马尾松、湿地松幼树生物量及养分积累

刘 海，叶功富，朱祥锦，张明友，郑兆飞，高 伟，徐庆忠，曹清育

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002； 2.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；3.政和县林业局，福建 政和 353600； 4.南平市林业局，福建 南平 353000)

马尾松、湿地松幼树生物量及养分积累

刘 海1，2，叶功富2，朱祥锦3，张明友3，郑兆飞4，高 伟2，徐庆忠3，曹清育3

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002； 2.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；3.政和县林业局，福建 政和 353600； 4.南平市林业局，福建 南平 353000)

在福建省政和县杨源乡对相似生境下4年生的马尾松、湿地松幼树生物量和养分积累进行研究，结果表明：除枝生物量为湿地松小于马尾松之外，湿地松幼林的干、皮、叶、主根、侧根生物量均高于马尾松幼林，林分生物量为湿地松大于马尾松；林分不同养分元素的平均含量，C、K、Mg含量为湿地松大于马尾松，N、P、Ca、Fe含量为马尾松大于湿地松；不同部位养分元素含量以叶最大，其次为侧根、枝和皮；不同养分积累量，N、P、Ca的积累量为马尾松大于湿地松，C、K、Mg、Fe的积累量为湿地松大于马尾松。养分利用效率计算表明，湿地松幼林对各养分元素的利用效率高于马尾松，在干物质产出相同的情况下，湿地松幼林从土壤中带走的养分少于马尾松。

马尾松；湿地松；幼树；生物量；养分积累

马尾松(Pinusmassomiana)是南方低山丘陵区群落演替的先锋树种，也是荒山绿化造林的主要树种[1-2]。湿地松(Pinuselliottii)原产于美国东南部，我国自20世纪30年代开始引种，由于它适应性强、生长快、木材用途广、松脂产量高，目前已成为我国南方主要的造林树种之一[1]。其生长发育规律、生物产量和养分循环已有相关报道，田大伦等[1]研究表明，在林分生长发育早期，马尾松生长慢，而湿地松生长快；生长发育后期马尾松生长速度比湿地松快，湿地松人工林各器官和总的养分积累量均高于马尾松，湿地松林养分循环速率低，周转时间长，比马尾松林维持地力的能力差。高伟等[3]研究认为，在相同的立地条件下，湿地松幼树净光合速率日均值是马尾松幼树的1.26倍，与马尾松幼树相比，湿地松幼树具有更强的光合能力。刘煊章等[4]对生境和造林密度等条件基本相似的15年生马尾松、湿地松林分的生物量、生产力进行了比较，发现湿地松林分的生物量和生产力高于马尾松。

尽管已有研究认为在相同立地条件下，马尾松与湿地松在生物量和养分循环上存在显著差异，但2个树种的养分循环对土壤环境的响应，以及对土壤养分的利用效率是否存在差异等尚少见报道。养分利用效率(Nutrient Use Efficiency，NUE)是指单位重量净养分所生产的干物质量，它将变化的生理进程中养分的吸收及植物利用吸收养分的多少用于生物量生产联系起来，对研究生态系统生产力和养分循环具有重要作用，养分在植物体内的循环是植物所有保持养分机制中最重要的策略之一，对竞争、养分吸收、生产力等过程具有重要影响[5]，研究林木生物量与营养元素积累可以评价不同营林措施对森林生态系统地力的影响，为维持森林生态系统土壤肥力提供养分管理策略。因此，本研究以闽北高海拔地区相似生境下同林龄的马尾松、湿地松幼林为试验材料，分析了2个树种生物量及对土壤养分的利用效率，以期为试验区马尾松、湿地松的栽培和管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于福建省政和县东南部杨源乡(27°09′08″N、119°00′51″E)，总面积242 km2；地处洞宫山与风山凹一线的东南坡，地势略向东南倾斜，平均海拔800 m以上；境内群山绵绵，岩种复杂，溪流曲折；气候冬冷夏凉，最高气温34.7 ℃，最低气温-12.2 ℃，年均气温14.7 ℃，昼夜温差大，具典型的“南原北国”气候特点；年均降水量1926.2 mm，其坂头、洞宫、翠溪一带夏秋之交常受大风冰雹袭击。

1.2 研究方法

1.2.1 样地选择 样地位于2008年营造的湿地松、马尾松纯林交界地带，海拔860 m，林下植被丰富，主要为芒萁(Dicranopterisdichotoma)、赤楠(Syzygiumbuxifolium)、乌饭树(Vacciniumbracteatum)、檵木(Loropetalumchinense)、箬竹(Indocalamustesselatus)、杨梅(Myricarubra)、山鸡椒(Litseacubeba)、杜鹃(Rhododendronsimsii)、黄瑞木(Adinandramillettii)、白茅(Imperatacylindricavar.major)等。2012年7月30日在样地内进行每木检尺和按径阶测树高，计算各林分测树因子，林分基本情况见表1。

表1 调查样地基本情况

1.2.2 植物调查与取样 2012年10月19日，分别在马尾松、湿地松幼林内各设置3个面积为400 m2的样方为3个重复。以样方为单位，根据每木检尺结果，选择马尾松、湿地松标准木各3株进行生物量测定，样木伐倒后，按照不同器官分别测定干、皮、枝、叶、主根和侧根的重量，并采集相应的分析样品400 g左右，带回实验室在80 ℃下烘干至恒重，计算含水率和干重生物量，同时，在2种林分内，按S形布点，采集0～20、20～40 cm土层土壤，进行理化性质测定。

1.2.3 测定方法 土壤容重采用环刀法测定，pH采用酸度计法测定，植物和土壤养分：C、N采用元素分析仪(Elementar Vario EL Ⅲ)测定，P采用分光光度法测定，K、Na采用火焰光度法测定，Ca、Mg、Fe采用原子吸收分光光度法测定。

1.2.4 数据处理 养分积累量=生物量×养分浓度；养分利用效率采用刘增文等[6]的计算方法，即采用树木生产1 t树杆(干物质)需要从土壤中吸收的养分数量来反映其对养分的利用效率，吸收量多说明其利用效率低，吸收量少说明利用效率高。采用Microsoft Excel 2003进行数据整理，SPSS 13.0进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 马尾松、湿地松幼林土壤理化性质

由4年生马尾松、湿地松幼林内土壤理化性质(表2)可见，在0～20 cm土层内，马尾松林的土壤容重大于湿地松林，pH小于湿地松林；在20～40 cm土层内，马尾松林的土壤容重大于湿地松林，而pH相等。随着土层厚度的增加，2种林分的土壤有机碳、全氮和有效磷含量均逐渐下降，马尾松林地土壤全磷含量随土层厚度增加而增加，全钾含量随土层厚度增加而减少；湿地松林不同土层内土壤全磷含量无明显差异，全钾含量随土层厚度增加而增加。在0～20 cm土层内，马尾松林地土壤有机碳、全氮、全磷含量均小于湿地松林，全钾和有效磷含量高于湿地松林；在20～40 cm土层内，马尾松林地土壤有机碳、全氮小于湿地松林，全磷、全钾和有效磷含量高于湿地松林。

表2 马尾松、湿地松幼林土壤理化性质

2.2 马尾松、湿地松幼林生物量

由4年生马尾松、湿地松幼林不同组分生物量(表3)可见，除枝生物量为湿地松(541.44 kg·hm-2)<马尾松(947.913 kg·hm-2)之外，湿地松幼林的干、皮、叶、主根和侧根生物量均高于马尾松幼林，4年生幼林的林分生物量为湿地松(6266.988 kg·hm-2)>马尾松(4285.658 kg·hm-2)。

表3 马尾松、湿地松幼林不同组分生物量

2.3 马尾松、湿地松幼林生物量与土壤环境因子的关系

马尾松、湿地松幼林总生物量与土壤环境因子的相关分析(表4)表明，在0～20 cm土层内，马尾松生物量与土壤有机碳、全钾、有效磷含量呈极显著正相关(P<0.01)，与全磷呈显著正相关(P<0.05)，与容重和pH呈不显著负相关(P>0.05)；湿地松生物量与土壤全氮、全钾和全磷呈显著正相关(P<0.05)，与容重和pH呈不显著负相关(P>0.05)。在20～40 cm土层内，马尾松生物量与土壤全氮呈极显著正相关(P<0.01)，与有机碳呈显著负相关(P<0.05)，与容重和pH呈不显著负相关(P>0.05)；湿地松生物量与土壤有机碳和全钾呈显著正相关(P<0.05)，与有效磷呈极显著正相关(P<0.01)。

表4 马尾松、湿地松幼林生物量与土壤环境因子的关系

*：*为P<0.05水平显著；**为P<0.01水平极显著。

2.4 马尾松、湿地松幼林各组分养分含量

由马尾松、湿地松幼林各组分养分含量(表5)可见，与同龄的马尾松相比，4年生湿地松不同组分的C含量均高于马尾松，而N含量除根大于马尾松之外，其他组分均小于马尾松，不同组分P含量和Ca含量均小于马尾松，K含量除干、枝和叶略大于马尾松之外，皮和根也都小于马尾松，Mg含量除枝和皮小于马尾松之外，其他组分均大于马尾松，Fe含量除叶和侧根大于马尾松之外，其他组分均小于马尾松。

由4年生马尾松、湿地松不同养分元素的平均含量可见，C含量为湿地松(50.967%)>马尾松(49.849%)，N、P、Ca、Fe含量为马尾松(分别为0.469%、0.035%、0.497%、0.047%)>湿地松(分别为0.339%、0.023%、0.256%、0.036%)，K、Mg含量为湿地松(分别为0.336%、0.115%)>马尾松(分别为0.316%、0.105%)。不同部位养分元素含量以叶最大，其次是侧根、枝和皮；干、枝、皮、主根中不同养分元素含量排序基本为Ca>N>K>Mg>P>Fe，叶中不同养分元素含量排序为N>Ca>K>Mg>P>Fe，侧根中不同养分元素含量排序为K>N>Ca>Mg>Fe>P。

表5 马尾松、湿地松幼林不同组分养分含量 %

2.5 马尾松、湿地松幼林养分积累

由4年生马尾松、湿地松幼林不同养分元素的积累量(表6)可见，氮、磷、钙的积累量为马尾松(分别为28.314 kg·hm-2、1.726 kg·hm-2、24.161 kg·hm-2)>湿地松(分别为27.189 kg·hm-2、1.674 kg·hm-2、16.812 kg·hm-2)，碳、钾、镁、铁的积累量为湿地松(分别为3204.688 kg·hm-2、23.757 kg·hm-2、7.943 kg·hm-2、1.896 kg·hm-2)>马尾松(分别为2146.336 kg·hm-2、14.482 kg·hm-2、4.959 kg·hm-2、1.485 kg·hm-2)。

表6 马尾松、湿地松幼树不同组分养分积累 kg·hm-2

表6(续)

2.6 马尾松、湿地松幼林养分利用效率

由马尾松、湿地松幼林养分利用效率(表7)可见，每生产1 t干物质，马尾松从土壤中吸收的N、P、K、Ca、Mg、Fe量均高于湿地松，吸收量多说明其利用效率低，吸收量少说明利用效率高，可见，湿地松幼林对各养分元素的利用效率高于马尾松。

表7 马尾松、湿地松幼林养分利用效率 kg·t-1

3 讨论

土壤的质地、结构决定了土壤的通气透水性和水分供给的有效性，使其成为影响植被生长发育的主导因子[7]，而林下植被和枯枝落叶又是影响土壤含水量、土壤硬度、土壤容重等物理性质的重要因子，同时，植被作为土壤有机质的主要来源，对土壤化学性质也有深刻的影响[8]。本研究中，在0～20 cm土层内，湿地松林的土壤容重、持水能力和pH均高于马尾松，说明湿地松林的土壤熟化度高于马尾松林。0～20 cm土层内，马尾松林土壤全氮、全磷含量均小于湿地松林；20～40 cm土层内，马尾松林土壤全氮小于湿地松林，全磷、全钾和有效磷含量高于湿地松林，可见马尾松生长对氮的需求高于湿地松。养分分析表明，马尾松不同组分中的氮含量均高于湿地松，马尾松幼林平均氮含量为0.469%，而湿地松幼林为0.339%；另外，本研究表明，马尾松对土壤表层的养分利用强度大于湿地松，这可能与马尾松、湿地松幼林本身的根系生长特征有关。野外调查发现，马尾松幼林根系主要分布在0～20 cm土层内，侧根长度1.6～2.1 m；而湿地松的根系较马尾松更为发达，其4年生幼林主根深度可达50～76 cm，侧根长可达2.4～3.8 m，因此，湿地松可利用更深层的土壤养分来供应其生长。

大量研究表明，立地条件可影响林木对土壤养分的吸收利用，土壤中养分元素的含量高低直接影响着群落生产力，土壤养分越丰富，群落生产力越高[9]，但土壤中各环境因子并不是单独起作用的，它们之间存在着影响和制约的关系，并且研究区域的大气候环境也制约着土壤环境因子起作用的范围[10]。在林龄相同，立地条件差异不大的情况下，林木在生长发育上的差异主要来自于其本身的生理生态特性和对养分元素的利用效率。高伟等[3]研究发现，湿地松幼树比马尾松幼树有更强的光合和固碳能力，因此，相同林龄的湿地松，其碳的积累量远大于马尾松。本研究中，林龄相同的4年生马尾松、湿地松幼林，除钾、镁含量为湿地松>马尾松之外，氮、磷、钙、铁含量均为马尾松>湿地松。养分利用效率计算表明，每生产1 t干物质，马尾松从土壤中吸收的N、P、K、Ca、Mg、Fe量均高于湿地松，湿地松幼林对各养分元素的利用效率均高于马尾松，因此，在干物质产出相同的情况下，湿地松幼林从土壤中带走的养分少于马尾松。

林启龙[11]和田大伦等[1]对14年生马尾松林和16年生湿地松林的生物量动态和养分循环特征进行研究时发现，马尾松早期生长速度慢，而湿地松早期生长速度快，14年生马尾松人工林的林分蓄积量为199.5 m3·hm-2，16年生湿地松人工林的林分蓄积量为312.5 m3·hm-2，在立地条件类型相同，林分密度和林龄相近的马尾松与湿地松人工林的养分积累和分配状况相差很大(表8、图1)，除树枝外，湿地松的其它各组分和养分总积累量均高于马尾松，其中养分总积累量是马尾松的2倍多，树干积累量是马尾松的5倍多。因此，在采伐利用时，不管是全树利用还是仅利用干材，同马尾松相比，湿地松人工林将带走更多的养分，对地力养分的消耗量更大，在湿地松人工林的经营管理过程中，更应处理好养地与用地之间的关系，否则会造成林地生产力下降。

表8 马尾松、湿地松幼林养分循环参数[1]

图1 马尾松、湿地松养分积累和分配状况的比较[1]

[1]田大伦，项文化，闫文德.马尾松与湿地松人工林生物量动态及养分循环特征[J].生态学报，2004，24(10)：2207-2210.

[2]吴鹏飞，刘爱琴，蒋建，等.不同马尾松无性系测定林生物量及养分积累的比较[J].武夷科学，2012，28(1)：152-157.

[3]高伟，叶功富，郑兆飞，等.相似生境下马尾松与湿地松幼树的光合日动态[J].中南林业科技大学学报，2012，32(10)：34-39.

[4]刘煊章，蔡宝玉.马尾松、湿地松林产量结构比较[J].林业资源管理，1993(5)：28-31.

[5]曹建华，陶忠良，蒋菊生，等.不同年龄橡胶树PR107养分利用效率研究[J].热带作物学报，2010，31(12)：2091-2097.

[6]刘增文，李雅素.刺槐人工林养分利用效率[J].生态学报，2003，23(3)：444-449.

[7]李东海，杨小波，邓运武，等.桉树人工林林下植被、地面覆盖物与土壤物理性质的关系[J].生态学杂志，2006，25(6)：607-611.

[8]和继军，蔡强国，田磊，等.植被措施对土壤保育的作用及其影响因素分析[J].土壤通报，2010，41(3)：706-710.

[9]王长庭，龙瑞军，曹广民，等.高寒草甸不同类型草地土壤养分与物种多样性—生产力关系[J].土壤通报，2008，39(1)：1-8.

[10]赵景学，陈晓鹏，曲广鹏，等.藏北高寒植被地上生物量与土壤环境因子的关系[J].中国草地学报，2011，33(1)：59-64.

[11]林启龙.火炬松、湿地松和马尾松生长特点分析[J].福建林学院学报，2002，22(2)：133-136.

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，Fuzhou350002，Fujian，China； 2.FujianAcademyofForestry，Fuzhou350012，Fujian，China；3.ForestryBureauofZhengheCounty，Zhenghe353600，Fujian，China；4.NanpingForestryBureau，Nanping353000，Fujian，China)

The biomass and nutrient accumulation ofpinusmassonianaandpinuselliottiisaplings with the same forest age under similar habitat were studied in Yangyuan Village，Zhenghe County，Fujian 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

福建省林业厅科研项目(高产脂湿地松种源选择与高海拔区域引种栽培试验，闽林科[2011]3号)；国家林业局南方山地用材林培育重点实验室、福建省森林培育与林产品加工利用重点实验室资助

刘海(1987—)，男，江西九江人，福建农林大学硕士研究生，从事退化生态系统恢复研究。E-mail：haizi88922@126.com。

叶功富(1966—)，男，福建政和人，福建省林业科学研究院教授级高工，博士，从事森林生态管理研究。E-mail：yegongfu@126.com。

S791.248；S791.246

A

1002-7351(2014)01-0049-06