張 培，龐圣江，楊保國，劉士玲，賈宏炎,2*，段潤梅,陳健波,郭東強

(1.中國林業(yè)科學研究院 熱帶林業(yè)實驗中心，廣西 憑祥 532600；2.廣西友誼關森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，廣西 憑祥 532600；3.廣西林業(yè)科學研究院，廣西 南寧 530001)

桉樹(Eucalyptusspp.)為桃金娘科(Myrtaceae)桉屬(Eucalyptus)喬木樹種，具有速生、經(jīng)營周期短以及投資收益快等巨大優(yōu)勢，已成為我國南亞熱帶地區(qū)重要的速生造林樹種[1-2]。截止目前，隨著桉樹種植業(yè)發(fā)展的規(guī)?；?，造林面積已逾450萬hm2[3]，極大地促進了當?shù)鼐蜆I(yè)和經(jīng)濟發(fā)展水平。然而，人們更多關注的是桉樹種植帶來的經(jīng)濟收益，由于長期忽視人工純林的造林模式、多代連栽以及不科學經(jīng)營措施，造成林地生產(chǎn)力降低、土壤質(zhì)量差以及生物多樣性銳減等諸多問題的出現(xiàn)而引起各界廣泛關注[4-6]，嚴重影響著我國的木材生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境安全。桉樹混交林能夠促進林分生長和改善林地環(huán)境，M.Bristowetal[7]研究認為，桉樹與金合歡樹(Acaciaperegrina)適宜地混交造林，樹種的種間協(xié)調(diào)、生態(tài)互補性更強，有利于提高林木生長和林分穩(wěn)定性。F.M.Santosetal[8]研究發(fā)現(xiàn)，桉樹與馬占相思(Acaciamangium)混交不僅增加林地凋落物，也明顯提高了林地土壤肥力。陳國彪[9]研究也表明，桉樹與灰木蓮(Manglietiaglauca)混交造林有效地促進桉樹生長和改善土壤狀況?？梢姡瑺I建桉樹混交林有利于兼顧生態(tài)功能與經(jīng)濟效益，是未來桉樹種植業(yè)可持續(xù)經(jīng)營的發(fā)展趨勢。

巨尾桉(E.grandis×E.urophylla)是桉樹雜交選育的優(yōu)良樹種，因其生長迅速、干形通直和適應性強，在廣西丘陵山區(qū)種植極為廣泛[10-12]。紅椎(Castanopsishystrix)為優(yōu)良鄉(xiāng)土珍貴用材樹種，生態(tài)適應性廣，幼齡期耐蔭蔽的環(huán)境，人工林群落內(nèi)具有較強的自然更新能力[13]。巨尾桉適宜的混交種植模式，不僅能改變單一林種結構，有利于桉樹人工林生態(tài)和經(jīng)濟功能的發(fā)揮，也是實現(xiàn)桉樹用材林質(zhì)量提升與林地可持續(xù)經(jīng)營關鍵所在。因此，本研究以短輪伐期生產(chǎn)巨尾桉中小徑材，中長輪伐期培育紅椎選大徑材為目標，開展巨尾桉與紅椎混交造林試驗，從林木種間關系、生長狀況和土壤養(yǎng)分等方面，探討巨尾桉與紅椎混交的可行性以及合理經(jīng)營模式，為巨尾桉混交造林及其混交樹種的篩選提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究地設在廣西友誼關森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站熱林中心站點白云林區(qū)(22°02-22°03′N,106°51′-106°42′E)，氣候?qū)倌蟻啛釒ШＱ笮约撅L氣候帶，干濕季分明，雨季集中于4-10月，年均氣溫21.5℃，年均降雨量1 500 mm；海拔178～240 m，坡度12°～18°，坡向南、西南方向；土壤類型為赤紅壤土，土層厚度>1 m。林下植被主要有西南木荷(Schimawallichii)、烏桕(Triadicacochinchinensis)、銀柴(Aporosadioica)、杜莖山(Maesajaponica)、算盤子(Glochidioneriocarpum)、粗葉榕(Ficushirta)、大青(Clerodendrumcyrtophyllum)、蔓生莠竹(Microstegiumfasciculatum)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、弓果黍(Cyrtococcumpatens)、淡竹葉(Lophatherumgracile)、半邊旗(Pterissemipinnata)、華南毛蕨(Cyclosorusparasiticus)、金毛狗(Cibotiumbarometz)和山菅蘭(Dianellaensifolia)等。

根據(jù)營林生產(chǎn)資料顯示，試驗地前茬為馬尾松采伐跡地，林地清理采伐剩余物后，不煉山塊狀整地挖穴。2009年3月初，本試驗開始新造林，在種植帶內(nèi)挖明坑種植穴，規(guī)格為50 cm×50 cm×30 cm，帶內(nèi)株行距為2 m×3 m，每個種植穴不施基肥，巨尾桉用3個月優(yōu)良無性系組培苗，紅椎用1年生實生苗造林。采用巨尾桉純林的種植模式，林分密度為1 650株·hm-2；巨尾桉與紅椎按2∶1行狀混交造林時，巨尾桉為1 100株·hm-2，紅椎為550株·hm-2。造林后2 a內(nèi)，結合割灌除草方式，每次追施桉樹專用肥0.5 kg·株-1，總共4次撫育施肥。2019年10月以來試驗地的基本信息見表1。

表1 巨尾桉人工林樣地的基本信息Table 1 Basic information of Eucalyptus grandis×E.urophylla plantation sample plots

1.2 調(diào)查取樣

2019年10-12月，采用標準樣地調(diào)查法，在每種造林模式的林分上坡、中坡和坡下，各設置面積為20 m×30 m的重復樣地3個，共調(diào)查18塊樣地。調(diào)查指標主要包括各樹種樹高、胸徑、冠幅等，并計算其平均胸徑、樹高、單株材積和林分蓄積量等。廣西區(qū)巨尾桉[14]和紅椎[15]立木材積公式：

V巨尾桉=0.628 76×10-4D1.821 621H0.964 36

(1)

V紅椎=0.527 64×10-4D1.882 16H1.009 31

(2)

式中，V表示蓄積量/m3，D為胸徑，H為樹高；林分蓄積量等于每株平均木蓄積量×單位面積保留株數(shù)。

在每個樣地內(nèi)采用均勻布點的方法，在樣地上、中、下位置選取3個土壤取樣點，采集0～20、20～40、40～60 cm土層土壤均勻混合，取1.00 kg土壤樣品裝密自封袋編號，帶回實驗室風干，用于測定土壤pH值、土壤速效N、速效P、速效K和全N、全P、全K等養(yǎng)分含量。土壤樣品分析過程中，采用酸度計測定土壤pH值，速效N用堿解擴散法測定，速效P用HCI-H2SO4浸提-鉬銻抗比色法測定，速效K用CH3COONH4浸提-火焰光度計法測定，全N采用濃H2SO4-HClO4消化法-自動凱氏定氮儀(KDY-9830，KETUO)測定，全P采用NaOH熔融-鉬銻抗比色-紫外分光光度法測定，全K采用NaOH熔融-火焰光度計法測定[16]。樣品需重復測定3次，結果取平均值。

表2 不同混交模式的巨尾桉人工林林木生長狀況Table 2 Growth of tree species in E.grandis×E.urophylla plantation with different afforestation models

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進行調(diào)查數(shù)據(jù)處理，使用SPSS19.0軟件對巨尾桉生長和土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)進行單因素(One-way ANOVA)方差分析，并用最小顯著性差異法 (least-significant difference，LSD)對有顯著差異的數(shù)據(jù)進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 樹種混交對林木生長的影響

從表1可以看出，巨尾桉×紅椎混交林中巨尾桉的平均胸徑、樹高、枝下高、冠幅和單株材積生長分別達到17.08 cm、16.24 m、10.43 m、3.83 m和0.142 7 m3，比巨尾桉純林提高7.62%、5.59%、18.39%、25.98%和14.53%。通過方差分析和多重比較發(fā)現(xiàn)，2種林分中巨尾桉胸徑、枝下高和冠幅和單株材積生長存在顯著差異(P<0.05)，但樹高生長無顯著差異(P>0.05)?；旖涣种屑t椎的生長狀況良好，其平均胸徑和樹高年均生長量為1.16 cm和1.36 m，基本達到紅椎在當?shù)卦耘嗌L量(通常胸徑和樹高年均生長量分別約為1.0 cm和1.5 m)的水平[17]。

由此可見，巨尾桉與紅椎混交造林，形成巨尾桉處于林冠層上方，紅椎處于林冠層下方的復層林分結構，紅椎幼齡期較耐蔭，處于上層的巨尾桉樹冠可為其提供適宜的遮蔭環(huán)境，使得紅椎生長不因混交而受到較大的影響。混交林分生產(chǎn)力較高，蓄積量達到126.44 m3·hm-2，比較接近巨尾桉純林(129.84 m3·hm-2)。

2.2 樹種混交對土壤養(yǎng)分的影響

由表3可知，巨尾桉×紅椎混交林相同土層土壤pH值顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)。與巨尾桉純林相比，混交林土壤pH值增幅最大的是中層土壤(20～40 cm)，為0.63；其次是上層土壤(0～20 cm)，為0.59；最小的是下層土壤(40～60 cm)，為0.30。方差分析表明，巨尾桉純林上層土壤和中層土壤差異不顯著，與下層土壤差異顯著，巨尾桉×紅椎混交林不同土層間差異不顯著。

表3 不同混交模式的巨尾桉林地土壤養(yǎng)分特征Table 3 Soil nutrient characteristics of in E.grandis×E.urophylla plantation with different afforestation models

巨尾桉×紅椎混交林相同土層土壤速效N、速效P和速效K含量均大于巨尾桉純林。其中，混交林上層土壤速效N、速效P和速效K含量分別比巨尾桉純林增加16.31、0.43 mg·kg-1和16.65 mg·kg-1，中層土壤分別比巨尾桉純林增加12.45、0.42 mg·kg-1和3.68 mg·kg-1；下層土壤分別比巨尾桉純林增加14.17、0.35mg·kg-1和1.78mg·kg-1。方差分析顯示，混交林上層和中層土壤速效N和速效P含量均顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)，但二者在下層差異不顯著；混交林上層土壤速效K含量顯著高于巨尾桉純林，二者在中層和下層間的差別不明顯。

巨尾桉×紅椎混交林相同土層土壤全N、全P和全K含量均大于巨尾桉純林。其中，混交林上層土壤全N、全P和全K含量分別比巨尾桉純林增加0.34、0.06 g·kg-1和0.17 g·kg-1，中層土壤分別比巨尾桉純林增加0.08、0.02 g·kg-1和0.10 g·kg-1；下層土壤分別比巨尾桉純林增加0.16、0.03 g·kg-1和0.11 g·kg-1。方差分析顯示，混交林上層土壤全N、全P和全K含量均顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)，二者在中層與下層差異均不顯著。

2.3 樹種混交的林木種間關系

根據(jù)混交林9個樣地的每木調(diào)查數(shù)據(jù)，按2.0 cm徑階統(tǒng)計巨尾桉和紅椎的活立木徑階分布狀況，結果表明，混交林巨尾桉活立木徑階范圍為8.0～24.0 cm，紅椎活立木徑階分布范圍為2.0～14.0 cm。其中，混交林巨尾桉活立木徑階主要集中在14.0～20.0 cm，約占該樹種79.80%；紅椎主要分布于6～12.0 cm，約占85.63%。從圖1可以看出，混交林中巨尾桉與紅椎的活立木徑階尚處于比較接近正態(tài)分布。說明10年生時，巨尾桉和紅椎的種間關系比較協(xié)調(diào)，特別是紅椎生長基本尚未受到巨尾桉較大影響。然而，由于該林分已完全郁閉，混交林中巨尾桉和紅椎的胸徑小于各自平均胸徑比例，分別達到57.88%和52.42%。通常情況下，混交林分中各樹種的胸徑小于林分平均胸徑超過40%，說明林木種間競爭逐漸加劇，群落結構形成不穩(wěn)定的趨勢[18]。因此，應根據(jù)林分生長狀況、郁閉度和被壓木情況，及時疏伐改善林分結構和調(diào)整種間關系，以期充分揮發(fā)混交林的生態(tài)和經(jīng)濟效益。

圖1 混交林徑階分布Fig.1 Distribution of diameter scale of mixed forest

3 結論與討論

巨尾桉×紅椎混交林中巨尾桉胸徑、枝下高、冠幅和單株材積生長均顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)，但樹高生長差異性不顯著。巨尾桉與紅椎混交造林，能促進紅椎生長，是巨尾桉理想的混交樹種。

從林分總蓄積量來看，巨尾桉×紅椎混交林的林分總蓄積量為126.44 m3·hm-2，比較接近巨尾桉純林(129.84 m3·hm-2)，說明巨尾桉與紅椎混交造林，仍具有較高的林地生產(chǎn)力，有利于短期收獲巨尾桉中小徑材，中長期培育高價值的紅椎大徑材。

巨尾桉×紅椎混交林土壤pH值，速效N、速效K、全N、全P和全K含量大多數(shù)高于巨尾桉純林，說明巨尾桉×紅椎混交林有利于提高林地土壤肥力。

10年生時，混交林的種間關系協(xié)調(diào)，紅椎生長尚未受到巨尾桉較大影響，但混交林中巨尾桉、紅椎的胸徑小于其各自平均胸徑的立木比例分別占57.88%和52.42%，林分結構存在不穩(wěn)定的趨勢。

本研究顯示，巨尾桉×紅椎混交林巨尾桉的平均胸徑、枝下高和冠幅以及單株材積生長顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)，說明巨尾桉與紅椎混交造林時，前者屬于速生樹種，處于林冠上層，且同一樹種密度降低，使其在資源獲取方面有著巨大優(yōu)勢，更有利于巨尾桉生長，這與巨尾桉×大葉櫟(Castanopsisfissa)[19]、巨尾桉×灰木蓮以及巨尾桉×香梓楠(Micheliagioii)[20]混交造林時，有利于促進桉樹生長的研究結果基本一致。本研究亦發(fā)現(xiàn)，2種林分間巨尾桉樹高生長差異不顯著，原因可能與該研究區(qū)域巨尾桉樹高生長既受立地的影響，也與樹種生長特性密切有關[21]。混交林中紅椎胸徑與樹高年均生長量，與在當?shù)卦耘嗌L量差異不大[17]，這與營造混交林有利于促進紅椎生長的研究結果一致[22]?？梢?，巨尾桉與紅椎混交造林，形成了巨尾桉-紅椎復層混交林分結構，紅椎幼齡期相對耐蔭，巨尾桉樹冠恰好為其提供適當?shù)恼谑a條件，是巨尾桉理想的混交樹種。

盡管混交林巨尾桉的配植比例減少，其蓄積量有所下降；但從林分總蓄積量來看，巨尾桉×紅椎混交林的林分總蓄積量為126.44 m3·hm-2，比較接近巨尾桉純林(129.84 m3·hm-2)，說明巨尾桉與紅椎混交造林，仍具有較高的林地生產(chǎn)力，有利于短期收獲巨尾桉中小徑材，中長期培育高價值的紅椎大徑材。

研究還發(fā)現(xiàn)，巨尾桉純林的種植模式在一定程度上可造成林地土壤的酸化，巨尾桉與紅椎混交造林有助于減緩土壤酸化，這與桉樹純林土壤酸性強[23]，桉樹×紅椿(Toonaciliata)和桉樹×臺灣榿木(Alnusformosana)混交造林有效減緩土壤酸化[24]的研究結論相似，這可能是巨尾桉與紅椎混交造林時，有效降低了巨尾桉次生代謝產(chǎn)物-酚酸類物質(zhì)含量[25]，其造成土壤酸化的主要原因。巨尾桉×紅椎混交林相同土層的土壤養(yǎng)分含量均大于巨尾桉純林，說明混交林具有良好的土壤養(yǎng)分循環(huán)機制。在植物-土壤養(yǎng)分循環(huán)過程中，造林樹種與土壤養(yǎng)分含量關系極為密切，巨尾桉純林枯落物相對較少，且分解緩慢，不利于土壤養(yǎng)分積累；巨尾桉×紅椎混交林不僅能夠協(xié)調(diào)種間關系、增強生態(tài)互補性，還有利于提高林地土壤肥力。

林木徑級分布是林分結構穩(wěn)定性、衡量林分質(zhì)量和判斷撫育間伐的一個重要特征[26]。研究發(fā)現(xiàn)，混交林巨尾桉立木徑階主要集中在14.0～20.0 cm，紅椎主要分布于6.0～12.0 cm，二者尚處于比較接近正態(tài)分布。可見，該混交林的種間關系還比較和諧，巨尾桉對紅椎生長的影響相對較小。然而，混交林巨尾桉和紅椎的胸徑小于各自平均胸徑比例，均已超過50%，混交樹種胸徑小于林分平均胸徑超過40%，林木種間競爭逐漸加劇，不利于群落結構的穩(wěn)定性。因此，建議適時開展撫育間伐，改善混交林分結構和調(diào)整種間關系，才能有利于巨尾桉用材林質(zhì)量的精準提升，實現(xiàn)桉樹種植業(yè)的健康、高效發(fā)展。