氮素施肥對西南樺無性系早期生長的影響

陳 琳，曾 冀，龐圣江，趙志剛，賈宏炎＊

(1.中國林業科學研究院熱帶林業實驗中心，廣西 憑祥 532600；2.廣西友誼關森林生態系統國家定位觀測研究站，廣西 憑祥 532600；3.中國林業科學研究院熱帶林業研究所，廣東 廣州 510520)

氮是植物生長必需的營養元素，國內外學者開展了不同立地條件下杉 (Picea crassifolia Kom.)、桉 (Eucalyptus robusta Smith) 和 楊 樹 ( Populus simonii var. przewalskii (Maxim.) H.L.Yang) 等樹種的施肥研究，探討不同施肥量對其生長和養分吸收的影響，發現不同樹種以及同一樹種不同家系和無性系的養分需求存在差異，施用適量氮肥能顯著促進林木的生長和養分含量[1-3]。廣西4 個月尾巨桉 (Eucalyptus urophylla×E. grandis) 無 性 系 廣 林GL-9 號，追施氮肥 (尿素50 g·株-1和復合肥200 g·株-1) 不僅顯著提高桉樹當年生物量，而且對桉樹翌年的生長促進作用更顯著[1]。河北2 齡毛白楊(Populus tomentosa Carr.) 造林后每年分2 次施入尿素，4 個毛白楊無性系 (BT17、B331、S86、1316)造林后第4 年的最佳氮肥（尿素）施用量為289～379 g·株-1[2]。干形決定用材林的價值，也是立木材積的估算因子[4]。徑高比是表征樹木干形的常用性狀之一，施肥通過影響生物量在樹干的分配，從而影響徑高比。一些研究表明，施肥導致生物量向樹干上部積累，呈現出圓柱形樹干，徑高比減少[5]；而另一些研究顯示，施肥導致生物量向樹干下部積累，表現為錐形樹干，徑高比增加[6]，或對生物量在樹干中的分配無影響，徑高比不變[7]。

西南樺 (Betula alnoides Buch.-Ham.ex D.Don)是南亞熱帶速生優良鄉土闊葉樹種，喜光、耐旱瘠，具有較高的經濟和生態價值[8]。氮肥能夠顯著促進西南樺的生長和養分吸收[9]，然而，西南樺造林早期生長和干形對氮肥的響應是否存在無性系差異以及氮肥與無性系是否存在交互作用，仍缺乏深入研究。因此，本研究選擇4 個生長優良的西南樺無性系開展氮素施肥試驗，揭示氮肥、無性系及其交互作用對造林早期生長和干形的影響，從而確定4 個無性系的最佳施氮量，為提高西南樺無性系造林早期生長和木材品質提供參考。

1 試驗地概況

試驗地位于廣西憑祥市中國林業科學研究院熱帶林業實驗中心青山實驗場，該地屬于亞熱帶季風氣候，干濕季節明顯，2000—2018 年，年均氣溫22℃，年均降水量1 400 mm，4—10 月降水占77%。試驗地海拔750 m，東坡、中坡、坡度約30°，造林前茬是杉木采伐跡地。土壤是花崗巖風化形成的紅壤，質地為砂質壤土。5 cm 土壤容重0.76 g·cm-3，pH 值4.38，有機質84.90 g·kg-1，全氮3.68 g·kg-1，全磷0.74 g·kg-1，全鉀1.78 g·kg-1，水解氮397.35 mg·kg-1，有效磷1.75 mg·kg-1，速效鉀125.98 mg·kg-1

2 研究方法

2.1 試驗設計

采用裂區試驗設計，7 個氮（尿素）梯度 (主區)：0、50、150、250、400、550、700 g ·株-1，4 個西南樺無性系 (副區)：C1、C2、C3、C4，平均苗高20 cm，每個副小區8 株，4 次重復，合計896 株。

2013 年12 月造林，株行距為2 m×3 m，穴規格50 cm×50 cm×50 cm (長×寬×深)，主區間采用1 年生紅椎實生苗作為隔離行，小區間設立1～2 個隔離行。施肥方案見表1，N 肥為尿素(N≥46.4%)，P 肥為過磷酸鈣 (P2O5≥ 18%)，K 肥為氯化鉀 (K2O≥ 60%)。所有處理的N 肥施用量不同，而P 肥和K 肥用量一致，P 肥每株施500 g過磷酸鈣，作為基肥1 次性施入；K 肥每株施330 g 氯化鉀，分5 次施完。施肥方法采用穴施，即在植株兩側冠沿各挖1 個約20 cm 深的穴，施肥后立即覆土。

表1 施肥方案Table 1 The fertilization schedule g·株-1

2.2 調查方法

于2014、2016、2018 年12 月，即造林后第1、3、5 年，分別調查西南樺無性系的保存率、樹高、胸徑、枝下高、冠幅和干形性狀 (主干分叉和通直度)。徑高比以胸徑 (cm) 與樹高 (m) 之比來表示，采用Pinyopusarerk 等[10]方法估算主干分叉和通直度 (表2)。

表2 干形性狀劃分標準Table 2 Classification criteria of stem form traits

2.3 統計分析

由于2016 年10 月施肥全部結束，因此，本文僅對2016 和2018 年調查數據進行統計分析。應用SPSS16.0 軟件General Linear Model 的Univariate對西南樺無性系的生長和干形性狀進行裂區試驗設計方差分析，檢驗氮肥和無性系的效應及其交互作用，若差異顯著則在P＜0.05 水平上進行 Duncan 多重比較[11]。統計分析前，保存率經平方根反正弦轉換，主干分叉和通直度經平方根轉換。

3 結果與分析

3.1 保存率

由表3 可知：造林后第3、5 年，氮肥、氮肥和無性系交互作用對保存率的影響均不顯著 (P＞0.05)，而各無性系之間保存率差異顯著 (P＜0.05)。造林后第5 年，無性系C2 的保存率最小，比其它3 個無性系低21%～33% (表4)。

3.2 生長

由表3 可知：造林后第3 年和第5 年，無性系對西南樺的樹高、胸徑、枝下高和冠幅的影響極顯著 (P＜0.001)，氮肥和無性系交互作用僅顯著影響造林第3 年的枝下高 (P＜0.01)，而氮肥對西南樺造林后生長的影響不顯著 (P＞0.05)。

表4 表明：樹高、胸徑和冠幅隨著施氮量的增加呈現出“增加—穩定—減少”的變化趨勢，當施氮肥（尿素）量為250～550 g 尿素·株-1時，西南樺的生長表現最好。造林后第5 年，無性系C3 的生長表現最優，其樹高、胸徑、枝下高和冠幅分別達7.8 m、7.5 cm、2.9 m 和3.0 m，其次是無性系C1 和C4，生長最差的為無性系C2。與無性系C2 相比，無性系C3 的樹高、胸徑、枝下高和冠幅分別高42%、32%、16%和25%，且差異顯著。

3.3 干形

由表3 可知：造林后第3、5 年，無性系之間徑高比及造林后第5 年的主干分叉和通直度差異極顯著 (P＜0.001)，而氮肥、氮肥和無性系的交互作用對徑高比、主干分叉和通直度的影響均不顯著(P＞0.05)。表4 表明：與其他無性系相比，無性系C3 的干形表現最佳，其主干最通直，分叉部位最高，而徑高比處于中等水平，其次是無性系C1 和C4，最差的是無性系C2。

4 討論

本研究中，隨著施氮量增加，西南樺的樹高、胸徑和冠幅呈現出“增加—穩定—減少”的變化趨勢，施氮量（尿素）為250 ～ 550 g·株-1時 (N4、N5、N6 處理)，各項生長性狀達到最大值，但不同氮處理間生長差異并不顯著，與以往的研究結果不同，如云南省德宏州瑞麗市3 年齡西南樺配方施肥研究結果表明，氮、磷、鉀和復合肥4 種肥料組合以基肥方式施入對西南樺的高和徑向生長具有明顯的促進作用，高和徑向生長的最大提高幅度分別達55%和101%，其中氮肥的生長促進作用大于其它3 種肥料，最佳施氮（尿素）量為100 g·株-1[12]。云南省德宏州芒市2 年生西南樺幼林的施肥效果及其坡位效應研究結果顯示，磷肥作為基肥一次性施入，氮和鉀肥分3 次施入，隨著施肥量的增加，西南樺的胸徑、樹高和冠幅生長量顯著增大，最佳施氮（尿素）量為325 g·株-1，各處理的施肥效果因坡位而異[13]。上述不同研究結果表明，即使同一樹種，肥料種類、施肥方法、立地條件和林齡不同，其最佳施氮量和施肥效果也可能不相同，因此，適宜施氮范圍的確定應該充分考慮肥料種類、施肥方法、立地條件和林齡等因素。西南樺是高養分需求樹種，但氮肥對西南樺造林早期生長的促進作用并不顯著，原因可能有兩個：一是西南樺對氮磷鉀的需求量可能隨著植株生長的增加而同步增加，本研究僅提高了不同施肥處理的氮肥施用量，未改變磷肥和鉀肥的施用量，雖然磷和鉀肥的施用量在各處理上都較高，但氮磷鉀配比發生了變化，從而影響了氮肥施用效果，劉慶云等[14]亦發現，氮磷鉀配施對西南樺幼林生長的影響有時甚至大于單素施肥；二是西南樺屬于深根性樹種，根系發達，對土壤的適應性廣。以往研究顯示，花崗巖發育的低山黃壤區適合西南樺生長，其土壤全氮含量為0.57～1.88 g·kg-1[15]，而本研究的土壤全氮含量為3.68 g·kg-1，其土壤氮能夠滿足西南樺的生長需要，因此，今后應該根據土壤的養分狀況合理設置氮磷鉀配比以提高西南樺造林施肥效果。干形是衡量木材質量和抗性的重要指標之一，干形主要受遺傳因素控制[16-19]，并且受施肥和間伐等撫育措施的影響[6，20]。與生長的研究結果類似，氮肥對西南樺的徑高比、主干分叉和通直度影響亦不顯著，可能因為在造林初期林分郁閉過程中，出現了自然整枝現象，使生物量在樹干的分配相對均勻，因此，氮肥未改變西南樺的干形，但隨著樹冠不斷擴大是否會影響徑高比和枝條發育有待進一步觀測[21-23]。

表3 西南樺早期生長和干形性狀方差分析Table 3 ANOVA of early growth and stem form traits of Betula alnoides

表4 西南樺早期生長和干形性狀多重比較Table 4 Multiple comparison of early growth and stem form traits of Betula alnoides

本研究結果顯示，造林后第5 年，西南樺無性系的各生長和干形性狀均差異顯著，以無性系C3 的表現最優，其保存率、樹高、胸徑、枝下高、冠幅、主干分叉和通直度較最差的無性系C2 分別高34%、42%、32%、16%、25%、22%和19%，說明選擇合適的無性系造林，能夠顯著提升西南樺早期生長速度和干形質量。另外，筆者發現，氮肥和無性系的交互作用并不顯著，說明西南樺無性系對氮素施肥的響應不存在明顯差異，這與以往的一些研究結果不同，如毛白楊和青海云杉(Picea crassifolia Kom.) 對施肥量的響應因基因型而異[2-3]，可能與本研究的立地條件和氮磷鉀施肥配比有關。因此，在今后開展無性系養分需求研究時，宜根據土壤養分狀況合理設置施肥配比。

5 結論

隨著施氮量的增加，西南樺無性系的生長和干形性狀先逐漸增加，達到最大值后又逐漸減少，但不同氮肥處理間差異不顯著，表明單一提高氮肥用量對西南樺造林早期生長和干形的促進作用并不明顯。無性系顯著影響西南樺的存活率、樹高、胸徑、枝下高、冠幅、徑高比、主干分叉和通直度，綜合各生長和干形性狀，宜采用無性系C3 造林，其西南樺生長與干形表現最好。氮肥和無性系不存在交互作用。