毛白杨速生纸浆林地下滴灌施肥效应研究

发布时间：2017-10-17 05:37

  本文关键词：毛白杨速生纸浆林地下滴灌施肥效应研究

  更多相关文章： 滴灌施肥 三倍体毛白杨 林木生长 生物量 表型可塑性 土壤养分

【摘要】：杨树是重要的速生丰产林建设树种。据统计,我国杨树人工林面积已达757万hm2,位居世界第一,但目前国内杨树人工林产量仍远低于世界平均水平。大量研究证明,良种选育和集约经营管理是实现人工林高产的两条根本途径。并且相比于其他速生丰产林树种,杨树有着更高的养分需求量,尤其是氮营养元素。因此,氮肥管理是提高杨树生产力的重要手段。滴灌施肥作为现代先进的施肥方式,能提高肥料利用效率,减少因施肥造成的环境污染,具有广阔的应用前景。本文以三倍体毛白杨(triploid Populus tomentosa)速生丰产林为研究对象,以制定适宜于滴灌条件下的合理施肥技术体系为目标,研究了不同滴灌施肥策略对毛白杨生长的影响,并从养分利用效率、生物量分配、根系分布特征及林地土壤养分变化等方面探讨滴灌施肥对林木生长产生影响的作用机理,主要研究结果和结论如下：(1)以不同施氮量(N 115 (N115)、230 (N230)和345 (N345) kg·hm-2·a-1)和施肥频率(每年分4次施入(F4)和2次施入(F2))作为参试因素,并设置一个只灌溉不施肥的对照(CK),进行毛白杨速生丰产林滴灌施肥试验,并对林木生长、生物量积累、植株养分含量和N吸收量进行了测定。结果表明,与CK相比,施肥后4、5年生毛白杨林分蓄积量分别平均提高42%和46%,生物量分别提高21%和35%。其中,当施肥量为115kg·hm-2·a-1、生长季内分4次施入时(N115F4处理),其4、5年生林分蓄积分别达24.2和30 m3·hm-2·a-1,较CK分别提高了58%和66%；生物量产量则分别达到8.5和9.1 t·hm-2·a-1,较CK分别极显著提高42%和49%。施肥量对毛白杨生长的促进作用大于施肥频率。Ni15生物量在林分4年生时分别较N230和N345分别显著提高20%和15%；在5年生时,N115较N230提高11%,较N345显著提高18%。施肥频率虽不能引起毛白杨生长的显著变化,但能显著影响其N吸收量：分4次施入时,5年生毛白杨的N吸收量比分2次施入显著提高16%。N115F4处理的肥料利用效率(FUE)高于其他施肥处理。(2)试验条件下,施肥处理的4、5年生毛白杨人工林的N吸收量平均为83.6kg·hm-2·a-1,最高可达112 kg·hm-2a-1;而自然生长条件下,3、4、5年生毛白杨人工林林地的土壤无机N及矿化N量约为60 kg·hm-2a-1,不能满足林木最佳生长的养分需求。初步认为,在滴灌施肥条件下,获得较高产量的适宜施N量范围为148-238kg.hm-2a-1；同时,分4次施入比分2次施入效果好。此外,对不同处理的养分利用效率(NUE)研究发现,滴灌施肥引起林木NUE的明显变化是其对林木生长产生影响的一个重要作用机制。当从土壤中吸收lkg的N时,CK、N115、N230和N345生产的干物质的量分别为50、130、66、30kg。适宜的施肥量水平(N115)能够显著提高植物的NUE,而过高的施肥量(N345)则会降低NUE。(3)滴灌施肥没有改变毛白杨林分叶面积指数(LAI)的年动态变化规律,但与CK相比,其能提高林分LAI；滴灌施肥未显著改变毛白杨的季节生长模式,但能提高其生长旺盛期的胸径生长速率。综上,滴灌施肥能引起林分LAI和茎干直径季节生长模式发生“表观可塑性”的改变。同时,滴灌施肥和降雨对毛白杨茎杆直径的季节生长模式有交互作用,建议在试验地所在地区,当月降雨量大于300 mm时,应考虑林地排水措施。(4)滴灌施肥能引起毛白杨叶与根之间生物量分配的显著变化。与CK相比,施肥处理有着更多的叶分配比例,而对其茎生物量分配无明显作用。因此,在施肥条件下,毛白杨的生长对施肥有着“真实的可塑性”的响应,但可塑性同时受到个体发育的控制,这种个体发育作用与毛白杨对环境因子的响应并不相互排斥。(5)在0-80 cm土层内,毛白杨根系的垂直分布符合指数递减规律。试验条件下,仅有高施N量处理(N345)在0-80 cm各土层中的根长密度均大于CK；施肥处理与CK的根系分布差异密集区在40 cm以下土层,尤其是在60-80 cm土层。施肥频率能对毛白杨的细根分布产生显著影响,F2处理的细根根长密度高于F4处理。毛白杨的细根分布有明显的浅层化特征：0-20cm土层中聚集的细根占0-80 cm土层内的67%-80%。与滴灌施肥处理相比,CK处理在表土层分布有更多的根系。施肥量能对毛白杨细根的平均直径产生明显影响：低施N量处理的细根平均直径相当,而随着土壤深度的增加,高施N量处理的平均直径显著小于CK。施肥量对毛白杨细根比根长的影响较小。毛白杨细根的根长密度与土壤多种养分因子间有明显的正相关关系,各养分因子对根长密度的影响力排序为：速效P、碱解N、有机质和全N。综上,毛白杨根系分布和形态对土壤异质环境的高度可塑性是施肥促进其林分生长的重要机理之一。(6)在滴灌条件下,增加施肥量能显著提高0-80 cm土层内的N03--N含量。低施N量(N115)处理的土壤N03--N含量在生长季内呈现双峰曲线变化,而较高施N量(N230和N345)处理中则呈现多峰变化,尤其是下层土壤中(40-80 cm)。提高施肥频率能使下层土壤(40-80 cm)中的NO3--N含量在生长期内的波动变缓、在时间分配上更均匀,这种作用在施肥量较高时表现得更为明显。在滴灌施肥条件下,当施肥频率较高、而施N量较低时(N115F4),土壤中的N03--N变化与DBH动态变化间存在较好的同步性,意味着DBH的迅速生长需消耗大量的NO3--N养分；同时,这在一定程度上也反应出毛白杨对NO3--N的吸收具有偏好性。因此,N115F4处理能极大促进毛白杨林分生长的一个重要原因就是其土壤养分供给量与林木的生长具有较好的同步性。
【关键词】：滴灌施肥 三倍体毛白杨 林木生长 生物量 表型可塑性 土壤养分
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S792.117
【目录】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-9
• 论文主要引用符号的中英文含义及单位9-10
• 论文表目录10-12
• 论文图目录12-13
• 目录13-17
• 第一章 绪论17-35
• 1. 研究背景、目的及意义17-18
• 2. 国内外研究进展18-34
• 2.1 国内外杨树速生丰产林发展现状18-20
• 2.2 杨树养分管理技术20-27
• 2.2.1 杨树营养诊断20-22
• 2.2.2 杨树对养分的选择及吸收22-23
• 2.2.3 杨树氮吸收量23-24
• 2.2.4 杨树人工林施肥技术24-27
• 2.3 滴灌条件下的土壤养分运移27-29
• 2.3.1 土壤养分运移与分布27-28
• 2.3.2 植物根系分布对滴灌施肥的响应28-29
• 2.4 植物生长对施肥的响应29-34
• 2.4.1 表型可塑性29
• 2.4.2 生物量分配29-34
• 3. 研究内容34-35
• 第二章 研究地概况、研究对象、研究方法及技术路线35-37
• 1. 研究地概况35-36
• 2. 研究对象36
• 3. 研究方法与技术路线36-37
• 第三章 不同滴灌施肥策略对生长的影响37-59
• 1. 引言37
• 2. 测定项目与方法37-41
• 2.1 林木生长37
• 2.2 生物量37-38
• 2.3 植株N、P含量38
• 2.4 N吸收量38
• 2.5 最佳施氮量38-41
• 2.6 数据分析41
• 3. 结果与分析41-55
• 3.1 N肥施用方式对林木生长的影响41-43
• 3.2 N肥施用方式对生物量的影响43-46
• 3.3 N肥施用方式对植株N、P含量的影响46-49
• 3.4 N肥施用方式对N吸收量的影响49-52
• 3.5 滴灌条件下毛白杨适宜施肥量范围52-55
• 4. 讨论55-57
• 4.1 滴灌施肥对毛白杨速生丰产林生产力的影响55
• 4.2 滴灌条件下的适宜施肥策略—林木生长响应55-56
• 4.3 滴灌条件下的适宜施肥策略—N吸收量响应56-57
• 5. 小结57-59
• 第四章 毛白杨生长可塑性对滴灌施肥的响应59-73
• 1. 引言59-60
• 2. 测定项目与方法60-61
• 2.1 胸径生长动态60
• 2.2 叶面积指数(LAI)60
• 2.3 气象数据60
• 2.4 季节生长模式与降雨的关系分析60
• 2.5 施肥与降雨对季节生长模式交互作用60
• 2.6 生物量异速生长分析60-61
• 2.7 数据分析61
• 3. 结果与分析61-68
• 3.1 林地叶面积指数(LAI)季节变化特征61-62
• 3.2 季节生长模式62-64
• 3.3 生物量分配—异速生长分析64-68
• 4. 讨论68-71
• 4.1 表型可塑性对滴灌施肥的响应—季节生长模式68-69
• 4.2 表型可塑性对滴灌施肥的响应—生物量分配69-71
• 5. 小结71-73
• 第五章 毛白杨根系分布对滴灌施肥的响应73-85
• 1. 引言73
• 2. 测定项目与方法73-74
• 2.1 根系取样73-74
• 2.2 根长与根系生物量测量74
• 2.3 根长密度与土壤养分因子的相关关系74
• 2.4 数据分析74
• 3. 结果与分析74-81
• 3.1 根长密度垂直分布特征74-75
• 3.2 根系表面积和生物量垂直分布特征75-76
• 3.3 比根长和根系平均直径76-78
• 3.4 细根根长密度与土壤各养分因子的关系78-81
• 4. 讨论81-84
• 4.1 根系可塑性—滴灌施肥对根系垂直分布的影响81-83
• 4.2 根系可塑性—滴灌施肥对平均直径和比根长的影响83
• 4.3 根系可塑性—土壤养分与根系生长的相关性83-84
• 5. 小结84-85
• 第六章 滴灌施肥条件下土壤氮素动态变化85-99
• 1. 引言85
• 2. 测定项目与方法85-88
• 2.1 土壤样品采集方法85-86
• 2.2 硝态氮测定方法86
• 2.3 土壤肥力指标测定86
• 2.4 数据分析86-88
• 3. 结果与分析88-97
• 3.1 2011年不同施肥处理土壤NO_3~--N含量季节内动态变化88
• 3.2 2012年不同施肥处理土壤NO_3~--N含量季节内动态变化88-90
• 3.3 滴灌施肥条件下根区NO_3~--N空间分布特征90-92
• 3.4 土壤NO_3~--N的变化与生长的相关关系92-93
• 3.5 土壤肥力变化93-97
• 4. 讨论97-98
• 5. 小结98-99
• 第七章 结论与展望99-102
• 1. 主要结论99-101
• 2. 整体展望101
• 3. 论文创新点101-102
• 参考文献102-119
• 个人简介119-121
• 导师简介121-123
• 致谢12

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