高 悅，蘇福聰，梁燕芳，李書玲，朱原立，許宇星，3，唐 健，曹繼釗，吳立潮

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) a.林學(xué)院；b.水土保持與荒漠化防治湖南省高等學(xué)校重點實驗室，湖南 長沙 410004；2.廣西壯族自治區(qū)國有七坡林場，廣西 南寧 530000；3.國家林業(yè)和草原局桉樹研究開發(fā)中心，廣東湛江桉樹林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，廣東 湛江 524022；4.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002）

近20年來，桉樹Eucalyptus在我國廣泛引種栽培，我國桉樹人工林現(xiàn)存5.46×106hm2，廣西是我國桉樹種植時間最早和種植面積最大的地區(qū)。在“十三五”期間，廣西桉樹每年采伐限額3.199 75×107m3，貢獻全國1/4 以上的木材產(chǎn)量[1]。現(xiàn)今桉樹人工林經(jīng)營方式存在輪伐期短（4～6 a）、大面積單一種植和多代連栽的特點，高強度經(jīng)營造成桉樹人工林輸出大量養(yǎng)分[2]、生物量下降、土壤肥力質(zhì)量降低[3]等一系列問題。采伐桉樹使得林地被攜出大量養(yǎng)分，雖有施肥輸入，但對桉樹人工林在多代連栽條件下養(yǎng)分輸入和輸出研究較少。

目前對桉樹人工林生物量的研究取得了部分成果，杜虎等[4]采用樣木回歸分析法和樣方收獲法對桉樹人工林各組分生物量的分配及隨林齡變化規(guī)律進行了研究；付威波等[5]依據(jù)5個不同林齡（1、2、3、5、8 a）共15 塊桉樹樣地的調(diào)查數(shù)據(jù)，建立了以胸徑（D）為單變量的生物量回歸方程；此外，Resquin 等[6]對6年生桉樹人工林不同組分的生物量及其養(yǎng)分含量進行了探討。目前缺少在多代連栽條件下桉樹人工林生物量變化的研究，因此本研究在樣地調(diào)查和樣木收獲法的基礎(chǔ)上，分析4 種不同代次桉樹人工林生物量的分配特征，并構(gòu)建回歸方程估算各代桉樹人工林生物量。桉樹生長主要受所處環(huán)境中的水、肥、氣、熱等因子的影響[7]，可分為環(huán)境因子和土壤肥力因子，環(huán)境因子主要包括：坡位[8]、坡度[9]、海拔等[10-11]；土壤肥力因子主要包括：土壤容重、有機質(zhì)、N、P、K 等[3]。本研究選擇海拔、坡度、坡位、pH 值、土壤容重、土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀作為劃分桉樹林地等級的指標(biāo)，將上述指標(biāo)進行主成分分析篩選主要影響因子，運用層次分析法[12]計算林地質(zhì)量綜合評分，依據(jù)評分值的聚類分析結(jié)果劃分林地等級。

桉樹人工林養(yǎng)分平衡狀態(tài)和桉樹人工林養(yǎng)分循環(huán)二者具有密不可分的關(guān)系，在一定程度上養(yǎng)分循環(huán)包括養(yǎng)分平衡[13]。20世紀(jì)50年代，我國開始對養(yǎng)分循環(huán)進行研究，20世紀(jì)80年代開始有較大發(fā)展，20世紀(jì)90年代對桉樹人工林的養(yǎng)分循環(huán)特征進行探討，結(jié)果表明桉樹人工林土壤養(yǎng)分趨于減少[14]。蘇有文等[15]的研究結(jié)果表明尾巨桉人工幼林有著營養(yǎng)元素利用率較高、歸還速率較慢、周轉(zhuǎn)期長的生物循環(huán)特點。桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分平衡受到生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分輸入量和輸出量的影響，人工林養(yǎng)分存在輸入和輸出2 個過程；當(dāng)養(yǎng)分輸入量大于輸出量時，人工林養(yǎng)分盈余；當(dāng)養(yǎng)分輸入量小于輸出量時，人工林養(yǎng)分虧缺[16-17]。桉樹人工林養(yǎng)分輸入主要包括肥料輸入、凋落物分解歸還、大氣沉降等；養(yǎng)分輸出主要包括桉樹采伐攜出、桉樹凋落物、徑流損失等。參照前人的研究成果[18-20]，養(yǎng)分輸入量減去養(yǎng)分輸出量得到養(yǎng)分存留量。因此本研究假設(shè)：當(dāng)前桉樹人工林養(yǎng)分輸入量小于輸出量，處于虧缺的不平衡狀態(tài)。為驗證假設(shè)，在各代桉樹人工林設(shè)置樣地進行樣地調(diào)查；在調(diào)查的基礎(chǔ)上找出主要影響因子劃分林地等級；以胸徑為自變量，生物量為因變量，構(gòu)建二次項、冪、指數(shù)回歸方程估算桉樹人工林生物量。采集植物、土壤樣品獲知其各項理化性質(zhì)用于研究桉樹人工林養(yǎng)分含量、養(yǎng)分平衡狀態(tài)及其與土壤質(zhì)量指標(biāo)之間的相互關(guān)系。本研究為桉樹可持續(xù)經(jīng)營和營養(yǎng)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西東部、南部。桂東研究地位于廣西國有大桂山林場，屬于低山丘陵地貌，具有典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年積溫6 243℃，年均降水量2 056 mm，有霜期12 d。試驗地土層厚度60～100 cm，土壤為寒武紀(jì)砂巖發(fā)育而來的富鋁濕潤富鐵土[21]。桂南研究地位于廣西國有七坡林場上思分場，地處廣西壯族自治區(qū)南部。屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候，極端高溫39.7℃，極端低溫-2.4℃，年均日照時數(shù)1 896 h，年均氣溫21.7℃，年降水量1 217.3 mm。試驗地處于海拔200～700 m 的多山丘陵地區(qū)，土壤母巖為寒武紀(jì)砂巖發(fā)育而來的紅壤。這兩地氣候相似，水熱條件十分適宜林木的生長發(fā)育，雨量充沛，氣候溫和。

研究區(qū)原為常綠闊葉林，2002—2004年間采伐常綠闊葉林，在煉山整地等經(jīng)營管理措施后開始營造桉樹人工林，研究地輪伐期大致為5 a。人工林株行距2 m×3 m，植苗造林時每株桉樹施用基肥0.25 kg 一次；萌芽更新每株桉樹施用底肥0.25 kg 一次。桉樹生長的前3 a 每年每株追肥0.5 kg，與此同時施用一次有機肥2 kg/株?；?、底肥和追肥的氮磷鉀含量≥30%（配比：N∶P2O5∶K2O 為15∶6∶9），有機肥的氮磷鉀含量≥5%（配比：N∶P2O5∶K2O 為15∶5∶10）。

2 材料與方法

2.1 試驗設(shè)計與樣品采集

在研究地分別選取不同代次桉樹人工林。采伐常綠闊葉林，種植桉樹5年后命名為一代林（FG，經(jīng)營時間為5 a）；上述林地砍伐后進行萌芽更新，生長5年后為命名為二代林（SG，經(jīng)營時間為10 a）；二代林采伐后進行第二次萌芽更新，生長5年后命名為三代林（TG，經(jīng)營時間為15 a）；三代林皆伐煉山后重新植苗造林，生長5年后命名為四代林（OG，經(jīng)營時間為20 a）。采樣時間為2019年7—8月，每代桉樹人工林隨機選取3個樣地，同一代樣地來自就近3 個村落。樣地內(nèi)設(shè)置3 個20 m×20 m 的樣方，共計36 個樣方。對樣地進行調(diào)查，記錄海拔、坡度，測量樣方內(nèi)桉樹樹高、胸徑等。

每個樣方內(nèi)按照S 型采集0～20 cm 表層土壤混合樣500 g，所有土樣帶回實驗室分為鮮土和風(fēng)干土，鮮土放入4℃冰箱保存用于測量土壤全氮。其余樣品風(fēng)干、研磨、過篩后用于土壤化學(xué)性質(zhì)的分析。每個樣方土層 0～10、10～20 cm 處各取3 個環(huán)刀樣品用于土壤物理性質(zhì)的測定。

每個樣方內(nèi)分別選擇3 株與胸徑、樹高相近的桉樹伐倒作為標(biāo)準(zhǔn)木。運用Monsic 分層法[22]，在樹干由下至上的1.3、3.6 m 處為區(qū)段伐開，之后以2 m 為區(qū)段伐開，不足1 m 的樹梢作為梢頭。各段分別稱重、編號，取厚度5 cm 的圓盤帶回實驗室。標(biāo)準(zhǔn)木的樹枝、樹葉、樹皮稱重，分別取500 g 樣品帶回實驗室。植物樣品105℃殺青2 h之后65℃烘干至恒質(zhì)量，分別稱重后計算植物樣品干、鮮質(zhì)量之比，得出含水率用于建立回歸方程估算生物量。

2.2 生物量回歸方程

以胸徑（D）為自變量，桉樹各器官（樹干、樹枝、樹葉、樹皮）干質(zhì)量（W）為因變量構(gòu)建二次項（W=aD2+bD+c）、冪（W=aDb）、指數(shù)（W=aebD）回歸方程，式中a，b，c為回歸系數(shù)[23]。對比3種不同生物量回歸方程，從中挑選出擬合效果最好的回歸方程用于估算桉樹人工生物量。

2.3 樣品測定

植物養(yǎng)分元素測定：N、P、K 用濃硫酸-過氧化氫消煮法，其中N、P 使用全自動間斷化學(xué)分析儀測定，K 用火焰光度計測定。Ca、Mg 使用灰化法利用原子吸收分光光度計測定。土壤樣品物理性質(zhì)：土壤容重用環(huán)刀法測定。土壤樣品化學(xué)性質(zhì)：土壤pH 值，水浸提后用pH 值計測定（1∶2.5=土∶水）。有機質(zhì)用重鉻酸鉀-濃硫酸高溫外熱法使用分光光度計測定。全氮用凱氏定氮法使用全自動間斷化學(xué)分析儀測定。全磷、全鉀用氫氧化鈉熔融法，其中全磷使用全自動間斷化學(xué)分析儀測定，全鉀使用火焰光度計測定。有效磷、速效鉀用Mehlich-3 聯(lián)合浸提法使用原子吸收分光光度計測定[24]。

2.4 林地分等定級

運用主成分分析法從所選擇的海拔、坡位、坡度、pH 值、土壤容重、土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、土壤全磷、土壤全鉀中篩選主要影響指標(biāo)。依據(jù)陳少雄[25]劃分的土壤主要養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，對主要影響指標(biāo)運用層次分析法計算林地質(zhì)量綜合評分值[12]，再使用聚類分析對評分值進行聚類從而劃分等級，最終得到林地分等定級結(jié)果。

式（1）中：EEQ 為林地質(zhì)量綜合評分值。Vi為各項指標(biāo)評分值（0～9）。Wi為主要影響因子的權(quán)重[26]。

2.5 養(yǎng)分平衡狀態(tài)

桉樹人工林養(yǎng)分平衡的計算分為輸入和輸出兩個部分；當(dāng)養(yǎng)分輸入量大于輸出量時，人工林處于養(yǎng)分盈余狀態(tài)；當(dāng)養(yǎng)分輸入量小于輸出量時，人工林養(yǎng)分處于虧缺狀態(tài)。本研究探究桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)主要養(yǎng)分元素的盈虧，可控制的變量只有采取的施肥措施以及桉樹采伐攜出量，養(yǎng)分元素的揮發(fā)、流失沉積等難以控制存在較大誤差，故而將施肥量與上一代養(yǎng)分存留量的和視為養(yǎng)分輸入量，將基于全樹利用的桉樹采伐攜出量視為養(yǎng)分輸出量。

4 個不同代次的桉樹人工林養(yǎng)分存留量計算方法如下：養(yǎng)分存留量FG=養(yǎng)分輸入量FG-養(yǎng)分輸出量FG；養(yǎng)分存留量SG ＝（養(yǎng)分存留量FG ＋施肥量）－養(yǎng)分輸出量SG；養(yǎng)分存留量TG ＝（養(yǎng)分存留量SG ＋施肥量）－養(yǎng)分輸出量TG；養(yǎng)分存留量OG ＝（養(yǎng)分存留量TG ＋施肥量）－養(yǎng)分輸出量OG。式中：FG 為一代林，SG 為二代林，TG 為三代林，OG 為四代林。

2.6 冗余分析

冗余分析（Redundancy analysis，RDA）是一種受約束的主成分分析排序方法。它可以從統(tǒng)計學(xué)角度評估一個或一組變量與另一組多變量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系[27]。紅色箭頭表示生物因素，藍(lán)色箭頭表示環(huán)境因素。二者之間的夾角代表他們之間的相關(guān)性，銳角為正相關(guān)，鈍角為負(fù)相關(guān)。線條所在的象限表示其和排序軸（RDA1，RDA2）之間的相關(guān)性，箭頭和排序軸的夾角表示指標(biāo)與排序軸的正負(fù)相關(guān)性，銳角為正相關(guān)，鈍角為負(fù)相關(guān)。

2.7 數(shù)據(jù)處理

使用單因素方差分析檢驗各代桉樹人工林之間土壤與植物樣品各指標(biāo)的差異性。使用冗余分析探究不同代次桉樹人工林各養(yǎng)分含量與各土壤肥力指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系。使用Excel 2019 軟件進行數(shù)據(jù)的初步處理和相關(guān)表格的制作；使用SPSS 23.0 軟件完成主成分分析及聚類分析；使用Canoco 5.0 for Windows 軟件進行冗余分析；使用Origin 2020 軟件繪圖。

3 結(jié) 果

3.1 各代桉樹人工林生物量及其生物量模型

構(gòu)建的生物量回歸方程相關(guān)系數(shù)R2大于0.8，顯著性P＜0.05，表明可用于生物量估算（表1）。根據(jù)擬合效果選擇最適生物量回歸方程，選擇二次項回歸方程估算各代桉樹人工林生物量，其相關(guān)系數(shù)R2在0.922～0.990 之間，經(jīng)t檢驗達到顯著水平（P＜0.05）。

?程方歸回量物生官器各樹桉和量物生上地林工人樹桉代1 各表Table 1Regression equationsforabove-ground biomassand Eucalyptus organbiomassin plantation of variousgenerationsof Eucalyptus＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05 R2P 0.990**0.951**0.971**0.901*＜0.05 0.975**0.962*＜0.05 0.936*＜0.05 0.825 0.842 0.963**0.906*＜0.05 0.924*＜0.05 0.903*＜0.05 0.924*＜0.05 0.844 0.973**0.812 0.961**0.927*＜0.05 0.956**0.935*＜0.05程方歸回量物生Regressionequation of biomass W=6.708D2-171.13D+1148.3 W=0.002 7D3.85850.935*＜0.05 W=1.634 9e0.2691D W=5.731 5D2-147.14D+993.63 W=0.003 3D3.71510.883 W=1.585 2e0.2595D W=1.072D2-28.788D+196.24 W=0.000 0000010D8.29682520720.960*＜0.05 W=0.001 4e0.5526D W=0.265 4D2-7.1183D+49.147 W=0.000 07619D3.793 19805 W=0.040 6e0.2658D W=0.361 7D2-9.3132D+64.957 W=0.006 1D2.5960.888 W=0.452 6e0.181D W=2.3701D2-53.855D+350.84 W =0.0201D3.04410.911*＜0.05 W =3.1778e0.2119D W=-4.6521D2+144.21D-1047.4 W=0.067D2.553 30.853 W=4.729 2e0.177D W=-0.5665D2+17.045D-124.37 W =0.0003D3.46210.824 W=0.099 5e0.2388D W=0.084 1D2-1.838D+10.707 W=0.000 002D5.0517740.928*＜0.05 W=0.010 6e0.3507D W=0.005 7D2+1.7503D-19.637 W=0.000 061D4.35 21150.937*＜0.05 W=0.080 6e0.3064D回Typeofregression型類程次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)方二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指歸equation桉Eucalyptus位物物部生干枝生干枝樹parts上量葉Leaf Biomass樹Trunk樹Branch樹皮Bark樹上量葉Leaf樹皮Bark樹地地Biomass樹Trunk樹Branch次代Generation SG OG。異差性著＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＞0.05＞0.05＜0.05顯R2P 0.912*＜0.05 W=0.017 9D1.94520.926*＜0.05 0.911*＜0.05 0.943*＜0.05 0.929*＜0.05 0.943*＜0.05 0.922*＜0.05 0.924*＜0.05 0.925*＜0.05；P：0.973**0.976**0.795 0.983**0.973**0.873 0.892 0.973**0.962**0.894 0.958**0.817 0.971**0.627 0.985**R2＞0.95）程（*：R2＞0.9，**：方數(shù)歸系關(guān)回相量物生Regressionequation of biomass W=8.854D2-218.33D+1398.8 W=0.003 9D3.80380.888 W=1.758 3e0.2787D W=-2.5132D2+77.006D-516.63 W=0.836 2D1.62710.826 W=12.112e0.1149D W=-0.1253D2+3.8168D-25.505 W=0.409 3e0.1424D W=0.237 9D2-5.7534D+36.114 W=0.000 01349D4.580 99740 W=0.02e0.33D W=-0.0304D2+2.1047D-16.667 W=0.004 4D2.77310.958**W=0.403e0.199 2D W=-2.9359D2+94.549D-682.53 W=0.065 7D2.5960.906 W=4.794 5e0.1824D W=-3.8082D2+116.01D-820 W=0.169 4D2.18030.834 W=6.271 5e0.1527D W=-0.9034D2+26.128D-186.03 W=0.000 0000007D8.15341673490.647 W=0.000 5321321e0.5733218154D W=0.236D2-6.2332D+42.114 W=0.000 00258D4.974 30669 W=0.009 77771e0.348 10925D W=0.0266D2+0.053D-1.258 8 W=0.009 7D2.34 27 W=0.476e0.162 8D；R2 ：林代四，OG：型林類代程次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)次數(shù)三方二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指二冪指歸equation，TG：回Typeof regression林代桉Eucalyptus二位量量部物干枝物樹Trunk parts上Biomass生樹Trunk樹Branch葉Leaf皮Bark上Biomass生干樹Branch枝樹樹樹葉Leaf樹皮Bark樹，SG：林地地代一次FG:First-generation plantation,SG:Second-generationplantation,TG:Third-generation plantation,OG:Fourth-generationplantation; R2 :Correlationcoefficient(*: R2＞0.9,**: R2＞0.95);P:Significantdifference.代Generation FG TG? FG：

各代桉樹人工林樹干生物量存在顯著性差異（P＜0.05），一代林生物量為104.79 t·hm-2，二代林為126.61 t·hm-2，三代林為93.68 t·hm-2，四代林為98.17 t·hm-2，其中二代林高于其他代次，樹干在地上生物量的占比達80%以上（表2）。各代樹枝生物量存在顯著性差異（P＜0.05），一代林樹枝生物量為5.13 t·hm-2，二代林為9.85 t·hm-2，三代林為3.24 t·hm-2，四代林為5.11 t·hm-2。樹葉差異性不顯著（P＞0.05），其生物量隨代次增長呈現(xiàn)下降趨勢。各代地上生物量總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢（P＜0.05），其中二代林最高達到151.11 t·hm-2。一、二代林比三、四代林生物量多，除樹葉生物量外，一代林至二代林生物量上升，二代至三代林生物量下降，三代林至四代林生物量略有上升（表2）。

表2 各代桉樹人工林各器官生物量和地上生物量?Table 2 Organ biomass and above-ground biomass of various generations of Eucalyptus plantations

3.2 各代桉樹人工林養(yǎng)分含量

各代桉樹人工林各器官養(yǎng)分含量隨代次增長呈現(xiàn)先升后降趨勢，表明林地土壤供肥能力下降（表3）。樹干中N 的含量存在顯著性差異（P＜0.05），最高的二代林達到了6.29 g·kg-1。樹干中Ca 的含量各代之間存在顯著性差異（P＜0.05），含量隨代次呈現(xiàn)下降趨勢。二代林樹枝中N 的含量達到7.45 g·kg-1，各代之間存在顯著性差異（P＜0.05）。樹枝中Ca 的含量各代之間存在顯著性差異（P＜0.05），含量隨代次增長呈下降趨勢。樹葉相較其他器官其養(yǎng)分含量最高，樹葉中P 的含量各代林之間無顯著差異（P＞0.05），N、K、Ca、Mg 各代林之間存在顯著性差異（P＜0.05），其中K 的含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，Ca 的含量呈現(xiàn)逐代下降的趨勢，Mg 呈先降后升的趨勢。樹皮中除K 外其他養(yǎng)分含量均有顯著性差異（P＜0.05），P 的養(yǎng)分含量隨代次增長呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢（表3）。

表3 各代桉樹人工林各器官養(yǎng)分含量Table 3 Nutrient concentration in organs of Eucalyptus plantation of various generations

3.3 養(yǎng)分輸出量

采伐桉樹輸出大量養(yǎng)分，尤其是N、P、K大量流失。本研究所研究的養(yǎng)分平衡建立在全樹利用，并忽略大氣沉降、土壤微生物自身固氮和徑流損失等因素前提下。各代桉樹人工林養(yǎng)分輸出量除P 外，N、K 均存在顯著性差異（P＜0.05）。N 從一代林至四代林養(yǎng)分輸出量為：757.62、1020.26、654.94、583.16 kg·hm-2。P 從一代林至四代林養(yǎng)分輸出量為：71.55、116.64、77.89、87.13 kg·hm-2。K 從一代林至四代林養(yǎng)分輸出量為：159.73、244.24、112.79、133.5 kg·hm-2。養(yǎng)分輸出量總體呈現(xiàn)隨代次先上升后下降的趨勢，二代林養(yǎng)分流失量最多（圖1）。

圖1 各代桉樹人工林N、P、K 養(yǎng)分輸出量Fig.1 Nutrient output of N,P,and K from various generations of Eucalyptus plantation

3.4 養(yǎng)分輸入量

各代桉樹人工林施肥方式、施用量和經(jīng)營管理方式基本一致。根據(jù)肥料配比和施用量，通過計算可得肥料輸入桉樹人工林中的N 元素為520.31 kg·hm-2；P2O5施用量為202.58 kg·hm-2，其中P 元素施用量為88.45 kg·hm-2；K2O 施用量為317.74 kg·hm-2，其中K 元素施用量為263.65 kg·hm-2。

桉樹人工林N、P、K 的養(yǎng)分輸入量在代次間均具有極顯著差異（P＜0.01），N 的養(yǎng)分輸入量隨代次增加表現(xiàn)出下降趨勢（圖2A），P 呈先上升后下降再上升的趨勢（圖2B），K 呈現(xiàn)逐代上升的趨勢（圖2C）。各代桉樹人工林N 的養(yǎng)分輸入量分別為：一代林為520.31 kg·hm-2、二代 林283 kg·hm-2、三 代 林-216.95 kg·hm-2、四 代林-351.57 kg·hm-2。P 的養(yǎng)分輸入量分別為：一代林88.45 kg·hm-2、二代林105.34 kg·hm-2、三代林77.15 kg·hm-2、四代林87.71 kg·hm-2。K 的養(yǎng)分輸入量分別為：一代林263.65 kg·hm-2、二代林367.58 kg·hm-2、三 代 林386.99 kg·hm-2、四代林537.85 kg·hm-2。桉樹人工林在連續(xù)多代種植下，N的養(yǎng)分輸入經(jīng)過2 代經(jīng)營后出現(xiàn)輸入不足。

圖2 各代桉樹人工林N、P、K 養(yǎng)分輸入量Fig.2 Nutrient input of N,P,and K from various generations of Eucalyptus plantation

3.5 養(yǎng)分存留量

桉樹人工林N、P、K 的養(yǎng)分存留量在代次間均具有顯著差異（P＜0.05），N 與P 的養(yǎng)分處于虧缺狀態(tài)（圖3）。N 的養(yǎng)分虧缺隨代次增加表現(xiàn)出逐代上升的趨勢，其養(yǎng)分存留量分別為：一代林-237.71 kg·hm-2、二代林-737.26 kg·hm-2、三代林-871.88 kg·hm-2、四代林-934.73 kg·hm-2。P 的養(yǎng)分存留量隨代次增加總體上表現(xiàn)出下降的趨勢，其養(yǎng)分存留量分別為：一代林16.89 kg·hm-2、二代林-11.30 kg·hm-2、三代林-0.74 kg·hm-2、四代林0.58 kg·hm-2。K 的養(yǎng)分存留量隨代次增加呈現(xiàn)出上升的趨勢，三、四代林的養(yǎng)分存留量顯著上升，其養(yǎng)分存留量分別為：一代林為103.92 kg·hm-2、二代林123.34 kg·hm-2、三代林274.2 kg·hm-2、四代林404.35 kg·hm-2。

圖3 各代桉樹人工林N、P、K 養(yǎng)分存留量Fig.3 Nutrient stocks of N,P,and K from various generations of Eucalyptus plantation

3.6 各代桉樹人工林林地質(zhì)量等級劃分

對影響因子進行主成分分析，最終篩選出的主要影響因子為：海拔、坡位、土壤有機質(zhì)、土壤全鉀、土壤速效鉀、土壤有效磷。由圖4可知，林地質(zhì)量等級隨代次增加呈先升后降的趨勢。圖中點的大小表示分值的高低，顏色由綠變紅表示等級由高到低。共劃分了3 個等級：一代林主要由2 等林地組成；二代林主要由1 等林地組成；三代林主要由2 等林地組成，出現(xiàn)了3 等林地；四代林由2 等及3 等林地組成。

圖4 各代桉樹人工林林地分等定級結(jié)果Fig.4 Results of grading of Eucalyptus plantation stands of various generations

3.7 各代桉樹人工林養(yǎng)分濃度與林地土壤質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系

圖中紅色箭頭為桉樹各器官養(yǎng)分濃度，藍(lán)色箭頭為土壤各項指標(biāo)（圖5）。RDA1 解釋了36.84%的變化，RDA2 解釋了33.03%的變化，二者合計解釋了69.87%的方差變化（P=0.006）。SAK、SAP 和N4、K2 有很強的相關(guān)性。SBD、STK 和N3、K3 有很強的相關(guān)性。pH 值與P4 有很強的相關(guān)性。STN、SOM 與Ca、N1 的相關(guān)性很強。

圖5 各代桉樹人工林養(yǎng)分和土壤各指標(biāo)之間的冗余分析Fig.5 Redundancy analysis between nutrient and soil indicators in Eucalyptus plantations

4 討 論

4.1 短周期經(jīng)營桉樹人工林生物量變化和養(yǎng)分虧缺狀況

研究發(fā)現(xiàn)桉樹人工林短周期高強度多代連栽經(jīng)營下，生物量隨代次增加呈現(xiàn)先升后降再上升的趨勢（表2）。這表明人工林多代連栽后生物量會有所減少，導(dǎo)致養(yǎng)分輸出量產(chǎn)生先上升后下降的變化趨勢（圖1）。一代林至二代林生物量增加這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能是二代萌芽林根系發(fā)達，吸收能力強；以及一代林生長改善林地土壤質(zhì)量，土壤質(zhì)量變好從而生物量上升[28]。三代林生物量下降的原因也許是林地土壤肥力質(zhì)量變差導(dǎo)致肥力不足（圖4），供肥能力降低因此桉樹長勢變差；其次桉樹多代連栽導(dǎo)致萌芽更新能力變?nèi)鮗29]。四代林相較三代林生物量略有上升但低于一代林，這大概是煉山、重新整地等措施提升土壤肥力質(zhì)量，其次四代林重新植苗增強了桉樹生長能力[30]。

桉樹人工林多代連續(xù)種植的經(jīng)營模式下，N、P、K 養(yǎng)分存留量各代之間具有顯著差異性（P＜0.05）。研究發(fā)現(xiàn)各代桉樹人工林N 處于養(yǎng)分虧缺狀態(tài)，P 在二、三代林處于養(yǎng)分虧缺狀態(tài)，一、四代林處于盈余狀態(tài)但四代林的養(yǎng)分存留量僅有0.58 kg·hm-2，四代林基本維持在平衡狀態(tài)。K 處于養(yǎng)分盈余狀態(tài)，且呈現(xiàn)逐代上升的趨勢，K 的養(yǎng)分存留量與養(yǎng)分輸入量變化趨勢基本一致（圖3）。這表明多代連栽桉樹人工林使得林地輸出大量N 與P。在施肥量、施肥方式基本一致的情況下，N 每代都處于虧缺狀態(tài)，表明養(yǎng)分輸入不足而養(yǎng)分輸出較多。有研究表明[31]營造桉樹-馬占相思混交林不僅可提升N 養(yǎng)分輸入，而且可促進林分生長提高生物量，因此今后可適當(dāng)營造混交林改變單一種植桉樹現(xiàn)狀。但營造混交林成本較高，管理難度較大，經(jīng)濟效益較低。P 的養(yǎng)分存留量總體上維持在養(yǎng)分平衡狀態(tài)，但二、三代林處于養(yǎng)分虧缺狀態(tài)，與呂小燕[32]的研究結(jié)果一致。這表明在P 養(yǎng)分輸入充足的條件下，為提高養(yǎng)分存留量應(yīng)采取保留桉樹采伐剩余物、延長輪伐期等措施以減少養(yǎng)分輸出。K 的養(yǎng)分輸入與養(yǎng)分存留均呈現(xiàn)逐代上升的趨勢，表明多代連栽桉樹沒有使土壤中K 被大量攜出。胡厚臻[33]運用DRIS 營養(yǎng)診斷技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)巨尾桉在低氮水平下，磷肥與鉀肥互為拮抗作用，而本研究中P 的養(yǎng)分處于基本平衡狀態(tài)，因此K 的養(yǎng)分會出現(xiàn)逐代上升的盈余狀態(tài)。

4.2 短周期經(jīng)營后土壤肥力質(zhì)量變化

一代林至四代林林地等級逐代下降，暗示林地土壤肥力質(zhì)量會隨著桉樹短周期多代連栽下降（圖4）。也許是長期不合理施用化肥和樹種選擇性吸收土壤養(yǎng)分，造成土壤中部分營養(yǎng)元素缺失嚴(yán)重[34]，導(dǎo)致土壤肥力質(zhì)量變差。此外，桉樹長期種植會使土壤容重增加使得土壤總體的涵養(yǎng)水源的能力變差，其次桉樹多代連栽使得土壤中養(yǎng)分含量減少也是林地土壤質(zhì)量變差的重要原因[35]。桉樹各器官N、P、K 的養(yǎng)分濃度分別與STN、STP、STK、SAP、SAK 具有很強相關(guān)性（圖5）。為減少養(yǎng)分流失，可以平鋪方式保留采伐剩余物歸還養(yǎng)分至林地[36]。此外主要影響林地土壤肥力質(zhì)量的是坡度、坡位等環(huán)境因子[37-38]以及土壤肥力質(zhì)量各項指標(biāo)，若想提高林地生產(chǎn)力、改善林地土壤質(zhì)量，改變環(huán)境因子難度較大，可采取措施提升土壤肥力。因此想要維持桉樹人工林長期生產(chǎn)力做到可持續(xù)利用，可增加施用有機肥[39]，其不僅增加土壤中N、P、K 含量，還可提升土壤中有機質(zhì)含量進而提高林分生產(chǎn)力。

4.3 對管理工作的啟示

面對當(dāng)前養(yǎng)分虧缺、桉樹從林地帶走大量養(yǎng)分的現(xiàn)狀，一方面要增加養(yǎng)分輸入，另一方面要減少養(yǎng)分輸出。增加養(yǎng)分輸入的措施有：對不同林地進行測土配方施肥，依據(jù)土壤質(zhì)量有針對性去施肥；將無機肥適當(dāng)替換為對生態(tài)環(huán)境更友好的有機肥，既保護環(huán)境又可提升桉樹人工林生產(chǎn)力。為減少養(yǎng)分輸出可將輪伐期延長至6 a[40]，通過凋落物養(yǎng)分的歸還作用增加土壤養(yǎng)分含量；減少物理撫育措施如煉山等對土壤的破壞；營造馬占相思-桉樹混交林用以維持林地養(yǎng)分平衡[31]。

4.4 展 望

本研究通過時空轉(zhuǎn)換法對4 個不同代次的桉樹人工林養(yǎng)分輸入與輸出進行研究，雖然桉樹經(jīng)營時間跨度為20 a，但受時間所限每個代次僅研究了第5年，沒有對多代連續(xù)林齡序列（1～20 a）桉樹人工林進行研究。此外，沒有考慮桉樹凋落物以及采伐剩余物對人工林養(yǎng)分輸入和輸出的影響。另外，由于桉樹（5 a）根系發(fā)達且深植于土壤中，致使獲取難度較大，因此并未估算樹根生物量。在后續(xù)研究中，可進行長期定位觀測，獲取連續(xù)林齡序列桉樹人工林的生物量、養(yǎng)分含量、凋落物和采伐剩余物分解等相關(guān)數(shù)據(jù)進一步研究多代連栽桉樹的可持續(xù)經(jīng)營模式。

5 結(jié) 論

當(dāng)前短周期多代連栽桉樹人工林高強度經(jīng)營方式存在不合理之處，經(jīng)營可持續(xù)性較差。本研究通過建立生物量方程估算各代桉樹人工林生物量，發(fā)現(xiàn)隨代次增加人工林生物量整體呈下降趨勢，表明多代連栽經(jīng)營方式并不可持續(xù)。忽略大氣氮沉降和徑流損失等相關(guān)因素前提下，基于全樹利用的養(yǎng)分輸出量呈先升后降的趨勢，與人工林生物量變化趨勢基本一致；基于各代桉樹人工林施肥量研究表明桉樹人工林養(yǎng)分不平衡，養(yǎng)分輸入量小于養(yǎng)分輸出量，特別是氮和磷處于養(yǎng)分虧缺狀態(tài)，因而表明林地土壤流失大量養(yǎng)分。桉樹人工林林地等級總體降低表明當(dāng)前高強度、大面積單一種植、多代連栽經(jīng)營方式使得林地土壤肥力質(zhì)量變差，供肥能力減弱。為扭轉(zhuǎn)養(yǎng)分不平衡狀況，提升林地土壤肥力質(zhì)量，建議延長輪伐期減少養(yǎng)分輸出；改變肥料配比增加氮和磷的養(yǎng)分輸入；提高有機肥施用量相應(yīng)減少無機肥施用，提高土壤肥力質(zhì)量。通過探討各代桉樹人工林養(yǎng)分平衡狀況，本研究可為桉樹可持續(xù)高效經(jīng)營提供理論指導(dǎo)，為今后更好地經(jīng)營利用桉樹提供技術(shù)支撐。