氮肥施用与圆盘开沟对森林更新后17年树木生长及地表植被的长期影响研究

推荐：本研究探讨了氮肥施用(N-fertilization)与圆盘开沟(DT)对森林更新后17年树木生长及地表植被的长期影响。通过两个长期田间试验发现，DT显著降低树木死亡率并提高单株生长量，而氮肥施用对树木生长无显著影响，但改变了地表植被组成，如减少Cladonia rangiferina覆盖。研究为可持续林业实践提供了重要依据。

　　

在森林管理中，如何平衡木材生产与生态系统健康一直是核心挑战。氮肥施用(N-fertilization)和机械整地(MSP)如圆盘开沟(DT)是提高林木生产力的常见措施，但其长期生态效应尚不明确。尤其在北欧 boreal-nemoral 过渡带，这些措施对第二代林分的持续影响缺乏系统研究。瑞典农业科学大学的 Karin Hjelm 团队在《Forest Ecology and Management》发表的研究，通过长达17年的追踪实验，揭示了DT和氮肥对树木生长及地表植被的遗留效应。

研究依托1980年代建立的 Hagfors 和 Nissafors 两个长期试验站，设计包含不同氮肥梯度(0-1800 kg N ha^-1)和DT处理的裂区实验。关键技术包括：1）树木参数测量（胸径DBH、树高、单株材积）；2）地表植被覆盖度视觉评估；3）光合有效辐射(PAR)测定冠层透光率；4）混合效应模型分析处理间差异。

3.1 单株生长

DT使两个站点的树木死亡率降低4-9倍（DT vs 无DT：Hagfors 4% vs 30%；Nissafors 9% vs 37%）。DT处理的树木17年后平均增高100 cm（Hagfors）和150 cm（Nissafors），但氮肥仅对Nissafors树高有微弱提升。值得注意的是，1800N+无DT组合因初期高死亡率(59%)导致后期自然更新增加，暗示氮肥可能通过改变竞争格局间接影响林分结构。

3.2 林分生产力

DT使单位面积立木蓄积量显著增加（Hagfors +41%，Nissafors +38%），主要源于存活株数增加（DT平均2227株/ha vs 无DT 1435株/ha）。自然更新对总蓄积贡献不足10%，证实DT对人工林建立的长期优势。

3.3 地表植被

DT导致植被组成显著改变：Hagfors站点Cladonia rangiferina（驯鹿重要食源）覆盖从无DT的50%骤降至DT处理的3.9-16.9%，而Calluna vulgaris增加10倍；Nissafors站点Vaccinium vitis-idaea被V. myrtillus替代。氮肥加剧了DT对地衣的负面影响，1800N处理下C. rangiferina覆盖不足6%。PAR测定显示DT区冠层透光率降低14-25%，证实树冠郁闭度是植被变化的关键驱动因子。

3.5 光环境

DT处理的光合有效辐射削减率达81-86%，显著高于无DT处理(53-78%)，但氮肥处理间无差异，说明光环境变化主要源于DT促进的冠层发育而非施肥效应。

这项研究首次系统揭示了DT的长期"双刃剑"效应：虽能持续提升木材产量，但会不可逆地改变地表植被群落，尤其对地衣类关键物种产生压制。研究建议在生态敏感区域采用斑块式整地（如土壤翻转）替代连续开沟，以平衡生产与保护目标。成果为 boreal 森林的可持续经营提供了关键科学依据，特别对兼顾木材生产与驯鹿牧业的北欧林业具有重要指导价值。