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德昌杉木(Cunninghamia unica)为国家三级保护树种,属高大常绿乔木,冠幅小,生长快,较喜阴,适应特殊性干旱气候[1-2]。德昌杉木是当地重要的用材之一,也是培育良种杉木的优良种质资源[3],但由于德昌杉木分布区域狭窄,前期又对其天然林资源的乱砍滥伐造成天然资源急剧减少,因此保护德昌杉木资源已刻不容缓。且近年来杉木人工林出现了一些生长衰退的状况,导致杉木人工林生态和经济效益降低、生物多样性降低等一系列生态安全问题[4-5]。这种现象与立地选择不当有一定关系,经查阅大量资料显示:关于德昌杉木的研究大都集中在德昌杉木生长分析;德昌杉木和杉木同工酶的研究;德昌杉木胞核学研究;德昌杉木育种[6-10]。关于杉木的研究也集中在不同地区杉木生态系统稳定性评价;不同抚育方式对杉木人工林生长、林下植被以及土壤特征的影响;不同混交措施下杉木造林效果;基于转录组测序的杉木开发及应用;生长素对杉木幼苗抗氧化酶活性的研究等方面[11-17],尚未发现针对德昌杉木人工林生长性状与土壤因子的相关性研究。因此,本研究通过查阅相关资料和实地调查对德昌杉木人工林生长性状与土壤因子的差异性和相关性进行分析。以期了解掌握德昌杉木人工林培育的最佳土壤条件,结果表明德昌杉木适宜栽植在全钾含量丰富的土壤中,为提高德昌杉木人工林培育技术提供科学依据和理论参考。
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6个研究区平均海拔为2 100 m,气候多样,大都为亚热带季风气候,土壤质地主要为红壤和黄壤,土层厚度50~80 cm,腐殖质层厚5~15 cm,枯枝落叶层厚度5~10 cm,研究区具体信息如下(见表1)。在幼林龄(17年生)、近熟林(24年生)、成熟林(21、30、31、35年生)和过熟林(38、40年生)4个龄组均设置了样地,其中幼林龄平均胸径为19.4 cm,平均树高12.8 m,近熟林平均胸径和平均树高分别为30.2 cm、13.5 m,成熟林平均胸径和平均树高分别为24.2 cm、18.7 m,过熟林平均胸径和平均树高分别为40.9 cm、21.5 m。
研究区 因子 坐标 海拔 坡向 土壤质地 年平均气温 年均降水量 德昌县雪岭山泉(P1) 102°5′17″E 27°25′54″N 2 290 m 东北 红壤 17.7 ℃ 1 074.4 mm 会理县干海子(P2) 102°15′44″E 26°47′4″N 2 100 m 北 红壤 15.3 ℃ 1 211.7 mm 会东县马头山(P3) 102°25′24″E 26°37′25″N 2 500 m 东 红壤 15.0 ℃ 1 058.0 mm 宁南县团结村(P4) 102°34′15″E 27°12′2″N 1 870 m 北 黄壤 19.3 ℃ 970.1 mm 冕宁县泸沽林场(P5) 102°4′12″E 28°19′2″N 1 880 m 西北 壤土 13.8 ℃ 1 095.0 mm 米易县龙洞沟(P6) 101°58′42"E 27°03'10"N 1 961 m 东北 红壤 19.7 ℃ 1 112.6 mm Table 1. Situation of study areas with different treatments
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对不同地区相同林龄的林分生长性状进行单因素方差分析(one-way ANO-VA)结果表明,不同地区17年生的德昌杉木生长性状存在显著差异(P<0.05),不同地区30年生的德昌杉木生长性状也存在显著差异(P<0.05)。对17年生和30年生的德昌杉木生长性状多重比较分析(LSD),结果显示(见表2),P3的德昌杉木的胸径、树高、胸径年生长量、树高年生长量与P4、P1、P5同林龄德昌杉木的胸径、树高、胸径年生长量、树高年生长量均存在显著差异;P1与P5的德昌杉木枝下高、冠幅无显著差异,P4与P3、P1、P5的德昌杉木枝下高、冠幅均存在显著差异;P2和P3德昌杉木的枝下高差异性显著,其余生长性状无显著差异。
林龄 地区 胸径/cm 树高/m 枝下高/m 胸径年生长量/cm 树高年生长量/m 17 P4 16.95+3.10b 13.06+2.43b 2.46+0.67c 0.10+0.18b 0.77+0.14b P3 20.13+6.10a 14.48+3.85a 5.75+3.58a 1.18+0.36a 0.85+0.23a P1 17.92+3.80b 13.09+2.00b 4.27+0.87b 1.05+0.22b 0.77+0.12b P5 16.57+3.26b 12.55+2.05b 4.57+0.90b 0.97+0.19b 0.74+0.12b 30 P2 23.13+8.00a 18.65+5.14a 7.58+3.79b 0.77+0.27a 0.62+0.17a P3 18.36+3.07b 15.04+2.73b 9.56+4.74a 0.61+0.10b 0.50+0.09b 注:表中的数值为“平均值±标准差”,同列不同小写字母表示不同地区同林龄生长性状数据差异显著。 Table 2. Multiple comparison results of stand growth traits of the same stand age in different areas
对不同地区相同林龄的林分土壤化学性质进行单因素方差分析,结果表明,17年生德昌杉木林分中的土壤有机质在不同地区间存在显著差异(P<0.05),而碱解氮、全氮、全磷、全钾等指标在不同地区间的差异均不显著;对其多重比较表明(见表3),P1与P4、P3、P5德昌杉木的土壤有机质存在显著差异,而P4、P3、P5德昌杉木的土壤有机质无显著差异;30年生德昌杉木林分中的土壤化学性质在不同地区间的差异均不显著(P<0.05)。
林龄 地区 有机质/(g·kg−1) 碱解氮/(mg·kg−1) 全氮/(g·kg−1) 全磷/(g·kg−1) 全钾/(g·kg−1) 17 P4 43.98+9.53b 114.37+22.84a 1.01+0.19a 1.16+0.37a 43.89+1.83a P3 37.83+12.99b 105.97+23.51a 0.99+0.32a 0.59+0.19a 42.05+8.31a P1 98.52+0.00a 155.72+0.00a 1.28+0.00a 0.96+0.00a 22.71+0.00a P5 37.11+9.09b 96.92+13.71a 0.96++0.07a 0.91+0.06a 24.41+0.27a 30 P2 41.38+20.96a 120.29+39.00a 0.99+0.28a 1.04+0.50a 25.29+13.63a P3 42.84+5.40a 109.85+19.19a 0.94+0.15a 0.70+0.07a 19.15+0.28a 注:表中的数值为“平均值±标准差”,同列不同小写字母表示不同地区同林龄土壤化学性质数据差异显著。 Table 3. Difference analysis results of soil chemical properties of stands with the same age in different areas
对不同地区同林龄德昌杉木的生长形状与土壤化学性质进行Pearson相关分析,结果表明,不同地区同林龄德昌的生长性状与土壤化学性质无显著相关关系(见表4)。
生长性状 有机质/(g·kg−1) 碱解氮/(mg·kg−1) 全N /(g·kg−1) 全P/(g·kg−1) 全K/(g·kg−1) 胸径 −0.405 −0.236 −0.490 −0.332 0.067 树高 −0.474 −0.263 −0.558 −0.098 −0.101 枝下高 −0.314 −0.157 −0.303 −0.289 −0.590 冠幅 −0.251 −0.228 −0.234 0.610 0.669 胸径年生长量 0.230 0.039 0.243 −0.399 0.659 树高年生长量 0.190 −0.001 0.195 −0.328 0.702 注:*显著相关;**极相关
* Significant correlation; **: Extremely significant correlation.Table 4. Pearson correlation analysis coefficient between growth traits and soil factors of Dechang Cunninghamia unica with the same stand age in different areas
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对同一地区不同林龄的林分生长性状进行单因素方差分析,结果表明,同一地区不同林龄的德昌杉木各生长性状均存在显著差异(P<0.05,如P3地区和P1地区),在P6地区除胸径和胸径年生长量性状外,其他生长性状在不同林龄间差异均显著。多重比较表明(见表5),P3林龄为24年和30年的德昌杉木的胸径、冠幅、树高年生长量无显著差异,林龄为17年和林龄为31的胸径、树高、冠幅、胸径年生长量、树高年生长量存在显著差异;P6不同林龄的胸径年生长量无显著差异,林龄为35年和林龄38年、林龄38年和林龄40年的德昌杉木胸径无显著差异,其他各林龄的生长形状间均存在显著差异。
地区 林龄 胸径/cm 树高/m 枝下高/m 冠幅/m 胸径年生长量/cm 树高年生长量/m P3 17 20.10+6.09b 14.48+3.85b 5.75+3.58b 2.82+0.57b 1.18+0.36a 0.85+0.23a 24 17.56+4.95c 12.15+1.78c 3.90+0.91c 2.60+0.41c 0.73+0.21b 0.51+0.07c 30 18.36+3.07c 15.04+2.73b 9.56+4.74a 2.58+0.37c 0.61+0.10c 0.50+0.09c 31 24.78+7.27a 17.59+4.82a 6.47+3.79b 3.29+0.61a 0.80+0.23b 0.57+0.16b P1 17 17.92+3.80b 13.09+2.00b 4.27+0.87b 2.62+0.49b 1.05+0.22a 0.77+0.12a 27 22.65+5.85a 17.57+3.44a 4.73+2.99a 2.98+0.53a 0.84+0.22b 0.65+0.13b P6 35 28.44+6.69b 15.62+2.95c 2.48+1.07c 3.89+1.33b 0.81+0.19a 0.45+0.08c 38 29.89+11.21ab 20.85+5.54b 6.28+5.55b 3.22+0.99c 0.79+0.29a 0.55+0.15b 40 32.03+9.38a 23.63+3.50a 10.15+4.62a 4.37+0.85a 0.80+0.23a 0.59+0.09a 注:表中的数值为“平均值±标准差”,同列不同小写字母表示不同龄组生长性状数据差异显著。 Table 5. Difference analysis results of growth characteristics with different stand ages in the same area
对同一地区不同林龄的林分土壤化学性质进行单因素方差分析结果表明,P3不同林龄的土壤全磷、全钾存在显著性差异;P1不同林龄的土壤化学性质无显著性差异;P6德昌杉木不同林龄的土壤全氮存在显著性差异,其他均无显著差异。
和多重比较结果表明(见表6),P3林龄为24年与31年的林分有机质、碱解氮、全氮存在显著差异,林龄为31年与其他林龄的林分土壤全磷存在显著差异,林龄为17年与其他林龄的林分土壤全钾存在显著差异。P6不同林龄林分的有机质、全磷、全钾均无显著性差异,林龄为35年与林龄为38年的土壤碱解氮差异显著,林龄为38年与林龄为35年、40年的土壤全氮差异显著。
地区 林龄 有机质/(g·kg−1) 碱解氮/(mg·kg−1) 全氮/(g·kg−1) 全磷/(g·kg−1) 全钾/(g·kg−1) P3 17 37.83+12.99ab 105.97+23.51ab 0.99+0.32ab 0.59+0.19b 42.05+8.31a 24 29.89+14.73b 86.37+25.27b 0.77+0.17b 0.40+0.13b 15.44+0.48b 30 42.84+5.40ab 109.85+19.19ab 0.94+0.15ab 0.70+0.07b 19.15+0.28b 31 58.28+13.41a 138.92+25.63a 1.22+0.16a 1.09+0.24a 16.25+0.69b P1 17 98.52+0.00a 155.72+0.00a 1.28+0.00a 0.96+0.00a 22.71+0.00a 27 35.43+9.90a 98.54+13.25a 0.82+0.23a 0.84+0.21a 31.86+3.92a P6 35 19.71+7.22a 88.20+12.34c 0.78+0.05b 0.36+0.06a 29.11+6.56a 38 67.04+23.82a 134.72+9.59ab 1.22+0.07a 0.80+0.32a 21.90+0.83a 40 38.88+8.83a 103.71+18.73ac 0.89+0.12b 0.54+0.05a 23.14+5.89a 注:表中的数值为“平均值±标准差”,同列不同小写字母表示不同龄组生长性状数据差异显著。 Table 6. Difference analysis results of soil chemical properties of stands with different ages in the same area
对同一地区不同林龄德昌杉木的生长形状与土壤化学性质进行Pearson相关分析,结果表明(见表7),同一地区不同林龄德昌的胸径年生长量与土壤全钾存在极显著相关关系,树高年生长量与土壤全钾存在显著相关关系,其余生长性状与土壤化学性质无显著相关关系。
生长性状 有机质/(g·kg−1) 碱解氮/(mg·kg−1) 全N /(g·kg−1) 全P/(g·kg−1) 全K/(g·kg−1) 胸径/cm 0.168 0.186 0.114 0.120 −0.047 树高/m 0.289 0.332 0.279 0.235 −0.083 枝下高/m 0.304 0.397 0.348 0.175 −0.174 冠幅/m −0.143 0.038 −0.006 −0.065 0.094 胸径年生长量/cm 0.207 0.129 0.111 0.103 0.596** 树高年生长量/m 0.308 0.258 0.259 0.196 0.555* 注:*显著相关;**极相关
* Significant correlation; **: Extremely significant correlation.Table 7. Pearson correlation analysis coefficient between growth traits and soil factors of Dechang Cunninghamia unica with different stand ages in the same area