榿木幼林生物量與養(yǎng)分元素的積累特征*

任淇，趙海，蔡小虎，王麗，王宇，閔安民，任君芳，李紅霞

(1.阿壩州川西林業(yè)局，四川　理縣623102；2.汶川縣環(huán)境保護(hù)和林業(yè)局，四川　汶川623000；

3.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川　成都610081；4.阿壩州林業(yè)科學(xué)研究所，四川　汶川623000)

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榿木幼林生物量與養(yǎng)分元素的積累特征*

任淇1，趙海2，蔡小虎3，王麗3，王宇3，閔安民3，任君芳4，李紅霞3

(1.阿壩州川西林業(yè)局，四川理縣623102；2.汶川縣環(huán)境保護(hù)和林業(yè)局，四川汶川623000；

3.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都610081；4.阿壩州林業(yè)科學(xué)研究所，四川汶川623000)

摘要：通過(guò)對(duì)林齡1-4年的榿木幼樹(shù)生物量調(diào)查、器官中養(yǎng)分元素N、P、K、Ca、Mg和微量元素Fe、Zn的含量測(cè)定及積累量的分析，探討榿木不同林齡植株的生物量和器官中養(yǎng)分元素分布與積累特征。結(jié)果表明，榿木平均木生物量及器官葉、枝、干、根的生物量與年齡呈正相關(guān)，生物量增長(zhǎng)速率隨林齡增加呈下降趨勢(shì)；各器官生物量構(gòu)成中，僅干的生物量占單株總生物量的比例隨著年齡增加呈上升趨勢(shì)。榿木器官中養(yǎng)分元素含量N>Ca>K>Mg>P>Fe>Zn；N、P、K元素在葉中含量較高，Ca、Mg、Fe元素在根中含量較高。養(yǎng)分元素N、P、K、Ca、Mg、Zn積累量在干中最高，F(xiàn)e元素積累量在根中最高。榿木林齡1-4年當(dāng)年養(yǎng)分元素(N、P、K、Ca、Mg)年凈積累量分別為17.07 g/株、40.79 g/株、95.82 g/株和106.71 g/株，微量元素(Fe、Zn)當(dāng)年凈積累量分別為335.04 mg/株、577.26 mg/株、1 267 mg/株和1 525.27 mg/株。

關(guān)鍵詞：榿木；不同林齡; 養(yǎng)分元素的需求量; 生物量；養(yǎng)分元素

榿木(Alnuscremastogyne)為樺木科(Betulaceae)樺木族(Betuleae)榿木屬(Alnus)植物，又名水冬瓜樹(shù)，為高大落葉喬木，原產(chǎn)四川盆地，是中國(guó)特有種和四川省重要的速生鄉(xiāng)土樹(shù)種之一。榿木生長(zhǎng)迅速，容易繁殖，根系發(fā)達(dá)，具根瘤，耐水濕，落葉期短，葉含氮量高，是中國(guó)西南地區(qū)的速生用材樹(shù)種和護(hù)岸固堤、水土保持、改良土壤及綠化的優(yōu)良樹(shù)種，也是杉、松、柏最理想的伴生樹(shù)種，兼具薪材、工業(yè)原料、地力培育等多種用途。榿木材質(zhì)好，木材淡紅褐色，心材邊材區(qū)別不顯著，材質(zhì)硬度適中，紋理通直，結(jié)構(gòu)細(xì)致，可作為人造板、造紙、樂(lè)器、家具等用材。經(jīng)長(zhǎng)期的發(fā)展，已成為中國(guó)南方地區(qū)速生豐產(chǎn)林的主要樹(shù)種及重要的紙漿材、纖維材樹(shù)種。

榿木作為小徑材、短周期工業(yè)原料林進(jìn)行定向培育，輪伐期較短，可有效地緩解人造板、木漿等加工業(yè)發(fā)展對(duì)原料需求日益增長(zhǎng)的壓力。榿木幼林施肥是提高產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)預(yù)期培育目標(biāo)的關(guān)鍵措施之一。因此，探討榿木幼林植株的生物量及器官中養(yǎng)分元素的分布、積累，在生產(chǎn)上對(duì)榿木幼林進(jìn)行合理施肥具有指導(dǎo)作用。

此前針對(duì)一定林齡榿木的生物量及植株養(yǎng)分元素分布、積累等相關(guān)研究曾有文獻(xiàn)報(bào)道[1～5]，但對(duì)榿木幼林的不同林齡植株的生物量、養(yǎng)分元素分布與積累及對(duì)養(yǎng)分元素的需求研究鮮有報(bào)道。本研究通過(guò)對(duì)榿木林齡1-4年幼林地開(kāi)展生物量及植株器官中養(yǎng)分元素測(cè)定，分析榿木器官的養(yǎng)分元素分布、積累特點(diǎn)，量化榿木幼樹(shù)植株對(duì)養(yǎng)分元素的需求量，以期為榿木幼齡林施肥管理提供科學(xué)依據(jù)，達(dá)到提高產(chǎn)量、縮短榿木輪伐周期、防止地力衰退[6]，實(shí)現(xiàn)林地可持續(xù)利用目的。

1材料與方法

1.1　試驗(yàn)材料

榿木為林齡1-4年的幼林。調(diào)查林地位于四川省綿陽(yáng)市梓潼縣(東經(jīng)104°57′～105°28′，北緯31°25′～31°52′)境內(nèi)的許州鎮(zhèn)、雙板鄉(xiāng)和仙峰鄉(xiāng)，海拔高度520～650 m，及四川省瀘州市合江縣(東經(jīng)105°32′～106°28′，北緯28°27′～29°01′)的福寶國(guó)營(yíng)林場(chǎng)，海拔920～1 100 m。

1.2　方法

調(diào)查地選擇在榿木人工林選擇立地條件(土壤類(lèi)型、厚度、坡度、坡向、海拔高度等)和經(jīng)營(yíng)管理(特別是施肥管理)相對(duì)一致的榿木人工林1-4年幼林地作為調(diào)查樣地，造林株行距2 m × 2 m，造林密度166株/667m2。

調(diào)查方法按每個(gè)林齡設(shè)置20 m× 20 m樣地3個(gè)，采用常規(guī)方法，進(jìn)行每木檢尺(樹(shù)高或胸徑)，求算平均樹(shù)高或平均胸徑；在每個(gè)調(diào)查樣地選樹(shù)高或胸徑在平均數(shù)據(jù)95 %~105 %范圍的樹(shù)木1株作為平均木[7]，共選平均木12株。

將生長(zhǎng)正常的平均木實(shí)測(cè)胸徑或樹(shù)高和冠幅后伐倒、切割，測(cè)定地上部分各器官(葉、干、枝)及地下部分根的鮮重，按相同林齡、器官計(jì)算平均值。

樣品采集在榿木幼林生物量調(diào)查的基礎(chǔ)上，分別采集標(biāo)準(zhǔn)木葉、干、枝、根樣品。將相同林齡的同一器官組織樣品混合均勻，抽取各林齡的各器官組織的混合樣100~200 g，作生物量的水分測(cè)定；將不同林齡的同一器官組織樣品混合均勻，抽取林齡1-4年的各器官組織的混合樣400~500 g，作器官組織的養(yǎng)分元素測(cè)定。所采集的樣品應(yīng)及時(shí)送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理和測(cè)定。

樣品測(cè)定項(xiàng)目及方法樣品分析測(cè)定項(xiàng)目包括水分、N、P、K、Ca、Fe、Zn。

樣品測(cè)定方法水分—烘干法N用凱氏法；P用HNO3-HClO4消化，鉬銻抗比色法；K、Ca、Mg、Fe、Zn用HNO3-HClO4消化，原子吸收光譜法(LY/T 1270-1999)。測(cè)定的平行樣品2個(gè)，測(cè)定的絕對(duì)偏差和相對(duì)誤差應(yīng)滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定的要求[8]。

1.3　數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用方差分析法[9]。

2結(jié)果和分析

2.1　榿木幼林平均木的樹(shù)高、胸徑和生物量

2.1.1樹(shù)高、胸徑與林齡

榿木幼林1-4年的時(shí)期，樹(shù)高和胸徑逐年增加(表1)。林齡2年的樹(shù)高比1年增長(zhǎng)77.78 %，林齡3年比2年增長(zhǎng)59.38 %，林齡4年比3年增長(zhǎng)21.57 %；林齡2年的胸徑比1年增長(zhǎng)136.36 %，林齡3年比2年增長(zhǎng)80.77 %，林齡4年比3年增長(zhǎng)36.17 %，二者的增長(zhǎng)速率逐年下降。方差分析表明，各林齡間的樹(shù)高和胸徑生長(zhǎng)差異均達(dá)到極顯著水平。

表1　榿木幼林平均木樹(shù)高、胸徑和生物量構(gòu)成及其差異性比較

注：*表示5 %顯著水平差異，**表示1 %極顯著水平差異。

2.1.2生物量與林齡

在榿木林齡1-4年的時(shí)期，榿木平均木的生物量與年齡呈正相關(guān)(表1)。第2年的生物量比第1年增長(zhǎng)2.28倍，第3年比第2年增長(zhǎng)1.93倍，第4年比第3年增長(zhǎng)0.7倍，生物量與林齡之間的關(guān)系，同樹(shù)高和胸徑生長(zhǎng)一致，增長(zhǎng)速率逐年下降。

2.1.3器官組織生物量與林齡

榿木幼林葉、枝、干、根器官的生物量與年齡的關(guān)系及變化趨勢(shì)，同整株生物量一致(表1)。各林齡間的葉、枝、干、根器官的生物量差異性分析表明，除林齡2年干的生物量與林齡1年之間差異顯著外，其余林齡間的器官組織均為差異極顯著。在此生長(zhǎng)階段，器官組織之間的生物量亦存在較大的差異，葉、枝、根組織的生物量逐年增加的絕對(duì)量差異不大，葉、枝、根組織的生物量第2年比第1年增加180~330 g，第3年比第2年增加350~400 g，第4年比第3年增加370~520 g，而干生物量第2年比第1年增加約400 g，第3年比第2年增加大于2 400 g，第4年比第3年增加3 200 g以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于葉、枝、根器官生物量的增加量，表明對(duì)經(jīng)營(yíng)目的有利。

2.1.4器官組織生物量與總生物量

林齡1年的葉、枝、干、根器官生物量分別占整株生物量的17.90 %、15.16 %、47.36 %和23.17 %；林齡2年各器官生物量分別占整株生物量的15.22 %、22.49 %、44.28 %和18.01 %；林齡3年各器官分別占整株生物量的11.61 %、14.89 %、60.00 %和13.50 %(表1)；林齡4年各器官分別占整株生物量的11.61 %、14.89 %、60.00 %和15.50 %。葉、枝、根生物量所占比例隨著年齡增加總體呈下降趨勢(shì)，干生物量所占比例隨著年齡增加呈上升趨勢(shì)[1,5]，這與人們的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)相一致。

2.2　榿木幼樹(shù)器官的養(yǎng)分元素含量及分布

榿木器官中養(yǎng)分元素含量N>Ca>K>Mg>P>Fe>Zn(表2)；器官中N含量葉>枝>干>根；K、P含量葉>枝>根>干；Ca、Mg含量根>葉>枝>干[3,5]；微量元素Fe含量根>葉>干>枝；微量元素Zn含量枝>葉>干>根；總的趨勢(shì)是N、P、K元素在葉中含量較高，Ca、Mg、Fe元素在根組織中含量較高，N、P、K、Ca、Mg、Fe、Zn養(yǎng)分元素在干組織中含量較低。

表2　榿木幼樹(shù)器官的養(yǎng)分元素含量

2.2.1養(yǎng)分元素的分布

林齡1年平均木植株的器官中養(yǎng)分元素N、P、K、Ca、Mg的積累量排序?yàn)楦?葉>根>枝(表3)，林齡2年、3年和4年平均木植株的器官中養(yǎng)分元素積累量排序?yàn)楦?葉>枝>根，樹(shù)干的養(yǎng)分元素積累量最高，由此表明養(yǎng)分元素主要富集于植株干和葉中；林齡1年榿木植株各器官中微量元素Fe的積累量排序?yàn)楦?葉>干>枝，2年、3年和4年植株各器官中微量元素Fe的積累量排序?yàn)楦?干>葉>枝，表明Fe元素主要積累于根中；林齡1年植株各器官組織中微量元素Zn積累量干>葉>枝>根，2年、3年、4年植株器官組織中微量元素Zn積累量干>枝>葉>根，表明Zn元素主要積累于干中。

表3　榿木幼林平均木的器官中養(yǎng)分元素的分布與積累

2.2.2養(yǎng)分元素的積累量

N元素的積累量：榿木林齡1-4年的平均木中N元素積累量分別占N、P、K、Ca、Mg養(yǎng)分元素積累總量的44.05 %、40.38 %、43.89 %和44.03 %。表明榿木幼樹(shù)生長(zhǎng)對(duì)N元素的需求量大。

P元素的積累量：林齡1-4年的平均木中P元素積累量分別占其養(yǎng)分元素積累總量的2.4 %、2.26 %、2.3 %和1.98 %。表明榿木幼樹(shù)生長(zhǎng)對(duì)P元素的需求量小。

K元素的積累量：林齡1-4年的平均木中K元素積累量分別占養(yǎng)分元素積累總量的15.99 %、21.29 %和15.86 %和16.08 %。表明榿木幼樹(shù)對(duì)K元素的需求量較大。

Ca元素的積累量：林齡1-4年的平均木中Ca元素積累量分別占其大量養(yǎng)分元素積累總量的31.52 %、29.78 % 、32.33 %和32.44 %。表明榿木幼樹(shù)生長(zhǎng)對(duì)Ca元素的需求量較大，僅次于N元素。

Mg元素的積累量：林齡1-4年的平均木中Mg元素積累量分別占其養(yǎng)分元素積累總量的6.03 %、5.44 % 、5.61 %和5.63 %。表明榿木幼樹(shù)Mg元素的需求量較小，稍大于P元素。

微量元素Fe的積累量：榿木林齡1-4年的平均木中Fe元素積累量分別占其微量元素Fe、Zn積累總量的91.37 % 、89.28 %、87.31 %和88.30 %，表明對(duì)Fe元素的需求量大。

微量元素Zn的積累量：林齡1-4年的平均木中Zn元素積累量分別占其微量元素Fe、Zn積累總量的8.62 %、10.71 %、12.69 %和12.69 %，表明對(duì)Zn元素的需求量較小。

綜上所述，在平均木中不同的養(yǎng)分元素積累量的排序不受林齡的影響，依次為N>Ca >K>Mg>P>Fe>Zn。

榿木林齡1-4年的平均木養(yǎng)分元素N、P、K、Ca、Mg的的積累總量隨著林齡增長(zhǎng)而成倍地增加。林齡2年、3年、4年的平均木養(yǎng)分元素積累總量分別是林齡1年的3.4倍、9倍和15.2倍。林齡2年、3年和4年的平均木微量元素Fe、Zn積累總量分別是1年的2.7倍、6.5倍和11倍。由此表明隨著林齡的增長(zhǎng)，林木生物量增加，林分從林地吸取的養(yǎng)分就越多，在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)給林地輸入必需的養(yǎng)分肥料，給與養(yǎng)分元素補(bǔ)充，以保證植株正常生長(zhǎng)及防止地力衰退。肥料具體施入量應(yīng)根據(jù)各林齡榿木對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的需求量和土壤肥力供給情況而定。

2.2.3養(yǎng)分元素年凈積累量

林齡1年的養(yǎng)分元素年凈積累量與積累量相同，即17.07 g，其中N、P、K、Ca、Mg元素年凈積累量分別是7.52 g、0.41 g、2.73 g、5.38 g、1.03 g；微量元素(Fe和Zn)當(dāng)年凈積累量335.04 mg，其中Fe、Zn元素年凈積累量分別是306.14 mg、28.9 mg(圖1)。

林齡2年的當(dāng)年養(yǎng)分元素年凈積累量為41.20 g，養(yǎng)分年凈積累量是其積累量的70.95 %，其中N、P、K、Ca、Mg元素年凈積累量分別是16.21 g、0.92 g、9.78 g、12.12 g、2.17 g；各養(yǎng)分元素分別占當(dāng)年養(yǎng)分元素年凈積累量的39.34 %、2.23 %、23.74 %、29.42 %和5.27 %。微量元素(Fe、Zn)當(dāng)年凈積累量577.26 mg，其中Fe、Zn元素年凈積累量分別是508.41 mg和68.85 mg，二者分別占當(dāng)年微量元素年凈積累量的88.07 %和11.93 %。

林齡3年的當(dāng)年養(yǎng)分元素年凈積累量為95.41 g，養(yǎng)分年凈積累量是其積累量的61.76 %，其中N、P、K、Ca、Mg元素年凈積累量分別是43.72 g、2.21 g、11.87 g、32.19 g和5.42 g；各養(yǎng)分元素分別占當(dāng)年養(yǎng)分元素年凈積累量的45.82 %、2.32 %、12.44 %、33.74 %和5.68 %。微量元素(Fe、Zn)當(dāng)年凈積累量1 267 mg，其中Fe、Zn元素年凈積累量分別是1 088.11 mg和178.89 mg，二者分別占當(dāng)年微量元素年凈積累量的85.88 %和14.12 %。

林齡4年的當(dāng)年養(yǎng)分元素年凈積累量為107.13 g，養(yǎng)分年凈積累量是其積累量的40.98 %，其中N、P、K、Ca、Mg元素年凈積累量分別是47.21 g、1.62 g、17.48 g、34.77 g和6.05 g；各養(yǎng)分元素分別占當(dāng)年養(yǎng)分元素年凈積累量的44.07 %、1.51 %、16.32 %、32.46 %和5.65 %。微量元素(Fe、Zn)當(dāng)年凈積累量1 525.27 mg，其中Fe、Zn元素年凈積累量分別是1 331.64 mg和193.63 mg，二者分別占當(dāng)年微量元素年凈積累量的87.31 %和12.69 %。

林齡1-4年幼林地平均木各養(yǎng)分元素的年凈積累量以N為最大，Ca、K元素次之，Mg元素較小，P元素最小，微量元素Fe的年凈積累量比Zn高6~10倍。這與養(yǎng)分元素在平均木中積累量的規(guī)律一致，表明榿木在1-4年林齡期對(duì)N、Ca、K養(yǎng)分元素的需求量較大，且在第2年林齡期對(duì)養(yǎng)分元素的需求量增幅最大。在生產(chǎn)實(shí)際中結(jié)合土壤養(yǎng)分供應(yīng)情況，重點(diǎn)考慮N、P、K養(yǎng)分元素肥料的配合施用，Ca、Mg元素通過(guò)施用P元素肥料(如過(guò)磷酸鈣，含Ca、Mg豐富)足以補(bǔ)充。

圖1　榿木幼林平均木養(yǎng)分元素年凈積累量

3結(jié)論

榿木林齡1-4年的階段，榿木平均木生物量及器官葉、枝、干、根的生物量與年齡呈正相關(guān)，隨著林齡增加生物量增長(zhǎng)速率呈下降趨勢(shì)；各器官生物量構(gòu)成中，僅干的生物量所占比例隨著年齡增加呈上升趨勢(shì)。榿木器官中養(yǎng)分元素含量N>Ca>K>Mg>P>Fe>Zn；N、P、K元素在葉中含量較高，Ca、Mg、Fe元素在根中含量較高。養(yǎng)分元素N、P、K、Ca、Mg、Zn積累量在干中最高，F(xiàn)e元素積累量在根中最高。榿木林齡1-4年當(dāng)年養(yǎng)分元素(N、P、K、Ca、Mg)年凈積累量分別為17.07 g/株、40.79 g/株、95.82 g/株和106.71 g/株，微量元素(Fe、Zn)當(dāng)年凈積累量分別為335.04 mg/株、577.26 mg/株、1 267 mg/株和1 525.27 mg/株。

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[上接第92頁(yè)]

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Biomass and Nutrient Accumulation of Alnus cremastogyne Young Stand Forest

REN Qi1，ZHAO Hai2，CAI Xiao-hu3，WANG Li3，WANG Yu3，

MIN An-min3，REN Jun-fang4，LI Hong-xia3

(1.Chuanxi Forestry Bureau of Aba Profecture，Lixian Sichuan 623102，P.R.China;2.Wenchuan Environment Protection and Forestry Bureau，

Wenchuan Sichuan 623000，P.R.China;3.Sichuan Academy of Forestry Science，Chengdu Sichuan 610081，P.R.China;

4.Aba Institute of Forestry Science，Wenchuan Sichuan 623000，P.R.China)

Abstract:To explore plant biomass，distribution and accumulation of nutrient elements in organs ofAlnuscremastogynein different ages from 1-4 years’ old，the biomass，N，P，K，Ca，Mg，F(xiàn)e，and Zn were tested.The result shows that the average biomass of the whole tree and the biomass of leaf，branch，stem，and root have a positive correlation with its age，but biomass growth rate have a decreasing tendency with tree age increasing，and only the biomass proportion of stem in the whole individual plant shows an increasing tendency with age.The contents of nutrient element in organs shows an order of N>Ca>K>Mg>P>Fe>Zn，the contents of N，P，K in the leaf is higher than in the other organs， and that of Ca，Mg，F(xiàn)e in the root is higher than in the other organs.The accumulations of N，P，K，Ca，Mg，Zn are the highest in the stem，and that of Fe is the highest in the root.The net annual accumulation of N，P，K，Ca，Mg in average tree from 1 to 4 years are 17.07 g，40.79 g，95.82 g and 106.71 g，respectively，and that of Fe，Zn are 335.04 mg，577.26 mg，1 267 mg， and 1 525.27 mg，respectively.

Key words:Alnuscremastogyne;forest stand with different ages; needs for nutrient elements; biomass; nutrient elements

通訊作者簡(jiǎn)介：閔安民(1963-)，男，研究員，主要從事土壤肥力、植物營(yíng)養(yǎng)與施肥研究。E-mail:minanmin@126.com

作者簡(jiǎn)介：第一任淇(1977-)，男，工程師，主要從事林業(yè)科技推廣工作。E-mail:abcdrenqi@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“川西山地退化風(fēng)景林生態(tài)恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究(201104026)”。

*收稿日期：2015-06-23

中圖分類(lèi)號(hào)：S 792.14

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-8246(2016)01-0093-06