米老排1 2年生人工林养分积累及其分配特征*

李远航，舒凡，何斌，廖倩苑，刘俊

(广西大学林学院，广西 南宁530004)

米老排 (Mytilaria laosensis)又名壳菜果、三角枫，属金缕梅科 (Hamamelidaceae)壳菜果属(Mytilaria)常绿阔叶树种，具有生长快、成材早、出材量大等特点，而且其木材结构细密、均匀，干燥速度较快且尺寸稳定性较好，是家具、建筑用材、纸浆及纤维板生产的优质原料。米老排天然分布于中国南方的广东、广西和云南等地区，福建和浙江南部沿海地区也先后引种成功［1］。目前，米老排的研究多集中于生长特性、土壤与水源涵养、生物量和碳贮量等方面［2～4］，对于米老排人工林养分元素积累及分配特征的研究尚未见报道。林木养分的积累与分配是养分元素生物循环的重要环节，是探索森林生态系统物质循环和能量流动的基础［5］。系统地研究人工林中各种养分的含量、积累量和分配规律，既利于揭示人工林生态系统物质循环机制，同时对提高人工林的养分利用效率和生产潜力具有重要作用［6］。本项研究对广西高峰林场12年生 (中龄林)米老排人工林的5种养分元素 (N、P、K、Ca、Mg)的含量进行测量，分析其林分的养分积累量及分配特征，以揭示米老排生长过程中养分元素积累特点和分配规律，为米老排人工林的经营管理特别是养分管理提供科学依据。

1 研究区自然概况

研究区位于广西南宁市北郊的广西国有高峰林场界牌分场 (东经108°21'，北纬22°58')，林场地处南亚热带季风气候带，热量丰富，降水丰沛，年平均日照时数1 550 h，年平均气温21．7℃，年平均降水量1 300 mm，相对湿度约为80%。无霜期360天［5］。试验地位于山坡中上部，海拔约170～190 m，东坡，坡度25～27°，林地土壤为砂页岩发育而成的赤红壤，土层厚度60～100 cm，土壤 (0～40 cm)pH值4．46，有机质、全氮和全磷含量分别为 22．37 g/kg、0．90 g/kg 和 0．26 g/kg，水解氮、速效磷和速效钾含量分别为78．4 mg/kg、0．86 mg/kg 和35．8 mg/kg。

试验地前茬树种为马尾松 (Pinus massoniana)纯林，2001年底砍伐，经炼山整地后，于2002年4月用米老排实生苗造林。2014年3月调查时12年生米老排人工林林分保留密度为1 860株/hm2，平均树高为13．7 m，平均胸径为13．5 cm。由于林分郁闭度 (0．95)大，透光度小，导致林下植物很少，零星分布有糙叶榕 (Ficus irwasana)、盐肤木 (Rhus chinenesis)、蔓生莠竹 (Microstegium vegans)和半边旗 (Pterwas semipinnata)等，盖度约5%，凋落物层以米老排落叶为主，平均厚度3．5 cm。

2 研究方法

2.1 样地设置与样木生物量测定

在立地条件相近、生长良好的12年生米老排人工林设置面积为400 m2(20 m×20 m)标准地3块，对标准地内的林木进行每木检尺，测定内容为树高、胸径和冠幅。在每块标准样地内选取1株能代表林分生长状况的平均木，将标准木伐倒，地上部分采用 Monsic分层切割法［8～9］分别测定树叶、树枝、树皮和树干的鲜重，地下部分采用全挖法，按照根桩、粗根 (直径≥2．0 cm)、中根 (0．5～2 cm)、细根 (＜0．5 cm)分别测定其鲜重，同时分别采集各个器官约200 g的混合样品，带回实验室，在80℃恒温下烘至恒重，计算各器官的干重、标准木的生物量，进而推算出整个林分乔木层的生物量。在每个标准样地内按对角线设置5个1 m2(1 m×1 m)的样方，采用样方收获法测定林下草本层、灌木层以及凋落物层的生物量［8］。

2.2 样品采集和养分元素分析

在测定林分生物量的同时，分别采集林木各器官及林下灌木层、草本层、凋落物层的样品，将各样品先在90℃下短时间杀青后，再在80℃下烘干、粉碎、装瓶、贴签待测。样品中全N用硫酸-高氯酸消煮-凯氏定氮法测定;全P用硫酸-高氯酸消煮-钼锑抗比色法测定;全K用硫酸-高氯酸消煮-火焰光度法测定;交换性Ca、Mg用硝酸-高氯酸消煮-火焰原子吸收光度法测定［10］。

2.3 数据处理

养分积累量=生物量×养分含量;养分元素利用效率=林木养分元素积累量÷林木生物量［11］。利用SPSS 17．0和Excel 2003软件进行平均值、标准偏差以及方差分析。

3 结果与分析

3.1 养分元素含量

米老排12年生人工林各器官养分含量测定结果见表1。从表1可知，米老排各器官的养分元素含量总体表现为树叶最高，其次是树皮，然后是树枝和树根，最低是树干。而就同一器官而言，树叶、树干和树根的N元素含量最高，树枝和树皮中K元素最高。各器官5种养分元素含量由高到的大致次序为:树叶、树干和树根N＞K＞Ca＞Mg＞P，树枝为K＞Ca＞N＞Mg＞P，树皮为K＞N＞Ca＞Mg＞P。

表1 米老排12年生人工林各器官养分元素含量Tab．1 Nutrient concentrations of different organs of 12-year-old Mytilaria laosensis plantation g·kg-1

3.2 养分积累量及其分配

米老排12年生人工林各5种养分元素积累及分配结果见表2。从表2可知，米老排中龄林养分总积累量为1 310．36 kg/hm2，乔木层是森林生态系统中有机物的主要生产场所，其养分积累量为1 177．74 kg/hm2，占人工林养分总积累量的89．88%;草本层、灌木层以及凋落物层的养分积累量分别为2．92 kg/hm2、3．93 kg/hm2和 125．77 kg/hm2，分别占林分总积累量的0．22%、0．30%和9．60%。乔木层不同器官养分积累量由大到小排列为树干(311．19 kg/hm2) ＞ 树枝 (291．86 kg/hm2) ＞ 树根 (232．18 kg/hm2) ＞ 树叶 (218．79 kg/hm2) ＞树皮 (123．72 kg/hm2)。

就不同养分元素在乔木层中的积累而言，N元素的积累量最大，为451．89 kg/hm2，占乔木层养分总积累量的38．37%;P元素的积累量最小，为44．02 kg/hm2，占乔木层总积累量的3．74%;5种养分元素的积累量大小次序为N＞K＞Ca＞Mg＞P。

表2 米老排12年生人工林养分积累与分配Tab．2 Nutrient storage and distribution of 12-year-old Mytilaria laosensis plantation

3.3 乔木层养分元素年净积累量

以乔木层各器官年平均生物量作为净生产力的估算指标，计算出米老排12年生人工林乔木层5种养分元素的年净积累量 (表3)。从表3可知，12年生米老排人工林乔木层养分元素年净积累量为98．15 kg/(hm2·a)，在5种养分元素中，N元素的年净积累量最大，达到37．66 kg/(hm2·a)，其次是 K 元素 33．29 kg/(hm2·a)、Ca元素 18．31 kg/(hm2·a)、Mg元素5．22 kg/(hm2·a)，P 元素的年净积累量最小，为3．67 kg/(hm2·a)。不同的器官中，树干的养分年净积累量最大，为25．93 kg/(hm2·a);树皮的年净积累量最小，为10．31 kg/(hm2·a)，各个器官的年净积累量大小顺序为树干＞树枝＞树根＞树叶＞树皮。

表3 米老排12年生人工林乔木层养分元素年净积累量Tab．3 The nutrient annual net accumulation in tree layer of 12-year-old Mytilaria laosensis plantation kg·hm-2·a-1

3.4 林木养分元素利用效率

养分元素利用效率反映了林木对养分环境的适应和利用状况。目前关于林木养分元素利用效率的计算方法主要采用Chapin指数［12～13］，即林木养分元素积累量与林木生物量的比值。12年生米老排与相近区域的11年生的杉木 (Cunninghamia lanceolata)［14］、马占相思 (Acacia mangium)［8］和湿地松 (Pinus elliottii)［15］以及10年生灰木莲 (Manglietia glauce)人工林［14］的养分元素利用效率见表4。从表4可见，12年生的米老排人工林每积累1 t干物质所需要5种养分元素的总量为7．63 kg，高于相同年龄的杉木 (5．30 kg/t)，但均低于相同或相近林龄的马占相思 (10．02 kg/t)、灰木莲 (8．94 kg/t)和湿地松 (17．30 kg/t)。米老排对5种养分元素的利用效率为P、Mg、Ca、K、N。

表4 不同树种的养分元素利用效率比较Tab．4 Comparison of nutrient utilization efficiency among different tree species

4 结论与讨论

由于不同器官生理机能的不同，米老排人工林各器官养分元素含量存在明显差异，作为同化器官的树叶，是合成有机物质的场所和代谢最活跃的器官，其养分元素含量最高，而以木质为主的干材，生理功能极弱，其中多数养分已被消耗和转移，故其养分元素含量最低，按照养分元素含量大小排列次序为树叶、树皮、树枝、树根、树干。同一器官中的养分元素含量也因养分元素不同而存在差异，树叶、树干和树根大致为N＞K＞Ca＞Mg＞P，树枝为K＞Ca＞N＞Mg＞P，树皮为K＞N＞Ca＞Mg＞P，与相同或相近气候带的杉木［14］、秃杉 (Taiwania flousiana)［14］、湿地松［15］、灰木莲［16］、马尾松［17］以及滇中高原华山松 (Pinus armandi)［18］等树种存在一定的差异，反映了不同树种对养分元素的吸收和积累特点。

12年生米老排人工林的养分总积累量为1 310．36 kg/hm2，其中乔木层养分元素积累量为1 177．74 kg/hm2，占养分总积累量的89．88%;凋落物养分元素积累量为125．77 kg/hm2，占9．60%。由于乔木层中，树冠 (树枝和树叶)和树根养分积累量(742．83 kg/hm2)占乔木层养分积累量的63．07%，树干 (干材+树皮)养分积累量 (434．91 kg/hm2)仅占乔木层养分积累量的36．93%。因此，从长远考虑，采伐时应仅利用树干，而将其他剩余物归还林地，让其自然分解使养分得以重新归还利用，可以减少林地的养分消耗，减少对林地土壤肥力和林地生产力的影响。米老排人工林养分积累量(125．77 kg/hm2)，明显高于相近年龄的杉木［14］和马尾松［17］等速生树种，可见米老排人工林凋落物层养分丰富，这也是米老排人工林起到改善土壤结构和培肥土壤等生态功能的重要原因。

12年生米老排人工林乔木层中5种养分元素的年净积累总量为98．15 kg/(hm2·a)，其中以N元素的年净积累量最大，其次是K、Ca、Mg，P元素的年净积累量最小。米老排每积累1 t干物质所需要5种养分元素的总量为7．63 kg，虽然高于相近林龄的杉木人工林［14］，但明显低于相同或相近林龄的马占相思［8］、湿地松［15］和灰木莲人工林［16］，表明米老排具有较高的养分利用效率。米老排12年生人工林中不同养分元素利用效率大小次序为P、Mg、Ca、K、N。但从该林地土壤主要养分状况看，土壤磷素尤其是有效磷含量很低(小于临界值 3．0 mg/kg)［19］，因此，在米老排人工林的经营管理中，适当施加磷肥，对提高土壤有效磷含量，有利于加快土壤磷素的快速循环，促进米老排的生长发育起到积极的作用。对于米老排人工林龄年凋落物量及养分归还量有待作进一步深入研究，以揭示该人工林养分元素生物循环规律和对林地土壤肥力的影响。

［1］黄正暾，王顺峰，姜仪民，等．米老排的研究进展及其开发利用前景［J］．广西农业科学，2009，40(9):1220-1223．

［2］Lin CHEN，Jie ZENG，Hong-Yang JIA，et al．Growth and nutrient uptake dynamics of Mytilaria laosensis seedlings under exponential and conventional fertilizations［J］．Soil Science and Plant Nutrition，2012，58(5):618-626．

［3］郭友林．米老排杉木混交林的水源涵养功能研究［J］．林业科技开发，2002，16(S1):30-31．

［4］明安刚，贾宏炎，陶怡，等．桂西南28年生米老排人工林生物量及其分配特征［J］．生态学杂志，2012，31(5):1050-1056．

［5］刘恩，刘世荣．南亚热带米老排人工林碳贮量及其分配特征［J］．生态学报，2012，32(16):5103-5109．

［6］梁善庆，罗建举．人工林米老排木材解剖性质及其变异性研究［J］．北京林业大学学报，2007，29(3):142-148．

［7］闫涛，朱教君，杨 凯，等．辽东山区落叶松人工林地上生物量和养分元素分配格局［J］．应用生态学报，2014，25(10):2772-2778．

［8］何斌，秦武明，余浩光，等．不同年龄阶段马占相思(Acacia mangium)人工林养分元素的生物循环［J］．生态学报，2007，27(12):5158-5167．

［9］吴敏，李松涛，秦武明，等．11年生香樟楠人工林的生物量及生产力研究［J］．西部林业科学，2013，42(4):46-51．

［10］鲁如坤．土壤农业化学分析方法［M］．北京:中国农业科技出版社，1999:308-315．

［11］何斌，黄恒川，黄承标，等．秃杉人工林营养元素含量、积累与分配特征的研究［J］．自然资源学报，2008，23(5):903-910．

［12］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．

［13］陈玉萍，何斌，蒙跃环，等．第2代杉木人工林养分元素积累的动态特征［J］．中南林业科技大学学报，2009，29(3):16-20．

［14］何斌，罗柳娟，梁机，等．速生阶段秃杉与杉木人工林养分元素积累及其分配特征［J］．福建林学院学报，2010，30(1):77-81．

［15］肖兴翠，李志辉，唐作钧，等．林分密度对湿地松人工林养分循环速率和利用效率的影响［J］．生态学杂志，2013，32(11):2871-2880．

［16］韦善华，何斌，魏国余，等．速生阶段灰木莲人工林养分元素积累及其分配格局［J］．东北林业大学学报，2012，40(12):36-39．

［17］项文化，田大伦．不同年龄阶段马尾松人工林养分循环的研究［J］．植物生态学报，2002，26(1):89-95．

［18］李元玖，陈奇伯，熊好琴，等．滇中高原华山松人工林生物量及营养元素分配格局［J］．西部林业科学，2014，43(4):54-60．

［19］郭宗祥，左其东．江苏省太仓市耕地地力调查与质量评价［J］．土壤，2007，39(2):318-321．