K N P K N P K N P K
A1 1.02±0.13 0.38±0.05 9.70±0.46 0.77±0.16 0.42±0.06 11.69±1.40 0.49±0.05 0.30±0.03 10.20±1.08 0.44±0.04 0.31±0.04 11.74±1.03
A2 1.22±0.12 0.41±0.04 12.80±1.57 0.82±0.26 0.46±0.07 11.79±1.36 0.55±0.06 0.40±0.06 11.30±2.35 0.53±0.05 0.33±0.04 11.77±1.79
A3 1.05±0.12 0.40±0.05 13.23±3.31 0.85±0.18 0.39±0.06 10.48±1.13 0.52±0.09 0.32±0.03 13.02±2.22 0.52±0.07 0.34±0.01 12.26±1.23
A4 1.05±0.05 0.39±0.03 13.83±2.96 0.81±0.23 0.52±0.03 12.57±1.55 0.53±0.07 0.33±0.03 12.57±1.56 0.57±0.08 0.37±0.02 11.78±1.47
B1 0.71±0.12 0.33±0.02 10.59±1.01 1.09±0.29 0.36±0.05 9.64±1.66 0.51±0.06 0.32±0.04 10.50±0.88 0.54±0.14 0.34±0.05 10.43±0.92
B2 0.83±0.11 0.36±0.02 11.40±1.21 1.00±0.10 0.38±0.10 9.57±0.85 0.61±0.09 0.35±0.06 11.47±1.10 0.57±0.05 0.38±0.10 9.99±0.78
B3 0.86±0.09 0.34±0.01 11.60±1.11 0.93±0.33 0.38±0.12 9.61±1.20 0.55±0.05 0.35±0.02 10.80±0.72 0.59±0.07 0.38±0.12 10.20±1.13
C1 1.03±0.04 0.37±0.04 7.90±0.09 1.12±0.19 0.36±0.02 8.60±0.53 0.68±0.05 0.39±0.04 9.15±0.28 0.90±0.17 0.23±0.03 8.54±0.57
C2 1.36±0.01 0.40±0.03 9.46±0.15 1.21±0.05 0.42±0.03 8.22±1.20 1.03±0.11 0.46±0.04 9.65±0.09 0.99±0.14 0.28±0.06 7.87±0.82
C3 1.20±0.04 0.41±0.02 9.47±0.17 0.97±0.10 0.45±0.04 8.38±0.54 0.72±0.09 0.40±0.05 9.58±0.17 0.67±0.13 0.37±0.06 8.49±0.38
C4 1.30±0.04 0.40±0.01 9.53±0.32 1.12±0.21 0.42±0.03 7.75±0.40 1.01±0.19 0.46±0.06 9.30±0.11 0.9±0.10 0.29±0.02 7.82±0.73
  1)表中数据为均值±标准差。Note: the data in the table are mean±standard deviation.
表选项

在P含量方面, 相比背景值, 在0~20 cm土层的增幅最大, 其中, 9年生杉木施肥后第2年增幅在32.2%~41.4%, 施肥后第7年增幅在35%~78.1%, 下层变化幅度不大, 施用的P肥被根系所吸收。18年生杉木在2008年0~20 cm土层下降幅度最大, C1下降了11.1%, 2013年0~20 cm土层下降了13.4%, 近熟林林下植被少, 淋溶作用明显; 全P含量中施肥处理均高于对照处理, 9和14年生杉木对P肥吸收明显, 下层的含量均高于上层, 与施肥深度有一定关系。

在K含量方面, 施肥处理均高于背景值, 施肥后第2年在0~20 cm中, 9和14 a的增幅明显, A4最高, 增加了46.9%, B3增加了35.2%。随着林龄的增长, K的含量逐年下降, 到了第7年, 土壤中施入的K肥加上枯枝落叶腐烂提供的K素被杉木生长所吸收, 接近背景值。相比于对照处理, 2008年所有处理的上下层土壤的K含量均高于CK, 9年生杉木增加幅度最大。与衣晓丹的研究相吻合, 杉木人工林全钾含量不会随着杉木发育周期发生明显变化。

2.3.4 铜锌

由图 4可知, 全Cu在幼龄杉木随着林龄的增加在富集, 中龄杉木有下降的趋势, 近熟林后期又开始升高，这符合曹小玉的研究发现。施肥后第2年, 在0~20 cm, 相比于背景值, 所有施肥处理全Cu均有小幅增加, 9年生杉木A4增幅达22.5%, 18年生杉木C4增幅13.5%。20~40 cm, 14年生杉木则出现了小幅的下降, B1有7.7%减幅。施肥后第7年, 3种林龄杉木土壤的全Cu含量均高于背景值。相比于对照处理, 在施肥后第2年, 3种林龄杉木均高于CK, 在0~20 cm, 9年生杉木最为明显, A4增幅达36.4%, 施肥后第7年, 中龄杉木施肥处理均低于CK。

图 4 不同林龄杉木施肥后第2年和第7年全Cu含量 Fig. 4 Total Cu content at the 2nd and 7th year of different age C. lanceolata plantations
图选项

图 5为3种林龄杉木在施肥后第2年和第7年土壤中全Zn含量的变化情况。相比于背景值, 9年生杉木在2008年0~20 cm土层A2下降了15.4%, 20~40 cm土层A1有4.1%的降幅; 18年生近熟林在2013年20~40 cm土层C4下降了9.4%。相比于空白实验, 施肥处理的杉木林土壤在2008年全Zn含量均高于CK, 而到了施肥后的第7年, 施肥处理均低于CK。

图 5 不同林龄杉木施肥后第2年和第7年全Zn含量 Fig. 5 Total Zn content at the 2nd and 7th year of different age C. lanceolata plantations
图选项

经方差分析和LSD检验, 中龄杉木组间无显著关系, 幼龄中2008年全Cu在0~20 cm土层, A2、A4与CK有极显著关系, 在20~40 cm土层A3与CK有显著关系, 2013年中全Cu在20~40 cm土层A3与CK有极显著关系。近熟林在2008年全Cu在20~40 cm土层A3和A4与CK有显著关系, 全Zn在20~40 cm土层, 施肥处理与CK有显著关系 (P＜0.05); 2013年, 全Cu在0~20 cm土层A2、A4与CK有显著关系, A3与CK有极显著关系 (P＜0.01)。

2.4 蓄积量与土壤养分含量的相关性

土壤为植物提供必须的生长营养因子, 土体中各个养分对植物的生长及不同时期的作用也是有区别的。由表 5可知, 土壤pH值、全磷与幼龄杉木年蓄积量增长量呈负相关, 施肥后第2年全锌与蓄积达到显著相关水平; 14年生杉木在2008年土壤pH值与生长因子呈现负相关, 且达到极显著水平, Cu和Zn在2008年呈负相关关系, 到了施肥后第7年则为正相关; 18年生杉木, 在2008年有机质含量和全N含量均与蓄积量呈现正显著相关。

表 5 3种林龄杉木林蓄积量年增长量与土壤养分含量的相关性1) Table 5 Correlation analysis of annual volume growth and soil nutrient content of 3 different age C. lanceolata plantations
生长因子
Growth factor		 林龄
Forest age/a		 年份
Year		 pH值
pH value		 有机质
Organic matter		 全氮
Total N		 全磷
Total P		 全钾
Total K		 全铜
Total Cu		 全锌
Total Zn
蓄积量年增长量
Volume annual growth
 9 2008 -0.026 0.051 0.300 -0.109 0.535 0.242 0.657*
2013 -0.166 0.064 0.230 -0.149 -0.431 0.167 0.402
14 2008 -0.830** -0.356 -0.102 0.306 0.497 -0.194 -0.189
2013 -0.176 -0.110 0.707* -0.648 -0.173 0.037 0.027
18 2008 -0.247 0.648* 0.594* 0.200 0.518 0.461 0.171
2013 -0.287 0.470 0.325 0.187 -0.582* 0.345 0.003
  1)*表示在0.05水平 (双侧) 上显著相关, **表示在0.01水平 (双侧) 上显著相关。Note: *two tailed correlation to P＜0.05 significant level; **two tailed correlation to P＜0.01 significant level.
表选项
3 结论

3种林龄杉木施肥后第7年与施肥后第2年相比, 树高年均生长量呈现下降的趋势, 其中对照组的下降幅度最大, 施肥组间3种树龄的杉木的树高胸径都有所增加, 这表明, NPK结合铜锌微肥的施用对杉木的生长有促进作用, 前期更为明显; 施用N50P100K100Zn25的A3和B3, 蓄积量增幅最为显著。施肥后, 18年生杉木由中龄到近熟林的过渡中, 树高和胸径的增幅减缓, 树高的差异并不明显, 这可能与其生长发育的一般规律有关。但施肥处理后蓄积量增加量仍与空白对照有差异，这说明施肥可有效地提高杉木的生物生长量，有助于缩短轮伐期，创造经济价值。

研究发现pH与杉木生长因子呈现负相关, 这与王清奎等[15]的研究一致。周德明等[12]和吴晋霞等[16]研究中杉木人工林随着林龄的增长, pH会呈现下降的趋势, 本研究通过NPK结合铜锌微肥可以有效的改善土体酸化, 自然状态下杉木人工林C、N的主要来源是凋落物, 幼龄阶段杉木林处于生长发育, 故C、N含量低, 随着林龄的增加, C、N含量也随着提高, 近熟林又开始下降。NPK+Cu、Zn肥的施用可以提高林地中营养分子的含量, 对杉木的生长有较明显的促进作用。

磷元素易被固定，植物难以吸收利用，再加上雨水的淋溶作用致使林地养分更低[17], 这与本研究结果相吻合, 特别是幼龄阶段, 全P与年蓄积增量为负相关, 故在林业生产活动中, 对杉木苗适当进行施P肥是有效提高生物量的措施; 中龄阶段, 增施NPK可以有效提高杉木材积, 促进林木的生长; 近熟林阶段Cu、Zn微肥的施入也可以改善前期养分消耗的情况, 利于杉木对微量元素的吸收。

参考文献(References)
[1] HUGHEN K, LEHMAN S, SOUTHON J, et al. 14C activity and global carbon cycle changes over the past 50 000 years[J]. Science, 2004, 303(5655): 202–207.
[2] WINJUM J K, SCHROEDER P E. Forest plantations of the world: their extent, ecological attributes, and carbon storage[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 1997, 84(1): 153–167.
[3] 宁晓波, 项文化, 王光军, 等. 湖南会同连作杉木林凋落物量20年动态特征[J]. 生态学报, 2009, 29(9): 5122–5129.
[4] 王清奎, 汪思龙, 冯宗炜. 杉木人工林土壤可溶性有机质及其与土壤养分的关系[J]. 生态学报, 2005, 25(6): 1299–1305.
[5] 袁颖红, 樊后保, 刘文飞, 等. 模拟氮沉降对杉木人工林 (Cunninghamia lanceolata) 土壤酶活性及微生物群落功能多样性的影响[J]. 土壤, 2013, 45(1): 120–128. DOI:10.11766/trxb201112290509
[6] 盛伟彤, 范少辉, 马祥庆, 等. 杉木人工林长期生产力保持机制研究[M]. 北京: 科学出版社, 2005: 25-32.
[7] 范少辉, 盛炜彤, 马祥庆, 等. 多代连栽对不同发育阶段杉木人工林生产力的影响[J]. 林业科学研究, 2003, 16(5): 560–567.
[8] 于钦民, 徐福利, 王渭玲. 氮、磷肥对杉木幼苗生物量及养分分配的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(1): 118–128. DOI:10.11674/zwyf.2014.0113
[9] 吴载璋, 郭祥泉, 林建丽, 等. 不同施肥处理对杉木高世代优良种源幼林生长效果的影响[J]. 西南林业大学学报, 2015, 35(3): 30–34.
[10] 孙志刚, 刘云彩, 陈强, 等. 腾冲秃杉苗木喷施微量元素的效应[J]. 西部林业科学, 2016, 45(1): 137–141.
[11] 衣晓丹. 不同发育阶段杉木人工林土壤理化性质及凋落物养分储存量研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2013: 33-36.
[12] 周德明, 马玉莹, 梅杰. 不同林龄杉木林地土壤特性分析[J]. 土壤通报, 2012, 43(2): 353–356.
[13] JOBBAGY E G, JACKSON R B. The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation[J]. Ecological Applications, 2000, 10(2): 423–436.
[14] 曹小玉, 李际平, 胡园杰. 福寿林场杉木林土壤微量元素的储量研究[J]. 西北林学院学报, 2016, 31(1): 55–59.
[15] 王清奎, 汪思龙, 冯宗炜, 等. 杉木人工林土壤有机质研究[J]. 应用生态学报, 2004, 15(10): 1947–1952. DOI:10.3321/j.issn:1001-9332.2004.10.049
[16] 吴晋霞, 王艳霞, 陈奇伯, 等. 滇中高原不同林龄云南松林土壤理化性质研究[J]. 云南农业大学学报:自然科学版, 2014, 29(5): 740–745.
[17] 曹娟, 闫文德, 项文化, 等. 湖南会同3个林龄杉木人工林土壤碳、氮、磷化学计量特征[J]. 林业科学, 2015, 51(7): 1–8.