米老排1 2年生人工林養(yǎng)分積累及其分配特征*

李遠航，舒凡，何斌，廖倩苑，劉俊

(廣西大學林學院，廣西 南寧530004)

米老排 (Mytilaria laosensis)又名殼菜果、三角楓，屬金縷梅科 (Hamamelidaceae)殼菜果屬(Mytilaria)常綠闊葉樹種，具有生長快、成材早、出材量大等特點，而且其木材結(jié)構(gòu)細密、均勻，干燥速度較快且尺寸穩(wěn)定性較好，是家具、建筑用材、紙漿及纖維板生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)原料。米老排天然分布于中國南方的廣東、廣西和云南等地區(qū)，福建和浙江南部沿海地區(qū)也先后引種成功［1］。目前，米老排的研究多集中于生長特性、土壤與水源涵養(yǎng)、生物量和碳貯量等方面［2～4］，對于米老排人工林養(yǎng)分元素積累及分配特征的研究尚未見報道。林木養(yǎng)分的積累與分配是養(yǎng)分元素生物循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是探索森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的基礎(chǔ)［5］。系統(tǒng)地研究人工林中各種養(yǎng)分的含量、積累量和分配規(guī)律，既利于揭示人工林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)機制，同時對提高人工林的養(yǎng)分利用效率和生產(chǎn)潛力具有重要作用［6］。本項研究對廣西高峰林場12年生 (中齡林)米老排人工林的5種養(yǎng)分元素 (N、P、K、Ca、Mg)的含量進行測量，分析其林分的養(yǎng)分積累量及分配特征，以揭示米老排生長過程中養(yǎng)分元素積累特點和分配規(guī)律，為米老排人工林的經(jīng)營管理特別是養(yǎng)分管理提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于廣西南寧市北郊的廣西國有高峰林場界牌分場 (東經(jīng)108°21'，北緯22°58')，林場地處南亞熱帶季風氣候帶，熱量豐富，降水豐沛，年平均日照時數(shù)1 550 h，年平均氣溫21．7℃，年平均降水量1 300 mm，相對濕度約為80%。無霜期360天［5］。試驗地位于山坡中上部，海拔約170～190 m，東坡，坡度25～27°，林地土壤為砂頁巖發(fā)育而成的赤紅壤，土層厚度60～100 cm，土壤 (0～40 cm)pH值4．46，有機質(zhì)、全氮和全磷含量分別為 22．37 g/kg、0．90 g/kg 和 0．26 g/kg，水解氮、速效磷和速效鉀含量分別為78．4 mg/kg、0．86 mg/kg 和35．8 mg/kg。

試驗地前茬樹種為馬尾松 (Pinus massoniana)純林，2001年底砍伐，經(jīng)煉山整地后，于2002年4月用米老排實生苗造林。2014年3月調(diào)查時12年生米老排人工林林分保留密度為1 860株/hm2，平均樹高為13．7 m，平均胸徑為13．5 cm。由于林分郁閉度 (0．95)大，透光度小，導(dǎo)致林下植物很少，零星分布有糙葉榕 (Ficus irwasana)、鹽膚木 (Rhus chinenesis)、蔓生莠竹 (Microstegium vegans)和半邊旗 (Pterwas semipinnata)等，蓋度約5%，凋落物層以米老排落葉為主，平均厚度3．5 cm。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與樣木生物量測定

在立地條件相近、生長良好的12年生米老排人工林設(shè)置面積為400 m2(20 m×20 m)標準地3塊，對標準地內(nèi)的林木進行每木檢尺，測定內(nèi)容為樹高、胸徑和冠幅。在每塊標準樣地內(nèi)選取1株能代表林分生長狀況的平均木，將標準木伐倒，地上部分采用 Monsic分層切割法［8～9］分別測定樹葉、樹枝、樹皮和樹干的鮮重，地下部分采用全挖法，按照根樁、粗根 (直徑≥2．0 cm)、中根 (0．5～2 cm)、細根 (＜0．5 cm)分別測定其鮮重，同時分別采集各個器官約200 g的混合樣品，帶回實驗室，在80℃恒溫下烘至恒重，計算各器官的干重、標準木的生物量，進而推算出整個林分喬木層的生物量。在每個標準樣地內(nèi)按對角線設(shè)置5個1 m2(1 m×1 m)的樣方，采用樣方收獲法測定林下草本層、灌木層以及凋落物層的生物量［8］。

2.2 樣品采集和養(yǎng)分元素分析

在測定林分生物量的同時，分別采集林木各器官及林下灌木層、草本層、凋落物層的樣品，將各樣品先在90℃下短時間殺青后，再在80℃下烘干、粉碎、裝瓶、貼簽待測。樣品中全N用硫酸-高氯酸消煮-凱氏定氮法測定;全P用硫酸-高氯酸消煮-鉬銻抗比色法測定;全K用硫酸-高氯酸消煮-火焰光度法測定;交換性Ca、Mg用硝酸-高氯酸消煮-火焰原子吸收光度法測定［10］。

2.3 數(shù)據(jù)處理

養(yǎng)分積累量=生物量×養(yǎng)分含量;養(yǎng)分元素利用效率=林木養(yǎng)分元素積累量÷林木生物量［11］。利用SPSS 17．0和Excel 2003軟件進行平均值、標準偏差以及方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 養(yǎng)分元素含量

米老排12年生人工林各器官養(yǎng)分含量測定結(jié)果見表1。從表1可知，米老排各器官的養(yǎng)分元素含量總體表現(xiàn)為樹葉最高，其次是樹皮，然后是樹枝和樹根，最低是樹干。而就同一器官而言，樹葉、樹干和樹根的N元素含量最高，樹枝和樹皮中K元素最高。各器官5種養(yǎng)分元素含量由高到的大致次序為:樹葉、樹干和樹根N＞K＞Ca＞Mg＞P，樹枝為K＞Ca＞N＞Mg＞P，樹皮為K＞N＞Ca＞Mg＞P。

表1 米老排12年生人工林各器官養(yǎng)分元素含量Tab．1 Nutrient concentrations of different organs of 12-year-old Mytilaria laosensis plantation g·kg-1

3.2 養(yǎng)分積累量及其分配

米老排12年生人工林各5種養(yǎng)分元素積累及分配結(jié)果見表2。從表2可知，米老排中齡林養(yǎng)分總積累量為1 310．36 kg/hm2，喬木層是森林生態(tài)系統(tǒng)中有機物的主要生產(chǎn)場所，其養(yǎng)分積累量為1 177．74 kg/hm2，占人工林養(yǎng)分總積累量的89．88%;草本層、灌木層以及凋落物層的養(yǎng)分積累量分別為2．92 kg/hm2、3．93 kg/hm2和 125．77 kg/hm2，分別占林分總積累量的0．22%、0．30%和9．60%。喬木層不同器官養(yǎng)分積累量由大到小排列為樹干(311．19 kg/hm2) ＞ 樹枝 (291．86 kg/hm2) ＞ 樹根 (232．18 kg/hm2) ＞ 樹葉 (218．79 kg/hm2) ＞樹皮 (123．72 kg/hm2)。

就不同養(yǎng)分元素在喬木層中的積累而言，N元素的積累量最大，為451．89 kg/hm2，占喬木層養(yǎng)分總積累量的38．37%;P元素的積累量最小，為44．02 kg/hm2，占喬木層總積累量的3．74%;5種養(yǎng)分元素的積累量大小次序為N＞K＞Ca＞Mg＞P。

表2 米老排12年生人工林養(yǎng)分積累與分配Tab．2 Nutrient storage and distribution of 12-year-old Mytilaria laosensis plantation

3.3 喬木層養(yǎng)分元素年凈積累量

以喬木層各器官年平均生物量作為凈生產(chǎn)力的估算指標，計算出米老排12年生人工林喬木層5種養(yǎng)分元素的年凈積累量 (表3)。從表3可知，12年生米老排人工林喬木層養(yǎng)分元素年凈積累量為98．15 kg/(hm2·a)，在5種養(yǎng)分元素中，N元素的年凈積累量最大，達到37．66 kg/(hm2·a)，其次是 K 元素 33．29 kg/(hm2·a)、Ca元素 18．31 kg/(hm2·a)、Mg元素5．22 kg/(hm2·a)，P 元素的年凈積累量最小，為3．67 kg/(hm2·a)。不同的器官中，樹干的養(yǎng)分年凈積累量最大，為25．93 kg/(hm2·a);樹皮的年凈積累量最小，為10．31 kg/(hm2·a)，各個器官的年凈積累量大小順序為樹干＞樹枝＞樹根＞樹葉＞樹皮。

表3 米老排12年生人工林喬木層養(yǎng)分元素年凈積累量Tab．3 The nutrient annual net accumulation in tree layer of 12-year-old Mytilaria laosensis plantation kg·hm-2·a-1

3.4 林木養(yǎng)分元素利用效率

養(yǎng)分元素利用效率反映了林木對養(yǎng)分環(huán)境的適應(yīng)和利用狀況。目前關(guān)于林木養(yǎng)分元素利用效率的計算方法主要采用Chapin指數(shù)［12～13］，即林木養(yǎng)分元素積累量與林木生物量的比值。12年生米老排與相近區(qū)域的11年生的杉木 (Cunninghamia lanceolata)［14］、馬占相思 (Acacia mangium)［8］和濕地松 (Pinus elliottii)［15］以及10年生灰木蓮 (Manglietia glauce)人工林［14］的養(yǎng)分元素利用效率見表4。從表4可見，12年生的米老排人工林每積累1 t干物質(zhì)所需要5種養(yǎng)分元素的總量為7．63 kg，高于相同年齡的杉木 (5．30 kg/t)，但均低于相同或相近林齡的馬占相思 (10．02 kg/t)、灰木蓮 (8．94 kg/t)和濕地松 (17．30 kg/t)。米老排對5種養(yǎng)分元素的利用效率為P、Mg、Ca、K、N。

表4 不同樹種的養(yǎng)分元素利用效率比較Tab．4 Comparison of nutrient utilization efficiency among different tree species

4 結(jié)論與討論

由于不同器官生理機能的不同，米老排人工林各器官養(yǎng)分元素含量存在明顯差異，作為同化器官的樹葉，是合成有機物質(zhì)的場所和代謝最活躍的器官，其養(yǎng)分元素含量最高，而以木質(zhì)為主的干材，生理功能極弱，其中多數(shù)養(yǎng)分已被消耗和轉(zhuǎn)移，故其養(yǎng)分元素含量最低，按照養(yǎng)分元素含量大小排列次序為樹葉、樹皮、樹枝、樹根、樹干。同一器官中的養(yǎng)分元素含量也因養(yǎng)分元素不同而存在差異，樹葉、樹干和樹根大致為N＞K＞Ca＞Mg＞P，樹枝為K＞Ca＞N＞Mg＞P，樹皮為K＞N＞Ca＞Mg＞P，與相同或相近氣候帶的杉木［14］、禿杉 (Taiwania flousiana)［14］、濕地松［15］、灰木蓮［16］、馬尾松［17］以及滇中高原華山松 (Pinus armandi)［18］等樹種存在一定的差異，反映了不同樹種對養(yǎng)分元素的吸收和積累特點。

12年生米老排人工林的養(yǎng)分總積累量為1 310．36 kg/hm2，其中喬木層養(yǎng)分元素積累量為1 177．74 kg/hm2，占養(yǎng)分總積累量的89．88%;凋落物養(yǎng)分元素積累量為125．77 kg/hm2，占9．60%。由于喬木層中，樹冠 (樹枝和樹葉)和樹根養(yǎng)分積累量(742．83 kg/hm2)占喬木層養(yǎng)分積累量的63．07%，樹干 (干材+樹皮)養(yǎng)分積累量 (434．91 kg/hm2)僅占喬木層養(yǎng)分積累量的36．93%。因此，從長遠考慮，采伐時應(yīng)僅利用樹干，而將其他剩余物歸還林地，讓其自然分解使養(yǎng)分得以重新歸還利用，可以減少林地的養(yǎng)分消耗，減少對林地土壤肥力和林地生產(chǎn)力的影響。米老排人工林養(yǎng)分積累量(125．77 kg/hm2)，明顯高于相近年齡的杉木［14］和馬尾松［17］等速生樹種，可見米老排人工林凋落物層養(yǎng)分豐富，這也是米老排人工林起到改善土壤結(jié)構(gòu)和培肥土壤等生態(tài)功能的重要原因。

12年生米老排人工林喬木層中5種養(yǎng)分元素的年凈積累總量為98．15 kg/(hm2·a)，其中以N元素的年凈積累量最大，其次是K、Ca、Mg，P元素的年凈積累量最小。米老排每積累1 t干物質(zhì)所需要5種養(yǎng)分元素的總量為7．63 kg，雖然高于相近林齡的杉木人工林［14］，但明顯低于相同或相近林齡的馬占相思［8］、濕地松［15］和灰木蓮人工林［16］，表明米老排具有較高的養(yǎng)分利用效率。米老排12年生人工林中不同養(yǎng)分元素利用效率大小次序為P、Mg、Ca、K、N。但從該林地土壤主要養(yǎng)分狀況看，土壤磷素尤其是有效磷含量很低(小于臨界值 3．0 mg/kg)［19］，因此，在米老排人工林的經(jīng)營管理中，適當施加磷肥，對提高土壤有效磷含量，有利于加快土壤磷素的快速循環(huán)，促進米老排的生長發(fā)育起到積極的作用。對于米老排人工林齡年凋落物量及養(yǎng)分歸還量有待作進一步深入研究，以揭示該人工林養(yǎng)分元素生物循環(huán)規(guī)律和對林地土壤肥力的影響。

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