短周期桉树人工林养分的输入输出

高 悦，苏福聪，梁燕芳，李书玲，朱原立，许宇星，3，唐 健，曹继钊，吴立潮

（1.中南林业科技大学 a.林学院；b.水土保持与荒漠化防治湖南省高等学校重点实验室，湖南 长沙 410004；2.广西壮族自治区国有七坡林场，广西 南宁 530000；3.国家林业和草原局桉树研究开发中心，广东湛江桉树林生态系统国家定位观测研究站，广东 湛江 524022；4.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002）

近20年来，桉树Eucalyptus在我国广泛引种栽培，我国桉树人工林现存5.46×106hm2，广西是我国桉树种植时间最早和种植面积最大的地区。在“十三五”期间，广西桉树每年采伐限额3.199 75×107m3，贡献全国1/4 以上的木材产量[1]。现今桉树人工林经营方式存在轮伐期短（4～6 a）、大面积单一种植和多代连栽的特点，高强度经营造成桉树人工林输出大量养分[2]、生物量下降、土壤肥力质量降低[3]等一系列问题。采伐桉树使得林地被携出大量养分，虽有施肥输入，但对桉树人工林在多代连栽条件下养分输入和输出研究较少。

目前对桉树人工林生物量的研究取得了部分成果，杜虎等[4]采用样木回归分析法和样方收获法对桉树人工林各组分生物量的分配及随林龄变化规律进行了研究；付威波等[5]依据5个不同林龄（1、2、3、5、8 a）共15 块桉树样地的调查数据，建立了以胸径（D）为单变量的生物量回归方程；此外，Resquin 等[6]对6年生桉树人工林不同组分的生物量及其养分含量进行了探讨。目前缺少在多代连栽条件下桉树人工林生物量变化的研究，因此本研究在样地调查和样木收获法的基础上，分析4 种不同代次桉树人工林生物量的分配特征，并构建回归方程估算各代桉树人工林生物量。桉树生长主要受所处环境中的水、肥、气、热等因子的影响[7]，可分为环境因子和土壤肥力因子，环境因子主要包括：坡位[8]、坡度[9]、海拔等[10-11]；土壤肥力因子主要包括：土壤容重、有机质、N、P、K 等[3]。本研究选择海拔、坡度、坡位、pH 值、土壤容重、土壤有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾作为划分桉树林地等级的指标，将上述指标进行主成分分析筛选主要影响因子，运用层次分析法[12]计算林地质量综合评分，依据评分值的聚类分析结果划分林地等级。

桉树人工林养分平衡状态和桉树人工林养分循环二者具有密不可分的关系，在一定程度上养分循环包括养分平衡[13]。20世纪50年代，我国开始对养分循环进行研究，20世纪80年代开始有较大发展，20世纪90年代对桉树人工林的养分循环特征进行探讨，结果表明桉树人工林土壤养分趋于减少[14]。苏有文等[15]的研究结果表明尾巨桉人工幼林有着营养元素利用率较高、归还速率较慢、周转期长的生物循环特点。桉树人工林生态系统中养分平衡受到生态系统中养分输入量和输出量的影响，人工林养分存在输入和输出2 个过程；当养分输入量大于输出量时，人工林养分盈余；当养分输入量小于输出量时，人工林养分亏缺[16-17]。桉树人工林养分输入主要包括肥料输入、凋落物分解归还、大气沉降等；养分输出主要包括桉树采伐携出、桉树凋落物、径流损失等。参照前人的研究成果[18-20]，养分输入量减去养分输出量得到养分存留量。因此本研究假设：当前桉树人工林养分输入量小于输出量，处于亏缺的不平衡状态。为验证假设，在各代桉树人工林设置样地进行样地调查；在调查的基础上找出主要影响因子划分林地等级；以胸径为自变量，生物量为因变量，构建二次项、幂、指数回归方程估算桉树人工林生物量。采集植物、土壤样品获知其各项理化性质用于研究桉树人工林养分含量、养分平衡状态及其与土壤质量指标之间的相互关系。本研究为桉树可持续经营和营养管理提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于广西东部、南部。桂东研究地位于广西国有大桂山林场，属于低山丘陵地貌，具有典型的亚热带季风气候，年积温6 243℃，年均降水量2 056 mm，有霜期12 d。试验地土层厚度60～100 cm，土壤为寒武纪砂岩发育而来的富铝湿润富铁土[21]。桂南研究地位于广西国有七坡林场上思分场，地处广西壮族自治区南部。属于南亚热带季风气候，极端高温39.7℃，极端低温-2.4℃，年均日照时数1 896 h，年均气温21.7℃，年降水量1 217.3 mm。试验地处于海拔200～700 m 的多山丘陵地区，土壤母岩为寒武纪砂岩发育而来的红壤。这两地气候相似，水热条件十分适宜林木的生长发育，雨量充沛，气候温和。

研究区原为常绿阔叶林，2002—2004年间采伐常绿阔叶林，在炼山整地等经营管理措施后开始营造桉树人工林，研究地轮伐期大致为5 a。人工林株行距2 m×3 m，植苗造林时每株桉树施用基肥0.25 kg 一次；萌芽更新每株桉树施用底肥0.25 kg 一次。桉树生长的前3 a 每年每株追肥0.5 kg，与此同时施用一次有机肥2 kg/株。基肥、底肥和追肥的氮磷钾含量≥30%（配比：N∶P2O5∶K2O 为15∶6∶9），有机肥的氮磷钾含量≥5%（配比：N∶P2O5∶K2O 为15∶5∶10）。

2 材料与方法

2.1 试验设计与样品采集

在研究地分别选取不同代次桉树人工林。采伐常绿阔叶林，种植桉树5年后命名为一代林（FG，经营时间为5 a）；上述林地砍伐后进行萌芽更新，生长5年后为命名为二代林（SG，经营时间为10 a）；二代林采伐后进行第二次萌芽更新，生长5年后命名为三代林（TG，经营时间为15 a）；三代林皆伐炼山后重新植苗造林，生长5年后命名为四代林（OG，经营时间为20 a）。采样时间为2019年7—8月，每代桉树人工林随机选取3个样地，同一代样地来自就近3 个村落。样地内设置3 个20 m×20 m 的样方，共计36 个样方。对样地进行调查，记录海拔、坡度，测量样方内桉树树高、胸径等。

每个样方内按照S 型采集0～20 cm 表层土壤混合样500 g，所有土样带回实验室分为鲜土和风干土，鲜土放入4℃冰箱保存用于测量土壤全氮。其余样品风干、研磨、过筛后用于土壤化学性质的分析。每个样方土层 0～10、10～20 cm 处各取3 个环刀样品用于土壤物理性质的测定。

每个样方内分别选择3 株与胸径、树高相近的桉树伐倒作为标准木。运用Monsic 分层法[22]，在树干由下至上的1.3、3.6 m 处为区段伐开，之后以2 m 为区段伐开，不足1 m 的树梢作为梢头。各段分别称重、编号，取厚度5 cm 的圆盘带回实验室。标准木的树枝、树叶、树皮称重，分别取500 g 样品带回实验室。植物样品105℃杀青2 h之后65℃烘干至恒质量，分别称重后计算植物样品干、鲜质量之比，得出含水率用于建立回归方程估算生物量。

2.2 生物量回归方程

以胸径（D）为自变量，桉树各器官（树干、树枝、树叶、树皮）干质量（W）为因变量构建二次项（W=aD2+bD+c）、幂（W=aDb）、指数（W=aebD）回归方程，式中a，b，c为回归系数[23]。对比3种不同生物量回归方程，从中挑选出拟合效果最好的回归方程用于估算桉树人工生物量。

2.3 样品测定

植物养分元素测定：N、P、K 用浓硫酸-过氧化氢消煮法，其中N、P 使用全自动间断化学分析仪测定，K 用火焰光度计测定。Ca、Mg 使用灰化法利用原子吸收分光光度计测定。土壤样品物理性质：土壤容重用环刀法测定。土壤样品化学性质：土壤pH 值，水浸提后用pH 值计测定（1∶2.5=土∶水）。有机质用重铬酸钾-浓硫酸高温外热法使用分光光度计测定。全氮用凯氏定氮法使用全自动间断化学分析仪测定。全磷、全钾用氢氧化钠熔融法，其中全磷使用全自动间断化学分析仪测定，全钾使用火焰光度计测定。有效磷、速效钾用Mehlich-3 联合浸提法使用原子吸收分光光度计测定[24]。

2.4 林地分等定级

运用主成分分析法从所选择的海拔、坡位、坡度、pH 值、土壤容重、土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、土壤全磷、土壤全钾中筛选主要影响指标。依据陈少雄[25]划分的土壤主要养分分级标准，对主要影响指标运用层次分析法计算林地质量综合评分值[12]，再使用聚类分析对评分值进行聚类从而划分等级，最终得到林地分等定级结果。

式（1）中：EEQ 为林地质量综合评分值。Vi为各项指标评分值（0～9）。Wi为主要影响因子的权重[26]。

2.5 养分平衡状态

桉树人工林养分平衡的计算分为输入和输出两个部分；当养分输入量大于输出量时，人工林处于养分盈余状态；当养分输入量小于输出量时，人工林养分处于亏缺状态。本研究探究桉树人工林生态系统主要养分元素的盈亏，可控制的变量只有采取的施肥措施以及桉树采伐携出量，养分元素的挥发、流失沉积等难以控制存在较大误差，故而将施肥量与上一代养分存留量的和视为养分输入量，将基于全树利用的桉树采伐携出量视为养分输出量。

4 个不同代次的桉树人工林养分存留量计算方法如下：养分存留量FG=养分输入量FG-养分输出量FG；养分存留量SG ＝（养分存留量FG ＋施肥量）－养分输出量SG；养分存留量TG ＝（养分存留量SG ＋施肥量）－养分输出量TG；养分存留量OG ＝（养分存留量TG ＋施肥量）－养分输出量OG。式中：FG 为一代林，SG 为二代林，TG 为三代林，OG 为四代林。

2.6 冗余分析

冗余分析（Redundancy analysis，RDA）是一种受约束的主成分分析排序方法。它可以从统计学角度评估一个或一组变量与另一组多变量数据之间的关系[27]。红色箭头表示生物因素，蓝色箭头表示环境因素。二者之间的夹角代表他们之间的相关性，锐角为正相关，钝角为负相关。线条所在的象限表示其和排序轴（RDA1，RDA2）之间的相关性，箭头和排序轴的夹角表示指标与排序轴的正负相关性，锐角为正相关，钝角为负相关。

2.7 数据处理

使用单因素方差分析检验各代桉树人工林之间土壤与植物样品各指标的差异性。使用冗余分析探究不同代次桉树人工林各养分含量与各土壤肥力指标之间的相关关系。使用Excel 2019 软件进行数据的初步处理和相关表格的制作；使用SPSS 23.0 软件完成主成分分析及聚类分析；使用Canoco 5.0 for Windows 软件进行冗余分析；使用Origin 2020 软件绘图。

3 结 果

3.1 各代桉树人工林生物量及其生物量模型

构建的生物量回归方程相关系数R2大于0.8，显著性P＜0.05，表明可用于生物量估算（表1）。根据拟合效果选择最适生物量回归方程，选择二次项回归方程估算各代桉树人工林生物量，其相关系数R2在0.922～0.990 之间，经t检验达到显著水平（P＜0.05）。

†程方归回量物生官器各树桉和量物生上地林工人树桉代1 各表Table 1Regression equationsforabove-ground biomassand Eucalyptus organbiomassin plantation of variousgenerationsof Eucalyptus＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05 R2P 0.990**0.951**0.971**0.901*＜0.05 0.975**0.962*＜0.05 0.936*＜0.05 0.825 0.842 0.963**0.906*＜0.05 0.924*＜0.05 0.903*＜0.05 0.924*＜0.05 0.844 0.973**0.812 0.961**0.927*＜0.05 0.956**0.935*＜0.05程方归回量物生Regressionequation of biomass W=6.708D2-171.13D+1148.3 W=0.002 7D3.85850.935*＜0.05 W=1.634 9e0.2691D W=5.731 5D2-147.14D+993.63 W=0.003 3D3.71510.883 W=1.585 2e0.2595D W=1.072D2-28.788D+196.24 W=0.000 0000010D8.29682520720.960*＜0.05 W=0.001 4e0.5526D W=0.265 4D2-7.1183D+49.147 W=0.000 07619D3.793 19805 W=0.040 6e0.2658D W=0.361 7D2-9.3132D+64.957 W=0.006 1D2.5960.888 W=0.452 6e0.181D W=2.3701D2-53.855D+350.84 W =0.0201D3.04410.911*＜0.05 W =3.1778e0.2119D W=-4.6521D2+144.21D-1047.4 W=0.067D2.553 30.853 W=4.729 2e0.177D W=-0.5665D2+17.045D-124.37 W =0.0003D3.46210.824 W=0.099 5e0.2388D W=0.084 1D2-1.838D+10.707 W=0.000 002D5.0517740.928*＜0.05 W=0.010 6e0.3507D W=0.005 7D2+1.7503D-19.637 W=0.000 061D4.35 21150.937*＜0.05 W=0.080 6e0.3064D回Typeofregression型类程次数次数次数次数次数次数次数次数次数次数方二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指归equation桉Eucalyptus位物物部生干枝生干枝树parts上量叶Leaf Biomass树Trunk树Branch树皮Bark树上量叶Leaf树皮Bark树地地Biomass树Trunk树Branch次代Generation SG OG。异差性著＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＞0.05＞0.05＜0.05显R2P 0.912*＜0.05 W=0.017 9D1.94520.926*＜0.05 0.911*＜0.05 0.943*＜0.05 0.929*＜0.05 0.943*＜0.05 0.922*＜0.05 0.924*＜0.05 0.925*＜0.05；P：0.973**0.976**0.795 0.983**0.973**0.873 0.892 0.973**0.962**0.894 0.958**0.817 0.971**0.627 0.985**R2＞0.95）程（*：R2＞0.9，**：方数归系关回相量物生Regressionequation of biomass W=8.854D2-218.33D+1398.8 W=0.003 9D3.80380.888 W=1.758 3e0.2787D W=-2.5132D2+77.006D-516.63 W=0.836 2D1.62710.826 W=12.112e0.1149D W=-0.1253D2+3.8168D-25.505 W=0.409 3e0.1424D W=0.237 9D2-5.7534D+36.114 W=0.000 01349D4.580 99740 W=0.02e0.33D W=-0.0304D2+2.1047D-16.667 W=0.004 4D2.77310.958**W=0.403e0.199 2D W=-2.9359D2+94.549D-682.53 W=0.065 7D2.5960.906 W=4.794 5e0.1824D W=-3.8082D2+116.01D-820 W=0.169 4D2.18030.834 W=6.271 5e0.1527D W=-0.9034D2+26.128D-186.03 W=0.000 0000007D8.15341673490.647 W=0.000 5321321e0.5733218154D W=0.236D2-6.2332D+42.114 W=0.000 00258D4.974 30669 W=0.009 77771e0.348 10925D W=0.0266D2+0.053D-1.258 8 W=0.009 7D2.34 27 W=0.476e0.162 8D；R2 ：林代四，OG：型林类代程次数次数次数次数次数次数次数次数次数次数三方二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指二幂指归equation，TG：回Typeof regression林代桉Eucalyptus二位量量部物干枝物树Trunk parts上Biomass生树Trunk树Branch叶Leaf皮Bark上Biomass生干树Branch枝树树树叶Leaf树皮Bark树，SG：林地地代一次FG:First-generation plantation,SG:Second-generationplantation,TG:Third-generation plantation,OG:Fourth-generationplantation; R2 :Correlationcoefficient(*: R2＞0.9,**: R2＞0.95);P:Significantdifference.代Generation FG TG† FG：

各代桉树人工林树干生物量存在显著性差异（P＜0.05），一代林生物量为104.79 t·hm-2，二代林为126.61 t·hm-2，三代林为93.68 t·hm-2，四代林为98.17 t·hm-2，其中二代林高于其他代次，树干在地上生物量的占比达80%以上（表2）。各代树枝生物量存在显著性差异（P＜0.05），一代林树枝生物量为5.13 t·hm-2，二代林为9.85 t·hm-2，三代林为3.24 t·hm-2，四代林为5.11 t·hm-2。树叶差异性不显著（P＞0.05），其生物量随代次增长呈现下降趋势。各代地上生物量总体呈现先上升后下降的趋势（P＜0.05），其中二代林最高达到151.11 t·hm-2。一、二代林比三、四代林生物量多，除树叶生物量外，一代林至二代林生物量上升，二代至三代林生物量下降，三代林至四代林生物量略有上升（表2）。

表2 各代桉树人工林各器官生物量和地上生物量†Table 2 Organ biomass and above-ground biomass of various generations of Eucalyptus plantations

3.2 各代桉树人工林养分含量

各代桉树人工林各器官养分含量随代次增长呈现先升后降趋势，表明林地土壤供肥能力下降（表3）。树干中N 的含量存在显著性差异（P＜0.05），最高的二代林达到了6.29 g·kg-1。树干中Ca 的含量各代之间存在显著性差异（P＜0.05），含量随代次呈现下降趋势。二代林树枝中N 的含量达到7.45 g·kg-1，各代之间存在显著性差异（P＜0.05）。树枝中Ca 的含量各代之间存在显著性差异（P＜0.05），含量随代次增长呈下降趋势。树叶相较其他器官其养分含量最高，树叶中P 的含量各代林之间无显著差异（P＞0.05），N、K、Ca、Mg 各代林之间存在显著性差异（P＜0.05），其中K 的含量呈现先上升后下降的趋势，Ca 的含量呈现逐代下降的趋势，Mg 呈先降后升的趋势。树皮中除K 外其他养分含量均有显著性差异（P＜0.05），P 的养分含量随代次增长呈现逐渐上升的趋势（表3）。

表3 各代桉树人工林各器官养分含量Table 3 Nutrient concentration in organs of Eucalyptus plantation of various generations

3.3 养分输出量

采伐桉树输出大量养分，尤其是N、P、K大量流失。本研究所研究的养分平衡建立在全树利用，并忽略大气沉降、土壤微生物自身固氮和径流损失等因素前提下。各代桉树人工林养分输出量除P 外，N、K 均存在显著性差异（P＜0.05）。N 从一代林至四代林养分输出量为：757.62、1020.26、654.94、583.16 kg·hm-2。P 从一代林至四代林养分输出量为：71.55、116.64、77.89、87.13 kg·hm-2。K 从一代林至四代林养分输出量为：159.73、244.24、112.79、133.5 kg·hm-2。养分输出量总体呈现随代次先上升后下降的趋势，二代林养分流失量最多（图1）。

图1 各代桉树人工林N、P、K 养分输出量Fig.1 Nutrient output of N,P,and K from various generations of Eucalyptus plantation

3.4 养分输入量

各代桉树人工林施肥方式、施用量和经营管理方式基本一致。根据肥料配比和施用量，通过计算可得肥料输入桉树人工林中的N 元素为520.31 kg·hm-2；P2O5施用量为202.58 kg·hm-2，其中P 元素施用量为88.45 kg·hm-2；K2O 施用量为317.74 kg·hm-2，其中K 元素施用量为263.65 kg·hm-2。

桉树人工林N、P、K 的养分输入量在代次间均具有极显著差异（P＜0.01），N 的养分输入量随代次增加表现出下降趋势（图2A），P 呈先上升后下降再上升的趋势（图2B），K 呈现逐代上升的趋势（图2C）。各代桉树人工林N 的养分输入量分别为：一代林为520.31 kg·hm-2、二代 林283 kg·hm-2、三 代 林-216.95 kg·hm-2、四 代林-351.57 kg·hm-2。P 的养分输入量分别为：一代林88.45 kg·hm-2、二代林105.34 kg·hm-2、三代林77.15 kg·hm-2、四代林87.71 kg·hm-2。K 的养分输入量分别为：一代林263.65 kg·hm-2、二代林367.58 kg·hm-2、三 代 林386.99 kg·hm-2、四代林537.85 kg·hm-2。桉树人工林在连续多代种植下，N的养分输入经过2 代经营后出现输入不足。

图2 各代桉树人工林N、P、K 养分输入量Fig.2 Nutrient input of N,P,and K from various generations of Eucalyptus plantation

3.5 养分存留量

桉树人工林N、P、K 的养分存留量在代次间均具有显著差异（P＜0.05），N 与P 的养分处于亏缺状态（图3）。N 的养分亏缺随代次增加表现出逐代上升的趋势，其养分存留量分别为：一代林-237.71 kg·hm-2、二代林-737.26 kg·hm-2、三代林-871.88 kg·hm-2、四代林-934.73 kg·hm-2。P 的养分存留量随代次增加总体上表现出下降的趋势，其养分存留量分别为：一代林16.89 kg·hm-2、二代林-11.30 kg·hm-2、三代林-0.74 kg·hm-2、四代林0.58 kg·hm-2。K 的养分存留量随代次增加呈现出上升的趋势，三、四代林的养分存留量显著上升，其养分存留量分别为：一代林为103.92 kg·hm-2、二代林123.34 kg·hm-2、三代林274.2 kg·hm-2、四代林404.35 kg·hm-2。

图3 各代桉树人工林N、P、K 养分存留量Fig.3 Nutrient stocks of N,P,and K from various generations of Eucalyptus plantation

3.6 各代桉树人工林林地质量等级划分

对影响因子进行主成分分析，最终筛选出的主要影响因子为：海拔、坡位、土壤有机质、土壤全钾、土壤速效钾、土壤有效磷。由图4可知，林地质量等级随代次增加呈先升后降的趋势。图中点的大小表示分值的高低，颜色由绿变红表示等级由高到低。共划分了3 个等级：一代林主要由2 等林地组成；二代林主要由1 等林地组成；三代林主要由2 等林地组成，出现了3 等林地；四代林由2 等及3 等林地组成。

图4 各代桉树人工林林地分等定级结果Fig.4 Results of grading of Eucalyptus plantation stands of various generations

3.7 各代桉树人工林养分浓度与林地土壤质量指标之间的关系

图中红色箭头为桉树各器官养分浓度，蓝色箭头为土壤各项指标（图5）。RDA1 解释了36.84%的变化，RDA2 解释了33.03%的变化，二者合计解释了69.87%的方差变化（P=0.006）。SAK、SAP 和N4、K2 有很强的相关性。SBD、STK 和N3、K3 有很强的相关性。pH 值与P4 有很强的相关性。STN、SOM 与Ca、N1 的相关性很强。

图5 各代桉树人工林养分和土壤各指标之间的冗余分析Fig.5 Redundancy analysis between nutrient and soil indicators in Eucalyptus plantations

4 讨 论

4.1 短周期经营桉树人工林生物量变化和养分亏缺状况

研究发现桉树人工林短周期高强度多代连栽经营下，生物量随代次增加呈现先升后降再上升的趋势（表2）。这表明人工林多代连栽后生物量会有所减少，导致养分输出量产生先上升后下降的变化趋势（图1）。一代林至二代林生物量增加这一现象出现的原因可能是二代萌芽林根系发达，吸收能力强；以及一代林生长改善林地土壤质量，土壤质量变好从而生物量上升[28]。三代林生物量下降的原因也许是林地土壤肥力质量变差导致肥力不足（图4），供肥能力降低因此桉树长势变差；其次桉树多代连栽导致萌芽更新能力变弱[29]。四代林相较三代林生物量略有上升但低于一代林，这大概是炼山、重新整地等措施提升土壤肥力质量，其次四代林重新植苗增强了桉树生长能力[30]。

桉树人工林多代连续种植的经营模式下，N、P、K 养分存留量各代之间具有显著差异性（P＜0.05）。研究发现各代桉树人工林N 处于养分亏缺状态，P 在二、三代林处于养分亏缺状态，一、四代林处于盈余状态但四代林的养分存留量仅有0.58 kg·hm-2，四代林基本维持在平衡状态。K 处于养分盈余状态，且呈现逐代上升的趋势，K 的养分存留量与养分输入量变化趋势基本一致（图3）。这表明多代连栽桉树人工林使得林地输出大量N 与P。在施肥量、施肥方式基本一致的情况下，N 每代都处于亏缺状态，表明养分输入不足而养分输出较多。有研究表明[31]营造桉树-马占相思混交林不仅可提升N 养分输入，而且可促进林分生长提高生物量，因此今后可适当营造混交林改变单一种植桉树现状。但营造混交林成本较高，管理难度较大，经济效益较低。P 的养分存留量总体上维持在养分平衡状态，但二、三代林处于养分亏缺状态，与吕小燕[32]的研究结果一致。这表明在P 养分输入充足的条件下，为提高养分存留量应采取保留桉树采伐剩余物、延长轮伐期等措施以减少养分输出。K 的养分输入与养分存留均呈现逐代上升的趋势，表明多代连栽桉树没有使土壤中K 被大量携出。胡厚臻[33]运用DRIS 营养诊断技术研究发现巨尾桉在低氮水平下，磷肥与钾肥互为拮抗作用，而本研究中P 的养分处于基本平衡状态，因此K 的养分会出现逐代上升的盈余状态。

4.2 短周期经营后土壤肥力质量变化

一代林至四代林林地等级逐代下降，暗示林地土壤肥力质量会随着桉树短周期多代连栽下降（图4）。也许是长期不合理施用化肥和树种选择性吸收土壤养分，造成土壤中部分营养元素缺失严重[34]，导致土壤肥力质量变差。此外，桉树长期种植会使土壤容重增加使得土壤总体的涵养水源的能力变差，其次桉树多代连栽使得土壤中养分含量减少也是林地土壤质量变差的重要原因[35]。桉树各器官N、P、K 的养分浓度分别与STN、STP、STK、SAP、SAK 具有很强相关性（图5）。为减少养分流失，可以平铺方式保留采伐剩余物归还养分至林地[36]。此外主要影响林地土壤肥力质量的是坡度、坡位等环境因子[37-38]以及土壤肥力质量各项指标，若想提高林地生产力、改善林地土壤质量，改变环境因子难度较大，可采取措施提升土壤肥力。因此想要维持桉树人工林长期生产力做到可持续利用，可增加施用有机肥[39]，其不仅增加土壤中N、P、K 含量，还可提升土壤中有机质含量进而提高林分生产力。

4.3 对管理工作的启示

面对当前养分亏缺、桉树从林地带走大量养分的现状，一方面要增加养分输入，另一方面要减少养分输出。增加养分输入的措施有：对不同林地进行测土配方施肥，依据土壤质量有针对性去施肥；将无机肥适当替换为对生态环境更友好的有机肥，既保护环境又可提升桉树人工林生产力。为减少养分输出可将轮伐期延长至6 a[40]，通过凋落物养分的归还作用增加土壤养分含量；减少物理抚育措施如炼山等对土壤的破坏；营造马占相思-桉树混交林用以维持林地养分平衡[31]。

4.4 展 望

本研究通过时空转换法对4 个不同代次的桉树人工林养分输入与输出进行研究，虽然桉树经营时间跨度为20 a，但受时间所限每个代次仅研究了第5年，没有对多代连续林龄序列（1～20 a）桉树人工林进行研究。此外，没有考虑桉树凋落物以及采伐剩余物对人工林养分输入和输出的影响。另外，由于桉树（5 a）根系发达且深植于土壤中，致使获取难度较大，因此并未估算树根生物量。在后续研究中，可进行长期定位观测，获取连续林龄序列桉树人工林的生物量、养分含量、凋落物和采伐剩余物分解等相关数据进一步研究多代连栽桉树的可持续经营模式。

5 结 论

当前短周期多代连栽桉树人工林高强度经营方式存在不合理之处，经营可持续性较差。本研究通过建立生物量方程估算各代桉树人工林生物量，发现随代次增加人工林生物量整体呈下降趋势，表明多代连栽经营方式并不可持续。忽略大气氮沉降和径流损失等相关因素前提下，基于全树利用的养分输出量呈先升后降的趋势，与人工林生物量变化趋势基本一致；基于各代桉树人工林施肥量研究表明桉树人工林养分不平衡，养分输入量小于养分输出量，特别是氮和磷处于养分亏缺状态，因而表明林地土壤流失大量养分。桉树人工林林地等级总体降低表明当前高强度、大面积单一种植、多代连栽经营方式使得林地土壤肥力质量变差，供肥能力减弱。为扭转养分不平衡状况，提升林地土壤肥力质量，建议延长轮伐期减少养分输出；改变肥料配比增加氮和磷的养分输入；提高有机肥施用量相应减少无机肥施用，提高土壤肥力质量。通过探讨各代桉树人工林养分平衡状况，本研究可为桉树可持续高效经营提供理论指导，为今后更好地经营利用桉树提供技术支撑。