不同施肥水平下桉樹林木碳貯量的研究

杜阿朋，陳少雄，張 婧，張治軍

（1.國家林業(yè)局 桉樹研究開發(fā)中心， 廣東 湛江 524022；2. 國家林業(yè)局 昆明勘察設(shè)計(jì)院， 云南 昆明 650216）

不同施肥水平下桉樹林木碳貯量的研究

杜阿朋1，陳少雄1，張 婧1，張治軍2

（1.國家林業(yè)局 桉樹研究開發(fā)中心， 廣東 湛江 524022；2. 國家林業(yè)局 昆明勘察設(shè)計(jì)院， 云南 昆明 650216）

在廣西東門林場(chǎng)進(jìn)行了桉樹不同施肥水平下林木碳貯量研究，分析了不同施肥水平下桉樹林分平均胸徑、樹高、單株生物量和碳貯量的差異特征。結(jié)果表明：6種施肥處理中最大施肥量的胸徑、樹高最大，最小施肥量的胸徑、樹高最??；在施肥總量相同的條件下，P含量比例高的林分胸徑、樹高平均值均大于P比例低的施肥處理；施肥對(duì)桉樹林分生長的影響效果隨著施肥后時(shí)間的延長而減弱；192月生時(shí)6種施肥處理下桉樹林分平均單株碳貯量大小排序?yàn)樘幚?(81.37 kg)＞處理1(80.22 kg)＞處理5(79.65 kg)＞處理4(78.07 kg)＞處理2(77.86 kg)＞處理6(76.21 kg)；各器官碳貯量所占比例的大小排序均為樹干(48.62%～48.95%)＞樹枝(17.20%～17.29%)＞樹根(16.15%～16.36%)＞樹葉(9.57%～9.67%)＞樹皮(8.05%～8.15%)。

桉樹; 施肥水平; 碳貯量

全球森林面積劇減和氣溫暖化加劇，已經(jīng)直接或間接影響著人類生存環(huán)境。目前，對(duì)溫室氣體СO2吸收和固定的研究已成為全球氣候變化研究的熱點(diǎn)和前沿[1-2]。森林作為地球上最龐大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，存儲(chǔ)著陸地生態(tài)系統(tǒng)約60%的有機(jī)碳[3-4]，在穩(wěn)定大氣成分、減少碳收支平衡中起著關(guān)鍵作用，對(duì)現(xiàn)在及未來的氣候變化和碳平衡都具有重要影響。《京都議定書》允許各締約方從1990年開始通過造林、再造林固定的碳匯來抵消其承諾的減限排指標(biāo)，加上全球范圍內(nèi)天然林驟減，使得發(fā)展人工林以應(yīng)對(duì)全球氣候變化及木材需求等各種矛盾的觀點(diǎn)已成為世界的共識(shí)。

森林的固碳效率取決于其生物量、生長速率、凋落物的積累分解速率以及土壤呼吸等，人工林與天然林最大的區(qū)別就在于人工林經(jīng)營加進(jìn)了人類活動(dòng)的干擾，如目前桉樹經(jīng)營中普遍存在煉山、清山、全墾、整地、定植、撫育、施肥、間伐等人工林營造措施，這些措施均對(duì)人工林的固碳效率產(chǎn)生較大影響。以往對(duì)人工林固碳的研究主要集中于不同密度、整地方式下人工林生長差異比較[5-6]，或者多為森林固碳靜態(tài)研究，較少考慮不同施肥水平下人工林生長過程中碳貯量動(dòng)態(tài)變化分析，本研究通過比較不同施肥水平下桉樹生長過程及碳貯量的年際變化規(guī)律，旨在探討施肥措施對(duì)桉樹人工林固碳增匯效率的影響，為今后在固碳增匯方面選擇更加合理的桉樹人工林施肥措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地自然概況

東門林場(chǎng)位于廣西壯族自治區(qū)西南部，居北緯 22°17′～ 22°30′，東經(jīng) 107°14′～ 108°00′之間。地跨扶綏、崇左兩市縣，林地呈東西向展布，東西長80 km，南北寬20 km?？倛?chǎng)設(shè)在距南寧市82 km的扶綏縣東門鎮(zhèn)。

東門試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)低平，以低丘、臺(tái)地為主，間有少量石灰?guī)r石山出露。海拔100～300 m，坡度一般為5°～10°，少部分達(dá)20°～25°，機(jī)耕作業(yè)面積可達(dá)80%。東門林場(chǎng)地處北熱帶地區(qū)，太陽輻射強(qiáng)烈，光熱充足，雨熱同季，夏濕冬干，季風(fēng)氣候明顯。年日照時(shí)數(shù)1 634～1 719 h，日照率 38%，太陽輻射量 439.64 ～ 452.20 kJ?cm-2?a-1，為廣西太陽輻射的高值區(qū)之一；年均氣溫21.2～22.3 ℃，最冷月（一月）平均氣溫12.5～13.8 ℃，最熱月（七月）平均氣溫27.2～28.6 ℃，極端最高溫38～41 ℃，極端最低溫-4～1.9 ℃，≥10 ℃的年積溫7 190～7 762 ℃。受寒潮及地形影響，偶有輕霜，年均霜期3.1 d，年無霜日346 d。年降水量1 100～1 300 mm，分配不均，主要集中在6～8月（占全年降水量的51.03%），年蒸發(fā)量1 192～1 704 mm，相對(duì)濕度74%～83%。

土壤以砂頁巖發(fā)育而成的赤紅壤為主，占全場(chǎng)總面積的95%以上，有少量紅壤和石灰土；土壤發(fā)育完整，土層深厚，質(zhì)地為壤土或輕粘土，土壤pH值4.5～6.0，土壤肥力較低，有機(jī)質(zhì)含量13～17g/kg，土壤全N、全P和全K含量分別為1.0、0.97、1.83 g/kg，有效磷明顯缺乏。東門林場(chǎng)屬北熱帶季雨林區(qū)，原生性的地帶性植被為季雨林。由于自然的演變和人類長期活動(dòng)的影響，原生植被早已蕩然無存，退化為以桃金娘Rhodomyrtus tomentosa、余甘子Phyllanthus emblica、黃荊Vitex negundo、三叉苦Euodia lepta、野香茅Cymbopogon goeringii、野姑草Arundinella hirta、纖毛鴨咀草Lschaemum ciliare、扭黃茅Heteropogon contortus、白茅Imperata cylindrica等為主的熱性灌草叢植被。建國后，隨著附近地區(qū)林場(chǎng)的建立和人工林的發(fā)展，桉屬、馬尾松Pinus massoniana和濕地松Pinus elliottii等成為當(dāng)?shù)刂饕纳种脖弧?/p>

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

試驗(yàn)地前作為檸檬桉E. citriodora ，向南坡，煉山后機(jī)耕帶根全墾整地，深度30～35 cm。樹種為東門桉樹雜交種(尾巨桉無性系DH32-13)，苗高15～25 cm；以鈣鎂磷作基肥，施肥量為100 g?株-1，1993年4月2日定植，株行距4.00 m×2.00 m。每年撫育2次，連續(xù)撫育3 a。

2.2 施肥處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地追肥分6個(gè)施肥處理，每個(gè)施肥處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，施肥分2次進(jìn)行，第1次于定植后2個(gè)月內(nèi)進(jìn)行，第2次于造林后38個(gè)月完成。6種配比包括N (100, 150, 200 ,300 kg/hm2) 4個(gè)量、P (50, 100, 150 , 200 kg/ hm2)4個(gè)量和K (50,100, 150, 200 kg/ hm2)4個(gè)量；其中N肥為含N 34%的硝酸銨,P肥為含P2O520.7%的三過磷酸鈣,K肥為含K2O 50%的氯化鉀；在距樹基20 cm處挖15 cm見方的小穴埋施。每年測(cè)定1次胸徑和樹高。

表1為施肥處理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.3 數(shù)據(jù)計(jì)算

本研究中桉樹單株和各器官生物量的計(jì)算采用張治軍在廣西華山林場(chǎng)建立的桉樹相對(duì)生長方程[7]來計(jì)算。人工林地的土壤碳貯量在人工林生長過程中變化不是很明顯[8-9]，桉樹經(jīng)營過程中的煉山+全墾等措施對(duì)林下植被及枯落物的干擾很大，加上本來林下植被和枯落物碳貯量所占比例就小[10]，因此本研究只考慮桉樹林木的碳貯量。

表1 追肥因素的6個(gè)水平Table 1 Six levels of topdressing factors

另外，本研究中施肥處理1、3、6林分單株及各器官碳含量為張治軍在相同樣地測(cè)得碳含量[7]，因其差異不大，故其余樣地采用此3塊樣地測(cè)定的平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同施肥水平下桉樹胸徑生長

通過施肥可增加土壤肥力，改善林木生長環(huán)境和養(yǎng)分狀況，提高林分胸徑生長量，縮短成材年限。由表2可知，施肥對(duì)平均胸徑的影響從開始測(cè)量到110月生時(shí)都達(dá)到顯著狀態(tài)。除第192個(gè)月外，其余時(shí)間觀測(cè)結(jié)果均為：處理1最大施肥量（700 kg/ hm2）的林分平均胸徑最大，處理6最小施肥量（200 kg/ hm2）的平均胸徑最小；處理1和處理5肥料配比是相同的，二者相比較發(fā)現(xiàn)總施肥量多 (處理1) 的林分胸徑明顯大于總施肥量少(處理5)的林分；對(duì)比施肥總量相同但N、P、K配比不同的處理2和3發(fā)現(xiàn)，P比例高(處理3)的林分胸徑明顯大于P比例低的林分(處理2)。

表2 不同施肥水平桉樹人工林平均胸徑生長Table 2 Mean DBH growth of Eucalyptus plantation with different fertilization levels

通過對(duì)2次追肥量與各生長時(shí)間的林分平均胸徑做相關(guān)性分析(見表3)發(fā)現(xiàn)，在所有的10次測(cè)定中，第1次、第2次和總施肥量均與62月時(shí)的林分平均胸徑相關(guān)系數(shù)最大，在此之前隨生長時(shí)間延長而相關(guān)系數(shù)增大，在此之后隨生長時(shí)間延長而相關(guān)系數(shù)逐漸減小。

表3 施肥與平均胸徑生長相關(guān)性分析?Table 3 Correlation analysis of fertilization and DBH growth

3.2 不同施肥水平下桉樹高生長

在所有10次測(cè)定中，6種施肥處理間的林分平均高生長從開始至88月生時(shí)差異均為顯著（見表4），并且觀測(cè)結(jié)果均為：處理1最大施肥量（700 kg/ hm2）的林分平均胸徑最大，處理6最小施肥量（200 kg/ hm2）的平均胸徑最?。煌柿吓浔炔煌康奶幚黹g林分平均高以施肥量多的較大；P比例較高的處理3的林分平均高在前9次測(cè)定中均明顯大于與其總量相同但P比例較低的處理2，但二者之間在192月測(cè)定時(shí)無明顯差異。

表4 不同施肥水平桉樹人工林平均高生長Table 4 Mean height growth of Eucalyptus plantation with different fertilization levels

分析各生長時(shí)間林分平均高與施肥量相關(guān)性（見表5）發(fā)現(xiàn)，第1次追肥量與110月時(shí)的林分平均高相關(guān)系數(shù)最大，在此之前相關(guān)系數(shù)雖有起伏但基本上隨著生長時(shí)間延長而增大，而后降低；第2次追肥量和總追肥量均與144月時(shí)林分平均高相關(guān)系數(shù)最大，隨著生長時(shí)間延長，施肥量與林分平均高的相關(guān)性在144月之前增大，之后減小。

表5 施肥與平均樹高生長相關(guān)性分析?Table 5 Correlation analysis of fertilization and mean height growth

3.3 不同施肥水平下桉樹單株生物量和碳貯量

從不同施肥水平下桉樹林分單株平均生物量(見表6)可以看出，在27月時(shí)，處理1(35.3 kg)＞處理 5(33.5 kg)＞ 處理 3(32.9 kg)＞ 處理 4(32.2 kg)＞處理2(31.3 kg)＞處理6(29.9 kg)；在37月和50月時(shí)，處理1＞處理3＞處理5＞處理4＞處理2＞處理6；在62～144月，處理1＞處理3＞處理5＞處理2＞處理4＞處理6；在192月時(shí)，處理3(179.7 kg)＞處理 1(176.7 kg)＞ 處理 5(175.8kg)＞ 處理 4(172.3 kg)＞處理2(171.9 kg)＞處理6(168.3 kg)。另外，隨著生長時(shí)間的延長，不同施肥處理間桉樹單株平均生物量的變異系數(shù)呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)(見圖1)，表明施肥對(duì)桉樹林分生長的影響效果隨著施肥后時(shí)間的延長而減弱。

表6 各施肥處理間單株平均生物量Table 6 Mean individual biomass of Eucalyptus plantation with different fertilization levels

圖1 各處理間變異系數(shù)隨生長時(shí)間的變化Fig. 1 Changes of CV for different fertilization levels as growth time increased

從各施肥處理桉樹林分單株碳貯量在各器官的分配(見表7)來看，6種施肥處理下桉樹林分平均單株碳貯量大小排序?yàn)椋禾幚?(81.37 kg)＞處理 1(80.22 kg)＞ 處理 5(79.65 kg)＞ 處理 4(78.07 kg)＞處理2(77.86 kg)＞處理6(76.21 kg)。6種施肥處理下桉樹各器官碳貯量的大小排序基本相同，均是樹干所占比例最大，依次為48.95%、48.77%、48.76%、48.77%、48.78%和48.62%；其次是樹枝，所占比例依次為17.22%、17.20%、17.29%、17.20%、17.25%和17.21%；再次是樹根，所占比例依次為16.15%、16.28%、16.24%、16.28%、16.24%和16.36%；然后是樹葉，所占比例依次為9.60%、9.65%、9.57%、9.65%、9.64%和9.76%；最后是樹皮，所占比例依次為8.08%、8.10%、8.15%、8.10%、8.09%和8.05%。

表7 各施肥處理桉樹單株平均碳貯量Table 7 Mean individual tree carbon sequestration of Eucalyptus plantation with different fertilization levels

4 結(jié) 論

（1）對(duì)于不同施肥水平下桉樹林分平均胸徑，本研究中從開始測(cè)量到110月生時(shí)施肥對(duì)平均胸徑的影響都達(dá)到顯著狀態(tài)；樹高從開始至88月生時(shí)差異均為顯著。6種施肥處理中最大施肥量的胸徑、樹高最大，最小施肥量的胸徑、樹高最?。辉谑┓士偭肯嗤臈l件下，P含量比例高的林分胸徑、樹高平均值均大于P比例低的施肥處理。施肥量對(duì)林木生長的相關(guān)性隨著生長時(shí)間延長而降低。

（2）對(duì)于不同施肥水平下桉樹林分單株生物量，在前144月時(shí)單株生物量排序基本上為：處理 1＞ 處理 3＞ 處理 5＞ 處理 2＞ 處理 4＞ 處理 6；但在192月時(shí)排序變?yōu)椋禾幚?(179.7 kg)＞處理1(176.7 kg)＞ 處 理 5(175.8 kg)＞ 處 理 4(172.3 kg)＞處理2(171.9 kg)＞處理6(168.3 kg)，施肥對(duì)桉樹林分生長的影響效果隨著施肥后時(shí)間的延長而減弱。6種施肥處理下桉樹林分平均單株碳貯量大小排序?yàn)椋禾幚?(81.37 kg)＞處理1(80.22 kg)＞處理5(79.65 kg)＞ 處 理 4(78.07 kg)＞ 處 理 2(77.86 kg)＞處理6(76.21 kg)；各器官碳貯量所占比例的大小排序均為樹干(48.62%～48.95%)＞樹枝(17.20%～17.29%)＞樹 根 (16.15% ～ 16.36%)＞樹 葉 (9.57%～9.67%)＞樹皮(8.05%～8.15%)。

（3）有研究表明，對(duì)于不同地區(qū)、不同氣候下的不同樹種，施肥產(chǎn)生的碳增量在0.03～0.44 mg?hm-2?a-1之間變動(dòng)[11-12]，但目前桉樹人工林經(jīng)營中要施肥已成共識(shí)，因此本研究沒設(shè)未施肥的林分以作對(duì)照，造成本研究存在不足。本研究中在最后1次測(cè)定中各施肥處理間無論是生物量還是碳貯量的差異已不是十分明顯，這與施肥效果隨時(shí)間延長而降低有關(guān)。另外施肥的時(shí)間、總量、次數(shù)以及當(dāng)?shù)亟邓匦浴⑼寥婪柿Φ纫蛩鼐鶎?duì)林木養(yǎng)分吸收產(chǎn)生影響，這些都對(duì)量化評(píng)價(jià)施肥產(chǎn)生的碳增量造成干擾。未來應(yīng)在如何提高肥料有效吸收、排除干擾因素以及量化施肥產(chǎn)生的碳增量評(píng)價(jià)方面作深入研究。

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Biomass carbon sequestration of individual Eucalypt under different fertilization levels

DU A-peng1, СHEN Shao-xiong1, ZHANG Jing1, ZHANG Zhi-jun2
(1.Сhina Eucalypt Research Сentre, Zhanjiang 524022, Guangdong, Сhina;2. Kunming Survey & Design institute of State Forestry Administration, Kunming 650216,Yunnan,Сhina)

The biomass carbon sequestration of individualEucalypttree under different fertilization levels were studied in Dongmen Forest Farm in Guangxi province, Сhina. The difference features of DBH, mean height, mean individual tree biomass and carbon sequestration were analyzed. The results show that among the six fertilizer treatments, the tree with highest amount fertilizer had the biggest value of DBH and height growth, the tree with least amount fertilizer had the least value of DBH and height growth. Although the same amount fertilizer, the tree with higher content of P had bigger mean DBH value than the lower, and the effects of 6 fertilizer treatments decreased as the time passed. The mean individual tree carbon sequestration at 192 months under 6 fertilizer treatments showed an order from large to small as followings: treatment 3(81.37 kg)＞treatment 1(80.22 kg)＞treatment 5(79.65 kg)＞treatment 4(78.07 kg)＞treatment 2(77.86 kg)＞treatment 6(76.21 kg). The rate of carbon sequestration for different parts of tree under 6 fertilizer treatments all showed an order as followings: stem (48.62%～48.95%)＞ branch (17.20%～17.29%)＞root(16.15%～16.36%)＞ leaf (9.57%～9.67%)＞bark(8.05%～8.15%).

Eucalyptus；fertilization levels；carbon sequestration

S792.39

A

1673-923X (2012)05-0097-05

2011-10-21

林業(yè)重大公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201104003)“桉樹生態(tài)經(jīng)營及產(chǎn)業(yè)升級(jí)關(guān)鍵技術(shù)研究”

杜阿朋(1979-)，男，河北定州人，工程師，博士，主要從事生態(tài)水文等研究;E-mail: dapzj@163.com

陳少雄(1965-)，男，江西樟樹人，研究員，主要從事桉樹人工林培育研究;E-mail:sxchen01@163.com

[本文編校：謝榮秀]