氮素施肥對(duì)西南樺無(wú)性系早期生長(zhǎng)的影響

陳 琳，曾 冀，龐圣江，趙志剛，賈宏炎＊

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西 憑祥 532600；2.廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，廣西 憑祥 532600；3.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520)

氮是植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了不同立地條件下杉 (Picea crassifolia Kom.)、桉 (Eucalyptus robusta Smith) 和 楊 樹(shù) ( Populus simonii var. przewalskii (Maxim.) H.L.Yang) 等樹(shù)種的施肥研究，探討不同施肥量對(duì)其生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的影響，發(fā)現(xiàn)不同樹(shù)種以及同一樹(shù)種不同家系和無(wú)性系的養(yǎng)分需求存在差異，施用適量氮肥能顯著促進(jìn)林木的生長(zhǎng)和養(yǎng)分含量[1-3]。廣西4 個(gè)月尾巨桉 (Eucalyptus urophylla×E. grandis) 無(wú) 性 系 廣 林GL-9 號(hào)，追施氮肥 (尿素50 g·株-1和復(fù)合肥200 g·株-1) 不僅顯著提高桉樹(shù)當(dāng)年生物量，而且對(duì)桉樹(shù)翌年的生長(zhǎng)促進(jìn)作用更顯著[1]。河北2 齡毛白楊(Populus tomentosa Carr.) 造林后每年分2 次施入尿素，4 個(gè)毛白楊無(wú)性系 (BT17、B331、S86、1316)造林后第4 年的最佳氮肥（尿素）施用量為289～379 g·株-1[2]。干形決定用材林的價(jià)值，也是立木材積的估算因子[4]。徑高比是表征樹(shù)木干形的常用性狀之一，施肥通過(guò)影響生物量在樹(shù)干的分配，從而影響徑高比。一些研究表明，施肥導(dǎo)致生物量向樹(shù)干上部積累，呈現(xiàn)出圓柱形樹(shù)干，徑高比減少[5]；而另一些研究顯示，施肥導(dǎo)致生物量向樹(shù)干下部積累，表現(xiàn)為錐形樹(shù)干，徑高比增加[6]，或?qū)ι锪吭跇?shù)干中的分配無(wú)影響，徑高比不變[7]。

西南樺 (Betula alnoides Buch.-Ham.ex D.Don)是南亞熱帶速生優(yōu)良鄉(xiāng)土闊葉樹(shù)種，喜光、耐旱瘠，具有較高的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值[8]。氮肥能夠顯著促進(jìn)西南樺的生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收[9]，然而，西南樺造林早期生長(zhǎng)和干形對(duì)氮肥的響應(yīng)是否存在無(wú)性系差異以及氮肥與無(wú)性系是否存在交互作用，仍缺乏深入研究。因此，本研究選擇4 個(gè)生長(zhǎng)優(yōu)良的西南樺無(wú)性系開(kāi)展氮素施肥試驗(yàn)，揭示氮肥、無(wú)性系及其交互作用對(duì)造林早期生長(zhǎng)和干形的影響，從而確定4 個(gè)無(wú)性系的最佳施氮量，為提高西南樺無(wú)性系造林早期生長(zhǎng)和木材品質(zhì)提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西憑祥市中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心青山實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，該地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，干濕季節(jié)明顯，2000—2018 年，年均氣溫22℃，年均降水量1 400 mm，4—10 月降水占77%。試驗(yàn)地海拔750 m，東坡、中坡、坡度約30°，造林前茬是杉木采伐跡地。土壤是花崗巖風(fēng)化形成的紅壤，質(zhì)地為砂質(zhì)壤土。5 cm 土壤容重0.76 g·cm-3，pH 值4.38，有機(jī)質(zhì)84.90 g·kg-1，全氮3.68 g·kg-1，全磷0.74 g·kg-1，全鉀1.78 g·kg-1，水解氮397.35 mg·kg-1，有效磷1.75 mg·kg-1，速效鉀125.98 mg·kg-1

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，7 個(gè)氮（尿素）梯度 (主區(qū))：0、50、150、250、400、550、700 g ·株-1，4 個(gè)西南樺無(wú)性系 (副區(qū))：C1、C2、C3、C4，平均苗高20 cm，每個(gè)副小區(qū)8 株，4 次重復(fù)，合計(jì)896 株。

2013 年12 月造林，株行距為2 m×3 m，穴規(guī)格50 cm×50 cm×50 cm (長(zhǎng)×寬×深)，主區(qū)間采用1 年生紅椎實(shí)生苗作為隔離行，小區(qū)間設(shè)立1～2 個(gè)隔離行。施肥方案見(jiàn)表1，N 肥為尿素(N≥46.4%)，P 肥為過(guò)磷酸鈣 (P2O5≥ 18%)，K 肥為氯化鉀 (K2O≥ 60%)。所有處理的N 肥施用量不同，而P 肥和K 肥用量一致，P 肥每株施500 g過(guò)磷酸鈣，作為基肥1 次性施入；K 肥每株施330 g 氯化鉀，分5 次施完。施肥方法采用穴施，即在植株兩側(cè)冠沿各挖1 個(gè)約20 cm 深的穴，施肥后立即覆土。

表1 施肥方案Table 1 The fertilization schedule g·株-1

2.2 調(diào)查方法

于2014、2016、2018 年12 月，即造林后第1、3、5 年，分別調(diào)查西南樺無(wú)性系的保存率、樹(shù)高、胸徑、枝下高、冠幅和干形性狀 (主干分叉和通直度)。徑高比以胸徑 (cm) 與樹(shù)高 (m) 之比來(lái)表示，采用Pinyopusarerk 等[10]方法估算主干分叉和通直度 (表2)。

表2 干形性狀劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Classification criteria of stem form traits

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

由于2016 年10 月施肥全部結(jié)束，因此，本文僅對(duì)2016 和2018 年調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。應(yīng)用SPSS16.0 軟件General Linear Model 的Univariate對(duì)西南樺無(wú)性系的生長(zhǎng)和干形性狀進(jìn)行裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析，檢驗(yàn)氮肥和無(wú)性系的效應(yīng)及其交互作用，若差異顯著則在P＜0.05 水平上進(jìn)行 Duncan 多重比較[11]。統(tǒng)計(jì)分析前，保存率經(jīng)平方根反正弦轉(zhuǎn)換，主干分叉和通直度經(jīng)平方根轉(zhuǎn)換。

3 結(jié)果與分析

3.1 保存率

由表3 可知：造林后第3、5 年，氮肥、氮肥和無(wú)性系交互作用對(duì)保存率的影響均不顯著 (P＞0.05)，而各無(wú)性系之間保存率差異顯著 (P＜0.05)。造林后第5 年，無(wú)性系C2 的保存率最小，比其它3 個(gè)無(wú)性系低21%～33% (表4)。

3.2 生長(zhǎng)

由表3 可知：造林后第3 年和第5 年，無(wú)性系對(duì)西南樺的樹(shù)高、胸徑、枝下高和冠幅的影響極顯著 (P＜0.001)，氮肥和無(wú)性系交互作用僅顯著影響造林第3 年的枝下高 (P＜0.01)，而氮肥對(duì)西南樺造林后生長(zhǎng)的影響不顯著 (P＞0.05)。

表4 表明：樹(shù)高、胸徑和冠幅隨著施氮量的增加呈現(xiàn)出“增加—穩(wěn)定—減少”的變化趨勢(shì)，當(dāng)施氮肥（尿素）量為250～550 g 尿素·株-1時(shí)，西南樺的生長(zhǎng)表現(xiàn)最好。造林后第5 年，無(wú)性系C3 的生長(zhǎng)表現(xiàn)最優(yōu)，其樹(shù)高、胸徑、枝下高和冠幅分別達(dá)7.8 m、7.5 cm、2.9 m 和3.0 m，其次是無(wú)性系C1 和C4，生長(zhǎng)最差的為無(wú)性系C2。與無(wú)性系C2 相比，無(wú)性系C3 的樹(shù)高、胸徑、枝下高和冠幅分別高42%、32%、16%和25%，且差異顯著。

3.3 干形

由表3 可知：造林后第3、5 年，無(wú)性系之間徑高比及造林后第5 年的主干分叉和通直度差異極顯著 (P＜0.001)，而氮肥、氮肥和無(wú)性系的交互作用對(duì)徑高比、主干分叉和通直度的影響均不顯著(P＞0.05)。表4 表明：與其他無(wú)性系相比，無(wú)性系C3 的干形表現(xiàn)最佳，其主干最通直，分叉部位最高，而徑高比處于中等水平，其次是無(wú)性系C1 和C4，最差的是無(wú)性系C2。

4 討論

本研究中，隨著施氮量增加，西南樺的樹(shù)高、胸徑和冠幅呈現(xiàn)出“增加—穩(wěn)定—減少”的變化趨勢(shì)，施氮量（尿素）為250 ～ 550 g·株-1時(shí) (N4、N5、N6 處理)，各項(xiàng)生長(zhǎng)性狀達(dá)到最大值，但不同氮處理間生長(zhǎng)差異并不顯著，與以往的研究結(jié)果不同，如云南省德宏州瑞麗市3 年齡西南樺配方施肥研究結(jié)果表明，氮、磷、鉀和復(fù)合肥4 種肥料組合以基肥方式施入對(duì)西南樺的高和徑向生長(zhǎng)具有明顯的促進(jìn)作用，高和徑向生長(zhǎng)的最大提高幅度分別達(dá)55%和101%，其中氮肥的生長(zhǎng)促進(jìn)作用大于其它3 種肥料，最佳施氮（尿素）量為100 g·株-1[12]。云南省德宏州芒市2 年生西南樺幼林的施肥效果及其坡位效應(yīng)研究結(jié)果顯示，磷肥作為基肥一次性施入，氮和鉀肥分3 次施入，隨著施肥量的增加，西南樺的胸徑、樹(shù)高和冠幅生長(zhǎng)量顯著增大，最佳施氮（尿素）量為325 g·株-1，各處理的施肥效果因坡位而異[13]。上述不同研究結(jié)果表明，即使同一樹(shù)種，肥料種類(lèi)、施肥方法、立地條件和林齡不同，其最佳施氮量和施肥效果也可能不相同，因此，適宜施氮范圍的確定應(yīng)該充分考慮肥料種類(lèi)、施肥方法、立地條件和林齡等因素。西南樺是高養(yǎng)分需求樹(shù)種，但氮肥對(duì)西南樺造林早期生長(zhǎng)的促進(jìn)作用并不顯著，原因可能有兩個(gè)：一是西南樺對(duì)氮磷鉀的需求量可能隨著植株生長(zhǎng)的增加而同步增加，本研究?jī)H提高了不同施肥處理的氮肥施用量，未改變磷肥和鉀肥的施用量，雖然磷和鉀肥的施用量在各處理上都較高，但氮磷鉀配比發(fā)生了變化，從而影響了氮肥施用效果，劉慶云等[14]亦發(fā)現(xiàn)，氮磷鉀配施對(duì)西南樺幼林生長(zhǎng)的影響有時(shí)甚至大于單素施肥；二是西南樺屬于深根性樹(shù)種，根系發(fā)達(dá)，對(duì)土壤的適應(yīng)性廣。以往研究顯示，花崗巖發(fā)育的低山黃壤區(qū)適合西南樺生長(zhǎng)，其土壤全氮含量為0.57～1.88 g·kg-1[15]，而本研究的土壤全氮含量為3.68 g·kg-1，其土壤氮能夠滿足西南樺的生長(zhǎng)需要，因此，今后應(yīng)該根據(jù)土壤的養(yǎng)分狀況合理設(shè)置氮磷鉀配比以提高西南樺造林施肥效果。干形是衡量木材質(zhì)量和抗性的重要指標(biāo)之一，干形主要受遺傳因素控制[16-19]，并且受施肥和間伐等撫育措施的影響[6，20]。與生長(zhǎng)的研究結(jié)果類(lèi)似，氮肥對(duì)西南樺的徑高比、主干分叉和通直度影響亦不顯著，可能因?yàn)樵谠炝殖跗诹址钟糸]過(guò)程中，出現(xiàn)了自然整枝現(xiàn)象，使生物量在樹(shù)干的分配相對(duì)均勻，因此，氮肥未改變西南樺的干形，但隨著樹(shù)冠不斷擴(kuò)大是否會(huì)影響徑高比和枝條發(fā)育有待進(jìn)一步觀測(cè)[21-23]。

表3 西南樺早期生長(zhǎng)和干形性狀方差分析Table 3 ANOVA of early growth and stem form traits of Betula alnoides

表4 西南樺早期生長(zhǎng)和干形性狀多重比較Table 4 Multiple comparison of early growth and stem form traits of Betula alnoides

本研究結(jié)果顯示，造林后第5 年，西南樺無(wú)性系的各生長(zhǎng)和干形性狀均差異顯著，以無(wú)性系C3 的表現(xiàn)最優(yōu)，其保存率、樹(shù)高、胸徑、枝下高、冠幅、主干分叉和通直度較最差的無(wú)性系C2 分別高34%、42%、32%、16%、25%、22%和19%，說(shuō)明選擇合適的無(wú)性系造林，能夠顯著提升西南樺早期生長(zhǎng)速度和干形質(zhì)量。另外，筆者發(fā)現(xiàn)，氮肥和無(wú)性系的交互作用并不顯著，說(shuō)明西南樺無(wú)性系對(duì)氮素施肥的響應(yīng)不存在明顯差異，這與以往的一些研究結(jié)果不同，如毛白楊和青海云杉(Picea crassifolia Kom.) 對(duì)施肥量的響應(yīng)因基因型而異[2-3]，可能與本研究的立地條件和氮磷鉀施肥配比有關(guān)。因此，在今后開(kāi)展無(wú)性系養(yǎng)分需求研究時(shí)，宜根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況合理設(shè)置施肥配比。

5 結(jié)論

隨著施氮量的增加，西南樺無(wú)性系的生長(zhǎng)和干形性狀先逐漸增加，達(dá)到最大值后又逐漸減少，但不同氮肥處理間差異不顯著，表明單一提高氮肥用量對(duì)西南樺造林早期生長(zhǎng)和干形的促進(jìn)作用并不明顯。無(wú)性系顯著影響西南樺的存活率、樹(shù)高、胸徑、枝下高、冠幅、徑高比、主干分叉和通直度，綜合各生長(zhǎng)和干形性狀，宜采用無(wú)性系C3 造林，其西南樺生長(zhǎng)與干形表現(xiàn)最好。氮肥和無(wú)性系不存在交互作用。