不同栽植代數杉木林養分吸收、積累和利用效率的比較

周玉泉, 康文星,2,3,*, 陳日升 , 田大倫,2,3,項文化,3

1 中南林業科技大學,長沙　410004 2 南方林業生態應用技術國家工程實驗室,長沙　410004 3 國家野外科學觀測研究站,會同　418307

19世紀中期,當Ebermayer測定了闊葉林和針葉林的養分含量[1],揭開了森林養分動態研究序幕,20世紀60年代后,Cole[2]、Duvigneaud[3]、Bormann[4]、Tsutuumi[5]、Bazilevich[6]等國外學者在森林養分的研究方法、測定技術、養分循環的分類等方面做出了重要貢獻。

20世紀50年代侯學煜等已分析了中國150種植物化學成份[7]。20世紀70年代后,潘維儔[8]、馮宗煒[9]等分別開啟了杉木(Cunninghamialanceolata(lamb) Hook)人工林養分循環的研究。隨后我國進入一個關于森林養分動態研究的快速發展階段,尤其近10多年許多學者對不同類型的森林,尤其是人工林[10- 16]養分循環展開大量研究。這些研究成果都具有重要的實踐和理論意義。以上國內大部分研究主要集中在林分某一生長階段的養分積累與分配的靜態特征上。雖然也有學者探討了不同生長階段林分養分積累與分配的動態變化[17- 20]。但大都用“空間換時間”的研究方法。其研究結果可能偏移實際。

19世紀初就已發現人工林連栽后會出現生產力下降和地力衰退的“二代效應”問題[21]。為探索杉木連栽地力衰退的原因,有學者從林分養分動態出發采用時空轉換法對不同代數杉木林養分循環進行比較[22-23]。也有學者對第一代杉木林采伐后緊接營造第二代杉木林的兩代杉木林的養分利用效率進行分析[24],由于估算不同生長階段林分凈生產力和每年吸收的養分量的方法不完全準確,其研究結果難免會有疵瑕。本研究用會同第二代與第一代連栽的兩代林40多年的生物量和養分測定數據,采用新的研究方法(在研究方法中說明),分析兩代杉木林在不同生長階段的養分吸收、積累以及利用的差異。從兩代杉木林的養分動態變化上,探討人工林連栽后會出現生產力下降和地力衰退的原因。為人工林的持續經營和管理提供科學依據。

1　材料與方法

1.1　研究區概況

本研究在湖南會同杉木林生態系統研究站(屬于國家野外科學—觀測站)第3試驗小集水區進行。地理位置 26°50′N,109°45′E,面積1.984 hm2,海拔270—350 m,坡向西北,坡度15—25°。研究區屬于中亞熱帶季風濕潤氣候區,年平均氣溫16.9℃,年降雨量1100—1400 mm,年均相對濕度80%以上。土壤母巖為震旦紀板溪系灰綠色板巖,風化程度較深,土層厚度80 cm以上,土壤為中有機質厚層黃壤。

1962年第3小集水區在原為殘存的闊葉次生林地營造杉木人工林,其杉木林于1987年冬皆伐了,并于1988年春在采伐跡地上營造的第二代杉木林。兩代林的整地造林方式相同(煉山、全墾挖穴),造林密度也相近(約3000株/hm2),而且都是杉木栽上后前3 a的春秋季節各撫育1次,以后任其自然生長。

1.2 　樣品采集

第3小集水區第一代杉木人工林7 年生時,設立了4塊固定標準地(樣地面積667 m2)測定林分生物量,以后在第一代杉木人工林11、16、20年生和25年生時,都在4塊固定標準地測定林分生物量。第二代杉木人工林營造后,同樣設立了4塊固定標準地,并于第二代林7、11、16、20年生和25年生時,在4塊固定標準地測定林分生物量。每次測定生物量的同時采集養分待測樣品。為了保證樣品具有代表性,在每一次采集樣品的伐倒的標準木上把它分成樹干基部、中下、中、中上和上部5個區段,每一區段釆集相同重量的樹干,再把釆集的樹干混合一起組合成樹干樣品；樹皮取樣采用樹干相同的方法。枝和葉都分成當年生、1 年生、2 年生、多年生分別取樣。根分成根頭、大根(1 cm≤根徑)、粗根(0.2 cm≤根徑< 1 cm)、細根(根徑<0.2 cm)分別取樣。

1.3　養分測定

將待測的杉木各器管組織樣本,取適量樣品置于85℃恒溫干燥箱內烘干至恒重,稱干重,磨碎,過60目篩后按《土壤農業化學分析方法》[25]配置待測溶液。植物中的全N用半微量凱氏法,全P 用分光光度計測定；全K、全Ca、全Mg均用原子吸收分光光度計測定。

1.4　不同生長階段養分積累現存量計算

林分某一林齡時養分積累現存量用下式計算：

M1=W1i×L1i

(1)

式中，M1表示林分某一林齡時養分積累現存量(kg/hm2)；W1i表示林分某一林齡時杉木某器官現存生物量(t/hm2)；L1i表示林分某一林齡時杉木某器官的養分濃度(g/kg)；i=1,2,…,5(干、皮、枝、葉、根) 。

1.5　不同生長階段養分吸收量計算

以往林分某生長階段的養分吸收量都采用“吸收=存留+歸還”的計算方法[3]。這只有在某生長階段林分歸還的養分,完全是這生長階段生產的物質的枯死物中的養分時才能成立。實際上林分某生長階段的枯死物并不完全是這個生長階段生產的物質中枯死的(尤其是常綠林分),有一部分可能是前一生長階段生產的物質存留下來在本生長階段才枯死物質。因此,要準確估算某生長階段的養分吸收量,首先要準確估算某生長階段林分生產的生物產量。

1.5.1不同生長階段的生產的生物產量估算

一般認為樹木的干、皮在樹木的生長過程中凋落甚少,隨林齡增長其生物量不斷積累,可以用兩個不同生長階段的這些器官現存量之差求得某生長階段的生物產量,但枝、葉在樹木的生長過程中會不斷凋落,所以,要準確估算某生長階段林分生產的生物產量,就有確定葉和枝從生長出來到枯死的整個生長期。在此基礎上再估算出測定的該生長階段林分現存枝葉生物量中有多少是前一生長階段留下的,而且還要估算出該生長階段內生長的枝葉在這生長階段的枯死量。那么某生長階段生產的生物產量(W)等于此次測定樹干、皮、根的現存生物量(W2i)減去前一生長階段的樹干、皮、根現存生物量(W1i)(根系也存在更新代謝過程,但準確測定根系的周轉周期,在技術上還存在很大難度,因此,本研究將根與干材和樹皮同等對待,其估算出的生產量要低于實際生產量),加上此次測定的現存枝葉生物量(W3j)減去此次測定的現存枝葉生物量中屬于前一生長階段生長留下的枝葉量(W4j)的差,再加上該生長階段生長的枝葉的枯死量(W5j)。其公式為:

W= (W2i-W1i)+(W3j-W4j)+W5j

(2)

式中,i=1,2,3(干、皮、根)；j=1,2(枝、葉)。本研究中杉木葉的生長期采用劉愛琴等[22]研究成果定為5年,根據我們在會同對杉木生長的長期觀測,把杉木枝生長期定為10年。

1.5.2不同生長階段的養分吸收量計算

“吸收=存留+歸還”也只有在某生長階段杉木各器官養分濃度與前一生長階段測定的杉木各器官養分濃度相等時才正確。如果某生長階段測定的杉木各器官養分濃度為L1i,前一生長階段測定的濃度為L2i。若L1iL2i時,則前一生長階生物現存量中的養分濃度從L2i上升為L1i,那么這一生長階段吸收的養分不僅積累在這個生長階段生產的生物量中,而且還有一些運送到前一生長階段的生物現存量中。所以,在估算某生長階段林分吸收的養分時先要估算出前一個生長階段現存生物量中有多少養分輸送到這個生長階段生產的生物量中(L1iL2i時)。在估算出某生長階段生產的生物產量和某生長階段以前的生物現存量中在此生長階段轉移出(或又吸收)養分量后,不同生長階段的養分吸收量計算不采用“吸收=存留+歸還”的方法計算,而是用下式求得,如果L1i

M3=W3i×L1i-W2i×(L2i-L1i)

(3)

當L1i>L2i時,則有

M3=W3i×L1i+W2i×(L1i-L2i)

(4)

式中,M3表示吸收養分量(kg/hm2)；W3i表示某生長階段生產量(t/hm2)；W2i表示前一生長階段的現存量(t/hm2)；i=1,2,…,5(干、皮、枝、葉、根)。

1.6　養分利用效率

養分利用效率的高低用每生產1 t干物質需要的養分量來表征,其需要的養分量越低,養分利用效率越高,反之則然。其計算公式為：

N=M/W

(5)

式中：N表示養分的利用效率(kg/t)；M表示某生長階段林分吸收養分量(kg)；W表示某生長階段林分的生產量(t)。

1.7　數據分析處理

所有數據經Excel 軟件處理,用SPSS 20.0軟件進行統計分析,采用單因素方差分析(one-way ANOVA)進行不同代數,不同生長階段,不同器官養分濃度、養分積累和分配的顯著性檢驗。

2　結果與分析

2.1　養分濃度的比較

圖1　兩代杉木林不同生長階段的養分元素濃度Fig.1　Concentrations of nutrient elements in different growth stages of two generation Chinese fir forests

圖2表明,同一林齡時,第二代的杉木各器官體內養分濃度也分別高于第一代。其中,樹干、皮、枝、葉和根的養分濃度分別比第一代高6.86%—8.79%,11.71%—20.60%,13.17%—21.06%,10.82%—15.25%,9.76%—17.78%。經差異顯著性檢驗表明,同一林齡時,除兩代杉木的樹干養分濃度之間差異顯著(P<0.05)外。其余同一器官養分濃度之間差異極顯著(P<0.01)。

圖2　兩代杉木林不同生長階段各器官的養分濃度Fig.2　Nutrient concentrations of organs in different growth stages of two generations Chinese Fir Plantation

通過對兩代林的杉木器官養分濃度隨林齡增加的變化分析發現,7—11年生時養分濃度增加的速率第二代杉木是第一代的1.4倍,12—16、17—20、21—25年生時養分濃度下降的速率第二代杉木分別只有第一代的81.41%,40.56%和61.35%。

2.2　兩代杉木林年均吸收養分的比較

從表1中發現,1—7年生,第一代的年均吸收養分量比第二代多7.94%(7.01 kg/hm2),8—11,12—16,17—18、21—25年生,又分別比第二代少13.04%(22.40 kg/hm2),2.52%(4.27 kg/hm2),7.93%(15.27 kg/hm2)和14.58%(27.53 kg/hm2)。1—7年生第一代的N、P、K、Ca、Mg各元素的年均吸收量比第二代分別多6.74%,11.88%,9.68%,7.30%,8.88%；8—11、12—16、17—20、21—25年生的N、P、K、Ca、Mg年均吸收量分別比第二代少2.27%—13.75%,2.41%—12.25%,7.02%—21.29%,10.64%—17.91%,22.15%—36.39%。從上分析看出,林分7年生以前第一代的年均吸收養分量比第二代多,7年生后第一代比第二代少。

表1　兩代杉木林不同生長階段年平均吸收的養分

本表的差異分析是兩代林同一林齡同一元素吸收量的差異分析, *表示同一林齡同一元素吸收量差異顯著(P<0.05),**差異極顯著(P<0.01),小寫字母相同表示同一林齡同一元素吸收量差異不顯著(P>0.05)

從兩代林養分吸收年均量隨林齡增加的變化分析中看出,第一代從1年生到20年生的養分吸收量隨林齡增加而增加,20年生后隨林齡增大逐漸下降,年變化曲線為拋物形,拋物線頂點出現在17—20a。第二代的1—7a和17—20年生時,年均吸收養分呈上升趨勢,12—16a和21—25a呈下降趨勢,年變化曲線為雙波峰曲線。波峰分別出現在1—7a和17—20a。第一代8—11,12—16a和17—20a年均吸收養分上升的速率分別為71.25%,8.35%和9.98%,比第二代8—11a和17—20年生時的112.56%和16.50%小許多。第二代8—11a和17—20年生年均吸收養分下降速率分別為3.50%,1.90%,比第一代20—25a下降速率8.98%又低許多。表明林分整個生長過程中對林地養分的消耗,第一代比第二代少些。

兩代林同一林齡時年均吸收同一養分元素量的差異分析表明,除12—16a的兩代林的N之間、P之間、K之間,吸收總養分量之間,以及17—20a的兩代林的N之間的年均吸收量差異不顯著外(P>0. 05),其余兩代林的各營養元素的年均吸收量之間差異顯著(P<0.05),或極顯著(P<0. 01)(表1)。

2.3　養分積累與分配的比較

2.3.1養分積累的比較

從表2可知,第一代7、20、25年生時的養分積累量分別比第二代多43.02 kg/hm2(9.14%),32.06 kg/hm2(2.01%),3.96 kg/ hm2(0.22%)。11、16年生時第一代的養分積累量分別比第二代少54.42 kg/hm2(6.72%),45.48 kg/hm2(3.44%)。杉木連栽并不一定導致第二代林喬木層養分積累減少。第一代的N、P元素積累量分別比第二代多6.38—51.15 kg/hm2,0.99—2.86 kg/hm2。第一代7年生時Ca、Mg元素積累量分別比第二代多11.62和3.85kg/hm2,7年生后各生長階段分別比第二代少9.93—25.19,8.23—22.52kg/hm2。K元素積累量,7、20a和25年生時第一代比第二代分別多8.88%,2.43%和0.97%,11a和16年生又分別比第二代少4.13%和2.03%。就總體而言,第一代的N、P、K素積累量高于第二代, Ca、Mg低于第二代。

該術式既避免了脊髓后移，防止出現C5神經根麻痹等并發癥［32］，又避免了直接切除骨化物，大大降低了腦脊液漏、脊髓損傷等并發癥的發生率。同時，ACAF對后路手術治療OPLL的再手術翻修也取得了良好效果［33］。Sun等［34］通過對20例OPLL患者的CT資料進行研究，認為鉤突關節可作為ACAF縱向截骨開槽位置的標志，但術前還應對每個病例的CT圖像進行仔細的測量以制定個體化的精確手術方案。

表2　兩代杉木人工林不同林齡時喬木層積累的營養元素量

括號內的數為百分數,本表的差異分析是兩代林同一林齡同一元素積累量的差異分析, *表示同一林齡同一元素積累量差異顯著(P<0.05),** 差異顯著(P<0. 01),小寫字母表示同、同一林齡間同一元素積累量差異不顯著(P>0.05)

兩代林同一林齡時各營養元素積累的差異分析表明,除11年生時兩代林的N之間、P之間、 K之間,16年生時兩代林的N之間、P之間,20 年生時兩代林的K之間、Ca 之間,25 年生時兩代林的K之間、P之間,養分總積累量之間差異不顯著外(P>0. 05),其余兩代林的各營養元素積累量之間差異顯著(P<0. 05)(表2)。

從表2中兩代林各養分元素積累量占總養分元素量的百分比(括號內的數)對比中看出,杉木從幼林到成熟期,第一代不同林齡時積累N和P量占總養分量的比例分別比第二代高0.62—2.70,0.03—0.18個百分點,第一代的Ca卻比第二代少0.22—1.71個百分點；第一代7年生時的K所占比例比第二代低0.06個百分點,11、16、20、25年生時分別比第二代高0.20—0.39個百分點；雖然11年生時第一代的Mg所占比例比第二代低0.07個百分點,但7、16、20、25年生時第一代比第二代高0.40—1.33個百分點。表明第一代N、P、K各占總養分量比例分別高于第二代,Ca、Mg所占比例少于第二代。

2.3.2 養分在器官分配上的比較

從圖3 看出,除7年生時兩代杉木林積累的養分在器官分配大小順序相同外(葉>枝>干>皮>根),7年生以后其順序發生了變化。11年生林分,各器官積累養分量大小順序是：第一代葉>枝>干>皮>根,第二代葉>枝>皮>根>干；16年生,第一代干>皮>葉>枝>根,第二代葉>枝>皮>干>根；20年生,第一代干>葉>皮>枝>根,第二代葉>皮>枝 >干>根；25年生,第一代干>皮>葉>枝>根,第二代葉>皮>干>枝>根。

圖3　兩代杉木林不同生長階段各器官的養分累積量Fig.3　Nutrient components accumulated in the organs at different growth stages of two generation Chinese fir forests

從幼林到成熟期各林齡時積累在第一代干、皮中養分量比第二代分別多29.79%—79.12%,1.68%—15.21%。積累在第一代的枝、葉養分量除7年生時分別比第二代多1.71%和3.92%外,7年生以后各林齡時則分別比第二代少30.32%—35.56%和7.12%—16.59%。林分16年生以前,積累在根中養分量,第一代比第二代多9.81%—16.36%,16年生以后,第一代比第二代少3.80%—17.10%。

經差異分析得出,除7年生的兩代林樹皮之間、樹枝之間、樹葉之間、樹根之間,11年生的兩代林樹皮之間、樹葉之間,25年生的兩代林樹皮之間的養分積累量差異顯著(P<0.05)外,其余差異極顯著(P<0.01)

通過兩代林各林齡時積累養分在各器官中的分配比率對比分析得出：同一林齡時,養分在干、皮中的分配比,第一代比第二代分別高2.99—13.31,0.09—1.79個百分點；枝和葉中分配比,第一代比第二代分別低1.31—8.48,0.62—5.99個百分點；根中的分配比,16年生以前,第一代比第二代分別高0.59—2.23個百分點。16年生以后比第二代少0.70—2.35個百分點。從中看出,第一代積累養分在干和皮的分配比高于第二代,枝和葉中的分配比低于第二代。

2.4　養分利用效率比較

2.4.1生產1噸干物質需要的養分

從表3中看出,1—7,8—11,12—16,17—20,21—25年生時,每生產1 t干物質所需養分,第二代比第一代分別多1.28、3.19、4.28、4.09、4.09 kg。就具體營養元素而言,第一代不同生長階段每生產1 t干物質的需N、P、K、Ca、Mg量,分別比第二代少0.85—1.35,0.05—0.14, 0.51—1.08,0.70—1.50,0.17—0.51 kg。換一種角度分析。假若吸收100 kg養分,以第一和二代不同生長階段的養分利用效率,在各生長階段第一代可生產出9.28、7.72、11.60、13.23 t和11.47 t干物質,第二代分別只能生產7.66、6.20、7.75、8.58 t和7.81 t。也就是說不同生長階段的養分利用效率,第二代比第一代相應低17.46%,19.69%,33.19%,26.03%和31.91%。

表3　兩代杉木林不同生長階段生產一噸干物質所需養分/(kg/ t)

括號內的數為百分數

2.4.2生產1噸杉木器官需要的養分

表4看出,第二代在1—7,8—11,12—16,17—20,21—25 a各生長階段,生產1 t樹干、皮、枝、葉和根的干物質所需養分量,分別比第一代多0.19—0.29,1.38—2.75,2.15—3.36,1.60—3.61,0.88—1.25 kg。各器官養分的利用效率上,第一代比第二代樹干的養分利用效率高7.02%—10.22%；皮高11.73%—21.29%；枝高13.12%—21.19%；葉高6.19%—14.03%；根高10.91%—21.43%。

表4　兩代杉木林不同生長階段生產一噸杉木器官需要的養分/(kg/t)

3　討論

第二代杉木器官養分濃度比同一生長階段第一代相應的高；進入干材生長階段后,器官養分濃度隨生育階段的提高而逐漸降低,與馬祥慶等[23]的結論相同。本研究第一代杉木林在某一林齡時喬木層養分積累量高于第二代,在另一林齡時稍低于第二代,與馬祥慶等[23]和劉愛琴等[22]研究第一代杉木林在任一林齡時喬木層養分積累量都高于第二代結果不一樣。本研究表明,杉木連栽并不一定導致第二代喬木層養分積累減少。

不同林齡時養分在器官分配上與馬祥慶等[23]研究的有所不同。馬祥慶等研究認為雖然不同生長階段養分在器官分配上表現不一,但同一生長階段各栽植代數相同。本研究結果除7年生以前兩代林養分在器官上的分配大小順序相同外,8—25年生中的同一生長階段兩代林在器官養分分配大小順序并非完全一致。馬祥慶等的研究地是福建尤溪屬中亞熱帶海洋性季風氣候區,會同屬中亞熱帶濕潤氣候區。同一樹種在不同的立地環境條件下,可能造成其林分不同生育階段生物量在器管分配和器管養分含量的差異,進而導致養分積累在器管分配上的差異。

會同兩代林分年均吸收養分量與劉愛琴等[22]研究的也有差別。本研究林分7年生前第一代比第二代多,8—25年生比第二代少。劉愛琴等研究得出,中齡林(第1代11年生,第2代12年生)和成熟林(兩代都為31年生)都是第一代多于第二代。而且年均吸收養分量隨林齡增加其變化與劉愛琴等的也不一樣。劉愛琴等認為隨發育階段的提高,兩代林養分的年吸收量都呈增加趨勢[22]；但會同兩代杉木林年均吸收養分量在某個生長階段均出現下降的趨勢。造成兩者差別的原因有3點：(1)本研究的兩代林是同一立地(第一代采伐后第二年在采伐跡地營造第二代林)生長的林分,劉愛琴研究的不同代數林分,采用“時空轉換”法在研究林區內選擇林地母巖及地位指數一致的兩個不同林分。由于空間異質性,可能使研究的結果與實際并不完全相符。(2)劉愛琴等只測定11年生(或12年生)和31年生兩個林齡時,兩林齡間相差較大,無法體現出11—31年生其間不同生長階段吸收養分量變化趨勢。(3)劉愛琴等采用“吸收=存留+歸還”的方法估算不同生長階段林分養分吸收量,會同杉木林的不同生長階段林分養分吸收量是用本文研究方法中的方法估算的。估算方法不同,所得出的結果也就不一樣。

第一代杉木的養分利用效率高于第二代,以及養分利用效率隨林齡增加的變化上會同的1—20年生,尤溪的1—19年生[23](馬祥慶等只研究林齡19年生時)兩者趨同。都表明杉木連栽可導致第二代杉木養分利用效率下降。我們曾研究會同兩代林的杉木養分利用效率[24](那時只研究到第二代18年生時)。雖然得出的結論與本次相同,但是,此次研究的結果在1—7,8—11、12—16年生時,第一代每生產1 t干物質所需養分量分別比前次研究的第一代多10.85%,28.95%和16.32%,第二代也比前次第二代多4.60%,35.16%和8.63%。造成這種差別是因為前次研究某生長階段的生產量時,是用某生長階段測定的生物現存量減去前次生物現存量的差,再加某生長階段的凋落物量求算的,某生長階段的養分吸收量是依據“吸收=存留+歸還”的計算方法求得。本次研究估算某生長階段的生產量考慮了枝、葉的實際生長期；估算某生長階段年均吸收的養分量時不是用“吸收=存留+歸還”的方法,而是用考慮了枝、葉的實際生長期后估算的生產量乘以物質的養分濃度,并考慮了這一生長階段與前一生長階段生物量中的養分濃度差異,因而這次研究結果更逼近實際。

本研究結果表明,杉木連栽第二代林進入快速生長階段后年均吸收的養分量比第一代多。這一方面說明為了維持杉木在整個生長過程中的正常生長,第二代林所需的養分比第二代多；而且也表明第二代比第一代從土壤中吸收更多的養分。這對林地養分的消耗大,由此可能導致第二代林地的地力衰退。

任一個生長階段第二代林分生產力低于第一代(表1)。早就有人報導過植物生長量與養分含量和養分平衡密切相關[3,8]。也就是說當樹木體內含有較多的營養元素量,但樹木的生長不一定是最好的,只有當這些各營養元素量達到相互平衡時,才有可能獲得最好的產量。雖然第二代杉木林體內養分含量比第一代的高，但通過對杉木體內各養分元素量搭配的比例分析(表2中括號內的數據),第一代1—7,8—11,12—16,17—20,21—25年生時杉木體內的N、P、K、Ca、Mg占總養分的比例與第二代不相同。如果認為第一代杉木體內各元素量的比例相對平衡有利杉木生長的話,那么第二代的各元素量比例的不協調可能是導致第二代養分利用效率降低,以及生產力下降的一個主要原因。究竟是什么原因引起兩代杉木體內各元素量搭配的比例不相同,養分利用效率下降,有待進一步深入研究。

從本研究結果看出連栽的第二代林的養分吸收量比第一代多,而養分利用效率低于第一代。這些都有可能導致第二代林的生產力降低和地力衰退。若不解決好這些問題人工林生產經營將很難持續。因此必須在營林措施上下功夫。如采用混交林栽植模式可以改變純林的單一結構導致人工林生態系統養分循環失調[26],采用施肥、撫育和不同的采伐強度等經營管理措施可提高人工林土壤肥力、緩解產量下降[27]。人工林地力衰退可以通過改變人工林經營管理方式,保證人工林生長的一個良性循環的生態環境,人工林連栽是可行的[28-29]。

本文研究是在第二代與第一代連栽的林地進行的。避免了“時空轉換”法的缺陷,保證了空間尺度的一致性和時間尺度的連續性。在不同生長階段吸收的養分量估算上采用與以往同類研究中完全不相同的方法。這種研究方法真實地反映了杉木生長和對養分吸收利用的生理規律。

4　結論

(1)同一生育階段第二代杉木器管的各營養元素濃度都比第一代相應的高。其中,N濃度高2.85—3.48 g/kg,P濃度高0.16—0.25 g/kg,K濃度高1.86—2.72 g/kg,Ca濃度高2.10—2.50 g/kg,Mg濃度高0.77—1.31 g/kg。

(2)第一代杉木林在某一林齡時喬木層養分積累量高于第二代,在另一林齡時也可能低于第二代,杉木連栽不一定導致第二代林喬木層養分積累減少。養分在各器官中的分配比兩代林中不相同。第一代養分在樹干的分配比高于第二代,枝和葉中的分配比低于第二代。

(3)年均吸收養分量,7年生以前,第一代比第二代多,7年生以后,第二代比第一代多。表明杉木連栽第二代林會從土壤吸收更多的養分,不利于土壤肥力水平的維持

(4)任一個生育階段,生產1噸杉木干物質所需養分量,第一代少于第二代,而且生產1噸干、皮、枝、葉和根干物質所需的養分量,也是第一代少于第二代。第二代的養分利用效率比第一代低,這應是杉木連栽第二代杉木林生產力下降的原因之一。