杉木大径材培育施肥配方选择研究

徐清乾， 黄 帆， 徐少东， 张 勰， 王湘莹， 吴成田, 熊卫兵

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004; 2.靖州县排牙山国有林场， 湖南 靖州 418400； 3.岳阳县林业科学研究所， 湖南 岳阳 414100)

杉木CunninghamiaLanceolata(Lamb.) Hook是我国南方提供商品材的首要树种，木材产量约占40%的比重。随着社会经济进步和人民生活的日益提高，杉木中小径材用途越来越窄，大径材更受到人们的喜爱。由于对环境保护意识的增强，木材的砍伐指标高度控制，使杉木短轮伐期中小径材培育向长周期大径材高效培育转变[1]。杉木大径材生产受遗传控制、立地控制和密度控制，当造林材料和密度管理确定时，通过施肥提高林地肥力，是培育杉木大径材的有效营林方法[2-4]。李花兰[5]开展施肥对林木生长效应的理论研究；吴晓芙等[6]开展立地养分效应配方施肥模型研究，从施肥理论和配方模型上为林木施肥提供了基础性技术支撑。用材树种施肥技术和施肥效果有大量报道，但针对施肥对大径材形成的影响报道甚少。本文研究不同配方施肥对杉木大径材形成的影响，对林农生产杉木优质大径材具有重要的指导意义。

1 试验区概况

试验区位于湖南省靖州县排牙山国有林场场部小水库旁，中心点地理坐标为109°30′12″E， 26°24′23″N。该试验区域属中亚热带湿润季风气候，热量充足、气候温和、雨水充沛。近30年均日照时间1 580 h，气温16.8 ℃，10 ℃以上的全年活动积温4 900 ℃，年均降水量1 380 mm，年均相对湿度82.0%，无霜冻期285 d。试验区为中低山地貌，海拔高度430～480 m，坡度12～15°，林地土壤为页岩发育成的山地红黄壤，土层深度65～80 cm，有机质含量2.2%，pH值5.8～6.8之间，为杉木大径材培育的适宜地域。

施肥试验林为1990年春采用靖州初级种子园混和种营造的杉木速生丰产林，立地条件18指数级，初植密度2.2 m×2.2 m，折合2 066株·hm-2；2002年按保留1 500株·hm-2进行择伐，至今保留该密度。

2 试验设计与数据采集分析

2.1 试验设计

试验采用双因素正交设计， 于2003年秋、2007年秋、2010年秋，按施肥试验设计每年份进行1次施肥，A因素设置每株施有效氮50 g、100 g、150 g(折合含46.6%N的尿素107 g、214 g、321 g)3个水平，B因素设置每株施有效磷 100 g、200 g、300 g(折合含14.3%P2O5的过磷酸钙700 g、1 400 g、2 100 g)3个水平，鉴于林地含钾较丰富，钾肥不设置水平，均每株施有效钾100 g(折合含60.0%K2O的氯化钾肥167 g)；根据正交设计表，共形成7个不同的肥料配方处理，各处理3次重复，组合成21块20 m×20 m的施肥样地。7组试验处理列表1。

表1 杉木施肥处理Tab.1 Fertilizer treatments(g·株-1)处理编号肥料配方NP2O5K2OT1N1P1K150100100 T2N1P2K150200100 T3N2P1K1100100100T4N2P3K1100300100T5N3P2K1150200100 T6N3P3K1150300100CKN0P0K0000

2.2 指标计算方法

2003年秋择伐时，测量各标准地间伐木的每木树高和胸径，2019年冬，对21块30年生施肥试验标准地的全部保留立木进行胸径调查，并按25%比例测定个体树高。试验取得的间伐木和现立木原始数据以下列公式计算至30年生时不同肥料配方的施肥效果。

平均胸径计算公式

(1)

式中:N表示总株数，di表示各单株胸径值。

活立木单株材积量计算公式

V活立木=0.000 058 770 42D1.969 831H0.896 461 57

(2)

式中：V活立木为活立木单株材积量(m3·株-1)，D为胸径(cm)，H为树高(m)。

规格材各材种出材量公式

V规(原条)=0.000 036 024 375 8 ×

D1.947 520 76H1.007 937 69

(3)

式中：V规(原条)为规格材原条出材量(m3·株-1)，D为胸径(cm)，H为树高(m)。

施肥投入产出比公式

B=Z/T

(4)

式中：B为施肥投入产出比，Z为施肥产出增值[7]，T为施肥投入成本。

2.3 数据统计分析

采用Excel 2010和SPSS 10.0软件进行数据统计分析。

3 结果与分析

3.1 不同肥料配方对树高、胸径和单株材积平均值的影响

通过336组胸径和树高的调查数据，对应进行多种函数的回归分析，筛选出以自然常数2.718 282为底的指数函数H树高=14.5×exp(0.012 3×D胸径)估算树高[8]。各施肥处理林分平均树高、胸径、单株材积列表2。

表2 不同肥料处理生长量Tab.2 Growth of Chinese fir plantation with different fertilizer treatments 处理编号肥料配方平均树高/m平均胸径/cm平均单株材积/(m3·株-1)T6N3P319.31±5.0526.12±2.370.528 1±0.274 3T4N2P319.23±4.9026.08±2.390.522 2±0.246 1T5N3P219.15±4.6425.70±2.150.502 0±0.233 4T2N1P219.06±3.9125.43±1.990.481 4±0.185 0T3N2P118.80±3.6124.78±2.210.458 6±0.219 1T1N1P118.72±3.3224.61±2.090.449 7±0.211 6CKN0P018.65±3.1623.72±1.790.435 8±0.206 5 注: ±号后数据为标准差。

由表2可知，不同配方的施肥处理，杉木林分树高、胸径和单株材积的平均值排序均为：T6>T4>T5>T2>T3>T1>CK，以表2数据再计算，各施肥处理相比对照树高增益分别为3.5%、3.1%、2.7%、2.2%、0.8%、0.4%，胸径增益分别为10.0%、9.8%、8.2%、7.1%、4.3%、3.6%，单株材积量增益分别为21.2%、19.8%、15.2%、10.5%、5.2%、3.2%，树高、胸径、材积增益最高的施肥处理均为3年份施肥，每年份1次性每株施150 g N+300 g P2O5+100 g K2O。从标准差分析可见，施肥增加了林分单株间的分化，呈现出生长较好的林分单株分化较大的规律。

3.2 不同肥料配方对各径级材株数百分比的影响

根据带皮胸径数据，将D≥25 cm的立木归为大径材，将18 cm≤D<25 cm的立木归为中径材，将10 cm≤D<18 cm的立木归为小径材。按此标准统计各施肥处理大径材、中径材、小径材3种径级材的株数百分比[9-10]，其结果见图1。

由图1可知，各处理大径材株数比例从大到小的排序与林分平均树高、胸径、单株材积排序一致，均为处理T6>T4>T5>T2>T3>T1>CK，分别为55.0%、53.4%、50.0%、48.3%、45.0%、43.3%、36.7%；中径材株数比例从大到小的排序CK>T1>T3>T2>T5>T6>T4，分别为51.7%、50.0%、46.7%、45.0%、41.7%、41.7%、38.3%；小径材株数比例从大到小的排序CK>T3>T5>T4>T1>T2>T6，分别为11.7%、8.3%、8.3%、6.7%、6.7%、6.7%、3.3%；不施肥(CK)林木表现为大径材株数比例最低，中、小径材比例最高，可见施肥能显著提高大径材株数比例；各施肥配方比较，3年份施肥每年份1次性每株施150 g N+300 g P2O5+100 g K2O(T6)和100 g N+300 g P2O5+100 g K2O(T4)两个施肥处理大径材株数比例较多，30年生分别达55.0%和53.3%。

3.3 不同肥料配方对各径级材蓄积量及总蓄积量的影响

分别计算标准地内大径材、中径材、小径材及全部单株的材积之和，求出各径级材蓄积量和总蓄积量，换算成每hm2单位面积蓄积量，再对应分析各施肥处理对3种径级材蓄积量及总蓄积量的影响[11-13]，统计结果列表3。

表3 不同肥料处理各径级材蓄积量及总蓄积量Tab.3 Volume of trees with different diameter grades and to-tal volume of plantation with different fertilizer treat-ments(m3·hm-2)处理编号大径材蓄积量中径材蓄积量小径材蓄积量总蓄积量T6583.8198.310.1792.2T4570.2197.615.5783.3T5509.7220.922.3753.0T2465.0238.418.7722.1T3442.6223.322.1687.9T1418.2237.918.4674.5CK397.5238.119.1654.7

由表3可知，各试验处理间单位面积总蓄积量排序与大径材蓄积量排序完全一致，从大到小排序均为T6>T4>T5>T2>T3>T1>CK， 从而计算得出：6个施肥处理单位面积总蓄积量相比对照增益分别为21.0%、19.6%、15.0%、10.3%、5.1%、3.0%，单位面积大径材蓄积量相比对照增益分别为46.9%、43.4%、28.2%、17.0%、11.3%、5.2%，表现出各施肥处理对提高林分总蓄积量及大径材蓄积量均有一定的增产效益，且提高大径材蓄积量的作用更为明显。从多生产总量木材和大径材木材角度出发，3年份T6施肥处理每年份1次性每株施150 g N+300 g P2O5+100 g K2O效果最佳，30年生总蓄积量量达792.2 m3·hm-2，其中大径材蓄积量达583.8 m3·hm-2。

3.4 不同肥料配方对大径级材出材率的影响

先计算标准地内每株大径材的原条出材量(m3·株-1)，再以标准地内大径材总原条出材量除以标准地内总蓄积量，求出各处理的大径材出材率，其统计结果列表4。

表4 不同肥料处理大径材出材率Tab.4 Production ratio of large diameter trees with different fertilizer treatments处理编号大径材出材量/(m3·hm-2)大径材出材率/%相比CK出材率增益/%T6478.760.424.3T4467.559.722.8T5418.055.514.2T2376.652.27.4T3358.552.17.2T1343.050.84.5CK318.148.6

由表4可知，各试验处理间大径材出材量从大到小排序均为T6>T4>T5>T2>T3>T1>CK，介于318.1～478.7 m3·hm-2之间，以CK最小；大径材出材率与大径材出材量排序一致，介于48.6%～60.4%之间，以CK最小；6个施肥处理大径材出材率相比对照大径材出材率增益介于4.5%～24.3%之间，以3年份T6施肥处理每年份1次性每株施150 g N+300 g P2O5+100 g K2O的大径材出材率增益最高，比对照高出24.3%。

3.5 各肥料配方投入产出比分析

以近3年湖南杉木卖青山价格，径阶≥34 cm的特大径材1 100元·m-3、径阶25～32 cm的大径材950元.m-3、 径阶18～24 cm的中径材800元·m-3、径阶12～16 cm小径材550元·m-3进行立木产值计算[14-16]；以含46.4%N的尿素价格2 400元·t-1，含14.3%P2O5的过磷酸钙价格800元.t-1， 含60.0%K2O的氯化钾肥价格2 200元·t-1进行肥料成本计算；再根据肥料用量计算施肥和运输人工成本等，得出各施肥配方投入产出比列表4。

由表5可知，各施肥处理的投入产出比不尽相同，T4、T5、T6、T2、T3、T1分别为1∶2.93、1∶2.89、1∶2.79、1∶2.55、1∶1.57、1∶1.49，总体呈现出施肥量偏多投入产出比较高，施肥量偏少投入产出比较低规律；由施肥效益选择肥料配方，以3年份T4施肥处理每年份1次性每株施100 g N+300 g P2O5+100 g K2O最为理想，每投入1元钱，可收获2.93元，利润率193%。

表5 各施肥配方投入产出比Tab.5 Input-to-output ratio of each fertilizer formula处理编号肥料成本/(元·hm-2)用工成本/(元·hm-2)合计成本/(元·hm-2)木材产值 /(元·hm-2)施肥增益/(元·hm-2)投入产出比T18 5007 00015 500598 99923 0341∶1.49T212 90012 50025 400640 78664 8211∶2.55T310 6008 00018 600605 13629 1711∶1.57T420 70018 90039 600691 994116 0291∶2.93T519 00016 40035 400678 510102 5451∶2.89T624 50022 70047 200707 506131 5411∶2.79CK000575 9650

4 结论与讨分

(1)中龄林通过3次不同配方的施肥处理，至树龄30年生时，施肥处理平均树高、胸径、单株材积及大径材株数比例相比对照(不施肥)增益分别为0.4%～3.5%、3.6%～10.0%、3.2%～21.2%和3.3%～11.7%。

(2)不同施肥配方单位面积总蓄积量相比对照增益3.0%～21.0%，大径材蓄积量相比对照增益5.2%～46.9%，表现出各施肥配方对提高林分总蓄积量和大径材蓄积量均有一定的增产效益。以上结论与吴立潮等[17]杉木中龄林施肥单位面积蓄积量相比对照增益5.7%～18.8%接近，验证了施肥对木材增产的效应。

(3)各试验处理间大径材出材率介于48.6%～60.4%之间，施肥处理大径材出材率相比对照大径材出材率增益4.5%～24.3%。

(4)从林分生长角度出发，选择3年份施肥每年份1次性每株施150 g N+300 g P2O5+100 g K2O配方效果最佳，相对对照大径材株数比增加11.7%，单位面积总蓄积量增益21.2%，大径材蓄积量增益46.9%，大径材出材率提高24.3%。

(5)各施肥配方的投入产出比不尽相同，介于1∶2.93至1∶1.49之间，总体表现出施肥均有一定的经济效益。从经济效益角度出发，选择3年份施肥每年份1次性每株施100 g N+300 g P2O5+100 g K2O配方投入产出比最高，每投入1元钱，可收获2.93元，利润率193%。以上投入产出比与李贻铨[18]的杉木中龄林施肥投入产出比1∶3.75接近，验证了施肥的经济效益。