陳永華

(資興市林業(yè)局， 湖南 資興 423400)

不同經(jīng)營方式馬尾松人工林養(yǎng)分消耗的研究

陳永華

(資興市林業(yè)局， 湖南 資興 423400)

對不同經(jīng)營方式馬尾松人工林內(nèi)N、P、K 3種養(yǎng)分元素的含量、消耗和分配以及它們隨林分年齡的變化趨勢進行了研究。結(jié)果表明： 針葉的養(yǎng)分含量最高,樹干材的養(yǎng)分含量最低。3種元素消耗總量為469.68～1577.08kg/hm2，隨生長過程中生物量的增加而增大。年凈消耗量為31.31～41.5kg/(hm2·a)，隨林分年齡增加而增加。大徑材經(jīng)營方式養(yǎng)分消耗為傳統(tǒng)經(jīng)營方式的62% 。

馬尾松； 大徑材經(jīng)營； 傳統(tǒng)經(jīng)營； 養(yǎng)分消耗

馬尾松(Pinusmassoniana)適應(yīng)能力強，生長快，耐干旱、瘠薄，是我國南方低山丘陵區(qū)中群落演替的先鋒樹種，同時也是主要的造林樹種[1-2]。如何合理的經(jīng)營和科學系統(tǒng)的去管理馬尾松森林資源，并通過對其進行管理來促進馬尾松迅速演替進而恢復(fù)到相對穩(wěn)定的地帶性植物群落，是當前林業(yè)生產(chǎn)實踐和生態(tài)環(huán)境的建設(shè)面臨的實際問題[3、4]。

在森林生態(tài)系統(tǒng)中，維持其穩(wěn)定和生產(chǎn)力的功能主要是養(yǎng)分元素的消耗和利用。對馬尾松養(yǎng)分消耗的研究不但可以發(fā)現(xiàn)馬尾松生態(tài)系統(tǒng)在物質(zhì)循環(huán)上的特點，還可以對林業(yè)生產(chǎn)進行指導(dǎo)、對林木生長環(huán)境進行調(diào)節(jié)和改善、促使養(yǎng)分利用率的提升，最后可以使得生產(chǎn)力的提高得以最大化[5-6]。田大倫等[7]研究了馬尾松人工林密度調(diào)控與養(yǎng)分循環(huán)規(guī)律，溫肇穆等[8]對馬尾松的生產(chǎn)力和營養(yǎng)元素生物循環(huán)進行了研究。莫江明等[9]通過對鼎湖山自然保護區(qū)內(nèi)馬尾松林養(yǎng)分循環(huán)的研究，為保護區(qū)內(nèi)馬尾松林地的經(jīng)營管理提供理論依據(jù)。李飛等[10]分別研究了人工馬尾松闊葉混交林的養(yǎng)分循環(huán)和馬尾松人工林養(yǎng)分含量。項文化等[11]研究了不同年齡階段馬尾松人工林養(yǎng)分循環(huán)的特點。但對于不同經(jīng)營方式馬尾松林養(yǎng)分消耗方面還未有人進行過系統(tǒng)的研究，本研究選擇不同經(jīng)營方式的馬尾松人工林作為研究對象，分析其養(yǎng)分消耗的特征，比較不同經(jīng)營方式養(yǎng)分消耗特點與區(qū)別，從而為馬尾松人工林的經(jīng)營管理提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究地位于湖南省資興市，地理位置為東經(jīng)113°09′—113°40′，北緯25°34′—26°17′。資興市地處羅霄山脈南端，地勢東高、西低，具有明顯的馬蹄行三層階梯[12]，氣候溫和，雨量充沛，年均氣溫16.8℃，極端最高氣溫37.6℃，極端最低氣溫-7.5℃，歷年氣溫≤0℃的天數(shù)為19.8天，≤-5℃的天數(shù)0.8天，極端氣候持續(xù)期短；年無霜期280天以上，年平均日照時數(shù)1600h，境內(nèi)雨水充足，年均降水量1538mm；日均氣溫大于≥10℃日數(shù)為240天，一月平均氣溫5.4℃，冰凍持續(xù)期2～3天，穩(wěn)定通過10℃的年積溫5197℃，屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)[13]。試驗樣地的立地條件相似，各林分直播造林，且為相同的發(fā)育體系，林分情況見表1。

表1 不同年齡馬尾松人工林的林分特征Tab.1 ThestandfeatureofPinusmassonianaplantationsatdifferentageclasses林齡(a)密度(株/hm2)平均胸徑(cm)平均樹高(m)林分生物量(t/hm2)樹葉樹枝樹皮樹干樹根合計林分生產(chǎn)力(t/(hm2·a))15220013.210.79.236.248.4788.348.37120.658.0523120019.114.913.047.6316.83142.6059.60239.7010.463851832.022.614.4726.1619.81173.5817.17251.196.61

2 研究方法

2.1 生物量測定和生產(chǎn)力的估算

分別選擇15年、23年、38年生的馬尾松人工林樣地3塊，樣地面積為667m2，按傳統(tǒng)經(jīng)營方式(15年+23年)和大徑材經(jīng)營方式(38年)對林分進行分析。林木的分級采用克拉夫特分級法，樣地內(nèi)馬尾松進行每木檢尺，按照標準木的選擇標準選取6株平均標準木，按1m的分段來截取，分別對干、皮枝、葉和根的生物量進行測定，然后通過建立相對生長方程對林分生物量進行估算，把年凈增長量作為凈生產(chǎn)力的估測指標[14]。

2.2 年凋落物歸還量的測定

于3塊樣地中分別設(shè)置5個尼龍網(wǎng)收集器，大小為1m×1m，每月對各收集器中的凋落物收集1次，按照不同組分分別測定干質(zhì)量。

2.3 樣品采集

測定生物量的同時，按干、皮、枝、葉和根等組分采集植物分析樣品，其中枝(分當年生枝、一年生、二年生和老枝)，葉(分當年生葉、一年生、二年生和老葉)，根(分<0.2cm、0.2～0.5cm、>0.5cm、根頭)。收集凋落物時選取一定數(shù)量的凋落物作為化學分析樣品，土壤則分0～15cm、15～30cm、30～45cm、45～60cm 4個層次取樣。

2.4 樣品的化學分析

分別用半微量凱氏法、721分光光度計和原子吸收分光光度計測定樣品中的N、P和K[15-17]。

3 結(jié)果與分析

3.1 馬尾松各組分養(yǎng)分元素的含量

不同年齡階段馬尾松林內(nèi)各組分的養(yǎng)分含量差異明顯(見表2)，由于光合作用的進行離不開針葉這一重要組分，因此其養(yǎng)分含量最高，而樹干材的養(yǎng)分含量最低[18]。兩者的的養(yǎng)分含量相差在24～163倍之間，中間的是樹枝、樹皮和樹根，三者之間差異不大。

表2 馬尾松人工林各組分養(yǎng)分元素的含量Tab.2 NutrientconcentrationincomponentsofPinusmas-sonianaplantations(g/kg)林齡(a)組分NPK葉14.630.934.91枝5.240.452.8915皮4.240.281.80干0.900.040.36根5.370.291.37葉15.301.3715.53枝8.681.0112.1923皮2.820.071.43干0.640.040.67根4.490.204.68葉14.021.4415.21枝7.491.2713.6838皮6.320.040.85干0.580.011.01根2.710.194.42

3.2 馬尾松養(yǎng)分元素的消耗量與分配

馬尾松林分中3種元素消耗總量為469.68～1577.08kg/hm2(見表3)，隨生長過程中生物量的增加而增大。從不同養(yǎng)分元素的總消耗量來看，K、N的消耗量最高，P最低。

為了說明養(yǎng)分元素在各器官的分配情況，將表3中數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的圖1，結(jié)果顯示養(yǎng)分的消耗與各器官的生物量不成比例關(guān)系，林冠枝葉的生物量為總生物量的9%～16%，而養(yǎng)分消耗量最大，占39%～65%。地下部分根的生物量最小，穩(wěn)定在7%～8%，其養(yǎng)分消耗量也最少，占8%～18%。樹干和樹皮的生物量最大，為77%～84%，養(yǎng)分消耗占27%～44%。

表3 馬尾松養(yǎng)分元素的消耗量與分配Tab.3 NutrientconsumeanddistributionincomponentsofPinusmassonianaplantations林齡(a)組分生物量(t/hm2)各組分百分比(%)養(yǎng)分元素的消耗量(kg/hm2)NPK合計葉9.237.7135.038.5845.32188.93枝6.245.232.702.8118.0353.5415皮8.477.035.912.3715.2553.53干88.3473.279.503.5331.80114.83根8.376.944.952.4311.4758.85合計120.65328.0919.72121.87469.68葉13.045.465.795.8966.78138.46枝7.633.267.707.8895.08170.6623皮16.837.073.771.8337.41113.01干185.2777.3118.577.41124.13250.11根16.937.176.023.3979.23158.64合計239.70401.8526.40402.63830.88葉14.475.8202.8720.84220.09443.80枝26.1610.4195.9433.22357.87587.0338皮19.817.9125.200.7916.84142.83干173.5869.1100.681.74175.32277.74根17.176.846.533.2675.89125.68合計251.19671.2259.85846.011577.08

3.3 馬尾松林養(yǎng)分元素的年凈消耗量

凈消耗量為植物體內(nèi)養(yǎng)分元素消耗的速率，依賴于林分生物量的增長量及養(yǎng)分元素的消耗量[19-21]。以林分的年平均生長量來估算生產(chǎn)力，求出馬尾松林養(yǎng)分元素的年凈消耗量(如表4所示)。結(jié)果表明，馬尾松各林分養(yǎng)分的年凈消耗量為31.31～41.5kg/(hm2·a)。各養(yǎng)分元素的年凈消耗量變化總的規(guī)律是林冠枝葉年凈消耗量相對較高，樹皮、干次之，地下部分相對較少[22]。同一組分中N、K的年凈消耗量最大，P最少。

3.4 馬尾松不同經(jīng)營方式年凈消耗量比較

通過比較馬尾松傳統(tǒng)經(jīng)營和目標樹經(jīng)營，可知大徑材經(jīng)營方式的生產(chǎn)力、養(yǎng)分年凈消耗量分別占傳統(tǒng)經(jīng)營方式的36%和62%。可見，大徑材經(jīng)營方式的年凈消耗量較少(見表5)。單獨比較兩種經(jīng)營方式的樹干的生產(chǎn)力、養(yǎng)分年凈消耗量，可發(fā)現(xiàn)大徑材經(jīng)營方式的生產(chǎn)力、養(yǎng)分年凈消耗量分別占傳統(tǒng)材經(jīng)營方式的33%和39%，其中N、P的年凈消耗量差異明顯(分別為25%和9%)?？梢?，樹干的養(yǎng)分年凈消耗量隨生長過程而呈遞減，對N、P的需求也逐漸減少。

圖1 不同年齡階段馬尾松林養(yǎng)分元素消耗量分配規(guī)律Fig.1 Distribution of biomass and nutrients consume of Pinus massoniana plantations of different age classes

續(xù)圖1 不同年齡階段馬尾松林養(yǎng)分元素消耗量分配規(guī)律Continued Fig.1 Distribution of biomass and nutrients consume of Pinus massoniana plantations of different age classes

表4 馬尾松林養(yǎng)分元素的年凈消耗量Tab.4 NutrientannualnetconsumeincomponentsofPinusmassonianaplantations林齡(a)組分生產(chǎn)力(t/(hm2·a))各組分百分比(%)養(yǎng)分元素的凈消耗量(kg/(hm2·a))NPK合計葉0.627.79.000.573.0212.59枝0.425.22.180.191.203.5715皮0.567.02.390.161.023.57干5.8973.25.300.242.127.66根0.567.03.000.160.763.92合計8.0521.871.328.1231.31葉0.575.42.860.262.906.02枝0.333.22.940.344.137.4123皮0.737.03.210.081.634.92干8.0677.15.160.325.4010.88根0.747.13.310.153.446.90合計10.4617.481.1517.5036.13葉0.385.75.340.555.7911.68枝0.6910.45.160.879.4215.4538皮0.527.93.290.020.443.75干4.5769.12.650.054.617.31根0.456.81.220.092.003.31合計6.6117.661.5822.2641.50

表5 馬尾松不同經(jīng)營方式年凈消耗量比較Tab.5 Nutrientannualnetconsumeincomponentsofdiffer-entmodeoperationofPinusmassonianaplantations經(jīng)營方式生產(chǎn)力(t/(hm2·a))N(kg/(hm2·a))傳統(tǒng)經(jīng)營(15年+23年)18.5139.35大徑材經(jīng)營(38年)6.6117.66P(kg/(hm2·a))K(kg/(hm2·a))合計(kg/(hm2·a))2.4725.6267.441.5822.2641.50

4 結(jié)論與討論

(1) 馬尾松林內(nèi)針葉的養(yǎng)分含量最高,樹干材的養(yǎng)分含量最低。針葉與樹干的養(yǎng)分含量相差在24～163倍之間，中間的是樹枝、樹皮和樹根，三者之間差異不大。

(2) 馬尾松林分中3種元素消耗總量為469.68～1577.08kg/hm2，隨生長過程中生物量的增加而增大。從不同養(yǎng)分元素的總消耗量來看，K、N的消耗量最高，P最低。養(yǎng)分的消耗與各器官的生物量不成比例關(guān)系，林冠枝葉的生物量為總生物量的9%～16%，而養(yǎng)分消耗量最大，占39%～65%。地下部分根的生物量最小，穩(wěn)定在7%～8%，其養(yǎng)分消耗量也最少，占8%～18%。樹干和樹皮的生物量最大，為77%～84%，養(yǎng)分消耗占27%～44%。

(3) 馬尾松各林分養(yǎng)分的年凈消耗量為31.31～41.5kg/(hm2·a)。各養(yǎng)分元素的年凈消耗量變化總的規(guī)律是林冠枝葉年凈消耗量相對較高，樹皮、干次之，地下部分相對較少。同一組分中N、K的年凈消耗量最大，P最少。

(4) 大徑材經(jīng)營方式的生產(chǎn)力、養(yǎng)分年凈消耗量分別占傳統(tǒng)經(jīng)營方式的36%和62%。單獨比較兩種經(jīng)營方式的樹干的生產(chǎn)力、養(yǎng)分年凈消耗量，可發(fā)現(xiàn)大徑材經(jīng)營方式的生產(chǎn)力、養(yǎng)分年凈消耗量分別占傳統(tǒng)材經(jīng)營方式的33%和39%，其中N、P的年凈消耗量差異明顯，分別為25%和9%?？梢?，樹干的養(yǎng)分年凈消耗量隨生長過程而呈遞減，對N、P的需求也逐漸減少。在生產(chǎn)實踐中對馬尾松施肥時，可在幼苗期兼顧三種營養(yǎng)元素，隨著年齡的增長可逐漸減少施N、P兩種元素的肥料；馬尾松大徑材經(jīng)營比傳統(tǒng)經(jīng)營年凈消耗的養(yǎng)分少，在樹干消耗上最為明顯，這為未來馬尾松經(jīng)營指明了一個方向。

[1] 莫江明，Sandra Brown，孫國輝,等.鼎湖山馬尾松林營養(yǎng)元素的分布和生物循環(huán)特征[J].生態(tài)學報，1999,19(5)：635-640.

[2] Liu，S. G.Forest resource in China[C]//Zhou, X. F. ed. Forest and ecological environment in China. Beijing: China Forestry Publishing House,1999:518-519.

[3] 周曉峰.森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究[M]. 哈爾濱：東北林業(yè)大學出版社，1991：117-129.

[4] 李榮華，汪思龍,等. 不同林齡馬尾松針葉凋落前后養(yǎng)分含量及回收特征[J]. 應(yīng)用生態(tài)學報，2008，19(7)：1443-1447.

[5] 田大倫，康文星，文仕知. 杉木林生態(tài)系統(tǒng)學[M]. 北京:科學出版社，2003：247-380.

[6] 樊后保，李燕燕，張義,等. 馬尾松純林及其混交林的植被養(yǎng)分含量[J]. 福建林學院學報，2004,24(4)：289-293.

[7] Tian, D. L.Studies on nutrient elements cycling and density effect of pole stage of Pinus massoniana stand[J]. Scientia Silvae Sinicae，1989,25:106-112.

[8] Wen, Z. M. H. W. Liang &Y. Li.Studies on the biocycling of nutrient elements of tree layer of Cunning hamia lanceolata mature plantations[J]. Acta Phytoecologica et Geobotanica Sinica，1991,15:36-45.

[9] Mo, J. M. B. Sandra, G. H. Kong, Y. C. Zhang, et al. Nutrient distribution and cycling of a Masson，s pine planted forest in Dinghushan[J]. Acta Ecologica Sinica，1999,19:635-640.

[10] Li, F.&Y. R. Chen. A study on the nutrient cycling of Pinus massoniana forest mixed with broad_leaved trees[J]. Scientia Silvae Sinicae，1999,35(3)：16-21.

[11] 項文化，田大倫. 不同年齡階段馬尾松人工林養(yǎng)分循環(huán)的研究[J]. 植物生態(tài)學報，2002，26(1)：89-95.

[12] 游小敏. 資興市土地利用變化及其驅(qū)動力研究[D]. 長沙：中南林業(yè)科技大學，2007.

[13] 李志輝，李躍林,等. 桉樹人工林地土壤微生物類群的生態(tài)分布規(guī)律[J].中南林學院學報，2000,20(3)：24-28.

[14] 蔣建. 南方主要造林樹種養(yǎng)分利用效率研究[D]. 福州：福建農(nóng)林大學，2006.

[15] 馬祥慶，劉愛琴,等. 氮素高效基因型杉木無性系的選擇研究[J].林業(yè)科學，2002，38(6)：53-57.

[16] 周志春，謝鈺容,等. 馬尾松種源磷效率研究[J]. 林業(yè)科學，2005,41(4)25-30.

[17] 嚴小龍，張福鎖. 植物營養(yǎng)遺傳學[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1997:1-30.

[18] 莊亞珍. 不同林齡馬尾松針葉養(yǎng)分含量及其再吸收效率[J]. 安徽農(nóng)學通報，2010，16(18)：27-27.

[19] 沈善敏，宇萬太,等. 楊樹主要營養(yǎng)元素內(nèi)循環(huán)及外循環(huán)研究Ⅱ落葉前后養(yǎng)分在植株體內(nèi)外的遷移和循環(huán)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學報，1993,4(1)：27-31.

[20] 張彥東，白尚斌,等. 磷脅迫條件下落葉松幼苗對難溶性磷的利用[J]. 應(yīng)用生態(tài)學報，2000,11(5)：668-670.

[21] 張煥朝，徐成凱,等. 楊樹無性系的磷營養(yǎng)效率差異[J]. 南京林業(yè)大學學報：自然科學版，2001,25(2)：14-18.

[22] 曾德慧，陳廣生，陳伏生，等. 不同林齡樟子松葉片養(yǎng)分含量及其再吸收效率[J]. 林業(yè)科學，2005，41(5)：22-29.

NutrientdepletionofdifferentmodeoperationofPinusmassonianaplantations

CHEN Yonghua

(Forestry Bureau of Zixing City，Zixing 423400，China)

The concentrations, consume and distribution of 3 nutrient elements (N, P, K) in different mode operation ofPinusmassonianaplantations of different age classes were studied. The results showed that nutrient concentrations were the highest in needles and the lowest in stems.The total nutrient consume inPinusmassonianaplantations ranged from 469.68kg/hm2to 1577.08kg/hm2, nutrient concentration increased with stand growth.The nutrient annual net consume in components from 31.31kg/hm2to 41.5kg/hm2, which increased with stand growth.The nutrient depletion of large-diameter timber management style taked up 62% of the traditional mode of operation.

Pinusmassoniana； large-diameter timber business； traditional business； nutrient depletion

2015-08-15

國家林木種質(zhì)資源平臺建設(shè)與運行服務(wù)(2014-A-13)。

陳永華(1973-)，男，湖南省資興市人，林業(yè)工程師，主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃和森林資源經(jīng)營研究。

S 791.248

A

1003 — 5710(2015)05 — 0067 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2015. 05. 015

(文字編校：龔玉子)