全 文 ：陕西林业科技 N o . 2 , 1 9 9 3 , p P . 5 2 ~ 5 3
S h a a n x i F o r e s t S e ie n e e a n d T e e h n o l o g y
北美黄杉施肥的研究与实践
张 航 徐明岗编译
在太平洋西北部对树木营养研究主要集
中于经济价值高的北美黄杉上 。 北美黄杉 广
泛分布于低地及喀斯开山西坡 ( 7 0 o m 以下 )
和喀斯开 山脊东 部的 中海 拔地 区 ( 1 2 0 0一
1 4 0 m )
。 而人工林主要分布在矿质土壤裸露
的地区 。
进入量不足 4 k g ha 一 , ,显著地低于北美黄杉林
地年需要量 。
. 表 1 冰川沉积土上 36 龄北美黄
杉主要生态组分中的氮分布
生态系统组分 N (
森 林
下部植被
森林地表
土 坡
总 盛
k g h
3 2 0
占总 t (% )
1 矿质循环 的研究
森林营养研究起始于 5 0 年代后期 ,试验
区位于喀斯 开山区山前丘陵 3 0 m 海拔处 ,
由各种不同类型的试验点组成 ,并包含 了不
同龄级的北美黄杉 。 在该区进行的研究有 : 北
美黄杉生态系统中矿质元素的分布与循环 ;
矿质元素循环过程的调控及该系统中营养元
素的保持 ; 采伐 、 施肥及烧薪等对营养元素分
布与循环的影响 。
下面我们以氮元素为核心来进行讨论 。
1
.
1 元素分布与循环
在北美黄杉生态系统中 , 氮主要贮存于
土壤有机质中 (表 1 ) 。 植物对氮的吸收依赖
于有机质氮矿化为有效态氮的数量 。 虽该树
体在硝化作 用发生时能同等程 度的吸收
N O矛 , 但事实上它以吸收 N H亡为主 。 在森林
地表 , 氮主要来源于枯枝落叶 。虽然在较老的
林地特 别是具有 良好发育 A 。 层的林地 , 氮
素来源丰富外 , 根系释放也是一个重要因子 。
氮不是土壤矿质部分的组分 , 因而它主要是
通过红枪木及 固氮树种的轮作等一系列过
程 ,不断地从空气中进入到生态系统 。在太平
洋西北部 , 由空气进入的氮相对较少 ,通常年
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0
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2
5
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3
84
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8
10 0
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0
生长于 中等质量林地 的 50 龄北美黄杉
人工林大约吸收氮 30 一 35 k g ha 一 ` · y 一` 。 吸氮
速率依赖于树龄 ,在林冠郁闭时达 .yJ 最大 ,随
着树木成熟而降低 。 虽然氮在土壤和树木之
间持续不断地循环 , 但从次生的北美黄杉生
态系统淋失的氮是极微的 。
L Z 营养元素循环过程中养分保持和损失
的机理
维持 良好的养分库是保持森林生态系统
长期高的生产力的关键 。 对于大多数主要元
素是简单的 , 因为通过土壤矿物风化的养分
库总是稳定地增加 。 但是 , 氮素仅仅是从空气
沉降或生物固氮过程中不断得到的 , 因沉降
增加的速率相对较低 , 故几乎所 有北美黄杉
林地都缺氮 。 通过各种管理措施使淋失氮降
低到最小程度 , 则是提高北美黄杉林分生产
力的关键 。如果氮有了损失 ,则必须施肥给以
补充 。氮主要通过在土壤中矿化 、 吸收 、 固定 、
硝化及离子交换等机理来完成生态系统的循
环 。
氮素保持的关键在于硝化反应 。 只要氮
以有机态或 N H不形式存在 , 则其不易淋失 。
在前一种情形 下 , 氮作为生态系统 中有机结
构的 一部 分 而 保 存 ; 而 在 后 一种 情 况 下 ,
N H才保存于土壤交换复合体中 。 但是 , N H了
硝化产生的 N O孚极易淋失 。 而这种阴离子
的淋溶可导致等量阳离子从土壤交换复合体
中淋失 。
为保持森林土壤氮的肥 力 。 尽可能地降
低氮的淋失 , 必须对硝化作用加以控制 。 所幸
的是 ,在太平洋西北部北美黄杉林区 , 自然的
实际情况确是如此 。 虽对其原因不完全清楚 ,
但硝化率低可能与这些土壤缺乏有效氮有
关 。 在这种情况下 ,矿化的氮 ( N H才形式 )不
是被林木等高等植物所 吸收 , 便是被土壤微
生物所同化固定 。在这个生态系统 中 ,声林地
表高的 C / N 比率决定着 N H犷转 化成有机氮
而不是 N O矛。 其反应过程如下 :
生物固定
有机N 十N H 4
硝化
一哑 ) 3一 淋榕
1
.
3 森林管理因素的影响
森林管理措施如施肥 、 采伐等均能改变
上述反应 。 例如 , 采伐破坏了森林覆盖 ,就降
低了植 物对氮的 吸收 , 导致 了过量的 N H 犷
用于硝化 。 只要过量的 N H广不被生物固定
或被其它树木所吸收 , 就会硝化成 N O于 , 发
生氮的淋失 。 北美黄杉采伐后的林地不引起
硝慈氮的淋失 ,主要由于土壤含氮低 ,而含碳
量高的结果 。此外 ,采伐后其它植物的快速生
长及次要树种对氮的吸收补偿了由森林吸收
的那一部分 。
与此相似 , 以尿 素或其它 N H丁形式加
入的氮肥 , 使土壤中 N H犷一 N 的贮量提高 。
只要这些贮存 的 N H犷没有被吸收或固定而
减少 , 则会发生硝化作用 。 经验表明 ,太平洋
西北部的施肥措施几乎不引起硝化反应 , 因
此 ,也就没有硝态氮的淋失 ,施入的氮肥全部
保持于生态系统中 。在这里要特别提到的是 ,
这里土壤含氮低而含碳高 , 以及根系的活动
是硝化速率低 ,硝态氮淋失极微的主要原因 。
H e i lm a n 和 G e s s e l 证 明 , 施 入 的尿 素 大 约
3 0%被北美黄杉所吸收 。
如果给林地反复施肥 , 或当施氮量很高
时 ,超过 了树木吸收及土壤固定的能力 , 从而
硝化作用变得很活跃 。 因此 ,弄清森林树种的
营养需求并加入恰 好等于生态系统能同化
数量的氮肥是森林施肥工程的关键 。 当采用
推荐施肥量 , 即每间隔 5 年施氮素 Z o o k g h a 一 `
或当城市污水沉积物施用于森林土壤其数量
如下所述较高时 , 则硝化作用不大可能发生 ,
对大多数北美黄杉林地 , 污水沉积物施入量
每 公 顷 达 15 吨 干 物 质 ( 即 含 N 素
1 3 0 o k g h a
一
,
)时 ,地 下水 N O矛 含量 不会超过
美国环保局规定的 1 0拜 9 9 一 `的极限 。 由于这
些生态系统高的吸收和 固定能力 , 因而如此
相对高的施 N 量仍是适宜的 。
2 施肥试验 中北美黄杉的生长
反应
在 R F N R P 试验中表明 ,不论疏伐与否 ,
施入尿素态氮均能显著提高材积定期年生长
量 ( P A I ) ,施入氮肥后 , 材积和胸高断面也表
现出显著的增长效应 。
肥料对树木生长的作用可分为直接和间
接两个方面 。 直接作用主要表现在改变树木
营养状况 ;间接作用是 由于前一生长期对肥
料 反 应 的不 同而 改变 了苗 木 的密 度 。 对
R F N R P 试验小区 ,施肥后 12 年观察到的所
有反应 ,几乎都是由于提高了苗木密度 。
该地的分析表 明 , 材积的生长效应对全
龄级相似 。 对中龄级疏伐和非疏伐林地 , 以及
龄级大的林地 ,证明施肥具有正的生长效应 。
对幼龄林分 (年龄镇 25 )施肥后材积定期年生
长量的相对增加值与较老林分相似 。
最近 , 在华盛顿海岸进行试验 ,在苗木栽
植时配合使用 N 和 P 肥 , 5年 (下转第 57 页 )
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情况下是不重要的 。 在所有树龄的云杉针叶
中 ,施肥后三年以硫酸镁或碳酸镁处理的镁
含量相同 。在受侵扰的林地施石灰 , 一年半后
针叶中镁和钙 含量显著提高 (土壤中含量也
有增加 ) 。 白云石中的镁能相对更快地渗透到
下层土壤中 。
若阳离子快速地被淋失 , 则硫酸盐和硝
`酸盐的易溶性成为一个缺点 。 在降雨高的地
区 ,尤其在有机质表层盐基离子较低的土壤
上更是 如 此 。 根 系 吸 收或 土 壤 固定 K 十 、
aC
, 一 、
M g
, + 等阳离子均可释放 出 H ` 、 lA , 十离
子 ,从而 使土 壤酸度提高 数千摩尔 H 十 / ha 。
正如 H Ild e b r a n d ( 1 9 8 8 ) 指出的那样 , 中性 盐
也同样能提高土壤酸度— 有机质层不受硫酸盐影响而下层土壤受到了影响 。 表层可逆
的酸化因此而转化成了下层矿质土壤的不可
逆酸化 。 这种危险既使增加施用石灰也不能
降低 ,因为更多的酸被贮存于下 层土壤之中 。
与 H il d eb r a n d 在实验室试验得出的结论
相 反 , Zot d 等 ( 1 9 8 9) 于 暗 色森林 上试验 表
明 ,施用白云石后虽然下了大雨 ,但从试验区
排水损失的镁量仅
为 Zk g h a ” , 还不到施入量的 3环 , 此结果同
样适用于硫酸根离子 。 碎的矿石肥料粉碎充
分后最适于土壤改良 。 大多数阳离子的有效
性以碳酸盐形式较好 。依据矿物类型 ,可适当
加入一些钾 , 以使其适用于钾含量低的土壤 ,
并在硫酸盐因其生理酸性不宜单独施用时和
硫酸盐轮施 。 许多矿石中都含有可允许数量
的重金属 ,它们在矿岩粉碎中被释放出来 。 可
是 , 施用这些原料 因其用量 比石灰石大的多
( 5 0 0 0一 6 o o o k g h a 一 , ) 以及在大范围内持续
施用 ,其费用也很大 。从众多可能的矿物中选
择适宜的原料 ,常常也是一个 问题 。 ③
(上接第 5 3 页 )
后幼苗生长的高度增加了 15 % 。 在不列颠哥
伦比亚的温哥 华半 岛进行的一系列试验表
明 ,高度生长效应为 12 % ~ 31 % 。 在 R F N R P
设置的试验中 , 研究开始时所采集土样的理
化性质与树木 4 年 和 6 年生的生长效应相
关 ,在矿质土壤和森林地表中的全 N 和可矿
化 N ,可提取磷 、 全硫和无机硫以及其它元素
含量与形态 ,均与北美黄杉的生长和反应呈
不同程度的相关 。
3 太平洋西 北部森林施肥 的实
践
在太平洋西北部 , 森林管理者将施肥作
为造林的措施之一 , 以提高木材产量 。施肥按
照 R F N R P 和其它研究项 目获得的生长效应
资料为基础 。 太平洋西北部现行的施肥规范
要求是 : 每公顷施 N 肥量为 2 4 k g , 以颗粒尿
素形式 ,用飞机施于北美黄杉林地 。 施肥的典
型林地是生长于中等质量立地 、 林分为树龄
大于 20 年的北美黄杉疏伐林或非疏伐林 。
在简要论述施肥的立地和林分时 , 大多
数结果表明 , 所有 的施肥都与商业性疏伐或
未成商品材前的疏伐有关 . 而对收获前 (最后
收获前 7~ 20 年 )施肥应优先考虑 。 一般来
说 , 随着地位级的升高 ,施肥量依次降低 。
1 9 8 5一 19 8 6 年 , 用直升飞机施肥 , 连 同
肥料费在内 ,每公顷平均 为 1 3 美元 。
今夭 ,商业性的疏伐和施肥 ,规定的栽植
密度 不断降低 , 北美 黄杉 的平均 种植 密度
1 9 8 2 年调 查是 1 1 5 6 株 h a 一 , , 1 9 8 6 年为 10 0 6
株 h a 一 , 。 如今 ,成林的管理计划要求在轮伐期
既施用单元肥料又施用复合肥料 。 当考虑施
用复 合肥时 , 应同时计划树木密度控制的限
度 ,这己成为当今栽植树木的一个常规做法 。
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