1、第 6 卷 第 2 期2023 年 6 月Vol.6,No.2Jun.,2023温 带 林 业 研 究Journal of Temperate Forestry ResearchDOI:10.3969/j.issn.2096-4900.2023.02.005造林密度对红心杉幼林生长及土壤理化性质的影响莫德田(广东省清远市英德林场,清远 511500)摘 要:【目的】为优化杉木栽培措施,实现杉木林可持续经营。【方法】本试验以3、6、9年生红心杉幼林为研究对象,分析了 1 667、2 501、3 333 株hm-2不同造林密度林分生长及土壤理化性质的变化。【结果】结果表明:造林密度显著影响了 6
2、和 9 生林分生长,整体上随着林龄增加,林分密度越大,树高、胸径、单株材积及蓄积量下降幅度越大。其中,与 1 667 株hm-2林分相比,3 333 株hm-2林分各生长指标下降了 22.0%65.3%。相较 1 667 和 2 501 株hm-2林分,9 年生 3 333 株hm-2林分土壤容重增大、孔隙度降低,土壤中全氮、速效氮、速效钾含量均显著减少。此外,相较氮素,土壤中磷钾含量随着林龄增加均呈明显的下降趋势。【结论】供试 3 种造林密度中,以 1 667 株hm-2造林密度林分生长及土壤性状均表现最佳,为进一步提升林地生产力,实现地力维持,应注重磷钾肥的补充。关键词:红心杉;地力衰退;
3、高效培育;密度调控中图分类号:S753.3 文献标识码:A 文章编号:2096-4900(2023)02-0031-05Effects of Afforestation Density on Growth and Soil Physical and Chemical Properties of Young Forest for Red-heart Cunninghamia lanceolata MO De-tian(Yingde Forest Farm,Qingyuan City,Guangdong Province,Qingyuan 511500)Abstract:【Objective】In
4、 order to optimize the cultivation measures of Cunninghamia lanceolata and realize the sustainable management of Cunninghamia lanceolata forest.【Method】This experiment took 3,6 and 9-year-old young forest of red-heart Cunninghamia lanceolata as the research object,and analyzed the growth and soil ph
5、ysical and chemical properties of different planting densities of 1 667,2 501 and 3 333 plantshm-2.【Result】The results showed that the planting density significantly affected the growth of 6 and 9-year-old stands.On the whole,with the increase of forest age,the greater the stand density,the greater
6、the decrease of tree height,DBH,individual volume and volume.Compared with 1 667 plantshm-2,the growth indexes of 3 333 plantshm-2 decreased by 22.0%-65.3%.Compared with 1 667 and 2 501 plantshm-2 stand,the soil bulk density of 9-year-old 3 333 plantshm-2 stand increased,the porosity decreased,and t
7、he contents of total nitrogen,available nitrogen and available potassium in soil decreased significantly.In addition,compared with nitrogen,the content of phosphorus and potassium in soil decreased significantly with the increase of forest age.【Conclusion】The results showed that the growth and soil
8、properties of 1 667 plantshm-2 afforestation density were the best among the three afforestation densities.In order to further improve the productivity of forest land and maintain the soil fertility,the supplement of phosphorus and potassium fertilizer should be paid attention to.Key words:red-heart
9、 Cunninghamia lanceolata;soil fertility decline;efficient cultivation;density regulation收稿日期:2023-02-06作者简介:莫德田(1976),男,大专,林业工程师,主要研究方向:森林抚育。E-mail:gogo565163com。杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国特有的速生针叶树种,目前种植面积达 987 万 hm2,占全国人工林总面积 25%,是我国重要的造林用材树种1-2。陈山红心杉原产于江西,是一种优良的杉木变种,其材质好、红心比例高,木材纹理极为美观,在全国多地进行了
10、广泛的推广应用3-4。在杉木林长期培育中,速生、丰产、优质、高效,一直是广大林业科技工作者关注的热点与难点5-7。杉木生长迅速,林分竞争激烈,随着林分生长发育,林冠增大,林木间相互遮蔽,对资源环境的竞争日益激烈。从而林木个体之间生长分化明显,甚至出现死亡。通过间伐有效降低了林木间竞争,温 带 林 业 研 究第 6 卷32然而林分生产力随着保留株数降低而减少8。如何减少杉木林分中竞争又能保障林地生产力,成为实现杉木林科学集约经营的关键技术问题。研究发现,造林密度是影响林分生长发育的重要因子,而密度又是进行人工林科学培育时能有效调控的主要因 子9,因此学者们先后开展了众多杉木密度效应方面的研究,并
11、主要与林分生长10、材种结构11与生产力12等有关。土壤是影响林分生长的主导因素,其质地与养分状况是进行林分长期可持续经营的前提与保障。大量研究表明,在杉木连栽中,地力衰退是导致林分生产力下降的关键13。为此,本试验以杉木优良品种红心杉幼林为研究对象,通过设置不同造林密度处理,分析不同密度 3 9 年生红心杉幼林生长及土壤理化性质的变化,以期揭示造林密度对红心杉林分生长及地力的影响,为实现杉木人工科学高效培育提供参考。1 试验地及林分概况1.1 试验地概况试验地位于广东清远市英德林场,地理位置 113278E,243455N,海 拔 700 m,气 候属亚热带季风气候,雨量充沛,年平均降雨量1
12、 900 2 100 mm,年平均气温 20,最高气温35,最低气温 0,年平均相对湿度为 75%,年日照时间为 1 648 h,年平均霜日 5 d。试验地立地质量相似,立地指数均在 18 左右,土壤为红壤,土层厚度 60 cm 以上。1.2 试验材料以 3 个不同造林密度处理的 3、6、9 年生幼龄期红心杉人工林为研究对象,进行试验调查分析。其中,各造林密度处理对应的株行距分别为 2 m3 m(1 667 株hm-2,D1)、2 m2 m(2 501株hm-2,D2)、2 m1.5 m(3 333株hm-2,D3),各处理包括 3 个林龄(3、6、9 年生)的林 分,共 9 个 林 分,即:
13、D1-3、D1-6、D1-9、D2-3、D2-6、D2-9、D3-3、D3-6、D3-9,面积约18 hm2。每个树种试验林内分别设置 20 m30 m 大小的 5 个固定样地,在每个样地中沿对角线布置 5个 1.5 m1.5 m 小样方,用于土壤样品采集。1.3 试验方法1.3.1 林分生长分析 按每木检尺的方法,调查样地中每株树的树高与胸径。材积计算采用公式:V=0.000058777042D1.9699831H 0.89646157。(1)式(1)中 V、D、H 分别表示单株材积、胸径及树高5。然后根据单株材积计算蓄积量,公式为:蓄积量=单株材积单位面积株数。(2)1.3.2 土壤理化性
14、质分析 在每个小样方中采用容积为 200 cm3的环刀分别采集 0 30 cm 土层的土样,去杂后用于土壤理化性质测定。其中,土壤容重、土壤总孔隙度参照贾茜等14方法测定。全氮含量采用凯氏定氮法测定,速效氮含量采用碱解扩散法测定,速效磷含量采用盐酸-氟化铵法测定,速效钾含量采用火焰光度法测定15。1.4 数据分析数据处理 SPSS 19.0 统计软件进行分析,不同林分间各指标差异性采用LSD多重比较进行分析(p 0.05)。2 结果与分析2.1 林分生长变化通过调查 3 种造林密度的 3、6、9 年生红心杉幼龄林的生长情况发现(表 1),随着林龄增加,不同林分树高、胸径、单株材积及蓄积量均呈上
15、升趋势,各林龄间林分生长量均差异显著,这反映了林分密度对幼龄期林分生长的影响小于林龄。从同一林龄不同密度林分生长表现来看:3 年生时,各生长指标均无显著差异;6 年生时树高、蓄积量无明显变化,但胸径、单株材积具有随着林分密度增加而减小的趋势;9 年生时,各林分生长指标均表现差异显著,整体上为林分密度越大,林分生长量越小。这说明,林分密度与林分年龄对幼龄期林分生长的影响具有加效效应,即:林龄越大,密度作用效果越明显。2.2 土壤物理性质变化土壤容重与土壤孔隙度是反映土壤质地重要指标14。土壤越疏松多孔,容重越小,反之土壤越紧实,容重越大,越不利于植物从土壤中吸收水分和养分。由图 1 可以看出,密
16、度对不同林龄土壤质量影响差异明显。其中,对 3 年生林分,不同造林密度林分土壤容重和土壤孔隙度无显著变化;对6 年生林分,造林密度对土壤容重无明显影响(图1A),而各密度林分间土壤孔隙度差异显著,其第 2 期33莫德田:造林密度对红心杉幼林生长及土壤理化性质的影响大小表现为:D3(3 333株 hm2)D2(2 501株 hm2)D1(1 667 株hm2)(图 1B);对 9 年 生 林分,造林密度对土壤容重和土壤孔隙度影响均差异显著,整体上均以 D3 密度林分土壤容重最大、孔隙度最小。从同一造林密度不同林龄林分间变化来看,密度为 1 667 2 501 株hm2时,各林龄林分间土壤容重无明
17、显变化(图 1A),土壤孔隙度大小表现为:3 年生 6 年生 9 年生(图 1B),而密度为 3 333 株hm2时,土壤容重大小为:3年生 6 年生 9 年生(图 1A),土壤孔隙度为:3 年生 6 年生 9 年生(图 1B)。这说明,林龄越大、密度越大,土壤质地下降越明显。2.3 土壤化学性质变化从图 2 可以看出,营养元素不同,造林密度对幼龄期林分土壤化学性质的影响也不同。对全氮含量而言,造林密度对 3 年生林分无显著影响,而 6 9 年生林分表现为:D1 D2 D3(图2A)。速效氮:36年生,D1D2D3;9年生,D1 D2 D3(图 2B)。速效磷:各林龄不同造林密度间均显著差异(
18、图 2C)。速效钾:各林龄林分均表现为 D1 D2 D3(图 2D)。这反映了造林密度对土壤中氮、钾含量的影响显著,对磷无表 1 造林密度对红心杉幼林生长的影响Tab.1 Effectsofplantingdensityongrowthofyoungred-heartCunninghamia lanceolata forest处理编号造林密度/(株hm-2)株行距林龄/年树高/m胸径/cm单株材积/m3蓄积量/(m3hm-2)D1-31 6672 m3 m32.5aC2.6aC0.000 9aC1.5aC D2-32 5012 m2 m32.4aC2.8aC0.001 0aC 2.4aC D3
19、-33 3332 m1.5 m32.8aC2.7aC0.001 0aC 3.5aC D1-61 6672 m3 m65.7aB9.5aB0.023 6aB 39.3aB D2-62 5012 m2 m65.4aB8.2abB0.016 8abB42.1aB D3-63 3332 m1.5 m64.9aB7.4bB0.012 6bB 42.0aB D1-91 6672 m3 m911.8aA13.9aA0.095 9aA 159.9aA D2-92 5012 m2 m910.5bA11.4bA0.058 4bA 146.2aA D3-93 3332 m1.5 m99.2cA9.1cA0.033
20、3cA 111.0bA 注:表中不同小写、大写字母表示同一林龄不同密度林分、同一密度不同林龄间各指标显著性差异(p 0.05)。下同。aAaAaBaAaAaBbAbAaA(A)(B)00.30.60.91.21.51.8D1-3 D2-3 D3-3D1-6 D2-6 D3-6D1-9 D2-9 D3-9?/(g?cm )?aAaAaAaAaAbBaBabBbC3545556575D1-3 D2-3 D3-3D1-6 D2-6 D3-6D1-9 D2-9 D3-9?/(?)?图 1 造林密度对红心杉幼林土壤物理性质的影响Fig.1 Effects of planting density on s
21、oil physical properties of young forest for red-heart Cunninghamia lanceolata温 带 林 业 研 究第 6 卷34明显影响。从同一造林密度不同林龄间变化来看,除 D1 密度下全氮含量不受林龄影响外,整体均表现为林龄越大,土壤中氮磷钾含量越低的趋势。这说明,在红心杉林分培育中,随着林龄增加,林分对土壤中氮、磷、钾的消耗增大,且以磷、钾尤为明显。3 结论与讨论研究表明,林分生长量取决于林分内的资源总量、林分能够获得的资源总量,以及林分对于这些资源的利用效率,而在这些影响林分生长的众多因素中,竞争起着重要的作用16。因此,林
22、分密度越大,林分中林木个体对资源、空间等生态位竞争越强,从而导致个体分化大,生产力下降。本试验研究表明,造林密度对 6 9 年生红心杉幼龄生长影响显著。相对树高而言,胸径对造林密度响应更为灵敏,这与以往有关调节林分胸径生长方面的密度效应研究结果是一致的。值得注意的是,6 年生时不同造林密度林分间树高虽无显著差异,但胸径差异显著,单株材积也差异显著,这表明林木个体材积大小受胸径的影响大于树高。此外,从 9 年生林分蓄积量与单株材积、造林密度的关联性可以看出,单株材积越小、造林密度越大,林分蓄积量反而越小。这表明林地生产力大小主要取决于个体生长量大小,因此通过密度调控进行大径材培育才是实现红心杉林
23、分速生高产的科学栽培措施。土壤板结是目前杉木连栽中存在的主要问 题13。土壤容重越大,代表林地土壤越坚实,板结越严重14。本试验研究发现,在供试 3 种造林密度中,以 3 333 株hm-2密度下 9 年生红心杉林分土壤容重明显增大。这表明,造林密度越大,林地板结进程越快。以往学者认为,杉木生长中由于分泌大量的酚酸类物质,进而与土壤中氢离子相结合,导致土壤酸化板结17。红心杉为杉木变种,具有杉木速生、材质优良的特性,目前有关红心杉分泌物对土壤质地方面的研究较少,是否土壤容重增大与种植密度较大时红心杉分泌的酚酸物质较多有关,需要进一步探究。土壤孔隙度反映土壤疏松程度,孔隙度越大,土壤贮存养分和水
24、分能力越高,从而越利于植物生长。从 9 年生供试 3 种造林密度aAaAaAaAaABbBaAaB(A)(B)(C)(D)bC00.511.522.53D1-3 D2-3 D3-3D1-6 D2-6 D3-6D1-9 D2-9 D3-9?aAaAbAaBaBbBaBbCcC405060708090100110D1-3 D2-3 D3-3D1-6 D2-6 D3-6D1-9 D2-9 D3-9?aAaAaAaBaBaBaCaCaC10152025303540D1-3 D2-3 D3-3D1-6 D2-6 D3-6D1-9 D2-9 D3-9?aAbAcAaBbBcBaCbCcC120140160
25、180200D1-3 D2-3 D3-3D1-6 D2-6 D3-6D1-9 D2-9 D3-9?/?g?kg?1?/?g?kg?1?/?g?kg?1?/?mg?kg?1?图 2 造林密度对红心杉幼林土壤化学性质的影响Fig.2 Effects of planting density on soil chemical properties of young forests for red-heart Cunninghamia lanceolata第 2 期35莫德田:造林密度对红心杉幼林生长及土壤理化性质的影响红心杉林分土壤孔隙度均较 3 年生林分小,说明在红心杉培育过程中要注意土壤改良。除红
26、心杉自身潜在的分泌物影响外,长期单一施用化肥也是导致土壤坚实,孔隙度减小的重要因素。因此,红心杉施肥除化肥外,可考虑混施有机肥,以实现土壤改良,提升林地生产力。氮磷钾是影响植物生长最为关键的营养元 素18。本试验研究表明,相对磷元素,造林密度显著影响了红心杉幼林土壤中氮钾元素的含量。结合本试验中造林密度越大,林分生长量越小的观测结果,可能与土壤中氮钾素含量较低有关。这表明,在红心杉林分密度较大时,通过补施氮钾肥可有望提高林分生长量。依据 3 9 年生红心杉林分土壤氮磷钾含量变化结果,相较氮素,随着林龄增加,磷、钾含量明显降低,这暗示了在红心杉人工林长期培育中,林地土壤中较低的磷钾素水平可能成为
27、导致地力衰退的重要因素。南方土壤一般多为缺磷少钾氮中等,因此为实现红心杉林分的可持续经营,在造林密度适宜的情况下,尤应注重补充磷钾肥的施用量。参考文献1 周国模,郭仁鉴,韦新良,等.浙江省杉木人工林生长模型及主伐年龄的确定 J.浙江林学院学报,2001,18(3):219-222.2 车少辉,张建国,段爱国,等.杉木人工林胸径生长神经网络建模研究 J.西北农林科技大学学报:自然科学版,2012,40(3):84-92.3 廖美振,温红芳,董南松,等.陈山红心杉人工林生长过程及其模型模拟 J.中南林业科技大学学报,2018,38(9):107-114.4 廖美振,阳胜男,张 斌,等.红心杉连栽对
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