闽北山地坡位对湿地松生长和养分利用效率的影响

高伟，郑兆飞，朱祥锦，叶功富，张明友，饶兴元

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；2.福建省南平市林业局，福建 南平 353000；3.福建省政和县林业局，福建 南平 353600；4. 福建省南平峡阳国有林场，福建 南平 353005)

闽北山地坡位对湿地松生长和养分利用效率的影响

高伟1，郑兆飞2，朱祥锦3，叶功富1，张明友3，饶兴元4

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；2.福建省南平市林业局，福建 南平 353000；3.福建省政和县林业局，福建 南平 353600；4. 福建省南平峡阳国有林场，福建 南平 353005)

对闽北山地坡位对湿地松生长和养分利用效率的影响进行了研究，结果表明：坡位对湿地松幼林的生长有显著影响，中坡和下坡湿地松的树高、胸径和单株材积显著大于上坡；不同坡位上湿地松幼林的林分生物量为下坡(9 522 kg·hm-2)>中坡(7 137 kg·hm-2)>上坡(6 266 kg·hm-2)；不同坡位上湿地松对养分的利用效率不同，其中中坡对氮、磷的利用效率显著高于上坡和下坡，下坡对钾、钙、镁、铁的利用效率高于上坡和中坡。

闽北山地；湿地松；养分利用效率

立地因子可影响林木生长发育[1，2]，其中坡位作为重要的立地因子之一，与林木生长和生物量积累具有密切关系[3-5]。在一项针对坡位和闽楠生长的研究中，认为不同坡位对闽楠生长及各器官生物量积累和分配均有不同影响，闽楠生长量及生物量积累表现为下坡位>中坡位>上坡位[6]，另有研究指出坡位对米老排人工林胸径和树高生长量影响显著，呈现下坡位>中坡位>上坡位的规律[7]，张章秀[8]研究了福建省尤溪县4年生杉木、樟树人工混交林地上部分和地下部分生物量及其分配，发现不同坡位杉木及樟树平均胸径、平均树高及单位面积平均材积均体现为下坡位>中坡位>上坡位。

湿地松(Pinuselliottii)原产美国，由于其适应性强、早期生长快、木材质量好，松脂产量高等优点，现成为我国南方的重要用材和造林树种[9，10]。已有文献分别对其生长发育规律[11，12]、生物产量和养分循环[13，14]进行了报道。关于立地因子与其生长发育的关系，张义[15]认为影响湿地松人工林胸径的最重要立地因子是坡形，其次是坡向，再者是坡位；影响树高的最重要立地因子是坡形，其次是坡位，再者是坡向。郑丽垠[16]认为坡位对3年生湿地松林的生长量和生物量均有显著影响，下坡位林分平均树高、胸径和平均东西冠幅均高于上坡位，而平均南北冠幅则低于上坡位；湿地松生物量、林下植被生物量及林分总生物量表现为下坡位高于上坡位。尽管已有研究对不同坡位上湿地松的生长和生物量进行了报道，但在闽北贫瘠山地上，坡位对湿地松生物量积累和养分利用效率的影响尚不明确，且此问题对于湿地松在中亚热带贫瘠山地上的引种栽培具有重要意义，因此，本文以中亚热带贫瘠山地上不同坡位4年生湿地松林为材料，研究了其生物量和养分积累，以期为闽北山地湿地松的栽培管理提供科学依据。

1 研究区概况

研究区域位于福建省杨源乡(27°09′08″ N，119°00′51″ E)，位于政和县东南部，总面积242 km2；地处洞宫山与风山凹一线的东南坡，地势略向东南倾斜，平均海拔800 m以上；境内群山绵绵，岩种复杂，溪流曲折；气候冬冷夏凉，最高气温34.7 ℃，最低气温-12.2 ℃，年平均气温14.7 ℃，昼夜温差大，具典型的“南原北国”气候特点；年均降水量1 926.2 mm，其坂头、洞宫、翠溪一带夏秋之交常受大风冰雹袭击。

2 研究方法

2.1 样地选择

选取坡度均匀且人为干扰较小的林地作试验林地，分为上、中、下3个坡位，坡向东南，立地类型均为Ⅲ类。上坡位样地位于杨源乡杨源村矮地洋，海拔995 m；中坡位样地位于杨源乡大溪村，海拔910 m；下坡位样地位于杨源乡杨源村溪蟹，海拔820 m。不同坡位湿地松林的造林时间均为2008年，造林密度为2 500株·hm-2，林下植被主要为芒萁(Dicranopterisdichotoma)、赤楠(Syzygiumbuxifolium)、乌饭树(Vacciniumbracteatum)、檵木(Loropetalumchinense)、箬竹(Indocalamustesselatus)、杨梅(Myricarubra)、山鸡椒(Litseacubeba)、杜鹃(Rhododendronsimsii)、黄瑞木(Adinandramillettii)和白茅(Imperatacylindricavar.major)等。

2.2 植物调查与取样

2012年10月19日，分别在不同坡位湿地松林内各设置3个面积为400 m2的样方作为3个重复，以样方为单位，根据每木检尺结果，各选择湿地松标准木3株进行生物量测定，样木伐倒后，按照不同器官分别测定干、皮、枝、叶、主根和侧根的质量，称质量后，按器官的不同，采集伐倒木的分析样品400 g左右，带回试验室在80 ℃下烘干至恒质量，计算含水率和干质量，同时，在两种林分内，按S形布点，采集0～20 cm和20～40 cm土壤，进行土壤理化性质测定，不同坡位土壤理化性质见表1。

表1 不同坡位湿地松林土壤理化性质

2.3 测定方法

土壤物理性质采用环刀法，pH采用酸度计法。分别对湿地松幼树标准木的不同组分进行取样，粉碎过筛后，进行养分测定。植物和土壤养分元素C、N用元素分析仪(Elementar Vario EL III)测定，P采用分光光度法测定，K、Na采用火焰光度法测定，Ca、Mg、Fe采用原子吸收分光光度法测定。

2.4 数据处理

养分积累量=生物量×养分浓度；采用树木生产1 t干物质需要从土壤中吸收的养分数量来反映其对养分的利用效率，吸收量多说明其利用效率低，吸收量少说明利用效率高[17]。

湿地松材积采用山本公式建立的二元材积式V=0.000 058 41D2.233 8×H0.565 3(式中：V为材积，D为胸径，H为树高)计算。

在SPSS 13.0中进行单因素方差分析，在Microsoft Excel 2003中进行图表整理。

3 结果与分析

3.1 不同坡位对湿地松幼林生长的影响

表2 不同坡位对湿地松幼林生长的影响

注：表中不同字母表示在α=0.05水平差异显著

表2可见，坡位对湿地松幼林的生长情况有显著影响，中坡和下坡湿地松的树高、胸径和单株材积显著大于上坡(P<0.05)，其中树高(3.09±0.38 m、2.97±0.45 m)比上坡(2.6±0.46 m)高出了50%和14.23%，胸径(4.61±1.09 cm、4.64±0.86 cm)比上坡(3.34±0.95 cm)高出了38.02%和38.92%，材积(0.003 62±0.001 54 m3、0.003 63±0.001 85 m3)比上坡(0.001 73±0.001 3 m3)高出109.24%和109.82%，而中坡与下坡湿地松的生长情况无显著差异(P>0.05)，比较适合湿地松的生长。

表3 不同坡位对湿地松幼林生物量积累的影响

3.2 不同坡位对湿地松幼林生物量积累的影响

由表3可见，不同坡位上湿地松幼林的干、皮和叶生物量为下坡>中坡>上坡，枝和主根生物量为下坡>上坡>中坡，侧根生物量为上坡>下坡>中坡，林分生物量为下坡(9 522.94 kg·hm-2)>中坡(7 137.39 kg·hm-2)>上坡(6 266.988 kg·hm-2)，下坡位的林分生物量分别比中坡位和上坡位高出了33.42%和51.95%，中坡位比上坡位高出了13.89%。

3.3 不同坡位湿地松幼林各组分养分浓度

由表4可见，除叶和侧根之外，其他组分的C浓度均为上坡>下坡>中坡，N平均浓度为下坡(0.4%)>上坡(0.34%)>中坡(0.3%)，P平均浓度为下坡(0.03%)>上坡(0.02%)=中坡(0.02%)，K平均浓度为中坡(0.44%)>下坡(0.34%)=上坡(0.34%)，Ca平均浓度为上坡(0.26%)>中坡(0.15%)>下坡(0.14%)，Mg平均浓度为上坡(0.12%)>中坡(0.07%)=下坡(0.07%)，Fe平均浓度为中坡(0.06%)>下坡(0.05%)>上坡(0.04%)。

表4 不同坡位湿地松幼林各组分养分浓度

表5 不同坡位湿地松幼林各组分养分积累

3.4 不同坡位湿地松幼林养分积累

由表5可见，碳、磷的积累量为下坡(分别为4 852.21、3.24 kg·hm-2)>中坡(分别为3 606.95、1.69 kg·hm-2)>上坡(分别为3 204.69、1.68 kg·hm-2)；氮的积累量为下坡(46.74 kg·hm-2)>上坡(27.19 kg·hm-2)>中坡(24.4 kg·hm-2)；钾和铁的积累量为中坡(分别为32.86、3.78 kg·hm-2)>下坡(分别为32、2.86 kg·hm-2)>上坡(分别为23.76、1.9 kg·hm-2)；钙和镁的积累量为上坡(分别为16.81、7.94 kg·hm-2)>下坡(分别为13.98、6.58 kg·hm-2)>中坡(分别为12.01、5.71 kg·hm-2)。

3.5 不同坡位湿地松幼林养分利用效率

表6 不同坡位湿地松幼林养分利用效率 kg·t-1

由表6可见，每生产1 t干物质，湿地松从土壤中吸收的氮量为上坡>下坡>中坡，吸收磷量为下坡>上坡>中坡，中坡对氮、磷的利用效率显著高于上坡和下坡；吸收钾、钙、镁量为上坡>中坡>下坡，吸收铁量为中坡>上坡>下坡，下坡对钾、钙、镁、铁的利用效率高于上坡和中坡。

4 结论与讨论

已有研究表明，在坡位、坡向和坡度因子中，对林木胸径、树高和材积及生物量影响程度从大到小排序一般都为坡位>坡度>坡向，坡位往往被作为主要因素，决定着林木的生长状况。郑丽垠[16]对长乐沿海山地不同坡位湿地松的生物量进行了分析，结果发现，坡位对3年生湿地松林的生长量和生物量均有显著影响，下坡位林分平均树高、胸径和平均东西冠幅均高于上坡位，而平均南北冠幅则低于上坡位；湿地松生物量、林下植被生物量及林分总生物量表现为下坡位高于上坡位。本研究中，在中亚热带贫瘠山地上，坡位对湿地松幼林的生长情况有显著影响，中坡和下坡湿地松的树高、胸径和单株材积显著大于上坡(P<0.05)，中坡与下坡湿地松的生长情况无显著差异(P>0.05)，不同坡位上湿地松幼林的干、皮和叶生物量为下坡>中坡>上坡，枝和主根生物量为下坡>上坡>中坡，侧根生物量为上坡>下坡>中坡，林分生物量为下坡>中坡>上坡，不同立地上湿地松的年总凋落物量为下坡(3 010.57 kg·hm-2)>中坡(1 884.39 kg·hm-2)>上坡(1 060.4 kg·hm-2)，说明中坡和下坡位的立地条件比较适合湿地松的生长，与已有研究结果相似。

本研究中，不同坡位上湿地松的养分积累和养分利用效率有显著差异，不同坡位上碳、磷的积累量为下坡>中坡>上坡，氮的积累量为下坡>上坡>中坡，钾和铁的积累量为中坡>下坡>上坡，钙和镁的积累量为上坡>下坡>中坡；不同坡位湿地松吸收氮量为上坡>下坡>中坡，吸收磷量为下坡>上坡>中坡，中坡对氮、磷的利用效率显著高于上坡和下坡；吸收钾、钙、镁量为上坡>中坡>下坡，吸收铁量为中坡>上坡>下坡，下坡对钾、钙、镁、铁的利用效率高于上坡和中坡；不同坡位上各养分元素的富集量均为下坡大于中坡、上坡。

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Effects of Slope Position on Growth and Nutrient-Use-Efficiency ofPinuselliottiiin Mountains of Northern Fujian Province

Gao Wei1, Zheng Zhaofei2, Zhu Xiangjin3, Ye Gongfu1, Zhang Mingyou3, Rao Xingyuan4

(1. Fujian Forestry Science Research Institute, Fuzhou 350012, China; 2. Nanping Forestry Bureau of Fujian Province,Nanping 353000, China; 3. Bureau of Forestry,Zhenghe County, Fujian Province, Fujian 353600,China;4. Xiayang State-owned Forest Farm,Nanping City, Fujian Province, Nanping353005,China)

The effects of slope position on growth & nutrient-use-efficiency ofPinuselliottiiin northern Fujian Province were studied. Result shows that the slope position have a significant effect on growth ofPinuselliottiiyoung forest;tree height , DBH & individual volume (9 522 kg ·hm-2)> middle slope (7 137 kg ·hm-2)> uphill (6 266 kg · hm-2). The nutrient-use-efficiency ofPinuselliottiiat different slope positions is different. The nutrient-use-efficiency ofPinuselliottiion nitrogen and phosphorus at middle slope is significantly higher than that at upslope and downslope. The nutrient-use-efficiency ofPinuselliottiion potassium, calcium, magnesium & iron at downslope is higher than that at upslope and middle slope.

mountains of northern Fujian Province ;Pinuselliottii; the nutrient-use-efficiency

1005-5215(2017)05-0006-04

2017-04-06

福建省林业科学研究项目(闽林科〔2010〕4号)；国家林业局南方山地用材林培育重点试验室、福建省森林培育与林产品加工利用重点试验室资助

高伟(1985-)，男，山东青岛人，硕士，助理工程师，主要从事退化生态系统恢复研究,Email：gao01271@163.com

叶功富(1966-)，男，福建政和人，教授级高工，博士，主要从事森林生态管理研究，Email：yegongfu@126.com

S791.246

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.05.002