劉 海，葉功富，朱祥錦，張明友，鄭兆飛，高 偉，徐慶忠，曹清育

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002； 2.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；3.政和縣林業(yè)局，福建 政和 353600； 4.南平市林業(yè)局，福建 南平 353000)

馬尾松、濕地松幼樹生物量及養(yǎng)分積累

劉 海1，2，葉功富2，朱祥錦3，張明友3，鄭兆飛4，高 偉2，徐慶忠3，曹清育3

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002； 2.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；3.政和縣林業(yè)局，福建 政和 353600； 4.南平市林業(yè)局，福建 南平 353000)

在福建省政和縣楊源鄉(xiāng)對(duì)相似生境下4年生的馬尾松、濕地松幼樹生物量和養(yǎng)分積累進(jìn)行研究，結(jié)果表明：除枝生物量為濕地松小于馬尾松之外，濕地松幼林的干、皮、葉、主根、側(cè)根生物量均高于馬尾松幼林，林分生物量為濕地松大于馬尾松；林分不同養(yǎng)分元素的平均含量，C、K、Mg含量為濕地松大于馬尾松，N、P、Ca、Fe含量為馬尾松大于濕地松；不同部位養(yǎng)分元素含量以葉最大，其次為側(cè)根、枝和皮；不同養(yǎng)分積累量，N、P、Ca的積累量為馬尾松大于濕地松，C、K、Mg、Fe的積累量為濕地松大于馬尾松。養(yǎng)分利用效率計(jì)算表明，濕地松幼林對(duì)各養(yǎng)分元素的利用效率高于馬尾松，在干物質(zhì)產(chǎn)出相同的情況下，濕地松幼林從土壤中帶走的養(yǎng)分少于馬尾松。

馬尾松；濕地松；幼樹；生物量；養(yǎng)分積累

馬尾松(Pinusmassomiana)是南方低山丘陵區(qū)群落演替的先鋒樹種，也是荒山綠化造林的主要樹種[1-2]。濕地松(Pinuselliottii)原產(chǎn)于美國東南部，我國自20世紀(jì)30年代開始引種，由于它適應(yīng)性強(qiáng)、生長快、木材用途廣、松脂產(chǎn)量高，目前已成為我國南方主要的造林樹種之一[1]。其生長發(fā)育規(guī)律、生物產(chǎn)量和養(yǎng)分循環(huán)已有相關(guān)報(bào)道，田大倫等[1]研究表明，在林分生長發(fā)育早期，馬尾松生長慢，而濕地松生長快；生長發(fā)育后期馬尾松生長速度比濕地松快，濕地松人工林各器官和總的養(yǎng)分積累量均高于馬尾松，濕地松林養(yǎng)分循環(huán)速率低，周轉(zhuǎn)時(shí)間長，比馬尾松林維持地力的能力差。高偉等[3]研究認(rèn)為，在相同的立地條件下，濕地松幼樹凈光合速率日均值是馬尾松幼樹的1.26倍，與馬尾松幼樹相比，濕地松幼樹具有更強(qiáng)的光合能力。劉煊章等[4]對(duì)生境和造林密度等條件基本相似的15年生馬尾松、濕地松林分的生物量、生產(chǎn)力進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)濕地松林分的生物量和生產(chǎn)力高于馬尾松。

盡管已有研究認(rèn)為在相同立地條件下，馬尾松與濕地松在生物量和養(yǎng)分循環(huán)上存在顯著差異，但2個(gè)樹種的養(yǎng)分循環(huán)對(duì)土壤環(huán)境的響應(yīng)，以及對(duì)土壤養(yǎng)分的利用效率是否存在差異等尚少見報(bào)道。養(yǎng)分利用效率(Nutrient Use Efficiency，NUE)是指單位重量凈養(yǎng)分所生產(chǎn)的干物質(zhì)量，它將變化的生理進(jìn)程中養(yǎng)分的吸收及植物利用吸收養(yǎng)分的多少用于生物量生產(chǎn)聯(lián)系起來，對(duì)研究生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和養(yǎng)分循環(huán)具有重要作用，養(yǎng)分在植物體內(nèi)的循環(huán)是植物所有保持養(yǎng)分機(jī)制中最重要的策略之一，對(duì)競爭、養(yǎng)分吸收、生產(chǎn)力等過程具有重要影響[5]，研究林木生物量與營養(yǎng)元素積累可以評(píng)價(jià)不同營林措施對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)地力的影響，為維持森林生態(tài)系統(tǒng)土壤肥力提供養(yǎng)分管理策略。因此，本研究以閩北高海拔地區(qū)相似生境下同林齡的馬尾松、濕地松幼林為試驗(yàn)材料，分析了2個(gè)樹種生物量及對(duì)土壤養(yǎng)分的利用效率，以期為試驗(yàn)區(qū)馬尾松、濕地松的栽培和管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省政和縣東南部楊源鄉(xiāng)(27°09′08″N、119°00′51″E)，總面積242 km2；地處洞宮山與風(fēng)山凹一線的東南坡，地勢(shì)略向東南傾斜，平均海拔800 m以上；境內(nèi)群山綿綿，巖種復(fù)雜，溪流曲折；氣候冬冷夏涼，最高氣溫34.7 ℃，最低氣溫-12.2 ℃，年均氣溫14.7 ℃，晝夜溫差大，具典型的“南原北國”氣候特點(diǎn)；年均降水量1926.2 mm，其坂頭、洞宮、翠溪一帶夏秋之交常受大風(fēng)冰雹襲擊。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇 樣地位于2008年?duì)I造的濕地松、馬尾松純林交界地帶，海拔860 m，林下植被豐富，主要為芒萁(Dicranopterisdichotoma)、赤楠(Syzygiumbuxifolium)、烏飯樹(Vacciniumbracteatum)、檵木(Loropetalumchinense)、箬竹(Indocalamustesselatus)、楊梅(Myricarubra)、山雞椒(Litseacubeba)、杜鵑(Rhododendronsimsii)、黃瑞木(Adinandramillettii)、白茅(Imperatacylindricavar.major)等。2012年7月30日在樣地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺和按徑階測(cè)樹高，計(jì)算各林分測(cè)樹因子，林分基本情況見表1。

表1 調(diào)查樣地基本情況

1.2.2 植物調(diào)查與取樣 2012年10月19日，分別在馬尾松、濕地松幼林內(nèi)各設(shè)置3個(gè)面積為400 m2的樣方為3個(gè)重復(fù)。以樣方為單位，根據(jù)每木檢尺結(jié)果，選擇馬尾松、濕地松標(biāo)準(zhǔn)木各3株進(jìn)行生物量測(cè)定，樣木伐倒后，按照不同器官分別測(cè)定干、皮、枝、葉、主根和側(cè)根的重量，并采集相應(yīng)的分析樣品400 g左右，帶回實(shí)驗(yàn)室在80 ℃下烘干至恒重，計(jì)算含水率和干重生物量，同時(shí)，在2種林分內(nèi)，按S形布點(diǎn)，采集0～20、20～40 cm土層土壤，進(jìn)行理化性質(zhì)測(cè)定。

1.2.3 測(cè)定方法 土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定，pH采用酸度計(jì)法測(cè)定，植物和土壤養(yǎng)分：C、N采用元素分析儀(Elementar Vario EL Ⅲ)測(cè)定，P采用分光光度法測(cè)定，K、Na采用火焰光度法測(cè)定，Ca、Mg、Fe采用原子吸收分光光度法測(cè)定。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 養(yǎng)分積累量=生物量×養(yǎng)分濃度；養(yǎng)分利用效率采用劉增文等[6]的計(jì)算方法，即采用樹木生產(chǎn)1 t樹桿(干物質(zhì))需要從土壤中吸收的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量來反映其對(duì)養(yǎng)分的利用效率，吸收量多說明其利用效率低，吸收量少說明利用效率高。采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 13.0進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松、濕地松幼林土壤理化性質(zhì)

由4年生馬尾松、濕地松幼林內(nèi)土壤理化性質(zhì)(表2)可見，在0～20 cm土層內(nèi)，馬尾松林的土壤容重大于濕地松林，pH小于濕地松林；在20～40 cm土層內(nèi)，馬尾松林的土壤容重大于濕地松林，而pH相等。隨著土層厚度的增加，2種林分的土壤有機(jī)碳、全氮和有效磷含量均逐漸下降，馬尾松林地土壤全磷含量隨土層厚度增加而增加，全鉀含量隨土層厚度增加而減少；濕地松林不同土層內(nèi)土壤全磷含量無明顯差異，全鉀含量隨土層厚度增加而增加。在0～20 cm土層內(nèi)，馬尾松林地土壤有機(jī)碳、全氮、全磷含量均小于濕地松林，全鉀和有效磷含量高于濕地松林；在20～40 cm土層內(nèi)，馬尾松林地土壤有機(jī)碳、全氮小于濕地松林，全磷、全鉀和有效磷含量高于濕地松林。

表2 馬尾松、濕地松幼林土壤理化性質(zhì)

2.2 馬尾松、濕地松幼林生物量

由4年生馬尾松、濕地松幼林不同組分生物量(表3)可見，除枝生物量為濕地松(541.44 kg·hm-2)<馬尾松(947.913 kg·hm-2)之外，濕地松幼林的干、皮、葉、主根和側(cè)根生物量均高于馬尾松幼林，4年生幼林的林分生物量為濕地松(6266.988 kg·hm-2)>馬尾松(4285.658 kg·hm-2)。

表3 馬尾松、濕地松幼林不同組分生物量

2.3 馬尾松、濕地松幼林生物量與土壤環(huán)境因子的關(guān)系

馬尾松、濕地松幼林總生物量與土壤環(huán)境因子的相關(guān)分析(表4)表明，在0～20 cm土層內(nèi)，馬尾松生物量與土壤有機(jī)碳、全鉀、有效磷含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與全磷呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與容重和pH呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)；濕地松生物量與土壤全氮、全鉀和全磷呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與容重和pH呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)。在20～40 cm土層內(nèi)，馬尾松生物量與土壤全氮呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與有機(jī)碳呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與容重和pH呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)；濕地松生物量與土壤有機(jī)碳和全鉀呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與有效磷呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

表4 馬尾松、濕地松幼林生物量與土壤環(huán)境因子的關(guān)系

*：*為P<0.05水平顯著；**為P<0.01水平極顯著。

2.4 馬尾松、濕地松幼林各組分養(yǎng)分含量

由馬尾松、濕地松幼林各組分養(yǎng)分含量(表5)可見，與同齡的馬尾松相比，4年生濕地松不同組分的C含量均高于馬尾松，而N含量除根大于馬尾松之外，其他組分均小于馬尾松，不同組分P含量和Ca含量均小于馬尾松，K含量除干、枝和葉略大于馬尾松之外，皮和根也都小于馬尾松，Mg含量除枝和皮小于馬尾松之外，其他組分均大于馬尾松，F(xiàn)e含量除葉和側(cè)根大于馬尾松之外，其他組分均小于馬尾松。

由4年生馬尾松、濕地松不同養(yǎng)分元素的平均含量可見，C含量為濕地松(50.967%)>馬尾松(49.849%)，N、P、Ca、Fe含量為馬尾松(分別為0.469%、0.035%、0.497%、0.047%)>濕地松(分別為0.339%、0.023%、0.256%、0.036%)，K、Mg含量為濕地松(分別為0.336%、0.115%)>馬尾松(分別為0.316%、0.105%)。不同部位養(yǎng)分元素含量以葉最大，其次是側(cè)根、枝和皮；干、枝、皮、主根中不同養(yǎng)分元素含量排序基本為Ca>N>K>Mg>P>Fe，葉中不同養(yǎng)分元素含量排序?yàn)镹>Ca>K>Mg>P>Fe，側(cè)根中不同養(yǎng)分元素含量排序?yàn)镵>N>Ca>Mg>Fe>P。

表5 馬尾松、濕地松幼林不同組分養(yǎng)分含量 %

2.5 馬尾松、濕地松幼林養(yǎng)分積累

由4年生馬尾松、濕地松幼林不同養(yǎng)分元素的積累量(表6)可見，氮、磷、鈣的積累量為馬尾松(分別為28.314 kg·hm-2、1.726 kg·hm-2、24.161 kg·hm-2)>濕地松(分別為27.189 kg·hm-2、1.674 kg·hm-2、16.812 kg·hm-2)，碳、鉀、鎂、鐵的積累量為濕地松(分別為3204.688 kg·hm-2、23.757 kg·hm-2、7.943 kg·hm-2、1.896 kg·hm-2)>馬尾松(分別為2146.336 kg·hm-2、14.482 kg·hm-2、4.959 kg·hm-2、1.485 kg·hm-2)。

表6 馬尾松、濕地松幼樹不同組分養(yǎng)分積累 kg·hm-2

表6(續(xù))

2.6 馬尾松、濕地松幼林養(yǎng)分利用效率

由馬尾松、濕地松幼林養(yǎng)分利用效率(表7)可見，每生產(chǎn)1 t干物質(zhì)，馬尾松從土壤中吸收的N、P、K、Ca、Mg、Fe量均高于濕地松，吸收量多說明其利用效率低，吸收量少說明利用效率高，可見，濕地松幼林對(duì)各養(yǎng)分元素的利用效率高于馬尾松。

表7 馬尾松、濕地松幼林養(yǎng)分利用效率 kg·t-1

3 討論

土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)決定了土壤的通氣透水性和水分供給的有效性，使其成為影響植被生長發(fā)育的主導(dǎo)因子[7]，而林下植被和枯枝落葉又是影響土壤含水量、土壤硬度、土壤容重等物理性質(zhì)的重要因子，同時(shí)，植被作為土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源，對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)也有深刻的影響[8]。本研究中，在0～20 cm土層內(nèi)，濕地松林的土壤容重、持水能力和pH均高于馬尾松，說明濕地松林的土壤熟化度高于馬尾松林。0～20 cm土層內(nèi)，馬尾松林土壤全氮、全磷含量均小于濕地松林；20～40 cm土層內(nèi)，馬尾松林土壤全氮小于濕地松林，全磷、全鉀和有效磷含量高于濕地松林，可見馬尾松生長對(duì)氮的需求高于濕地松。養(yǎng)分分析表明，馬尾松不同組分中的氮含量均高于濕地松，馬尾松幼林平均氮含量為0.469%，而濕地松幼林為0.339%；另外，本研究表明，馬尾松對(duì)土壤表層的養(yǎng)分利用強(qiáng)度大于濕地松，這可能與馬尾松、濕地松幼林本身的根系生長特征有關(guān)。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，馬尾松幼林根系主要分布在0～20 cm土層內(nèi)，側(cè)根長度1.6～2.1 m；而濕地松的根系較馬尾松更為發(fā)達(dá)，其4年生幼林主根深度可達(dá)50～76 cm，側(cè)根長可達(dá)2.4～3.8 m，因此，濕地松可利用更深層的土壤養(yǎng)分來供應(yīng)其生長。

大量研究表明，立地條件可影響林木對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用，土壤中養(yǎng)分元素的含量高低直接影響著群落生產(chǎn)力，土壤養(yǎng)分越豐富，群落生產(chǎn)力越高[9]，但土壤中各環(huán)境因子并不是單獨(dú)起作用的，它們之間存在著影響和制約的關(guān)系，并且研究區(qū)域的大氣候環(huán)境也制約著土壤環(huán)境因子起作用的范圍[10]。在林齡相同，立地條件差異不大的情況下，林木在生長發(fā)育上的差異主要來自于其本身的生理生態(tài)特性和對(duì)養(yǎng)分元素的利用效率。高偉等[3]研究發(fā)現(xiàn)，濕地松幼樹比馬尾松幼樹有更強(qiáng)的光合和固碳能力，因此，相同林齡的濕地松，其碳的積累量遠(yuǎn)大于馬尾松。本研究中，林齡相同的4年生馬尾松、濕地松幼林，除鉀、鎂含量為濕地松>馬尾松之外，氮、磷、鈣、鐵含量均為馬尾松>濕地松。養(yǎng)分利用效率計(jì)算表明，每生產(chǎn)1 t干物質(zhì)，馬尾松從土壤中吸收的N、P、K、Ca、Mg、Fe量均高于濕地松，濕地松幼林對(duì)各養(yǎng)分元素的利用效率均高于馬尾松，因此，在干物質(zhì)產(chǎn)出相同的情況下，濕地松幼林從土壤中帶走的養(yǎng)分少于馬尾松。

林啟龍[11]和田大倫等[1]對(duì)14年生馬尾松林和16年生濕地松林的生物量動(dòng)態(tài)和養(yǎng)分循環(huán)特征進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，馬尾松早期生長速度慢，而濕地松早期生長速度快，14年生馬尾松人工林的林分蓄積量為199.5 m3·hm-2，16年生濕地松人工林的林分蓄積量為312.5 m3·hm-2，在立地條件類型相同，林分密度和林齡相近的馬尾松與濕地松人工林的養(yǎng)分積累和分配狀況相差很大(表8、圖1)，除樹枝外，濕地松的其它各組分和養(yǎng)分總積累量均高于馬尾松，其中養(yǎng)分總積累量是馬尾松的2倍多，樹干積累量是馬尾松的5倍多。因此，在采伐利用時(shí)，不管是全樹利用還是僅利用干材，同馬尾松相比，濕地松人工林將帶走更多的養(yǎng)分，對(duì)地力養(yǎng)分的消耗量更大，在濕地松人工林的經(jīng)營管理過程中，更應(yīng)處理好養(yǎng)地與用地之間的關(guān)系，否則會(huì)造成林地生產(chǎn)力下降。

表8 馬尾松、濕地松幼林養(yǎng)分循環(huán)參數(shù)[1]

圖1 馬尾松、濕地松養(yǎng)分積累和分配狀況的比較[1]

[1]田大倫，項(xiàng)文化，閆文德.馬尾松與濕地松人工林生物量動(dòng)態(tài)及養(yǎng)分循環(huán)特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24(10)：2207-2210.

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Biomass and Nutrient Accumulation ofPinusmassonianaandPinuselliottiiSaplings

LIU Hai1，2，YE Gong-fu2，ZHU Xiang-jin3，ZHANG Ming-you3，ZHENG Zhao-fei4，GAO Wei2，XU Qing-zhong3，CAO Qing-yu3

(1.ForestryCollegeofFujianAgricultureandForestryUniversity，F(xiàn)uzhou350002，F(xiàn)ujian，China； 2.FujianAcademyofForestry，F(xiàn)uzhou350012，F(xiàn)ujian，China；3.ForestryBureauofZhengheCounty，Zhenghe353600，F(xiàn)ujian，China；4.NanpingForestryBureau，Nanping353000，F(xiàn)ujian，China)

The biomass and nutrient accumulation ofpinusmassonianaandpinuselliottiisaplings with the same forest age under similar habitat were studied in Yangyuan Village，Zhenghe County，F(xiàn)ujian Province，the results showed that the biomass of stem，bark，leaf，main root and lateral root werepinuselliottii>pinusmassoniana，the stand biomass ofpinuselliottiiforest was higher thanpinusmassoniana；the concentration of N、P、Ca、Fe waspinusmassonian>pinuselliottii，the concentration of nutrient elements in leaves was higher than other different parts，followed by lateral root，branch and skin；the nutrient accumulation of N，P and Ca waspinusmassoniana>pinuselliottii，the nutrient accumulation of C、K、Mg、Fe waspinuselliottii>pinusmassoniana，nutrient use efficiency calculation showed thatpinuselliottiiyoung forest use efficiency of various nutrient elements was higher than that ofpinusmassoniana，with the same dry matter production，the nutrient took away from the soil inpinuselliottiiforest was less than that inpinusmassonianaforest.

pinusmassoniana；Pinuselliottii；sapling；biomass；nutrient accumulation

10.13428/j.cnki.fjlk.2014.01.011

2014-02-28

福建省林業(yè)廳科研項(xiàng)目(高產(chǎn)脂濕地松種源選擇與高海拔區(qū)域引種栽培試驗(yàn)，閩林科[2011]3號(hào))；國家林業(yè)局南方山地用材林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、福建省森林培育與林產(chǎn)品加工利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助

劉海(1987—)，男，江西九江人，福建農(nóng)林大學(xué)碩士研究生，從事退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)研究。E-mail：haizi88922@126.com。

葉功富(1966—)，男，福建政和人，福建省林業(yè)科學(xué)研究院教授級(jí)高工，博士，從事森林生態(tài)管理研究。E-mail：yegongfu@126.com。

S791.248；S791.246

A

1002-7351(2014)01-0049-06