四川巨桉人工林生長量與養(yǎng)分限制因子研究

四川巨桉人工林生長量與養(yǎng)分限制因子研究

森林生長是土壤養(yǎng)分供應(yīng)、植物根系吸收能力和環(huán)境因素綜合影響的結(jié)果，與土壤養(yǎng)分供應(yīng)水平呈一定的函數(shù)關(guān)系。由于生物和生態(tài)特性的影響，樹木組織的養(yǎng)分含量和生長量之間也存在一定的函數(shù)關(guān)系。因此，通過對土壤養(yǎng)分供應(yīng)水平、植物組織養(yǎng)分含量和生長量的相關(guān)分析，我們可以找到影響生長量的主要因素或影響生長量各個方面的結(jié)論，為養(yǎng)分管理提供一定的理論依據(jù)。巨桉(Eucalyptusgrandis)屬桃金娘科(Myrtaceae)桉屬(Eucalyptus)雙蒴蓋亞屬(Subgenussymphymyrtus)橫脈組(Transversara)柳桉系(Saligance)的優(yōu)良速生用材樹種,原產(chǎn)于澳大利亞,1986年四川省將巨桉引入洪雅林場并確定為四川省主栽桉樹種之一,1998年開始在四川省大面積種植,2008年已達(dá)到20萬hm2,并以每年3-5萬hm2的速度發(fā)展.但現(xiàn)有林分年均蓄積生長量變化較大(0.17-41.05m3·hm-2),平均僅達(dá)到13.41m3·hm-2,與原產(chǎn)地平均40m3·hm-2的生長量差距明顯,排除林分密度、氣候、水文等因素影響外,養(yǎng)分管理起著重要的作用.目前,針對巨桉的養(yǎng)分管理研究主要集中在施肥效應(yīng)、養(yǎng)分循環(huán)、養(yǎng)分診斷等領(lǐng)域,研究所得出的巨桉人工林養(yǎng)分限制因子因不同學(xué)者和不同研究區(qū)域有所不同,系統(tǒng)的報道僅見于吳繼林對福建省永安市巨桉人工林的研究結(jié)果,認(rèn)為田間持水量、有效Fe、有效Zn、有效P是影響巨桉人工林生長的主要土壤因子.而針對四川巨桉人工林養(yǎng)分限制因子的系統(tǒng)研究尚未見報道.因此,開展巨桉人工林養(yǎng)分限制因子及其診斷研究,不僅有利于抓住四川巨桉人工林的主導(dǎo)養(yǎng)分因子,指導(dǎo)施肥進(jìn)而提高林分生產(chǎn)力,而且可對其他人工林養(yǎng)分管理提供一定的借鑒意義.1材料和方法1.1氣候、土壤條件試驗(yàn)以四川巨桉人工林主要分布地區(qū)為調(diào)查總體,該區(qū)位于四川盆地南部、西南部地帶,包括瀘州市、宜賓市、樂山市、眉山市、眉山市洪雅縣、成都市蒲江縣、眉山市彭山縣、成都市新津縣一線,介于東經(jīng)103.28°-105.25°,北緯28.16°-30.39°,海拔345-646m,近5年年均降雨量934.6-1493.8mm,年均氣溫16.8-18.1℃,絕對最低溫度-6--3.3℃,絕對最高溫度36.8-40.3℃,土壤類型以黃壤、紫色土為主,地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林,屬中亞熱帶濕潤性氣候.1.2不同生長時期、不同立地條件、不同豐富密度的土壤養(yǎng)分分析按照典型布樣,不同林分年齡、立地條件、林分生長狀況共設(shè)立60塊20m×20m的標(biāo)準(zhǔn)地.實(shí)測林分密度、每木胸徑和樹高,進(jìn)而計算林分生長量.沿標(biāo)準(zhǔn)地對角線等距布點(diǎn)挖取5個土壤剖面,采集根系分布層(0-40cm)土壤混合樣品用于土壤養(yǎng)分分析,同時選取10-15株生長正常、無明顯缺素癥狀(典型缺素標(biāo)準(zhǔn)地例外)的平均木作為采樣木,樹冠分上中下3層,陰陽兩面收集生長完全、無缺陷的新成長1年生新鮮葉片2000g,用于百葉干重和葉片養(yǎng)分分析.在巨桉生長期內(nèi),林地土壤養(yǎng)分總量和活性、林木組織養(yǎng)分含量隨時間會發(fā)生變化,不同的養(yǎng)分元素變化規(guī)律不盡相同.為消除取樣時間帶來的誤差,便于比較不同立地林木營養(yǎng)狀況,確定調(diào)查采樣時間為頭年12月份至次年1月份,即巨桉生長休眠期,此時期土壤養(yǎng)分變化較小,樹液基本停止流動,樹木組織之間養(yǎng)分循環(huán)較弱,其養(yǎng)分含量處于相對穩(wěn)定狀態(tài).1.3內(nèi)部分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計1.3.1全k及氧漂金屬含量測定全N含量按凱氏法56-58測定,水解N含量按堿解—擴(kuò)散法59-60測定,全P含量按氫氧化鈉堿熔—鉬銻抗比色法65-67測定,全K含量按氫氧化鈉堿熔—原子吸收分光光度法71-72測定,速效K含量按乙酸銨浸提—原子吸收分光光度法75-76測定,有機(jī)質(zhì)含量按重鉻酸鉀氧化—外加熱法77-78測定,pH按電位法82-84測定,交換性Ca、Mg含量按乙酸銨交換—原子吸收分光光度法98-100測定,有效Cu、有效Zn、有效Fe、交換性Mn含量按原子吸收分光光度法167-176測定.1.3.2ca、mg、cu、zn、fe、mn全量測定全N含量按蒸餾法182-186測定,P、K、Ca、MG、S、Cu、Zn、Fe、Mn全量按硝酸—高氯酸消煮法187-203測定,B含量按干灰化—鉀亞胺比色法208-209測定.1.3.3計算立地等級表按黃從德等編制的四川巨桉人工林二元材積表(V=0.0000783738×D1.71182751×H0.997981,V、D、H分別為材積、胸徑、樹高)和地位指數(shù)表、立地等級表進(jìn)行計算.2結(jié)果與分析2.1密度與木材性質(zhì)的關(guān)系巨桉林分密度、百葉干重與林分產(chǎn)量之間的相關(guān)性分析結(jié)果(表1)表明:(1)林分密度與林分優(yōu)勢高、平均高、平均單株材積、單位面積蓄積之間均不存在顯著的相關(guān)關(guān)系,僅與林分平均胸徑、百葉干重顯著負(fù)相關(guān).綜合前期對巨桉人工林施肥效應(yīng)、木材材性、生物量和生產(chǎn)力分配等的研究結(jié)果,林分初植密度控制在2460-2520株·hm-2,收獲密度控制在1860-1935株·hm-2,能夠獲得較高的生產(chǎn)量和木材品質(zhì).本次測定的密度(1000-2000株·hm-2)均未超過上述標(biāo)準(zhǔn),說明密度大小并沒有造成林木個體之間的強(qiáng)烈競爭,在一定范圍內(nèi)可以忽略密度對養(yǎng)分供應(yīng)的影響.(2)百葉干重與林分優(yōu)勢高、平均高、平均胸徑、平均單株材積、單位面積蓄積等均達(dá)到顯著或極顯著正相關(guān).由于樣品均為1年生葉片,其百葉干重和養(yǎng)分狀況能較好地代表當(dāng)年土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況.因此,采用百葉干重進(jìn)行養(yǎng)分診斷,能較好地消除林分年齡帶來的誤差,代替林分生產(chǎn)量進(jìn)行計算,降低診斷難度,這也是矢量診斷法中采用百葉干重代替生物量判斷養(yǎng)分盈虧的一個理論依據(jù).2.2土壤養(yǎng)分與林分高生長的相關(guān)性土壤肥力評價是一個復(fù)雜的過程,林木生長的好壞、可見癥狀的出現(xiàn)反映著肥力的差異,而林木養(yǎng)分缺乏的可能原因不全是土壤肥力問題,如根部病蟲害和連作.因此,土壤分析需要與林木生長狀況結(jié)合起來,才具有診斷意義.土壤養(yǎng)分(全量和有效量)與林分生長指標(biāo)相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果(表2)表明:(1)土壤pH與立地指數(shù)、林分優(yōu)勢高、平均高、胸徑、單株材積、單位面積蓄積均呈極顯著負(fù)相關(guān),說明在測定的土壤pH范圍內(nèi)(3.4-9.2),巨桉更適宜于在酸性土壤環(huán)境下生長.(2)林分高生長量與土壤中的K、Ca、Mg含量呈顯著負(fù)相關(guān),而與Fe、Zn、Cu有效量呈顯著正相關(guān).由于被調(diào)查林分多數(shù)仍處于高生長速生期,因此適當(dāng)降低K、Ca、Mg肥的施用量,增加微肥施用量可以促進(jìn)林分高生長.(3)土壤N、K、Mg有效量與單株材積、單位面積蓄積呈顯著負(fù)相關(guān),是影響生產(chǎn)量的重要因子.(4)土壤有效P與單株材積、單位面積蓄積等之間未達(dá)到顯著相關(guān)水平,這可能與土壤有效P容易被固定以及土壤Ca含量較高有關(guān).一般認(rèn)為,高含量的土壤Ca阻止P的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),與帶電Mg2+產(chǎn)生載體競爭,同時與N、K之間存在拮抗作用,不利于植物對N、P、K等的吸收.(5)土壤中的Fe、Mn、Zn、Cu等微量元素與林分生長量之間的相關(guān)系數(shù)均為正值(可達(dá)到r0.10的顯著水平),綜合增產(chǎn)效應(yīng)仍不應(yīng)忽視.(6)百葉干重僅與土壤養(yǎng)分全量呈顯著相關(guān),而與土壤養(yǎng)分有效量無關(guān),這可能與土壤養(yǎng)分的持續(xù)供應(yīng)能力和植株體內(nèi)養(yǎng)分再分配能力有關(guān).當(dāng)土壤養(yǎng)分有效量不足時,林木本身可以通過將衰老組織中的養(yǎng)分轉(zhuǎn)移到幼嫩組織,緩解養(yǎng)分限制.(7)立地指數(shù)與多種土壤養(yǎng)分(N、K、Ca、Mg)有效量呈顯著負(fù)相關(guān),與Fe、Zn、Cu等微量元素呈正相關(guān).這也進(jìn)一步說明,對巨桉而言,土壤中Ca2+、Mg2+等含量不能太高,否則將產(chǎn)生過量毒害作用或?qū)ζ渌B(yǎng)分離子產(chǎn)生拮抗作用,從而導(dǎo)致林木生長受阻,表現(xiàn)為林分優(yōu)勢高下降.(8)土壤中的有機(jī)碳與林分生長狀況相關(guān)性不顯著,這主要是由于在調(diào)查的范圍內(nèi)多為人工林地,地表人為干擾較為嚴(yán)重,土壤腐殖質(zhì)層幾乎不存在,對林分產(chǎn)量影響較小.2.3巨桉葉片養(yǎng)分與生長量相關(guān)性分析根據(jù)植物生長對養(yǎng)分供應(yīng)的反應(yīng)曲線關(guān)系,植物組織養(yǎng)分含量和林分生長量隨養(yǎng)分供應(yīng)量的增加呈加速上漲趨勢,隨后逐漸放緩,達(dá)到最適養(yǎng)分供應(yīng)狀況時,生長量不再增加,而組織養(yǎng)分含量繼續(xù)上升,直至過量毒害,植物生長停止.根據(jù)植物組織養(yǎng)分含量與生長量之間顯著的拋物線關(guān)系,對巨桉葉片養(yǎng)分含量與生長量進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn),結(jié)果(表3)表明:(1)除個別養(yǎng)分元素(P、Ca)外,巨桉葉片養(yǎng)分含量與立地指數(shù)、林分年齡相關(guān)性均不顯著,即葉片養(yǎng)分含量受立地等級和林分年齡的影響較小,在葉片診斷中可忽略樣品采集時間和地點(diǎn)對診斷結(jié)果的影響.(2)林分優(yōu)勢高、平均高、胸徑均與葉片N、P、Ca、Mg、B的含量呈顯著相關(guān),這5種養(yǎng)分是限制生長的重要因素.(3)單株材積、林分蓄積與葉片P、Ca、Mg、Cu、Zn等含量相關(guān)顯著,與N、B等含量的相關(guān)系數(shù)較高,進(jìn)一步說明N、P、Ca、Mg、Cu、Zn、B等養(yǎng)分供應(yīng)是相當(dāng)重要的影響因子.(4)百葉干重與葉片N、K、Ca、Mg、Cu等含量相關(guān)顯著,與P、S、Mn等含量的相關(guān)系數(shù)較高(可達(dá)到r0.10的顯著水平),因此可以采用百葉干重代替生長量進(jìn)行診斷.2.4林分年齡對養(yǎng)分平衡關(guān)系的影響植物養(yǎng)分狀況在多數(shù)情況下并不受養(yǎng)分絕對供應(yīng)量的影響,而與養(yǎng)分供應(yīng)比值,即養(yǎng)分平衡關(guān)系有關(guān).葉片養(yǎng)分含量比值與林分生長量相關(guān)性檢驗(yàn)的結(jié)果(表4)表明:(1)與立地指數(shù)顯著相關(guān)的葉片養(yǎng)分含量比值主要與N有關(guān),且N為分子者的相關(guān)系數(shù)均為正值,N為分母者均為負(fù)值,說明可采用葉片N平衡關(guān)系評價立地等級.(2)僅6個(共110個)葉片養(yǎng)分含量比值與林分年齡呈顯著相關(guān),表明養(yǎng)分平衡關(guān)系隨林分年齡的增長不會發(fā)生大的變化,在收獲(6-8a)之前可以排除或忽略林分年齡對養(yǎng)分供應(yīng)和吸收特性的影響.(3)與林分高生長顯著相關(guān)的葉片養(yǎng)分含量比值多與Ca平衡有關(guān),且Ca為分子者的相關(guān)系數(shù)為負(fù)值,Ca為分母者的相關(guān)系數(shù)為正值,說明降低葉片Ca積累有利于林分高生長.(4)林分平均單株材積、單位面積蓄積與Ca、Zn、Cu平衡顯著相關(guān),較高的葉片Zn、Cu含量和較低的葉片Ca含量有利于單株材積和林分蓄積的積累.(5)影響百葉干重的養(yǎng)分比值主要與Mn有關(guān),且相關(guān)系數(shù)均為負(fù)值,說明高含量Mn有利于百葉干重的積累.2.5土壤養(yǎng)分與養(yǎng)分庫及其分配的關(guān)系土壤養(yǎng)分是植物養(yǎng)分的主要來源,其含量特別是有效量含量對植物組織養(yǎng)分含量影響較大,相關(guān)性分析的結(jié)果(表5)表明:(1)土壤pH與葉片N、P、Ca、Mg、Mn含量相關(guān)顯著,說明土壤養(yǎng)分有效性受土壤pH影響較大.(2)植物N營養(yǎng)與土壤全N、速效N均呈極顯著相關(guān),同時與土壤P、Zn全量,有機(jī)質(zhì),P、K、Mg、Zn、Cu有效量相關(guān)顯著,說明土壤N庫是植物N營養(yǎng)的主要來源,同時巨桉對N的吸收受其他養(yǎng)分離子的影響,呈顯著的相互作用.葉片P與N的情況相似.(3)葉片K含量與土壤養(yǎng)分有效量關(guān)系均不顯著,僅與土壤P、Mg、Zn全量相關(guān)顯著,因此,提高土壤鉀肥施用量并不能顯著改善植物K的供應(yīng)狀況,其帶來的增產(chǎn)效應(yīng)可能與K+和其他離子之間的相互作用有關(guān).(4)葉片的Ca、Mg除與土壤Ca、Mg養(yǎng)分庫關(guān)系顯著外,也受多種土壤養(yǎng)分的影響,如土壤K、P、Fe、Mn、Zn、Cu、有機(jī)質(zhì)等.(5)葉片微量元素除Mn以外,與土壤養(yǎng)分含量相關(guān)均較小,說明微量元素的吸收量并不受其他大量或中量養(yǎng)分的影響,僅與土壤中該養(yǎng)分的含量有關(guān).相對而言,Mn與多種土壤養(yǎng)分關(guān)系顯著,是植物酶促反應(yīng)中最重要的土壤因子.2.6元素吸收法植物對一種營養(yǎng)的吸收會對其他元素的吸收產(chǎn)生影響,一般可分為協(xié)同效應(yīng)和拮抗作用.通過林木組織養(yǎng)分之間相關(guān)性的分析可以了解林木組織各養(yǎng)分元素之間的相互作用關(guān)系.如2種元素呈顯著正相關(guān),則說明其中一種元素的吸收有利于另一種元素的吸收,表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng);如2種元素呈顯著負(fù)相關(guān),則一種元素吸收量的增加會抑制另一種元素的吸收,表現(xiàn)為拮抗作用.檢驗(yàn)結(jié)果(表6)表明:(1)植物N與P之間呈顯著正相關(guān)(協(xié)同效應(yīng)),而與Ca之間呈顯著負(fù)相關(guān)(拮抗作用).(2)P與K、Mg呈正相關(guān),表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng),而與Zn、Fe、Mn呈負(fù)相關(guān),表現(xiàn)為拮抗作用.(3)K除與P呈正相關(guān)外,僅與Fe呈負(fù)相關(guān),受影響的因素較少,應(yīng)考慮該元素僅作為主動離子存在.(4)同理,Ca、Mg之間,S、Zn之間,Cu、Fe之間存在明顯的協(xié)同效應(yīng),而S與Ca、Mg,Fe與Mg,Zn與Cu之間存在明顯的拮抗作用.(5)B在相關(guān)性分析中與其他任意養(yǎng)分關(guān)系均不顯著,說明該元素相互作用較弱.3養(yǎng)分平衡關(guān)系及施肥量分析模型在本次調(diào)查中,四川巨桉工業(yè)原料人工林木材產(chǎn)量由于受各地施肥措施不同的影響,表現(xiàn)為:生長量受土壤交換性Ca、Mg影響較大;土壤速效P是重要的養(yǎng)分限制因子;土壤Fe、Cu、Zn等由于參與植物生理活動中的酶促反應(yīng),對產(chǎn)量影響也較大;而N、K、Mn等由于在土壤中的含量相對較為充足,限制作用較小.植物葉片養(yǎng)分中的Ca、Mg、P、Fe、B、N、Zn、Cu是重要的養(yǎng)分含量指標(biāo),與生長量之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系,可作為養(yǎng)分供應(yīng)和吸收狀況的標(biāo)志;其他養(yǎng)分(K、S、Mn)相關(guān)性不高,限制作用相對較小.同時,葉片養(yǎng)分含量受土壤Ca、Mg、N、P、K等限制作用較大,受微量養(yǎng)分限制較小.在養(yǎng)分平衡關(guān)系中,N、Ca、Zn、Cu、P、Mn等與其他養(yǎng)分元素之間的平衡關(guān)系更加重要,表現(xiàn)為高N、Zn、Cu、Mn,低P、Ca有利于產(chǎn)量(林分高、林分直徑、林分蓄積)的提高.綜上所述,影響四川巨桉人工林生長的養(yǎng)分因子及影響程度從大到小依次為:Ca、Mg、P、Fe、Cu、Zn、Mn、K、N;表征四川巨桉人工林養(yǎng)分供應(yīng)狀況的葉片養(yǎng)分因子及重要程度從大到小依次為:Ca、Mg、P、N、Cu、