湿地松中龄林施肥经济效应与最优施肥量研究

陈家法，魏志恒，吴际友，程 勇，张 珉，陈明皋，廖德志，张 平，刘欲晓，刘炳材

（1.湖南省大鲵救护中心，湖南 张家界 427000；2.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004；3.株洲市林业局，湖南 株洲 412000；4.攸县林业局，湖南 攸县 412300；5.株洲市亚材林业有限责任公司，湖南 攸县 412300）

湿地松Pinus elliottii原产于美国东南部，为速生常绿针叶乔木，是世界公认的优质工业原材料树种，其木材和松脂具有很高的经济效益；湿地松因其生长快、干型直、适应性强等特点被广泛引种栽培[1-4]；我国湿地松引种已有半个多世纪，成为我国南方以及沿海地区的重要造林树种之一，到2017年栽培种植面积达到了200 万hm2，为我国造纸业、建筑、板材业以及化工业提供了大量优质原料[5-7]。

林木施肥根据林木对土壤养分需求量和土壤的供给能力，对林木进行补充营养，以满足林木的生长发育需求，从而最大限度地提高产量和木材质量的营林措施，尤其是在短轮伐期林分的集约经营方面，林木的施肥成为速生丰产林培育的一种必不可少的基础技术措施[8-9]。不同国家森林施肥的主要对象是快速增长的用材树种和较高的经济价值的树种，并与定向培育相结合。如美国对板材用黄杉Pseudotsuga sinensis、纸浆材湿地松Pinus elliottii施肥，澳大利亚为辐射松Pinus radiata和桉树Eucalyptu[10]，北欧3 国主要为欧洲赤松Pinus sylvestris[11]，日本则为竹子、柳杉Cryptomeria fortunei和扁柏Platycladus orientalis(Linn.) Franco。国际上对林木施肥的研究越来越全面和深入，已从单一方向转向多层次、多功能的综合研究，有些国家结合森林生态系统的研究，对林木施肥进行长期定位观测[12]。

由于土壤母质（母岩类型）的不同，导致土壤的性质如土壤质地、团粒结构、水分状况、土壤肥力的不同[13-16]，而这些不同的土壤性质将影响湿地松林分对肥料的需求偏好。为此通过开展第四纪红壤与板页岩红壤的湿地松试验林施肥试验，探究不同施肥方案湿地松林分生长表现差异，为湿地松高效培育提供技术支撑。

1 试验地概况

试验共设2 处施肥试验样地，位于湖南省株洲市攸县，一处为以板页岩为土壤母质的8年生湿地松试验林，由金富林种植专业合作社营造；另一处以第四纪红壤为土壤母质的8年生湿地松试验林，由株洲市亚材林业有限责任公司营造，造林湿地松苗木均为湖南省林业科学院提供。两地相距60 km 左右，气候条件相似，属亚热带季风湿润气候区，年均气温17.8 ℃，年均降水量1 410.8 mm，无霜期292 d。2 个试验林具体的立地因子见表1。

2 研究方法

2.1 施肥方案

肥料以常用农用肥料为主，均购自湖南红星肥料市场。分别在2 块不同立地的湿地松林分中设置施肥试验样地，试验共设计8 种施肥处理，每个处理小区5 株，重复3 次，小区间均设保护行，具体的肥料和成本如表2所示。

2.2 追肥时间和方法

于2018年4月中旬进行追肥，采用环状开沟的施肥方法（深度20～25 cm、宽度30 cm、距树基部50～60 cm）。

2.3 数据调查方法

于2018年4月初开展湿地松施肥试验林本底数据调查，通过方差分析，选择符合试验要求的样地，设置试验样地并对样地内湿地松进行编号和分组，在1.3 m 高处用油漆标记胸径，同时调查施肥目标树的胸径、树高和冠幅等指标，2018年4月中旬完成所有施肥处理，于2018年11月底开展湿地松施肥后生长数据调查。

表1 试验林立地及气候因子Table 1 The site conditions and climatic factors of forest

表2 湿地松施肥试验肥料配方Table 2 Fertilizer formula for fertilizer application test of Pinus elliottii

2.4 数据调整方法

由于施肥前林分本底值不能保证完全一致，为矫正本底值对肥效的影响，通过协方差方法校正数据；所测的生长指标用SPSS 19.0 软件进行处理和方差分析，之后所运算的数据均为校正后的数据。具体指标测量或计算方法如下。

树高：测高杆测量；

胸径：树干高1.3 m 处，使用胸径尺测量；

校正树高/胸径：使用SPSS 软件通过协方差方法校正所得；

树高净增量：树高净增量=施肥后树高-施肥前树高；

胸径净增量：胸径净增量=施肥后胸径-施肥前胸径；

效价比：效价比=（施肥后处理净增量-施肥后对照净增量）/肥料成本；

材积：V=g1.3(h+3)f3（式中：f3为松木胸高形数值，为0.4；V代表材积；g1.3表示胸高直径处的横截面积；h表示树高）。

效益率=（施肥处理后收益-对照收益-肥料成本）/对照收益×100%。

3 结果与分析

3.1 不同肥料对湿地松树高、胸径生长的影响

列出不同处理在施肥前后的树高胸径生长状况，且为了避免本底值不同而造成的试验误差，对施肥后的树高和胸径值进行协方差分析校正[17]。施肥前后树高、胸径生长状况及施肥后校正值如表3～4 所示。以后所用数据都为协方差校正后的数值。

对两组湿地松试验林施肥前后的胸径、树高生长进行方差分析，结果如表5所示。施肥前两组试验林各处理间胸径差异不显著；第四纪红壤样地3 个重复区组间的差异不显著，板页岩红壤样地3 个重复区组间差异较大，这与样地处在坡度较大的山地，3 个重复区组为由山底向山顶的径向排布有关，但各区组处理间湿地松的胸径、树高生长基本一致，符合试验条件。

表3 第四纪红壤试验林施肥前后树高、胸径生长状况Table 3 Growth status of tree height and DBH before and after fertilization in Quaternary laterite plot

表4 板页岩红壤试验林施肥前后树高、胸径生长状况Table 4 Growth status of tree height and DBH before and after fertilization in Shale laterite plot

表5 施肥前后树高、胸径方差分析Table 5 Variance analysis of tree height and DBH before and after fertilization

3.2 不同肥料对湿地松胸径生长的影响

方差分析表明，施肥后各处理间湿地松胸径生长的差异显著，结果如表5所示。进一步通过胸径增量多重比较，结果表明施肥后处理3、处理5～8 与处理2、处理4 及对照组的胸径增量差异显著（P＜0.05），2 个湿地松施肥试验林基本一致，结果见表6。比较N、P、K 单独施肥试验，施用N肥对湿地松胸径生长效果最好，其次为P肥，单独施用K 肥效果较差。

表6 施肥后湿地松胸径增量及施肥效价比†Table 6 DBH increment and fertilizer efficiency ratio of Pinus elliottii after fertilization

同时用协方差校正后的胸径，分别计算各处理的胸径增量和效价比，结果如表6所示。结果表明在2 个样地中施肥的胸径增量效价比均表现为处理5 的最高，其次为处理3 和处理6，考虑施肥成本因素，施用300 g 硫酸钾复合肥对湿地松胸径生长，能取得较好施肥效益，在进一步提高复合肥用量时，湿地松胸径增长没有显著差异，反而造成成本增加，效价比降低。

3.3 不同肥料对湿地松树高生长的影响

方差分析表明，施肥后处理间的湿地松树高生长差异显著（表5）。用协方差校正后的树高，分别计算各处理树高增量和效价比，如表7所示。进一步通过树高增量多重比较表明，第四纪红壤湿地松试验林施肥后处理2、处理5～8 的湿地松树高增量与处理3～4 以及对照组差异显著（P＜0.05），而在板页岩红壤湿地松试验林，施肥后处理2、处理6～8 与处理3～5 以及对照组湿地松树高增量差异显著（P＜0.05），高于其他处理。同时从树高增量效价比来看，2 个样地处理2 均为最高，说明施用500 g 过磷酸钙对树高生长具有较好的效益。

试验结果表明，2 个样地湿地松树高生长对肥料的偏好基本一致，施用P 肥对湿地松树高生长效果最好，其次为N 肥，单独施用K 肥效果较差。不同的是第四纪红壤样地中复合肥最佳的用量为300～400 g，而板页岩红壤样地复合肥最佳用量为400～500 g；再进一步提高复合肥用量时湿地松生长量没有显著提升。

表7 施肥后湿地松树高增量及施肥效价比Table 7 The increment of height and the ratio of fertilization efficiency to value of Pinus elliottii after fertilization

3.4 不同施肥处理的材积增长情况和经济效益评估

按照各处理的树高和胸径均值计算材积，采用平均试验形数法求算各处理的平均材积生长量[18]，根据造林株行距3 m×3 m，保存率90%计算，每公顷湿地松立木数量为1 050 株，并依目前松木价格600 元·m-3及各肥料市场价格分别计算每公顷的经济收入与施肥经济投入，最后计算效益率（各处理相对对照的每公顷增益百分比）。计算结果见表8。

从表8可知，各施肥处理方法均能够带来一定的经济效益，但各处理间取得的经济收益差异较大，施肥能够为湿地松培育带来显著的经济效益。考虑施肥成本和效益率，在第四纪红壤湿地松林分经济效益最好的施肥处理方案为处理5，即每株湿地松施用300 g 硫酸钾复合肥，每年能够提升大约13%的经济收益；而在板页岩红壤湿地松林分经济效益最好的施肥处理方案为处理6，即每株湿地松施用400 g 硫酸钾复合肥，每年能够提升大约16%的经济收益。

与不施肥的对照组相比，第四纪红壤的湿地松林分施肥后胸径、树高净增长量更高。在板页岩红壤湿地松林分施用复合肥时，达到相同的效果需要更多的肥料。但板页岩红壤湿地松林分施肥效益率更高，说明在板页岩红壤林分中，湿地松施肥后相对不施肥对照组的增益百分比要更高。投入过多并不能取得更好的经济效益，需要合理设置施肥量和肥料种类。

4 结 论

1）施肥对湿地松树高、胸径生长具有显著的效果，P 肥对促进湿地松树高生长效果好，N 肥对促进湿地松胸径生长效果好，K 肥效果较小，使用复合肥时用量在300～400 g 时对湿地松胸径和树高均有较好的促进效果，再进一步提高复合肥用量时湿地松生长量没有显著提升。

2）在2 个立地条件不同的湿地松样地进行施肥，各种肥料对湿地松生长的促进作用基本一致。就胸径和树高净增量而言，四纪红壤湿地松试验林更大，在板页岩红壤湿地松试验林施用复合肥时，达到相同增量需要更多的肥料。但就相对施肥效益率而言，板页岩红壤试验林更高，也即施肥后经济增量相比于不施肥的经济收益占比更大。说明施肥效益与试验林立地条件和试验林生长状态可能有一定的相关性，生长状态较差的湿地松林分施肥收益相对更大。

表8 不同施肥处理的材积增长情况和经济效益对比Table 8 Volume growth and economic benefit comparison of different fertilization treatments

3）施肥能够为湿地松培育带来显著的经济效益，但投入过多并不能带来更好的经济效益。考虑施肥成本和效益率，在第四纪红壤湿地松林分经济效益最好的施肥处理方案为处理5，即每株湿地松施用300 g 硫酸钾复合肥，每年能够提升大约13%的经济收益；而在板页岩红壤湿地松林分经济效益最好的施肥处理方案为处理6，即每株湿地松施用400 g 硫酸钾复合肥，每年能够提升大约16%的经济收益。

4）试验主要从肥料成本的角度，讨论了相同成本下不同施肥方案的施肥效益高低，并未对各类肥料进行单独的定量对比试验，具有一定的局限性，希望在此基础上进一步研究分析。并且尝试探讨镁肥、钙肥以及其它复合肥对湿地松生长经济效益，为湿地松中林培育提供更为科学的理论依据。

5 讨 论

在林地养分管理中，施肥对改善土壤肥力状况，提高土壤有机质和各种营养元素含量有着十分重要的作用。8年生湿地松林地施肥试验表明，湿地松对肥料种类非常敏感，不同种类的肥料对湿地松各生长指标的促进效应差异显著。同时湿地松林地施肥不是施肥量越大越好，施肥过量或施肥不足对湿地松的产出均不利，不能达到改善树体的营养状况、增产增收的目的，这与多数短轮伐期树种的施肥效应研究一致[19-20]。施肥要合理配比矿质元素含量，平衡施用，各养分配比关系特别是N、P、K 的配比关系及各营养元素之间的相互作用对湿地松生长量的影响还有待进一步深入研究。