施肥對(duì)三江平原丘陵區(qū)長(zhǎng)白落葉松人工林中齡林單木樹(shù)冠特征影響

王顯軍 衛(wèi)月華 梁鳳和 鐘兆華 韓宛池 劉力銘 王子瑄 孫志虎

(1.樺南縣孟家崗貯木場(chǎng)，黑龍江 樺南 154411；2.佳木斯市孟家崗林場(chǎng)，黑龍江 樺南154411；3.森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

隨著天然林商業(yè)性采伐的停止，人工林木材在市場(chǎng)供應(yīng)中的作用變得愈加突出[1]。提高人工林生產(chǎn)力成為森林經(jīng)營(yíng)的首要目標(biāo)之一[2]。落葉松(Larixspp.)是我國(guó)東北林區(qū)主栽樹(shù)種，自20世紀(jì)50年代中期開(kāi)始就得以大面積栽植[3]。關(guān)于提升其生產(chǎn)力的研究主要集中于樹(shù)種組成和密度調(diào)控方面，少有開(kāi)展相關(guān)措施的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)方面，而對(duì)此研究主要集中于林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，所被評(píng)價(jià)的措施也多與灌溉、施肥有關(guān)[3]。受東北林區(qū)地形條件所限，施肥有望被人工林經(jīng)營(yíng)者所采納[2]。關(guān)于施肥與林分生產(chǎn)力關(guān)系的研究，主要集中于施肥后土壤微生物、養(yǎng)分狀況和根特征的短期響應(yīng)方面，且多采用模擬氮沉降的方式開(kāi)展尿素噴施試驗(yàn)，少有開(kāi)展以提高林地生產(chǎn)力為目標(biāo)的氮磷鉀綜合施用效應(yīng)評(píng)價(jià)研究[4-6]。受針葉樹(shù)種樹(shù)冠的可塑性低于闊葉樹(shù)種觀念的影響，施肥后針葉樹(shù)種樹(shù)冠的響應(yīng)特征研究則更少。為此，本文以三江平原丘陵區(qū)長(zhǎng)白落葉松(Larixolgensis)人工林為對(duì)象，通過(guò)間伐后的施肥試驗(yàn)，分析胸徑與冠幅、樹(shù)高與冠長(zhǎng)間的關(guān)系，評(píng)價(jià)落葉松冠長(zhǎng)率對(duì)間伐后施肥的響應(yīng)，旨在為針葉林施肥后生產(chǎn)力的形成機(jī)制研究提供參考。

1 研究林分概況與研究方法

1.1 研究林分概況

此次研究的長(zhǎng)白落葉松人工林位于佳木斯市孟家崗林場(chǎng)(130°32′42″—130°52′36″E，46°20′16″—46°30′50″N)82林班23小班(種子園西邊)。該處人工林營(yíng)造于1988年春，初植密度為5 000株/hm2，造林地類為楊樺次生林皆伐跡地。2012年冬進(jìn)行首次間伐，森林資源采伐設(shè)計(jì)資料中記載的全林每木檢尺后統(tǒng)計(jì)出的間伐前和間伐后的平均胸徑、郁閉度、密度、平均樹(shù)高、蓄積量和樹(shù)種組成分別為12.0cm、1.0、2 466株/hm2、13.1m、199.74m3/hm2、10落-實(shí)柞-榆-糠-黑-白和12.7cm、0.8、1 973株/hm2、14.2m、187.18m3/hm2、10落-實(shí)柞-榆-黑-白。樹(shù)種組成式中：落為長(zhǎng)白落葉松，實(shí)柞為實(shí)生蒙古櫟(QuercusmongolicaFisch.ex Ledeb)，榆為榆樹(shù)(UlmuspumilaL.)，糠為糠椴(TiliamandshuricaRup et Maxim.)，黑為黑樺(BetuladavuricaPall.)，白為白樺(BetulaplatyphyllaSuk)。

1.2 研究方法

1.2.1 施肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年6月23日，在長(zhǎng)白落葉松人工林中(28年生；2015年)設(shè)置12塊面積為260—340m2的固定樣地。2015年6月27日，將12塊固定樣地分成4組，進(jìn)行4種處理，每種處理3塊樣地：施氮肥(增施純氮量為250kg/hm2)、施氮磷肥(增施純氮和純磷量分別為250 kg/hm2和50kg/hm2)、施氮磷鉀肥(增施純氮、純磷和純鉀量分別為250 kg/hm2、50 kg/hm2和30kg/hm2)、對(duì)照(不施肥)。按照各樣地所設(shè)計(jì)的增施元素劑量將其換算成相應(yīng)的農(nóng)用化肥(尿素、二胺和氯化鉀)進(jìn)行配置，施肥時(shí)采用行間均勻穴施后覆土的方式，每行的施肥穴數(shù)為20—25穴。

1.2.2 立木胸徑調(diào)查

于2015年7月17日(28年生；施肥當(dāng)年)，2017年8月2日(30年生；施肥2年后)，2018年10月4—6日(31年生；施肥3年后)，2019年8月6—13日(32年生；施肥4年后；2019年10月進(jìn)行再次間伐)、2020年9月14—15日(33年生；施肥5年后)，采用圍尺(2015年、2017年、2019年和2020年)和電子游標(biāo)卡尺(2018年)調(diào)查12塊固定樣地中的每木胸徑(包括枯立木和活立木)。

1.2.3 活立木樹(shù)高調(diào)查

分別于施肥3年后的2018.10.4—10.6(31年生)、施肥4年后的2019.11.3—11.12(32年生)、施肥5年后的2020.6.13—6.20(33年生)利用超聲波測(cè)高儀測(cè)定活立木的樹(shù)高、枝下高。

1.2.4 活立木冠幅調(diào)查與冠長(zhǎng)率計(jì)算

分別于施肥3年后的2018.10.4—10.6(31年生)、施肥4年后的2019.6.7—6.8(32年生)、施肥5年后的2020.7.9(33年生)利用紅外線測(cè)距儀測(cè)定樣地內(nèi)所有活立木的長(zhǎng)冠幅、與其垂直的短冠幅，計(jì)算平均冠幅；利用樹(shù)高和枝下高，計(jì)算冠長(zhǎng)(樹(shù)高-枝下高)、冠長(zhǎng)率(冠長(zhǎng)/樹(shù)高)，并分析胸徑與冠幅、樹(shù)高與冠長(zhǎng)間的關(guān)系。

2 結(jié)果與討論

2.1 間伐后施肥對(duì)落葉松人工林胸徑與冠幅關(guān)系的影響

落葉松人工林中齡林施肥后不同時(shí)期胸徑(x)與冠幅(f)關(guān)系的研究結(jié)果表明(見(jiàn)表1)，不同時(shí)期落葉松胸徑與冠幅間均符合冪函數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。從擬合出的冪函數(shù)模型變化趨勢(shì)來(lái)看，施肥3年后，各徑級(jí)活立木的冠幅均低于對(duì)照處理，尤其是胸徑>16cm的活立木。這與對(duì)照林分較低的林分密度有關(guān)。由于施肥后胸徑和樹(shù)高均明顯增加，間接證明施肥后落葉松針葉凈光合速率得到明顯增加；施肥4年后，施氮肥處理下的落葉松冠幅明顯高于同胸徑的施氮磷肥和氮磷鉀肥處理下的落葉松冠幅，表明施氮肥的同時(shí)，若增施磷肥和鉀肥會(huì)減弱落葉松樹(shù)冠的橫向擴(kuò)展，同時(shí)也表明施氮肥的同時(shí)，增施磷肥和鉀肥能夠明顯提高落葉松的凈光合速率；施肥5年后，3種施肥處理和對(duì)照處理間的冠幅，在各徑級(jí)的胸徑上，基本相近似，間接表明此時(shí)林冠已經(jīng)充分郁閉，落葉松的單木冠幅基本均已達(dá)到相應(yīng)生長(zhǎng)空間下的極大值，若不進(jìn)行再次密度調(diào)控，即便繼續(xù)人為增施化肥落葉松的單木冠幅也不會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。

表1 落葉松人工林中齡林施肥后不同時(shí)期胸徑與冠幅回歸關(guān)系結(jié)果

2.2 間伐后施肥對(duì)落葉松人工林中齡林樹(shù)高與冠長(zhǎng)關(guān)系的影響

落葉松人工林中齡林施肥后樹(shù)高(x)與冠長(zhǎng)(f)關(guān)系的研究結(jié)果表明(見(jiàn)表2)，隨著樹(shù)高的增加，各處理下的落葉松冠長(zhǎng)均呈現(xiàn)冪函數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。從擬合出的冪函數(shù)模型變化趨勢(shì)來(lái)看，施肥4年后，落葉松冠長(zhǎng)基本均低于相同樹(shù)高的對(duì)照林分，表明施肥促進(jìn)落葉松高生長(zhǎng)的同時(shí)，亦能促進(jìn)落葉松的自然整枝，提高枝下高，減小冠長(zhǎng)，間接表明施肥后落葉松針葉的凈光合速率得到明顯提高；施氮肥的同時(shí)，增添磷肥和磷鉀肥，活立木的冠長(zhǎng)有增加趨勢(shì)，表明增添磷肥和磷鉀肥能夠減弱落葉松的自然整枝能力，提高落葉松針葉耐蔭能力。施肥5年后，樹(shù)高<18m的活立木冠長(zhǎng)，不同處理間近似相等；樹(shù)高≥20m后，施肥處理下活立木的冠長(zhǎng)依然低于對(duì)照處理，表明此時(shí)較高樹(shù)高的活立木的自然整枝能力依然很強(qiáng)，從而能夠維持著較高的枝下高，降低冠長(zhǎng)。

表2 落葉松人工林中齡林施肥后不同時(shí)期樹(shù)高與冠長(zhǎng)回歸關(guān)系結(jié)果

2.3 間伐后施肥對(duì)落葉松人工林中齡林單木冠長(zhǎng)率的影響

落葉松人工林中齡林施肥后不同時(shí)期活立木的冠長(zhǎng)率計(jì)算結(jié)果表明，施肥3年后，施氮肥和施氮磷鉀肥處理下的落葉松冠長(zhǎng)率為0.202 8和0.203 0，高于對(duì)照林分的冠長(zhǎng)率0.201 0；而施氮磷肥處理的冠長(zhǎng)率較低，為0.189 9。隨著施肥后年限的延長(zhǎng)，各種處理下的落葉松冠長(zhǎng)率均呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，表明總體上落葉松自然整枝能力較弱。施肥4年后，不同處理下的落葉松冠長(zhǎng)率間差異明顯，施肥處理下的冠長(zhǎng)率均低于對(duì)照處理：施氮肥、施氮磷肥、施氮磷鉀肥處理下的落葉松冠長(zhǎng)率分別為0.235 9、0.228 2、0.264 2，而對(duì)照林分的冠長(zhǎng)率為0.282 2。施肥5年后，落葉松冠長(zhǎng)率均比施肥4年后的冠長(zhǎng)率增加，雖然施肥處理下的冠長(zhǎng)率依然小于對(duì)照林分，但不同處理間的差距在減小：施氮肥、施氮磷肥、施氮磷鉀肥處理下的落葉松冠長(zhǎng)率分別為0.297 6、0.293 3、0.285 1，而對(duì)照林分的冠長(zhǎng)率為0.300 6，再次表明施肥促進(jìn)落葉松高生長(zhǎng)的同時(shí)，也能促進(jìn)自然整枝，提高枝下高，降低落葉松的冠長(zhǎng)率。

3 結(jié)論與建議

針葉樹(shù)種的樹(shù)冠可塑性低，其對(duì)密度調(diào)控做出響應(yīng)耗時(shí)亦較長(zhǎng)，表現(xiàn)為冠幅和冠長(zhǎng)的緩慢、持續(xù)性變化。施肥是人工林集約化經(jīng)營(yíng)的首選措施之一[6]，主要應(yīng)用于我國(guó)的南方平原地區(qū)，少有開(kāi)展東北山地人工林的施肥效果評(píng)價(jià)研究。本文的研究結(jié)果表明，施肥雖然能夠緩慢促進(jìn)間伐后落葉松的冠幅和冠長(zhǎng)的生長(zhǎng)，但其對(duì)落葉松生長(zhǎng)的促進(jìn)作用應(yīng)該更多來(lái)自于施肥后針葉高效的光合作用。由于落葉松枝下高較高，鑒于施肥后落葉松中齡林冠幅和冠長(zhǎng)的緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，建議今后條件允許時(shí)開(kāi)展中齡林活體針葉的氣體交換特征研究，進(jìn)行施肥后落葉松人工林長(zhǎng)期響應(yīng)特征的監(jiān)測(cè)。