Study on Balanced Fertilization Effect of Middle-Aged Teak Forest in Southwestern Yunnan Province
-
摘要:目的
探讨不同肥料种类和施用量对柚木Tectona grandis中龄林生长的影响。
方法以33 a生柚木人工林为研究对象，采用U*12（1210）均匀试验设计，以有机肥、复合肥、硼砂、硫酸锌、硫酸镁和石灰开展混施试验，根据施肥2 a后的试验结果，采用有机肥、复合肥、硫酸镁和缓释肥对其中第1次施肥试验6个重复中的3个重复进行第2次施肥，连续观测4 a。
结果（1）施肥4年后，处理组合的林木胸径和材积总增长率分别为3.4%～6.7%和6.9%～16.0%，对照则分别为3.8%和7.7%，胸径和材积增长率最高的处理组合分别较对照提高89.6%和88.0%，但各处理间差异不显著（P>0.05）。（2）施肥1次后的第1年，硫酸镁和复合肥对柚木胸径生长具有极显著影响（P<0.01），增加有机肥的施用量提高了林木胸径生长，不同硼砂和硫酸锌施用量对林木胸径生长影响较小，施石灰抑制了林木生长；施肥第2年，仅施硫酸镁可显著促进林木胸径生长（P<0.05）。施肥2次，不同肥料均对胸径生长无显著的影响（P>0.05）。（3）施1次和2次肥后当年的胸径生长量均高于次年，肥效随时间降低，施肥2次略优于施1次，但不明显。（4）效益分析结果表明，适宜的处理组合投入产出比达1∶3.5，施肥2次降低效益。
结论柚木中龄林施肥可促进林木生长，最优处理组合为每10 cm胸径施有机肥2 kg，复合肥0.25 kg，硼砂5 g，硫酸锌10 g和硫酸镁5 g。
Abstract:ObjectiveThis study aimed to evaluate the effects of different fertilizer types and application rates on the growth of middle-aged teak (Tectona grandis) forests.
MethodA 33-year-old teak plantation was selected for the study, and a mixed fertilizer application experiment was conducted using the U12(1210) uniform experimental design. Fertilizers tested included organic fertilizer, compound fertilizer, borax, zinc sulfate, magnesium sulfate, and lime. Based on the results after two years of fertilization, organic fertilizer, compound fertilizer, magnesium sulfate, and slow-release fertilizer were applied again to three replicates for a second round of fertilization. Growth data were observed continuously for four years.
Result1. After four years, the growth rates of diameter at breast height (DBH) and volume in the treatment groups ranged from 3.4% to 6.7% and 6.9% to 16.0%, respectively, compared to 3.8% and 7.7% in the control group. The highest treatment growth rates for DBH and volume were 89.6% and 88.0% greater than those of the control, but differences among treatments were not statistically significant (P>0.05). 2. In the first year after the initial fertilization, magnesium sulfate and compound fertilizer significantly promoted DBH growth (P<0.01). Increasing organic fertilizer application also enhanced DBH growth, while variations in borax and zinc sulfate application rates had minimal effects. Lime application inhibited growth. In the second year, only magnesium sulfate significantly improved DBH growth (P<0.05). During the second fertilization round, none of the treatments showed significant effects on DBH growth (P>0.05). 3. Fertilization in the first year generally resulted in greater DBH growth compared to subsequent years, with the effect diminishing over time. Single applications outperformed double applications in the first year, but over the entire study period, double applications produced slightly better results. 4. Cost-benefit analysis indicated that appropriate fertilization treatments achieved a benefit ratio of 1∶3.5. However, doubling the fertilization frequency reduced economic benefits.
ConclusionFertilization of middle-aged teak forests effectively promotes tree growth. The optimal treatment combination per 10 cm DBH is 2 kg organic fertilizer, 0.25 kg compound fertilizer, 5 g borax, 10 g zinc sulfate, and 5 g magnesium sulfate.
-
Keywords:
- Tectona grandis /
- middle-aged plantation /
- fertilization /
- large diameter timber /
- benefits analysis
-
柚木Tectona grandis为马鞭草科Verbenaceae柚木属Tectona落叶或半落叶乔木，原产于印度、缅甸、泰国、老挝等地，是世界人工林种植面积最大的珍贵树种之一。因木材具有高耐腐、抗虫、光泽美丽等特点，常作为高级家具、轮船制造的原材料，具有较高的商业价值。近年来，全球柚木需求持续增长，但优质天然林资源日渐枯竭，这推动了柚木人工林的快速发展。我国的云南、广西、广东和海南等省区已开始广泛引种并规模化种植，栽培面积达1.1×104 hm2，尽管如此，国内尚缺乏优质的大径级柚木材，仍需依赖进口原材料。这一现状凸显了提高柚木人工林质量、特别是大径材培育的迫切性。通过改良现有林分，促进大径材培育，不仅有助于满足市场需求，更是实现国内柚木产业产、供、销平衡和可持续发展的重要措施[1-4]。
在柚木大径材培育方面，国内研究查及较少。参考对马尾松Pinus massoniana、桉树Eucalyptus spp、杉木Cunninghamia lanceolata、闽楠Phoebe bournei等树种的研究[5-8]，大径材的培育措施主要有立地选择、密度调控和施肥等。对林分郁闭后成熟前仍处于材积速生期的中龄林进行施肥，充分满足林木养分需求，是对现有林分进行大径材改造的重要措施之一。目前针对柚木的施肥研究主要集中于苗木和幼林阶段，且不同生长阶段的柚木对养分的需求差异较大，例如，低P水平对7个月生柚木苗生长和干物质质量的影响要优于高P水平[9]，而2.5 a生柚木则以施高P水平肥为佳[10]。研究表明，大量元素和微量元素都对柚木的生长发育具有调控作用[11]，而针对柚木苗木和幼林开展的复合肥、N肥、P肥、K肥、Ca肥、微量元素肥、有机肥、EM菌根肥、圈肥、缓释肥等施肥试验[12-17]，为中龄林施肥选择提供了部分参考。在已有研究的基础上，本研究采用均匀试验设计对33 a生柚木人工林开展多种肥料平衡施肥试验，筛选促进柚木中龄林生长的肥料组合，期望为柚木中龄林科学施肥、加快大径材培育提供参考依据。
1. 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于云南省瑞丽市畹町镇（97°58′～98°10′E，24°02′～24°10′N），海拔约950 m，主要受印度洋西南季风影响，属热带北缘区；年均温20.3 ℃，最热月（6月）和最冷月（1月）的平均气温分别为24.1 ℃和12.3 ℃，极端最高和最低气温分别为36.0 ℃和1.2 ℃，全年基本无霜期；年降水量为1 590 mm，雨季为5～10月，年均相对湿度79%；平均日照总时长2 343 h，年积温
7291 ℃[18]。畹町镇与柚木天然分布区缅甸相邻，气候温暖湿润，雨热同季，是中国最适宜引种栽培柚木的地区之一。林分位于畹町林场曼萨林区，地理坐标98°04′89″E，24°09′13″N，海拔967 m，坡向正南，中坡位，林龄33 a（造林于1984年，测定于2017年），初植密度为
1111 株·hm−2（株行距3 m×3 m），面积为3.14 hm2；造林后1～3 a间作甘蔗Saccharum officinarum，林农混作保证了良好的肥力供应；后林分开展了2次疏伐，试验前平均保留密度为245株·hm−2；该林分生长状况良好，郁闭度为0.7～0.9。为了更好地了解立地条件，对林分的土壤理化性质进行测定，结果如表1所示。表 1 土壤理化性质Table 1. The characteristic of physical and chemical of stand soils土层/
cm含水率/
%容重/
（g·cm−3）pH 有机质/
（g·kg−1）全氮/
（g·kg−1）全磷/
（g·kg−1）全钾/
（g·kg−1）速效氮/
（mg·kg−1）速效磷/
（mg·kg−1）速效钾/
（mg·kg−1）0～20 24.90 1.66 5.50 44.1 1.8 0.5 10.8 111.5 5.0 127.9 20～40 22.09 1.73 5.28 27.3 1.2 0.4 13.2 83.4 2.5 76.3 平均 23.50 1.70 5.39 35.7 1.5 0.4 12.0 97.4 3.8 102.1 1.2 样地布设
2017年2月，在林分中根据林地沟谷、坡度、坡向、坡位等地形变化以及试验设计需要，使用塑料绳将林分划分为17块面积不等的矩形样地，样地内的地形相对一致，然后用粉笔对样地内的每株林木进行编号。编号后进行每木检尺，测定胸径、树高、冠幅和枝下高等指标，测定胸径时在测量处使用粉笔标记，树高和枝下高采用测高杆测量并由专人目测，冠幅由2人使用皮尺在树下测定。每木检尺后，采用可变密度疏伐法（Variable-density thinning；VDT）对林分进行疏伐[19]；疏伐时，根据各样地内林木的生长和分布状况，选择伐除小径阶、干形较差、偏冠和受压的林木，释放保留木树冠生长的空间；林窗以及水沟边缘，在无较优林木前提下，相对略差的林木也须保留。样地的疏伐强度为3.7%～25.6%，保留密度为151～278株·hm−2。疏伐后，使用油漆和铝牌将林木编号，分别标定于树干和树根处，同时用油漆标定胸径线，便于后期测定。
1.3 试验设计
试验采用6种肥料进行混合配施，分别是有机肥（A：史丹利有机颗粒肥，有机质含量≥45%，N+P+K≥5%）、复合肥（B：金正大3加三复合肥料，N∶P∶K=18∶18∶18）、硼砂（C：医用硼砂；B含量≥95%）、硫酸锌（D：七水硫酸锌，Zn含量≥98%）、硫酸镁（E：无水硫酸镁；Mg含量≥98%）和生石灰（F）。为进一步验证施肥作用规律，选择施肥2 a间对林木胸径具有显著影响的复合肥和镁肥，并更换有机肥的种类（G：牛粪堆肥）和增加缓释肥（H：康朴多瑞克N14-P14-K14+Mg+Te平衡型包膜肥，缓释期6个月）进行二次施肥。以不同肥料种类为试验因素，因此，2次施肥试验分别包含6和4个因素。为更好地显示不同肥料的作用规律，每个因素均设置4个梯度水平，如表2所示。
表 2 两次施肥试验的因素水平表Table 2. The levels of experiment factors for twice fertilization test水平 第1次施肥 第2次施肥 A-有机肥/kg B-复合肥/kg C-硼/g D-锌/g E-镁/g F-生石灰/kg G-湿有机肥/kg B-复合肥/kg H-缓释肥/kg E-镁/g 1 1 0.25 0 0 0 0 0 0.25 0 2.5 2 1.5 0.5 2.5 2.5 2.5 0.5 3.6 0.5 0.25 5 3 2 1 5 5 5 1 7.2 1 0.5 7.5 4 2.5 2 10 10 10 1.5 10.8 1.5 1 10 注：试验所采用的肥料，除湿有机肥（牛粪堆肥）按株施外，其余均按10 cm胸径计算单株施肥量。 根据因素水平表，2次施肥试验均采用变形的U*12（1210）均匀试验设计开展试验，第1次施肥的A、B、C、D、E和F因素分别设于1、2、6、7、8和9列，第2次施肥的G、B、H和E因素分别设于第1、2、7和8列（表3）。
表 3 两次施肥的U*12（1210）均匀试验设计Table 3. The U*12（1210） uniform experiment design for twice fertilization test处理 1-A/G 2-B 3 4 5 6-C 7-D/H 8-E 9-F 10 处理组合（1次施肥/2次施肥） 1 1-A1 2-B2 3 4 5 6-C2 8-D4 9-E1 10-F2 12 A1B2C2D4E1F2/G1B2H4E1 2 2-A2 4-B4 6 8 10 12-C4 3-D3 5-E1 7-F3 11 A2B4C4D3E1F3/G2B4H3E1 3 3-A3 6-B2 9 12 2 5-C1 11-D3 1-E1 4-F4 10 A3B2C1D3E1F4/G3B2H3E1 4 4-A4 8-B4 12 3 7 11-C3 6-D2 10-E2 1-F1 9 A4B4C3D2E2F1/G4B4H2E2 5 5-A1 10-B2 2 7 12 4-C4 1-D1 6-E2 11-F3 8 A1B2C4D1E2F3/G1B2H1E2 6 6-A2 12-B4 5 11 4 10-C2 9-D1 2-E2 8-F4 7 A2B4C2D1E2F4/G2B4H1E2 7 7-A3 1-B1 8 2 9 3-C3 4-D4 11-E3 5-F1 6 A3B1C3D4E3F1/G3B1H4E3 8 8-A4 3-B3 11 6 1 9-C1 12-D4 7-E3 2-F2 5 A4B3C1D4E3F2/G4B3H4E3 9 9-A1 5-B1 1 10 6 2-C2 7-D3 3-E3 12-F4 4 A1B1C2D3E3F4/G1B1H3E3 10 10-A2 7-B3 4 1 11 8-C4 2-D2 12-E4 9-F1 3 A2B3C1D2E4F1/G2B3H2E4 11 11-A3 9-B1 7 5 3 1-C1 10-D2 8-E4 6-F2 2 A3B1C1D2E4F2/G3B1H2E4 12 12-A4 11-B3 10 9 8 7-C3 5-D1 4-E4 3-F3 1 A4B3C3D1E4F3/G4B3H1E4 试验包含12个处理组合，设1个不施肥的对照，6次重复，单株小区，共施肥78株；试验采用随机区组设计，相同重复的施肥木设置于相邻地块，并随地形和样地的变化进行适当调整，不同区组内林地条件相对一致，施肥木分散于1、4、5、6、7和14号样地中。选定施肥木后，根据对应的施肥木及其处理组合，计算不同单株的施肥量并打印其表格以便于后期操作；施肥时，在施肥木的上方沿着树冠垂直投影处挖设一条长约4 m的环形施肥沟，然后根据表格清单找到对应的林木，逐株配置相应的肥料用量，肥料混匀后施入沟内，最后覆土掩埋。
1.4 相关指标计算公式
单株施肥量的计算公式如下：
$$ F_{\text{i}} = \sum\limits_{\text{i}}^{} {(D_{\text{i}}/10} ) \times X_{\text{j}}$$ (1) 式中，Fi为每株林木的施肥量；D为施肥木的胸径；Xj为因素水平表中的水平。
材积计算公式[9]：
$$ V=0.4787\times D^{\mathrm{2}}\mathrm{\times\mathit{H}} $$ (2) 式中，V为单株材积；D为胸径；H为树高[20]。
增长率计算公式：
$$ \mathit{\mathit{\mathrm{\mathit{IR}}}}(\text{%})=(X_{\mathrm{i}}-X_{\mathrm{j}})/X_{\mathrm{j}}\mathrm{\times100} $$ (3) 式中，IR—增长率，Xi—施肥1 a后的值，Xj—施肥前的值。
柚木的价格按
8000 元·m−3计算产值，有机肥、复合肥、硼砂、硫酸锌、硫酸镁、石灰、农用有机肥、缓释肥的价格分别为1.2、4.4、3.8、4.8、3、0.68、1和20元·kg−1计算，人工成本80元·天−1，肥料运输费用0.2元·kg−1，据此，并计算投入产出比，施肥投入产出比的计算公式[21]：$$ \mathrm{\mathit{ROI}}=I/C $$ (4) 式中，ROI—施肥投入产出比，I—施肥产出增值，C—施肥成本。
1.5 数据收集与分析
第1次施肥和第2次施肥分别实施于2017年2月和2019年6月，施肥前均对林木生长量进行了调查，施肥后，于2017年12月、2019年1月、2020年1月和2021年1月连续观测调查4次数据。由于该林龄阶段树高生长较为缓慢，采用目测树高的方式也存在一些误差，故后期仅测定林木的胸径，4个时间的材积均以第1次测定的树高计算；采用Excel 2003和SPSS 22.0进行数据整理和统计分析，如果增长（百分）率<30%或>70%，将增长率进行反正旋转换后再进行方差分析和极差分析，以了解处理组合的差异和因素水平间的差异[22]。若处理组合间或因素水平间呈现出显著或极显著差异，采用Duncan’s法进行多重比较，采用极差分析法分析影响指标的主次因子。
2. 结果与分析
2.1 施肥后处理组合的林木生长
施肥后的4 a间，处理组合的胸径和材积分别增长1.3～2.6 cm和0.08～0.15 m3，增长率分别为3.4%～6.7%和6.9%～16.0%，对照的胸径与材积增长率则分别为3.8%和7.7%，而处理组合间2指标的增长量及增长率虽均无显著差异（P>0.05；表4），但是除2个处理组合外，其余施肥的处理组合胸径和材积总增长率均高于对照，其中，处理组合7（每10 cm胸径施有机肥2 kg，复合肥0.25 kg，硼砂5 g，硫酸锌10 g和硫酸镁5 g）最佳，其胸径和材积增长量较对照的高89.6%和88.0%；施肥4 a后，12个处理组合中胸径生长率高于对照的有10个，即施肥促进了柚木生长。
表 4 施肥4 a间处理组合的胸径和材积生长变化Table 4. The changes in diameter and volume growth vary among treatments over 4 years of fertilization处理
组合胸径/cm 树高/m 材积/m3 施肥前 施肥1a后 施肥2a后 施肥3a后 施肥4a后 总增长量 总增长率/% 施肥前 施肥前 施肥1a后 施肥2a后 施肥3a后 施肥4a后 总增长量 总增长率/% 1 37.6±3.2 38.0±3.4 38.4±3.5 38.8±3.7 38.9±3.7 1.3±0.6 3.4±1.5 15.7±1.8 1.1±0.2 1.1±0.3 1.1±0.3 1.1±0.3 1.2±0.3 0.1±0.0 6.9±3.1 2 32.9±3.8 33.3±3.8 33.7±4.0 34.2±4.3 34.6±4.3 1.7±1.2 5.1±3.5 16.6±1.5 0.9±0.2 0.9±0.2 0.9±0.2 0.9±0.2 1.0±0.2 0.1±0.1 10.7±7.4 3 34.4±5.7 34.8±5.7 35.3±5.9 35.7±5.9 36.3±6.0 1.9±1.0 5.4±2.9 16.3±0.4 0.9±0.3 1.0±0.3 1.0±0.3 1.0±0.2 1.0±0.3 0.1±0.1 11.2±6.1 4 32.6±4.6 33.1±4.7 33.3±4.7 33.7±4.7 34.3±4.5 1.8±0.5 5.5±1.7 16.7±2.0 0.9±0.3 0.9±0.3 0.9±0.3 0.9±0.3 1.0±0.3 0.1±0.0 11.4±3.5 5 33.4±6.5 33.9±6.7 34.2±6.7 34.4±6.7 34.7±7.0 1.3±0.8 3.7±2.2 16.4±1.4 0.9±0.4 0.9±0.4 1.0±0.4 1.0±0.4 1.0±0.4 0.1±0.1 7.5±4.7 6 35.3±6.8 35.8±6.8 36.1±7.1 36.4±7.0 36.8±7.2 1.6±0.8 4.4±2.2 16.3±1.2 1.0±0.4 1.0±0.4 1.0±0.4 1.1±0.4 1.1±0.4 0.1±0.1 9.0±4.8 7 34.4±5.6 35.4±5.5 36.1±5.7 36.6±5.7 37.0±5.9 2.6±1.0 7.7±2.8 17.0±1.4 1.0±0.2 1.0±0.2 1.1±0.3 1.1±0.3 1.1±0.3 0.2±0.1 16.0±6.0 8 32.7±7.1 33.5±7.1 34.0±7.0 34.4±6.8 34.7±6.8 2.0±0.7 6.7±3.4 16.4±1.9 0.9±0.4 0.9±0.4 0.9±0.4 1.0±0.4 1.0±0.4 0.1±0.0 13.9±7.3 9 33.7±6.9 34.3±6.9 34.8±6.7 35.0±6.6 35.3±6.4 1.6±0.9 5.2±3.3 18.7±1.5 1.1±0.5 1.1±0.6 1.1±0.6 1.2±0.6 1.2±0.5 0.1±0.0 10.8±7.0 10 30.6±3.6 31.4±3.4 31.9±3.4 32.2±3.4 32.6±3.4 2.0±0.8 6.7±2.9 16.8±1.6 0.8±0.2 0.8±0.2 0.8±0.2 0.8±0.2 0.9±0.2 0.1±0.0 13.9±6.3 11 34.6±4.0 35.4±4.3 35.7±4.3 36.2±4.4 36.6±4.5 1.9±0.9 5.5±2.2 17.3±1.3 1.0±0.2 1.0±0.2 1.1±0.2 1.1±0.2 1.1±0.2 0.1±0.1 11.4±4.6 12 37.9±6.5 38.7±6.4 39.3±6.2 39.7±6.1 40.1±6.0 2.2±1.3 6.3±4.6 16.7±1.7 1.2±0.5 1.2±0.5 1.3±0.5 1.3±0.5 1.3±0.5 0.1±0.1 13.2±10.2 对照 37.8±4.0 38.1±4.1 38.6±4.2 39.0±3.9 39.2±3.8 1.4±0.5 3.8±1.5 16.2±1.6 1.1±0.2 1.1±0.2 1.2±0.2 1.2±0.2 1.2±0.2 0.1±0.0 7.7±3.1 平均 34.4±5.4 35.1±5.4 35.5±5.5 35.9±5.5 36.2±5.5 1.8±0.9 5.3±2.9 16.7±1.6 1.0±0.3 1.0±0.3 1.0±0.3 1.1±0.3 1.1±0.3 0.1±0.1 11.0±6.1 注：文中的图与表，若处理组合间的指标在95%置信区间呈显著差异，标注小写字母，若在99%置信区间呈极显著差异，则同时标注大小写字母，若处理组合的指标无显著差异，将不作多重比较，下同。 2.2 施肥1次对林木胸径生长的影响
由图1可见，施肥1 a和2 a后，处理组合的胸径年增长率分别为1.0%～3.0%和0.9%～1.9%，对照的为1.9%和1.3%。施肥1 a后，处理组合7的胸径增长率显著高于其他处理组合（P<0.05），处理7～12的胸径生长明显优于处理1～6，表明柚木中龄林对施肥的反应敏感，施肥能够促进其生长，而优良的施肥组合集中于后面的处理组合，则可能与不同肥料的施肥量大小有关，有待进一步分析。施肥2 a后，处理组合间的胸径生长则未呈现出显著的差异（P>0.05），表明施肥当年可明显促进林木生长，次年则肥效下降，若连续对柚木中龄林进行施肥，或有利于快速培育柚木大径材，故进行第2次施肥加以印证。
![]()
图 1 施肥1 a和2 a后处理组合的胸径增长率Figure 1. The diameter growth rate after 1 and 2 years of fertilization treatments施肥1 a后，施复合肥（B）和硫酸镁（E）均对林木胸径生长具有极显著的影响（P<0.01），根据胸径增长率随各因素和水平变化（见图2），复合肥的施用量以单位胸径施1 kg为最优，每单位胸径施0.25 kg次之，复合肥的施用量多少与林木胸径生长无明显规律；硫酸镁的施用量以单位胸径施5 g为最优，林木胸径生长随硫酸镁施用量增加呈先提高后降低的趋势，因此找到适宜的镁肥施用量可促进林木生长和降低成本。有机肥（A）的施用量与林木胸径生长呈正相关，以每单位胸径施2 kg即可；不同微量元素硼（C）和硫酸锌（D）的施用量对胸径生长无明显的差异；林木胸径生长随生石灰（F）施用量增加而降低，表明施生石灰抑制了林木生长。施肥2 a后，硫酸镁仍极显著影响林木胸径生长（P<0.01），不同复合肥施用量的胸径增长率则未呈现显著差异，说明复合肥的肥效下降。2个时间段内，理论优水平组合A3B3C3D4E3F1与实际优水平组合（处理组合7）一致。
![]()
图 2 施肥1 a和2 a后因素水平对胸径增长率的影响Figure 2. The effects of different levels of factors on diameter growth rate after 1 and 2 years of fertilization2.3 施肥2次对林木胸径生长的影响
施肥2.5 a后，根据施肥2 a的结果对每个处理组合3个重复的林木进行第2次施肥。由图3可见，第2次施肥0.5 a后，处理组合的胸径增长率为0.6%～2.3%，施1次肥的（施肥3 a后）为0.5%～1.3%，对照的均为1.0%（平均胸径增长率分别为1.3%和0.9%），施2次肥的处理组合胸径生长明显优于仅施1次的，其中处理组合8经2次施肥后的胸径生长率较施肥1次的高约4倍，表明连续施肥亦可促进林木胸径生长，有利于加速收获大径材。追肥1.5 a后，处理组合的胸径生长率为0.6%～1.7%，施肥4 a后的则为0.2%～2.0%，对照的为0.9%（平均胸径增长率分别为1.1%和1.0%），即施肥2次后次年的效果较施肥当年降低，与前述结果相似，表明施肥对柚木中龄林具有明显的促进作用，但其持续时间相对较短。
![]()
图 3 施肥2次后处理组合的胸径生长Figure 3. The diameter growth of treatments after fertilizer two times第2次施肥0.5 a后，影响林木胸径生长的主要因子分别为有机肥（G）、缓释肥（H）、复合肥和硫酸镁（图4），不同因素不同水平的胸径增长率均无显著差异（P>0.05），与第1次施肥的结果相似，即提高有机肥的施用量可促进林木生长；但硫酸镁则不同，在第2次施肥后未呈现与第1次施肥时相似的促进作用，可能与施1次微量元素即可满足林木生长需求有关。第2次施肥1.5 a后，有机肥和硫酸镁是主导因子，但均未呈现出显著的差异影响，可能与第2次施肥次年肥效降低有关。施肥0.5 a和1.5 a后的优水平组合为G3B3H4E3和G4B1H2E4，与理论的优水平组合均不同。
![]()
图 4 施肥3 a和4 a后因素水平对胸径增长率的影响Figure 4. The effects of different levels of factors on diameter growth rate after 3 and 4 years of fertilization2.4 效益分析
由表5可见，第1次施肥2 a后，处理组合的平均单株材积增量、价值增量、施肥成本和投入产出比分别为0.04～0.07 m3、234～569 元、160～349 元和0.9～3.5（对照的材积增量为0.05 m3），第2次施肥1.5 a后的则分别为0.03～0.06 m3、192～350 元、76～314 元和0.7～2.5（对照的为0.03 m3），第1次施肥的平均成本高于第2次，但其价值增量显著高于2次施肥（P<0.05），其原因主要与施肥木的数量有关。同时，第1次施肥的处理组合7投入产出比为3.5，表明采用合理配比的肥料施肥对促进柚木中龄林生长，提升林木价值具有重要作用。
表 5 施肥1次和施肥2次后的经济效益分析Table 5. The economy benifit analysis of fertilizer 1 and 2 times处理组合 1次施肥2 a后 2次施肥1.5 a后 单株材积增量/m3 价值增量/元 施肥成本/元 投入产出比 材积增量/m3 价值增量/元 施肥成本/元 投入产出比 1 0.05 277 177 1.6 0.03 194 307 0.6 2 0.05 282 327 0.9 0.05 281 243 1.2 3 0.05 295 215 1.4 0.05 329 191 1.7 4 0.04 241 330 0.7 0.05 330 212 1.6 5 0.04 234 175 1.3 0.03 192 76 2.5 6 0.05 312 349 0.9 0.04 237 132 1.8 7 0.09 569 165 3.5 0.06 350 314 1.1 8 0.07 401 250 1.6 0.03 208 316 0.7 9 0.07 403 160 2.5 0.03 160 178 0.9 10 0.07 394 205 1.9 0.04 218 154 1.4 11 0.07 397 174 2.3 0.05 293 142 2.1 12 0.08 505 287 1.8 0.05 318 143 2.2 对照 0.05 294 0 − 0.03 194 0 − 平均 0.06 354Aa 235 1.7 0.04 254Bb 201 1.5 3. 讨论和结论
3.1 讨论
施肥能够快速地补充土壤养分，提高土壤对植物的养分供给能力，满足植物生长发育的需求。中龄林阶段林木的生长处于旺盛期，施肥对促进林木生长具有重要作用。已有研究显示，红椎Castanopsis hystrix中龄林施肥2 a林分平均胸径、树高和材积增长量均较不施肥林分提高达101%以上[23]；陈家法等[24]也指出对湿地松Pinus elliottii中龄林施肥在促进胸径和树高生长方面效果明显，其中P肥对促进湿地松树高生长效果显著，N肥对促进湿地松胸径生长效果显著。谌红辉等[25]对马尾松进行13 a的观测结果显示，施P肥和适量K肥对马尾松中龄林具有显著的促进作用，而施N肥的效果不明显。本试验结果显示，施肥4 a后处理组合与对照的胸径生长量没有显著差异，其原因可能与柚木林木生长还受林分密度、立地条件、树龄等因素的共同调控有关，施肥的效果受其作用而削弱，这与李贻铨等[26]和赵铭榛等[27]的研究结果相似；受到多重因素的影响以及可能的收益风险，也是中龄林期林木施肥方面研究与应用较少的主要原因之一。本研究通过连续4 年的观测，可见柚木的胸径和材积增长虽然在统计学上无显著差异，但林木生长依然对施肥具有响应，主要表现施肥后的当年，林木胸径和材积生长速度明显提高，并随时间推移而降低。2次施肥均印证了柚木林木对施肥的反应较为敏感，这点与马尾松中龄林的施肥研究结果相类似[28]。中龄林施肥的肥力有效期较短，其原因应与土壤固有养分补偿以及肥料快速分解有关。
林木在不同生长阶段对养分的需求不同，土壤维持林木所需养分的能力决定了林分的生长状况[29]。目前国内的柚木大径材培育尚处于起步阶段，对柚木中龄林林木的养分需求情况缺少了解。笔者研究团队采用复合肥、尿素、P2O5、生石灰对49 a生柚木目标树进行施肥，发现影响林木生长主导因子是复合肥，胸径生长与土壤全K和20～40 cm的全N含量密切相关[30]。在本研究中，复合肥亦为影响施肥当年林木生长的主要因素，印证了柚木林木对N、P、K元素具有较高的需求。此外，本文结果显示施硫酸镁对施肥后2 a的林木生长均有显著的促进作用，与梁坤南等[9]对柚木苗期的施肥结果相似。这表明在柚木的生长过程对N、P、K与镁元素的需求具有长期性，柚木经营管理中应注意这4种养分元素的应用。有机肥中含有大量有机质和多种养分元素，改良土壤的效果良好，Hardiwinoto等[31]指出，施有机肥可显著促进14个月生柚木的胸径生长，对树高生长影响则不显著；ZHANG等[15]指出，有机肥、NP肥和P肥的联合施用对改善柚木人工林的土壤质量和优化细菌群落结构非常有益，本研究中有机肥施肥了2次，结果均显示林木胸径年增长率与有机肥施用量增加呈先增大后减少的趋势，最佳的施肥量为每10 cm胸径施有机肥2 kg或每株施牛粪肥7.2 kg。柚木为高钙素需求的树种，在许多研究中施石灰均对柚木有积极的促进作用[10, 13]，但是本研究中施生石灰对柚木生长却产生了反作用，结果与沈松等[30]的研究相似，其指出施生石灰降低了土壤全N和全P，柚木的快速生长与土壤N含量密切相关，这可能是柚木生长受到抑制的原因之一，此外，也可能是施于根系的石灰与水反应放热导致烧根，从而抑制了林木生长；基于此，柚木中龄林不建议施用石灰。施肥要合理配比矿质元素含量，平衡施用，各养分配比关系特别是N、P、K的配比关系及各营养元素之间的相互作用对柚木生长的影响还有待进一步深入研究。
3.2 结论
采用8种肥料对柚木中龄林施肥，连续观测4 a结果显示，施肥4 a间83%的处理组合的胸径和材积生长优于对照，最优处理组合的胸径、材积分别较对照提高89.6%和88.0%，施肥对柚木林分生长促进效果明显，促进大径材形成；施肥首年，处理组合均对林木具有显著的促进作用，次年处理间的胸径生长未呈现显著的差异，肥效降低，对林木进行第2次施肥，亦呈现相似的结果，这表明柚木中龄林施肥的肥效随时间推移呈降低的趋势。影响林木生长的主要因素为硫酸镁、复合肥和有机肥，其中硫酸镁和复合肥的肥效仅持续2 a，增加有机肥的施肥量有利于林木生长。效益分析结果显示，施肥1次的效益更高，因此建议柚木中龄林施肥应以有机肥结合复合肥和微量元素进行平衡施肥，施肥1次即可。
-
![]()
图 1 施肥1 a和2 a后处理组合的胸径增长率
Figure 1. The diameter growth rate after 1 and 2 years of fertilization treatments
![]()
图 2 施肥1 a和2 a后因素水平对胸径增长率的影响
Figure 2. The effects of different levels of factors on diameter growth rate after 1 and 2 years of fertilization
![]()
图 3 施肥2次后处理组合的胸径生长
Figure 3. The diameter growth of treatments after fertilizer two times
![]()
图 4 施肥3 a和4 a后因素水平对胸径增长率的影响
Figure 4. The effects of different levels of factors on diameter growth rate after 3 and 4 years of fertilization
表 1 土壤理化性质
Table 1 The characteristic of physical and chemical of stand soils
土层/
cm含水率/
%容重/
（g·cm−3）pH 有机质/
（g·kg−1）全氮/
（g·kg−1）全磷/
（g·kg−1）全钾/
（g·kg−1）速效氮/
（mg·kg−1）速效磷/
（mg·kg−1）速效钾/
（mg·kg−1）0～20 24.90 1.66 5.50 44.1 1.8 0.5 10.8 111.5 5.0 127.9 20～40 22.09 1.73 5.28 27.3 1.2 0.4 13.2 83.4 2.5 76.3 平均 23.50 1.70 5.39 35.7 1.5 0.4 12.0 97.4 3.8 102.1 
下载: 导出CSV
表 2 两次施肥试验的因素水平表
Table 2 The levels of experiment factors for twice fertilization test
水平 第1次施肥 第2次施肥 A-有机肥/kg B-复合肥/kg C-硼/g D-锌/g E-镁/g F-生石灰/kg G-湿有机肥/kg B-复合肥/kg H-缓释肥/kg E-镁/g 1 1 0.25 0 0 0 0 0 0.25 0 2.5 2 1.5 0.5 2.5 2.5 2.5 0.5 3.6 0.5 0.25 5 3 2 1 5 5 5 1 7.2 1 0.5 7.5 4 2.5 2 10 10 10 1.5 10.8 1.5 1 10 注：试验所采用的肥料，除湿有机肥（牛粪堆肥）按株施外，其余均按10 cm胸径计算单株施肥量。
下载: 导出CSV
表 3 两次施肥的U*12（1210）均匀试验设计
Table 3 The U*12（1210） uniform experiment design for twice fertilization test
处理 1-A/G 2-B 3 4 5 6-C 7-D/H 8-E 9-F 10 处理组合（1次施肥/2次施肥） 1 1-A1 2-B2 3 4 5 6-C2 8-D4 9-E1 10-F2 12 A1B2C2D4E1F2/G1B2H4E1 2 2-A2 4-B4 6 8 10 12-C4 3-D3 5-E1 7-F3 11 A2B4C4D3E1F3/G2B4H3E1 3 3-A3 6-B2 9 12 2 5-C1 11-D3 1-E1 4-F4 10 A3B2C1D3E1F4/G3B2H3E1 4 4-A4 8-B4 12 3 7 11-C3 6-D2 10-E2 1-F1 9 A4B4C3D2E2F1/G4B4H2E2 5 5-A1 10-B2 2 7 12 4-C4 1-D1 6-E2 11-F3 8 A1B2C4D1E2F3/G1B2H1E2 6 6-A2 12-B4 5 11 4 10-C2 9-D1 2-E2 8-F4 7 A2B4C2D1E2F4/G2B4H1E2 7 7-A3 1-B1 8 2 9 3-C3 4-D4 11-E3 5-F1 6 A3B1C3D4E3F1/G3B1H4E3 8 8-A4 3-B3 11 6 1 9-C1 12-D4 7-E3 2-F2 5 A4B3C1D4E3F2/G4B3H4E3 9 9-A1 5-B1 1 10 6 2-C2 7-D3 3-E3 12-F4 4 A1B1C2D3E3F4/G1B1H3E3 10 10-A2 7-B3 4 1 11 8-C4 2-D2 12-E4 9-F1 3 A2B3C1D2E4F1/G2B3H2E4 11 11-A3 9-B1 7 5 3 1-C1 10-D2 8-E4 6-F2 2 A3B1C1D2E4F2/G3B1H2E4 12 12-A4 11-B3 10 9 8 7-C3 5-D1 4-E4 3-F3 1 A4B3C3D1E4F3/G4B3H1E4
下载: 导出CSV
表 4 施肥4 a间处理组合的胸径和材积生长变化
Table 4 The changes in diameter and volume growth vary among treatments over 4 years of fertilization
处理
组合胸径/cm 树高/m 材积/m3 施肥前 施肥1a后 施肥2a后 施肥3a后 施肥4a后 总增长量 总增长率/% 施肥前 施肥前 施肥1a后 施肥2a后 施肥3a后 施肥4a后 总增长量 总增长率/% 1 37.6±3.2 38.0±3.4 38.4±3.5 38.8±3.7 38.9±3.7 1.3±0.6 3.4±1.5 15.7±1.8 1.1±0.2 1.1±0.3 1.1±0.3 1.1±0.3 1.2±0.3 0.1±0.0 6.9±3.1 2 32.9±3.8 33.3±3.8 33.7±4.0 34.2±4.3 34.6±4.3 1.7±1.2 5.1±3.5 16.6±1.5 0.9±0.2 0.9±0.2 0.9±0.2 0.9±0.2 1.0±0.2 0.1±0.1 10.7±7.4 3 34.4±5.7 34.8±5.7 35.3±5.9 35.7±5.9 36.3±6.0 1.9±1.0 5.4±2.9 16.3±0.4 0.9±0.3 1.0±0.3 1.0±0.3 1.0±0.2 1.0±0.3 0.1±0.1 11.2±6.1 4 32.6±4.6 33.1±4.7 33.3±4.7 33.7±4.7 34.3±4.5 1.8±0.5 5.5±1.7 16.7±2.0 0.9±0.3 0.9±0.3 0.9±0.3 0.9±0.3 1.0±0.3 0.1±0.0 11.4±3.5 5 33.4±6.5 33.9±6.7 34.2±6.7 34.4±6.7 34.7±7.0 1.3±0.8 3.7±2.2 16.4±1.4 0.9±0.4 0.9±0.4 1.0±0.4 1.0±0.4 1.0±0.4 0.1±0.1 7.5±4.7 6 35.3±6.8 35.8±6.8 36.1±7.1 36.4±7.0 36.8±7.2 1.6±0.8 4.4±2.2 16.3±1.2 1.0±0.4 1.0±0.4 1.0±0.4 1.1±0.4 1.1±0.4 0.1±0.1 9.0±4.8 7 34.4±5.6 35.4±5.5 36.1±5.7 36.6±5.7 37.0±5.9 2.6±1.0 7.7±2.8 17.0±1.4 1.0±0.2 1.0±0.2 1.1±0.3 1.1±0.3 1.1±0.3 0.2±0.1 16.0±6.0 8 32.7±7.1 33.5±7.1 34.0±7.0 34.4±6.8 34.7±6.8 2.0±0.7 6.7±3.4 16.4±1.9 0.9±0.4 0.9±0.4 0.9±0.4 1.0±0.4 1.0±0.4 0.1±0.0 13.9±7.3 9 33.7±6.9 34.3±6.9 34.8±6.7 35.0±6.6 35.3±6.4 1.6±0.9 5.2±3.3 18.7±1.5 1.1±0.5 1.1±0.6 1.1±0.6 1.2±0.6 1.2±0.5 0.1±0.0 10.8±7.0 10 30.6±3.6 31.4±3.4 31.9±3.4 32.2±3.4 32.6±3.4 2.0±0.8 6.7±2.9 16.8±1.6 0.8±0.2 0.8±0.2 0.8±0.2 0.8±0.2 0.9±0.2 0.1±0.0 13.9±6.3 11 34.6±4.0 35.4±4.3 35.7±4.3 36.2±4.4 36.6±4.5 1.9±0.9 5.5±2.2 17.3±1.3 1.0±0.2 1.0±0.2 1.1±0.2 1.1±0.2 1.1±0.2 0.1±0.1 11.4±4.6 12 37.9±6.5 38.7±6.4 39.3±6.2 39.7±6.1 40.1±6.0 2.2±1.3 6.3±4.6 16.7±1.7 1.2±0.5 1.2±0.5 1.3±0.5 1.3±0.5 1.3±0.5 0.1±0.1 13.2±10.2 对照 37.8±4.0 38.1±4.1 38.6±4.2 39.0±3.9 39.2±3.8 1.4±0.5 3.8±1.5 16.2±1.6 1.1±0.2 1.1±0.2 1.2±0.2 1.2±0.2 1.2±0.2 0.1±0.0 7.7±3.1 平均 34.4±5.4 35.1±5.4 35.5±5.5 35.9±5.5 36.2±5.5 1.8±0.9 5.3±2.9 16.7±1.6 1.0±0.3 1.0±0.3 1.0±0.3 1.1±0.3 1.1±0.3 0.1±0.1 11.0±6.1 注：文中的图与表，若处理组合间的指标在95%置信区间呈显著差异，标注小写字母，若在99%置信区间呈极显著差异，则同时标注大小写字母，若处理组合的指标无显著差异，将不作多重比较，下同。
下载: 导出CSV
表 5 施肥1次和施肥2次后的经济效益分析
Table 5 The economy benifit analysis of fertilizer 1 and 2 times
处理组合 1次施肥2 a后 2次施肥1.5 a后 单株材积增量/m3 价值增量/元 施肥成本/元 投入产出比 材积增量/m3 价值增量/元 施肥成本/元 投入产出比 1 0.05 277 177 1.6 0.03 194 307 0.6 2 0.05 282 327 0.9 0.05 281 243 1.2 3 0.05 295 215 1.4 0.05 329 191 1.7 4 0.04 241 330 0.7 0.05 330 212 1.6 5 0.04 234 175 1.3 0.03 192 76 2.5 6 0.05 312 349 0.9 0.04 237 132 1.8 7 0.09 569 165 3.5 0.06 350 314 1.1 8 0.07 401 250 1.6 0.03 208 316 0.7 9 0.07 403 160 2.5 0.03 160 178 0.9 10 0.07 394 205 1.9 0.04 218 154 1.4 11 0.07 397 174 2.3 0.05 293 142 2.1 12 0.08 505 287 1.8 0.05 318 143 2.2 对照 0.05 294 0 − 0.03 194 0 − 平均 0.06 354Aa 235 1.7 0.04 254Bb 201 1.5
下载: 导出CSV
-
[1] 梁坤南,周再知,马华明,等. 我国珍贵树种柚木人工林发展现状、对策与展望[J]. 福建林业科技,2011,38(4):173 − 178. doi: 10.3969/j.issn.1002-7351.2011.04.39 [2] PANDEY D,BROWN C. Teak:a global overview[J]. Unasylva,2000,51(201):3 − 13.
[3] 马华明,梁坤南,周再知. 我国柚木的研究与发展[J]. 林业科学研究,2003,16(6):117 − 122. [4] 吴国欣,何彦然,张伟,等. 广西国家储备林建设现状及高质量发展策略[J]. 广西林业科学,2022,51(3):445 − 451. [5] 谌红辉. 广西马尾松人工林定向培育关键技术研究[D]. 南京:南京林业大学,2010. [6] 陈少雄,周群英,李天会,等. 尾巨桉中大径材立地指数编制及施肥对立地指数的影响[J]. 桉树科技,2017,34(2):1 − 6. doi: 10.3969/j.issn.1674-3172.2017.02.001 [7] 刘跃钧,马海泉,陈天华,等. 杉木大径材平衡施肥及土壤养分变化的研究[J]. 江西林业科技,2014,42(1):18 − 21. [8] 陈圆媛. 单株综合抚育对闽楠中龄林生长的影响研究[D]. 福州:福建农林大学,2018. [9] 梁坤南,潘一峰,刘文明. 柚木苗期多因素施肥试验[J]. 林业科学研究,2005,18(5):535 − 540. doi: 10.3321/j.issn:1001-1498.2005.05.006 [10] ARÉVALO-HERNÁNDEZ C O,AREVALO E,CORREA J,et al. Effect of liming and fertilizers on the growth and nutrition of 12-month old Teak (Tectona grandis L.) grown on acidic soil of Peru[J]. Scientia Agropecuaria,2023,14(2):179 − 187. doi: 10.17268/sci.agropecu.2023.016
[11] 贾晓红,余雪标,周再知,等. 缺素对柚木无性系幼苗生长和生理特性的影响[J]. 热带作物学报,2014,35(1):47 − 52. doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.01.009 [12] 梁彦兰,刘彦珍,武勇. 施肥技术对柚木生长的影响[J]. 北方园艺,2013(2):166 − 168. [13] 周再知,梁坤南,马华明,等. 酸性土壤上不同钙肥及用量对柚木苗生长的影响[J]. 西部林业科学,2016,45(5):31 − 37. [14] 郝海坤,邓斌胜,曹艳云,等. 缓释肥和有机肥对柚木轻基质容器苗生长的影响[J]. 广西林业科学,2020,49(1):130 − 134. doi: 10.3969/j.issn.1006-1126.2020.01.025 [15] ZHANG Q,ZHAO W,ZHOU Z,et al. The application of mixed organic and inorganic fertilizers drives soil nutrient and bacterial community changes in teak plantations[J]. Microorganisms,2022,10(5):1 − 18.
[16] ONASANYA O O,OLOWOBOKO T B,THINNI B M,et al. Effect of rooting media,nitrogen and phosphorus fertilization on the seedling growth of gmelina (Gmelina) and teak (Tectona)[J]. International Journal of Plant & Soil Science,2017,16(4):1 − 10.
[17] 余星,杨武. 浅谈林木平衡施肥研究进展[J]. 农业与技术,2023,43(15):87 − 89. [18] 段建全,陈贵平,王可军. 畹町反季节无筋豆高产栽培技术[J]. 农业开发与装备,2015(9):141. doi: 10.3969/j.issn.1673-9205.2015.09.119 [19] 李莲芳,王慷林,段安安,等. VDT法疏伐云南松人工林胸径及其断面积结构的动态变化研究[J]. 西南林业大学学报,2017,37(5):7 − 14. [20] 邝炳朝,郑淑珍,罗明雄,等. 柚木种源主要性状聚合遗传值的评价[J]. 林业科学研究,1996,9(1):7 − 14. [21] 徐清乾,黄帆,徐少东,等. 杉木大径材培育施肥配方选择研究[J]. 湖南林业科技,2020,47(5):31 − 35. doi: 10.3969/j.issn.1003-5710.2020.05.006 [22] 明道绪. 生物统计附试验设计:第4版[M]. 中国农业出版社,2008:28 − 40. [23] 邹顺发. 红锥用材林中龄林施肥试验示范效果[J]. 绿色科技,2021,23(19):162 − 166. doi: 10.3969/j.issn.1674-9944.2021.19.047 [24] 陈家法,魏志恒,吴际友,等. 湿地松中龄林施肥经济效应与最优施肥量研究[J]. 中南林业科技大学学报,2020,40(10):28 − 34. [25] 谌红辉,温恒辉. 马尾松人工中龄林施肥肥效与增益持续性研究[J]. 林业科学研究,2001,14(5):533 − 539. doi: 10.3321/j.issn:1001-1498.2001.05.012 [26] 李贻铨,陈道东,纪建书,等. 杉木中龄林施肥效应探讨[J]. 林业科学研究,1993,6(4):390 − 396. doi: 10.3321/j.issn:1001-1498.1993.04.014 [27] 赵铭臻,刘静,邹显花,等. 间伐施肥对杉木中龄林生长和材种结构的影响[J]. 南京林业大学学报:自然科学版,2023,47(2):70 − 78. [28] 舒文波,杨章旗,兰富. 施肥对马尾松中龄林生长量和产脂的影响[J]. 森林与环境学报,2009,29(2):160 − 165. [29] FERNÁNDEZ-MOYA J,ALVARADO A,MORALES M,et al. Using multivariate analysis of soil fertility as a tool for forest fertilization planning[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems,2014,98(2):155 − 167.
[30] 沈松,吴俊多,李莲芳,等. 施肥对柚木目标树土壤理化性质及其胸径生长的影响[J]. 西南林业大学学报:自然科学,2020,40(4):38 − 46. [31] HARDIWINOTO S,ARDIANSYAH F,WIDIYATNO W. Application of selected teak clone and organic fertilizer to accelerate rehabilitation of lowland forest in Java,Indonesia[J]. Biodiversitas Journal of Biological Diversity,2021,22(4):1750 − 1756.
计量
- 文章访问数: 26
- HTML全文浏览量: 6
- PDF下载量: 3
