桂西南两种桉树人工幼林生物量、营养元素积累量及其分布特征

周弘愿，何 斌，韦建宏，李春宁，廖倩苑，舒 凡，李远航

(1. 广西国有派阳山林场，广西 宁明 532500；2. 广西大学林学院，广西 南宁 530004)

桂西南两种桉树人工幼林生物量、营养元素积累量及其分布特征

周弘愿1，何 斌2＊，韦建宏1，李春宁1，廖倩苑2，舒 凡2，李远航2

(1. 广西国有派阳山林场，广西 宁明 532500；2. 广西大学林学院，广西 南宁 530004)

对广西宁明县相似立地条件下1年生尾巨桉(DH32-29)和雷林1号桉幼林的生物量和5种营养元素(N、P、K、Ca和Mg)积累量及其分配特征进行了研究。结果表明：1年生尾巨桉和雷林1号人工幼林林分生物量分别为13.70和12.06 t·hm–2，不同器官生物量均以树干最大，树叶或树根最小。两种桉树不同器官中营养元素含量均以树叶最高，其次是树皮、树枝和树根，树干最低，林木不同器官中营养元素含量均以N最高，其次是K和Ca，Mg和P最低。1年生尾巨桉幼林营养元素积累量为124.84 kg·hm–2，略低于雷林1号桉幼林(132.76 kg·hm–2)，5种营养元素积累量在尾巨桉人工林的分配为树叶＞树枝＞干皮＞干材＞树根，在雷林1号桉的分配为树枝＞树叶＞干材＞干皮＞树根。尾巨桉幼林营养元素利用效率略高于雷林1号桉幼林。

尾巨桉；雷林1号桉；幼林；生物量；营养元素；桂西南

林木生物量是衡量林地生产力和经营水平及效果的重要指标，而林木营养元素积累与分配则是森林生态系统营养元素生物循环的重要环节。因此，开展林木生物量和营养元素积累与分布的研究，对评价森林生态系统的生产力，指导森林尤其是人工林林木营养管理，提高森林营养元素利用效率和生物生产力具有重要意义[1-2]。桉树(Eucalyptus)具有适应性强，生长迅速，轮伐期短和经济效益高等特点[3]，在市场经济推动下得到快速发展，2010年全球桉树种植面积已超过2 000万hm2，成为世界三大人工林树种之一，同时也是世界关注的重要战略资源[4-5]。我国自1890年开始引种桉树，至今已有120多年历史，至2013年8月桉树种植面积近450万hm2[6]，主要分布在广西、广东、海南等南方17个省(市、自治区)，其中尾巨桉(E. urophylla × E. grandis)和雷林1号桉(E. leizhou No.1)是目前推广种植面积较大的两个优良桉树品种。有关尾巨桉和雷林1号人工林生物量和营养元素特征的研究已有一些报道[7-10]，但对于在同一区域相似立地进行两个桉树品种的相关研究较少，而有关两个品种营养元素特征的对比分析则更少。广西西南部即桂西南是我国桉树人工林的重要生产基地之一，本文拟通过对广西西南部宁明县 1年生尾巨桉(DH32-29)和雷林1号桉人工幼林生物量、营养元素含量、积累量及其分配特征进行研究，以阐明两种桉树幼林生物量和营养元素积累与分布特点，为该区域桉树人工林品种选择和经营管理提供科学依据。

1 研究区的自然概况

研究区位于广西宁明县国有派阳山林场念克分场。宁明县地处北纬21°51´ ~ 22°58´，东经106°38´ ~ 107°36´，属亚热带季风气候, 光照充足, 热量充沛。年平均气温21.9℃，年无霜期达350 d以上，年均降雨量1 500 mm，年平均相对湿度82.5%。试验地土壤为砂页岩发育形成赤红壤，土层深厚，厚度70 ~ 100 cm，其中腐殖质层约12 ~ 15 cm，土壤质地为粘壤土，土壤(0 ~ 40 cm) pH值为4.42，有机质和全氮含量分别为10.52和0.54 g·kg–1，水解氮、速效磷和速效钾含量分别为52.6、0.63和28.3 mg·kg–1。

尾巨桉和雷林1号桉人工林样地互为毗邻，前茬均为马尾松(Pinus massoniana)人工林，均于2012年12月砍伐，经过炼山后挖穴，穴规格为40 cm × 40 cm × 30 cm，造林前每穴施基肥(N:P2O5:K2O= 6:12:7) 0.5 kg，2013年5月中旬分别用尾巨桉DH32-29和雷林1号桉无性系苗造林，定植后3个月追施桉树专用复混肥(N:P2O5:K2O= 15:7:8) 0.5 kg·株–1，两种林分的林地条件相似，抚育管理措施完全一致，具体林分特征见表1。

表1 尾巨桉和雷林1号桉幼林的林分特征

2 研究方法

2.1 试验地设置和林分生物量测定

在1年生尾巨桉和雷林1号桉人工林内分别设置3个面积为20 m × 20 m的代表性标准样地，对标准地内林木进行每木检尺，测定标准地内各样株的树高、胸径、冠幅等性状。在每块标准地内选取1株代表林分生长状况的平均木，伐倒树木后分别测定树叶、树枝、树皮、干材各个器官鲜质量，地下部分(根系)采用全根挖掘法挖取全部根系并测定其鲜质量，然后分别采集各器官500 g左右混合样品带回实验室，于80℃下烘干至恒重并称取质量，计算含水率，根据各器官的含水率计算各器官的干物质质量。

2.2 植物样品养分元素分析

植物样品中氮、磷、钾先采用浓硫酸-高氯酸消化法消煮后，氮采用凯氏定氮法测定[10]，磷用钼锑抗比色法测定[10]，钾采用火焰光度计法测定[11]；钙和镁先采用HClO4-HNO3消化法消煮，然后分别用原子吸收光谱法测定。

2.3 统计分析

利用SPSS 17.0对数据进行平均值、标准偏差以及方差分析，用Excel 2003软件绘制图表。

3 结果与分析

3.1 生物量及其分配

从表2可知，桂西南1年生尾巨桉幼林林分生物量为13.70 t·hm−2，为雷林1号桉幼林(12.06 t·hm−2)的 1.14倍，两种桉树各器官生物量大小排列顺序基本一致，即以干材最大，树叶或树根最小。尾巨桉幼林的树皮、干材和树根均显著高于雷林1号桉幼林(P＜0.05)，而树叶、树皮则略低于雷林1号桉幼林(P＞0.05)。如果将林木按不同结构层次分为树冠(树枝和树叶)、树干(干材和干皮)和树根3部分，则尾巨桉DH32-29和雷林1号人工林的树冠、树干和树根分别占林分生物量的33.34%、55.17%、11.49%和40.62%、51.16%、8.23%。

表2 尾巨桉和雷林1号桉幼林林分生物量及其分配 t·hm-2

3.2 营养元素含量

从表3可知，1年生尾巨桉和雷林1号桉相同器官不同营养元素含量存在一定差异，其中两种桉树不同器官N含量均存在显著差异(P＜0.05)，而Ca、Mg含量除树皮、P含量除树皮和干材、K含量除树叶、树皮和树根外均存在显著差异(P＜0.05)。两种桉树不同器官营养元素含量均表现出相似的变化趋势，即以树叶最高，其次是干皮、树枝和树根，干材最低。同一器官中因品种不同营养元素含量的排序存在一定差异，在尾巨桉中，树叶以N含量最高，干材和树根以K含量最高，树枝和树皮则以Ca含量最高；在雷林1号桉中，树叶和树枝均以N含量最高，树皮以Ca含量最高，干材和树根均以K含量最高。就不同营养元素而言，其在尾巨桉和雷林1号桉各器官的排列次序基本一致，大致为N、K或Ca＞Mg＞P。

表3 尾巨桉和雷林1号桉各器官营养元素含量 g·kg-1

3.3 营养元素积累量

1年生尾巨桉幼林营养元素积累量为124.82 kg·hm-2，略低于雷林1号桉幼林的132.77 kg·hm-2(表4)。由于尾巨桉和雷林1号桉幼林各器官生物量不同，且两种桉树同一器官的营养元素含量也存在一定的差异，因此，不同品种桉树幼林各器官营养元素积累量的大小次序存在一定的差异，尾巨桉幼林各器官中营养元素积累量的分配规律大小次序为树叶＞树枝＞干皮＞干材＞树根，雷林1号桉分配为树枝＞树叶＞干材＞干皮＞树根。若把林木器官分为树冠(树枝和树叶)、树干(干材和干皮)和树根3部分，则尾巨桉幼林的树冠、树干和树根营养元素积累量分别占林分积累量的52.97%、36.80%和10.23%，雷林1号桉幼林占60.87%、32.67%和6.46%。可见，尾巨桉幼林中的树冠生物量、营养元素积累量及其在林分中所占比例均低于雷林1号桉人工林。而从林木中各营养元素积累量来看，尾巨桉和雷林1号桉幼林均为N＞K＞Ca＞Mg＞P，说明两种桉树幼林对不同营养元素具有相似的累积特性。

表4 尾巨桉和雷林1号桉幼林的营养元素积累与分配 kg·hm–2

3.4 营养元素的利用效率

养分利用效率是林木对养分环境的适应以及利用状况的重要表征，一般以植物生物量与植物养分贮量之比值即Chapin指数作为林木养分利用效率的指标[12]。研究表明，林木进入成熟林之前，其营养元素利用效率随林龄的增长而增大[2,12-14]。因此，本文采用与相同或相近林龄的其他树种进行营养元素利用效率的比较。从表5可知，1年生尾巨桉和雷林1号桉幼林每生产1 t干物质需要N、P、K、Ca和Mg等5种营养元素分别为9.11和11.04 kg，与广东雷州市1年生刚果桉(E. ABL12)人工林[15]相近，但均明显低于广西南宁市1.5年生厚荚相思(Acacia crassicarpa)人工林[16]、云南元谋2年生木豆(Cajanus cajan)林[12]和福建省建瓯市3年生锥栗(Castanea henryi)人工林[17]。两种桉树幼林中不同营养元素利用效率均为P＞Mg＞K＞Ca＞N。

表5 不同树种每生产1 t干物质所需养分元素量

4 结论与讨论

本研究中，1年生尾巨桉幼林林分生物量为13.70 t·hm-2，是相似立地条件下雷林1号幼林(12.06 t·hm-2)的1.14倍，均高于相似区域广西南宁市1.5年生厚荚相思人工林(10.64 t·hm-2)[16]。两种桉树幼林不同器官生物量大小排列顺序基本一致，以干材最大，树叶或树根最小。林木不同结构层次生物量大小排列顺序相一致，树干(干材和干皮)＞树冠(树枝和树叶)＞树根。

1年生尾巨桉和雷林1号桉不同器官营养元素含量均以树叶最高，其次是干皮、树枝和树根，干材最低；两种桉树各器官营养元素含量的排列次序基本一致，大致为N、K或Ca＞Mg＞P，与广西南宁市尾巨桉人工林[7]和广东雷州市雷林1号桉人工林[18]的营养元素分配特征基本一致，但同一器官中因品种不同各营养元素含量多数存在显著性差异，表明两种桉树既具有相似的营养元素积累特性，同时也因为品种的不同其对不同营养元素的吸收和积累特性存在一定的差异。

1年生尾巨桉幼林营养元素积累量为124.82 kg·hm-2，略低于雷林1号桉幼林的132.77 kg·hm-2。两种桉树人工林不同器官营养元素积累量大小排序基本一致，均以树叶或树枝最大，其次是干皮或干材，树根最小；林木不同结构层次营养元素积累量大小次序相一致，均为树冠＞树干＞树根。1生年尾巨桉和雷林1号桉树人工林每生产1 t干物质需要5种营养元素量分别为9.11和11.04 kg，与广东雷州市1年生刚果桉人工林(9.42 kg)相近，明显低于云南元谋2年生木豆林和福建省建瓯市3年生锥栗人工林，表明尾巨桉和雷林1号人工林均有较高的养分利用效率。两种桉树幼林中不同营养元素利用效率排序均以P最高，其次是Mg、Ca和K，N最低，与相近林龄的刚果桉[15]、木豆林[12]和锥栗[17]基本一致。

上述研究结果表明，在桂西南相似立地、相同管理措施条件下，1年生尾巨桉比雷林1号桉具有较高的生物量和营养元素利用效率，但由于两种桉树生物学和生态学特性存在一定差异，因此，要揭示两种桉树人工林生物量和营养元素积累与分布及其变化规律，准确反映两种桉树人工林在该区域生长的优劣和养分利用效率的高低有待进一步研究。

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Biomass, Nutrient Accumulation and Distribution Patterns in Young Eucalyptus Plantations in Southwest Guangxi

ZHONG Hong-yuan1, HE Bin2, WEI Jian-hong1, LI Chun-ning1, LIAO Qian-yuan2, SHU Fan2, LI Yuan-hang2
(1. Paiyangshan Forestry Farm of Guangxi, Ningming 532500, Guangxi, China; 2. Forestry College of Guangxi University, Nanning 530004, Guangxi, China)

The accumulation of nutrients (N, P, K, Ca and Mg) in biomass and their vertical distribution in 1-year-old Eucalyptus urophylla × E. grandis (DH32-29) and E. leizhou No.1 plantations growing in the same environment in Ningming County, Guangxi Province, were studied. Results showed that the mean biomass of 1-year-old E. urophylla × E. grandis and E. leizhou No.1 were 13.70 and 12.06 t·hm–2. The stem wood component accounted for the largest portion of total tree biomass, whilst the leaf component and root component were markedly smaller. In terms of nutrient concentrations, all five nutrient elements were at their highest levels in the leaves of E. urophylla × E. grandis and E. leizhou No.1, followed by bark, branches, and roots, whilst they were at their lowest levels in stem wood. Overall, N content was highest, K and Ca contents ranked second, and the Mg and P contents were lowest. The total nutrient accumulations in the E. urophylla × E. grandis plantation at age 1 year was 124.84 kg·hm–2, which was lower than that of the E. leizhou No.1 plantation of the same age at 132.76 kg·hm–2. The amount of nutrient elements in different parts of trees was in the order: leaves > branches > bark > stem-wood > roots for the E. urophylla × E. grandis plantation, and branch >leaves > bark > stem-wood > roots for the E. leizhou No.1 plantation. The nutrient utilization efficiency of the 1 year old E. urophylla × E. grandis plantation was a little higher than that of the E. leizhou No.1 plantation.

Eucalyptus urophylla × E. grandis; E. leizhou No.1; young plantation; biomass; nutrient elements; southwest Guangxi

S718. 5

A

2015-05-07

国家自然科学基金项目(31160152)；广西大学、广西国有派阳山林场重大科技合作项目(2013-3-8)

周弘愿(1979— )，男，工程师，主要从事人工林培育技术工作

＊通讯作者：何斌(1962— )，男，研究员，主要从事森林土壤和森林培育研究. E-mail：hebin8812@163.com

收稿日期：2015-06-06

基金项目：国家国际科技合作专项项目“重要林业病害致病力及多样性研究”(2012DFG31830)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金“桉树重要病原菌物种多样性及致病性研究” (CAFYBB2014MA018)；广东省林业科技创新专项“桉树重大病虫害控制技术研究与示范”(2010KJCX015-03)

作者简介：陈帅飞(1982— )，男，博士，副研究员，主要从事森林病害研究.E-mail: cerccsf@126.com