全 文 ：第 21卷第 4期
2007年 8月 水土保持学报Journa l of Soil and Wa ter Conserv a tion Vol
. 21 No. 4
Aug. , 2007
　
厚荚相思人工林营养元素生物循环的研究
秦武明1 , 何　斌1,* , 覃世赢 2 , 黄世方 3 , 莫雅芳 3 ,覃永华1
( 1.广西大学 林学院 , 广西 南宁 530004; 2.广西林业勘测设计院 , 广西 南宁 530011;
3. 广西高峰林场 , 广西 南宁 530001)
摘要: 对 1. 5～ 4. 5年生厚荚相思人工林 5种营养元素 ( N、 P、 K、 Ca和 Mg)的含量、积累、分配和生物循环以及它们
随林分年龄的变化趋势进行了研究。结果表明 ,厚荚相思人工林不同器官中营养元素含量排序大致为树叶> 干皮
> 树枝> 树根> 干材 ,林木各器官中营养元素含量均以 N最高 ,其次是 Ca,然后是 K和 Mg , P最低 ;厚荚相思人
工林营养元素贮存量依次为 145. 00～ 611. 70 kg /hm2 ,随生长过程中生物量的增加而增大 ;不同器官微量元素贮
存量的分配随林分年龄的增长发生变化 , 1. 5年生时营养元素贮量主要集中在树叶和树枝 , 2. 5～ 4. 5年生时营养
元素贮量则主要集中在树干和树根 ;林分营养元素年净积累量为 96. 66～ 135. 93 kg /( hm2 a) ,林木各组分营养元
素年净积累量总的变化趋势以树干最高 ,树皮最低 ,年吸收量为 116. 50～ 258. 10 kg /( hm2 a ) ,年归还量分剐为
19. 83, 117. 21, 114. 83, 122. 17 kg /( h m2 a ) ,利用系数分别为 0. 80, 0. 78, 0. 55和 0. 42,循环系数分别为 0. 17,
0. 49, 0. 48和 0. 47,周转期分别为 7. 34, 2. 64, 3. 73, 5. 01年。
关键词: 厚荚相思人工林 ;　营养元素 ; 　生物循环
中图分类号: S718. 5　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1009-2242( 2007) 04-0103-05
Biological Cycl ing of Nutrients in Acacia crassicarpa plantation
QIN Wu-ming
1 , HE Bin
1,* , QIN Shi-ying
2 , HU ANG Shi-fang
3 , MO Ya-fang
3 , QIN Yong-hua
1
( 1. Forestry College of Guangx i University , Nanning 530004; 2. Guang xi Forest Inventory & Planning Institute, Nanning 530011;
3.Gaofeng Forestry Farm of Guangx i, Nanning 530001)
Abstract: The concentrations, accumulation, dist ribution and biological cycling of 5 nutrient elements ( N, P, K,
Ca and Mg) f rom 1. 5-year-old to 4. 5-yea r-old Acacia crassicarpa plantations w ere studied. The results show that
the nutrient concentrations in various organs w as in the order of leaves > bark > branch > root > stem. In plan-
t, concentration of N w as the highest among the fiv e elements, followed by Ca and K and Mg , whi le P w as the
low est in various o rgans of A. crassicarpa plantation. The total storage of nutrient elements in the plantations
ranged from 145. 00 kg /hm
2
to 611. 70 kg /hm
2
and increased with the biomass accumula tion in the process of the
stands grow th. The distribution of nutrient accumulations in A.crassicarpa varied w ith dif ferent stands grow th
stag es, most nutrient elements accumulated in leaves and branches a t 1. 5-year-old stage, whi le they g radually
moved gradually in stem and root from 2. 5-year-old to 4. 5-year-old. Nutrients element annual net accumulations
in four ages of A. crassicarpa plantation w ere 96. 66 kg / ( hm
2 a) , 117. 21 kg / ( hm2 a ) , 114. 83 kg /( hm2 a) and
135. 93 kg / ( hm
2 a) , respectiv ely. Comparison of nutrients annual net accumulation in dif ferent organs was in the
o rder of stem o r leaves > branches > roo ts o r bark. Changes in annual net accumula tion of v arious nutrients in
the same component w as similar to that in various components. The annual absorption of microelements in four age
classes plantations w ere 116. 50～ 258. 10 kg /( hm2 a ) . The annual returns equaled to 19. 83 kg /( hm2 a) , 117. 21
kg / ( hm
2 a ) , 114. 73 kg /( hm2 a) and 122. 17 kg / (hm2 a) , respectively. The nutrient utili zation coefficients were
0. 80, 0. 78, 0. 55 and 0. 42, respectiv ely. The cycling coefficient w ere 0. 17, 0. 49, 0. 48 and 0. 47. The recycling
periods w ere 7. 34 a, 2. 64 a, 3. 73 a and 5. 01 a, respectively.
Key words: Acacia crassicarpa;　 nutrient elements;　biological cycling
森林生态系统中的养分循环是其系统功能的主要表现之一 ,也是维持森林结构和功能稳定的不可或缺的
重要因素。因此 ,近年来 ,森林特别是人工林生态系统的养分分布及其循环规律的研究已成为十分活跃的一个
收稿日期: 2007-04-29
基金项目:科技部农业科技成果转化资金项目 ( 04EFN214500236) ;广西自然科学基金项目 (桂科自 0640018) ;广西“十五”林业科学研究项
目 ( 2002- 59) ;广西教育厅科研基金项目 ( 2006- 26)
作者简介:秦武明 ,男 ,生于 1953年 ,副教授。从事林学、生态学教学及研究工作。
领域 ,其研究结果不仅能揭示人工林生态系统物质循环机制 ,而且对指导林业生产与管理 ,合理维护和改善林
木生长环境 , 提高人工林生态系统的养分利用效率和生产潜力都有极其重要的意义。厚荚相思 ( Acacia
crassicarpa)又名粗果相思 ,属含羞草科 ,为常绿乔木 ,原产澳大利亚、巴布亚新几内亚和印度尼西亚等地。该树
种具有与马占相思相似的速生、干形较直、耐干旱瘠薄、抗逆性强等特点 [1 ]。木材可作纤维、纸浆和建筑、造船等
用 ,是一种多功能的速生用材树种。厚荚相思最早于 1985年由中国林业科学研究院林业研究所从澳大利亚引种
我国 [2 ] , 1999年以后 ,广东、广西、海南和福建等省 (区 )开始在南方红壤、水土严重流失地、松杉低产林、次生林、
残次林及宜林荒山大规模推广营造 ,并取得了良好的经济和生态效益。随着厚荚相思引种成功和种植面积的不
断扩大 ,国内有关厚荚相思人工林研究的报道也日益增多 ,但主要集中在引种、良种选育、生长特性以及对土壤
性状的影响等方面 [2～ 6 ] ,有关厚荚相思人工林营养元素生物循环的研究至今仍是空白。因此 ,本文通过对 1. 5～
4. 5年生厚荚相思人工林营养元素的含量、积累、分布和生物循环进行探讨 ,以揭示其营养元素特征和循环规律
及其对土壤肥力的影响 ,为厚荚相思人工林营养状况评估和土壤管理提供理论依据。
1　试验地概况
试验地位于广西南宁市国有高峰林场界牌分场 ,地理位置为东经 108°21′,北纬 22°58′,属南亚热带季风气
候 ,年平均温度 21. 8℃ ,极端最高气温 40℃ ,≥ 10℃年积温约 7 200℃ ,年平均降雨量约 1 350 mm,降雨多集中在
5～ 9月 ,相对湿度大约 79% ,年日照时数 1 450～ 1 650 h。标准地均位于山坡中下部 ,坡度 25°～ 28°,土壤类型为
砂页岩发育形成的赤红壤 ,土层厚度在 80 cm以上 ,腐殖质层厚度 15～ 20 cm。
试验地前茬林分为杉木纯林 ,并于造林前 1年的年底采伐 ,经炼山整地后 ,于次年 5月份用厚荚相思实生苗
定植 ,造林密度为 1 140株 / hm2。种植前土壤有机质、全 N和全 P含量分别为 18. 01, 0. 76, 0. 30 g /kg ,种植 4. 5
年后相应为 20. 29, 0. 97, 0. 32 g /kg。经林分自疏和间伐后不同林龄厚荚相思人工林林分特征见表 1。
表 1　厚荚相思人工林林分特征
林龄 密度 平均胸径 平均树高 林分生物量 ( t /hm2 ) 林分生产力
( a) (株 /hm2) ( cm ) ( m) 树叶 树枝 干皮 干材 树根 合计 ( t /hm2 a)
1. 5 1000 5. 7 6. 1 1. 85 3. 04 0. 86 2. 86 2. 03 10. 64 7. 09
2. 5 943 9. 0 8. 7 3. 67 6. 49 2. 43 10. 40 5. 71 28. 70 11. 48
3. 5 845 11. 5 11. 0 3. 62 7. 99 3. 83 18. 60 8. 11 42. 15 12. 04
4. 5 830 14. 0 13. 0 4. 47 16. 99 8. 16 35. 93 10. 68 76. 23 16. 94
2　研究方法
2. 1　试验地的设置与林分生物量测定
在厚荚相思试验林中设置 5个 350 m2的固定标准地 ,并对标准地内的每株树木进行编号 ,每年 11月测定标
准地内树木的树高和胸径。根据林分生长调查结果 ,同时为了不破坏试验地的林分 ,每年均在标准地外围选择
代表平均值的 5株标准木 (平均木 ) ,采用收获法测定标准木的生物量 ,地上部分采用 Monsic分层切割法 ,每 2 m
为一区分段 ,分干材、干皮、树枝、树叶 ,地下部分 (根系 )采用全根挖掘法 , 分根兜、粗根 (根系直径≥ 2. 0 cm )、
细根 ( 0. 5～ 2 cm)、吸收根 ( < 0. 5 cm) ,分别称重及取样测定各器官的含水率及干重 ,由样品干重换算出标准木
的生物量 ,然后建立树木各组分 (树叶、树枝、干材、树皮和树根 )与胸径的回归模型 ,用该回归模型计算林分的
生物量。以年平均增长量作为净生产力的估测指标。
2. 2　凋落物的测定
凋落物采用直接收集方法 ,在每个标准地内按上、中、下位置各设一个固定的 1 m× 1 m收集器 ,每月月底
收集凋落物 1次 ,按叶、枝、花果和杂物等组分测定生物量。
2. 3　植物样品营养元素分析
在测定生物量的同时 ,按不同组分采集分析样品 ;凋落物样品为按各月份凋落物重量比例各选取一定量的
凋落物混合后作为化学分析样品。
N , P, K含量采用浓 H2 SO4 - HClO4消化法消煮后 , N用氨气敏电极法测定 [ 7] , P用钼锑抗比色法测定 , K
用火焰光度计法测定 ; Ca和 Mg含量采用 HClO4- HNO3消化法消煮 ,然后用原子吸收光谱法测定 [ 8]。
2. 4　养分循环参数的计算
采用养分利用系数、循环系数和周转时间等生物循环参数来分析养分循环的特征 ,其中养分利用系数为吸
收量与贮存量的比值 ,表明林木维持其生长所需的营养元素量。循环系数为归还量与吸收量的比值 ,表征营养
元素的循环强度。周转时间为营养元素经历一个循环周期所需的时间 ,由营养元素的总贮存量除以归还量。
104 水土保持学报 第 21卷
表 2　厚荚相思人工林各器官营养元素含量 g /kg　
林龄 ( a) 器官 N P K Ca Mg 合计
树叶 18. 62 0. 66 3. 69 6. 63 1. 31 30. 91
树枝 3. 68 0. 38 1. 64 5. 59 0. 78 12. 07
1. 5
干皮 3. 67 0. 63 2. 62 7. 5 0. 71 15. 13
干材 3. 12 0. 11 0. 74 1. 77 0. 38 6. 12
树根 6. 91 0. 28 0. 81 1. 92 0. 23 10. 15
凋落物 11. 64 0. 27 3. 11 6. 53 1. 51 23. 06
树叶 16. 82 0. 55 3. 03 3. 29 0. 92 24. 61
树枝 5. 35 0. 16 0. 81 2. 79 0. 45 9. 56
2. 5
干皮 5. 11 0. 31 1. 6 5. 29 0. 55 12. 86
干材 4. 18 0. 09 0. 32 1. 16 0. 22 5. 97
树根 5. 94 0. 18 0. 35 1. 69 0. 13 8. 29
凋落物 11. 02 0. 40 3. 76 7. 23 1. 51 23. 92
树叶 19. 9 0. 61 3. 4 5. 09 1. 46 30. 46
树枝 4. 59 0. 18 0. 74 3. 06 0. 55 9. 12
3. 5
干皮 4. 73 0. 29 1. 84 6. 7 0. 4 13. 96
干材 3. 52 0. 07 0. 32 1. 43 0. 15 5. 49
树根 5. 68 0. 13 0. 5 1. 3 0. 18 7. 79
凋落物 9. 6 0. 28 2. 68 7. 30 1. 41 21. 27
树叶 14. 54 0. 68 6. 41 4. 69 1. 41 27. 73
树枝 4. 18 0. 32 1. 01 2. 36 0. 43 8. 30
4. 5
干皮 5. 85 0. 43 2. 3 4. 56 0. 3 13. 44
干材 2. 8 0. 15 0. 5 0. 96 0. 11 4. 52
树根 5. 04 0. 24 0. 7 0. 88 0. 13 6. 99
凋落物 12. 16 0. 40 3. 61 7. 14 1. 42 24. 73
表 3　厚荚相思人工林营养元素积累与分配 kg /hm2　
林龄
( a)
器官 生物量
(× 103kg /hm2 ) N P K Ca Mg 合计
树叶 1. 85 34. 45 1. 22 6. 83 12. 27 2. 42 57. 18
树枝 3. 04 11. 19 1. 16 4. 99 16. 99 2. 37 36. 69
1. 5
干皮 0. 86 3. 16 0. 54 2. 25 6. 45 0. 61 13. 01
干材 2. 86 8. 92 0. 31 2. 12 5. 06 1. 09 17. 50
树根 2. 03 14. 03 0. 57 1. 64 3. 90 0. 47 20. 60
合计 10. 64 71. 74 3. 80 17. 83 44. 67 6. 96 145. 00
树叶 3. 67 61. 73 2. 02 11. 12 12. 07 3. 38 90. 32
树枝 6. 49 34. 72 1. 04 5. 26 18. 11 2. 92 62. 04
2. 5
干皮 2. 43 12. 42 0. 75 3. 89 12. 85 1. 34 31. 25
干材 10. 40 43. 47 0. 94 3. 33 12. 06 2. 29 62. 09
树根 5. 71 33. 92 1. 03 2. 00 9. 65 0. 74 47. 34
合计 28. 70 186. 26 5. 77 25. 59 64. 75 10. 66 293. 04
树叶 3. 62 72. 04 2. 21 12. 31 18. 43 5. 29 110. 27
树枝 7. 99 36. 67 1. 44 5. 91 24. 45 4. 39 72. 87
3. 5
干皮 3. 83 18. 12 1. 11 7. 05 25. 66 1. 53 53. 47
干材 18. 60 65. 47 1. 30 5. 95 26. 60 2. 79 102. 11
树根 8. 11 46. 06 1. 05 4. 06 10. 54 1. 46 63. 18
合计 42. 15 238. 36 7. 11 35. 27 105. 68 15. 46 401. 89
树叶 4. 47 64. 99 3. 04 28. 65 20. 96 6. 30 123. 95
树枝 16. 99 71. 02 5. 44 17. 16 40. 10 7. 31 141. 02
4. 5
干皮 8. 16 47. 74 3. 51 18. 77 37. 21 2. 45 109. 67
干材 35. 93 100. 60 5. 39 17. 97 34. 49 3. 95 162. 40
树根 10. 68 53. 83 2. 56 7. 48 9. 40 1. 39 74. 65
合计 76. 23 338. 18 19. 94 90. 02 142. 16 21. 40 611. 70
3　结果与分析
3. 1　营养元素含量
不同年龄阶段各器官营养元素含量均以
N最高 ,明显高于其他营养元素 ,其中树叶中
N含量明显高于巨尾桉、马尾松和杉木等其它
速生树种 [ 9～ 11] ,反映马占相思所具有的固氮特
性。
从表 2可见 ,由于生理机能不同 ,厚荚相思
人工林平均单株不同器官的营养元素含量相
差较大 ,同一器官不同林龄的营养元素含量也
存在一定差异。以树叶中营养元素含量最高 ,
干材则最低。其原因在于树叶作为光合作用器
官 ,其生长周期短 ,是合成有机物质的场所 ,在
植物生长过程中也是代谢最活跃的器官 ,需要
大量的营养元素向其输送来满足其生长和代
谢的要求。而干材以木质为主 ,其生理生化作
用最弱 ,大多数养分已被消耗或转移 ,因而元
素含量也最低。按营养元素含量大小排序大致
是树叶> 干皮> 树枝> 树根> 干材。不同林龄
各器官营养元素含量均以 N最高 ,明显高于
其它营养元素 ,其中树叶中 N含量明显高于
马尾松、杉木和桉树等速生树种 [9～ 11 ] ,反映马
占相思所具有的固氮特性 ;其它营养元素的排
列顺序大致为 Ca> K> Mg> P。
厚荚相思林凋落物的营养元素含量均较
高 ,各营养元素含量大小排列次序与林木各器
官的排列次序基本一致 ,并且明显高于除树叶
外的其它器官。由于 4个林分年龄厚荚相思林
凋落物均主要以树叶为主 (据我们调查测定 ,
树叶均占 95%以上 ) ,因此 ,与林木不同器官相
比 ,除 Ca、 Mg含量高于或与树叶基本一致外 ,
其它 3种营养元素含量均低于树叶 ,尤其是 P
素含量显著低于树叶 ,反映厚荚相思与马占相
思和大叶相思一样 ,均具有比较显著的养分再
吸收或营养转移机能 [12 ] ,这也与 Aerts、 Santa
等和曾德慧等对其它一些树种的研究结果相
一致 [13～ 15 ]。
3. 2　营养元素积累与分配
从表 3可见 , 1. 5～ 4. 5年生厚荚相思人工
林营养元素积累量为 145. 00～ 611. 70 kg /hm2 ,随林分年龄的增加而增大 ,表现出与林分生物量相同的变化规
律 ,并且其增长幅度要略高于其相应的生物量的增长幅度。由于不同林龄厚荚相思林各器官的生物量不同 ,各
器官营养元素含量差别又比较大 ,因此 ,不同林分年龄各器官营养元素积累量及其分配存在较大的差异 ,如把
乔木层分为树冠 (树枝和树叶 )、树干 (干材和干皮 )和树根 ,则树冠营养元素积累量占乔木层积累量依次为
64. 74% , 51. 99% , 45. 57%和 43. 22% ,树干占 21. 04% , 31. 85% , 38. 71%和 44. 55% ,根系占 14. 22% , 16. 16% ,
15. 72%和 12. 23% 。显然 ,这种分配比例与不同年龄厚荚相思林木的生长特点和生理特性有关 ,厚荚相思林龄
105第 4期 秦武明等:厚荚相思人工林营养元素生物循环的研究
　　　　表 4　厚荚相思人工林营养元素年净积累量 kg /( h m2 a)　
林龄
( a)
器官 生产力
(× 103kg /hm2 ) N P K Ca Mg 合计
树叶 1. 23 22. 96 0. 81 4. 55 8. 18 1. 62 38. 12
树枝 2. 03 7. 46 0. 77 3. 32 11. 33 1. 58 24. 46
1. 5
干皮 0. 57 2. 10 0. 36 1. 50 4. 30 0. 41 8. 67
干材 1. 91 5. 95 0. 21 1. 41 3. 37 0. 72 11. 67
树根 1. 35 9. 35 0. 38 1. 10 2. 60 0. 31 13. 74
合计 7. 09 47. 83 2. 53 11. 88 29. 78 4. 64 96. 66
树叶 1. 47 24. 69 0. 81 4. 45 4. 83 1. 35 36. 13
树枝 2. 60 13. 89 0. 42 2. 10 7. 24 1. 17 24. 82
2. 5
干皮 0. 97 4. 97 0. 30 1. 56 5. 14 0. 53 12. 50
干材 4. 16 17. 39 0. 37 1. 33 4. 83 0. 92 24. 84
树根 2. 28 13. 57 0. 41 0. 80 3. 86 0. 30 18. 93
合计 11. 48 74. 50 2. 31 10. 24 25. 90 4. 27 117. 21
树叶 1. 03 20. 58 0. 63 3. 52 5. 26 1. 51 31. 50
树枝 2. 28 10. 48 0. 41 1. 69 6. 99 1. 26 20. 82
3. 5
干皮 1. 09 5. 18 0. 32 2. 01 7. 33 0. 44 15. 28
干材 5. 31 18. 71 0. 37 1. 70 7. 60 0. 80 29. 18
树根 2. 32 13. 16 0. 30 1. 16 3. 01 0. 42 18. 05
合计 12. 04 68. 10 2. 03 10. 08 30. 19 4. 42 114. 83
树叶 0. 99 14. 44 0. 68 6. 37 4. 66 1. 40 27. 55
树枝 3. 78 15. 78 1. 21 3. 81 8. 91 1. 62 31. 34
4. 5
干皮 1. 81 10. 61 0. 78 4. 17 8. 27 0. 54 24. 37
干材 7. 98 22. 36 1. 20 3. 99 7. 67 0. 88 36. 09
树根 2. 37 11. 96 0. 57 1. 66 2. 09 0. 31 16. 59
合计 16. 94 75. 15 4. 43 20. 00 31. 59 4. 75 135. 93
表 5　厚荚相思人工林营养元素的生物循环
　林龄 ( a) 项目 N P K Ca Mg 合计
养分贮量 ( kg /hm2) 71. 74 4. 37 17. 83 44. 67 6. 96 145. 57
吸收量 ( kg /hm2 a) 57. 84 2. 77 14. 56 35. 40 5. 94 116. 50
存留量 ( kg /hm2 a) 47. 83 2. 53 11. 88 29. 78 4. 64 96. 66
1. 5 归还量 ( kg /hm2 a) 10. 01 0. 23 2. 67 5. 62 1. 30 19. 83
利用系数 0. 81 0. 63 0. 82 0. 79 0. 85 0. 80
循环系数 0. 17 0. 08 0. 18 0. 16 0. 22 0. 17
周转时间 ( a) 7. 17 18. 83 6. 66 7. 95 5. 36 7. 34
养分贮量 ( kg /hm2) 186. 26 5. 20 25. 59 64. 75 10. 66 292. 47
吸收量 ( kg /hm2 a) 125. 53 4. 16 27. 65 59. 37 11. 26 227. 96
存留量 ( kg /hm2 a) 74. 50 2. 31 10. 24 25. 90 4. 27 117. 21
2. 5 归还量 ( kg /hm2 a) 51. 02 1. 85 17. 41 33. 47 6. 99 110. 75
利用系数 0. 67 0. 80 1. 08 0. 92 1. 06 0. 78
循环系数 0. 41 0. 45 0. 63 0. 56 0. 62 0. 49
周转时间 ( a) 3. 65 2. 81 1. 47 1. 93 1. 53 2. 64
养分贮量 ( kg /hm2) 238. 36 7. 11 35. 27 105. 68 15. 46 401. 89
吸收量 ( kg /hm2 a) 116. 78 3. 45 23. 67 67. 20 11. 5 222. 67
存留量 ( kg /hm2 a) 68. 10 2. 03 10. 08 30. 19 4. 42 114. 83
3. 5 归还量 ( kg /hm2 a) 48. 67 1. 42 13. 59 37. 01 7. 15 107. 84
利用系数 0. 49 0. 49 0. 67 0. 64 0. 75 0. 55
循环系数 0. 42 0. 41 0. 57 0. 55 0. 62 0. 48
周转时间 ( a) 4. 90 5. 01 2. 60 2. 86 2. 16 3. 73
养分贮量 ( kg /hm2) 338. 18 19. 94 90. 02 142. 16 21. 40 611. 70
吸收量 ( kg /hm2 a) 135. 22 6. 41 37. 84 66. 86 11. 77 258. 10
存留量 ( kg /hm2 a) 75. 15 4. 43 20. 00 31. 59 4. 75 135. 93
4. 5 归还量 ( kg /hm2 a) 60. 07 1. 98 17. 83 35. 27 7. 01 122. 17
利用系数 0. 40 0. 32 0. 42 0. 47 0. 55 0. 42
循环系数 0. 44 0. 31 0. 47 0. 53 0. 60 0. 47
周转时间 ( a) 5. 63 10. 09 5. 05 4. 03 3. 05 5. 01
较小时 ,由于林木生长比较旺盛 ,叶部的生
理活动比较活跃 ,树冠的生物量所占比例
及其养分含量比较大 ,故养分积累量也多 ;
随着林分年龄的增长 ,树冠的营养逐渐转
移到树干 ,以促进林木生长 ,因此树冠养分
积累比例逐渐减小 ,而树干养分积累比例
逐渐增大。就不同营养元素积累量来看 ,均
表现为 N最多 ,其占林分营养元素积累总
量 的 49. 48% , 63. 56% , 59. 31%和
55. 30% ,说明厚荚相思对 N具有很强的
吸收与富集能力 ,同时也是其具有较强的
固氮改土能力的原因。而在林木生长的早
期 ,适时合理地补充 N肥 ,可能对促进林
木的生长会有良好的效果。
3. 3　营养元素年存留量
林分营养元素的年存留量为林分植物
体内营养元素积累的速率 ,依赖于林分生
物量的增长量及营养元素的含量 ,以林分
内各组分的年平均生长量来估算生产力 ,
求出厚荚相思林营养元素的年净积累量即
营养元素的积累速率 (表 5)。结果表明 , 1. 5
～ 4. 5年厚荚相思林 5种营养元素的年存留
量 (年净积累量 )为 96. 66～ 135. 93 kg /
(hm2 a) ,呈现随林分年龄增加而增大的趋
势 ,表明 1. 5～ 4. 5年均为厚荚相思营养元
素的高积累期。各器官营养元素年存留量
以树叶最高 ,为 27. 55～ 38. 12 kg / ( hm2
a) ,其次是干材 ,为 11. 67～ 36. 09 kg / (hm2
a ) ,树根的最小 ,为 13. 74～ 18. 93 kg /
(hm
2 a)。就各器官营养元素年存留量的变
化趋势而言 ,干材和干皮随林分年龄的增
长而明显增加 ,树叶则恰好相反 ,树根均呈
先升高后下降的趋势 ,表明 1. 5～ 4. 5年均
以营养生长为主。同一器官中营养元素积
累速率均以 N最大 ,其次为 Ca, K和 Mg ,
P最小。
3. 4　营养元素的生物循环
生物循环是指森林土壤和植物间养分
元素的流动过程 ,包括吸收、存留和归还 3
个环节 ,循环平衡公式为: 吸收= 存留+ 归
还。其中林分养分的归还包括凋落物的归
还、净降水淋洗、树干茎流淋溶以及死根归
还等 ,由于受到实验条件的限制 ,本研究仅计算凋落物的归还量 ,其结果比实际偏低。
从表 5中可以看出 , 5种营养元素的归还量为 19. 83～ 122. 17 kg /( hm2 a) ,吸收量为 116. 50～ 258. 10 kg /
( hm
2 a) ,两者均随林分生长过程呈增大趋势 ,其中 2. 5～ 4. 5年的归还量已接近于其相应的存留量 ,表明林分
归还土壤的微量元素比较丰富 ,因而在维持和提高林地土壤肥力方面起着极其重要的作用。各营养元素吸收量
106 水土保持学报 第 21卷
和归还量的大小排列次序均为 N> Ca> K> Mg> P。
厚荚相思人工林总的养分利用系数为 0. 42～ 0. 80,随林分生长呈下降趋势 ;循环系数为 0. 17～ 0. 49,随林
分生长呈先快速升高后缓慢下降的变化 ;周转期为 2. 64～ 7. 34年 ,其中 2. 5～ 4. 5年生厚荚相思的周转期均已
接近于林分实际年龄。除 1. 5年生外 ,各营养元素中以 K、 Ca和 Mg的循环速率最快 ,利用系数也最高 ,周转时
间则最短 ;而 P的循环速率最慢 ,利用系数相应最低 ,周转期则最长。由于南方厚荚相思适宜种植区土壤磷素
含量普遍较低 ,因此 ,有效性磷素的缺乏可能是影响当地厚荚相思正常生长并获得高产的重要原因之一 ,而适
时合理地施加磷肥 ,将有利于促进林木的正常生长发育。
4　结论与讨论
厚荚相思人工林各器官营养元素含量 ,因元素不同、器官不同和林分年龄不同而存在差异。林木各器官营
养元素含量以树叶最高 ,其次是干皮 ,然后是树枝和树根 ,干材最低。营养元素在各器官中含量均以 N最高 ,其
次是 Ca、 K、 Mg , P最低。
厚荚相思凋落物 (绝大部分为凋落树叶 )的营养元素较丰富 ,除 Ca、 Mg含量与树叶基本一致外 , N、 P和 K
由于存在由衰老组织向存活组织转移的作用而使其多数低于树叶 ,即具有比较显著的养分再吸收或营养转移
机能 ,这对提高其体内养分的利用效率 ,降低其对环境中养分供应的依赖和适应贫瘠环境起到了重要的作用 ,
同时这也是厚荚相思能够在比较干旱瘠薄的土壤上生长并获得较高生产力的重要因素。
4个林分年龄厚荚相思人工林 5种营养元素总的积累量为 145. 00～ 611. 70 kg /hm2 ,年存留量为 96. 66～
135. 93 kg /hm
2 ,呈现出随林分年龄的增加而增大的趋势 ,其中以 N营养元素积累量或积累速率最大 ,表明厚
荚相思对 N具有很强的吸收与富集能力 ,同时也是其具有较强的固氮改土能力的重要原因。随着林木的生长 ,
营养元素积累量的分配发生变化 ,树冠营养元素积累比例逐渐减小 ,而树干营养元素积累比例逐渐增大。
4个林分年龄厚荚相思人工林营养元素年归还量为 19. 83～ 122. 17 kg /( hm2 a) ,年吸收量为 116. 50～
258. 10 kg / (hm2 a) ,均随林分年龄的增加而增大 ,其中 2. 5～ 4. 5年生厚荚相思林的归还量已接近于其相应的
存留量 ,并且远高于相近林分年龄的刚果桉人工林 [9 ];养分利用系数为 0. 42～ 0. 80,循环系数为 0. 17～ 0. 49,周
转期为 2. 64～ 7. 34年 ,其中 2. 5～ 4. 5年生厚荚相思林的周转期均已接近于林分实际年龄。由于厚荚相思林枝
叶及根系的生物量均较大 ,而本研究未将降水淋洗和树干茎流及死根归还量等估算进去 ,所以归还量和循环速
率计算结果较林分实际归还偏低 ,而周转期则与此恰好相反。可见 ,厚荚相思林在 1. 5～ 4. 5年处于生长旺盛期 ,
营养元素的积累速率快 ,大量消耗林地养分 ,但由于其凋落物的高 N量和较大的落叶量 ,加快了林地土壤的养
分循环 ,缩短了营养元素的周转时间。故与种植前相比 ,林地土壤有机质、全 N和全 P含量不但没有下降 ,反而
都有不同程度的提高 ,在一定程度上指示土壤肥力呈现进展趋势 ,这也是厚荚相思人工林能够作为桉树人工林
多代经营后更替树种之一的重要原因 ,而在生产实践中合理经营和管理厚荚相思人工林 ,对维持和改善林地土
壤肥力 ,提高林地生产力 ,实现人工林经营的经济与生态效益并举的目标具有重要作用。
参考文献:
[ 1]　何斌 ,等 .马占相思人工林不同年龄阶段水源涵养功能及其价值研究 [ J].水土保持学报 , 2006, 20( 5): 5- 8, 27.
[ 2]　潘志刚 ,吕鹏信 ,杨民权 ,等 . 5种热带相思 3年种源试验初报 [ J].林业科学研究 , 1988, 1( 5): 553- 559.
[ 3]　方发之 ,林资贯 ,尤甫逸 .马占相思、厚荚相思良种选育技术研究 [ J].热带林业 , 2006, 34( 3): 27- 30.
[ 4]　韦增建 ,丘小军 ,莫钊志 .相思类树种种质资源收集保存研究 [ J].广西林业科学 , 1996, 25( 4): 181- 188, 205.
[ 5]　林榕庚 . 10个相思树种的生长比较与评价 [ J].广西林业科学 , 1995, 24( 1): 18- 20.
[ 6]　韩金发 .厚荚相思对风沙地土壤性状的改良 [ J].福建林学院学报 , 2001, 21( 3): 253- 256.
[ 7]　何斌 .植物氮、磷、钾的自控远红外快速联合消化和测定法 [ J].理化检验 (化学分册 ) , 1992, 28( 4): 44- 45.
[ 8]　鲁如坤主编 .土壤农业化学分析方法 [M ].北京:中国农业科技出版社 , 1999. 317- 322.
[ 9]　钟继洪 ,李淑仪 ,蓝佩玲 ,等 .刚果桉人工林营养元素生物循环研究 [ J].水土保持学报 , 2004, 18( 6): 45- 50.
[ 10 ]　项文化 ,田大伦 .不同年龄阶段马尾松人工林养分循环的研究 [ J].植物生态学报 , 2002, 26( 1): 89- 95.
[ 11 ]　刘爱琴 ,范少辉 ,林开敏 ,等 .不同栽植代数杉木林养分循环的比较研究 [ J].植物营养与肥料学报 , 2005, 11( 2): 273- 278
[ 12 ]　李志安 ,邹碧 ,曹裕松 ,等 .华南两种豆科人工林体内养分转移特性 [ J].生态学报 , 2003, 23( 7): 1395- 1401.
[ 13 ]　 Aerts R. Nutrient reso rption from senescing leaves o f perennials: there general patterns? [ J]. The Journal of Eco log y, 1996,
84: 597- 608.
[ 14 ]　 Santa R I, Leona rdi S, Rapp M . Foliar nut rient dynamics and nutrient-use efficiency inCastanea sativa coppice stands o f south-
ern Europe [ J]. Fo rest ry, 2001, 74: 1- 10.
[ 15 ]　曾德慧 ,陈广生 ,陈伏生 .不同林龄樟子松叶片养分含量及其再吸收效率 [ J].林业科学 , 2005, 41( 5): 21- 27.
107第 4期 秦武明等:厚荚相思人工林营养元素生物循环的研究