桂西南兩種桉樹人工幼林生物量、營養(yǎng)元素積累量及其分布特征

周弘愿，何 斌，韋建宏，李春寧，廖倩苑，舒 凡，李遠(yuǎn)航

(1. 廣西國有派陽山林場，廣西 寧明 532500；2. 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

桂西南兩種桉樹人工幼林生物量、營養(yǎng)元素積累量及其分布特征

周弘愿1，何 斌2＊，韋建宏1，李春寧1，廖倩苑2，舒 凡2，李遠(yuǎn)航2

(1. 廣西國有派陽山林場，廣西 寧明 532500；2. 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

對廣西寧明縣相似立地條件下1年生尾巨桉(DH32-29)和雷林1號桉幼林的生物量和5種營養(yǎng)元素(N、P、K、Ca和Mg)積累量及其分配特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：1年生尾巨桉和雷林1號人工幼林林分生物量分別為13.70和12.06 t·hm–2，不同器官生物量均以樹干最大，樹葉或樹根最小。兩種桉樹不同器官中營養(yǎng)元素含量均以樹葉最高，其次是樹皮、樹枝和樹根，樹干最低，林木不同器官中營養(yǎng)元素含量均以N最高，其次是K和Ca，Mg和P最低。1年生尾巨桉幼林營養(yǎng)元素積累量為124.84 kg·hm–2，略低于雷林1號桉幼林(132.76 kg·hm–2)，5種營養(yǎng)元素積累量在尾巨桉人工林的分配為樹葉＞樹枝＞干皮＞干材＞樹根，在雷林1號桉的分配為樹枝＞樹葉＞干材＞干皮＞樹根。尾巨桉幼林營養(yǎng)元素利用效率略高于雷林1號桉幼林。

尾巨桉；雷林1號桉；幼林；生物量；營養(yǎng)元素；桂西南

林木生物量是衡量林地生產(chǎn)力和經(jīng)營水平及效果的重要指標(biāo)，而林木營養(yǎng)元素積累與分配則是森林生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素生物循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。因此，開展林木生物量和營養(yǎng)元素積累與分布的研究，對評價森林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，指導(dǎo)森林尤其是人工林林木營養(yǎng)管理，提高森林營養(yǎng)元素利用效率和生物生產(chǎn)力具有重要意義[1-2]。桉樹(Eucalyptus)具有適應(yīng)性強(qiáng)，生長迅速，輪伐期短和經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)[3]，在市場經(jīng)濟(jì)推動下得到快速發(fā)展，2010年全球桉樹種植面積已超過2 000萬hm2，成為世界三大人工林樹種之一，同時也是世界關(guān)注的重要戰(zhàn)略資源[4-5]。我國自1890年開始引種桉樹，至今已有120多年歷史，至2013年8月桉樹種植面積近450萬hm2[6]，主要分布在廣西、廣東、海南等南方17個省(市、自治區(qū))，其中尾巨桉(E. urophylla × E. grandis)和雷林1號桉(E. leizhou No.1)是目前推廣種植面積較大的兩個優(yōu)良桉樹品種。有關(guān)尾巨桉和雷林1號人工林生物量和營養(yǎng)元素特征的研究已有一些報道[7-10]，但對于在同一區(qū)域相似立地進(jìn)行兩個桉樹品種的相關(guān)研究較少，而有關(guān)兩個品種營養(yǎng)元素特征的對比分析則更少。廣西西南部即桂西南是我國桉樹人工林的重要生產(chǎn)基地之一，本文擬通過對廣西西南部寧明縣 1年生尾巨桉(DH32-29)和雷林1號桉人工幼林生物量、營養(yǎng)元素含量、積累量及其分配特征進(jìn)行研究，以闡明兩種桉樹幼林生物量和營養(yǎng)元素積累與分布特點(diǎn)，為該區(qū)域桉樹人工林品種選擇和經(jīng)營管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)的自然概況

研究區(qū)位于廣西寧明縣國有派陽山林場念克分場。寧明縣地處北緯21°51′ ~ 22°58′，東經(jīng)106°38′ ~ 107°36′，屬亞熱帶季風(fēng)氣候, 光照充足, 熱量充沛。年平均氣溫21.9℃，年無霜期達(dá)350 d以上，年均降雨量1 500 mm，年平均相對濕度82.5%。試驗(yàn)地土壤為砂頁巖發(fā)育形成赤紅壤，土層深厚，厚度70 ~ 100 cm，其中腐殖質(zhì)層約12 ~ 15 cm，土壤質(zhì)地為粘壤土，土壤(0 ~ 40 cm) pH值為4.42，有機(jī)質(zhì)和全氮含量分別為10.52和0.54 g·kg–1，水解氮、速效磷和速效鉀含量分別為52.6、0.63和28.3 mg·kg–1。

尾巨桉和雷林1號桉人工林樣地互為毗鄰，前茬均為馬尾松(Pinus massoniana)人工林，均于2012年12月砍伐，經(jīng)過煉山后挖穴，穴規(guī)格為40 cm × 40 cm × 30 cm，造林前每穴施基肥(N:P2O5:K2O= 6:12:7) 0.5 kg，2013年5月中旬分別用尾巨桉DH32-29和雷林1號桉無性系苗造林，定植后3個月追施桉樹專用復(fù)混肥(N:P2O5:K2O= 15:7:8) 0.5 kg·株–1，兩種林分的林地條件相似，撫育管理措施完全一致，具體林分特征見表1。

表1 尾巨桉和雷林1號桉幼林的林分特征

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)地設(shè)置和林分生物量測定

在1年生尾巨桉和雷林1號桉人工林內(nèi)分別設(shè)置3個面積為20 m × 20 m的代表性標(biāo)準(zhǔn)樣地，對標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)林木進(jìn)行每木檢尺，測定標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)各樣株的樹高、胸徑、冠幅等性狀。在每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選取1株代表林分生長狀況的平均木，伐倒樹木后分別測定樹葉、樹枝、樹皮、干材各個器官鮮質(zhì)量，地下部分(根系)采用全根挖掘法挖取全部根系并測定其鮮質(zhì)量，然后分別采集各器官500 g左右混合樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，于80℃下烘干至恒重并稱取質(zhì)量，計(jì)算含水率，根據(jù)各器官的含水率計(jì)算各器官的干物質(zhì)質(zhì)量。

2.2 植物樣品養(yǎng)分元素分析

植物樣品中氮、磷、鉀先采用濃硫酸-高氯酸消化法消煮后，氮采用凱氏定氮法測定[10]，磷用鉬銻抗比色法測定[10]，鉀采用火焰光度計(jì)法測定[11]；鈣和鎂先采用HClO4-HNO3消化法消煮，然后分別用原子吸收光譜法測定。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及方差分析，用Excel 2003軟件繪制圖表。

3 結(jié)果與分析

3.1 生物量及其分配

從表2可知，桂西南1年生尾巨桉幼林林分生物量為13.70 t·hm?2，為雷林1號桉幼林(12.06 t·hm?2)的 1.14倍，兩種桉樹各器官生物量大小排列順序基本一致，即以干材最大，樹葉或樹根最小。尾巨桉幼林的樹皮、干材和樹根均顯著高于雷林1號桉幼林(P＜0.05)，而樹葉、樹皮則略低于雷林1號桉幼林(P＞0.05)。如果將林木按不同結(jié)構(gòu)層次分為樹冠(樹枝和樹葉)、樹干(干材和干皮)和樹根3部分，則尾巨桉DH32-29和雷林1號人工林的樹冠、樹干和樹根分別占林分生物量的33.34%、55.17%、11.49%和40.62%、51.16%、8.23%。

表2 尾巨桉和雷林1號桉幼林林分生物量及其分配 t·hm-2

3.2 營養(yǎng)元素含量

從表3可知，1年生尾巨桉和雷林1號桉相同器官不同營養(yǎng)元素含量存在一定差異，其中兩種桉樹不同器官N含量均存在顯著差異(P＜0.05)，而Ca、Mg含量除樹皮、P含量除樹皮和干材、K含量除樹葉、樹皮和樹根外均存在顯著差異(P＜0.05)。兩種桉樹不同器官營養(yǎng)元素含量均表現(xiàn)出相似的變化趨勢，即以樹葉最高，其次是干皮、樹枝和樹根，干材最低。同一器官中因品種不同營養(yǎng)元素含量的排序存在一定差異，在尾巨桉中，樹葉以N含量最高，干材和樹根以K含量最高，樹枝和樹皮則以Ca含量最高；在雷林1號桉中，樹葉和樹枝均以N含量最高，樹皮以Ca含量最高，干材和樹根均以K含量最高。就不同營養(yǎng)元素而言，其在尾巨桉和雷林1號桉各器官的排列次序基本一致，大致為N、K或Ca＞Mg＞P。

表3 尾巨桉和雷林1號桉各器官營養(yǎng)元素含量 g·kg-1

3.3 營養(yǎng)元素積累量

1年生尾巨桉幼林營養(yǎng)元素積累量為124.82 kg·hm-2，略低于雷林1號桉幼林的132.77 kg·hm-2(表4)。由于尾巨桉和雷林1號桉幼林各器官生物量不同，且兩種桉樹同一器官的營養(yǎng)元素含量也存在一定的差異，因此，不同品種桉樹幼林各器官營養(yǎng)元素積累量的大小次序存在一定的差異，尾巨桉幼林各器官中營養(yǎng)元素積累量的分配規(guī)律大小次序?yàn)闃淙~＞樹枝＞干皮＞干材＞樹根，雷林1號桉分配為樹枝＞樹葉＞干材＞干皮＞樹根。若把林木器官分為樹冠(樹枝和樹葉)、樹干(干材和干皮)和樹根3部分，則尾巨桉幼林的樹冠、樹干和樹根營養(yǎng)元素積累量分別占林分積累量的52.97%、36.80%和10.23%，雷林1號桉幼林占60.87%、32.67%和6.46%。可見，尾巨桉幼林中的樹冠生物量、營養(yǎng)元素積累量及其在林分中所占比例均低于雷林1號桉人工林。而從林木中各營養(yǎng)元素積累量來看，尾巨桉和雷林1號桉幼林均為N＞K＞Ca＞Mg＞P，說明兩種桉樹幼林對不同營養(yǎng)元素具有相似的累積特性。

表4 尾巨桉和雷林1號桉幼林的營養(yǎng)元素積累與分配 kg·hm–2

3.4 營養(yǎng)元素的利用效率

養(yǎng)分利用效率是林木對養(yǎng)分環(huán)境的適應(yīng)以及利用狀況的重要表征，一般以植物生物量與植物養(yǎng)分貯量之比值即Chapin指數(shù)作為林木養(yǎng)分利用效率的指標(biāo)[12]。研究表明，林木進(jìn)入成熟林之前，其營養(yǎng)元素利用效率隨林齡的增長而增大[2,12-14]。因此，本文采用與相同或相近林齡的其他樹種進(jìn)行營養(yǎng)元素利用效率的比較。從表5可知，1年生尾巨桉和雷林1號桉幼林每生產(chǎn)1 t干物質(zhì)需要N、P、K、Ca和Mg等5種營養(yǎng)元素分別為9.11和11.04 kg，與廣東雷州市1年生剛果桉(E. ABL12)人工林[15]相近，但均明顯低于廣西南寧市1.5年生厚莢相思(Acacia crassicarpa)人工林[16]、云南元謀2年生木豆(Cajanus cajan)林[12]和福建省建甌市3年生錐栗(Castanea henryi)人工林[17]。兩種桉樹幼林中不同營養(yǎng)元素利用效率均為P＞Mg＞K＞Ca＞N。

表5 不同樹種每生產(chǎn)1 t干物質(zhì)所需養(yǎng)分元素量

4 結(jié)論與討論

本研究中，1年生尾巨桉幼林林分生物量為13.70 t·hm-2，是相似立地條件下雷林1號幼林(12.06 t·hm-2)的1.14倍，均高于相似區(qū)域廣西南寧市1.5年生厚莢相思人工林(10.64 t·hm-2)[16]。兩種桉樹幼林不同器官生物量大小排列順序基本一致，以干材最大，樹葉或樹根最小。林木不同結(jié)構(gòu)層次生物量大小排列順序相一致，樹干(干材和干皮)＞樹冠(樹枝和樹葉)＞樹根。

1年生尾巨桉和雷林1號桉不同器官營養(yǎng)元素含量均以樹葉最高，其次是干皮、樹枝和樹根，干材最低；兩種桉樹各器官營養(yǎng)元素含量的排列次序基本一致，大致為N、K或Ca＞Mg＞P，與廣西南寧市尾巨桉人工林[7]和廣東雷州市雷林1號桉人工林[18]的營養(yǎng)元素分配特征基本一致，但同一器官中因品種不同各營養(yǎng)元素含量多數(shù)存在顯著性差異，表明兩種桉樹既具有相似的營養(yǎng)元素積累特性，同時也因?yàn)槠贩N的不同其對不同營養(yǎng)元素的吸收和積累特性存在一定的差異。

1年生尾巨桉幼林營養(yǎng)元素積累量為124.82 kg·hm-2，略低于雷林1號桉幼林的132.77 kg·hm-2。兩種桉樹人工林不同器官營養(yǎng)元素積累量大小排序基本一致，均以樹葉或樹枝最大，其次是干皮或干材，樹根最??；林木不同結(jié)構(gòu)層次營養(yǎng)元素積累量大小次序相一致，均為樹冠＞樹干＞樹根。1生年尾巨桉和雷林1號桉樹人工林每生產(chǎn)1 t干物質(zhì)需要5種營養(yǎng)元素量分別為9.11和11.04 kg，與廣東雷州市1年生剛果桉人工林(9.42 kg)相近，明顯低于云南元謀2年生木豆林和福建省建甌市3年生錐栗人工林，表明尾巨桉和雷林1號人工林均有較高的養(yǎng)分利用效率。兩種桉樹幼林中不同營養(yǎng)元素利用效率排序均以P最高，其次是Mg、Ca和K，N最低，與相近林齡的剛果桉[15]、木豆林[12]和錐栗[17]基本一致。

上述研究結(jié)果表明，在桂西南相似立地、相同管理措施條件下，1年生尾巨桉比雷林1號桉具有較高的生物量和營養(yǎng)元素利用效率，但由于兩種桉樹生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性存在一定差異，因此，要揭示兩種桉樹人工林生物量和營養(yǎng)元素積累與分布及其變化規(guī)律，準(zhǔn)確反映兩種桉樹人工林在該區(qū)域生長的優(yōu)劣和養(yǎng)分利用效率的高低有待進(jìn)一步研究。

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Biomass, Nutrient Accumulation and Distribution Patterns in Young Eucalyptus Plantations in Southwest Guangxi

ZHONG Hong-yuan1, HE Bin2, WEI Jian-hong1, LI Chun-ning1, LIAO Qian-yuan2, SHU Fan2, LI Yuan-hang2
(1. Paiyangshan Forestry Farm of Guangxi, Ningming 532500, Guangxi, China; 2. Forestry College of Guangxi University, Nanning 530004, Guangxi, China)

The accumulation of nutrients (N, P, K, Ca and Mg) in biomass and their vertical distribution in 1-year-old Eucalyptus urophylla × E. grandis (DH32-29) and E. leizhou No.1 plantations growing in the same environment in Ningming County, Guangxi Province, were studied. Results showed that the mean biomass of 1-year-old E. urophylla × E. grandis and E. leizhou No.1 were 13.70 and 12.06 t·hm–2. The stem wood component accounted for the largest portion of total tree biomass, whilst the leaf component and root component were markedly smaller. In terms of nutrient concentrations, all five nutrient elements were at their highest levels in the leaves of E. urophylla × E. grandis and E. leizhou No.1, followed by bark, branches, and roots, whilst they were at their lowest levels in stem wood. Overall, N content was highest, K and Ca contents ranked second, and the Mg and P contents were lowest. The total nutrient accumulations in the E. urophylla × E. grandis plantation at age 1 year was 124.84 kg·hm–2, which was lower than that of the E. leizhou No.1 plantation of the same age at 132.76 kg·hm–2. The amount of nutrient elements in different parts of trees was in the order: leaves > branches > bark > stem-wood > roots for the E. urophylla × E. grandis plantation, and branch >leaves > bark > stem-wood > roots for the E. leizhou No.1 plantation. The nutrient utilization efficiency of the 1 year old E. urophylla × E. grandis plantation was a little higher than that of the E. leizhou No.1 plantation.

Eucalyptus urophylla × E. grandis; E. leizhou No.1; young plantation; biomass; nutrient elements; southwest Guangxi

S718. 5

A

2015-05-07

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31160152)；廣西大學(xué)、廣西國有派陽山林場重大科技合作項(xiàng)目(2013-3-8)

周弘愿(1979— )，男，工程師，主要從事人工林培育技術(shù)工作

＊通訊作者：何斌(1962— )，男，研究員，主要從事森林土壤和森林培育研究. E-mail：hebin8812@163.com

收稿日期：2015-06-06

基金項(xiàng)目：國家國際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目“重要林業(yè)病害致病力及多樣性研究”(2012DFG31830)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金“桉樹重要病原菌物種多樣性及致病性研究” (CAFYBB2014MA018)；廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)“桉樹重大病蟲害控制技術(shù)研究與示范”(2010KJCX015-03)

作者簡介：陳帥飛(1982— )，男，博士，副研究員，主要從事森林病害研究.E-mail: cerccsf@126.com