施N肥对会同杉木人工林N、P含量的影响

赵 月， 陈 婵， 陈安娜 (1.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004； 2.南方林业生态应用技术国家工程实验室， 湖南 长沙 410004)

施N肥对会同杉木人工林N、P含量的影响

赵 月1，2， 陈 婵1，2， 陈安娜1，2
(1.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004； 2.南方林业生态应用技术国家工程实验室， 湖南 长沙 410004)

以湖南会同杉木基地Ⅱ号集水区杉木人工林为研究对象，对其进行施N肥实验，并进行一年期采样，测定不同施肥处理下N肥对杉木林N、P含量的影响及杉木器官与土壤N、P含量之间的相关关系。结果表明：施肥能够提高杉木土壤、细根、叶片的N和P含量，其中施N肥25 g/m2能提高土壤的N、P含量，施N肥25 g/m2比施N肥5 g/m2和15 g/m2更能提高土壤中细根的N、P含量，施N肥5 g/m2比施N肥15 g/m2和25 g/m2对提高叶片中的N含量的效果好，施N肥并未提高凋落物N含量。会同杉木人工林氮磷含量的增加说明施肥能够促进杉木林的生长。

施N肥； 杉木人工林； 氮磷含量

近十几年来，人工林发展迅速，世界人工林总面积约1.8亿hm2，其中发达国家约1亿hm2，发展中国家为0.812 0亿hm2。特别是近20年来在热带、亚热带地区速生丰产林发展迅猛，营造速生丰产林已成为当今世界林业发展的一种趋势[1]。杉木人工林给人类带来了巨大的效益，也为世界林业发展提供了宝贵的经验，但杉木人工林的发展也出现了许多弊端，其中最主要的是人工林立地质量下降影响林地的生产力长期保持的问题，这已引起了各国林业学者的关注，成为营林学科研究的热点。许多学者希望通过施肥来维持林地的生产力，并做了大量的林木施肥试验研究。大量的研究表明，施肥能增加林地养分和改善土壤性状[2-4]，对提高或维持林地生产力具有重要作用。

陆地生态系统生产力主要受N元素的限制[5]，增加生态系统中的有效N含量可提高植物光合作用和生态系统的初级生产力[6-7]。施肥可影响植物N、P吸收机制，改变群落的优势物种，促使植物调整化学计量、改变生物量分配以更好地竞争有效资源。施肥通过直接改变土壤养分影响植物N、P含量[8]。营养匮乏地区的施肥差异可导致植物养分吸收能力的显著变化：在P缺乏的沼泽地施N肥可促使植物根系死亡[9]。而夏威夷森林中植物根在N匮乏地区比P匮乏地区更替的速度快，前者施P后效果更显著[10]。本文通过开展对湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站Ⅱ号集水区的杉木人工林进行施N肥和采样工作，对不同施肥梯度的杉木林进行为期一年的试验，探讨N肥对杉木林N、P含量及杉木器官与土壤N、P含量之间的关系，为杉木林生态系统的养分机制提供基础数据。

1 研究区概况

湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测站和南方林业生态应用技术国家工程实验室为研究基地，实验地选择在湖南省会同县广坪镇生态站杉木基地，地理坐标为26°50′N，109°45′E。试验地处湖南省西南部，东枕雪峰山脉，西倚云贵高原，位于省境中部偏西，中国第二级地势阶梯的南段转折带，云贵高原东坡过渡到江南丘陵的东侧边幅，是较独特的地理单元，属低山丘陵地貌，海拔120～200 m，坡度为15°～25°。年均气温16.8 ℃，无霜期为270～300 d，日照时数年均1 677.1 h；雨量充沛，年平均降雨量1 422 mm，属典型的亚热带湿润季风气候。

样地内植被主要为杉木，林分特征详见表1。根据调查，样地内还有少量的油桐(Vernicia fordii(Hemsl.))、千年桐(Aleurites montana)和白栎(Quercus fabri Hance)。样地内的土壤主要为黄壤，土壤的理化性质详见表2。

表1 样地林分特征Tab 1 Characteristicsofthethreeagedstandsofchinesefirplantations林分密度(株/hm2)郁闭度平均胸径(cm)平均树高(m)凋落物量(g/m2)15020 813 611 5540

表2 土壤理化性质Tab 2 Thephysicalandchemistrypropertiesofsoil容重(g/cm3)pH值温度(℃)C(mg/g)N(mg/g)P(mg/g)1 194 8616 313 9±0 771 32±0 090 6±0 05

2 研究方法

2.1样地设置及施肥方案

在研究区Ⅱ号集水区坡底处选取2块20 m×20 m的试验大样方，每个大样方平均分为4个小样方A、B、C、D，Ⅱ号集水区的1号样地与2号样地按“田”字形平均分为A、B、C、D，分别为不施肥、施N肥5 g/m2、施N肥25 g/m2、施N肥15 g/m2。本研究中选用的N肥是含N 46%的尿素，在2014年6月底进行施肥，每季度采集一次样品，进行为期一年的试验。

2.2土样和植物样品采集

每块小样方选一个点，土壤剖面取样总深度为60 cm，由上至下分为1、2、3层(0～15 cm，15～30 cm，30～60 cm)。环刀取样，称取鲜重并编号，用于土壤容重的测定；带回实验室105 ℃烘干冷却称重，测定含水率；在选取样点的周围用布袋采集凋落物和杉木叶片、细根，带回实验室烘干、粉碎后用于实验室其他理化性质分析。

2.3样品处理

土样在室温条件下自然风干，风干后去除根、石头等杂物，研磨，过0.25 mm筛，保存好用于测定土壤全氮、全磷等。植物样品烘干后，用粉碎机粉碎后装好用于测定植物细根、叶片和凋落物的全氮、全磷等。采用凯氏定氮仪测定全氮含量，利用钼锑抗比色法测定全磷含量。

2.4数据分析

采用Excel 2010和SPSS18.0软件进行数据处理分析，用SigmaPlot12.5进行绘图。

3 结果与分析

3.1施N肥对杉木林N含量的影响

3.1.1 施N肥对土壤N含量的影响 施N肥能够显著提高土壤的N含量。从图1中可以看出，9月份不同施肥对土壤N含量的影响表现出的规律为C>D>B，这与施N肥的含量保持一致。1月份不同施肥处理对土壤N含量的影响表现出的规律为D>C>B。在施肥前期不同施肥处理提高了土壤的N含量，分别平均提高了9%、29%、25%。在施肥后期施肥效果逐渐减弱。9月份和7月份不同施肥对土壤N含量的影响表现出的规律为C>D>B，这与施N肥的含量保持一致。2号样地不同施肥处理提高了土壤的N含量，分别提高了11%、18%、12%，施高度N肥的土壤N含量增加的更多。

图1 不同施肥处理对土壤氮含量的影响Fig.1 Effect of fertilization on soil nitrogen content

3.1.2 施N肥对细根N含量的影响 由图2可知，施肥没有显著提高杉木细根N的含量。9月份1号和2号样地只有施N肥5 g/m2导致了杉木细根N含量的增加，都提高了9%。1号样地在1月份、4月份和7月份不同施肥处理均导致了杉木细根N的含量减少。2号样地1月份不同施肥处理对杉木细根N含量的影响表现出的规律为B>C>D，4月份的规律为D>C>B，7月份的规律为C>B>D。不同施肥处理导致杉木细根N含量增加，分别提高了2%、9%和5%，施高度N肥对杉木细根N含量提高更多。

图2 不同施肥处理对细根氮含量的影响Fig.2 Effect of fertilization on root nitrogen content

3.1.3 施N肥对叶片N含量的影响 施N肥没有显著提高杉木叶片N的含量，1号样地在9月份、1月份和4月份不同施肥处理对杉木叶片N含量的影响呈现出一致的规律：B>C>D。2号样地在9月份、1月份和4月份不同施肥处理对杉木叶片N含量的影响呈现出一致的规律：C>B>D，7月份1号样地和2号样地不同施肥处理对杉木叶片N含量的影响呈现出一致的规律：B>D>C，这与施N肥含量刚好相反(见图3)。

图3 不同施肥处理对叶片氮含量的影响Fig.3 Effect of fertilization on leaf nitrogen content

3.1.4 施N肥对凋落物N含量的影响 施N肥没有显著提高杉木凋落物的N含量，反而导致杉木凋落物N含量的降低，1号样地不同施肥处理导致了凋落物的N含量分别降低了7%、13%和4%，2号样地不同施肥处理导致了凋落物的N含量分别降低了7%、15%和19%。其中两块样地在9月份和4月份不同施肥处理对凋落物N含量的影响呈现出一致的规律：B>C>D(见图4)。

图4 不同施肥处理对凋落物氮含量的影响Fig.4 Effect of fertilization on litter nitrogen content

3.1.5 杉木器官与土壤间N含量的关系 从图5中可以看出，不施肥的处理下杉木器官与土壤间氮含量呈正相关关系，均不显著；施N肥5 g/m2的处理下杉木器官与土壤间氮含量呈正相关关系，其中叶片与土壤间氮含量呈显著的正相关关系(P=0.03)；施N肥25 g/m2的处理下杉木器官与土壤间氮含量呈正相关关系，其中凋落物与土壤间氮含量呈极显著的正相关关系(P=0.000)；施N肥15 g/m2的处理下杉木器官与土壤间氮含量呈正相关关系，其中凋落物与土壤间氮含量呈极显著的正相关关系(P=0.003)。

图5 杉木器官与土壤氮含量的关系Fig.5 Relationship of nitrogen content between soil and the organs of Chinese fir

3.2施N肥对杉木林P含量的影响

3.2.1 施N肥对土壤P含量的影响 施N肥没有显著提高土壤的P含量，反而有些施肥处理导致土壤P含量的降低，1号样地施N肥25 g/m2和15 g/m2导致土壤的P含量分别提高了4%和5%，而施N肥5 g/m2导致土壤的P含量降低了5%，2号样地不同施肥处理导致了土壤的P含量分别提高了2%、6%和20%。可以看出，施N肥15 g/m2对土壤的P含量影响最大(见图6)。

3.2.2 施N肥对细根P含量的影响 从图7中可以看出，1号样地在9月份不同的施肥处理显著提高了杉木细根的P含量，不同的施肥处理对杉木细根P含量的影响呈现出的规律为C>B>D，到施肥后期，不同施肥处理对杉木细根P含量的影响逐渐减弱。2号样地不同施肥处理导致杉木细根P含量的降低，分别降低了13%、3%和17%。

图6 不同施肥处理对土壤磷含量的影响Fig.6 Effect of fertilization on soil phosphorus content

图7 不同施肥处理对细根磷含量的影响Fig.7 Effect of fertilization on root phosphorus content

3.2.3 施N肥对叶片P含量的影响 施N肥能显著提高杉木叶片的P含量，1号样地不同施肥处理对杉木叶片P含量的影响，与对照相比，分别提高了6%、11%和2%，2号样地不同施肥处理对杉木叶片P含量的影响，与对照相比，分别提高了15%、20%和6%(见图8)。

图8 不同施肥处理对叶片磷含量的影响Fig.8 Effect of fertilization on leaf phosphorus content

3.2.4 施N肥对凋落物P含量的影响 施N肥没有显著提高凋落物的P含量，反而有些施肥处理导致了凋落物P含量的下降。由图9可知，1号样地不同施肥处理对凋落物P含量的影响，与对照相比，分别降低了8%、3%和2%。2号样地施N肥25 g/m2导致凋落物P含量降低了21%，施N肥5 g/m2和施N肥15 g/m2对凋落物P含量的影响，与对照相比，分别提高了8%和3%。

3.2.5 杉木器官与土壤间P含量的关系 从图10中可以看出，不施肥的处理下杉木器官与土壤间磷含量呈正相关关系，均不显著；施N肥5 g/m2的处理下杉木细根与土壤间磷含量呈正相关关系，杉木叶片、凋落物与土壤间磷含量呈负相关关系，均不显著；施N肥25 g/m2的处理下杉木器官与土壤间磷含量呈正相关关系，均不显著；施N肥15 g/m2的处理下杉木器官与土壤间磷含量呈正相关关系，均不显著。

图9 不同施肥处理对凋落物磷含量的影响Fig.9 Effect of fertilization on litter phosphorus content

图10 杉木器官与土壤磷含量的关系Fig.10 Relationship of phosphorus content between soil and the organs of Chinese fir

4 结论与讨论

(1)土壤中的养分不足是限制植物快速生长的主要原因，合理的施肥可以增加土壤中匮乏的营养元素，改变土壤的养分构成，更有利于植物吸收生长所需的养分[11]。本试验研究表明施N肥25 g/m2能提高土壤的N、P含量，原因是试验地在之前的研究中发现土壤的N缺乏，施高度N肥能有效地改变土壤的养分构成，更有利于杉木的生长。

(2)细根是与土壤直接接触的植物器官，是植物生长和生理最为活跃的一部分，对土壤的养分变化非常敏感[12]，因此N对细根的影响较大[13]。本试验研究表明施N肥25 g/m2比施N肥5 g/m2和15 g/m2更能提高土壤中细根的N、P含量，因为土壤的N缺乏，而贫瘠土壤中养分有效性的增加对细根的影响比肥沃土壤更明显[14]。刘金梁等[15]研究表明施肥会导致细根直径增加，施 N 肥增加了根尖中维管束的直径和皮层的厚度，这有可能意味着施肥能够提高根系吸收养分的速率，土壤中养分增加越多，细根能吸收的养分越多，这也可能是细根N、P含量增加的原因。因此，会同杉木林增加N肥的含量对杉木的生长更有利。

(3)叶片是植物体进行生理代谢非常活跃的器官，同时也是进行光合作用的主要器官[16]。本试验表明施N肥提高了杉木叶片的N含量，施N肥5 g/m2比施N肥15 g/m2和25 g/m2对提高叶片中的N含量的效果好。这与吴福忠等的研究结果一致，认为轻度施N肥能够提高叶片的全N[17]。从以上分析可以得出，适量施N肥强化了N的吸收。

(4)凋落物是植物枝叶等新陈代谢的产物，通过施N肥可影响植物新鲜器官如枝叶等的生产量或分配比例[18]。本实验中施N肥并未提高凋落物的N含量，可能是因为短期的增施氮肥并未对植物新鲜器官生产量产生显著的影响，对森林生产力的初期影响也非常有限[19]。Kozovits等在巴西萨瓦拉热带森林进行的相关试验表明，氮输入增加对森林凋落物产生的影响在施肥的第二年才显现[20]。所以一次性的施肥是否能够达到养分的奢侈吸收还需要进一步的研究。

(5)凋落物和土壤间的N含量呈显著的正相关关系，说明凋落物的养分归还能够显著提高土壤的营养成分；施N肥5 g/m2处理下叶片与土壤之间的N含量呈显著的正相关关系，因为叶片是储存和利用营养元素最主要的器官，植物的生长需要从土壤里吸收营养元素，这与前面的结论保持一致。

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EffectsofNfertilizationonNandPcontentofChinesefirplantation

ZHAO Yue1，2， CHEN Chan1，2， CHEN Anna1，2

(1.Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China；2.National Engineering Lab for Applied Technology of Forestry and Ecology in South China， Changsha 410004， China)

Taken Chinese fir as research object in Ⅱ catchment in Huitong of Hunan Province,N fertilizer experiment was carried out on it，and taken sample for one year,to determine the effects of N fertilizer on N，P content and the correlation between N and P content in Chinese fir plantation and soil under different fertilization treatments.The results show that by applying fertilizer，contents of N and P in soil-root-leaf increase.Among them，applying N fertilizer 25 g/m2increases more contents of N and P in the soil than applying N fertilizer 5 g/m2and 15 g/m2，and applying N fertilizer 25 g/m2increases contents of N and P in the root of the soil markedly.Applying N fertilizer 5 g/m2increases contents of N in the leaf effects better than applying N fertilizer 15 g/m2and 25 g/m2.Applying N fertilizer does not increase contents of N of litter.The increase of contents of N and P in the soil-root-leaf of Chinese fir plantation in Huitong shows that applying fertilizer helps the growing of Chinese fir plantation.

N fertilizer； Chinese fir plantation； content of N and P

2016-03-19

赵 月(1990-)，女，江西省吉安市人，硕士，主要从事森林生态学研究。

S 791.27; S 714

A

1003 — 5710(2016)03 — 0049 — 07

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2016. 03. 009

(文字编校：龚玉子)