不同经营方式马尾松人工林养分消耗的研究

陈永华

(资兴市林业局， 湖南 资兴 423400)

不同经营方式马尾松人工林养分消耗的研究

陈永华

(资兴市林业局， 湖南 资兴 423400)

对不同经营方式马尾松人工林内N、P、K 3种养分元素的含量、消耗和分配以及它们随林分年龄的变化趋势进行了研究。结果表明： 针叶的养分含量最高,树干材的养分含量最低。3种元素消耗总量为469.68～1577.08kg/hm2，随生长过程中生物量的增加而增大。年净消耗量为31.31～41.5kg/(hm2·a)，随林分年龄增加而增加。大径材经营方式养分消耗为传统经营方式的62% 。

马尾松； 大径材经营； 传统经营； 养分消耗

马尾松(Pinusmassoniana)适应能力强，生长快，耐干旱、瘠薄，是我国南方低山丘陵区中群落演替的先锋树种，同时也是主要的造林树种[1-2]。如何合理的经营和科学系统的去管理马尾松森林资源，并通过对其进行管理来促进马尾松迅速演替进而恢复到相对稳定的地带性植物群落，是当前林业生产实践和生态环境的建设面临的实际问题[3、4]。

在森林生态系统中，维持其稳定和生产力的功能主要是养分元素的消耗和利用。对马尾松养分消耗的研究不但可以发现马尾松生态系统在物质循环上的特点，还可以对林业生产进行指导、对林木生长环境进行调节和改善、促使养分利用率的提升，最后可以使得生产力的提高得以最大化[5-6]。田大伦等[7]研究了马尾松人工林密度调控与养分循环规律，温肇穆等[8]对马尾松的生产力和营养元素生物循环进行了研究。莫江明等[9]通过对鼎湖山自然保护区内马尾松林养分循环的研究，为保护区内马尾松林地的经营管理提供理论依据。李飞等[10]分别研究了人工马尾松阔叶混交林的养分循环和马尾松人工林养分含量。项文化等[11]研究了不同年龄阶段马尾松人工林养分循环的特点。但对于不同经营方式马尾松林养分消耗方面还未有人进行过系统的研究，本研究选择不同经营方式的马尾松人工林作为研究对象，分析其养分消耗的特征，比较不同经营方式养分消耗特点与区别，从而为马尾松人工林的经营管理提供参考依据。

1 研究区概况

研究地位于湖南省资兴市，地理位置为东经113°09′—113°40′，北纬25°34′—26°17′。资兴市地处罗霄山脉南端，地势东高、西低，具有明显的马蹄行三层阶梯[12]，气候温和，雨量充沛，年均气温16.8℃，极端最高气温37.6℃，极端最低气温-7.5℃，历年气温≤0℃的天数为19.8天，≤-5℃的天数0.8天，极端气候持续期短；年无霜期280天以上，年平均日照时数1600h，境内雨水充足，年均降水量1538mm；日均气温大于≥10℃日数为240天，一月平均气温5.4℃，冰冻持续期2～3天，稳定通过10℃的年积温5197℃，属中亚热带季风湿润气候区[13]。试验样地的立地条件相似，各林分直播造林，且为相同的发育体系，林分情况见表1。

表1 不同年龄马尾松人工林的林分特征Tab.1 ThestandfeatureofPinusmassonianaplantationsatdifferentageclasses林龄(a)密度(株/hm2)平均胸径(cm)平均树高(m)林分生物量(t/hm2)树叶树枝树皮树干树根合计林分生产力(t/(hm2·a))15220013.210.79.236.248.4788.348.37120.658.0523120019.114.913.047.6316.83142.6059.60239.7010.463851832.022.614.4726.1619.81173.5817.17251.196.61

2 研究方法

2.1 生物量测定和生产力的估算

分别选择15年、23年、38年生的马尾松人工林样地3块，样地面积为667m2，按传统经营方式(15年+23年)和大径材经营方式(38年)对林分进行分析。林木的分级采用克拉夫特分级法，样地内马尾松进行每木检尺，按照标准木的选择标准选取6株平均标准木，按1m的分段来截取，分别对干、皮枝、叶和根的生物量进行测定，然后通过建立相对生长方程对林分生物量进行估算，把年净增长量作为净生产力的估测指标[14]。

2.2 年凋落物归还量的测定

于3块样地中分别设置5个尼龙网收集器，大小为1m×1m，每月对各收集器中的凋落物收集1次，按照不同组分分别测定干质量。

2.3 样品采集

测定生物量的同时，按干、皮、枝、叶和根等组分采集植物分析样品，其中枝(分当年生枝、一年生、二年生和老枝)，叶(分当年生叶、一年生、二年生和老叶)，根(分<0.2cm、0.2～0.5cm、>0.5cm、根头)。收集凋落物时选取一定数量的凋落物作为化学分析样品，土壤则分0～15cm、15～30cm、30～45cm、45～60cm 4个层次取样。

2.4 样品的化学分析

分别用半微量凯氏法、721分光光度计和原子吸收分光光度计测定样品中的N、P和K[15-17]。

3 结果与分析

3.1 马尾松各组分养分元素的含量

不同年龄阶段马尾松林内各组分的养分含量差异明显(见表2)，由于光合作用的进行离不开针叶这一重要组分，因此其养分含量最高，而树干材的养分含量最低[18]。两者的的养分含量相差在24～163倍之间，中间的是树枝、树皮和树根，三者之间差异不大。

表2 马尾松人工林各组分养分元素的含量Tab.2 NutrientconcentrationincomponentsofPinusmas-sonianaplantations(g/kg)林龄(a)组分NPK叶14.630.934.91枝5.240.452.8915皮4.240.281.80干0.900.040.36根5.370.291.37叶15.301.3715.53枝8.681.0112.1923皮2.820.071.43干0.640.040.67根4.490.204.68叶14.021.4415.21枝7.491.2713.6838皮6.320.040.85干0.580.011.01根2.710.194.42

3.2 马尾松养分元素的消耗量与分配

马尾松林分中3种元素消耗总量为469.68～1577.08kg/hm2(见表3)，随生长过程中生物量的增加而增大。从不同养分元素的总消耗量来看，K、N的消耗量最高，P最低。

为了说明养分元素在各器官的分配情况，将表3中数据作出相应的图1，结果显示养分的消耗与各器官的生物量不成比例关系，林冠枝叶的生物量为总生物量的9%～16%，而养分消耗量最大，占39%～65%。地下部分根的生物量最小，稳定在7%～8%，其养分消耗量也最少，占8%～18%。树干和树皮的生物量最大，为77%～84%，养分消耗占27%～44%。

表3 马尾松养分元素的消耗量与分配Tab.3 NutrientconsumeanddistributionincomponentsofPinusmassonianaplantations林龄(a)组分生物量(t/hm2)各组分百分比(%)养分元素的消耗量(kg/hm2)NPK合计叶9.237.7135.038.5845.32188.93枝6.245.232.702.8118.0353.5415皮8.477.035.912.3715.2553.53干88.3473.279.503.5331.80114.83根8.376.944.952.4311.4758.85合计120.65328.0919.72121.87469.68叶13.045.465.795.8966.78138.46枝7.633.267.707.8895.08170.6623皮16.837.073.771.8337.41113.01干185.2777.3118.577.41124.13250.11根16.937.176.023.3979.23158.64合计239.70401.8526.40402.63830.88叶14.475.8202.8720.84220.09443.80枝26.1610.4195.9433.22357.87587.0338皮19.817.9125.200.7916.84142.83干173.5869.1100.681.74175.32277.74根17.176.846.533.2675.89125.68合计251.19671.2259.85846.011577.08

3.3 马尾松林养分元素的年净消耗量

净消耗量为植物体内养分元素消耗的速率，依赖于林分生物量的增长量及养分元素的消耗量[19-21]。以林分的年平均生长量来估算生产力，求出马尾松林养分元素的年净消耗量(如表4所示)。结果表明，马尾松各林分养分的年净消耗量为31.31～41.5kg/(hm2·a)。各养分元素的年净消耗量变化总的规律是林冠枝叶年净消耗量相对较高，树皮、干次之，地下部分相对较少[22]。同一组分中N、K的年净消耗量最大，P最少。

3.4 马尾松不同经营方式年净消耗量比较

通过比较马尾松传统经营和目标树经营，可知大径材经营方式的生产力、养分年净消耗量分别占传统经营方式的36%和62%。可见，大径材经营方式的年净消耗量较少(见表5)。单独比较两种经营方式的树干的生产力、养分年净消耗量，可发现大径材经营方式的生产力、养分年净消耗量分别占传统材经营方式的33%和39%，其中N、P的年净消耗量差异明显(分别为25%和9%)。可见，树干的养分年净消耗量随生长过程而呈递减，对N、P的需求也逐渐减少。

图1 不同年龄阶段马尾松林养分元素消耗量分配规律Fig.1 Distribution of biomass and nutrients consume of Pinus massoniana plantations of different age classes

续图1 不同年龄阶段马尾松林养分元素消耗量分配规律Continued Fig.1 Distribution of biomass and nutrients consume of Pinus massoniana plantations of different age classes

表4 马尾松林养分元素的年净消耗量Tab.4 NutrientannualnetconsumeincomponentsofPinusmassonianaplantations林龄(a)组分生产力(t/(hm2·a))各组分百分比(%)养分元素的净消耗量(kg/(hm2·a))NPK合计叶0.627.79.000.573.0212.59枝0.425.22.180.191.203.5715皮0.567.02.390.161.023.57干5.8973.25.300.242.127.66根0.567.03.000.160.763.92合计8.0521.871.328.1231.31叶0.575.42.860.262.906.02枝0.333.22.940.344.137.4123皮0.737.03.210.081.634.92干8.0677.15.160.325.4010.88根0.747.13.310.153.446.90合计10.4617.481.1517.5036.13叶0.385.75.340.555.7911.68枝0.6910.45.160.879.4215.4538皮0.527.93.290.020.443.75干4.5769.12.650.054.617.31根0.456.81.220.092.003.31合计6.6117.661.5822.2641.50

表5 马尾松不同经营方式年净消耗量比较Tab.5 Nutrientannualnetconsumeincomponentsofdiffer-entmodeoperationofPinusmassonianaplantations经营方式生产力(t/(hm2·a))N(kg/(hm2·a))传统经营(15年+23年)18.5139.35大径材经营(38年)6.6117.66P(kg/(hm2·a))K(kg/(hm2·a))合计(kg/(hm2·a))2.4725.6267.441.5822.2641.50

4 结论与讨论

(1) 马尾松林内针叶的养分含量最高,树干材的养分含量最低。针叶与树干的养分含量相差在24～163倍之间，中间的是树枝、树皮和树根，三者之间差异不大。

(2) 马尾松林分中3种元素消耗总量为469.68～1577.08kg/hm2，随生长过程中生物量的增加而增大。从不同养分元素的总消耗量来看，K、N的消耗量最高，P最低。养分的消耗与各器官的生物量不成比例关系，林冠枝叶的生物量为总生物量的9%～16%，而养分消耗量最大，占39%～65%。地下部分根的生物量最小，稳定在7%～8%，其养分消耗量也最少，占8%～18%。树干和树皮的生物量最大，为77%～84%，养分消耗占27%～44%。

(3) 马尾松各林分养分的年净消耗量为31.31～41.5kg/(hm2·a)。各养分元素的年净消耗量变化总的规律是林冠枝叶年净消耗量相对较高，树皮、干次之，地下部分相对较少。同一组分中N、K的年净消耗量最大，P最少。

(4) 大径材经营方式的生产力、养分年净消耗量分别占传统经营方式的36%和62%。单独比较两种经营方式的树干的生产力、养分年净消耗量，可发现大径材经营方式的生产力、养分年净消耗量分别占传统材经营方式的33%和39%，其中N、P的年净消耗量差异明显，分别为25%和9%。可见，树干的养分年净消耗量随生长过程而呈递减，对N、P的需求也逐渐减少。在生产实践中对马尾松施肥时，可在幼苗期兼顾三种营养元素，随着年龄的增长可逐渐减少施N、P两种元素的肥料；马尾松大径材经营比传统经营年净消耗的养分少，在树干消耗上最为明显，这为未来马尾松经营指明了一个方向。

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NutrientdepletionofdifferentmodeoperationofPinusmassonianaplantations

CHEN Yonghua

(Forestry Bureau of Zixing City，Zixing 423400，China)

The concentrations, consume and distribution of 3 nutrient elements (N, P, K) in different mode operation ofPinusmassonianaplantations of different age classes were studied. The results showed that nutrient concentrations were the highest in needles and the lowest in stems.The total nutrient consume inPinusmassonianaplantations ranged from 469.68kg/hm2to 1577.08kg/hm2, nutrient concentration increased with stand growth.The nutrient annual net consume in components from 31.31kg/hm2to 41.5kg/hm2, which increased with stand growth.The nutrient depletion of large-diameter timber management style taked up 62% of the traditional mode of operation.

Pinusmassoniana； large-diameter timber business； traditional business； nutrient depletion

2015-08-15

国家林木种质资源平台建设与运行服务(2014-A-13)。

陈永华(1973-)，男，湖南省资兴市人，林业工程师，主要从事林业调查规划和森林资源经营研究。

S 791.248

A

1003 — 5710(2015)05 — 0067 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2015. 05. 015

(文字编校：龚玉子)