密度和施肥對滇南尾巨桉人工林生長的影響

李光友 徐建民 羅亞春 陸海飛 張云東 羅 玄 楊寶貴 梁保智 譚禮文

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所國家重點實驗室，廣東 廣州 510520；2.普洱市衛(wèi)國林業(yè)局，云南 普洱 665100）

桉屬（Eucalyptus）樹種通常具有速生、豐產(chǎn)、適應(yīng)力強等特點，廣泛引種于世界各地，其人工林面積約占全世界熱帶人工林總面積的40%[1]。目前，桉樹已成為我國南方速生豐產(chǎn)林的主要造林樹種之一。截止到2018 年底，我國桉樹人工林栽植面積已達546 萬hm2[2?3]，成為國內(nèi)人造板和紙漿等生產(chǎn)原料的重要來源和保障。桉樹木材密度較大、纖維均勻、制漿率高（約0.25 kg/m3），已成為林漿紙產(chǎn)業(yè)的重要原料[4?5]。此外，尾巨桉（E.urophylla×E.grandis）等推廣種植無性系干形通直圓滿、自然整枝好、木材機械加工性能好[6]，成為我國南方重要膠合板原料用材和紙漿材用樹種。尾巨桉等桉樹雜交無性系的通直干形、抗逆性和材性特點表明其人工林經(jīng)營管理可將紙漿材和膠合板材的培育技術(shù)綜合考慮[7]。尾巨桉在云南高海拔地區(qū)也較適生，除無臺風(fēng)影響外，優(yōu)良的立地條件提高了其生產(chǎn)力，如采用合適的造林及施肥等撫育措施對尾巨桉人工林的定向培育將具有更加重要的促進作用[8]。與其他樹種比較，目前種植桉樹速生用材林的周期較短（6 a 以內(nèi)），短輪伐期在用材林滿足木材需要方面具有廣闊的前景，但過快消耗水肥易造成地力衰退。因此，培育過程中應(yīng)考慮林地生產(chǎn)力和林產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[9]。良好培育措施能夠提高林分質(zhì)量和生產(chǎn)力，在生長期通過不同營林措施及施肥類型等，改善和提高肥力，保護植物多樣性和提高林地抗逆，以及改善生態(tài)環(huán)境和提高各類效益至關(guān)重要[10?11]。人工林長期研究發(fā)現(xiàn)，森林良好管理可提高林下植被多樣性并改善林分立地環(huán)境，同時提高土壤酶活性并增加土壤微生物[12?13]。因此，適宜營林措施對于人工林生態(tài)保護和地力維持至關(guān)重要。同樣，桉樹速豐人工林的可持續(xù)經(jīng)營也需要科學(xué)撫育。但目前，桉樹人工林經(jīng)營仍然缺乏對營林施肥等措施的全面認(rèn)識，合理的撫育措施并沒有得驗證和推廣。

撫育施肥是人工林提質(zhì)增效的重要措施之一，是森林經(jīng)營的中心環(huán)節(jié)；適宜的撫育措施在提高林分生長量、改善林木生境促進人工林經(jīng)濟價值和生態(tài)效益成效顯著。已有學(xué)者對閩南地區(qū)尾巨桉人工林的撫育施肥等措施進行了研究[14?15]，也對華南等不同立地條件區(qū)域桉樹人工林采用不同撫育措施進行了研究[8,16?18]，同樣獲得通過科學(xué)營林撫育等可促進人工林生長、土壤微生物群落功能多樣性以及有機物轉(zhuǎn)化功能，從而促進經(jīng)濟價值和生態(tài)效益提升的結(jié)論。因此，本研究選擇適宜的尾巨桉人工林作為研究對象，通過不同密度施肥等措施處理后對4.5 年生尾巨桉的林木生長和效益進行分析，以期找到適宜的密度施肥措施，為滇南地區(qū)尾巨桉人工林培育組裝出合理的營造林管理模式及推廣技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試品種及樣地信息

研究對象為尾巨桉DH33?27 無性系。試驗樣地位于云南普洱市衛(wèi)國林業(yè)局三林場寧洱縣小黑江基地（23°21′02″N，100°57′00″ E），海拔1 300 m，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，平均氣溫為 18.6 ℃，最高氣溫 32.8 ℃，最低氣溫 1.1 ℃；年均降雨量1 400 mm，日照時數(shù) 2 300 h。土壤為中生帶侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)的三迭紀(jì)砂巖發(fā)育而成的磚紅壤，造林前土壤（0～60 cm）的有機質(zhì)含量 6.475 g/kg，全N、全P 和全K 含量分別是0.259、0.142 和3.843 g/kg，有效 N、P 和 K 含量分別為 27.41、0.58、86.20 mg/kg，pH 為4.83。

1.2 試驗設(shè)計

DH33?27 無性系林于2016 年7 月營建。其中肥料試驗設(shè)計了4 種類型（見表1），密度試驗設(shè)計了5 種類型（見表2）。密度和施肥各類型均3 次重復(fù)。施肥試驗株行距2.5 m×3 m。施肥和密度試驗設(shè)計按隨機區(qū)組設(shè)計，林地清理沿等高線人工挖穴，穴規(guī)格為50 cm×40 cm×30 cm，挖穴后施配方基肥并回土填滿。2 個試驗的基肥和追肥使用成分及廠家相同，基肥以有機質(zhì)含量≥20%且N∶P2O5∶K2O 質(zhì)量比為5∶12∶5 的有機復(fù)合基肥，密度試驗施基肥0.5 kg/株；各試驗林施追肥為N∶P∶K∶B∶Zn 質(zhì)量比為17∶10∶9∶0.2∶0.15 氯化鉀型的有機復(fù)合肥。

表1 尾巨桉DH33?27 無性系施肥試驗設(shè)計Table 1 Different fertilizer treatment of DH32-27 clone in trials

表2 尾巨桉DH33?27 無性系密度試驗設(shè)計Table 2 Different treatment of spacing trials for DH32-27 clone in trials

1.3 試驗方法

1.3.1 樣地調(diào)查

按試驗設(shè)計造林及撫育施肥后每年對各樣地的尾巨桉進行每木檢尺，測量樹高（H）和胸徑（DBH）。然后，依據(jù)各樣地樹高和胸徑的平均值計算單株蓄（SV），其計算參考文獻[19?20]內(nèi)方法，具體計算如公式（1）：

為進一步比較分析不同密度、施肥措施對人工林生長的影響，本研究同時對各樣地的單位面積蓄積（V）和連年生長量（CAI）等生長性狀進行計算，連年生長量值為當(dāng)年生長量與前一年生長量的差值。

1.3.2 土壤分析

樣地土壤分析包括pH 值、有機質(zhì)、全N、全P、全K、堿解N、速效P、速效K、微量元素Zn 和B 等的測定與文獻[16]方法相同。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010 對數(shù)據(jù)進行整理及生長各性狀值的計算。運用SAS 8.0 軟件進行數(shù)據(jù)的均值分析、方差分析和Duncan 檢驗，具體方法見參考文獻[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥措施對無性系樹高、胸徑和單株蓄積生長的影響

試驗林地進行撫育試驗后，共調(diào)查3 次，分別在尾巨桉無性系1.5、2.5、4.5 a 時對林分的生長進行了調(diào)查。其中1.5 a 時無性系生長平均樹高7.01 m，胸徑6.38 cm，單株材積0.011 56 m3。而2.5 a 和4.5 a 時林分H、DBH、SV 調(diào)查按不同處理和區(qū)組進行方差分析，結(jié)果見表3。由表3可知，施肥處理間的生長差異在生長性狀間均達到極顯著水平（P0.01），表明不同肥料處理對林木生長有重要影響，由此進行處理間的顯著性檢驗，結(jié)果見表4。

表3 不同施肥措施下尾巨桉無性系林2.5 a 和4.5 a 生長性狀方差分析結(jié)果Table 3 Variance analysis of growth traits for clone at different fertilizer treatment

由表4 可知，尾巨桉無性系2.5 a 時，以處理2 基肥內(nèi)添加鈣鎂磷和處理1 不施2 種處理對單株蓄積最佳，且此2 種處理對單株蓄積生長影響差別不顯著，表明該2 種處理在本階段（2.5 a）前對樹木生長有利，處理2 對生長更為有利。4.5 a時，以處理4 即基肥內(nèi)添加泥炭土為最佳，處理2 和處理1 與處理4 差異不顯著。綜合2 個年度的單株蓄積值分析，泥炭土對于早期生長的促進作用不明顯，到4.5 a 時才達到顯著（P0.05），而鈣鎂磷肥一直對生長都有促進作用，在基肥充足情況下，處理4、2 和1 對生長的影響差異不顯著，處理4 表現(xiàn)出了后續(xù)對生長的快速促進作用。研究結(jié)果也表明泥炭土對林木的影響在施用2.5 a 后才產(chǎn)生較明顯的促進作用，因此處理4 是值得關(guān)注的施肥措施，要達到更理想的生長效果，今后還需要對林分施泥炭土的量進行研究，找到能促進生長最大化的合理施用量。

表4 不同肥料處理對尾巨桉無性系2.5 a 和4.5 a 林分生長影響檢驗結(jié)果Table 4 Duncan test of traits among different fertilizer treatment at different ages

2.2 不同施肥措施對無性系單位面積蓄積及連年生長量的影響

由表5 可知，在尾巨桉無性系1.5～4.5 a 人工林生長整體呈增長階段，第2 階段的連年增長量（37.60 m3/(hm2·a)）比第1 階段連年增長量（29.33 m3/(hm2·a)）提高了28.20%。不同施肥處理條件下的單位面積蓄積達到顯著水平（P0.05），3 次調(diào)查第1 個階段的連年增長量在處理間也達到極顯著水平（P0.01），另外處理與區(qū)組的交互作用在蓄積量和連年增長量上均達到極顯著差異水平。

表5 桉無性系人工林1.5 a、2.5 a、4.5 a 生長方差分析結(jié)果Table 5 Variance analysis of growth traits for clone at different ages

由表6 可知，尾巨桉無性系單位面積蓄積與前面表4 單株蓄積的分析結(jié)果類似，也以基肥內(nèi)添加泥炭土對林分生長有利，其中仍以添加鈣鎂磷和不添加2 種處理間生長差異不顯著，其中泥炭土的添加后對生長的促進作用較為顯著，而添加石灰改變了土壤的酸堿度，造成林分對肥料的吸收可能有較少抑制作用，至于其抑制生長的作用是因為使用量過高、石灰均勻分散度不高還是抑制了養(yǎng)分的釋放等原因，需要今后進一步研究。比較1.5 a 時的單位面積蓄積，以處理1243，再結(jié)合表6，表明基肥中添加鈣鎂磷對林分生長的促進作用較為緩和，而添加泥炭土則在2.5～4.5 a 時生長促進作用更明顯，處理4 和2 是值得關(guān)注的2 種施肥模式。

表6 施肥處理對尾巨桉無性系4.5 a 單位面積蓄積及其1.5、2.5、4.5 a 連年增長量影響的檢驗Table 6 Duncan test of traits among different fertilizer treatment at 4.5 years old

2.3 不同密度對無性系樹高、胸徑和單株蓄積生長的影響

密度試驗林在造林后，分別于尾巨桉無性系1.5、2.5、4.5 a 時對林分的生長進行了調(diào)查。其中1.5 a 時無性系生長平均樹高5.77 m，胸徑5.53 cm，單株材積0.007 95 m3。而2.5 a 和4.5 a 時林分H、DBH、SV 調(diào)查按不同處理和區(qū)組進行方差分析，結(jié)果見表7。由表7 可知，不同密度處理間的生長差異在生長性狀間均達到極顯著水平（P0.01），表明不同密度處理對林木生長有重要影響。

表7 不同密度條件下尾巨桉無性系林2.5 和4.5 a 生長性狀方差分析結(jié)果Table 7 Variance analysis of growth traits for clone at different spacing treatment

由表8 可知，在尾巨桉無性系2.5、4.5 a 時，均以密度5 生長最好，表明該立地最佳密度為密度5 即株行距2.5 m×4 m。密度小的處理1 在早期2.5 a 前生長較快，但后期2.5～4.5 a 生長則明顯變慢，而處理2 則與處理1 正好相反。處理5 生長較為穩(wěn)定，在整個研究期內(nèi)生長均較好，處理4 次之，生長也達到較好的水平。在2.5～4.5 a 期內(nèi)，中到大密度更能促進林分生長，表明此時林分還處于快速生長階段。

表8 不同密度處理對尾巨桉無性系2.5、4.5 a 林分生長影響檢驗結(jié)果Table 8 Duncan test of traits among different spacing treatment at different ages

2.4 不同密度對無性系單位面積蓄積及其連年生長量的影響

對不同密度處理下的試驗林分單位面積蓄積和3 次調(diào)查2 個不同年度的連年生長進行方差分析，結(jié)果見表9。從連年生長數(shù)據(jù)看，在尾巨桉無性系1.5～2.5 a 生長整體呈增長階段，第2 次年增長量（48.96 m3/(hm2·a)）比第1 次年度增長量（27.94 m3/(hm2·a)）提高了75.20%。由表9 可知，不同密度處理間的生長性狀差異達顯著到極顯著差異水平（P0.01）。

表9 尾巨桉無性系密度試驗人工林1.5 a、2.5 a、4.5 a 生長方差分析結(jié)果Table 9 Variance analysis of volume traits for clone at different spacing treatment

由表10 可知，單位面積蓄積與前面表8 單株蓄積的分析結(jié)果不同，密度對蓄積產(chǎn)量產(chǎn)生了較大的影響，盡管單株蓄積較高的處理4，因為密度較大，反而其單位面積蓄積與處理1 即密度最小的相比調(diào)了位置，處理1 的單位面積蓄積在尾巨桉無性系4.5 a 時排在第2，只有處理5 單株蓄積與單位面積蓄積均處于最高水平，表明該密度在當(dāng)前立地條件下是最適合生長的密度。

表10 尾巨桉無性系密度試驗林對4.5 a 單位面積蓄積及其1.5、2.5、4.5 a 連年增長量的檢驗Table 10 Duncan test of volume among different spacing treatment at different ages

2.5 施肥對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

由表11 可知，試驗林土壤偏酸性，較強。對比造林前和經(jīng)過林分生長4.5 a 后土壤化學(xué)屬性變化，土壤pH 值在造林后隨時間增加，酸性有減少的趨勢。兩個試驗林分的土壤有機質(zhì)含量、大量元素N、P、K 及速效N、P、K 都有較大幅度的提高，表明通過種植尾巨桉無性系能提高林分的土壤養(yǎng)分和促進生長。原因可能在于通過林下植被和林分落葉枯枝增加了腐殖質(zhì)，同時林分還減少淋溶作用等，都表明林分盡管在快速生長中消耗了較多養(yǎng)分，同時也在郁閉生境的生長中促進了立地的改善。微量元素在基肥中加入鈣鎂磷（施肥處理2）和泥炭土（施肥處理4）的林分以及密度5，其有效Zn 含量較高，表明添加該類養(yǎng)分和該種密度下的擾動促進了土壤微量元素的釋放，也同時提高了林分的生長水平。

表11 不同施肥措施前后的尾巨桉無性系林分土壤化學(xué)性質(zhì)Table 11 Effect of soil analysis at different fertilizer and spacing treament

2.6 不同施肥、密度類型下的效益分析

在4 種施肥、5 種密度模式下，通過比較林分單位面積蓄積及保存率的差異，以及在差異下的產(chǎn)值和產(chǎn)出投入比，分析和提出適宜的組合和推廣模式。目前由于林分未達到輪伐期，因此預(yù)測試驗林1 個輪伐期（研究區(qū)域紙漿林6 a 為1 個輪伐期）的生長及其經(jīng)濟效益還不現(xiàn)實。目前可以通過林分超過半個紙漿林輪伐期（4.5 a）的生長水平來預(yù)估或評價不同模式的優(yōu)劣及效益差異。在出材率按75%計下，4.5 a 期間的單位面積蓄積量投入和產(chǎn)出結(jié)果見表12。

表12 尾巨桉無性系試驗林4.5 a 預(yù)估收入、利潤率和產(chǎn)出投入比Table 12 The operating cost and economic benefit assessment of plantation at 4.5 years old

3 結(jié)論與討論

不同施肥及密度措施對尾巨桉無性系林分生長的影響差異顯著，顯示出施肥及密度等措施對林分立地、適應(yīng)性及抗逆性水平等因素的改變，由此改變了林分生長水平和保存率，因此這種影響關(guān)系較為復(fù)雜且難以概括[22]，但適宜的營林撫育措施多數(shù)效應(yīng)則有利于林分的生長[15?16,18,23?24]。從本研究結(jié)果看，相比對照合理的處理都提高了林分的生長，9 種不同施肥及密度的單位面積蓄積增量排序以施肥4施肥2施肥1施肥3密度5密度1密度2密度3密度4，效益排序以密度5施肥4施肥1施肥2施肥3密度4密度2密度3密度1，因為不同施肥和密度模式投入費用差異，造成其蓄積與效益排序上的變化，除密度5 處理外，生長水平和效益均以施肥處理高于密度處理；全部效益比較，以密度處理5 的效益最高，而施肥處理4 的單位面積蓄積最高，效益僅次于密度5。

在基肥和追肥條件相同的條件下，合理的添加輔助肥料能顯著增加桉樹人工林的產(chǎn)量，此結(jié)論與文獻[17?18,23,25]內(nèi)的結(jié)論一致，但不同添加對產(chǎn)量的影響存在顯著差異。不同的土壤條件以及桉樹品種對添加肥料類型的需求都有著較大差異，酸性土壤由于缺磷而往往需要添加較多的磷肥，也需要通過添加能降低林分酸堿性的材料，從而提高林分對養(yǎng)分的滿足[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，在滇南中山區(qū)土壤養(yǎng)分含量較好、但因呈酸性到強酸性[27]而缺磷，添加具緩沖作用泥炭土和增施磷肥對種植尾巨桉人工林具有明顯的增產(chǎn)作用，目前看，直接添施石灰并未能對生長產(chǎn)生較明顯的作用，因此石灰在施用中的作用機理需要持續(xù)關(guān)注和研究。

密度處于中等水平的密度2、5 和3 其單株蓄積和單位面積蓄積排序未發(fā)生變化，表明中等密度的生長較為穩(wěn)定，在試驗的5 種密度中最大和最小密度都不太合適于該無性系，盡管當(dāng)前密度1 的單位面積蓄積排名第2，但很難保證1 個輪伐期或大徑級培育時的持續(xù)增長水平，在密度較小，林分個體間出現(xiàn)競爭條件下，密度1 的單位面積蓄積必然會受到較大影響。在尾巨桉無性系2.5～4.5 a，單位面積連年增長量的排序仍然以處理5 和處理1 為最佳，表明林分仍然處于較高的增長水平階段，林分個體間的生長仍然以促進為主，但處理5 的密度最值得關(guān)注。從兩次調(diào)查后的單位面積蓄積連年增長量上看，處理2 在1.5～2.5 a 內(nèi)對增長最高，處理4 在2.5～4.5 a 內(nèi)增長最高，表明肥效的持續(xù)影響時間不同，處理2 鈣鎂磷的持續(xù)影響在2.5 a 內(nèi)，泥炭土對土壤養(yǎng)分的吸收及促進作用延續(xù)到4.5 a。

以尾巨桉無性系行距為3 m 的4 個密度中，有隨著密度增加單株蓄積增長的趨勢，而行距為4 m 的單株蓄積遠大于3 m 的原因，今后要繼續(xù)設(shè)計更高行距的試驗，找到行距和株距的最佳組合。以行距為3 m 的4 個密度中，有隨著密度增加而單位面積蓄積下降的趨勢，而行距為4 m 的單位面積蓄積比行距3 m 的提高較高的原因，也是有必要設(shè)計更高行距試驗，力求找到密度影響生長在行距方面變化的規(guī)律。除處理5 值得關(guān)注外，今后還需要繼續(xù)持續(xù)研究更大林齡條件下的單位面積蓄積的變化，找到單位面積蓄積在1 個輪伐期的密度變化規(guī)律和林分最適密度才是林分培育的最終目標(biāo)。

由于滇南地區(qū)臺風(fēng)少且光照充足，很適宜尾巨桉無性系生長，目前值得推廣的最優(yōu)模式為密度5 和施肥4 的組合，即2.5 m×4 m 和基肥中添加泥炭土，二者單獨處理時對生長和效益的促進作用遠高于其他處理，由于試驗可能存在交互作用，二者聯(lián)合形成的模式是否真正最優(yōu)，還需今后試驗進一步驗證。比較密度2 和施肥1，二者涉及的研究林分密度均為2.5 m×3 m，基肥中均無添加，但二者的生長及效益差異十分顯著，以施肥1 好于密度2，可能原因與立地差異有關(guān)，即施肥1 處于立地的中坡位，而密度2 處于立地的上坡位。要驗證此假設(shè)，今后需對2 處試驗立地分別取土樣分析比較。

由于當(dāng)前木材價格和經(jīng)濟形勢處在一個較低的水平，隨著經(jīng)濟形勢的好轉(zhuǎn)、木材價格的升高、稅收的減免以及大徑級木材的培育[28]等，凈收入等效益勢必將會逐年增加。從目前每公頃收益看，林分已經(jīng)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。尾巨桉無性系示范林在4.5 a 時除密度1 的利潤率低于0.10外，其他處理利潤率在0.10～0.49，而全部處理的產(chǎn)出投入均超過1，最高達到1.5 左右。從桉樹生長規(guī)律看，隨著紙漿林半個輪伐期到1 個輪伐期時近3 a 生長旺盛期到來，其利潤率會逐漸增高，優(yōu)良雜種尾巨桉無性系的產(chǎn)出投入比會逐年增加。因此在優(yōu)良無性系種植、合理人工林栽培和撫育管理措施、良好立地條件下，發(fā)展尾巨桉無性系速生豐產(chǎn)林的經(jīng)濟效益將非常顯著。