雷州半島尾巨桉人工林旱雨季生長特征及其對旱季水肥管理的響應(yīng)

陳潔純，李華東，符櫻瀚，許宇星，竹萬寬，杜阿朋，王志超

雷州半島尾巨桉人工林旱雨季生長特征及其對旱季水肥管理的響應(yīng)

陳潔純，李華東，符櫻瀚，許宇星，竹萬寬，杜阿朋，王志超

(1. 嶺南師范學(xué)院，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 湛江 524000；2. 中林集團(tuán)雷州林業(yè)局有限公司，廣東 湛江 524043；3. 國家林業(yè)和草原局桉樹研究開發(fā)中心，廣東湛江桉樹林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，廣東 湛江524022)

為準(zhǔn)確了解尾巨桉人工林的生長特征，并為進(jìn)一步提升尾巨桉人工林林分生產(chǎn)力提供理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支持，本研究以2年生和5年生尾巨桉人工林為研究對象，在了解氣象因素的基礎(chǔ)上，連續(xù)兩年對其林分生長進(jìn)行跟蹤調(diào)查，并在旱季進(jìn)行不同的水肥管理措施，分析旱季尾巨桉人工林在不同水肥管理措施下的生長差異。結(jié)果表明：監(jiān)測期間旱季尾巨桉人工林的月平均胸徑增長量顯著小于雨季(其中雨季相比于旱季分別提高了26.9%和37.3%)。林分尺度下旱季加水肥處理和單獨加水處理能極顯著增加2年生尾巨桉的月平均胸徑增長量(0.01)，2018年較CK提高了1.76倍和1.59倍，2019年提高了1.71和1.56倍。單獨加肥處理對尾巨桉旱季生長促進(jìn)較小，僅2018年2年生尾巨桉單獨加肥處理的月平均胸徑增長量極顯著大于CK處理(0.01)，是CK的1.24倍。2018年旱季5年生尾巨桉人工林加水肥處理極顯著大于其他3種處理(0.01)，2019年5年生尾巨桉人工林4種處理間的月平均胸徑增長量不存在顯著性差異。可見在雷州半島區(qū)域，旱季尾巨桉胸徑增長較雨季緩慢；通過在旱季對尾巨桉人工林加水肥處理，可較大地提高旱季尾巨桉的生長速率尤其是對幼林的促進(jìn)作用更大，進(jìn)而提升尾巨桉人工林年林分生產(chǎn)力。

尾巨桉；生長特征；旱季；水肥管理；林分尺度

桉樹()是世界三大速生樹種之一，目前已發(fā)展成為我國第三大人工林樹種。我國桉樹商品林種植面積已達(dá)546.74萬hm，木材主要用于制漿造紙、人造板、實木利用等方面。我國桉樹年木材產(chǎn)量超5 000萬m，支撐著1 160萬噸級的制漿造紙產(chǎn)業(yè)和8 000萬m的膠合板產(chǎn)業(yè)，綜合產(chǎn)值已達(dá)5 000億元。桉樹的發(fā)展在維護(hù)國家木材安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)、發(fā)揮生態(tài)防護(hù)和幫助農(nóng)村脫貧致富等方面均起到了非常重要的作用。因此，桉樹已成為我國南方重要的戰(zhàn)略樹種。

我國年木材消耗量巨大，供需矛盾極為突出，有研究預(yù)計到2020年，我國國內(nèi)的木材消耗量將提高到4.57 ~ 4.77億m，木材供應(yīng)缺口將長期保持在1 ~ 1.5億m左右。我國桉樹人工林整體的年生長量僅為30 m·hm，個別可達(dá)54 m·hm，發(fā)展水平遠(yuǎn)低于巴西和南非等國(年生長量可達(dá)40 m·hm，最高可達(dá)117 m·hm)，因此，桉樹人工林的生產(chǎn)力還具有很大的提升空間。由于人工林是受人為控制的生態(tài)系統(tǒng)類型，為了進(jìn)一步提高桉樹人工林生產(chǎn)力，除了需要在育種方面繼續(xù)努力外，在撫育經(jīng)營管理措施方面也需要進(jìn)一步的提升。

華南地區(qū)旱雨季分明，春夏降水多，秋冬降水少，而且雨熱同期。而桉樹人工林生產(chǎn)力又容易受到氣候條件影響，有研究發(fā)現(xiàn)：在旱季，降水量和溫度是影響桉樹人工林生產(chǎn)力的兩大主要因素，且鄧云等研究發(fā)現(xiàn)，在旱季桉樹會通過限制生長、減少水分消耗來應(yīng)對干旱脅迫。那么，在旱季無法改變溫度的前提下，采取灌溉補(bǔ)水減少水分脅迫，能否提升桉樹人工林旱季的生長速率？若在旱季補(bǔ)水的同時再增加施肥，能否進(jìn)一步的提升旱季桉樹的生長？這些問題值得進(jìn)一步分深入探討和研究。

目前國內(nèi)在桉樹旱季水肥管理對桉樹生長影響方面的研究較少，因此，本研究擬在雷州半島地區(qū)(旱雨季分明)，以2個林齡(2年生和5年生)的尾巨桉()人工林為研究對象，通過系統(tǒng)研究2018年和2019年期間尾巨桉人工林旱雨季的生長及其旱季對4種水肥管理措施的響應(yīng)，探討旱季不同水肥管理措施對桉樹生長速率的影響，進(jìn)而為合理調(diào)控桉樹水肥關(guān)系實現(xiàn)高效培育和科學(xué)經(jīng)營，并為進(jìn)一步提升桉樹人工林生產(chǎn)力提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 試驗地概況

研究地點位于廣東省湛江市遂溪縣的南方國家級林木種苗示范基地，試驗樣地設(shè)在廣東湛江桉樹森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測站(21°16′N，110°05′E)，該地區(qū)屬于北熱帶濕潤大區(qū)雷瓊區(qū)北緣，為熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均降雨量約1 500 mm，但11月至次年4月份降雨量不足全年的15%，屬典型干旱季節(jié)。試驗區(qū)土壤類型多為玄武巖磚紅壤，土層厚度2 m以上，0 ~ 80 cm土層內(nèi)平均有機(jī)質(zhì)含量1.6 g·kg以上，pH 平均為4.9，土壤肥力中等。

試驗地設(shè)置在2年生和5年生的2個尾巨桉人工林地內(nèi)(表1)，種植面積均為2 hm，分別于2016年5月及2012年7月采用尾巨桉無性系DH32-29造林，造林密度均為1 666株·hm，其中2年生現(xiàn)存密度不變，而5年生因臺風(fēng)損壞，現(xiàn)存密度僅為960株·hm。

表1 2個林齡尾巨桉的實驗前期林分概況

1.2 研究方法

1.2.1 氣象因子的測定

通過設(shè)在研究區(qū)林地外的自動氣象觀測系統(tǒng)，裝有Campbell公司CR3000型數(shù)據(jù)采集器、HMP155 A空氣溫濕度傳感器、CS616土壤水分儀傳感器，TE525MM雨量筒及LI190SB型光合有效輻射傳感器，連續(xù)觀測試驗期間的大氣溫度(℃)、土壤水分含量(%)、降雨量(mm)及光合有效輻射(umol·s·m)等氣象指標(biāo)，數(shù)據(jù)采集時間間隔為10 min。

1.2.2 樣地的設(shè)置

在2年生和5年生2個尾巨桉人工林地內(nèi)，隨機(jī)劃分4個區(qū)域，在旱季分別實施4種水肥管理措施：加水+加肥，月加水量約500 L?株，加水方式為滴灌(下同)，加肥量500 g?株(總計1次，下同)、加肥、加水及對照(CK)。在每個處理區(qū)域內(nèi)隨機(jī)設(shè)置1個20 m × 20 m固定樣地。

1.2.3 徑向生長的測定

在各處理固定樣地內(nèi)的每棵樹的胸高處(1.3 m)安裝自制生長環(huán)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(圖1)。

圖1 樹木徑向測定裝置

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL 2010及SPSS 26.0統(tǒng)計軟件對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 監(jiān)測期間的氣象特征

2018年降雨量、土壤水分和溫度的氣象數(shù)據(jù)變化趨勢和2019年的大致相同(圖2)。監(jiān)測期間雷州半島2018年和2019年總降雨量分別達(dá)1 235 mm和1 319 mm，年平均降雨量為1 277 mm，5—10月份集中了89.4%的降雨量，屬于雨季，11—4月份屬于旱季。雨季平均土壤水分含量為33.74%，相較于雨季，旱季平均土壤水分含量較低，為28.99%，最低土壤水分含量僅為：25.59%，土壤水分隨降雨量的變化而變化。監(jiān)測期間年平均溫度為23.8℃，雨季溫度高，旱季溫度相對較低，監(jiān)測期間極端最高溫度為32℃，極端最低溫度為5℃。年平均光合輻射達(dá)到117.4 umol·s·m，同年雨季的平均光合輻射也明顯高于旱季，2018年5月和2019年9月光合輻射達(dá)到最大。

2.2 旱雨季尾巨桉月平均胸徑增長量對比

如圖3顯示，2018年和2019年2年生的尾巨桉雨季期間的月平均胸徑增長量均極顯著大于旱季的月平均胸徑增長量(0.01)，其中雨季的胸徑增長量比旱季分別高26.9%和37.3%。5年生尾巨桉2018年雨季的月平均胸徑增長量顯著大于旱季(0.05)，雨季的月平均胸徑增長量是旱季的1.33倍。而2019年旱雨季的月平均胸徑增長量則不存在顯著性差異。可見，雨季降水充沛，土壤水分含量高，同時平均溫度和平均光合輻射達(dá)到全年最大，尾巨桉的生長速率較快。旱季由于降水量減少、溫度降低等氣候因素影響，尾巨桉的胸徑增長相較于雨季明顯受到限制，因此雨季的月平均胸徑增長量大于旱季。

圖2 2018年和2019年全年的月降雨量、土壤水分、溫度和光合輻射

圖3 2年生和5年生旱雨季尾巨桉月平均胸徑增長量對比

2.3 旱季水肥管理對尾巨桉生長的影響

對2年生尾巨桉2018年旱季監(jiān)測期間的月平均胸徑增長量分析并制圖(圖4A)，通過方差分析發(fā)現(xiàn)，4種措施處理的尾巨桉月平均胸徑增長量之間差異顯著，其中加水肥處理月平均胸徑增長量顯著大于單獨加水處理(<0.05)，且兩者均極顯著大于加肥處理及CK處理(<0.01)，加水肥處理和單獨加水處理的月平均胸徑增長量分別是單獨加肥處理的1.43倍和1.28倍，同時是CK處理的1.76倍和1.59倍。加肥處理的月平均胸徑增長量也極顯著大于CK處理(<0.01)，單獨加肥處理的月平均胸徑增長量是CK處理的1.24倍。

對2年生尾巨桉2019年旱季監(jiān)測期間的月平均胸徑增長量分析并制圖(圖4B)，通過方差分析同樣發(fā)現(xiàn)，加水肥處理的月平均胸徑增長量與加水處理間不存在顯著性差異(0.05)，但均極顯著大于CK處理(<0.01)，同時加水肥處理的月平均胸徑增長量極顯著大于單獨加肥處理(<0.01)。而加水處理的月平均胸徑增長量與加肥處理間不存在顯著性差異>0.05)，加肥處理的月平均胸徑增長量與CK處理間也不存在顯著性差異>0.05)。加水肥、加水和加肥3種措施處理的月平均胸徑增長量分別是CK處理的1.71、1.56和1.23倍。

對5年生尾巨桉2018年和2019年旱季監(jiān)測期間的月平均胸徑增長量分析并制圖(圖5)，通過方差分析發(fā)現(xiàn)，2018年旱季加水肥處理的月平均胸徑增長量極顯著大于其他3種措施處理(<0.01)，加水肥處理的月平均胸徑增長量分別是加水、加肥和對照組3種處理的1.57、1.58和1.88倍。而且加水、加肥和CK處理間的月平均胸徑增長量不存在顯著性差異。而2019年旱季5年生尾巨桉這4種處理間的月平均胸徑增長量不存在顯著性差異。

圖4 2018年和2019年旱季2年生尾巨桉不同處理下的月平均胸徑增長量

圖5 2018年和2019年旱季5年生尾巨桉不同處理下的月平均胸徑增長量

3 討論與結(jié)論

除去樹種自身的生物學(xué)特性因素，樹木的生長發(fā)育會受各種環(huán)境因素的綜合影響，而樹干的徑向生長過程可以在一定程度上反映樹木的生理狀況及其對環(huán)境因素的響應(yīng)。本研究結(jié)合2018年和2019年的降雨量、土壤水分、溫度和光合輻射等氣象數(shù)據(jù)特征，對雷州半島2年生和5年生2個林齡的尾巨桉人工林生長特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，監(jiān)測期間2個林分尾巨桉不同月份的平均胸徑增長量不同，生長速率受降雨量、土壤水分、溫度等氣象因素影響，旱季2年生尾巨桉林的月平均胸徑增長量極顯著小于雨季(<0.01)，5年生尾巨桉林旱季顯著小于雨季(<0.05)。周建輝等通過對尾巨桉幼林的生長和林外氣象因子進(jìn)行監(jiān)測分析，結(jié)果也表明了不同林齡尾巨桉的胸徑生長在相同季節(jié)的生長速度是存在差異的，且尾巨桉在雨季的生長量要大于旱季。郭耆等研究結(jié)果同樣顯示巨尾桉()生長具有明顯的月、季和年變化規(guī)律，雨季生長較旱季快，1 ~ 3年生長迅速，4 a后生長開始變緩，胸徑生長量在種植后第2年最大，然后逐漸下降，這與本研究中尾巨桉旱雨季生長差異的研究結(jié)果保持一致。

林木施肥是促進(jìn)桉樹早成材，縮短輪伐時間，提高單位面積木材產(chǎn)量的重要技術(shù)措施之一。多數(shù)研究表明施肥能有效增加林木產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，如2011—2013年劉芳等對2年生杉木()林地施用復(fù)合肥(750 kg·hm)，發(fā)現(xiàn)施肥可以明顯地促進(jìn)杉木的生長，杉木胸徑年均生長量分別比CK高27.6%、26.4%、和17.0%；陳家法等研究發(fā)現(xiàn)在四紀(jì)紅壤濕地松()林和板頁巖紅壤濕地松林采用經(jīng)濟(jì)效益最好的施肥處理方案每年能夠提升大約13%和16%的經(jīng)濟(jì)收益。在年降雨量小、干濕交替明顯的地區(qū)，旱季采用灌溉、施用磷肥和鉀肥等措施能提高桉樹單位面積產(chǎn)量。本研究通過對2018年和2019年旱季不同水肥處理措施下的2 年生和5年生尾巨桉林生長進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在旱季加水肥和加水處理與CK處理對比能夠顯著提高尾巨桉林的月平均胸徑增長量(2年生極顯著)，僅2018年2年生加水肥和加水處理較CK分別提高了1.76倍和1.59倍，2019年提高了1.71和1.56倍。由于旱季降雨少導(dǎo)致肥料溶解不完全，桉樹吸收到的養(yǎng)分不多，所以單獨加肥處理對尾巨桉旱季生長促進(jìn)較小，只有2018年2年生尾巨桉單獨加肥處理的月平均胸徑增長量極顯著大于CK處理(<0.01)，是CK的1.24倍。而2019年5年生尾巨桉人工林4種處理間的月平均胸徑增長量不存在顯著性差異。綜上所述，4種處理對旱季尾巨桉月平均胸徑增長的促進(jìn)作用由大到小依次為：加水肥＞加水＞加肥＞CK。

綜上所述，在旱季通過對尾巨桉人工林進(jìn)行水肥管理措施，尤其是同時加水加肥處理，能夠有效增加尾巨桉的旱季生長量，提高尾巨桉人工林旱季的林分生產(chǎn)力，進(jìn)而提高尾巨桉人工林的年生產(chǎn)力，最終實現(xiàn)尾巨桉人工林的高效管理和可持續(xù)經(jīng)營。

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Growth Characteristics ofPlantations in Leizhou Peninsula and Responses to Water and Fertilizer Management in Dry and Rainy Seasons

CHEN Jiechun, LI Huadong, FU Yinghan, XU Yuxing, ZHU Wankuan, DU Apeng, WANG Zhichao

(1.;2.;3.)

In order to accurately understand the growth characteristics ofplantations and to provide a theoretical and quantitative basis to support increasing the productivity ofplantations, this study examined 2-year-old and 5-year-oldplantations. Data on meteorological factors along with data on growth traits of someplantations were collected over two consecutive years, with different water and fertilizer management measures implemented in these plantations during the dry season. The results showed thatthe monthly average DBH ofplantations at the end of the dry season was significantly lower than that during the rainy season (26.9% and 37.3% higher in the rainy season than that in the dry season). Additions of both water and fertilizer or addition of water alone proved to significantly increase average DBH growth of the 2-year-oldplantations (<0.01), with their growth being 1.76 or 1.59 times higher respectively than that of untreated 2-year-old plantations in 2018. In 2019 additions of both water and fertilizer or addition of water alone resulted in 1.71- or 1.56-times higher growth respectively than the untreated plantations. Growth ofduring the dry season was promoted little by fertilization alone. Only in 2018 was the increase of DBH in 2-year-oldsignificantly larger (1.24 times) with additional fertilization than for the untreated (CK) plantations (<0.01). However, no significant differences in the average DBH increases among the four treatments were found in 5-year-oldplantations in 2019. It can be seen that in the Leizhou Peninsula region, the DBH ofincreases more slowly in the dry season than in the rainy season.By adding water and fertilizer at the same time, the growth rate and productivity ofplantation could be markedly increased.

; growth characteristics; dry season; water and fertilizer management; stand scale

S718.5

A

10.13987/j.cnki.askj.2021.01.002

“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題(2016YFD0600504)；廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項目(2018KJCX014)；廣西科技重大專項(桂科AA17204087-9)；廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新平臺項目(2020-KYXM-09)；廣東湛江桉樹林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站運(yùn)行項目(2020132008)

陳潔純(1999— )，女，大學(xué)，主要從事海洋資源開發(fā)技術(shù)研究，E-mail: 13682714033@163.com

王志超(1988— )，男，碩士，助理研究員，從事森林生態(tài)水文學(xué)研究，E-mail: wzc2254@163.com