土壤有机碳全氮与杉木幼苗生长相关性研究

孟庆银

福建省沙县官庄国有林场，福建 沙县 365050

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国南方特有的速生、材质优良用材树种，人工栽培已有1 000多年历史，广泛应用于建筑、桥梁、造船、家具制造、装饰装潢等方面[1-3]。林木的生长与土壤关系密切，不同层次土壤养分不同，其肥力特性也不同[4]。有机碳C和全氮N是表示土壤肥力状况的指标，只有适宜的C/N比，才能保证土壤微生物的活力，从而提高土壤的肥力水平[5-6]。随着连栽次数增多，土壤剖面A层厚度及A+B层总厚度都逐渐缩小，致使土壤养分贮量从头耕土到三耕土有机质普遍下降到原来的66.0%～70.0%[7]，也由于炼山造林等一些营林抚育措施也造成了林地土壤养分的流失[8]，鉴于此，采用盆栽方法对杉木第3代种子园实生轻型基质容器苗生长与不同层次土壤之间相关性研究，以期为杉木人工林精准施肥推广产业化应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在福建省沙县官庄国有林场罗溪管护站（117°45'E、26°32'N），属亚热带海洋性季风气候，温暖湿润，雨量充沛，四季分明，年均降水量1 747 mm，年均气温19. 8℃，1 月最低月平均气温4.9℃，7月最高月平均气温35.3℃，年均相对湿度81. 1%。极端最低气温-7.1℃，极端最高气温40.1℃，年无霜期300 d[9]。

1.2 试验设计

试验苗为福建省沙县官庄国有林场杉木第3代种子园实生轻型基质容器苗，2021年1月选取长势均匀良好的杉木容器苗移栽于美植袋中，美植袋规格 25 cm×25 cm （直径×高），每盆种1株，每种土壤种植100株，共计300株。2021年12月对3个不同层次土壤容器苗测量苗高和地径。供试土壤来自杉木林分中的3个表层土壤，即A层:0～20 cm、B层:20～40 cm和C层:40～60 cm土壤。

表 1 不同层次土壤有机碳C、全N含量状况Tab. 1 Contents of soil organic carbon C and total N in different layers of soil

表 2 不同层次土壤有机碳C、全N方差分析Tab. 2 Variance analysis of soil organic carbon content and total nitrogen contents at different layers

1.3 试验指标测定

（1）土壤有机碳C、全N测定

土壤有机碳C、全N测定：利用杜马斯高温燃烧法进行测定。将土壤样品烘干磨细并通过100目筛后，利用元素分析仪（ VarioMicrocube；Elementar，Hanau，Germany）测定土壤有机碳C和全N，并计算土壤 C：N比[10]。

（2）生长指标测定

2021年12月对不同层次土壤培育的杉木轻型基质容器苗每株测定苗高和地径，地径用游标卡尺测量，如测量的部位出现膨大或干形不圆，则测量其上部苗干起始正常处，量取地径时，应使游标卡尺的两个脚尽量少挤压苗木，还要保持相同力度；苗高有钢卷尺或直尺测量，自地径沿苗干量至顶芽基部，并计算出苗木高径比[11]。

1.4 数据分析

采用SPSS 19.0 统计软件进行单因素方差分析和相关性分析，检验相关指标的差异显著性[12]

2 结果与分析

2.1 不同层次土壤有机碳C、全N含量对比分析

由表1可知，不同层次土壤有机碳C、全N含量最高的是A层土壤，含量分别为19.4 g·kg-1和1.2 g·kg-1，其次是B层土壤，含量分别为16.7 g·kg-1和1.1 g·kg-1，C层土壤含量最少，含量分别为3.8 g·kg-1和0.5 g·kg-1，A层土壤与B层土壤和C层土壤有机碳C、全N含量减少幅度分别为13.9%、80.4%和8.3%、58.3%。3个不同层次土壤C/N比大小顺序为A层土壤＞B层土壤＞C层土壤。

3个不同层次土壤有机碳C、全N和C/N比方差分析结果见表2，不同层次土壤之间有机碳C、全N和C/N比存在极显著差异，为研究不同层次土壤之间有机碳C、全N和C/N比差异性，对不同层次土壤有机碳C、全N和C/N比进一步开展LSD多重比较，结果见表3～5，A层土壤（x1）、B层土壤（x2）和C层土壤（x3）。由表3可知，A层土壤、B层土壤与C层土壤有机碳C之间差异显著；由表4可知，A层土壤与B层土壤全N之间差异不显著，A层土壤、B层土壤与C层土壤全N之间差异显著；由表5可知，A层土壤与B层土壤C/N比之间差异不显著、A层土壤、B层土壤与C层土壤C/N比之间差异显著。

表 3 不同层次土壤有机碳C多重比较Tab. 3 Multiple comparison of soil organic carbon at different layers

表 4 不同层次土壤全N多重比较Tab. 4 Multiple comparison of total N in different layers of soil

表 5 不同层次土壤C/N比多重比较Tab. 5 Multiple comparison of soil C/N in different layers of soil

2.2 不同层次土壤杉木幼苗生长量对比分析

由表6可知，杉木轻型基质容器苗在不同层次土壤中盆栽1年时，3个不同层次土壤幼苗高、地径生长量最大的是A层土壤，其苗高、地径均值分别为85.9 cm、16.8 mm，其次是B层土壤，其苗高、地径均值分别为75.6 cm、14.5 mm，苗高、地径生长量最小的是C层土壤，其苗高、地径均值为75.0 cm、13.4 mm；3个不同层次土壤高径比值最大的是C层土壤，其高径比均值为55.8，表现苗木纤细，高径比值最小的是A层土壤，其高径比均值为51.5，3个不同层次土壤高径比大小顺序为C层土壤＞B层土壤＞A层土壤；就变异系数而言，A层土壤苗高变异系数最小为3.8%，说明A层土壤苗木单株间高度生长较整齐，C层土壤地径和高径比变异系数最小为3.0%和7.9%，说明C层土壤苗木单株间粗度生长和整体性较整齐，3个不同层次土壤苗高变异系数大小顺序为B层土壤＞C层土壤＞A层土壤，3个不同层次土壤地径变异系数大小顺序为A层土壤＞B层土壤＞C层土壤，3个不同层次土壤高径比变异系数大小顺序为B层土壤＞A层土壤＞C层土壤。

3个不同层次土壤杉木轻型基质容器幼苗高、地径和高径比方差分析结果见表7，不同层次土壤之间幼苗高和高径比之间差异不显著，地径生长存在极显著差异，为研究不同层次土壤之间地径生长差异性，对不同层次土壤地径生长进一步开展LSD多重比较，结果见表8，A层土壤（x1）、B层土壤（x2）和C层土壤（x3）。地径生长最优的是A层土壤均值为16.8 mm，其次为B层土壤均值为14.5 mm、C层土壤均值为13.4 mm，其中A层土壤与B层土壤和C层土壤地径均值之间差异显著（P＜0.05），B层土壤与C层土壤地径均值之间差异不显著（P＞0.05）。

表 6 不同层次土壤杉木实生轻型基质容器幼苗生长状况Tab. 6 Growth status of Chinese fir seedlings in light substrate container in different layers of soil

表 7 不同层次土壤杉木实生轻型基质容器幼苗生长方差分析Tab. 7 Variance analysis of Chinese fir seedling growth in light substrate container in different layers of soil

表 8 不同层次土壤杉木实生轻型基质容器幼苗地径多重比较Tab. 8 Multiple comparison of ground diameter of Chinese fir seedlings in light substrate container IN different layers of soil

表 9 杉木实生轻型基质容器苗各性状指标的相关性分析Tab. 9 Correlation analysis of various characteristics index of Chinese fir seedlings in light substrate container

综合以上分析，A层土壤杉木轻型基质容器苗生长最高，地径最粗，其次为B层土壤杉木轻型基质容器苗，均优于C层土壤。

2.3 杉木幼苗生长指标与有机碳C、全N相关性分析

由表9可知，苗高与地径、高径比、有机碳C、全N和C/N比均呈正相关；地径与有机碳C、全N均呈显著正相关，与C/N比呈正相关，与高径比呈负相关；高径比与有机碳C、全N和C/N比均呈负相关；有机碳C与全N、C/N比呈极显著正相关；全N与C/N比呈极显著正相关。

3 讨论与结论

试验用的3个不同层次土壤有机碳C和全氮N含量明显不同，随着土壤深度的增加而减少，A层土壤中有机碳C、全N和C/N比分别为19.4 g·kg-1、1.2 g·kg-1和15.5；B层土壤中有机碳C、全N和C/N比分别为16.7 g·kg-1、1.1 g·kg-1和15.3；C层土壤中有机碳C、全N和C/N比 分别为3.8 g·kg-1、0.5 g·kg-1和7.8。方差分析结果表明，不同层次土壤之间有机碳C、全N和C/N比存在显著差异（P＜0.05）。进一步的LSD多重比较结果表明，A层土壤、B层土壤与C层土壤中有机碳C、全N和C/N比之间差异极显著（P＜0.01），A层土壤与B层土壤中全N、C/N比之间差异不显著（P＞0.05），A层土壤与B层土壤中有机碳C差异显著（P＜0.05）。

苗高和地径是评价幼苗生长两个最重要指标，地径生长与幼苗根系生长关系紧密，研究发现，地径与林木生长量成正比[13]，高径比是指苗高与地径之比，高径比越小表明林木生长健壮[14]。杉木轻型基质容器苗在不同层次土壤中盆栽1年时，A层土壤中幼苗全高、地径和高径比分别为85.9 cm、16.8 mm和51.5，B层土壤中幼苗全高、地径和高径比分别为75.6 cm、14.5 mm和52.3，C层土壤中幼苗全高、地径和高径比分别为75.0 cm、13.4 mm和55.8。就变异系数而言，A层土壤幼苗高变异系数最小为3.8%，说明A层土壤苗木单株间高度生长较整齐，C层土壤地径和高径比变异系数最小为3.0%和7.9%，说明C层土壤苗木单株间粗度生长和整体性较整齐，方差分析结果表明，不同层次土壤之间苗高和高径比之间差异不显著，地径生长量存在显著差异（P＜0.05），进一步的LSD多重比较结果表明，A层土壤与B层土壤、C层土壤地径均值之间差异显著（P＜0.05），B层土壤与C层土壤地径均值之间差异不显著（P＞0.05）。

杉木轻型基质容器苗与土壤有机碳C、全N相关性表明，杉木生长与有机碳C和全氮N均呈正相关，其中地径生长与有机碳C和全氮N均呈显著正相关，说明了有机碳C和全氮N对杉木生长有促进作用，特别是对地径生长有显著促进作用，有机碳C和全氮N之间呈极显著正相关，说明了土壤养分之间有明显的增效作用[15]。

采用盆栽方法可以避免林地坡向坡位及抚育的影响，较精准地反映出杉木轻型基质容器苗在不同土壤养分中生长状况。由于杉木生长是个长期复杂的过程，施肥可以提高土壤肥力，促进林分生长[16]，在杉木人工林施肥上，不仅要充分掌握杉木不同生长阶段对于不同营养元素的需求规律，还要掌握林地土壤本身的供肥能力，确保杉木生长过程中各种营养的供需均衡，应考虑除补充 N、P、K大量元素肥外，还应考虑补充微量元素肥和有机生物菌肥等。