雷州半島旱季水肥管理對(duì)尾巨桉人工林生長(zhǎng)的影響

王志超，許宇星，竹萬(wàn)寬，杜阿朋

雷州半島旱季水肥管理對(duì)尾巨桉人工林生長(zhǎng)的影響

王志超，許宇星，竹萬(wàn)寬，杜阿朋＊

(國(guó)家林業(yè)和草原局桉樹(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，廣東湛江桉樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，廣東 湛江 524022)

為揭示旱季水肥管理下的桉樹(shù)生長(zhǎng)特征，并為進(jìn)一步提升桉樹(shù)人工林生產(chǎn)力提供理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支持，本研究以2 a生及5.5 a生尾巨桉人工林為研究對(duì)象，分析其在旱季加水肥、加水、加肥及CK 4種水肥管理措施下的生長(zhǎng)響應(yīng)。結(jié)果表明：林分尺度下旱季加水處理能顯著(2 a生極顯著)增加尾巨桉的胸徑增長(zhǎng)量，其中5.5a生較CK提高34.76%，2 a生較CK提高58.75%；單株尺度5.5 a生加水處理下的月徑向生長(zhǎng)量是CK處理的3.35倍；單獨(dú)加肥處理對(duì)尾巨桉旱季生長(zhǎng)促進(jìn)較??；林分尺度下加水肥處理胸徑增長(zhǎng)量比CK胸徑增長(zhǎng)量分別提高了106%(5.5 a生)和76.7%(2 a生)，同時(shí)也是單獨(dú)加水處理的1.11倍(2 a生)和1.53倍(5.5 a生)。2 a生水肥處理也極顯著(＜0.01)地促進(jìn)其旱季的樹(shù)高增長(zhǎng)，比單獨(dú)加水、單獨(dú)加肥及CK分別提高了79.4%、124.5%及161%。單株尺度下月徑向生長(zhǎng)量加水肥處理分別是加水、加肥及CK的2.05、2.72及6.89倍。因此在旱季對(duì)尾巨桉人工林進(jìn)行補(bǔ)水及補(bǔ)水肥(特別是補(bǔ)水肥)，能夠較大提高尾巨桉旱季的生長(zhǎng)量，從而提高其林分生產(chǎn)力。

水肥管理；旱季；尾巨桉；林分生長(zhǎng)

人工林是受人為控制的生態(tài)系統(tǒng)類型[1]，桉樹(shù)()是目前人工干擾強(qiáng)度較大的速生豐產(chǎn)林樹(shù)種。有研究表明，灌溉可以供給土壤更多的水分，提升林木的蒸騰速率和生產(chǎn)力[2]。桉樹(shù)作為短輪伐期速生林種，施肥是不可或缺的營(yíng)林措施之一[3]。通過(guò)施肥桉樹(shù)能提早成材，縮短輪伐期，提高單位面積產(chǎn)量[4]。我國(guó)桉樹(shù)主要種植區(qū)多存在旱雨兩季之分，且生長(zhǎng)速率差異較大。劉國(guó)粹[5]在對(duì)雷州半島尾巨桉()幼林生長(zhǎng)的研究中發(fā)現(xiàn)，雨季尾巨桉樹(shù)高增長(zhǎng)量是旱季的4倍以上；范文斌等[6]在對(duì)海南1 ~ 5 a生桉樹(shù)生長(zhǎng)特征研究中得出，雨季胸徑增長(zhǎng)最快，而旱季增長(zhǎng)較慢，且單株材積增加量雨季是旱季的2.65倍。如此產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題：如果桉樹(shù)種植區(qū)在旱季采取灌溉補(bǔ)水措施能否大幅度提升桉樹(shù)林分的生產(chǎn)力？另外，如果在旱季灌溉補(bǔ)水并同時(shí)進(jìn)行施肥，桉樹(shù)林分生產(chǎn)力增幅是否與僅進(jìn)行灌溉有顯著性差異？這是否可以作為雷州半島提升桉樹(shù)生產(chǎn)力的必要手段也值得深入探討和研究。目前國(guó)內(nèi)在桉樹(shù)旱季水肥管理對(duì)桉樹(shù)生長(zhǎng)影響的研究尚屬空白，因此本研究擬在地勢(shì)平坦的雷州半島地區(qū)(桉樹(shù)傳統(tǒng)種植區(qū))，以普遍種植的尾巨桉人工林為研究對(duì)象，系統(tǒng)全面地研究在季節(jié)性干旱期不同水肥管理措施下的桉樹(shù)生長(zhǎng)響應(yīng)，從而為進(jìn)一步提升桉樹(shù)木材產(chǎn)量提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于南方國(guó)家級(jí)林木種苗示范基地、廣東湛江桉樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究?jī)?nèi)(N 21°16′，E 110°05′)，屬熱帶海洋性氣候，年平均降雨量1 567 mm，但85%的降雨多集中在5—10月，年平均氣溫23℃左右，最低溫度0℃以上，雨熱同期，干冷同季；太陽(yáng)年輻射總量4 240 MJ·m-2左右，多年平均相對(duì)濕度在80%以上。試驗(yàn)區(qū)土壤類型主要是玄武巖磚紅壤，土層厚度2 m以上，0 ~ 80 cm土層內(nèi)平均有機(jī)質(zhì)含量1.6%以上，pH 4.5 ~ 5.3，土壤肥力屬中等水平。林下物種豐富，其中優(yōu)勢(shì)灌木層主要有有野牡丹()、白背葉()、五色梅()等，草本層主要有飛揚(yáng)草()、白花鬼針草()、馬唐()及蟛蜞菊()等。

試驗(yàn)地布置在2 a生及5.5 a生2個(gè)林齡的尾巨桉人工林內(nèi)，造林密度均為1 666株·hm-2，其中2 a生現(xiàn)存密度不變，而5.5 a生現(xiàn)存密度僅為960株·hm-2，造林時(shí)間為分別為2016年5月及2012年7月，造林面積為各2 hm2，造林方式均為挖穴造林；試驗(yàn)前期兩林分特征見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地概況

1.2 研究方法

1.2.1 樣地的設(shè)置

在2個(gè)林齡的尾巨桉人工林內(nèi)，隨機(jī)分別劃分4塊區(qū)域，分別在旱季實(shí)施4種水肥管理措施：加水+加肥(月加水量約500 L·株-1(下同)，加肥量500 g·株-1(總計(jì)1次，下同)、加肥、加水及對(duì)照(CK)。在每個(gè)處理內(nèi)選取20 m × 20 m固定樣地一個(gè)。

1.2.2 徑向生長(zhǎng)的測(cè)定

在各處理固定樣地內(nèi)每株樹(shù)的1.3 m處，安裝自制生長(zhǎng)環(huán)(圖1A)，監(jiān)測(cè)其林分旱季徑向變化量。在5.5 a生林分內(nèi)各處理樣地內(nèi)，分別選取3株標(biāo)準(zhǔn)木并在1.3 m處安裝DC3型徑向變化記錄儀(德國(guó)，Ecomatik公司)實(shí)施樹(shù)干徑向變化的連續(xù)監(jiān)測(cè)(圖1B)，利用數(shù)據(jù)采集器(HOBO，Onset Data1-800- Loggers)采集莖干變化數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)頻率為30 min；監(jiān)測(cè)時(shí)間2018年1月—2018年4月。樣木各項(xiàng)參數(shù)見(jiàn)表2。

1.2.3 高生長(zhǎng)的測(cè)定

各處理固定樣地樹(shù)高生長(zhǎng)采用激光測(cè)高儀進(jìn)行每木測(cè)定。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel2016及Spss19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并作圖。

圖1 兩種樹(shù)木徑向測(cè)定裝置圖

表2 尾巨桉樣木基本情況

2 結(jié)果與分析

2.1 林分尺度不同水肥管理下尾巨桉旱季胸徑增長(zhǎng)量差異分析

由圖2A可知，4種處理間的胸徑增長(zhǎng)量差異均達(dá)到顯著水平(＜0.05)，其大小順序?yàn)椋核?0.77 cm)＞水(0.70 cm)＞肥(0.54 cm)＞CK(0.44 cm)，其中水肥及加水處理的胸徑增長(zhǎng)量極顯著大于加肥處理和CK＜0.01，加肥處理的胸徑增長(zhǎng)量與CK處理間的差異也達(dá)到了極顯著水平＜0.01)。由圖2B可知，監(jiān)測(cè)期間5.5 a生胸徑增長(zhǎng)量4種處理間差異顯著，其中水肥處理下的胸徑增長(zhǎng)量(0.42 cm)極顯著大于其他3種處理(＜0.01)，加水處理的胸徑增長(zhǎng)量(0.28 cm)顯著大于對(duì)照(0.21 cm)(＜0.05)，但與加肥處理的差異未達(dá)到顯著水平，加肥處理與CK的胸徑增長(zhǎng)量差異不顯著(＞0.05)。5.5 a生加水肥處理的胸徑增長(zhǎng)量是對(duì)照組的2.05倍，是單獨(dú)加水處理的1.53倍，而單獨(dú)加水處理又是CK的1.35倍。

2.2 單株尺度不同水肥管理下尾巨桉旱季徑向連續(xù)生長(zhǎng)特征研究

本研究通過(guò)徑向生長(zhǎng)測(cè)定儀，對(duì)5.5 a生尾巨桉4種不同處理下的徑向生長(zhǎng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，得到4種處理下的徑向生長(zhǎng)時(shí)空動(dòng)態(tài)，選取1個(gè)月(3月30日—4月28日)的徑向變化制圖(圖3)。由圖3可以看出，4種處理下的徑向生長(zhǎng)規(guī)律相同，均呈波動(dòng)性增長(zhǎng)，但不同處理下的增長(zhǎng)幅度差異較大，其中水肥處理的徑向增長(zhǎng)量最大達(dá)1 084.32 μm，其次為加水處理，其徑向增長(zhǎng)量為527.42 μm，加肥處理徑向增長(zhǎng)量為398.46 μm，3種處理徑向增長(zhǎng)量分別為CK處理的6.89、3.35和2.53倍，由此可見(jiàn)，在單株尺度上，4種處理對(duì)干季尾巨桉胸徑增長(zhǎng)的促進(jìn)作用由大到小依次為：加水肥＞加水＞加肥＞CK，這與在林分尺度上得到的結(jié)果保持一致。

圖2 2個(gè)林齡尾巨桉不同處理下的胸徑增長(zhǎng)量

圖3 旱季尾巨桉不同水肥管理下的徑向動(dòng)態(tài)

2.3 旱季不同水肥管理下尾巨桉高生長(zhǎng)量差異分析

由圖4A可知，2 a生尾巨桉監(jiān)測(cè)期間水肥處理下的樹(shù)高增長(zhǎng)量極顯著大于加肥處理和CK＜0.01)，且顯著大于單獨(dú)加水處理的樹(shù)高增長(zhǎng)量(＜0.05)。水肥處理的樹(shù)高增長(zhǎng)量分別是加水、加肥以及CK處理樹(shù)高增長(zhǎng)量的1.80倍、2.25及2.61倍。加水、加肥及CK處理間的樹(shù)高增長(zhǎng)量差異未達(dá)到顯著水平。而對(duì)5 a生4種處理下的樹(shù)高增長(zhǎng)量統(tǒng)計(jì)并制圖(圖4B)發(fā)現(xiàn)，4種處理間的樹(shù)高增長(zhǎng)量間的差異均未達(dá)到顯著水平。

圖4 旱季2個(gè)林齡尾巨桉不同水肥管理下樹(shù)高增長(zhǎng)特征

3 結(jié)論與討論

樹(shù)木生長(zhǎng)與環(huán)境因素息息相關(guān)[7]，水分更是影響樹(shù)木生長(zhǎng)的最重要因素之一，巴西東北部沿降水量850 ~ 1 650 mm梯度每增加100 mm，木材年產(chǎn)量增加約2.3 t·hm-2[8]?？滴男堑萚9]研究發(fā)現(xiàn)，杉木生長(zhǎng)季土壤含水量在30% ~ 40%范圍內(nèi)，林木生長(zhǎng)迅速，25% ~ 30%范圍內(nèi)，林木生長(zhǎng)速率一般，25%以下生長(zhǎng)速率明顯下降。本研究結(jié)果表明：林分尺度下旱季加水處理能顯著(2 a生極顯著)增加尾巨桉的胸徑增長(zhǎng)量，其中5.5 a生較CK提高34.76%，2a生較CK提高58.75%；單株尺度加水處理下的月徑向生長(zhǎng)量是CK處理的3.35倍，可見(jiàn)旱季補(bǔ)水能夠顯著提高桉樹(shù)林分生產(chǎn)力。席本野等[10]對(duì)地下滴灌影響毛白楊()生長(zhǎng)的研究中同樣發(fā)現(xiàn)，地下滴灌(補(bǔ)水)能明顯促進(jìn)毛白楊的生長(zhǎng)，其中2010和2011年與不灌溉處理相比地下滴灌能使胸徑生長(zhǎng)量分別平均提高 31% 和 33% 。劉淑明等[11]對(duì)油松()和側(cè)柏()人工林的研究中也發(fā)現(xiàn)補(bǔ)水可以促進(jìn)胸徑的生長(zhǎng)，其中油松補(bǔ)水在1.0 倍降雨量時(shí)胸徑增加最大，側(cè)柏在1.5倍降雨量時(shí)對(duì)胸徑促進(jìn)最大。這與本研究的結(jié)果相似。

施肥是調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分條件從而提高木材產(chǎn)量的另一項(xiàng)重要管理措施[12-13]。馬暉等[14]對(duì)楊樹(shù)施肥試驗(yàn)的研究表明，施肥可明顯促進(jìn)胸徑樹(shù)高生長(zhǎng)，其中胸徑生長(zhǎng)量施肥比不施肥處理最高提升幅度達(dá)170.98%，樹(shù)高最高達(dá)45.56%。但由于雷州半島旱季降雨量少，單獨(dú)施肥無(wú)法使其溶解，造成樹(shù)木無(wú)法吸收。研究發(fā)現(xiàn)，除2 a生胸徑增長(zhǎng)量單獨(dú)施肥處理顯著大于CK外，樹(shù)高及5.5 a生胸徑樹(shù)高均與CK無(wú)顯著性差異；但在加肥的基礎(chǔ)上同時(shí)加水即加水肥處理下，能夠極顯著增加尾巨桉人工林干季的胸徑增長(zhǎng)量，研究發(fā)現(xiàn)，林分尺度下旱季水肥處理的胸徑增長(zhǎng)量比CK組胸徑增長(zhǎng)量分別提高了106%(5.5 a生)和76.7%(2 a生)，同時(shí)也是單獨(dú)加水處理的1.11倍(2 a生)和1.53倍(5.5 a生)。2 a生水肥處理也極顯著(＜0.01)地促進(jìn)其旱季的樹(shù)高增長(zhǎng)，比單獨(dú)加水、單獨(dú)加肥及CK分別提高了79.4%、124.5%及161%。單株尺度下月徑向生長(zhǎng)量加水肥處理分別是加水、加肥及CK的2.05、2.72及6.89倍。

綜上所述，雷州半島旱季適當(dāng)?shù)难a(bǔ)水措施可以顯著提高桉樹(shù)的生長(zhǎng)速率，若在補(bǔ)水的同時(shí)再進(jìn)行施肥較單一補(bǔ)水更能顯著促進(jìn)桉樹(shù)林分生長(zhǎng)，進(jìn)而更大程度上促進(jìn)桉樹(shù)林分旱季的林分生產(chǎn)力。由此可以推斷在旱季，對(duì)尾巨桉人工林進(jìn)行補(bǔ)水或補(bǔ)水肥(特別是補(bǔ)水肥)，能夠較大提高尾巨桉干季的生長(zhǎng)量，從而提高其林分生產(chǎn)力。

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Effect of Dry Season Water and Fertilizer Management on Growth of×Plantation on the Leizhou Peninsula

WANG Zhichao, XU Yuxing, ZHU Wankuan, DU Apeng

()

This study examined the growth characteristics ofunder alternate water/irrigation and fertilizer regimes imposed during the dry season, and provides a theoretical basis and data support for improving the productivity ofplantations. For this, growth responses of 2-year and 5.5-year-old×plantations under four water and fertilizer regimes were analyzed. The regimes included: irrigation only, fertilizer only, irrigation plus fertilizer, and a control (CK) – all treatments/regimes were implemented during the dry season. The irrigation treatment significantly increased the DBH growth of the×plantations in the dry season, with 5.5-year-old plantation showing 34.8% higher growth than that of CK, and the 2-year-old showing 58.8% higher growth. Monthly radial growth under irrigation was 3.4 times higher than that of the CK treatment. Meanwhile, growth of×was less affected by the addition of fertilizer alone, with DBH growth in irrigation and fertilizer treatment being 106% higher than that of the CK (5-year-old plantation) and 76.7% (2-year-old plantation) and also 1.11 times (2-year-old) and 1.53 times (5-year-old) that of the irrigated treatment. In the 2-year-old plantation, the irrigation plus fertilizer treatment also had significantly (<0.01) higher height growth, with 79.4%, 124.5% and 161% of the height growth of the irrigated, fertilizer and CK treatments respectively. The monthly DBH increase of average tree DBH in the irrigated plus fertilizer treatment was 2.1, 2.7 and 6.9 times that of irrigated, fertilizer and CK control treatments respectively. It was concluded that in the dry season, the irrigated treatment and the irrigation plus fertilizer treatment greatly increased the growth of the×and can therefore significantly improve forest plantation productivity.

water and fertilizer management; dry season;×; stand growth

S758.5+2

A

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(CAFYBB2017QA033)；“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFD0600505)；廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2017KJCX020)；廣東湛江桉樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站項(xiàng)目(2018-LYPT-DW-141)。

王志超(1988— )，男，碩士，助理研究員，從事生態(tài)水文研究，E-mail: wzc2254@163.com.

杜阿朋(1979— )，男，博士，副研究員，主要從事森林生態(tài)等研究，E-mail:dapzj@163.com.