施肥對三江平原丘陵區(qū)長白落葉松人工林中齡林單木樹冠圓滿度影響

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，黑龍江 佳木斯 154411；2.佳木斯市孟家崗林場，黑龍江 佳木斯 154411；3.森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)經(jīng)營教育部重點實驗室(東北林業(yè)大學)，黑龍江 哈爾濱 150001)

隨著天然林商業(yè)性采伐的停止，人工林木材在市場供應(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)營者的首要目標之一[2]。落葉松(Larixspp.)是我國東北林區(qū)主栽樹種，自上世紀50年代中期就開始大面積栽植[3]。關(guān)于提升其生產(chǎn)力的研究主要集中于樹種組成和密度調(diào)控方面，少有開展相關(guān)措施的應(yīng)用效果方面的評價，而對此研究主要集中于林業(yè)發(fā)達國家，所被評價的措施也多與灌溉、施肥有關(guān)。受東北林區(qū)地形條件所限，施肥有望被人工林經(jīng)營者所采納。關(guān)于施肥與林分生產(chǎn)力的研究，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展尿素噴施試驗，少有開展以提高林地生產(chǎn)力為目標的氮磷鉀綜合施用效應(yīng)評價研究[4～8]。受針葉樹種樹冠的可塑性低于闊葉樹種觀念的影響，施肥后針葉樹種樹冠的響應(yīng)特征研究則更少。以三江平原丘陵區(qū)長白落葉松(Larixolgensis)人工林為對象，通過間伐后的施肥試驗，分析冠幅和冠長的變化，評價落葉松樹冠圓滿度對間伐后施肥的響應(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

此次研究的長白落葉松人工林位于佳木斯市孟家崗林場(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)。該處人工林營造于1988年春，初植密度為5000株/hm2，造林地類為楊樺次生林皆伐跡地。2012年冬進行首次間伐，森林資源采伐設(shè)計資料中記載的全林每木檢尺后統(tǒng)計出的間伐前和間伐后的平均胸徑、郁閉度、密度、平均樹高、蓄積量和樹種組成分別為12.0cm、1.0、2466株/hm2、13.1m、199.74m3/hm2、10落-實柞-榆-糠-黑-白和12.7cm、0.8、1973株/hm2、14.2m、187.18m3/hm2、10落-實柞-榆-黑-白。樹種組成式中：落為長白落葉松；實柞為實生蒙古櫟(QuercusmongolicaFisch. ex Ledeb)；榆為榆樹(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 施肥試驗設(shè)計

2015年6月23日，在長白落葉松人工林中(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250kg/hm2和50kg/hm2)、施氮磷鉀肥(增施純氮、純磷和純鉀量分別為250kg/hm2、50kg/hm2和30kg/hm2)、對照(不施肥)。按照各樣地所設(shè)計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)進行配置，施肥時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 活立木樹高調(diào)查

分別于施肥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)利用超聲波測高儀測定活立木的樹高、枝下高。

1.2.3 活立木冠幅調(diào)查與樹冠形狀指標計算

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)利用紅外線測距儀測定樣地內(nèi)所有活立木的長冠幅、與其垂直的短冠幅，計算平均冠幅、長冠幅與短冠幅之比；利用樹高和枝下高，計算冠長(樹高-枝下高)、冠長率(冠長/樹高)、冠幅與冠長之比；利用冠幅與冠長之比、長冠幅與短冠幅之比、冠長率(冠長/樹高)評價施肥后不同時期落葉松人工林的樹冠圓滿度，并分析落葉松樹冠圓滿度對施肥的響應(yīng)特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 間伐后施肥對落葉松人工林中齡林冠幅影響

落葉松人工林中齡林施肥后不同時期單株長冠幅與其垂直的短冠幅間的回歸關(guān)系結(jié)果表明，研究期間雖然短冠幅與長冠幅之間的線性回歸系數(shù)與“1”相比存在差距，但是隨著時間的延長，該回歸系數(shù)呈現(xiàn)減小趨勢，對照林分由1.2934(試驗3年后)降低至1.1938(試驗5年后)，表明研究期間落葉松長冠幅與短冠幅之間的差距在逐漸減小，間接表明落葉松樹冠圓滿度呈現(xiàn)逐年增加的趨勢。施肥后，落葉松短冠幅與長冠幅間的回歸系數(shù)進一步減小：施肥3年后，3種施肥處理下的短冠幅與長冠幅間的線性回歸系數(shù)為1.2623～1.2834，而對照林分的回歸系數(shù)為1.2934；施肥4年后，3種施肥處理下的短冠幅與長冠幅間的回歸系數(shù)為1.2426～1.2871；施肥5年后，短冠幅與長冠幅間的差距進一步縮小，短冠幅與長冠幅間的回歸系數(shù)更加接近于1∶3種施肥處理的短冠幅與長冠幅間的回歸系數(shù)為1.1430～1.1665，而對照林分的回歸系數(shù)為1.1938，再次表明施肥能夠縮短長冠幅與短冠幅間的差距，提高樹冠的圓滿度。

落葉松單株長冠幅與短冠幅之比所體現(xiàn)出的林分尺度平均樹冠圓滿度結(jié)果表明，隨著施肥量和施肥后時間的延長，落葉松長冠幅與短冠幅之比逐漸減小，體現(xiàn)出樹冠圓滿度逐漸增加：施肥3年后，施氮肥、施氮磷肥、施氮磷鉀肥處理下的落葉松長冠幅與短冠幅之比分別為1.3684、1.3352、1.3360，均低于對照林分的長冠幅與短冠幅之比(1.3786)；施肥4年后，3種施肥處理下的長冠幅與短冠幅之比依次為1.3279、1.3574、1.3399；至施肥5年后，不同處理下的長冠幅與短冠幅之比均進一步降低，施氮肥、施氮磷肥、施氮磷鉀肥處理下的落葉松長冠幅與短冠幅之比分別為1.2270、1.1898、1.2143，均低于對照林分的長冠幅與短冠幅之比(1.2516)。

2.2 間伐后施肥對落葉松人工林中齡林冠長與冠幅關(guān)系影響

落葉松人工林中齡林施肥后不同時期單木冠長(x)與冠幅(f)關(guān)系的研究結(jié)果表明(見表1)，落葉松冠長與冠幅之間呈現(xiàn)顯著的S型曲線變化關(guān)系，且冠幅均小于冠長。從擬合出的回歸模型變化趨勢來看，施肥4年后，相同冠長的落葉松冠幅相比較，施氮肥的落葉松冠幅長于施氮磷肥和施氮磷鉀肥的落葉松冠幅，表明施氮肥的同時若增施磷肥和磷鉀肥可能不利于落葉松冠幅的增加，磷肥和磷鉀肥有利于落葉松冠長的增長。施肥5年后，施氮肥處理與對照林分的落葉松冠長與冠幅間的關(guān)系相近似；活立木冠長小于6m的落葉松，施肥處理與對照處理間的冠幅相近似；活立木冠長超過6m后，施肥處理與對照處理間的冠幅開始出現(xiàn)較大差異：施氮磷肥處理的落葉松冠幅低于施氮肥處理的相同冠長的冠幅，而施氮磷鉀肥處理的落葉松冠幅高于施氮肥處理的落葉松冠幅，表明磷肥和鉀肥對落葉松冠幅的生長起著相反的影響作用。

表1 落葉松人工林中齡林施肥后不同時期單木冠長與冠幅回歸關(guān)系結(jié)果

落葉松單株冠幅與冠長之比所體現(xiàn)出的平均樹冠圓滿度結(jié)果表明，隨著施肥后時間的延長，落葉松冠幅相較于冠長來講，呈現(xiàn)出增長降低，從而使得落葉松的冠幅/冠長的取值呈降低趨勢：施肥4年后，施氮肥、施氮磷肥、施氮磷鉀肥處理下的林分尺度平均冠幅與冠長之比依次為0.7416、0.7310、0.6477；施肥5年后，相應(yīng)處理的該比值分別降低至0.3867、0.4113、0.4153，而對照林分的冠幅與冠長之比較高，為0.4235。

3 結(jié)語

針葉樹種的樹冠可塑性低，其對間伐的響應(yīng)耗時亦較長，表現(xiàn)為冠幅和冠長的緩慢、持續(xù)性變化。間伐后8年內(nèi)(施肥5年后)落葉松人工林的長冠幅與短冠幅間的差距仍然在逐漸減小，間接證明間伐后落葉松樹冠圓滿度呈現(xiàn)緩慢逐年增加的趨勢。施肥是人工林集約化經(jīng)營的首選措施之一[8]，主要應(yīng)用于我國的南方平原地區(qū)，少有開展東北人工林的施肥效果評價研究。本文的研究結(jié)果表明，間伐后施肥能夠明顯縮短長冠幅與短冠幅間的差距，表現(xiàn)為長冠幅與短冠幅之比、冠幅與冠長之比的快速變化，證明間伐后施肥能夠明顯提高落葉松樹冠圓滿度，建議今后應(yīng)加強施肥后林木長期響應(yīng)特征的監(jiān)測。