复合肥和磷肥混施对云南松幼林生长的短期效应分析

付志高,李莲芳

(西南林业大学 林学院,昆明 650224)

云南松(Pinusyunnanensis),是西南地区特有的乡土树种,在其分布区内具有其他树种不可替代的社会、经济和生态可持续发展等方面的作用[1-3]。近年来,优质高效用材林精准培育成为森林培育的热点之一[4-5]。林木施肥是森林抚育经营的措施之一,合理的施肥可改善林木养分,促进林木生长[6]。缓释肥(Slow release fertilizer,SRF)属复合肥的一类,其养分会缓慢释放于土壤中并持续地供给被施肥对象[7],传统的复合肥富含多种营养元素,养分含量较高且N,P和K均衡[8]。南方红豆杉(Taxuschinensis)、华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)、槲栎(Quercusaliena)、和油茶(Camelliaoleifera)等的苗木培育中已有关于SRF应用的研究报道,其具有促进苗木生长的特点[9-12],但在林木施肥方面极少查及SRF应用的相关文献。在复合肥促进幼林的生长方面,已有将其作用于巨桉(Eucalyptusgrandis)、蒙古栎(Quercusmongolica)和西南桦(Betulaalnoides)的报道[13-15],其效果良好。磷是重要的大量元素之一,对植物生长具有不可或缺的作用,田应佳等[16]研究油茶幼林施肥,指出磷肥施用量分别为0.12和0.13kg/亩,树高和冠幅分别比对照提高18.87%和119.62%。本研究采用L9(34)正交设计开展复合肥(包括SRF)种类及其施肥量的研究,结合磷肥施肥量的多因素试验,分析因素水平及其组合在短期内(施肥1a)对12a生云南松林木生长的影响,为进一步开展施肥试验研究和生产实践的施肥提供参考。

1 试验地和林分概况

试验地位于云南省昆明市宜良县禄丰村国有林场的尖山林区,其位于25°04′00″N和102°45′41″E,海拔1 859～1 945m,属亚热带季风气候,年平均、绝对最高和最低气温分别为17.5,31.5和-5℃,年均降水量995.3mm,年相对湿度约68%；林下土壤缺磷少氮,且旱季极为干旱(表1)，土壤属风化程度较高的酸性红壤[17-18]。禄丰村林场属云南松分布的中心区域,为优质高效用材林培育的重点区域,施肥将是用材林高效精准培育中重要的抚育经营措施之一。

表1 研究地土壤理化性质

研究的试验林为2a生无蹲苗期壮苗营造的人工用材林,其苗木培育的种子来源于弥渡第1代云南松无性系种子园的良种,林分采用1m×2m×5m的非均匀密度(2 850株/hm2)控制造林。试验地的立地条件和林木生长基本一致,林分中有极少量天然更新的小叶青冈(Cyclobalanopsismyrsinifolia),林地的土壤表层已形成较薄的腐殖质层。

2 研究方法

试验因素包括肥料种类(A)及其施肥量(B)、磷肥施肥量(C)3个因素,每因素含3水平(表2),SRF是由德国康朴公司生产进口的巴萨克包膜控释肥；6个月SRF是指有效释放期为6个月,其N∶P∶K为14∶14∶14；9个月SRF的含义与其相同,仅有效释放时间延长3个月；复合肥(N∶P∶K为13∶5∶7,总养分≥25.0%)、磷肥为磷酸二铵(N∶P为18∶46,总养分≥64.0%)。根据试验的因素水平设定,采用L9(34)正交设计开展试验实施(表3)。

表2 因素及其水平表

表3 L9(34)正交试验设计

试验增加1个不施肥的对照(ck),共10个处理组合,每个处理组合施肥7株,不设重复,采用样本代重复方式进行数据分析。施肥前,对林分的林木进行每木检尺(测定胸径和树高),并逐株编号标记(油漆和铝牌双重编号),伐除无主梢、树干弯曲、被压木、病虫害严重的林木,选择树高高于林分平均木,树干通直圆满、生长良好、无病虫害或危害较轻,具有培育前景的林木进行施肥。根据胸径逐株计算施肥量,计算公式为:

F=(Di/5)×Xi

(1)

式中:F为单株施肥量；Di为胸径；Xi为因素的水平；5是指以5cm胸径为1个施肥量计算单位。

施肥时,在林地的上坡位林木冠幅的1/2处开挖宽×深为20cm×10cm半环状施肥沟,按照处理组合设定和逐株计算的施肥种类和施肥量称量不同种类肥料混合后,均匀地施入开挖的施肥沟内,并用土壤覆盖后以不见肥料外露为宜,其上加覆松针保证肥料分解后能更好地被根系吸收。施肥于头年2月开展,并于翌年同一个月逐株对号进行每木检尺,并计算材积和处理组合及因素水平的胸径、树高、材积增长率,材积计算公式:

Vi=0.00008715105×Di1.9544793×Hi0.7558395

(2)

式中:Vi为单株材积；Di为胸径；Hi为树高[19]。

应用Excel和SPSS 24.0软件进行数据整理和分析,为满足方差分析的齐性要求,如果增长(百分)率有<30%或>70%,先进行反正弦变换后再进行方差分析,采用Duncan′s法进行多重比较[20]。

3 结果与分析

3.1 施肥的水平组合对胸径和树高生长的影响

3.1.1胸径和树高增长率

如表4所示,施肥前,处理组合的平均胸径、树高和材积分别为10.5～13.4cm,6.2～7.4m和0.035～0.063m3/株(对照样本为13.0cm,7.1m和0.058m3/株)；施肥后1a时,胸径和树高增长率分别为4.29%～12.37%和7.96%～22.58%(对照的3.80%和10.21%)；处理组合间,胸径和树高增长率均呈现极显著的差异(P胸径≈0.000<0.01,P树高=0.003<0.01),处理组合6(0.75kg/5cm的6个月缓释肥和0.50kg/5cm磷肥)的胸径增长率极显著地高于除处理组合4(0.25kg/5cm的9个月缓释肥和0.75kg/5cm磷肥)和8(0.50kg/5cm的复合肥和磷肥)以外其余的；处理组合5(0.50kg/5cm的9个月缓释肥和1.00kg/5cm磷肥)的树高增长率最高,除处理组合4和8的外,其余处理组合的树高增长率均高于对照样本。一方面,表明施肥对云南松人工林在短期内即呈现促进生长的效应,且对胸径的促进效果优于树高的；另一方面,胸径和树高生长对肥料种类及其施肥量的需求不同。此外,复合肥和磷肥配施,在施肥后1a的短时间尺度范围内即呈现促进林木生长的效果,若连续施肥,也许可在生产实践中实现云南松木材的加速培育。

表4 施肥前后林木生长量统计

3.1.2胸径和树高增长率随因素水平的变化

表5的结果显示,施肥后,影响云南松林木胸径生长的主导因子为肥料种类,其中,复合肥的胸径增长率显著地高于6个月缓释肥的(P=0.029<0.05),即释放较快的复合肥迅速促进胸径生长；磷肥的因素水平间,0.50kg/5cm磷肥的胸径增长率极显著地高于其余2水平的(P≈0.000<0.01),随着磷肥施用量增加,胸径增长率随着降低,即短期内磷肥施用量和胸径增长率负相关,也许是复合肥(包括SRF)中磷含量已可满足胸径生长的需求,较大量的磷肥施入未被林木吸收利用导致的；复合肥施肥量的水平间,0.25kg/5cm的优于其它水平的,即此阶段,虽然施肥可促进林木胸径生长,但其对养分需求相对较低。胸径增长率的理论优水平组合是0.25kg/5cm复合肥与0.50kg/5cm磷肥配施,与实际增长率最高的不一致(表4和5),也许是交互作用对胸径增长率具有极显著的差异性导致的(P≈0.001<0.01)。

表5 生长指标增长率随因素水平的变化

与胸径的不同,影响树高增长率的主导因子是磷肥；与胸径的类似,施复合肥的树高增长率依然高于其余2种肥料的；磷肥的水平间,1.00kg/5cm磷肥的优于其余2水平的；与胸径的不同,磷肥施用量和树高增长率呈正相关,复合肥施肥量0.50kg/5cm优于其余2种施肥量的；树高增长率的理论优水平组合是复合肥和磷肥,分别为0.50和1.00kg/5cm配施的,与实际最高的也不一致(表4和表5),原因与胸径的类似,交互作用对树高增长率具有显著的差异影响(P=0.014<0.05)。以上结果表明,与处理组合分析的相一致,有益于胸径和树高生长的施肥配方及肥料种类均不一致,因胸径是培育大径级木材的直接因子,且其对材积的影响大于树高的,施肥以最大限度促进胸径生长为主,因此,从施肥后1a的林木生长效应角度,选择胸径最优的作为此类林分的施肥配方。

3.2 材积增长对施肥的响应

施肥1a后,处理组合的单株材积增长率为20.13%～38.39%,且均高于对照的(15.76%)；处理组合间的差异状况与胸径的相一致(P=0.004<0.01),处理组合6的增长率最高,较对照提高22.63%(表4),揭示施肥在短时间尺度范围即实现极显著促进云南松材积生长的目的,对提供林分蓄积量具有重要作用,是云南松幼林阶段重要且有效提高森林蓄积及其质量的森林抚育经营技术措施之一；复合肥(包括SRF)和磷肥配施且施肥量按其胸径每5cm为单位计算可应用于云南松幼林短期施肥的生产实践中。与胸径不同,促进材积增长的主导因子为磷肥；肥料种类中,9个月SRF的材积增长率显著地高于6个月SRF的(P=0.040<0.05),即释放有效期长而缓慢释放的养分有益于树高增长,也许是因为土壤中产生的腐殖质层提供部分养分后,人为稍加施肥补偿部分养分即可满足树高生长导致的；复合肥施肥量的水平间,0.25kg/5cm略优于其余水平的；磷肥的水平间,与胸径的相同,0.50kg/5cm磷肥的增长率极显著地高于其余2水平的(P≈0.000<0.01)；材积增长率的理论优水平组合与胸径的不完全一致,是9个月SRF和磷肥分别为0.25和0.50kg/5cm配施的,与实际最高的因素水平也不一致(表4和表5)。材积增长率的分析结果进一步证实,施肥极显著促进云南松幼林生长,此阶段相对较少量的施肥量可在短期内实现极显著促进林木材积生长的目的；材积增长率的理论优水平组合与实际增长最大的不相一致,原因与胸径的相同；其主导因子与胸径的不一致,是因为材积主要受胸径影响前提下,也在一定程度上受树高影响的结果。

3.3 施肥对胸径和树高生长的交互效应分析

因交互作用对胸径和树高增长率分别具有极显著和显著的差异影响,故对其进行交互作用分析。肥料种类与磷肥对胸径增长率的交互作用中,当0.5kg/5cm磷肥与9个月SRF共同施用时,极显著地促进胸径生长,且是胸径交互作用中生长最优的,而6个月SRF和复合肥与此水平磷肥配施,则胸径生长极显著低于9个月SRF配施的。与生长量分析中,云南松幼林期对人为补充的养分需求相对较低结论相一致,也许缓慢释放的养分与磷肥配施有益于胸径生长；0.75kg/5cm磷肥的与0.5kg/5cm的相一致,但是,其促进胸径生长的效果较0.5kg/5cm的差；当1.00kg/5cm磷肥和6个月SRF或复合肥共同施用时,较其与9个月SRF的胸径生长快,即相对较高水平的磷肥与缓慢释放的9个月SRF配施,极显著降低胸径的生长(图1(a))。交互作用对胸径生长影响的结果,一方面，证实理论优水平与实际试验最优处理组合不一致是交互作用的复杂性导致的,另一方面,也揭示不同种类复合肥与磷肥的不同水平配施,对胸径生长具有极显著的差异影响。最优水平的磷肥与最适复合肥种类配施,可最大限度促进胸径在短期内生长,相反,不适宜磷肥水平与复合肥种类混合施肥,不但对生长无益,也许还在一定程度上抑制云南松幼林生长。在获得有益云南松幼林生长的最佳磷肥施肥量与最优复合肥种类前提下,尚需试验研究最优肥料种类施肥量与磷肥施肥量间的交互效应。

注图中C1,C2和C3分别是指磷肥施肥量分别为0.50,0.75和1.00kg/5cm。

肥料种类与磷肥对树高增长率的交互作用中,0.50kg/5cm磷肥与肥料种类共同作用对树高和胸径的促进作用相一致；与胸径的不同,0.75kg/5cm磷肥与复合肥共同施用时,显著地促进树高生长,且是所有交互作用中树高生长最优的,但6个月和9个月的SRF与此水平磷肥配施,树高生长较前者的低,而且与9个月SRF的显著地降低树高生长；1.00kg/5cm磷肥分别与6个月和9个月的SRF、复合肥的配施,树高增长率出现逐渐增高的趋势(图1(b)),也许是树高生长对土壤养分需求较胸径的更高导致的,这有待进一步试验研究。

有益于胸径和树高生长最优交互作用的磷肥施肥量和肥料种类不同,进一步证实云南松幼林胸径和树高生长对肥料种类和施肥量的需求不一致,因此,施肥以有利于胸径和材积生长为主开展。磷肥与复合肥配施,肥料种类和施肥量的不同组合,对云南松幼林生长具有复杂的影响。为实现最大限度促进林木生长的目的,在云南松高效培育的幼林抚育经营施肥实践中,应根据立地条件在科学试验研究的前提下开展,一方面,可实现精准施肥的目的,另一方面,降低成本提高投入产出效益,即提高林地生产力降低培育成本。

4 结论与讨论

4.1 结论

采用L9(34)正交设计开展复合肥(包括SRF)及其施肥量,结合磷肥的多因素对云南松幼林生长影响的试验研究。施肥1a后,处理组合的胸径、树高和材积增长率分别达4.29%～12.37%,7.96%～22.58%和20.13%～38.39%(对照的3.80%、10.21%和15.76%),处理组合间且均呈现极显著的差异(P<0.01)。影响胸径增长率的主导因子是肥料种类,树高和材积的则是磷肥。交互作用对胸径和树高增长率具有极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)的差异影响；实际试验、直观(极差)和交互作用分析结果显示,有益于胸径和树高生长的肥料种类和最优组合不一致,肥料种类及其施肥水平的组合对云南松幼林生长呈现复杂的影响。综合理论与实际的最优处理组合,以及影响林木材积的主要因子,0.75kg/5cm的9个月缓释肥和0.50kg/5cm磷肥配施,可于1a的短期内促进云南松幼林生长,提高林分蓄积量。

4.2 讨论

胡荣仙[21]对湿地松(Pinus.elliottii)幼林开展施肥试验,结果试验实施后2a时,复合肥可显著提高其胸径、树高和材积的生长量,本研究仅1a的试验实施期,结果与其相似,即施肥可促进幼林的生长；李勇[22]以杉木良种林分为研究对象,开展施肥试验,结果N∶P∶K为12∶12∶6和N∶P∶K=16∶16∶16的复合肥分别有利于胸径和树高生长,本研究胸径和树高生长对肥料种类需求不一致的结果与其类似。

卓国庆等[23]对7a生杉木人工幼林进行施肥,磷肥施用量500g/株可显著促进其材积增长,施肥5a后平均单株材积(0.081m3/株)较对照(0.022m3/株)提高0.059m3/株,本研究结果与其相似；陈代喜等[24]开展尾叶桉(E.urophylla)幼林施肥研究中,N，P和K肥对材积的影响顺序为磷肥大于其余两种大量元素的,本研究磷肥是促进材积增长的主导因子与其类似；赵敏冲等[25]对5a生马尾松人工幼林开展施肥研究,施肥1.5a后马尾松幼林木生长与磷肥施用量之间的关系符合一元二次抛物线方程,胸径和树高均存在1个峰值,峰值以前,其随着磷肥施肥量的增加而上升,峰值以后则相反,这与本研究结果磷肥施用量和胸径增长负相关,树高则为正相关不同,是否为树种特性或施肥量水平间差异较小导致的,有待进一步试验研究。

本研究中磷肥和复合肥的交互作用对云南松幼林胸径和树高生长分别具有极显著和显著的差异影响,这与梁晓静等[26]对肉桂(Cinnamomumcassia)人工林施肥的研究结果磷肥和K肥的交互作用对肉桂胸径和树高生长较为明显相似,但与李宝福等[27]对桉树幼林施肥的磷肥与复合肥的交互效应不明显不同,其原因可能是由于林龄、树种特性或试验因素水平等差异导致的,有待大量的树种及方法的试验研究以进一步发现其作用规律。