人工林主要造林树种土壤质量退化机制与防治技术

国家科技进步奖推荐项目基本情况一、项目名称我国人工林主要造林树种土壤质量退化机理与防治技术我国人工林主要造林树种土壤质量退化机理与防治技术二、推荐单位中国林业科学研究院林业研究所三、项目简介人工林土壤质量下降，在世界范围内引起普遍关注。我国人工林主要树种杉木、桉树、山杏、杨树、落叶松、马尾松以及湿地松等七树种，占全国人工林面积80％以上，长期以来由于经营技术水平不高，存在着严重的土壤质量下降，林木生产力下降40%—50%，林木生长量逐代大幅度下降，以杉木为例，第二代生长量和第一代相比，下降10％-15％，第三代和第一代相比，下降30％-40％，山杏重茬育苗难以成活。人工纯林病虫害严重等，已直接威胁到有限可耕林地的可持续经营。提出森林土壤功能与其组成、结构、性质一致性的新理论，并通过对不同立地条件、不同林分类型及不同土壤类型下杉木等七树种的不同代、不同发育阶1600多块样地的调查、观测及长期的定位研究，获得林木生长、土壤理、化性质及生物学活性变化数据64000多个，系统地揭示了土壤质量下降的过程与机理，找出了导致杉木等七树种人工林土壤质量下降的关键因素：主要营养元素发生了不同程度下降，养分归还与吸收之间的不平衡状况非常突出，土壤生物学活性大幅度下降，土壤生态平衡体系遭到破坏，如此情况发生，与多年来人工林采用单树种、纯林经营，群落结构单一，针叶化、短轮伐期经营，枯落物不能归还林地等不正确的经营措施密切有关。与此同时，有针对性地研究、并提出防治土壤质量下降的综合技术途径与适用技术：1、首次为非豆科树种研制出高效多功能细菌肥料，以及诱导桉树结瘤固氮及联合固氮菌剂研制成功。实现了产业化。菌剂应用于速生树种桉树、杨树及马尾松等，增产幅度达到10％-25.78%，明显提高土壤有机、无机养分含量及生物学活性，提高土壤的抗病和抗逆性能。发现将微生物肥与有机肥和化肥配合施用，可节约常规化肥施用量的一半，提高林木生长量超过全量化肥。推广面积4.65万亩，产生经济效益518万元。（获国家发明专利7项）鉴定：（国际领先水平）2、提出了维护杉木等速生树种土壤功能、实现可持续经营的系列经营技术措施：包括营造杉木等速生树种与阔叶树混交林技术、发展林下植被技术以及保留采伐迹地枯落物等系列技术，明显地提高了林地土壤有机、无机养分含量及生物学活性，提高了林木生长量。推广应用面积6.7万亩，产生的经济效益3797.35万元。3、提出了合理施用化学肥料技术：提出林木施肥立地养分效应原理、建立了配方施肥模型及营养诊断标准。提高了林木生长量，改良了土壤性质。投入与产出之比为1：5-10。推广应用面积67.125万亩，产生经济效益4417.2万元。(国际领先水平)。4、解决了长期以来重茬山杏育苗难以成活的难题：培育山杏与白柠条混交苗，可避免重茬培育山杏苗难以成活，这个长期以来困扰我国北部和西北部地区山杏经营中的难题。年育苗面积1200亩，产生经济效益312万元。（获国家发明专利1项）。项目30年来累计推广应用面积5.24万公顷。已鉴定成果6项，出版专著3部，发表论文89篇，获省部级一等奖1项、二等奖1项、三等奖3项，中国土壤学会科技进步奖二等奖一项。四、主要完成单位及创新贡献笫一完成单位：中国林业科学研究院林业研究所创新贡献：中国林业科学研究院林业研究所是八五、“九五”攻关专题、国家自然科学基金项目“杉木林下植物群落对土壤肥力影响”和“山杏育苗土壤有机物功能变化机理研究”的第一主持单位，是该专题申请书、可行性研究报告的撰写单位，专题实施方案撰写单位，负责专题的全面研究工作，掌握专题的研究动态，负责专题各阶段总结报告的撰写，具体负责细菌肥料研制及应用技术研究、负责杉木、马尾松、落叶松及其湿地松人工林地力衰退原因机理及其防治技术措施研究。取得的主要贡献如下：关于细菌肥料应用技术研究，为纸浆材林研制出8种专用的系列多功能细菌肥料，摸索出较成功的实验室工艺流程技术，为中试生产提供了可靠的科学技术参数，搞清楚了不同肥料的生物学特性，施用于桉树、马尾松、杨树和落叶松，增产幅度普遍在10%以上。我已浙江开发，并于2011年5月建成500升－10吨，二级液体菌剂生产系统、并投入生产，实现了科技成果产业化，。通过大量的外业研究样地调查，搞清楚了杉木、马尾松和落叶松湿地松四树种人工林地力衰退的原因机制及其防治措施，系统的揭示了杉木、马尾松、落叶松及湿地松，从幼龄林、中龄林至成熟林土壤性质变化过程与衰退机理，找出了导致四树种土壤质量退化的关键因子，研究出防治四树种地力退化的综合生物技术途径和合理配方施用化学肥料技术，有效地维护和恢复土壤功能，实现可持续经营。出版专著两部“中国主要造林树种土壤质量演化与调控机理”，“山杏土壤生物化学活性变化与调控机理“，获国家发明专利8项，发表论文30篇。笫二完成单位：中南林业科技大学主要贡献：首次系统地揭示了连茬桉树人工林地力衰退原因机制：指出桉树林地长期养分输出大于输入，土壤生物学活性下降，是导致按树人工林地力衰退的主要原因。摸索出营造尾叶桉和厚荚相思混交林防治地力衰退的最佳混交比例和最佳混交模式：混交模式以行状混交为佳，混交比例以1：1为佳，行距为2.7米，桉树株距为1.5米，厚荚相思为1.7米。首创林木立地养分效应理论，建立林木配方施肥模型；完善了林木立地养分效应理论，提出优势木法、高地位指数法来确定目标产量，发展了配方施肥应用模型。笫三完成单位：南京林业大学主要贡献：1）参加研究方案和技术路线的制定，以及科研报告的撰写工作。2）和主持单位共同承担杉木人工林土壤性质变化研究，具体负责人工林土壤微量元素状况、杉木和马尾松根际有机酸的分泌与土壤磷的活化、杉木人工林林木营养诊断与施肥技术、根瘤菌优良菌株的筛选以及将根瘤菌转入非豆科树种杨树诱导结瘤固氮等方面的研究工作。3）研究成果的推广与技术培训等。笫四完成单位：东北林业大学主要贡献：（1）采用森林生态系统定位研究的方法，对落叶松人工纯林通过提高林地抚育强度,调整群落结构,增加林地光照,诱导天然阔叶树种进入,从而形成针阔混交林的调控措施，逐步改善土壤动物和微生物的栖息繁衍环境，提高落叶松凋落物的分解速率,增加养分归还量,调节落叶松人工纯林凋落物分解与林地积累的矛盾，达到维持地力平衡和提高林地生产力的目的。应用和推广面积为5000亩，总经济效益增加6360万元。发表著作两部，论文15篇。（2）研究落叶松人工林施肥试验技术并在东北林业大学帽儿山实验林场实验和推广面积1000亩。总经济效益增加1220万元。发表论文5篇。笫五完成单位:中国林业科学研究院热带林业研究所主要贡献：负责桉树人工接种固氮菌研究与应用，建立桉树人工诱导根瘤固氮技术，筛选出桉树联合固氮菌株2株，并研究联合固氮菌在桉树根际定殖与固氮。建立人工接种固氮菌技术。正式发表论文3篇。先后研制出对桉树生长有明显增长作用的菌肥，生产液体菌肥600多公斤、固体菌剂10多吨，接种苗木200万株，已在广东省樟木头林场、雷州林业局、广东省新会市、福建省漳州市、嘉汉公司在广东省河源的桉树基地和新加坡金光集团亚洲浆纸业有限公司（APP）在海南的桉树丰产林基地等推广应用人工接种固氮菌的桉树人工林1，000多公顷。大田接种固氮菌试验林三年调查结果表明：接菌桉树的树高比对照增加15.72%；地茎增加25.34%，与对照差异显著。笫六完成单位：中国林业科学研究院亚热带林业研究所主要贡献：承担马尾松施肥技术研究，创造性贡献如下：提供了中下等立地条件马尾松林合理施肥最佳方案，第二年马尾松幼龄林生长较CK增长15%-23%，第四年蓄积量增长32.2%-52.2%（攻关目标增产5%-10%）。通过合理施肥，每公顷林地可净收入5000-10000元。利用临界浓度和向量分析法，初步建立了马尾松叶片营养诊断指标以及氮、磷、钾、钙、镁的营养诊断参数，建立马尾松施肥产量预估模型。在福建邵武、永安、江西永丰等地推广应用面积15067公顷，提高了当地的营林科技水平，为森林资源培育做出了良好的示范，产生了较大的生态效益和社会效益。笫七完成单位：中国林业科学研究院亚热带林业实验中心主要贡献:是“南方速生树种人工林土壤长期生产力保持机制及调控技术”成果的主持单位，参与杉木、马尾松、湿地松等人工林地力衰退原因机理及其防治技术途径研究，以及发展林下植被维护地力等方面研究工作；研究了保留采伐迹地枯落物与炼山对林木生长和林分养分含量的生长效应。在细菌肥料施用于桉树和马尾松等树种的田间试验中完成任务出色，接种细菌肥料育苗1500万株，取得较明显的经济效益。笫八完成单位：中国林业科学研究院热带林业实验中心主要贡献：该单位比较出色的完成了研究中的田间试验工作，其中包括不同种细菌肥料施用于马尾松、杉木及桉树幼林的田间试验，圆满完成了各项试验的具体实施与田间观测任务。此外，经过研究与探索，科学的确定了营造马尾松与红椎异龄混交林防治林地地力衰退的最佳混交比例，筛选出了马尾松或杉木与红椎的异龄混交优化经营模式。为林地的可持续经营，林业的经济高效和多目标经营做出了突出的贡献。同时，积极对已取得的研究成果进行推广，已在马尾松、桉树、杉木等人工幼林中推广应用了微生物菌肥，面积达4.5万亩。施用施用微生物菌肥的成本与用工量与施化学肥料比较可节约30%左右，仅此项，每年每亩可节约肥料及施肥用工投资45元，按上述应用面积，每施肥一年，可节约投资202.5万元。此外，通过在马尾松、杉木人工近熟林中进行疏伐然后在林下套种红椎，建成红椎与杉木异龄混交林，面积达1万亩。从混交林所提高的经济效益及异龄混交林相当于缩短红椎经营周期所产生的效益两项相加，1万亩异龄混交林增收达2315-2520万元/年。取得了显著的生态、经济和社会效益。五、推广应用情况推广应用情况：本项目中维护和恢复森林土壤功能调控技术，已大面积推广应用。细菌肥料应用技术（其中包括固氮菌肥料）：本项目研制细菌肥料制剂，在桉树、马尾松、杨树等人工林推广应用面积达到4.5万亩，菌剂施用量少，每亩用量2～3公斤，施用方便，无环境污染，不同种细菌肥料菌剂，均可进行产业化生产，已被浙江省开发，在本项目技术人员的指导下工业化微生物肥料产品已予2011年5月正式产出，目前正在浙江、福建、河南、黑龙江等地推广，应用前景广阔。混交林技术：营造杉木、桉树等五树种与其它树种混交林，目前已成为防治五树种人工林地力衰退，实现永续经营重要生物技术途径之一，应用前景广阔，其中杉木混交林，推广面积达到10000亩。红椎与马尾松、杉木异龄混交林，推广面积达10000亩。营造杨树与刺槐混交林12000亩。落叶松与水曲柳混交林，推广应用面积5000亩。桉树与相思混交林，推广应用面积5000亩。保留采伐迹地枯落物不炼山技术：推广应用面积20000亩。合理施用化学肥料技术：立地养分效应配方施肥技术应用于桉树合理施肥，推广应用面积1850公顷，杨树合理施肥与营养诊断技术，推广应用面积14667公顷，该技术在湖北省已作为杨树工业原料基地建设的配套技术，正大面积推广应用。马尾松施肥技术已在福建省速生丰产林基地建设项目中，发挥重要作用，在24.3万亩新造林，17.6万亩中龄林中应用。马尾松、杉木合理配方施肥及营养诊断技术推广面积达4500亩。六、曾获科技奖励情况1、获省级一等奖一项:获奖项目名称：林木立地养分效应配方施肥模型及应用技术奖项名称：湖南省科学技术奖奖励等级：一等奖授奖单位：湖南省政府2、获省级二等奖一项:获奖项目名称：落叶松人工林土壤质量演变与调控奖励名称：黑龙江省科学技术奖奖励等级：二等奖授奖单位：黑龙江省政府3、获中国土壤学会科技进步奖一项获奖项目名称：我国人工林主要造林树种地力退化机理及防治技术途径奖励等级：二等奖奖励名称：中国土壤学会科学技术奖授奖单位：中国土壤学会4、获国家林业局科技进步奖三项(1)获奖项目名称：杉木、杨树人工林地力衰退原因机制及其防治措施研究奖项名称：国家林业局科技进步奖奖励等级：三等奖授奖单位：国家林业局(2)获奖项目名称:杉木林下植物群落对土壤肥力的影响奖项名称：国家林业局科技