施肥对三江平原丘陵区长白落叶松人工林中龄林单木树冠圆满度影响

王显军 卫月华 梁凤和 钟兆华 韩宛池 刘力铭 王子瑄 孙志虎

(1.桦南县孟家岗贮木场，黑龙江 佳木斯 154411；2.佳木斯市孟家岗林场，黑龙江 佳木斯 154411；3.森林生态系统可持续经营教育部重点实验室(东北林业大学)，黑龙江 哈尔滨 150001)

随着天然林商业性采伐的停止，人工林木材在市场供应中的作用变得愈加突出[1]，提高人工林生产力成为森林经营者的首要目标之一[2]。落叶松(Larixspp.)是我国东北林区主栽树种，自上世纪50年代中期就开始大面积栽植[3]。关于提升其生产力的研究主要集中于树种组成和密度调控方面，少有开展相关措施的应用效果方面的评价，而对此研究主要集中于林业发达国家，所被评价的措施也多与灌溉、施肥有关。受东北林区地形条件所限，施肥有望被人工林经营者所采纳。关于施肥与林分生产力的研究，主要集中于施肥后土壤微生物、养分状况和根特征的短期响应方面，且多采用模拟氮沉降的方式开展尿素喷施试验，少有开展以提高林地生产力为目标的氮磷钾综合施用效应评价研究[4～8]。受针叶树种树冠的可塑性低于阔叶树种观念的影响，施肥后针叶树种树冠的响应特征研究则更少。以三江平原丘陵区长白落叶松(Larixolgensis)人工林为对象，通过间伐后的施肥试验，分析冠幅和冠长的变化，评价落叶松树冠圆满度对间伐后施肥的响应，旨在为针叶林施肥后生产力的形成机制研究提供参考。

1 研究林分概况与研究方法

1.1 研究林分概况

此次研究的长白落叶松人工林位于佳木斯市孟家岗林场(130°32′42″～130°52′36″E，46°20′16″～46°30′50″N)82林班23小班(种子园西边)。该处人工林营造于1988年春，初植密度为5000株/hm2，造林地类为杨桦次生林皆伐迹地。2012年冬进行首次间伐，森林资源采伐设计资料中记载的全林每木检尺后统计出的间伐前和间伐后的平均胸径、郁闭度、密度、平均树高、蓄积量和树种组成分别为12.0cm、1.0、2466株/hm2、13.1m、199.74m3/hm2、10落-实柞-榆-糠-黑-白和12.7cm、0.8、1973株/hm2、14.2m、187.18m3/hm2、10落-实柞-榆-黑-白。树种组成式中：落为长白落叶松；实柞为实生蒙古栎(QuercusmongolicaFisch. ex Ledeb)；榆为榆树(UlmuspumilaL.)；糠为糠椴(TiliamandshuricaRup et Maxim.)；黑为黑桦(BetuladavuricaPall. )；白为白桦(BetulaplatyphyllaSuk)。

1.2 研究方法

1.2.1 施肥试验设计

2015年6月23日，在长白落叶松人工林中(28年生；2015年)设置12块面积为260～340m2的固定样地。2015年6月27日，将12块固定样地分成4组，进行4种处理，每种处理3块样地：施氮肥(增施纯氮量为250kg/hm2)、施氮磷肥(增施纯氮和纯磷量分别为250kg/hm2和50kg/hm2)、施氮磷钾肥(增施纯氮、纯磷和纯钾量分别为250kg/hm2、50kg/hm2和30kg/hm2)、对照(不施肥)。按照各样地所设计的增施元素剂量将其换算成相应的农用化肥(尿素、二胺和氯化钾)进行配置，施肥时采用行间均匀穴施后覆土的方式，每行的施肥穴数为20～25穴。

1.2.2 活立木树高调查

分别于施肥4年后的2019.11.3～11.12(32年生)、施肥5年后的2020.6.13～6.20(33年生)利用超声波测高仪测定活立木的树高、枝下高。

1.2.3 活立木冠幅调查与树冠形状指标计算

分别于施肥3年后的2018.10.4～10.6(31年生)、施肥4年后的2019.6.7～6.8(32年生)、施肥5年后的2020.7.9(33年生)利用红外线测距仪测定样地内所有活立木的长冠幅、与其垂直的短冠幅，计算平均冠幅、长冠幅与短冠幅之比；利用树高和枝下高，计算冠长(树高-枝下高)、冠长率(冠长/树高)、冠幅与冠长之比；利用冠幅与冠长之比、长冠幅与短冠幅之比、冠长率(冠长/树高)评价施肥后不同时期落叶松人工林的树冠圆满度，并分析落叶松树冠圆满度对施肥的响应特征。

2 结果与分析

2.1 间伐后施肥对落叶松人工林中龄林冠幅影响

落叶松人工林中龄林施肥后不同时期单株长冠幅与其垂直的短冠幅间的回归关系结果表明，研究期间虽然短冠幅与长冠幅之间的线性回归系数与“1”相比存在差距，但是随着时间的延长，该回归系数呈现减小趋势，对照林分由1.2934(试验3年后)降低至1.1938(试验5年后)，表明研究期间落叶松长冠幅与短冠幅之间的差距在逐渐减小，间接表明落叶松树冠圆满度呈现逐年增加的趋势。施肥后，落叶松短冠幅与长冠幅间的回归系数进一步减小：施肥3年后，3种施肥处理下的短冠幅与长冠幅间的线性回归系数为1.2623～1.2834，而对照林分的回归系数为1.2934；施肥4年后，3种施肥处理下的短冠幅与长冠幅间的回归系数为1.2426～1.2871；施肥5年后，短冠幅与长冠幅间的差距进一步缩小，短冠幅与长冠幅间的回归系数更加接近于1∶3种施肥处理的短冠幅与长冠幅间的回归系数为1.1430～1.1665，而对照林分的回归系数为1.1938，再次表明施肥能够缩短长冠幅与短冠幅间的差距，提高树冠的圆满度。

落叶松单株长冠幅与短冠幅之比所体现出的林分尺度平均树冠圆满度结果表明，随着施肥量和施肥后时间的延长，落叶松长冠幅与短冠幅之比逐渐减小，体现出树冠圆满度逐渐增加：施肥3年后，施氮肥、施氮磷肥、施氮磷钾肥处理下的落叶松长冠幅与短冠幅之比分别为1.3684、1.3352、1.3360，均低于对照林分的长冠幅与短冠幅之比(1.3786)；施肥4年后，3种施肥处理下的长冠幅与短冠幅之比依次为1.3279、1.3574、1.3399；至施肥5年后，不同处理下的长冠幅与短冠幅之比均进一步降低，施氮肥、施氮磷肥、施氮磷钾肥处理下的落叶松长冠幅与短冠幅之比分别为1.2270、1.1898、1.2143，均低于对照林分的长冠幅与短冠幅之比(1.2516)。

2.2 间伐后施肥对落叶松人工林中龄林冠长与冠幅关系影响

落叶松人工林中龄林施肥后不同时期单木冠长(x)与冠幅(f)关系的研究结果表明(见表1)，落叶松冠长与冠幅之间呈现显著的S型曲线变化关系，且冠幅均小于冠长。从拟合出的回归模型变化趋势来看，施肥4年后，相同冠长的落叶松冠幅相比较，施氮肥的落叶松冠幅长于施氮磷肥和施氮磷钾肥的落叶松冠幅，表明施氮肥的同时若增施磷肥和磷钾肥可能不利于落叶松冠幅的增加，磷肥和磷钾肥有利于落叶松冠长的增长。施肥5年后，施氮肥处理与对照林分的落叶松冠长与冠幅间的关系相近似；活立木冠长小于6m的落叶松，施肥处理与对照处理间的冠幅相近似；活立木冠长超过6m后，施肥处理与对照处理间的冠幅开始出现较大差异：施氮磷肥处理的落叶松冠幅低于施氮肥处理的相同冠长的冠幅，而施氮磷钾肥处理的落叶松冠幅高于施氮肥处理的落叶松冠幅，表明磷肥和钾肥对落叶松冠幅的生长起着相反的影响作用。

表1 落叶松人工林中龄林施肥后不同时期单木冠长与冠幅回归关系结果

落叶松单株冠幅与冠长之比所体现出的平均树冠圆满度结果表明，随着施肥后时间的延长，落叶松冠幅相较于冠长来讲，呈现出增长降低，从而使得落叶松的冠幅/冠长的取值呈降低趋势：施肥4年后，施氮肥、施氮磷肥、施氮磷钾肥处理下的林分尺度平均冠幅与冠长之比依次为0.7416、0.7310、0.6477；施肥5年后，相应处理的该比值分别降低至0.3867、0.4113、0.4153，而对照林分的冠幅与冠长之比较高，为0.4235。

3 结语

针叶树种的树冠可塑性低，其对间伐的响应耗时亦较长，表现为冠幅和冠长的缓慢、持续性变化。间伐后8年内(施肥5年后)落叶松人工林的长冠幅与短冠幅间的差距仍然在逐渐减小，间接证明间伐后落叶松树冠圆满度呈现缓慢逐年增加的趋势。施肥是人工林集约化经营的首选措施之一[8]，主要应用于我国的南方平原地区，少有开展东北人工林的施肥效果评价研究。本文的研究结果表明，间伐后施肥能够明显缩短长冠幅与短冠幅间的差距，表现为长冠幅与短冠幅之比、冠幅与冠长之比的快速变化，证明间伐后施肥能够明显提高落叶松树冠圆满度，建议今后应加强施肥后林木长期响应特征的监测。