滴灌水氮耦合对欧美108杨林木生长和土壤氮素的影响

采用地表滴灌技术,田间设计9个水氮耦合处理,以不灌溉不施肥为对照(CK),9个耦合处理由3个灌溉水平(灌溉土壤水势起始阈值为-75、-50、-25 kPa)和3个施N水平(150、300、450 g·tree^-1·a^-1)组合,于2012和2013年2个生长季的滴灌水氮耦合措施后,研究耦合措施对欧美108杨林木胸径、树高和蓄积量的年增量及0～60 cm土层全氮含量的影响.结果表明: 水氮耦合措施可显著促进108杨林木生长并有效提高林地生产力,耦合措施第一年,9个耦合处理中高水高肥处理(土壤水势-25 kPa+施N量450 g·tree^-1·a^-1)使108杨蓄积年增量达到11.54 m³·hm^-2·a^-1,相比CK的8.01 m³·hm^-2·a^-1提高了44.1%,耦合措施第二年,中水高肥处理(土壤水势-50 kPa+施N量450 g·tree^-1·a^-1)使108杨蓄积年增量达到27.85 m³·hm^-2·a^-1,较CK的20.48 m³·hm^-2·a^-1提高36.0%.连续的水氮耦合措施显著提高了林地0～20 cm土层全N含量,耦合措施第一和第二年高水高肥处理各土层全N含量分别比CK高出12.3%～59.4%和71.1%～81.1%.108杨胸径和树高增量与土壤全N含量呈显著正相关,施N水平和水氮交互作用对林木生长和土壤全N含量具有显著的影响,而灌溉水平的影响不显著.综合表明,滴灌水氮耦合措施可通过改善林地土壤肥力,尤其是浅土层全氮含量来有效促进林木生长并提高林地生产力.     

水肥耦合对欧美108杨幼林表土层细根形态及分布的影响

采用根钻法对水肥耦合条件下(地表滴灌和随水施肥)欧美108杨幼林(Populus×euramericana cv.‘Guariento’)林地0—30 cm表土层细根形态及分布进行了系统研究。田间试验设计3个灌溉水平(灌溉土壤水势起始阈值为-75、-50、-25 k Pa)和3个养分水平(施N150、300、450 g株-1a-1),组合成9个水肥耦合处理,另设1个对照处理(CK)。研究结果表明:(1)垂直方向上,10个处理下欧美108杨幼林细根生物量、表面积、体积和根长密度均随着土壤深度的增加而递减(且多数处理达到显著水平),而比根长则在低水和中水处理下表现出0—10 cm土层显著小于10—20 cm和20—30 cm土层,在高水和CK处理下各土层之间差异不显著(P0.05)。从表征细根分布特征的多数指标来看,水肥耦合没有改变欧美108杨幼林细根的垂直分布格局,其细根主要分布在0—10cm土层,该层生物量和根长密度分别是10—20 cm土层的1.25—5.05倍和1.05—2.05倍、分别是20—30 cm土层的2.8—13.06倍和1.99—4.99倍。(2)欧美108杨幼林细根生物量、根长密度、表面积和体积均表现出:低肥量下的3个滴灌水平处理均与CK无显著差异,中肥和高肥量下的6个处理均显著大于CK,尤其高水高肥处理促进细根生长的效果最显著,其3个土层细根生物量较CK分别显著提高了316%、386%和442%,根长密度较CK分别显著提高了345%、176%、132%(P0.05);各处理比根长均随着滴灌和施肥量的增加而减小。(3)同一滴灌水平下各土层细根生物量随施肥量变化的回归方程拟合具有较高R2(0.702—0.891),P0.0001,而同一施肥水平下各土层细根生物量随滴灌量变化的回归方程拟合度较低,说明欧美108杨幼林细根的趋肥性强于向水性,故在对其水肥经营管理中应该将施肥措施放在首位。     

施肥方式和施氮量对欧美108杨人工林土壤氮素垂向运移的影响

在大田试验条件下,研究了施肥方式(滴灌施肥和沟施)和施氮量(单次每株25、50、75 g)对欧美108杨人工林土壤氮素垂向运移动态的影响.结果表明：不同施肥方式和施氮量下,土壤中铵态氮和硝态氮含量均随土层深度的增加而降低;滴灌施肥下铵态氮和硝态氮主要集中在0～40 cm土层,随时间变化呈先升后降的变化趋势,分别于施肥后第5天和第10 天达到最大值（211.1和128.8 mg·kg^-1).沟施下铵态氮和硝态氮主要集中在0～20 cm土层,硝态氮含量随时间呈逐渐增加的变化趋势,于施肥后第20天达到最大值(175.7 mg·kg^-1),但铵态氮随时间无显著变化;滴灌施肥下氮素在土壤中的有效时长约为20 d,而沟施下氮素在土壤中有效时长超过20 d.滴灌施肥下,土壤中铵态氮和硝态氮的含量和运移距离均随施氮量的增加而增加;沟施下,施氮量越高土壤中硝态氮含量越高,但对铵态氮含量无显著影响.滴灌施肥下林地土壤中尿素的水解、硝化速率和运移深度均高于沟施,且施氮量越大,氮素在深层土壤的积累量越高.结合欧美108杨根系和土壤氮素分布特征,滴灌施肥能够为更大的细根分布区提供氮素,更适用于人工林培育.当单次施氮量为每株50 g时,既可保证细根主要分布区内有较高含量的氮分布又不会造成淋溶,肥料利用效率可能更高.     

欧美108杨细根形态及垂直分布对水氮耦合措施的响应

合理高效的水肥集约经营是有效地提高速生丰产林生产力的重要途径。细根是植物吸收水肥和维持生长的主要器官, 了解细根形态及其分布对水肥耦合措施的响应机制有助于解释树木生长和吸收水肥能力的差异性。该文基于水氮耦合措施对欧美108杨(Populus × euramericana ‘Guariento’)幼林表土层(0–30 cm)细根形态及分布的影响研究, 在连续两年的水氮管理后, 开展了欧美108杨0–60 cm土层细根形态及垂直分布对水氮耦合响应的研究。田间设计3个灌溉水平(灌溉土壤水势起始阈值为–75 kPa、–50 kPa、–25 kPa)和3个养分水平(施N 150 g·tree^–1·a^–1、300 g·tree^–1·a^–1、450 g·tree^–1·a^–1), 组合成9个水氮耦合处理, 另设1个对照处理(CK)。研究结果表明: (1)垂直方向上, 各处理细根生物量密度、表面积和平均直径均表现为10–20 cm土层最大(该层生物量密度占0–60 cm土层总生物量的27%–37%), 随后在30–60 cm土层逐层递减; 根长密度则随土壤深度的加深而逐层递减, 0–10 cm土层显著大于其他土层(该层根长密度占0–60 cm土层总根长密度的33%–45%)。(2) 6个土层的细根生物量密度、根长密度和平均直径均表现为高水高氮(D3F3)和中水高氮(D2F3) 2个处理间差异不显著, 但均显著高于其他处理, 其中, D3F3处理6个土层生物量密度是对照的3.12–47.74倍; 细根表面积则是D3F3处理显著高于其他处理, 是CK的4.36–30.57倍。(3)连续的水氮耦合管理措施不会改变细根的垂直分布格局(各处理均具有与CK一致的分布格局), 但在第二个生长季, 欧美108杨细根的整体分布随着林龄的增加趋于深层化; 另外, 中水高氮的耦合处理也可有效地促进细根的生长, 这种水氮需求水平与第一个生长季内需高水高氮才可显著促进其生长的特性不同。欧美108杨细根在第2个生长季主要分布于0–20 cm土层, 9个水氮耦合处理中, 除低水低氮处理外, 其他处理各细根形态指标值均显著高于CK, 这种差异性在浅土层更为显著, 而在深土层表现出相对较小的差异。当灌溉量一定时(尤其中、高灌溉水平), 增加施氮量可显著促进细根生长, 但当施氮量一定时(尤其低、中氮水平), 增加灌溉量对细根生长的促进效果不显著, 即欧美108杨细根生长趋肥性强于向水性。