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氮是植物生长必需的营养元素,国内外学者开展了不同立地条件下杉 (Picea crassifolia Kom.)、桉 (
Eucalyptus robusta Smith) 和杨树 ( Populus simonii var. przewalskii (Maxim.) H. L. Yang) 等树种的施肥研究,探讨不同施肥量对其生长和养分吸收的影响,发现不同树种以及同一树种不同家系和无性系的养分需求存在差异,施用适量氮肥能显著促进林木的生长和养分含量[1-3]。广西4个月尾巨桉 (Eucalyptus urophylla×E. grandis) 无性系广林GL-9号,追施氮肥 (尿素50 g·株−1和复合肥200 g·株−1) 不仅显著提高桉树当年生物量,而且对桉树翌年的生长促进作用更显著[1]。河北2龄毛白杨 (Populus tomentosa Carr.) 造林后每年分2次施入尿素,4个毛白杨无性系 (BT17、B331、S86、1316) 造林后第4年的最佳氮肥(尿素)施用量为289~379 g·株−1[2]。干形决定用材林的价值,也是立木材积的估算因子[4]。径高比是表征树木干形的常用性状之一,施肥通过影响生物量在树干的分配,从而影响径高比。一些研究表明,施肥导致生物量向树干上部积累,呈现出圆柱形树干,径高比减少[5];而另一些研究显示,施肥导致生物量向树干下部积累,表现为锥形树干,径高比增加[6],或对生物量在树干中的分配无影响,径高比不变[7]。 西南桦 (Betula alnoides Buch.-Ham. ex D. Don)是南亚热带速生优良乡土阔叶树种,喜光、耐旱瘠,具有较高的经济和生态价值[8]。氮肥能够显著促进西南桦的生长和养分吸收[9],然而,西南桦造林早期生长和干形对氮肥的响应是否存在无性系差异以及氮肥与无性系是否存在交互作用,仍缺乏深入研究。因此,本研究选择4个生长优良的西南桦无性系开展氮素施肥试验,揭示氮肥、无性系及其交互作用对造林早期生长和干形的影响,从而确定4个无性系的最佳施氮量,为提高西南桦无性系造林早期生长和木材品质提供参考。
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采用裂区试验设计,7个氮(尿素)梯度 (主区):0、50、150、250、400、550、700 g ·株−1,4个西南桦无性系 (副区):C1、C2、C3、C4,平均苗高20 cm,每个副小区8株,4次重复,合计896株。
2013年12月造林,株行距为2 m×3 m,穴规格50 cm×50 cm×50 cm (长×宽×深),主区间采用1年生红椎实生苗作为隔离行,小区间设立1~2个隔离行。施肥方案见表1,N肥为尿素 (N≥46.4%),P肥为过磷酸钙 (P2O5≥ 18%),K肥为氯化钾 (K2O≥ 60%)。所有处理的N肥施用量不同,而P肥和K肥用量一致,P肥每株施500 g过磷酸钙,作为基肥1次性施入;K肥每株施330 g氯化钾,分5次施完。施肥方法采用穴施,即在植株两侧冠沿各挖1个约20 cm深的穴,施肥后立即覆土。
g·株−1 处理
Treatment氮肥总量
Total N fertilizer2013-12-11 2014-09-04 2015-04-28 2015-10-26 2016-07-12 2016-10-28 N肥 P肥 K肥 N肥 K肥 N肥 K肥 N肥 K肥 N肥 K肥 N肥 N1 0 0 500 30 0 60 0 60 0 90 0 90 0 N2 50 50 500 30 0 60 0 60 0 90 0 90 0 N3 150 50 500 30 100 60 0 60 0 90 0 90 0 N4 250 50 500 30 100 60 100 60 0 90 0 90 0 N5 400 50 500 30 100 60 100 60 150 90 0 90 0 N6 550 50 500 30 100 60 100 60 150 90 150 90 0 N7 700 50 500 30 100 60 100 60 150 90 150 90 150 Table 1. The fertilization schedule
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于2014、2016、2018年12月,即造林后第1、3、5年,分别调查西南桦无性系的保存率、树高、胸径、枝下高、冠幅和干形性状 (主干分叉和通直度)。径高比以胸径 (cm) 与树高 (m) 之比来表示,采用Pinyopusarerk等[10]方法估算主干分叉和通直度 (表2)。
项目
Item等级Grade 1 2 3 4 5 6 主干分叉Axis persistence 基部分叉 基部至1/4高分叉 1/4至2/4高分叉 2/4至3/4高分叉 3/4高至顶梢分叉 不分叉 通直度Stem straightness 树干不垂直且>2弯 树干基本垂直且>2弯 树干不垂直且1~2弯 树干垂直且1~2弯 树干较垂直且不弯曲 树干垂直且不弯曲 Table 2. Classification criteria of stem form traits
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由于2016年10月施肥全部结束,因此,本文仅对2016和2018年调查数据进行统计分析。应用 SPSS16.0 软件General Linear Model的Univariate对西南桦无性系的生长和干形性状进行裂区试验设计方差分析,检验氮肥和无性系的效应及其交互作用,若差异显著则在P<0.05水平上进行 Duncan 多重比较[11]。统计分析前,保存率经平方根反正弦转换,主干分叉和通直度经平方根转换。
2.1. 试验设计
2.2. 调查方法
2.3. 统计分析
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由表3可知:造林后第3、5年,氮肥、氮肥和无性系交互作用对保存率的影响均不显著 (P>0.05),而各无性系之间保存率差异显著 (P<0.05)。造林后第5年,无性系C2的保存率最小,比其它3个无性系低21%~33% (表4)。
年份
Year变异来源
Variation
source保存率
Survival
rate树高
H胸径
DBH枝下高
Height to
crown base冠幅
Crown
width径高比
DBH/H
ratio主干分叉
Axis
persistence通直度
Stem
straightness2016 氮Nitrogen 0.955 0.262 0.122 0.660 0.104 0.095 NA NA 无性系Clone P<0.05 P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001 NA NA 氮×无性系Nitrogen×Clone 0.273 0.055 0.154 P<0.01 0.687 0.198 NA NA 2018 氮Nitrogen 0.419 0.309 0.086 0.702 0.406 0.381 0.805 0.698 无性系Clone P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001 氮×无性系Nitrogen×Clone 0.361 0.156 0.439 0.826 0.338 0.056 0.496 0.613 注:NA:无数据。下同。
Note:NA:No data.The same followed.Table 3. ANOVA of early growth and stem form traits of Betula alnoides
年份
Year处理
Treatment保存率
Survival rate/%树高
H/m胸径
DBH/cm枝下高
Height to
crown base/m冠幅
Crown
width/m径高比
DBH/H
ratio主干分叉
Axis
persistence通直度
Stem
straightness2016 N1 64±4a 4.0±0.1a 3.7±0.1a 1.2±0.0a 1.8±0.1a 0.91±0.02a NA NA N2 59±4a 4.1±0.1a 3.9±0.1a 1.2±0.0a 1.9±0.1a 0.94±0.02a NA NA N3 63±4a 4.3±0.1a 4.2±0.1a 1.3±0.0a 2.0±0.1a 0.99±0.02a NA NA N4 55±4a 4.5±0.1a 4.4±0.1a 1.3±0.1a 2.1±0.1a 0.97±0.02a NA NA N5 58±4a 4.2±0.1a 4.3±0.1a 1.3±0.1a 2.1±0.1a 1.01±0.02a NA NA N6 62±4a 4.4±0.1a 4.4±0.1a 1.4±0.1a 2.2±0.1a 1.01±0.02a NA NA N7 59±4a 4.2±0.1a 3.9±0.1a 1.3±0.0a 2.0±0.1a 0.93±0.02a NA NA C1 61±3ab 4.5±0.1a 4.1±0.1b 1.4±0.0a 2.1±0.1ab 0.92±0.01b NA NA C2 67±3a 3.9±0.1c 4.0±0.1b 1.1±0.0b 2.0±0.1b 1.02±0.01a NA NA C3 58±3ab 4.3±0.1ab 4.5±0.1a 1.4±0.0a 2.2±0.1a 1.01±0.01a NA NA C4 53±3b 4.2±0.1b 4.0±0.1b 1.2±0.0b 1.9±0.1c 0.91±0.01b NA NA 2018 N1 59±4a 6.2±0.2a 5.6±0.2a 2.6±0.1a 2.5±0.1a 0.92±0.02a 4.1±0.1a 3.3±0.1a N2 58±4a 6.3±0.2a 6.0±0.2a 2.8±0.1a 2.5±0.1a 0.97±0.02a 4.3±0.1a 3.7±0.1a N3 57±4a 6.9±0.2a 6.4±0.2a 2.7±0.1a 2.7±0.1a 0.95±0.02a 4.3±0.1a 3.9±0.1a N4 43±4a 7.0±0.2a 6.8±0.2a 2.9±0.1a 2.8±0.1a 0.99±0.02a 4.1±0.1a 3.9±0.1a N5 48±4a 7.0±0.2a 6.8±0.2a 2.8±0.1a 2.7±0.1a 1.00±0.02a 4.1±0.1a 4.2±0.2a N6 52±4a 7.0±0.2a 6.7±0.2a 3.0±0.1a 2.5±0.1a 0.99±0.02a 4.1±0.1a 4.0±0.2a N7 50±4a 6.4±0.2a 5.9±0.2a 3.0±0.1a 2.3±0.1a 0.95±0.02a 4.2±0.1a 3.8±0.1a C1 61±3a 7.0±0.1b 6.4±0.1b 3.0±0.1a 2.8±0.1b 0.94±0.02bc 4.3±0.1a 3.5±0.1c C2 41±3b 5.5±0.2c 5.7±0.2c 2.5±0.1 b 2.4±0.1c 1.05±0.02a 3.7±0.1b 3.7±0.1b C3 55±3a 7.8±0.2a 7.5±0.1a 2.9±0.1a 3.0±0.1a 0.98±0.02b 4.5±0.1a 4.4±0.1a C4 52±3a 6.5±0.2b 5.9±0.1c 2.9±0.1 a 2.4±0.1c 0.91±0.02c 4.3±0.1a 3.8±0.1b 注:表中数值为平均值±标准误,同列不同小写字母表示差异显著 (P< 0.05)。
Notes: Values are displayed as mean ±standard error. Treatments without the same small letters in the same column are significantly different between treatments according to Duncan’s multiple range tests at the 5% level.Table 4. Multiple comparison of early growth and stem form traits of Betula alnoides
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由表3可知:造林后第3年和第5年,无性系对西南桦的树高、胸径、枝下高和冠幅的影响极显著 (P<0.001),氮肥和无性系交互作用仅显著影响造林第3年的枝下高 (P<0.01),而氮肥对西南桦造林后生长的影响不显著 (P>0.05)。
表4表明:树高、胸径和冠幅随着施氮量的增加呈现出“增加—稳定—减少”的变化趋势,当施氮肥(尿素)量为250~550 g尿素·株−1时,西南桦的生长表现最好。造林后第5年,无性系C3的生长表现最优,其树高、胸径、枝下高和冠幅分别达7.8 m、7.5 cm、2.9 m和3.0 m,其次是无性系C1和C4,生长最差的为无性系C2。与无性系C2相比,无性系C3的树高、胸径、枝下高和冠幅分别高42%、32%、16%和25%,且差异显著。
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由表3可知:造林后第3、5年,无性系之间径高比及造林后第5年的主干分叉和通直度差异极显著 (P<0.001),而氮肥、氮肥和无性系的交互作用对径高比、主干分叉和通直度的影响均不显著 (P>0.05)。表4表明:与其他无性系相比,无性系C3的干形表现最佳,其主干最通直,分叉部位最高,而径高比处于中等水平,其次是无性系C1和C4,最差的是无性系C2。