全 文 ：林业科学研究　2008, 21 (3) : 419～423
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2008) 0320419205
三倍体毛白杨无性系人工林林地土壤养分消耗与林木生长研究
赵雪梅 1 , 王海燕 13 , 孙向阳 1 , 邹 　妍 1 , 康向阳 2
(1. 北京林业大学水土保持学院 ,北京　100083; 　2. 北京林业大学生命科学与技术学院 ,北京　100083)
关键词 :三倍体毛白杨 ;土壤养分 ;地力衰退 ;林木生长
中图分类号 : S792·117　　　　　献标识码 : A
收稿日期 : 2007209227
基金项目 : “十一五”国家科技支撑项目 (2006BAD32B02201) ,国家林业局专项课题 (2006266) ,北京林业大学研究生基金资助
作者简介 : 赵雪梅 (1977—) ,女 ,硕士研究生 ,主要从事植物营养生理等研究. E2mail∶zhaojiadaxiaojie@163. com3 通讯作者 :王海燕 ,女 ,副教授 ,从事植物营养、土壤污染等研究. E2mail∶haiyanwang72@yahoo. com. cn
Annua l Change of So il Nutr ien ts in Tr iplo id Popu lus tom en tosa
Plan ta tion and Its Correla tion w ith Tree Growth
ZHAO Xue2m ei1 , WANG Hai2yan13 , SUN X iang2yang1 , ZOU Yan1 , KANG X iang2yang2
(1. School of Soil and W ater Conservation, Beijing Forestry University, Beijing　100083, China;
2. School of B iological Sciences and B iotechnology, Beijing Forestry University, Beijing　100083, China )
Abstract: Sp lit2p lot field experiment with 22year2old trip loid Populus tom en tosa clone S1, S6, S8 and S11 as
experimental materials and dip loid clone S10 as control was carried out in W ei County, Xintai City, Heibei
Province. Annual change of soil nutrients in different p lantation and tree growth indices of height, DBH and volume
were determ ined. The results showed that soil pH increased and the content of organic matter decreased obviously in
a year. Total N , available N, total P, available P, and total K decreased to some extents, while no regulation was
found for available K. D ifferent clones had no significant effect on the decline of the soil nutrients. Compared with
the control S10, the trip loid Populus tom entosa grew much better and took up more soil nutrients, with S8 as the
best and followed by S1 and S6.
Key words: 　trip loid Populus tom entosa; soil nutrients; soil degradation; tree growth
　　三倍体毛白杨因其速生、轮伐期短的特点 ,被广
泛地用于造纸纸浆、胶合板材、纤维板材等工业 ,并
在我国的山东、河北、辽宁、内蒙古等地开展了广泛
的引种与规模化栽培 [ 1 ]。在大力发展三倍体毛白杨
人工林的同时 ,其地力衰退问题也日渐突出 ,影响着
人工林的稳定性和育林实践的研究。近年来 ,人们
对三倍体毛白杨人工林的引种栽培、造林技术、生长
特性等方面研究较多 [ 2 - 9 ] ,对于林地土壤养分的需
求、消耗情况则多见于毛白杨 ( Popu lus tom entosa
Carr. )人工林林地 [ 10 - 11 ] ,而针对三倍体毛白杨人工
林林地土壤养分研究却鲜有报道 ,所以了解三倍体
毛白杨人工林林地土壤养分消耗特点及树木生长情
况等 ,不仅可以及时指导林业生产 ,调整施肥方式 ,
更有助于三倍体毛白杨纸浆林产业化的发展。本文
通过对 2年生三倍体毛白杨胸径、树高生长情况的
调查 ,比较了三倍体毛白杨相对于二倍体的优势性 ,
找出了适宜当地种植的三倍体毛白杨品种 ,同时对
林地土壤养分的年消耗特点进行了分析 ,以期为林
地土壤施肥和养分管理提供依据。
1　研究地概况
试验地位于河北省邢台威县 (113°52′～115°49′
E, 36°50′～37°N )。境内地势平坦 ,气候为暖温带
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
大陆性半干旱季风气候 ,年平均降水量 584 mm左
右 ,集中在夏末秋初 ,年平均温度 13 ℃,最冷月份 (1
月 )平均气温 - 2. 3 ℃,极端最低气温 - 19 ℃,最热
月份 (7月 )平均气温 26. 9 ℃,极端最高气温 42. 5
℃,无霜期 198 d,全年日照 2 574. 8 h。浅层地下水
平均埋深 15. 12 m,深层地下水平均埋深 52. 81 m。
试验地地势平坦 ,土壤为砂壤质潮土 , pH值为 8. 26,
有机质含量为 3. 92 g·kg- 1 ,全 N含量为 0. 161 6 g
·kg- 1 ,碱解 N含量为 35. 85 mg·kg- 1 ,全 P含量为
0. 55 g·kg- 1 ,速效 P含量为 10. 02 mg·kg- 1 ,全 K
含量为 14. 07 g·kg- 1 ,速效 K含量为 56. 74 mg
·kg- 1。
试验地于 2005年 4月种植三倍体毛白杨无性
系 S1、S6、S8、S11 ( 2 n = 3 x = 57) , S1、S8亲本组合
为毛新杨 ×毛白杨 ( ( P. tom en tosa Carr. ×P. bolleana
Lauche) ×P. tom entosa Carr. ) , S6、S11亲本组合为
银腺杨 ×毛白杨 ( ( Populus a lba L. ×P. g landu losa
Dode) ×P. tom entosa Carr. ) ,结合自然大花粉低温
干燥 + 600目过筛 +γ射线辐射处理花粉 ,最终筛选
获得 [ 12 ] ,其中各无性系间基因型不同。以二倍体毛
白杨 S10 (2n = 2x = 38)为对照。采用 7种种植密度
A1 (2 m ×2 m)、A2 (2 m ×3 m )、A3 (2 m ×3. 5 m )、
A4 (3 m ×4 m)、A5 (2 m ×4 m)、A6 (2 m ×5 m )、A7
(3 m ×3 m)。试验地总面积 8 190 m2 ,树木种植采
用裂区设计 ,以密度因子为主处理、品种因子为副处
理 ;试验重复 3次 ,主副区内各因素都采取随机区组
排列。本文侧重探讨了 A4 (3 m ×4 m )种植密度下
三倍体毛白杨人工林的土壤养分年消长变化及不同
无性系毛白杨林木生长情况 ,关于其他种植密度差
异对土壤养分变化的影响将在另文中做论述。
2　研究方法
土壤样品分别于 2005年 10月下旬及 2006
年 10月下旬到试验地采集 ,由于幼龄毛白杨根
系分布的特点 [ 13 ] ,主要选择 0～20 cm 层次土壤
样品进行测定分析。每次取样在小区中选取 3株
标准木 ,在其东侧 40 cm处固定地点用土钻采集 ,
剥离枯落物后将 3 份土样均匀混合 ,带回实验
室 ,经风干、磨细、过筛 ,进行相关化学性质的测
定。测定项目包括 : 有机质 (重铬酸钾外加热
法 ) ; 全 N (凯氏法 ) ; 碱解 N (扩散法 ) ; 全 P
( HC lO4 2H2 SO4法 ) ;速效 P (钼锑抗比色法 ) ; 全
K、速效 K (火焰光度计法 ) ; pH 值 (酸度计法 ) 。
树高 H用测高仪测量 ,胸径 ( D1. 3 )用胸径尺测
量 ,材积采用实验形数法计算 V = g1. 3 ( H + 3 )
fЗ[ 14 ] ( g1. 3胸高横断面面积 , fЗ实验形数 ) 。
3　结果与分析
3. 1　无性系人工林林地土壤化学性质变化情况
3. 1. 1　无性系人工林林地土壤 pH值变化情况 　
三倍体毛白杨无性系人工林中 ,不同林地土壤 pH
值 1 a后均呈现碱性增强变化 (见图 1) ,全部无性系
林地土壤中 pH值平均由 8. 26升至 8. 73。pH值的
升高除了受土壤有机质的减少 ,降水、灌溉、耕作等
条件的影响外 [ 15 ] ,还与植物根系对土壤中 N元素的
吸收有关。土壤中水溶性的 N 以 NH 4 + - N 和
NO -3 - N为主 [ 16 ] ,但 NH 4 + - N易被胶体吸附 ,不易
流失 ,甚至被固定在粘土矿物的晶格中 ,形成“固定
态铵 ”,对植物无效 ,所以 NO -3 - N才是植物速效养
分和土壤溶液的主要成分。植物对 NO -3 - N的吸
收需要根系分泌 OH - 来维持细胞膜外的电荷平衡 ,
这样致使大量 OH - 进入土壤溶液 ,导致根系周围
pH值上升 ,影响土壤酸碱性。这种变化趋势将导致
土壤中多种养分元素的有效性降低 ,影响土壤养分
的供应 ,对树木生长不利。经方差分析表明 : 1 a后 ,
S11、S10无性系林地土壤 pH值比 S6、S8、S1变化显
著 ( F = 12. 76 > F0. 05 = 3. 11) ,而 S6、S8、S1之间无
明显差异 ,即不同无性系毛白杨在生长过程中对土
壤酸碱性变化影响显著。
3. 1. 2　无性系人工林林地土壤有机质变化情况 　
有机质是土壤中各种养分元素 ,特别是 N、P的重
要来源 ,它是衡量土壤肥力高低的重要指标。 1 a
后 ,毛白杨林地有机质均值由 3. 92 g·kg- 1下降
至 1. 43 g·kg- 1 ,对有机质消耗最多的三倍体毛
白杨是 S1 ,下降量为 3. 96 g·kg- 1 ,而二倍体 S10
对有机质消耗最少 ,降幅为 1. 61 g·kg- 1 ,二者差
值达 2. 35 g·kg- 1 (见图 2 ) 。虽然不同无性系毛
白杨林地有机质年消耗量没有呈现显著性差异
( F = 0. 55 < F0. 05 = 3. 11 ) ,但这种变化特点也体
现了三倍体毛白杨在保证其速生性的同时 ,对土
壤中有机质含量的要求明显高于二倍体。
3. 1. 3　无性系人工林林地土壤 N、P、K元素变化情
况 　N、P、K是植物三要素 ,多以离子的形式由根系
从土壤中吸收。无性系人工林中土壤全 N含量均值
由 0. 161 6 g·kg- 1下降至 0. 118 6 g·kg- 1。下降
024
第 3期 赵雪梅等 :三倍体毛白杨无性系人工林林地土壤养分消耗与林木生长研究
量由大到小依次为 : S11 > S6 > S10 > S1 > S8,极差为
0. 048 g·kg- 1 (见图 3)。这种变化趋势与土壤中有
机质的变化趋势呈正相关 ,也体现了全 N与有机质
空间分布有较好相关性的特点 [ 17 ]。2005年试验地
土壤中碱解 N平均含量为 35. 85 mg·kg- 1 ,到 2006
年下降到 29. 06 mg·kg- 1 ,降幅由大到小依次为 S1
> S10 > S8 > S11 > S6,极差为 5. 43 mg·kg- 1 (见图
4)。不同无性系人工林林地土壤中全 N、碱解 N消
耗量的高低顺序不同 ,但二者的消耗量在无性系间
均未达到显著性差异 ,体现了毛白杨无性系对林地
土壤中全 N、碱解 N含量年变化无显著影响。
2005年无性系人工林林地土壤中全 P含量平
均为 0. 55 g·kg- 1 , 2006年平均含量为 0. 39 g·
kg- 1 ,土壤全 P消耗量由大到小依次为 : S8 > S11 >
S1 > S6 > S10,极差为 0. 02 g·kg- 1 ,各无性系间差
别较小 (见图 5 )。速效 P含量的年均值变化由
10. 02mg·kg- 1下降至 5. 63 mg·kg- 1 ,各无性系间
降幅大小依次为 S11 > S10 > S1 > S6 > S8,极差为
3. 31 mg·kg- 1 (见图 6)。经分析表明 ,不同的毛白
杨无性系林地土壤中全 P、速效 P的年消耗量也未
呈现显著差异。
土壤中全 K含量一般在 16. 6 g·kg- 1左右 [ 18 ]。
本试验地 2005年林地土壤中全 K量平均为 14. 07 g
·kg- 1 ,属于正常范围。 1 a 后土壤中全 K量为
13. 06 g·kg- 1 ,降低量大小关系如下 : S1 > S10 > S8
> S11 > S6 (见图 7) ,但不同无性系土壤中全 K及速
效 K含量变化情况之间无显著差异。同时 ,速效 K
年变化规律性不强 (见图 8) , S1、S8毛白杨林地速
效 K含量年减少 5. 95 mg·kg- 1、4. 43 mg·kg- 1 ,而
S6、S10、S11则呈增加趋势 ,增加量分别为 0. 72 mg
·kg- 1、5. 71 mg·kg- 1、2. 54 mg·kg- 1。有研究表
明 :在相同林地条件下 ,林地土壤碱性强 (pH值 ≥
7. 5) ,则阳离子交换量高 , 根系对 K 的吸附力
强 [ 19 ]。在 S1、S8毛白杨林地中 , pH值年增加量分
别为 0. 36、0. 41,而 S6、S10、S11毛白杨林地中 pH值
年增加量分别为 0. 64、0. 52、0. 65,后者更利于土壤
中 K元素向植物根系富集 ,进而影响了土壤中植物
根系周围 K元素含量的变化。
图 1　pH值年变化
图 2　有机质年变化
图 3　全 N 年变化
图 4　碱解 N 年变化
124
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
图 5　全 P年变化
图 7　全 K年变化
图 6　速效 P年变化
图 8　速效 K年变化
3. 2　无性系人工林树木生长情况
树高和胸径是二项基本的测树因子 ,树高是树
木生长优劣的直接反映 ,同时也反映立地条件的好
差。与树高相比 ,胸径影响林木材积的程度更大 ,因
此也更能影响其蓄积量。由表 1可以看出 : 1 a后 5
个品种毛白杨胸径、树高均有较大增长 ,且品种之间
差异极显著 ( F胸径 = 5. 31 > F0. 01 = 3. 51, F树高 = 6. 12
> F0. 01 = 3. 51, F材积 = 4. 78 > F0. 01 = 3. 51)。经多重
比较显示胸径生长量 S8 > S1 > S6 > S11 > S10,树高
生长量 S8 > S6 > S11 > S1 > S10,材积增长量 S8 > S1
> S6 > S11 > S10。其中 S8长势最好 ,与二倍体 S10
在胸径、树高、材积三方面均呈极显著差异 ; S1在胸
径、树高上与 S10呈极显著差异 ,材积方面呈显著差
异 ; S6与 S10在树高上呈极显著差异 ,在胸径、材积
上呈显著差异。所以在树木引种上三倍体比二倍体
有较强的生长优势 ,尤其 S8、S1、S6都是生长较快、
长势较好的树种。
表 1　不同品种三倍体毛白杨胸径、树高 ( n = 24)
品种
2005年
胸径 / cm 树高 /m
2006年
胸径 / cm 树高 /m
S1 2. 50 ±0. 50 3. 39 ±0. 52 5. 42 ±1. 12 5. 80 ±0. 69
S6 2. 63 ±0. 49 3. 66 ±0. 41 5. 20 ±1. 07 6. 02 ±0. 68
S8 2. 85 ±0. 49 3. 68 ±0. 42 5. 97 ±1. 28 6. 13 ±0. 64
S10 2. 67 ±0. 28 3. 26 ±0. 54 4. 54 ±0. 84 5. 17 ±0. 75
S11 2. 21 ±0. 59 3. 37 ±0. 57 4. 95 ±1. 22 5. 82 ±0. 83
3. 3　土壤养分含量变化与林木生长相关性分析
经方差分析表明 :不同三倍体毛白杨无性系对
林地土壤养分年消耗量无显著影响 ( pH值除外 ) ,
所以分别以林分胸径、树高、单株材积与林分土壤养
分年消耗量做相关性分析 ,以判断土壤养分对林木
生长的影响 ,结果见表 2。
表 2　土壤养分与林木生长相关分析
项目 胸径 树高 材积 有机质 碱解 N 全 N 速效 P 全 P 速效 K 全 K
胸径 1
树高 0. 8383 3 1
材积 0. 9843 3 0. 8443 3 1
有机质 0. 075 0. 123 0. 089 1
碱解 N 0. 176 0. 185 0. 2043 0. 5143 3 1
全 N 0. 035 0. 046 0. 035 0. 4633 3 0. 3933 3 1
速效 P 0. 006 0. 071 0. 003 0. 2343 0. 079 0. 118 1
全 P - 0. 016 - 0. 042 - 0. 025 0. 4083 3 0. 060 0. 2753 3 0. 2033 1
速效 K 0. 002 - 0. 015 0. 014 0. 4223 3 0. 011 0. 116 0. 3183 3 0. 189 1
全 K 0. 017 - 0. 057 0. 019 0. 045 - 0. 123 0. 090 0. 018 0. 2093 0. 087 1
　　3 3 表示 1%水平上显著相关 , 3 表示 5%水平上显著相关
224
第 3期 赵雪梅等 :三倍体毛白杨无性系人工林林地土壤养分消耗与林木生长研究
表中数据体现了林木生长对土壤养分的需求
情况。胸径、树高与材积之间是极显著正相关 ,
有机质、碱解 N、全 N、速效 P与胸径、树高、材积
均呈现正相关 ,其中碱解 N与材积呈现显著正相
关。有机质与碱解 N、全 N、全 P、速效 K呈现极
显著正相关 ,与速效 P呈现显著正相关。碱解 N
与全 N、全 N与全 P、速效 P与速效 K之间均呈现
极显著正相关 ,这些不仅说明土壤养分对树木生
长有极大的促进作用 ,也体现了土壤养分之间存
在明显的增效作用。由于不同无性系林地土壤
养分年消耗量并无显著差异 ,所以毛白杨无性系
在胸径、树高与材积年生长量的差异主要是由自
身遗传特点决定的。
4　小结
(1)本试验地 pH 值在 8. 0～9. 0的碱性范围
内 ,适于三倍体毛白杨的引种 ,但也应注意到 1 a后
土壤呈现碱性增强的这个特点 ,所以在肥料的选择
上宜选用生理酸性肥。
( 2 )不同无性系毛白杨对林地土壤养分的年
消耗量没有显著差异 ,树木胸径、树高、单株材积
生长量的不同主要是由无性系的差异造成 ,其中
无性系 S8生长情况最好 ,二倍体 S10生长情况最
差 ,二者在胸径、树高、单株材积的极差分别为
0. 88 cm、0. 54 m、0. 002 3 m3 ,所以在当地宜选种
三倍体毛白杨无性系 S8。
本实验采用了 2 a的土壤数据 ,虽然已分析出
林地土壤 pH值的变化规律 ,但对于此 4种三倍体毛
白杨无性系在生长过程中 ,对土壤养分消耗的差异
情况还需要做长期的试验分析 ,以期得到更全面的
科学结论。
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