配比施肥对柚木无性系幼林生长的影响

陈天宇，黄桂华，王西洋，周再知，杨 光，梁坤南

（1.中国林业科学研究院热带林业研究所 热带林业研究国家林业和草原局重点实验室，广东 广州 510520；2.南京林业大学，江苏 南京 210037）

柚木Tectona grandisLinn.f.是世界上天然林和人工林中最重要的热带用材林树种之一，原产印度、缅甸、泰国和老挝四国[1]。因其生长快，木材纹理美丽、材性优良，市场价格高等特性，被热带和南亚热带地区广为引种栽培，现已成为世界上珍贵用材树种人工林面积最大的树种，遍及亚洲、非洲、南美洲、拉丁美洲和大洋洲等热带地区60多个国家和地区[2-4]，据不同国际组织估计全球柚木人工林面积在435～689 万hm2[5]。我国引种柚木始于1820年[6-7]，现在云南、台湾、海南、广东、广西、福建等省（区）已有一定规模的柚木人工林[8]。林木施肥是人工林培育的一项重要营林措施。国外对柚木幼林施肥与营养研究有不少报道[9-21]，国内在柚木幼林施肥方面也做了一些研究，尤其是针对酸性土壤，通过施石灰等措施来提高土壤pH 值、交换性钙和交换性镁，以促进柚木幼林生长[22]；高磷水平的施肥极显著促进了柚木生长[23-24]；沸石可显著提高柚木树高生长，K 肥对霜冻后的幼林恢复生长影响显著[24]；在强酸性赤红壤上影响树高、地径生长的施肥因子大小顺序为Ca＞N＞B，影响树高和胸径生长的顺序为Ca＞P＞K＞N，施Ca 和P 必不可少[25]；此外，李运兴等[26]对柚木追肥，冯海等[27]对水与肥影响柚木幼林进行了研究，但所有这些研究以1～2 a 生幼林结果居多。本研究首次在贵州省红水河流域属干热河谷气候的罗甸县开展N、P、K 和Ca 不同配比柚木施肥试验，并持续观测了4.5 a，研究施肥对柚木无性系幼林生长的影响，可为贵州罗甸和其它相似气候区柚木无性系施肥造林提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验位于红水河流域的贵州省罗甸县中南部地区凤亭乡拉喊村（106°25′55″E，25°12′06″N）。项目区气候属亚热带湿润季风气候，受印度洋暖湿气流的影响，加之特殊的地形地貌，使项目区气候极为温暖，是贵州省少数几个热量丰富，生长季较长的地区之一，具有日照充足、热量丰富、降水充沛、无霜期长、春早、夏长、秋迟、冬短，冬春干暖、夏季炎热多雨的特点，全年日照时数1 300～1 500 h，≥10℃的年总积温达到5 900～6 730℃，年均气温20℃，最热月（7月）均温27 ℃，最冷月（1月）均温10.1 ℃，极端最高温度40.5℃，极端最低温度-3.5℃，无霜期360 d，年均降水量1 100～1 300 mm。试验地土壤是砂页岩发育的黄壤，有机质含量24.06 g·kg-1，全N、全P 和全K 含量分别为1.279、0.353、11.434 g·kg-1，有效磷含量和速效钾含量分别是3.022、61.62 mg·kg-1，代换性钙和代换性镁的含量分别为1.236、0.329 g·kg-1，盐基饱和度为40.74%，土壤pH 值为5.34。

1.2 试验材料

采用由中国林业科学研究院热带林业研究所选育的1年生优良无性系7 559 组培苗造林，选择苗木均一、苗高25 cm 左右上山种植。

1.3 试验设计

以N、P、K 和石灰为4 个因子各3 个水平，其中，N 为尿素，含有效N 46%；P 为钙镁磷肥，含P5O217%；K 为氯化钾，含K2O 60%（表1），正交设计L9(34)产生9 个施肥处理，加不施肥处理作对照（表2）。5 行×5 株/小区，观测小区为3 行×3 株，完全随机区组设计，3 次重复，重复内小区按山体等高线铺设，重复内各小区立地条件一致。造林株行距为2.5 m×3.0 m（1 333株·hm-2）。

1.4 造林措施

穴垦整地，65 cm×65 cm×50 cm，施肥前回土1/3，施入基肥，充分拌匀，再回土填满。按表3施肥量进行施肥，磷肥和石灰作基肥一次施入，氮肥和钾肥则平分作二次追肥施入，追肥时距树基20～30 cm 的两侧挖20 cm×20 cm×20 cm 的小穴施入肥料,与土混匀后覆土。第一次追肥时间为造林后1 个半月～2 个月开始铲草抚育与松土后即追肥一次，第二次为造林后第2年第2 次抚育后按追肥方法施入。2012年5月29日造林。

表1 正交设计L9(34)的施肥因素与水平Table 1 Fertilizer factors and levels with an orthogonal design of L9(34)

表2 施肥处理Table 2 Fertilizer treatment

表3 不同施肥处理不同年龄生长方差分析的F 值结果†Table 3 F value of variance analysis for growths of different fertilizer treatments at different ages

1.5 数据收集与统计分析

造林后于每年林木停止生长的12月份调查0.5～4.5 a 时林木的树高和胸径；2.5、3.5 和4.5 a的单株材积按V=0.478 7×D2×H[28]计算。用GENSTAT 软件[29]对各年份的生长性状进行方差分析和邓肯多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对柚木无性系生长的影响

对10 个施肥处理不同年份的树高、胸径和单株材积进行方差分析结果表明（表3），从0.5～4.5年生10 个施肥处理间的柚木无性系各项生长指标差异均达到极显著（＜0.001），重复（区组）与处理间的交互作用也达到极显著。0.5～4.5年生树高生长重复（区组）间差异也达到极显著，而胸径生长在2.5～3.5年生重复间差异不显著，但4.5年生时重复间差异达到极显著，说明在第5 个生长季胸径生长重复间差异开始显现出来。3 个重复有两个位于山坡下部，另一个重复位于山坡上坡，海拔高相差120 m，柚木树高生长山坡下部与山坡上部差异达极显著，由此说明海拔高对柚木无性系树高生长影响显著，而对胸径生长4.5年生时影响显著。重复与处理交互作用极显著，说明因重复间海拔的差异，导致了同一处理在不同重复对海拔的差异排序不一。

10 个施肥处理树高、胸径和单株材积邓肯多重比较结果（表4～5）表明，处理4 树高生长从前1.5年生（2 个生长季）处于各个处理的前列，第3、4 个生长季就位居第一，而且与其余9 个处理的差异达到极显著，但到4.5年生时，即经过第5 个生长季后，处理4 树高生长与其余处理的差异在收窄，与处理7、2、3 差异不显著。处理3 在0.5～3.5年生的树高生长变动较大，从0.5年生的最后一名到3.5年生的第二名，到4.5年生时又落到第4 位。在10 个处理中，施肥处理8（缺钾肥）和不施肥处理10 从2.5年生后树高生长均是最差的，尤其是3.5年生后与其余8 个施肥处理的差异达到极显著。在胸径生长方面，2.5～4.5年生处理4 仍然生长最好，施肥处理8 和不施肥10 最差，与处理4 差异达到极显著。在单株材积方面，2.5年生和3.5年生仍然是处理4 最好，与其余9 个处理差异达到极显著，但4.5年生时处理4 的材积生长与其余9 个处理差异在收窄，仅与处理1、6、8 和10 差异显著至极显著，施肥处理8 单株材积生长2.5年生和3.5年生最差，其次是不施肥处理10。4.5年生后则不施肥处理10 最差，施肥8 处理次之，它们均与处理4 的差异极显著。4.5年生处理4 的树高、胸径和单株材积生长分别是不施肥处理（对照）的1.25、1.26 和1.84 倍，分别是施肥处理8 的1.18、1.16 和1.53 倍。

表4 不同施肥处理间0.5～2.5 a 生长邓肯多重比较结果†Table 4 Duncan multiple comparison for growths of different fertilization treatments at 0.5-2.5 a

2.2 不同施肥水平对柚木无性系生长的影响

N、P、K和Ca的正交设计方差分析结果（表6），N 不同水平间从0.5～3.5年生的树高、胸径和单株材积生长在0.01 或＜0.001 水平上达到极显著差异，但4.5年生N 不同水平间仅树高生长在＜0.001水平上达到极显著差异，单株材积在0.05 水平上达到显著，胸径生长则不显著；P不同水平1.5～4.5年生树高生长在＜0.001 水平上达到极显著差异，而胸径和单株材积生长仅在2.5～3.5年生在＜0.001 水平上达到极显著差异，4.5年生则不显著；K 不同水平间则从1.5年生起到4.5年生的树高、胸径和单株材积生长差异在0.01 或＜0.001 水平上达到极显著。而Ca 不同水平间0.5～3.5年生树高、胸径和单株材积生长差异不显著，仅在4.5年生的树高生长在0.01 水平上达到极显著差异，至于Ca 肥在树高生长上是否存在差异，有待进一步的试验观测。

对达到极显著差异的N、P 和K 不同施肥水平进行邓肯多重比较，结果表明：N 不同施肥水平对早期（0.5～3.5年生）柚木生长影响较大，水平间差异极显著，之后差异在减小（表7）。从0.5年生以N100水平最好，但与不施N 处理在3.5年生和4.5年生时差异不显著，而与N200水平差异在树高生长上达极显著、单株材积显著至极显著，但3 个N 水平间4.5年生胸径生长不显著（表6、图1）；P 不同施肥水平，以P100水平2.5年生后树高、胸径和单株材积生长最好（表7，图2）；而K 不同施肥水平，以K100水平的树高、胸径和单株材积生长最好（表7，图3）；尽管Ca 多数年份不同施肥水平间对生长影响的差异不显著，但以Ca 水平2 的生长略好些。N、P 和K 最好的施肥水平正好是施肥处理4 的N、P 和K 的施肥量。

为找出在罗甸干热河谷地区影响柚木生长的主要影响施肥因素，对N、P、K 和Ca 不同施肥水平进行极差分析（表8），结果表明对树高来说，影响其生长的主要因素每年都不稳定，早期以N 为主要影响因素，随着树龄增加，4.5年生时P 成为影响柚木树高生长的第一因素，4 个施肥因素影响树高生长的顺序为P＞N＞Ca＞K；而K无疑是影响柚木胸径和单株材积生长的第一因素，2.5～4.5 a 的3 个年份的胸径和单株材积极差值均是最大的；尽管极差值排在K 之后的因素每年份有所出入，但4.5年生时影响柚木胸径和单株材积生长的顺序均为K＞N＞P＞Ca。

果结较比重多肯邓长4.5 a 生3.5 ～间理处肥施同5 不表Table 5 Duncan multiple comparison for growths of olifferent fertilization treatments at 3.5 and 4.5 a积材株0.002 64 aA单Individual volume / m3 0.051 85±理处Treatment 4径0.21 aA胸4.5 a DBH /cm 10.49±理处Treatment 4高树Height /m 9.64±0.19 aA理处Treatment 4积材株0.001 41 aA单Individual volume /m3 0.029 01±理处Treatment 4 3.5 a径胸DBH /cm 8.66±0.16 aA理处Treatment 4高树Height /m 7.94±0.15 aA理处Treatment 4 0.003 44 abA 0.050 28±2 0.31 aA 10.42±3 9.34±0.25 abAB 7 0.002 04 bB 0.024 00±3 8.13±0.17 abAB 7 7.14±0.16 bB 3 0.003 00 abA 0.049 39±3 0.37 aA 10.41±5 9.34±0.23 abAB 2 0.002 11 bB 0.023 39±2 8.05±0.28 abAB 2 7.12±0.21 bB 6 0.003 27 abA 0.048 09±7 0.37 aA 10.35±2 9.24±0.13 abAB 3 0.001 58 bB 0.023 25±7 8.03±0.26 abAB 3 7.05±0.24 bB 7 0.003 63 abA 0.047 45±5 0.31 aA 10.28±9 9.19±0.19 bcABC 6 0.001 94 bcB 0.021 86±6 7.80±0.23 bAB 9 7.05±0.19 bB 2 0.003 56 abA 0.045 74±9 0.26 aA 10.23±7 9.09±0.20 bcABC 1 0.001 61 bcB 0.021 17±5 7.77±0.23 bAB 5 6.91±0.21 bB 5 0.003 22 bA 0.043 88±1 9.82±0.29 abAB 1 8.79±0.23 cdBC 5 0.001 65 bcB 0.020 65±9 7.73±0.25 bAB 6 6.80±0.19 bB 1 0.002 79 bA 0.043 41±6 9.79±0.25 abAB 6 8.66±0.25 dC 9 0.001 34 cB 0.019 08±1 7.51±0.19 bB 1 6.71±0.22 bB 9 0.003 41 cB 0.033 91±8 9.03±0.35 bcBC 8 8.12±0.25 eD 8 0.001 28 dC 0.013 98±10 6.62±0.21 cC 10 5.98±0.21 cC 10 0.002 57 cB 0.003 15 0.028 24±0.044 22±10 8.31±0.28 cC 9.91±0.30 10 7.73±0.31 eD 8.91±0.22 10 0.001 03 dC 0.001 60 0.011 73±0.020 81±8 6.54±0.21 cC 7.68±0.22 8 5.44±0.19 cC 6.81±0.20 8均平Average。同下；著显极异差平0.01 水在间们它示表母字写大同相不如；著显异差平0.05 水在间们它示表母字写小同不如后值数的理处同不列一同中† 表Different lowercase letters in the same column indicated significant difference at 0.05 level and different uppercase letters in the same column indicated high significant difference at 0.01 level,the same below.

表6 N、P、K 和Ca 不同施肥水平不同年龄方差分析的F 值结果Table 6 F value of variance analysis among different fertilizer levels of N,P,K and Ca at different ages

图1 N 不同水平树高、胸径和单株材积生长与林龄关系图Fig.1 Relationships between ages and the growths of height,DBH and individual volume for different N levels

3 讨论与结论

国外柚木施肥试验有着不同结果，一些试验显著促进柚木生长，一些试验效果不显著[30-31]，这种差异取决于影响养分供给和有效性的土壤条件。土壤条件略差的立地，施肥对林木增长效应更显著；反之，肥沃土壤能满足林木养分需求，则林木对施肥反应会迟钝些；一般来说，在土壤条件较差的立地，柚木幼林施肥可增加林木材积30～50%[5]。本研究最佳处理4.5年生单株材积比不施肥对照增加了83.60%，林木施肥增产效应显著。

由于土壤条件不一，柚木对N、P、K 和Ca营养需求和敏感性也不一。本研究的土壤是砂页岩发育的黄壤，与前期柚木施肥试验文献[23-24]的土壤条件（表9）相比，属中等肥力水平，pH 值较高，全N 含量、有效P 含量、代换性Ca2+和代换性Mg2+较高，因此，柚木对养分的需求不一。广东雷州和广东高明土壤类型分别是浅海沉积物发育的砖红壤和花岗岩发育的红壤，均属强酸性土壤，柚木对施N 的反应不敏感，N 不同水平间生长差异不显著，而本研究施N 对柚木早期生长的影响是显著的，N 不同水平间生长差异极显著，尤其是前2.5年生的柚木生长施N 与不施N，之后差异程度降低。

酸性土壤柚木生长对P 和K 元素较敏感，尤其是P 元素，高P 水平的柚木生长显著好于低P水平[23-24]。在罗甸微酸性土壤，柚木生长对P 元素的反应并没有强酸性土壤的广东雷州和高明的大，且土壤有效P 的含量较高，施低水平的P100也能满足柚木生长，与P300水平差异不显著，这与前期柚木试验文献[23-24]不一致的地方。

尽管贵州罗甸的全K 含量较高，但与对照不施K 相比，从2.5年开始施K 对柚木生长的促进作用是极显著的，尤其是对胸径和单株材积生长的影响，但两个施K 水平间的差异不显著，这与文献结果[23-24]是相一致的，这是否要增大K 的施肥梯度，有待以后进一步试验。

积材0.001 86株单Individual volume /m3 4.5 a径0.16 0.047 49±a胸DBH /cm 10.17±Height /m高树9.19±0.11 aA 0.001 11株材果结单积较比Individual volume /m3 0.022 24±aA重多肯3.5 a径邓胸aA的DBH /cm 7.87±0.15长生龄年高bA同树Height /m不7.00±0.11在间平水积0.000 26肥材施株同单Ca 不Individual volume /m3 0.003 18±bB 7 N、P、K 和2.5 a径胸DBH /cm 3.78±0.12 bB表Table 7 Duncan multiple comparison for growths of different fertilizer levels of N,P,K and Ca at different ages高树Height /m 3.88±0.10 bB 1.5 a高树Height /m 1.11±0.05 bB 0.5 a高树Height /m 0.34±0.01 bB 0.001 76 0.16 0.047 66±a 10.24±9.21±0.12 aA 0.001 03 0.024 00±aA 8.05±0.13 aAB 7.33±0.12 aA 0.000 29 0.004 53±aA 4.45±0.10 aA 4.26±0.09 aA 2.12±0.09 aA 0.42±0.02 aA 0.002 08 0.042 60±b 9.84±0.19 8.72±0.16 bB 0.001 03 0.018 42±bB 7.47±0.14 bB 6.39±0.15 cB 0.000 25 0.003 76±bAB 4.25±0.11 aA 3.86±0.09 bB 2.21±0.07 aA 0.38±0.01 abAB 0.001 78 0.15 0.047 87±10.17±9.35±0.13 aA 0.000 95 0.023 68±aA 8.08±0.12 aA 7.25±0.12 aA 0.000 28 0.004 47±aA 4.42±0.11 aA 4.29±0.09 aA 1.92±0.10 aA 0.40±0.02 0.002 17 0.043 86±9.92±0.22 8.74±0.15 cB 0.001 16 0.018 78±bB 7.45±0.16 bB 6.46±0.15 bB 0.000 24 0.003 04±bB 3.84±0.11 bB 3.73±0.10 bB 1.54±0.07 bB 0.36±0.02 0.001 81 0.17 0.046 02±10.14±9.03±0.11 bAB 0.001 10 0.022 20±aAB 7.86±0.14 aAB 7.00±0.12 aA 0.000 28 0.003 95±aA 4.22±0.12 aAB 3.98±0.09 bAB 1.97±0.10 aA 0.38±0.02 0.001 87 0.040 37±bB 9.54±0.17 bB 8.79±0.14 bB 0.000 98 0.017 28±bB 7.22±0.14 bB 6.42±0.14 bB 0.000 24 0.002 81±cB 3.72±0.10 bB 3.66±0.09 cB 1.67±0.09 bB 0.38±0.02 0.001 86 0.048 85±aA 0.17 10.33±aA 9.19±0.14 aA 0.001 06 0.024 34±aA 8.17±0.13 aA 7.24±0.12 aA 0.000 26 0.004 66±aA 4.51±0.10 aA 4.30±0.08 aA 2.01±0.10 aA 0.39±0.02 0.001 86 0.048 53±aA 0.18 10.37±aA 9.14±0.12 aA 0.001 03 0.023 03±aA 8.01±0.13 aA 7.06±0.13 aA 0.000 28 0.004 00±bA 4.26±0.11 aA 4.03±0.10 bA 1.75±0.10 bB 0.36±0.02 0.001 99 0.19 0.045 69±10.16±8.85±0.13 bB 0.000 89 0.020 44±7.71±0.13 6.82±0.12 0.000 21 0.003 59±4.14±0.10 3.95±0.08 1.85±0.09 0.36±0.02 0.001 84 0.17 0.046 96±10.10±9.27±0.13 aA 0.001 08 0.022 63±7.94±0.14 7.06±0.12 0.000 29 0.003 97±4.18±0.11 4.09±0.09 1.83±0.09 0.39±0.02 0.001 94 0.045 10±9.98±0.18 9.00±0.13 abAB 0.001 25 0.021 59±7.74±0.16 6.84±0.16 0.000 31 0.003 92±4.17±0.13 3.96±0.12 1.75±0.08 0.38±0.02 0.001 90 9.04±0.13 10.08±0.18 0.045 90±0.001 06 0.021 55±7.80±0.14 6.91±0.13 0.000 26 0.003 82±4.16±0.11 4.00±0.09 1.81±0.08 0.38±0.02水Levels平0 100 200 100 200 300 0 100 200 0 500 1 000因Factors素N /(kg·hm-2)P /(kg·hm-2)K /(kg·hm-2)Ca /(g·tree-1)Average 均平

图2 P 不同水平树高、胸径和单株材积生长与林龄关系图Fig.2 Relationships between ages and the growths of height,DBH and individual volume for different P levels

图3 K 不同水平树高、胸径和单株材积生长与林龄关系图Fig.3 Relationships between ages and the growths of height,DBH and individual volume for different K levels

表8 N、P、K 和Ca 不同施肥水平在不同年龄生长的极差分析Table 8 Range analysis for growths of different fertilizer levels for N,P,K and Ca at different ages

表9 试验地土壤化学成分分析结果比较Table 9 Comparison of the results of soil chemical composition analysis in three sites

柚木是一个“喜钙”树种，生长发育需要大量的钙[32]。柚木人工林各组分的Ca2＋是最主要的元素[20-21,33]，是木材形成不可或缺的营养元素[34]，柚木生长对缺钙比较敏感[35]，土壤中交换性钙与柚木生长呈显著或极显著的正相关[35-37]。但是本研究施Ca 对柚木前期生长没有显著的影响，与梁卫芳等[24]结果基本一致，尽管后者施石灰量最大达到3 kg·株-1，Ca 水平间差异不显著，可能是与石灰施用量偏少有关。潘一峰等[22]报道pH 值为4.5的强酸性土壤用5 kg·株-1的石灰作基肥，之后又作追肥2.5 kg·株-1改良土壤，使交换性钙含量由改良前的0.1 g·kg-1变为改良后的12.5 g·kg-1，远超柚木生长良好的土壤交换性钙含量3.0 g·kg-1的临界值，且土壤pH 值上升到8.1。0.5年生的柚木在未改良土壤高生长几乎停滞，仅为改良土壤的树高5%左右。由此可见，多施石灰对酸性土壤上柚木生长的促进作用是显著的，而相对与本研究来说，由于本身土壤的pH 值达到5.34，并且土壤盐基饱和度（40.74%）、全K 含量、有效P 含量和代换性Mg 都较高，施石灰与否并不会影响柚木生长，因此，从经济的角度来说，类似罗甸这样的土壤条件下，可以考虑不用施石灰。

通过N、P、K 和Ca 不同配比施肥试验，结果表明：1.5年生～4.5年生柚木无性系不同施肥处理间和N、P、K 不同水平间树高、胸径和单株材积生长差异达到极显著；4.5年生施肥最佳处理（N100P100K100Ca）的树高、胸径和单株材积生长分别为9.64 m，10.49 cm 和0.051 85 m3，分别是对照处理的1.25、1.26 和1.84 倍，分别是最差施肥处理的1.19、1.16 和1.53 倍。N 是影响早期柚木无性系树高生长的第一因素，K 是影响早期柚木无性系胸径和单株材积生长的第一因素。建议在贵州罗甸或其它类似气候条件和土壤条件的柚木适生栽培地区，在测土的基础上采用N、P、K 低水平的平衡施肥量（100 kg·hm-2）即可满足柚木无性系的生长，pH 值高于5.3 的土壤可不考虑通过施石灰来改良土壤。本研究各因素设置施肥水平数偏少，尤其是极显著影响幼林生长的施K 水平，尚未找出最佳的施肥量，今后应增加施K 水平的梯度；此外，早期施肥对无性系生长的后效作用还需继续观测。