杉木大徑材培育施肥配方選擇研究

徐清乾， 黃 帆， 徐少東， 張 勰， 王湘瑩， 吳成田, 熊衛(wèi)兵

(1.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004; 2.靖州縣排牙山國有林場， 湖南 靖州 418400； 3.岳陽縣林業(yè)科學研究所， 湖南 岳陽 414100)

杉木CunninghamiaLanceolata(Lamb.) Hook是我國南方提供商品材的首要樹種，木材產(chǎn)量約占40%的比重。隨著社會經(jīng)濟進步和人民生活的日益提高，杉木中小徑材用途越來越窄，大徑材更受到人們的喜愛。由于對環(huán)境保護意識的增強，木材的砍伐指標高度控制，使杉木短輪伐期中小徑材培育向長周期大徑材高效培育轉變[1]。杉木大徑材生產(chǎn)受遺傳控制、立地控制和密度控制，當造林材料和密度管理確定時，通過施肥提高林地肥力，是培育杉木大徑材的有效營林方法[2-4]。李花蘭[5]開展施肥對林木生長效應的理論研究；吳曉芙等[6]開展立地養(yǎng)分效應配方施肥模型研究，從施肥理論和配方模型上為林木施肥提供了基礎性技術支撐。用材樹種施肥技術和施肥效果有大量報道，但針對施肥對大徑材形成的影響報道甚少。本文研究不同配方施肥對杉木大徑材形成的影響，對林農(nóng)生產(chǎn)杉木優(yōu)質大徑材具有重要的指導意義。

1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于湖南省靖州縣排牙山國有林場場部小水庫旁，中心點地理坐標為109°30′12″E， 26°24′23″N。該試驗區(qū)域屬中亞熱帶濕潤季風氣候，熱量充足、氣候溫和、雨水充沛。近30年均日照時間1 580 h，氣溫16.8 ℃，10 ℃以上的全年活動積溫4 900 ℃，年均降水量1 380 mm，年均相對濕度82.0%，無霜凍期285 d。試驗區(qū)為中低山地貌，海拔高度430～480 m，坡度12～15°，林地土壤為頁巖發(fā)育成的山地紅黃壤，土層深度65～80 cm，有機質含量2.2%，pH值5.8～6.8之間，為杉木大徑材培育的適宜地域。

施肥試驗林為1990年春采用靖州初級種子園混和種營造的杉木速生豐產(chǎn)林，立地條件18指數(shù)級，初植密度2.2 m×2.2 m，折合2 066株·hm-2；2002年按保留1 500株·hm-2進行擇伐，至今保留該密度。

2 試驗設計與數(shù)據(jù)采集分析

2.1 試驗設計

試驗采用雙因素正交設計， 于2003年秋、2007年秋、2010年秋，按施肥試驗設計每年份進行1次施肥，A因素設置每株施有效氮50 g、100 g、150 g(折合含46.6%N的尿素107 g、214 g、321 g)3個水平，B因素設置每株施有效磷 100 g、200 g、300 g(折合含14.3%P2O5的過磷酸鈣700 g、1 400 g、2 100 g)3個水平，鑒于林地含鉀較豐富，鉀肥不設置水平，均每株施有效鉀100 g(折合含60.0%K2O的氯化鉀肥167 g)；根據(jù)正交設計表，共形成7個不同的肥料配方處理，各處理3次重復，組合成21塊20 m×20 m的施肥樣地。7組試驗處理列表1。

表1 杉木施肥處理Tab.1 Fertilizer treatments(g·株-1)處理編號肥料配方NP2O5K2OT1N1P1K150100100 T2N1P2K150200100 T3N2P1K1100100100T4N2P3K1100300100T5N3P2K1150200100 T6N3P3K1150300100CKN0P0K0000

2.2 指標計算方法

2003年秋擇伐時，測量各標準地間伐木的每木樹高和胸徑，2019年冬，對21塊30年生施肥試驗標準地的全部保留立木進行胸徑調查，并按25%比例測定個體樹高。試驗取得的間伐木和現(xiàn)立木原始數(shù)據(jù)以下列公式計算至30年生時不同肥料配方的施肥效果。

平均胸徑計算公式

(1)

式中:N表示總株數(shù)，di表示各單株胸徑值。

活立木單株材積量計算公式

V活立木=0.000 058 770 42D1.969 831H0.896 461 57

(2)

式中：V活立木為活立木單株材積量(m3·株-1)，D為胸徑(cm)，H為樹高(m)。

規(guī)格材各材種出材量公式

V規(guī)(原條)=0.000 036 024 375 8 ×

D1.947 520 76H1.007 937 69

(3)

式中：V規(guī)(原條)為規(guī)格材原條出材量(m3·株-1)，D為胸徑(cm)，H為樹高(m)。

施肥投入產(chǎn)出比公式

B=Z/T

(4)

式中：B為施肥投入產(chǎn)出比，Z為施肥產(chǎn)出增值[7]，T為施肥投入成本。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2010和SPSS 10.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

3 結果與分析

3.1 不同肥料配方對樹高、胸徑和單株材積平均值的影響

通過336組胸徑和樹高的調查數(shù)據(jù)，對應進行多種函數(shù)的回歸分析，篩選出以自然常數(shù)2.718 282為底的指數(shù)函數(shù)H樹高=14.5×exp(0.012 3×D胸徑)估算樹高[8]。各施肥處理林分平均樹高、胸徑、單株材積列表2。

表2 不同肥料處理生長量Tab.2 Growth of Chinese fir plantation with different fertilizer treatments 處理編號肥料配方平均樹高/m平均胸徑/cm平均單株材積/(m3·株-1)T6N3P319.31±5.0526.12±2.370.528 1±0.274 3T4N2P319.23±4.9026.08±2.390.522 2±0.246 1T5N3P219.15±4.6425.70±2.150.502 0±0.233 4T2N1P219.06±3.9125.43±1.990.481 4±0.185 0T3N2P118.80±3.6124.78±2.210.458 6±0.219 1T1N1P118.72±3.3224.61±2.090.449 7±0.211 6CKN0P018.65±3.1623.72±1.790.435 8±0.206 5 注: ±號后數(shù)據(jù)為標準差。

由表2可知，不同配方的施肥處理，杉木林分樹高、胸徑和單株材積的平均值排序均為：T6>T4>T5>T2>T3>T1>CK，以表2數(shù)據(jù)再計算，各施肥處理相比對照樹高增益分別為3.5%、3.1%、2.7%、2.2%、0.8%、0.4%，胸徑增益分別為10.0%、9.8%、8.2%、7.1%、4.3%、3.6%，單株材積量增益分別為21.2%、19.8%、15.2%、10.5%、5.2%、3.2%，樹高、胸徑、材積增益最高的施肥處理均為3年份施肥，每年份1次性每株施150 g N+300 g P2O5+100 g K2O。從標準差分析可見，施肥增加了林分單株間的分化，呈現(xiàn)出生長較好的林分單株分化較大的規(guī)律。

3.2 不同肥料配方對各徑級材株數(shù)百分比的影響

根據(jù)帶皮胸徑數(shù)據(jù)，將D≥25 cm的立木歸為大徑材，將18 cm≤D<25 cm的立木歸為中徑材，將10 cm≤D<18 cm的立木歸為小徑材。按此標準統(tǒng)計各施肥處理大徑材、中徑材、小徑材3種徑級材的株數(shù)百分比[9-10]，其結果見圖1。

由圖1可知，各處理大徑材株數(shù)比例從大到小的排序與林分平均樹高、胸徑、單株材積排序一致，均為處理T6>T4>T5>T2>T3>T1>CK，分別為55.0%、53.4%、50.0%、48.3%、45.0%、43.3%、36.7%；中徑材株數(shù)比例從大到小的排序CK>T1>T3>T2>T5>T6>T4，分別為51.7%、50.0%、46.7%、45.0%、41.7%、41.7%、38.3%；小徑材株數(shù)比例從大到小的排序CK>T3>T5>T4>T1>T2>T6，分別為11.7%、8.3%、8.3%、6.7%、6.7%、6.7%、3.3%；不施肥(CK)林木表現(xiàn)為大徑材株數(shù)比例最低，中、小徑材比例最高，可見施肥能顯著提高大徑材株數(shù)比例；各施肥配方比較，3年份施肥每年份1次性每株施150 g N+300 g P2O5+100 g K2O(T6)和100 g N+300 g P2O5+100 g K2O(T4)兩個施肥處理大徑材株數(shù)比例較多，30年生分別達55.0%和53.3%。

3.3 不同肥料配方對各徑級材蓄積量及總蓄積量的影響

分別計算標準地內大徑材、中徑材、小徑材及全部單株的材積之和，求出各徑級材蓄積量和總蓄積量，換算成每hm2單位面積蓄積量，再對應分析各施肥處理對3種徑級材蓄積量及總蓄積量的影響[11-13]，統(tǒng)計結果列表3。

表3 不同肥料處理各徑級材蓄積量及總蓄積量Tab.3 Volume of trees with different diameter grades and to-tal volume of plantation with different fertilizer treat-ments(m3·hm-2)處理編號大徑材蓄積量中徑材蓄積量小徑材蓄積量總蓄積量T6583.8198.310.1792.2T4570.2197.615.5783.3T5509.7220.922.3753.0T2465.0238.418.7722.1T3442.6223.322.1687.9T1418.2237.918.4674.5CK397.5238.119.1654.7

由表3可知，各試驗處理間單位面積總蓄積量排序與大徑材蓄積量排序完全一致，從大到小排序均為T6>T4>T5>T2>T3>T1>CK， 從而計算得出：6個施肥處理單位面積總蓄積量相比對照增益分別為21.0%、19.6%、15.0%、10.3%、5.1%、3.0%，單位面積大徑材蓄積量相比對照增益分別為46.9%、43.4%、28.2%、17.0%、11.3%、5.2%，表現(xiàn)出各施肥處理對提高林分總蓄積量及大徑材蓄積量均有一定的增產(chǎn)效益，且提高大徑材蓄積量的作用更為明顯。從多生產(chǎn)總量木材和大徑材木材角度出發(fā)，3年份T6施肥處理每年份1次性每株施150 g N+300 g P2O5+100 g K2O效果最佳，30年生總蓄積量量達792.2 m3·hm-2，其中大徑材蓄積量達583.8 m3·hm-2。

3.4 不同肥料配方對大徑級材出材率的影響

先計算標準地內每株大徑材的原條出材量(m3·株-1)，再以標準地內大徑材總原條出材量除以標準地內總蓄積量，求出各處理的大徑材出材率，其統(tǒng)計結果列表4。

表4 不同肥料處理大徑材出材率Tab.4 Production ratio of large diameter trees with different fertilizer treatments處理編號大徑材出材量/(m3·hm-2)大徑材出材率/%相比CK出材率增益/%T6478.760.424.3T4467.559.722.8T5418.055.514.2T2376.652.27.4T3358.552.17.2T1343.050.84.5CK318.148.6

由表4可知，各試驗處理間大徑材出材量從大到小排序均為T6>T4>T5>T2>T3>T1>CK，介于318.1～478.7 m3·hm-2之間，以CK最??；大徑材出材率與大徑材出材量排序一致，介于48.6%～60.4%之間，以CK最小；6個施肥處理大徑材出材率相比對照大徑材出材率增益介于4.5%～24.3%之間，以3年份T6施肥處理每年份1次性每株施150 g N+300 g P2O5+100 g K2O的大徑材出材率增益最高，比對照高出24.3%。

3.5 各肥料配方投入產(chǎn)出比分析

以近3年湖南杉木賣青山價格，徑階≥34 cm的特大徑材1 100元·m-3、徑階25～32 cm的大徑材950元.m-3、 徑階18～24 cm的中徑材800元·m-3、徑階12～16 cm小徑材550元·m-3進行立木產(chǎn)值計算[14-16]；以含46.4%N的尿素價格2 400元·t-1，含14.3%P2O5的過磷酸鈣價格800元.t-1， 含60.0%K2O的氯化鉀肥價格2 200元·t-1進行肥料成本計算；再根據(jù)肥料用量計算施肥和運輸人工成本等，得出各施肥配方投入產(chǎn)出比列表4。

由表5可知，各施肥處理的投入產(chǎn)出比不盡相同，T4、T5、T6、T2、T3、T1分別為1∶2.93、1∶2.89、1∶2.79、1∶2.55、1∶1.57、1∶1.49，總體呈現(xiàn)出施肥量偏多投入產(chǎn)出比較高，施肥量偏少投入產(chǎn)出比較低規(guī)律；由施肥效益選擇肥料配方，以3年份T4施肥處理每年份1次性每株施100 g N+300 g P2O5+100 g K2O最為理想，每投入1元錢，可收獲2.93元，利潤率193%。

表5 各施肥配方投入產(chǎn)出比Tab.5 Input-to-output ratio of each fertilizer formula處理編號肥料成本/(元·hm-2)用工成本/(元·hm-2)合計成本/(元·hm-2)木材產(chǎn)值 /(元·hm-2)施肥增益/(元·hm-2)投入產(chǎn)出比T18 5007 00015 500598 99923 0341∶1.49T212 90012 50025 400640 78664 8211∶2.55T310 6008 00018 600605 13629 1711∶1.57T420 70018 90039 600691 994116 0291∶2.93T519 00016 40035 400678 510102 5451∶2.89T624 50022 70047 200707 506131 5411∶2.79CK000575 9650

4 結論與討分

(1)中齡林通過3次不同配方的施肥處理，至樹齡30年生時，施肥處理平均樹高、胸徑、單株材積及大徑材株數(shù)比例相比對照(不施肥)增益分別為0.4%～3.5%、3.6%～10.0%、3.2%～21.2%和3.3%～11.7%。

(2)不同施肥配方單位面積總蓄積量相比對照增益3.0%～21.0%，大徑材蓄積量相比對照增益5.2%～46.9%，表現(xiàn)出各施肥配方對提高林分總蓄積量和大徑材蓄積量均有一定的增產(chǎn)效益。以上結論與吳立潮等[17]杉木中齡林施肥單位面積蓄積量相比對照增益5.7%～18.8%接近，驗證了施肥對木材增產(chǎn)的效應。

(3)各試驗處理間大徑材出材率介于48.6%～60.4%之間，施肥處理大徑材出材率相比對照大徑材出材率增益4.5%～24.3%。

(4)從林分生長角度出發(fā)，選擇3年份施肥每年份1次性每株施150 g N+300 g P2O5+100 g K2O配方效果最佳，相對對照大徑材株數(shù)比增加11.7%，單位面積總蓄積量增益21.2%，大徑材蓄積量增益46.9%，大徑材出材率提高24.3%。

(5)各施肥配方的投入產(chǎn)出比不盡相同，介于1∶2.93至1∶1.49之間，總體表現(xiàn)出施肥均有一定的經(jīng)濟效益。從經(jīng)濟效益角度出發(fā)，選擇3年份施肥每年份1次性每株施100 g N+300 g P2O5+100 g K2O配方投入產(chǎn)出比最高，每投入1元錢，可收獲2.93元，利潤率193%。以上投入產(chǎn)出比與李貽銓[18]的杉木中齡林施肥投入產(chǎn)出比1∶3.75接近，驗證了施肥的經(jīng)濟效益。