石灰石粉施用量对重庆酸雨区马尾松林下木荷生长的影响

石灰石粉施用量对重庆酸雨区马尾松林下木荷生长的影响 石灰石粉施用量对重庆酸雨区马尾松林下 木荷生长的影响 林业科学研究201l,24(2):263,266 ForestResearch 文章编号:100l一1498(2011)02~263-04 石灰石粉施用量对重庆酸雨区马尾松林下木荷生长的影响 李志勇,刘桂君,王彦辉,于澎涛,张治军,李振华,杜士才,刘源 (1.河南科技大学农学院,河南洛阳471003; 2.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,国家林业局森林生态环境重点实验室,北京100091; 3.河南省孟津县气象局,河南盂津471】00;4.闲家林业局昆明勘察设计院,云南昆明650216; 5.重庆市林业局,重庆401147;6.中国科学院南京土壤研究所,江苏南京210008) 关键词:重庆;酸雨;木荷;石灰石粉;生长 中图分类号:$718.51X517文献标识码:A InfluenceofLimestonePowderDosesonGrowthofSchimasuperbainPinus massonianaPlantationintheAcidRainRegionofChongqing, China LIZhi—yoofForestry;KeyLab0rat0ryofForestEco1.gYandEnvironment StateForestry-Administration,Beijing100091,China;3.MeteorologicalBureauofMengjinCount),,Meng,jin471100,He’nan,China; 4.KunmingSurveyandDesignInstituteofStateForestryAdministration,Kunming650216,Yunnan,China: 5.ForestryAdministrationofChongqingCity,Chongqing401147,China; 6.InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences ,Nanjing210008,Jiangsu,China) Abstract:Anevaluationoftheimpactofscatteringlimestonepowderonacidifiedsoilsurfaceonthegrowth0fyoung treesofSchimasuperbaundercrownsofaPinusmassonianaplantation(threeyearsandfourmonthsaftertreatment) weremadebyalong—termfieldfixedpositionexperiment,whichwasconductedintheTieshanpingForestFarinof ChongqingCityin2004.Therandomizedcompleteblockexperimenthadfivetreatmentsandthreereplicates:the dosesofone—timescatteringof0(contro1),1,2,3and4t?hm一 finelygroundlimestonerespectivelv.Thee壬lfect wassignificant:surfacelimestonecouldamelioratehealthconditionoftheyoungtreesofS.superbaandamongthem theoptimumdosewas2t?hm 一.Themeancanopythickness,crownsize,heightanddiameterofthebaseat20 cmabovethegroundoftheyoungtreesofS.superbatreatedby2t?hmincreased by96.84%.52.68%. 77.47%and61.19%respectively(P<0.05)comparedtothecontro1. Keywords:Chongqing;acidrain;Schimasuperba;limestonepowder;growt h 重庆是我国酸雨发生最早且其污染最严重的地 区之一.由于长期遭受酸雨影响,这里的森林受害 明显,经济和环境损失巨大?.马尾松(Pinusmas Lamb.)和木荷(SchimasuperbaGardn.et Champ.)都属于重庆的重要乡土树种,马尾松在造 林中被广泛使用,木荷是优良的生物防火树种,并因 收稿日期:2009-05?23 基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2005CB422207);中挪合作项目”N20emissionsfromNsaturatedsubtropicalforesti玎South Cina(193725/$30)”;中国林科院中央级公益性科研院所项目(CAFRIF200702);科技部”十一五”科技支撑计划项目(2006BAD03A1803)和 国家林业局森林生态环境重点实验室资助项目. 作者简介:李志勇(1965一),男,河南开封人,博士,副教授,主要从事生态,生理和农艺优化研究.E—mail:pphdll@126.com {通讯作者:E—mail:wangyh@caf.ac.cn 林业科学研究第24卷 具有一定的耐荫能力而适合林下更新.由于马尾松 对土壤酸化反应敏感,在当地常表现出中等以上程 度的受害,而木荷的抗酸能力强,在酸化土壤上仍 能健康生长,因而在一些地区被作为受害马尾松 林的林下更新树种. 20世纪90年代以来,我国学者在重庆对施用 石灰修复马尾松林生态系统的效果做了一些探讨, 表明施用石灰能有效提高林地土壤pH值,降低土 壤活性Al含量,提高土壤活性Ca和有效P水平,促 进马尾松生长’;然而,到目前为止还未见施用 石灰对酸雨区马尾松林下木荷生长影响的报道.因 此,2004年在重庆市江北区铁山坪林场,设立了在 混生有木荷的马尾松林酸化土壤表面一次性撒施不 同量石灰石粉的长期定位观测试验,并在以后观测 马尾松生长反应的同时也对林下栽植木荷幼树的生 长状况进行了调查和比较,本文报道的是在撒施不 同量石灰石粉约3年4个月后的木荷幼树生长情 况,以期为重庆受害森林的恢复与管理提供科学 依据. 1研究地区与研究林分概况 研究地点位于重庆市江北区铁山坪林场(29. 38N,106.41E),在重庆市的东北方向,离市中心约 25km,属亚热带湿润气候,年均气温18?,年均降 水量1100mm,年均空气相对湿度80%(1971年一 2000年),海拔512,579I/1,土壤为砂岩上发育的 山地黄壤,一般厚50,80(31”11,土壤密度1.25, 1.34g?cm,,土壤孔隙度47%,50%.由于受地 理位置,地形,煤炭消耗量大和煤炭含硫量高等影 响,这里的酸雨强度大,土壤酸化和森林受害 严重一. 本文研究的马尾松林位于铁山坪田园山庄后 面.该马尾松林于1980年营造.为了提高马尾松 林的抗火能力和改善林区景观,铁山坪林场利用木 荷幼年较耐荫的特点?卜,在2003年3月上旬于 林下栽植了木荷幼树.具体栽植方法是在林分内插 花式挖穴(穴的长×宽×深为30cm×30cm×30 ClI1),采用了2年生木荷裸根苗(苗高I.0m,根径 1.0cm),栽植密度为627株?hm,,分布较均匀. 研究林分地处海拔522in,坡度11.,坡向西北坡,上 坡坡位.对该林分没有进行任何施肥和抚育.马尾 松林木分布较均匀,生长较整齐,在2004年5月下 旬调查时的马尾松林龄为26a(包括移植时的苗龄 2a),密度1192株?hm,,优势木平均叶量损失率 34%,优势木平均高和胸径分别为13.3m和15.5 am.马尾松林下除了木荷以外,还有少量的杉木 (Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.),青皮木 (SchoepfiajasminodoraSieb.etZucc.)和石栎(Litho- cal~tt3glaber(Thunb.)Nakai).林下草本层以蕨类 为主,有狗脊蕨(Woodwardiajaponica(L.fI)Sm.) 和黑足鳞毛蕨(DryopterisfuscipesC.Chr.)等.林地 岩石出露率3%,土壤类型为黄壤,腐殖质层厚约 1.05cm,矿质土层厚约60cm.在0,60cm土层, pH值为3.74,交换性阳离子K,Na,Ca”,Mgn, Al”和H的含量分别为0.024,0.084,0.377, 0.075,3.66,4.26cmol(+)?kg,,盐基饱和度仅 6.63%.总之,林地土壤酸化严重,养分非常缺乏, 土壤对酸雨的缓冲能力已经十分有限. 2研究方法 2.1样地设置 2004年5月上旬,在上述马尾松林分内布设了 撒施石灰石粉(CaO含量49.5%,粒径250目)试验 样地,试验共设5个处理即石灰石粉的施用量分别 为:0(不撒施,对照),100,200,300,400g?Ill,,采 用随机区组设计,重复3次,不同小区面积均为10m ×10in,重复和小区间设置11TI宽隔离带.2004年 6月5日,将石灰石粉一次性均匀撒施于每个小区. 不同小区的海拔,坡度,坡向基本相同,透光率相似, 林下光照条件比较一致,木荷幼树密度接近,年龄相 同,处理问具有很好的可比性. 2.2调查方法 分别于撒施石灰石粉前的2004年5月下旬和 撒施石灰石粉后的2007年10月中旬(即撒施石灰 石粉约3年4个月后),选择全日光天气条件,对不 同小区内马尾松林下栽植的木荷幼树的冠层厚度, 冠幅,叶量损失率,叶片变色率,树高和距地面20cm 处的直径进行观测.叶量损失率和叶片变色率的观 测依据欧洲,评价落叶率和叶片变色率的标 度单位是5%,对照标准是以当地生长最好的,具全 部树叶(叶量损失率是0)的,年龄和立地条件等与 样地相似的木荷作为参照木.树高利用测竿测量, 近地面直径利用测树钢围尺测量,冠层厚度,冠幅, 叶量损失率和叶片变色率分别从东南西北4个方位 观测4次后取平均值. 2006年10月上旬,对不同小区0,60am土壤 第2期李志勇等:石灰粉施用量对重庆酸雨区马尾松林木荷生长的 影响265 采样,用1rnol?L的KC1以1:2.5的土:水比 浸提样品,采用复合电极法测定土壤的pH值,用美 国热电公司IRISIntrepid?电感耦合等离子体原子 发射光谱仪测定土壤的交换性阳离子ca”和Al? 的含量. 采用SPSS12.0统计软件进行调查数据的统计 . 3结果与分析 3.1石灰石粉施用量对木荷冠层厚度的影响 图1展示了撒施石灰石粉后的马尾松林下木荷 的冠层厚度.撒施石灰石粉可增加木荷冠层厚度生 长量,且不同施用量的效果有差异.处理0,100, 200,300和400g?m的冠层厚度分别为1.05, 1.24,2.07,1.46,1.671TI,处理200,300,400g?m 与对照差异显着(P<0.05),200g?nl效果最佳. 吕, 卧 踏 懊 0l00200300406, 施用量/(g?m.) 图1石灰石粉施用量对马尾松林下木荷冠层厚度的影响 3.2石灰石粉施用量对木荷冠幅的影响 图2展示了撒施石灰石粉后的马尾松林下木荷 的冠幅.撒施石灰石粉可增加木荷冠幅生长量,且 不同施用量的效果有差异.处理0,100,200,300, 400g?m的冠幅分别为0.29,0.33,0.45,0.36, 0.36m,处理200,300,400g?m与对照差异显着 (P<0.05),200g?in效果最佳. 010020030O400 施用量/(g?m.1 图2石灰石粉施用量对马尾松林下木荷冠幅的影响 , 3.3石灰石粉施用量对木荷叶量损失率和叶片变 色率的影响 图3展示了撒施石灰石粉后的马尾松林下木荷 的叶量损失率.撒施石灰石粉可降低木荷叶量损失 率,且不同施用量的效果有差异.处理100,200,300 和400g?ITI的叶量损失率比对照分别低6%, 20%,2%和6%,处理200g?in的下降值最大,与 对照差异显着(P<0.05),效果最佳. 撒施石灰石粉与否和施用量的多少对木荷叶片 变色率无明显影响,各处理木荷叶片的变色率很低, 均约1%. 70 5 6 0 0 霎4o30 由=20 lO 0f囱..0100200300400 施用量/(g?m1 图3石灰石粉施用量对马尾松林下水荷叶量损失率的影响 3.4石灰石粉施用量对木荷树高和近地面直径的 影响 图4展示了撒施石灰石粉后的马尾松林下木荷 的树高.撒施石灰石粉可增加木荷的树高生长量, 且不同施用量的效果有差异.处理0,100,200,300, 400g?m的树高分别为1.5l,1.76,2.69,1.93, 2.09In,处理200,300和400g?Ill与对照的差异 显着(P<0.05),200g?m效果最佳. 3.0 2.5 《2.0 埋1.5 苯1.0 0.5 O.O f豳.圈豳嘲.0100200300400 施用量/(g?m) 图4石灰石粉施用量对马尾松林下木倚树高的影响 图5展示了撒施石灰石粉后的马尾松林下木荷 距地面20eiIl处的直径.撒施石灰石粉可增加木荷 直径生长量,且不同施用量的效果有差异.处理0, 100,200,300和400g?in的直径分别为1.28, 1.40,2.06,1.49和1.61,处理200,400g?m与对 照差异显着(P<0.05),200g?nl效果最佳. 豳 一 一 凰 随 505O5O 22l1OO 圈 一 一 一 一 654321O OOOOO00 ?/馨 林业科学研究第24卷 010020030o4oo 施用量/(g?m一) 图5石灰石粉施用量对马尾松林下木荷距地面20cm处直径的影响 4讨论与结论 本研究在受酸雨长期严重影响的重庆市江北区 铁山坪林场实施了在混生有木荷的马尾松林酸化土 壤表面一次性撤施不同量石灰石粉的长期定位观测 试验,调查和比较了马尾松林下栽植木荷幼树的生 长状况.结果表明:尽管木荷为对酸不敏感的树种, 抗酸能力强,但是严重的土壤酸化还是明显阻碍 了其正常生长,撒施石灰石粉可降低木荷叶量损失 并促进其生长,这可能主要与石灰石粉对酸化土壤 的改良有关. 一 般认为,由酸沉降引起的土壤酸化及其对植 物根系和养分吸收的影响是森林衰退的主要原 因.本试验林地0,60cm土层的pH值为 3.74,远低于木荷的最适宜pH值范围(4.5, 6.0)[t4j.撒施石灰石粉改善了林地土壤化学性质. 据2006年10月上旬对各处理0,60cm的采样分 析,处理0,100,200,300和400g?m的0,60cm 土层的pH值分别为3.6l,3.88,4.75,5.34和5.60, 4个处理比对照分别高0.27,1.14,1.73和1.99;处 理0,100,200,300和400g?113的Ca”/A1”比 (摩尔比)分别为0.1539,0.1638,0.2495,0.3273 和0.4108,4个处理比对照分别高0.0099,0.095 6,0.1734和0.2569.表明随撒施剂量增大,各处 理土壤化学性质逐渐变优.在撒施石灰石粉后,土 壤酸度降低和养分含量提高,无疑有利于改善树木 根系的生长及其对水分和养分的吸收能 力’’”.;然而,石灰石粉施用量100g?m 的效果不明显,这可能是因为施用量过少;300和 400g?m的效果不及200g?ITI明显,可能与栽 植木荷年龄较小或一次撒施量过大有关.基于本文 的短期(约3a)内木荷地上生长改善效果定位监测 结果而言,以200g?m的处理效果最佳.如果进 行酸雨区马尾松林下栽植木荷的更新改造,一 次性撒施石灰石粉的最佳剂量为200g?m,. 参考文献: [1]冯宗炜,曹洪法,周修萍,等.酸沉降对生态环境的影响及其生态 恢复[M].北京:中国环境科学出版社,1999 [2]李志勇,郭永新,王彦辉,等.石灰石粉对重庆酸雨区马尾松健康 状况的改善效果[J].华南农业大学,2008,29(2):86—89 [3]刘菊秀,周圉逸,张德强.酸雨对鼎湖山土壤的累积效应及荷木 的反应[J].中国环境科学,2003,23(1):90—94 [4]杜晓明,刘厚田.酸性土壤抗铝处理对土壤特性及马尾松幼苗生 长的影响[J].环境科学研究,1994,7(2):55—58 [5]杜晓明,田仁生.重庆南山马尾松衰亡与铝中毒[J].环境科学研 究,1996,9(6):21—25 [6]黄永梅,段雷,靳腾,等.投加石灰石和菱镁矿对酸化土壤上 马尾松(Pinusmassoniana)林的影响[J].生态,2006,26 (3):786—792 [7]杨永森,段雷,靳腾,等.石灰石和菱镁矿对酸化森林土壤修 复作用的研究[J].环境科学,2006,27(9):1878—1883 [8]李志勇,王彦辉,于澎涛,等.酸沉降影响下重庆马尾松林的健康 监测及调控技术研究[J].生态环境,2007,16(1):54—59 『91LeiXE,JiaXY,YuanSz,eta1.AnumerieMsimulationofthe distributionofacidprecipitationinChongqingareaofChina[J]. 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