付志高,李蓮芳

(西南林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,昆明 650224)

云南松(Pinusyunnanensis),是西南地區(qū)特有的鄉(xiāng)土樹種,在其分布區(qū)內(nèi)具有其他樹種不可替代的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展等方面的作用[1-3]。近年來,優(yōu)質(zhì)高效用材林精準(zhǔn)培育成為森林培育的熱點(diǎn)之一[4-5]。林木施肥是森林撫育經(jīng)營的措施之一,合理的施肥可改善林木養(yǎng)分,促進(jìn)林木生長[6]。緩釋肥(Slow release fertilizer,SRF)屬復(fù)合肥的一類,其養(yǎng)分會(huì)緩慢釋放于土壤中并持續(xù)地供給被施肥對象[7],傳統(tǒng)的復(fù)合肥富含多種營養(yǎng)元素,養(yǎng)分含量較高且N,P和K均衡[8]。南方紅豆杉(Taxuschinensis)、華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)、槲櫟(Quercusaliena)、和油茶(Camelliaoleifera)等的苗木培育中已有關(guān)于SRF應(yīng)用的研究報(bào)道,其具有促進(jìn)苗木生長的特點(diǎn)[9-12],但在林木施肥方面極少查及SRF應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)。在復(fù)合肥促進(jìn)幼林的生長方面,已有將其作用于巨桉(Eucalyptusgrandis)、蒙古櫟(Quercusmongolica)和西南樺(Betulaalnoides)的報(bào)道[13-15],其效果良好。磷是重要的大量元素之一,對植物生長具有不可或缺的作用,田應(yīng)佳等[16]研究油茶幼林施肥,指出磷肥施用量分別為0.12和0.13kg/畝,樹高和冠幅分別比對照提高18.87%和119.62%。本研究采用L9(34)正交設(shè)計(jì)開展復(fù)合肥(包括SRF)種類及其施肥量的研究,結(jié)合磷肥施肥量的多因素試驗(yàn),分析因素水平及其組合在短期內(nèi)(施肥1a)對12a生云南松林木生長的影響,為進(jìn)一步開展施肥試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的施肥提供參考。

1 試驗(yàn)地和林分概況

試驗(yàn)地位于云南省昆明市宜良縣祿豐村國有林場的尖山林區(qū),其位于25°04′00″N和102°45′41″E,海拔1 859～1 945m,屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均、絕對最高和最低氣溫分別為17.5,31.5和-5℃,年均降水量995.3mm,年相對濕度約68%；林下土壤缺磷少氮,且旱季極為干旱(表1)，土壤屬風(fēng)化程度較高的酸性紅壤[17-18]。祿豐村林場屬云南松分布的中心區(qū)域,為優(yōu)質(zhì)高效用材林培育的重點(diǎn)區(qū)域,施肥將是用材林高效精準(zhǔn)培育中重要的撫育經(jīng)營措施之一。

表1 研究地土壤理化性質(zhì)

研究的試驗(yàn)林為2a生無蹲苗期壯苗營造的人工用材林,其苗木培育的種子來源于彌渡第1代云南松無性系種子園的良種,林分采用1m×2m×5m的非均勻密度(2 850株/hm2)控制造林。試驗(yàn)地的立地條件和林木生長基本一致,林分中有極少量天然更新的小葉青岡(Cyclobalanopsismyrsinifolia),林地的土壤表層已形成較薄的腐殖質(zhì)層。

2 研究方法

試驗(yàn)因素包括肥料種類(A)及其施肥量(B)、磷肥施肥量(C)3個(gè)因素,每因素含3水平(表2),SRF是由德國康樸公司生產(chǎn)進(jìn)口的巴薩克包膜控釋肥；6個(gè)月SRF是指有效釋放期為6個(gè)月,其N∶P∶K為14∶14∶14；9個(gè)月SRF的含義與其相同,僅有效釋放時(shí)間延長3個(gè)月；復(fù)合肥(N∶P∶K為13∶5∶7,總養(yǎng)分≥25.0%)、磷肥為磷酸二銨(N∶P為18∶46,總養(yǎng)分≥64.0%)。根據(jù)試驗(yàn)的因素水平設(shè)定,采用L9(34)正交設(shè)計(jì)開展試驗(yàn)實(shí)施(表3)。

表2 因素及其水平表

表3 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)增加1個(gè)不施肥的對照(ck),共10個(gè)處理組合,每個(gè)處理組合施肥7株,不設(shè)重復(fù),采用樣本代重復(fù)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。施肥前,對林分的林木進(jìn)行每木檢尺(測定胸徑和樹高),并逐株編號(hào)標(biāo)記(油漆和鋁牌雙重編號(hào)),伐除無主梢、樹干彎曲、被壓木、病蟲害嚴(yán)重的林木,選擇樹高高于林分平均木,樹干通直圓滿、生長良好、無病蟲害或危害較輕,具有培育前景的林木進(jìn)行施肥。根據(jù)胸徑逐株計(jì)算施肥量,計(jì)算公式為:

F=(Di/5)×Xi

(1)

式中:F為單株施肥量；Di為胸徑；Xi為因素的水平；5是指以5cm胸徑為1個(gè)施肥量計(jì)算單位。

施肥時(shí),在林地的上坡位林木冠幅的1/2處開挖寬×深為20cm×10cm半環(huán)狀施肥溝,按照處理組合設(shè)定和逐株計(jì)算的施肥種類和施肥量稱量不同種類肥料混合后,均勻地施入開挖的施肥溝內(nèi),并用土壤覆蓋后以不見肥料外露為宜,其上加覆松針保證肥料分解后能更好地被根系吸收。施肥于頭年2月開展,并于翌年同一個(gè)月逐株對號(hào)進(jìn)行每木檢尺,并計(jì)算材積和處理組合及因素水平的胸徑、樹高、材積增長率,材積計(jì)算公式:

Vi=0.00008715105×Di1.9544793×Hi0.7558395

(2)

式中:Vi為單株材積；Di為胸徑；Hi為樹高[19]。

應(yīng)用Excel和SPSS 24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析,為滿足方差分析的齊性要求,如果增長(百分)率有<30%或>70%,先進(jìn)行反正弦變換后再進(jìn)行方差分析,采用Duncan′s法進(jìn)行多重比較[20]。

3 結(jié)果與分析

3.1 施肥的水平組合對胸徑和樹高生長的影響

3.1.1胸徑和樹高增長率

如表4所示,施肥前,處理組合的平均胸徑、樹高和材積分別為10.5～13.4cm,6.2～7.4m和0.035～0.063m3/株(對照樣本為13.0cm,7.1m和0.058m3/株)；施肥后1a時(shí),胸徑和樹高增長率分別為4.29%～12.37%和7.96%～22.58%(對照的3.80%和10.21%)；處理組合間,胸徑和樹高增長率均呈現(xiàn)極顯著的差異(P胸徑≈0.000<0.01,P樹高=0.003<0.01),處理組合6(0.75kg/5cm的6個(gè)月緩釋肥和0.50kg/5cm磷肥)的胸徑增長率極顯著地高于除處理組合4(0.25kg/5cm的9個(gè)月緩釋肥和0.75kg/5cm磷肥)和8(0.50kg/5cm的復(fù)合肥和磷肥)以外其余的；處理組合5(0.50kg/5cm的9個(gè)月緩釋肥和1.00kg/5cm磷肥)的樹高增長率最高,除處理組合4和8的外,其余處理組合的樹高增長率均高于對照樣本。一方面,表明施肥對云南松人工林在短期內(nèi)即呈現(xiàn)促進(jìn)生長的效應(yīng),且對胸徑的促進(jìn)效果優(yōu)于樹高的；另一方面,胸徑和樹高生長對肥料種類及其施肥量的需求不同。此外,復(fù)合肥和磷肥配施,在施肥后1a的短時(shí)間尺度范圍內(nèi)即呈現(xiàn)促進(jìn)林木生長的效果,若連續(xù)施肥,也許可在生產(chǎn)實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)云南松木材的加速培育。

表4 施肥前后林木生長量統(tǒng)計(jì)

3.1.2胸徑和樹高增長率隨因素水平的變化

表5的結(jié)果顯示,施肥后,影響云南松林木胸徑生長的主導(dǎo)因子為肥料種類,其中,復(fù)合肥的胸徑增長率顯著地高于6個(gè)月緩釋肥的(P=0.029<0.05),即釋放較快的復(fù)合肥迅速促進(jìn)胸徑生長；磷肥的因素水平間,0.50kg/5cm磷肥的胸徑增長率極顯著地高于其余2水平的(P≈0.000<0.01),隨著磷肥施用量增加,胸徑增長率隨著降低,即短期內(nèi)磷肥施用量和胸徑增長率負(fù)相關(guān),也許是復(fù)合肥(包括SRF)中磷含量已可滿足胸徑生長的需求,較大量的磷肥施入未被林木吸收利用導(dǎo)致的；復(fù)合肥施肥量的水平間,0.25kg/5cm的優(yōu)于其它水平的,即此階段,雖然施肥可促進(jìn)林木胸徑生長,但其對養(yǎng)分需求相對較低。胸徑增長率的理論優(yōu)水平組合是0.25kg/5cm復(fù)合肥與0.50kg/5cm磷肥配施,與實(shí)際增長率最高的不一致(表4和5),也許是交互作用對胸徑增長率具有極顯著的差異性導(dǎo)致的(P≈0.001<0.01)。

表5 生長指標(biāo)增長率隨因素水平的變化

與胸徑的不同,影響樹高增長率的主導(dǎo)因子是磷肥；與胸徑的類似,施復(fù)合肥的樹高增長率依然高于其余2種肥料的；磷肥的水平間,1.00kg/5cm磷肥的優(yōu)于其余2水平的；與胸徑的不同,磷肥施用量和樹高增長率呈正相關(guān),復(fù)合肥施肥量0.50kg/5cm優(yōu)于其余2種施肥量的；樹高增長率的理論優(yōu)水平組合是復(fù)合肥和磷肥,分別為0.50和1.00kg/5cm配施的,與實(shí)際最高的也不一致(表4和表5),原因與胸徑的類似,交互作用對樹高增長率具有顯著的差異影響(P=0.014<0.05)。以上結(jié)果表明,與處理組合分析的相一致,有益于胸徑和樹高生長的施肥配方及肥料種類均不一致,因胸徑是培育大徑級(jí)木材的直接因子,且其對材積的影響大于樹高的,施肥以最大限度促進(jìn)胸徑生長為主,因此,從施肥后1a的林木生長效應(yīng)角度,選擇胸徑最優(yōu)的作為此類林分的施肥配方。

3.2 材積增長對施肥的響應(yīng)

施肥1a后,處理組合的單株材積增長率為20.13%～38.39%,且均高于對照的(15.76%)；處理組合間的差異狀況與胸徑的相一致(P=0.004<0.01),處理組合6的增長率最高,較對照提高22.63%(表4),揭示施肥在短時(shí)間尺度范圍即實(shí)現(xiàn)極顯著促進(jìn)云南松材積生長的目的,對提供林分蓄積量具有重要作用,是云南松幼林階段重要且有效提高森林蓄積及其質(zhì)量的森林撫育經(jīng)營技術(shù)措施之一；復(fù)合肥(包括SRF)和磷肥配施且施肥量按其胸徑每5cm為單位計(jì)算可應(yīng)用于云南松幼林短期施肥的生產(chǎn)實(shí)踐中。與胸徑不同,促進(jìn)材積增長的主導(dǎo)因子為磷肥；肥料種類中,9個(gè)月SRF的材積增長率顯著地高于6個(gè)月SRF的(P=0.040<0.05),即釋放有效期長而緩慢釋放的養(yǎng)分有益于樹高增長,也許是因?yàn)橥寥乐挟a(chǎn)生的腐殖質(zhì)層提供部分養(yǎng)分后,人為稍加施肥補(bǔ)償部分養(yǎng)分即可滿足樹高生長導(dǎo)致的；復(fù)合肥施肥量的水平間,0.25kg/5cm略優(yōu)于其余水平的；磷肥的水平間,與胸徑的相同,0.50kg/5cm磷肥的增長率極顯著地高于其余2水平的(P≈0.000<0.01)；材積增長率的理論優(yōu)水平組合與胸徑的不完全一致,是9個(gè)月SRF和磷肥分別為0.25和0.50kg/5cm配施的,與實(shí)際最高的因素水平也不一致(表4和表5)。材積增長率的分析結(jié)果進(jìn)一步證實(shí),施肥極顯著促進(jìn)云南松幼林生長,此階段相對較少量的施肥量可在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)極顯著促進(jìn)林木材積生長的目的；材積增長率的理論優(yōu)水平組合與實(shí)際增長最大的不相一致,原因與胸徑的相同；其主導(dǎo)因子與胸徑的不一致,是因?yàn)椴姆e主要受胸徑影響前提下,也在一定程度上受樹高影響的結(jié)果。

3.3 施肥對胸徑和樹高生長的交互效應(yīng)分析

因交互作用對胸徑和樹高增長率分別具有極顯著和顯著的差異影響,故對其進(jìn)行交互作用分析。肥料種類與磷肥對胸徑增長率的交互作用中,當(dāng)0.5kg/5cm磷肥與9個(gè)月SRF共同施用時(shí),極顯著地促進(jìn)胸徑生長,且是胸徑交互作用中生長最優(yōu)的,而6個(gè)月SRF和復(fù)合肥與此水平磷肥配施,則胸徑生長極顯著低于9個(gè)月SRF配施的。與生長量分析中,云南松幼林期對人為補(bǔ)充的養(yǎng)分需求相對較低結(jié)論相一致,也許緩慢釋放的養(yǎng)分與磷肥配施有益于胸徑生長；0.75kg/5cm磷肥的與0.5kg/5cm的相一致,但是,其促進(jìn)胸徑生長的效果較0.5kg/5cm的差；當(dāng)1.00kg/5cm磷肥和6個(gè)月SRF或復(fù)合肥共同施用時(shí),較其與9個(gè)月SRF的胸徑生長快,即相對較高水平的磷肥與緩慢釋放的9個(gè)月SRF配施,極顯著降低胸徑的生長(圖1(a))。交互作用對胸徑生長影響的結(jié)果,一方面，證實(shí)理論優(yōu)水平與實(shí)際試驗(yàn)最優(yōu)處理組合不一致是交互作用的復(fù)雜性導(dǎo)致的,另一方面,也揭示不同種類復(fù)合肥與磷肥的不同水平配施,對胸徑生長具有極顯著的差異影響。最優(yōu)水平的磷肥與最適復(fù)合肥種類配施,可最大限度促進(jìn)胸徑在短期內(nèi)生長,相反,不適宜磷肥水平與復(fù)合肥種類混合施肥,不但對生長無益,也許還在一定程度上抑制云南松幼林生長。在獲得有益云南松幼林生長的最佳磷肥施肥量與最優(yōu)復(fù)合肥種類前提下,尚需試驗(yàn)研究最優(yōu)肥料種類施肥量與磷肥施肥量間的交互效應(yīng)。

注圖中C1,C2和C3分別是指磷肥施肥量分別為0.50,0.75和1.00kg/5cm。

肥料種類與磷肥對樹高增長率的交互作用中,0.50kg/5cm磷肥與肥料種類共同作用對樹高和胸徑的促進(jìn)作用相一致；與胸徑的不同,0.75kg/5cm磷肥與復(fù)合肥共同施用時(shí),顯著地促進(jìn)樹高生長,且是所有交互作用中樹高生長最優(yōu)的,但6個(gè)月和9個(gè)月的SRF與此水平磷肥配施,樹高生長較前者的低,而且與9個(gè)月SRF的顯著地降低樹高生長；1.00kg/5cm磷肥分別與6個(gè)月和9個(gè)月的SRF、復(fù)合肥的配施,樹高增長率出現(xiàn)逐漸增高的趨勢(圖1(b)),也許是樹高生長對土壤養(yǎng)分需求較胸徑的更高導(dǎo)致的,這有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

有益于胸徑和樹高生長最優(yōu)交互作用的磷肥施肥量和肥料種類不同,進(jìn)一步證實(shí)云南松幼林胸徑和樹高生長對肥料種類和施肥量的需求不一致,因此,施肥以有利于胸徑和材積生長為主開展。磷肥與復(fù)合肥配施,肥料種類和施肥量的不同組合,對云南松幼林生長具有復(fù)雜的影響。為實(shí)現(xiàn)最大限度促進(jìn)林木生長的目的,在云南松高效培育的幼林撫育經(jīng)營施肥實(shí)踐中,應(yīng)根據(jù)立地條件在科學(xué)試驗(yàn)研究的前提下開展,一方面,可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥的目的,另一方面,降低成本提高投入產(chǎn)出效益,即提高林地生產(chǎn)力降低培育成本。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

采用L9(34)正交設(shè)計(jì)開展復(fù)合肥(包括SRF)及其施肥量,結(jié)合磷肥的多因素對云南松幼林生長影響的試驗(yàn)研究。施肥1a后,處理組合的胸徑、樹高和材積增長率分別達(dá)4.29%～12.37%,7.96%～22.58%和20.13%～38.39%(對照的3.80%、10.21%和15.76%),處理組合間且均呈現(xiàn)極顯著的差異(P<0.01)。影響胸徑增長率的主導(dǎo)因子是肥料種類,樹高和材積的則是磷肥。交互作用對胸徑和樹高增長率具有極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)的差異影響；實(shí)際試驗(yàn)、直觀(極差)和交互作用分析結(jié)果顯示,有益于胸徑和樹高生長的肥料種類和最優(yōu)組合不一致,肥料種類及其施肥水平的組合對云南松幼林生長呈現(xiàn)復(fù)雜的影響。綜合理論與實(shí)際的最優(yōu)處理組合,以及影響林木材積的主要因子,0.75kg/5cm的9個(gè)月緩釋肥和0.50kg/5cm磷肥配施,可于1a的短期內(nèi)促進(jìn)云南松幼林生長,提高林分蓄積量。

4.2 討論

胡榮仙[21]對濕地松(Pinus.elliottii)幼林開展施肥試驗(yàn),結(jié)果試驗(yàn)實(shí)施后2a時(shí),復(fù)合肥可顯著提高其胸徑、樹高和材積的生長量,本研究僅1a的試驗(yàn)實(shí)施期,結(jié)果與其相似,即施肥可促進(jìn)幼林的生長；李勇[22]以杉木良種林分為研究對象,開展施肥試驗(yàn),結(jié)果N∶P∶K為12∶12∶6和N∶P∶K=16∶16∶16的復(fù)合肥分別有利于胸徑和樹高生長,本研究胸徑和樹高生長對肥料種類需求不一致的結(jié)果與其類似。

卓國慶等[23]對7a生杉木人工幼林進(jìn)行施肥,磷肥施用量500g/株可顯著促進(jìn)其材積增長,施肥5a后平均單株材積(0.081m3/株)較對照(0.022m3/株)提高0.059m3/株,本研究結(jié)果與其相似；陳代喜等[24]開展尾葉桉(E.urophylla)幼林施肥研究中,N，P和K肥對材積的影響順序?yàn)榱追蚀笥谄溆鄡煞N大量元素的,本研究磷肥是促進(jìn)材積增長的主導(dǎo)因子與其類似；趙敏沖等[25]對5a生馬尾松人工幼林開展施肥研究,施肥1.5a后馬尾松幼林木生長與磷肥施用量之間的關(guān)系符合一元二次拋物線方程,胸徑和樹高均存在1個(gè)峰值,峰值以前,其隨著磷肥施肥量的增加而上升,峰值以后則相反,這與本研究結(jié)果磷肥施用量和胸徑增長負(fù)相關(guān),樹高則為正相關(guān)不同,是否為樹種特性或施肥量水平間差異較小導(dǎo)致的,有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

本研究中磷肥和復(fù)合肥的交互作用對云南松幼林胸徑和樹高生長分別具有極顯著和顯著的差異影響,這與梁曉靜等[26]對肉桂(Cinnamomumcassia)人工林施肥的研究結(jié)果磷肥和K肥的交互作用對肉桂胸徑和樹高生長較為明顯相似,但與李寶福等[27]對桉樹幼林施肥的磷肥與復(fù)合肥的交互效應(yīng)不明顯不同,其原因可能是由于林齡、樹種特性或試驗(yàn)因素水平等差異導(dǎo)致的,有待大量的樹種及方法的試驗(yàn)研究以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)其作用規(guī)律。