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湖南会同杉木林不同林龄段养分迁移与利用研究

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为了探讨杉木林不同林龄段的养分迁移与利用，依据湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站25年的定位连续测定数据，利用某林龄段开始时活着的树木器官生物现存量和器官生长周期推算某林龄段“仍存活器官”的生物量;根据某林龄段“仍存活器官”生物量与某林龄段开始时和结束时的树木器官养分浓度差异估算某林龄段“仍存活器官"再吸收或转移出的养分量;利用不同林龄时枝叶枯死量和不同林龄时活枝叶与死枝叶的养分浓度差异估算不同林龄时枝叶枯死前向活器官转移的养分量等研究方法，研究了杉木林不同生长阶段物质生产中的养分来源;分析了不同生长阶段林分物质生产、不同器官物质生产的养分利用效率及其变化规律;同时对营养元素在器官物质生产的利用效率及其变化规律进行了研究，得出的主要研究结果如下: (1)用于会同杉木林物质生产的养分有79.35％～96.27％来自土壤，随生长阶段提高呈现上升、下降、上升、下降的“M”形变化;有3.73％～17.55％来自枝叶枯死前向活组织转移的养分，随生长阶段提高而增加;有3.10％～3.39％来自“仍存活器官”迁移出的养分，随生长阶段提高呈波动性变化。林分只要有枝叶枯死发生，就会有枝叶枯死前养分向活组织转移再利用，林分只有在郁闭后，才能有“仍存活器官”转移出养分重新用于物质生产。 (2)林分物质生产所需养分量，从幼林到干材积累生长阶段呈增加趋势，进入成熟阶段呈下降趋势，随生长阶段变化为抛物线型;不同生长阶段林分生产力大小、不同器官生产力大小，以及不同生长阶段林分生产单位产量所需养分量多少共同控制着林分物质生产所需养分量的年变化规律。 (3)相同生长阶段，杉木器官物质生产利用的养分量，树叶＞树枝＞树皮＞树干＞树根。树木器官异速生长属性导致了器官物质生产养分利用量的差异;器官组织有机物成份也影响着各器官物质生产养分利用量的多少。各器官生产利用的养分量随生长阶段的变化呈现三种情况，第一种是树枝随生长阶段提高呈“M”型变化:第二种是树干和树叶随生长阶段提高呈抛物线变化:第三种是树皮和树根随生长阶段提高呈“N”型变化。树木生长发育特征和不同生长阶段各器官生产量的多少控制着器官生产养分利用量随生长阶段提高的变化规律。 (4)林分物质生产养分利用效率随生长阶段提高的变化为“V”型，其年变化主要受树木生长发育规律、不同生长阶段对生产单位产量的养分需求，以及不同生长阶段各器官生产量的多少控制。同一生长阶段，林分物质生产营养元素养分利用效率，P＞Mg＞K＞Ca＞N，各营养元素利用效率受植物组织组成及营养元素的功能作用控制。 (5)同一生长阶段各器官物质生产养分利用效率，树干＞树根＞树皮＞树枝＞树叶，器官物质有机物成份决定器官物质生产养分利用效率的高低。同一生长阶段，树叶和树枝物质生产养分元素利用效率P＞Mg＞K＞Ca＞N，树皮、树干和树根为P＞Mg＞Ca＞K＞N。这是不同器官的生理功能以及细胞有机组成不同所致。 (6)不同生长阶段各器官物质生产养分利用效率变化不一样。快速生长阶段下降速率，树皮＞树枝＞树叶＞树干＞树根;树高增长阶段上升速率，树皮＞树枝＞树根＞树叶＞树干;干材增长积累阶段上升速率，树干＞树叶＞树根＞树枝＞树皮;成熟阶段上升速率，树根＞树干＞树枝＞树叶＞树皮。 (7)各养分元素利用效率随生长阶段提高的变化不完全相同。林分从幼林至快速生长阶段各养分元素利用效率随生长阶段的提高而下降;树高增长阶段、干材增长积累阶段则随生长阶段的提高而上升;成熟阶段N、P、Mg利用效率仍在增加，Ca、K养分利用效率则下降。因此，N、P、Mg利用效率随生长阶段的提高为“V”型变化，Ca、K养分利用效率则为反“N”型变化。 (8)同一营养元素在各器官物质生产利用效率的变化速率，对N而言，无论是上升还是下降速率，树干少于其它器官，叶和皮大于其它器官;对P而言，无论是上升还是下降速率，干比其它器官大，叶和枝比其它器官少;对K而言，树叶大于枝和干;对Ca而言，枝和皮大于叶、根和干;对Mg而言，叶和枝少于皮、根和干。 (9)植物养分内循环的作用能提高养分利用效率，但并不是通过提高单位有效养分的物质产量，而是通过植物体内原贮存的一些养分在新物质生产中的再利用，以此减少对新养分的吸收量来提高养分利用效率。对养分利用效率的提高，枝叶枯死中养分回流的作用比“仍存活器官”迁移出的作用大许多。 (10)会同杉木林物质生产中利用的养分由土壤养分、枝叶枯死前迁移养分和从“仍存活器官”迁移出的养分等组成。如果忽略了枝叶枯死前迁移和从“仍存活器官”迁移出的养分再利用，不仅与林分物质生产中的养分利用实际情况不相符合，而且也可能高估林分对林地土壤养分的消耗，以及可能低估林分物质生产的养分利用效率。

吕中诚

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杉木人工林 物质生产 养分迁移 土壤养分 养分利用效率

博士

生态学

康文星

2021

中南林业科技大学

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