復合肥和微量元素配施對云南松幼林生長的影響

彭思華，王慷林，李蓮芳，高譽衡，付志高，王 凱，張青青，楊永潔，沈 松，楊歷雨，吳俊多，鄭川玲

（西南林業(yè)大學林學院，云南昆明 650224）

【研究意義】云南松（Pinus yunnanensis）主要分布于云南、四川和貴州的西部及西南部，在其分布區(qū)的社會、經(jīng)濟和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展中具有其他樹種不可替代的作用[1]。近年，優(yōu)質(zhì)高效用材林精準培育逐漸成為森林培育的熱點之一，林地的養(yǎng)分維護逐漸受到重視[2-3]。復合肥富含多種營養(yǎng)元素，其中，氮肥可改善林木營養(yǎng)狀況，加快其生長速度；磷肥是植物生長發(fā)育所必需的大量元素之一[4]。鎂肥通過參與葉綠素和碳水化合物的轉(zhuǎn)化與形成，加強光合作用，影響林木的氮代謝和營養(yǎng)生長[5]；硼肥促進林木的生長及糖分的合成，增強林木的抗旱和抗病性[6-7]。林木有效施肥作為森林撫育經(jīng)營措施之一受到普遍重視?！厩叭搜芯窟M展】吉艷芝[8]對落葉松（Larix gmelinii）人工幼林施肥4個月后指出，氮、磷、鉀和有機肥配施的胸徑和樹高增長率比不施肥的增加144.6%和35.0%；黃智敏等[9]的云南松幼樹施肥試驗指出，施肥1 a后，復合肥、氮和磷肥配施比不施肥的地徑和樹高增加59.0%和155.9%；吳修蓉等[10]研究馬尾松（P.massoniana）生長對不同鎂肥水平的響應，結果發(fā)現(xiàn)鎂肥促進磷、鉀、鈣等元素的積累，進而影響林木生長。硼肥在農(nóng)業(yè)中應用較多[11]，在林業(yè)中較少查及施硼肥相關文獻?！颈狙芯壳腥朦c】施肥是優(yōu)質(zhì)高效用材林撫育的重要措施之一，云南松施肥的試驗研究較少，其幼林以3 cm胸徑計算施肥量的精準施肥方式于本研究首次開展。【擬解決的關鍵問題】基于已有的施肥研究，采用U*15（157）均勻設計開展復合肥、氮、磷、鎂和硼肥配施的試驗，了解因素水平及其組合對云南松幼林生長的影響，為云南松人工林施肥的進一步試驗研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地和林分概況

研究地位于昆明市宜良縣祿豐村林場尖山林區(qū)，地理位置24o33′70.7″N，103o09′54.7″E，海拔1 970～2 100 m，常年多西南季風，屬亞熱帶季風氣候，年平均及最高和最低氣溫分別為17.5 ℃，31.5 ℃，-5 ℃，年平均降雨量995.3 mm，蒸發(fā)量1 710.9 mm，相對濕度約68%，常年霜期約67 d，偶有降雪3～7 d的年份[12]，屬云南松中心分布區(qū)域。試驗林分的立地條件基本相同，坡度約3o，位于東坡；8年生人工林，采用1 m×2 m×4 m的非均勻密度（初始密度3 334株∕hm2）控制造林。試驗前林木平均胸徑7.1～9.6 cm，樹高3.4～5.1 m，郁閉度0.5～0.6，經(jīng)過1次疏伐和修枝撫育，生長良好。

1.2 試驗方法

固定比例的復合肥是為某些農(nóng)作物配制的，其對云南松的生長不一定是最優(yōu)配比，同時復合肥主要含N、P、K三大元素，缺少微量元素。由此，試驗因素包括復合肥（N∶P∶K=15∶39∶8，總養(yǎng)分≥62%；A）、氮肥（尿素:含N≥46.4%；B）、磷肥（CaP2H4O8；C）、鎂肥（含Mg≥98%；D）和硼肥（含B=98%，E）5個因素，每因素5水平（表1），根據(jù)因素水平，采用U*15（157）均勻設計的變形U*15（57）開展試驗實施，根據(jù)使用表，因素A～D分別排列于2、3、4、5和7列（表2）。試驗增加1個不施肥的對照（處理組合16），共16個處理組合，每個處理組合為1個雙行（每個單行8株，共16株），采用樣本代重復進行統(tǒng)計分析。

表1 試驗的因素水平表Tab.1 Factors and levels of the experiment

施肥前，選擇立地條件基本一致的云南松幼樹，16個雙行共256株，用油漆逐行標記，在首株、轉(zhuǎn)行、末株均釘上鋁牌進行雙重標記，并進行每木檢尺（測定胸徑、樹高和冠幅等），逐株計算施肥量，計算公式Fi=（Di∕3）×Xj（其中，F(xiàn)i-單株施肥量，Di-胸徑，Xj-因素的水平，3為胸徑以3 cm為1個單位施肥；i=1～16，j=1～5）。施肥于2018年6月實施，施肥時，在每一株林木上坡位2∕3樹冠處開挖半環(huán)狀施肥溝，溝寬和深約20 cm和15 cm；按照處理組合設定的施肥種類和施肥量稱量后均勻施入溝內(nèi)并覆土。于翌年和第三年1月（施肥后0.5和1.5 a）逐株對號進行每木檢尺，并計算材積；Vi=0.000 087 151 05*Di1.9544793*Hi0.7558395（其中:Vi-材積，Di-胸徑，Hi-樹高）[13]。

采用Excel2010和SPSS22.0軟件進行數(shù)據(jù)整理和分析，為滿足方差分析的齊性要求，如果增長（百分）率有＜30%或＞70%，先進行反正弦變換后再進行方差分析，處理組合和因素水平間呈現(xiàn)顯著或極顯著的差異，采用鄧肯氏（Duncan’s）法進行多重比較[14]。

2 結果與分析

2.1 施肥對胸徑和樹高增長率的影響

2.1.1 處理組合對胸徑和樹高增長率的影響 施肥后0.5 a時，15個處理組合的平均胸徑和樹高增長率分別達9.4%～24.7%和4.0%～11.2%、對照的則為13.2%和4.6%，處理組合1和4的胸徑增長率極顯著地高于除8和15的（P≈0＜0.01）；處理組合8和15的樹高增長率分別為最高和最低，除處理組合15外其余的樹高增長率均高于對照的（圖1），揭示短期內(nèi)施肥主要影響林木胸徑的生長。

表2 U*15（57）均勻試驗設計Tab.2 The U*15（57）uniform experiment design

施肥后0.5～1.5 a時，胸徑和樹高的增長率分別達10.4%～22.6%和7.1%～21.6%，對照的則為8.1%和13.8%，處理組合間兩者均呈現(xiàn)極顯著的差異（P≈0＜0.01），施肥后15個處理組合的胸徑增長率均大于對照的；處理組合8的樹高增長率最高，對照組與最高組無顯著差異；胸徑和樹高總增長率分別為23.5%～50.3%和18.0%～31.4%，對照組則是22.4%和14.8%，施肥處理組合的胸徑和樹高增長率均極顯著高于對照組（圖1）。試驗結果揭示，施肥極顯著地促進云南松幼林胸徑和樹高的快速生長。

圖1 處理組合的胸徑和樹高增長率Fig.1 Growth rates of diameters at breast heights（DBH）and tree heights（TH）of the TCs

2.1.2 胸徑和樹高增長率對因素水平的響應 施肥后0.5 a時，影響胸徑增長率的主導因子是磷肥，所有因素的水平對胸徑增長率具有顯著或極顯著的差異影響（PA=PD=0.002、PB=PC≈0＜0.01，PE=0.027＜0.05），理論優(yōu)水平組合是復合肥和磷肥分別為0.53和0.10 kg∕cm、鎂和硼肥分別為2.50和0.67 g∕cm（A2C3D4E5）的，與實際增長率最高的處理組合1完全一致，證明試驗的可靠性；與胸徑不一致，鎂肥是影響樹高增長率的主導因子，理論優(yōu)水平組合為尿素0.07 kg∕cm、鎂和硼肥分別為1.67和1.00 g∕cm（B1D3E2），與實際增長率最高的處理組合8僅鎂肥一致，即理論最優(yōu)和實際增長率最高的不一致（圖1和表3），或許是因素的水平間具有交互作用導致的。

與前一階段不同的是，施肥后0.5～1.5 a時，硼肥是影響胸徑增長率的主導因子，僅因素B、C和E的水平間具有極顯著的差異（P≈0＜0.01），理論優(yōu)水平組合復合肥、氮和磷肥分別為0.53，0.03，0.07 kg∕cm、鎂和硼肥分別為2.50和0.50 g∕cm（A2B4C2D4E4），與增長率最高的處理組合4完全一致；影響樹高增長率的主導因子是磷肥，因素B和C對樹高增長率有極顯著的差異影響（PB、C≈0＜0.01），理論優(yōu)水平組合復合肥和磷肥分別為0.07，0.10 kg∕cm、鎂和硼肥分別為0.83和0.83 g∕cm（A4C3D2E1），與實際最高的處理組合8僅磷肥一致；影響胸徑和樹高總增長率的主導因子與0.5～1.5 a時相一致，理論優(yōu)水平組合分別為A2B3C3D4E4和A3B2C4D3E2（圖1和表3）。

從主導因子的變化，揭示云南松即使在較短的時間，對施肥養(yǎng)分的需求也產(chǎn)生動態(tài)變化，在復合肥基礎上增施尿素，抑制林木胸徑生長的負效應短期內(nèi)（施肥后0.5 a）即顯現(xiàn)，但有益于樹高的生長；同樣，短期內(nèi)復合肥促進胸徑增長，但不利于樹高生長；0.5～1.5 a期間，主導因子與前一階段不同，表明不同階段對肥料種類需求不一致。此外，施肥后1.5 a時胸徑和樹高總增長率的理論優(yōu)水平組合中分別缺尿素和復合肥，其原因與施肥后0.5 a的類似。同時，理論最優(yōu)和實際樹高增長率最高的處理組合不一致，也許是因素水平間具有交互作用所致。

2.2 材積增長率

2.2.1 處理組合的材積增長率分析 施肥后0.5和0.5～1.5 a期間，15個處理組合的材積增長率分別為19.9%～60.4%和30.9%～64.3%，總的則為75.3%～159.3%，處理組合間均呈現(xiàn)極顯著的差異（P≈0＜0.01），其中，增長率最高的較對照（29.8%、29.2%和67.3%）分別提高30.6%、35.1%和73.1%；施肥后0.5～1.5 a期間和總的材積增長率均高于對照的（表4），表明施肥效應在此期間短期內(nèi)較為明顯，云南松幼林的施肥效應較為顯著，可通過施肥極大地提高材積生長；同時，按胸徑為單位計算施肥量，可實現(xiàn)精準施肥的目標。

2.2.2 因素水平對材積增長率的影響 與胸徑一致，施肥后0.5 a時，磷肥是影響材積增長率的主導因子，因素水平間具有顯著或極顯著的差異（PA=PD=0.008，PB=PC=0.003＜0.01和PE=0.022＜0.05），理論優(yōu)水平組合與實際增長率最大的處理組合1完全一致；施肥后0.5～1.5 a期間和總材積增長率，因素水平間的差異和主導因子均與胸徑完全一致，理論優(yōu)水平（A2B3C3D4E4）與實際最高的處理組合4（A2B4C2D4E4）除尿素和磷肥外其余一致（表4和5）。理論最優(yōu)和實際最高的處理組合不一致，原因與胸徑的類似，因此云南松幼林采用尿素施肥應在試驗研究證實促進林木生長前提下才可應用于生產(chǎn)實踐。

表3 胸徑和樹高增長率的極差分析Tab.3 Range analysis of DBH and TH growth rates

表4 處理組合的材積增長率Tab.4 Growth rates of timber volumes（TV）

表5 材積增長率的極差分析Tab.5 Range analysis for rates of timber volumes

3 討論與結論

3.1 討論

復合肥主要由氮、磷和鉀的固定配比構成，常用于林木施肥中[15]，但不同的樹種對三大元素比例及其微量配比的需求也不同。吉艷芝[8]對落葉松人工幼林開展復合肥、氮肥、磷肥和有機肥分別為174，106，80，1 200 g∕株配施的試驗，施肥4個月后，平均胸徑和樹高均高于對照的；黃智敏等[9]對2年生云南松幼林進行施肥試驗，施肥1 a后，復合肥、氮肥和磷肥施肥量分別為200，10，25 g∕株的地徑和樹高生長最優(yōu)；卜旭凌等[16]對5年生杉木單施復合肥，施肥1 a后胸徑和樹高增長率達3.0%～17.0%和1.0%～10.0%，以及2 a后達9.0%～35.0%和16.0%～62.0%，與上述結果類似，本研究復合肥與微量元素配施，施肥后0.5 a和1.5 a時總的胸徑、樹高和材積增長率均高于前者。揭示不同樹種或同一樹種對養(yǎng)分種類和施肥量的要求不同，此外，單施復合肥對林木生長的效果極顯著地差于在其基礎上配施多種肥料種類。

氮、磷和鉀肥是林木生長必需的三大元素，因土壤鉀肥較為豐富，氮和磷成為必須通過施肥來滿足林木生長的重要成分，同時多數(shù)土壤種類呈現(xiàn)有效磷偏低的現(xiàn)象，施肥時增加磷肥成為必不可少的措施[17]。郭文冰等[18]對13年生濕地松（P.elliottii）開展鈣鎂磷肥和石灰配施的試驗，結果施肥林木的樹高生長較對照提高37.1%；楊樺等[19]對20年生的杉木（Cunninghamia lanceolata）開展氮和磷肥配施的試驗，結果，磷肥對林分胸徑與蓄積生長具有明顯的促進作用。與以上文獻研究結果類似，本研究磷肥是影響胸徑生長的主導因子，揭示磷肥具有促進林木生長的共同特性。云南松林區(qū)的土壤低磷少氮[17,20]，周蛟等[21]的研究指出，配施尿素、過磷酸鈣和硼肥分別為400，500，40 g∕株時極顯著地促進云南松幼林的胸徑生長，本研究中尿素抑制林木胸徑生長的結果與其相悖，也許是復合肥中的氮肥即可滿足胸徑生長的需求。養(yǎng)分對林木胸徑和樹高生長具有不同的影響，陳家法等[22]開展?jié)竦厮芍辛铸g施肥試驗，結果發(fā)現(xiàn)磷肥可顯著促進樹高生長，氮肥則顯著促進胸徑生長；馬朝忠等[23]研究表明，復合肥極顯著地促進2年生西南樺（Betula alnoides）的樹高生長，但對胸徑生長的促進效果不明顯。本研究施肥后0.5～1.5 a期間，施肥的處理極顯著地促進胸徑生長，但樹高生長對其無明顯響應，與文獻不相同。也許是不同樹種的胸徑和樹高生長對肥料及其種類組合的響應不一致，有待更多樹種的研究揭示其規(guī)律性。

3.2 結論

采用U*15（157）均勻設計，開展復合肥、氮、磷、鎂和硼肥不同水平及其組合對8年生云南松幼林生長影響的試驗。施肥后1.5 a時，胸徑、樹高和材積增長率分別達23.5%～50.29%、18.0%～31.4%和75.3%～159.3%，均大于對照組（22.4%、14.8%和67.3%）；各處理組合間，除施肥后0.5 a的樹高增長率外，施肥后0.5，0.5～1.5 a和總的所有指標增長率均呈現(xiàn)極顯著的差異（P＜0.01），施肥后1.5 a期間以上3指標增長率的主導因子呈現(xiàn)動態(tài)變化，施肥后0.5 a時是磷和鎂肥，施肥后0.5～1.5 a期間和總的則是硼和磷肥，材積的主導因子均與胸徑相一致，在缺磷的云南松林區(qū)，增施磷肥對云南松林木生長極其重要。尿素抑制云南松胸徑生長，卻有益于樹高的生長，施肥后0.5 a時的復合肥與尿素的效應相反。綜合理論與實際結果，有益于林木生長的處理組合是復合肥和磷肥分別為0.53，0.10 kg∕cm、鎂和硼肥分別為2.50，0.50 g∕cm的配施，幼林采用此配方施肥，可較大地提高林分蓄積量（提高2.0倍以上）。