張 培，龐圣江，楊保國(guó)，劉士玲，賈宏炎,2，陳健波，郭東強(qiáng)

(1 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心,廣西 憑祥 532600;2 廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站,廣西 憑祥 532600；3 廣西林業(yè)科學(xué)研究院,廣西 南寧 530001)

桉樹(shù)(Eucalyptusspp.)為桃金娘科桉屬樹(shù)種的統(tǒng)稱，具有生長(zhǎng)迅速、經(jīng)營(yíng)周期短和投資收益快的優(yōu)點(diǎn)，已成為我國(guó)南亞熱帶地區(qū)重要的造林樹(shù)種[1]。近年來(lái)，隨著桉樹(shù)種植業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，其造林面積持續(xù)增長(zhǎng)，已逾500萬(wàn)hm2[2]，極大地促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。然而，人們僅關(guān)注桉樹(shù)人工林的經(jīng)濟(jì)收益，卻忽視了長(zhǎng)期人工純林的種植模式及不合理經(jīng)營(yíng)造成的林地土壤酸化、生物多樣性銳減和林地生產(chǎn)力下降等問(wèn)題[3-5]。研究表明，桉樹(shù)混交造林不僅有利于增加林木種類組成與林地凋落物，而且可以改善土壤環(huán)境。郭祥泉[6]研究發(fā)現(xiàn)，桉樹(shù)與馬尾松(Pinusmassoniana)適宜的混交配比有利于桉樹(shù)胸徑、樹(shù)高和材積生長(zhǎng)以及地力恢復(fù)。Bristow等[7]研究表明，桉樹(shù)與金合歡樹(shù)(Acaciaperegrina)混交，樹(shù)種的種間協(xié)調(diào)和生態(tài)互補(bǔ)性更強(qiáng)，可提高林分穩(wěn)定性。鄧海燕等[8]研究顯示，桉樹(shù)與團(tuán)花(Neolamarckiacadamba)混交造林，有利于改善林地的土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分水平。Santos等[9]研究表明，桉樹(shù)與馬占相思(Acaciamangium)混交有利于凋落物積累，且凋落物的分解加速，提高了土壤肥力，并可有效防止地力衰退和維持林地生產(chǎn)力?？傮w而言，目前關(guān)于桉樹(shù)混交試驗(yàn)研究較多，而對(duì)于桉樹(shù)與鄉(xiāng)土珍貴樹(shù)種混交后林分質(zhì)量和產(chǎn)量變化方面的研究卻鮮見(jiàn)報(bào)道。桉樹(shù)和鄉(xiāng)土珍貴樹(shù)種混交造林可有效利用有限的土地資源、優(yōu)化樹(shù)種結(jié)構(gòu)、改善林地土壤肥力、降低病蟲(chóng)害、提升森林整體質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)桉樹(shù)種植業(yè)可持續(xù)發(fā)展急需解決的重要課題。

本研究在廣西西南部林區(qū)，選取巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)純林及其分別與降香黃檀(Dalbergiaodorifera)、望天樹(shù)(Parashoreachinensis)、格木(Erythrophleumfordii)和紅椎(Castanopsishystrix)混交的試驗(yàn)林為研究對(duì)象，比較不同混交模式下巨尾桉林分生長(zhǎng)狀況、凋落物現(xiàn)存量和土壤養(yǎng)分方面的差異，探討巨尾桉與鄉(xiāng)土珍貴樹(shù)種混交的林分穩(wěn)定性、林地質(zhì)量與維持地力的能力，為探尋桉樹(shù)種植業(yè)的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站熱林中心林區(qū)(22°04′-22°16′ N，106°41′-106°48′ E)，該地屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，干濕季有明顯差異，雨季主要集中于4-10月，年均降雨量1 450 mm，年均氣溫22 ℃；土壤類型以赤紅壤土為主，土層厚度1 m以上。

營(yíng)林生產(chǎn)資料顯示，造林地為馬尾松采伐跡地，馬尾松皆伐后進(jìn)行采伐跡地清理，采取免煉山處理，將采伐剩余物和雜灌木進(jìn)行帶狀清理，以避免水土流失。2012年3月開(kāi)始新造林，在種植帶內(nèi)挖種植穴，規(guī)格為50 cm×50 cm×30 cm，帶內(nèi)株行距為2 m×2 m；巨尾桉植穴不施基肥，4種珍貴樹(shù)種每個(gè)植穴施復(fù)合肥0.5 kg。采用純林與行狀混交(2行巨尾桉+1行珍貴樹(shù)種)造林模式，各設(shè)置3個(gè)重復(fù)。巨尾桉采用3個(gè)月優(yōu)良無(wú)性系組培苗，4種珍貴樹(shù)種用1年生實(shí)生苗，純林與混交林的初植密度均為2 500株/hm2。造林后1～3年，每年采用塊狀鏟草與割灌除草結(jié)合的方式撫育2次，共撫育6次。2018年10月調(diào)查試驗(yàn)林地的基本情況，樣地信息詳見(jiàn)表1。

表1 不同混交模式桉樹(shù)人工林樣地的基本信息Table 1 Basic information of Eucalyptus plantation sample plots with different mixing patterns

1.2 調(diào)查取樣

2018年10-11月，采用典型樣地的調(diào)查方法，在每種混交模式的試驗(yàn)地，各設(shè)置面積為600 m2(20 m×30 m)的重復(fù)樣地6個(gè)，共計(jì)調(diào)查30個(gè)樣地。林木胸徑(D)檢尺采用測(cè)樹(shù)鋼圍尺測(cè)量，樹(shù)高(H)和枝下高采用超聲波測(cè)高儀(瑞典Vertex IV超聲波測(cè)高儀)測(cè)量，冠幅用皮尺測(cè)量各樹(shù)種的南北和東西方向樹(shù)冠寬度取平均值。各樹(shù)種的單株材積(V)分別采用以下公式[10-14]計(jì)算：

V巨尾桉=0.628 76×10-4D1.821 621H0.964 36；

V降香黃檀=0.587 704 2×10-4D1.969 983 1H0.896 461 57；

V望天樹(shù)=0.656 71×10-4D1.694 12H1.069 769；

V格木=0.667 054×10-4D1.847 954 0H0.966 575 09；

V紅椎=0.527 64×10-4D1.882 16H1.009 31。

林分蓄積量=每株平均木蓄積量×單位面積保留株數(shù)。

在每個(gè)樣地內(nèi)再設(shè)置3個(gè)1 m × 1 m小樣方進(jìn)行凋落物取樣，將小樣方內(nèi)所有凋落物按半分解層和未分解層收集標(biāo)記并分別稱質(zhì)量。同時(shí)，采用均勻布點(diǎn)的方法,順坡在樣地上、中、下位置選取3個(gè)樣點(diǎn)，采集0～20 cm表層土壤均勻混合，取1.00 kg土壤樣品裝自封袋編號(hào)，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定。土壤樣品分析過(guò)程中，土壤pH值采用酸度計(jì)測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用K2Cr2O7氧化-外加熱法測(cè)定，速效N用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效P用HCl-H2SO4浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效K用CH3COONH4浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定，全N采用濃H2SO4-HClO4消化法-自動(dòng)凱氏定氮儀(KDY-9830，KETUO)測(cè)定，全P采用NaOH熔融-鉬銻抗比色-紫外分光光度法測(cè)定，全K采用NaOH熔融-火焰光度計(jì)法測(cè)定，所有的土壤樣品上述指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3次，結(jié)果取平均值[15]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007進(jìn)行調(diào)查數(shù)據(jù)初步處理；使用SPSS 20.0軟件對(duì)各樹(shù)種生長(zhǎng)指標(biāo)、凋落物量和土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行單因素(One-way ANOVA)方差分析。同時(shí)，利用最小顯著性差異法 (least-significant difference，LSD)對(duì)有顯著差異的數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同混交模式對(duì)桉樹(shù)林木生長(zhǎng)的影響

從表2可以看出，混交林中巨尾桉的胸徑、樹(shù)高、枝下高、冠幅和單株材積均大于純林中巨尾桉。純林中巨尾桉的胸徑、枝下高、冠幅和單株材積分別僅為14.32 cm、8.58 m、2.89 m和0.123 1 m3，而4種混交林中巨尾桉這4個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)的平均值較純林中巨尾桉分別提高了9.28%,5.59%,18.68%和5.28%。由于各樹(shù)種生長(zhǎng)特性不同，與巨尾桉混交的4種珍貴樹(shù)種生長(zhǎng)亦存在一定差異，這些混交樹(shù)種的胸徑、樹(shù)高、枝下高、冠幅和單株材積等生長(zhǎng)指標(biāo)大小均表現(xiàn)為紅椎>望天樹(shù)>格木>降香黃檀。

表2 不同混交模式桉樹(shù)人工林的生長(zhǎng)狀況Table 2 Growth of tree species in Eucalyptus plantations with different mixing patterns

方差分析表明，混交林中巨尾桉的胸徑(除巨尾桉+降香黃檀混交林外)、枝下高(除巨尾桉+降香黃檀混交林外)、冠幅和單株材積均顯著高于純林中巨尾桉(P<0.05)，但各林分間樹(shù)高生長(zhǎng)差異性不顯著(P>0.05)。巨尾桉與4種珍貴樹(shù)種混交造林，前者作為速生樹(shù)種能夠迅速占據(jù)林冠層上方，后者則處于林冠層下方，這種復(fù)層林分結(jié)構(gòu)既充分利用林地空間和光照資源，林分穩(wěn)定性強(qiáng)，更有利于林木的生長(zhǎng)。

2.2 不同混交模式對(duì)桉樹(shù)林分蓄積量的影響

由圖1可知，不同混交模式中，巨尾桉蓄積量表現(xiàn)為巨尾桉純林(126.89 m3/hm2)>巨尾桉+紅椎混交林(114.02 m3/hm2)>巨尾桉+格木混交林(111.06 m3/hm2)>巨尾桉+望天樹(shù)混交林(109.82 m3/hm2)>巨尾桉+降香黃檀混交林(107.23 m3/hm2)?；旖粯?shù)種的蓄積量表現(xiàn)為紅椎(25.72 m3/hm2)>望天樹(shù)(19.01 m3/hm2)>格木(14.85 m3/hm2)>降香黃檀(9.35 m3/hm2)，這可能與混交樹(shù)種生長(zhǎng)速度不同有關(guān)。從林分總蓄積量來(lái)看，巨尾桉+紅椎混交林最高(139.74 m3/hm2)，比巨尾桉純林多12.85 m3/hm2；巨尾桉+望天樹(shù)混交林(128.83 m3/hm2)次之，比巨尾桉純林多1.94 m3/hm2；第三為巨尾桉+格木混交林(125.91 m3/hm2)，比巨尾桉純林多0.98 m3/hm2；巨尾桉+降香黃檀混交林最小，僅116.58 m3/hm2，比巨尾桉純林少10.31 m3/hm2，說(shuō)明林分總蓄積量受巨尾桉配植比例和混交樹(shù)種生長(zhǎng)速度的共同影響。

圖1 不同混交模式桉樹(shù)人工林的林分蓄積量差異Fig.1 Stand volumes of single and mixed species Eucalyptus plantations with different mixing patterns

綜上所述，混交林巨尾桉配植比例的減少，造成巨尾桉蓄積量和出材量有所下降。但巨尾桉與望天樹(shù)、格木和紅椎混交林的林分總蓄積量均高于巨尾桉純林，而巨尾桉與降香黃檀混交林則略低于巨尾桉純林，說(shuō)明巨尾桉與適量的珍貴樹(shù)種混交造林，前期以經(jīng)營(yíng)桉樹(shù)為主，后期培育高價(jià)值的珍貴樹(shù)種，巨尾桉與珍貴樹(shù)種以及林下植被形成多層次、更穩(wěn)定的混交林，最終會(huì)收獲較大的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 不同混交模式對(duì)桉樹(shù)林分凋落物量的影響

表3顯示，混交林地的凋落物總存量顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)，其大小表現(xiàn)為巨尾桉+紅椎混交林(7 729.28 kg/hm2)>巨尾桉+望天樹(shù)混交林(7 271.21 kg/hm2)>巨尾桉+格木混交林(6 558.35 kg/hm2)>巨尾桉+降香黃檀混交林(6 214.74 kg/hm2)>巨尾桉純林(4 154.91 kg/hm2)。試驗(yàn)林地的凋落物中，半分解層和未分解層所占比例有所差異，其中混交林的半分解層凋落物存量均大于未分解層，而巨尾桉純林的半分解層凋落物存量小于未分解層。

表3 不同混交模式桉樹(shù)人工林凋落物的現(xiàn)存量Table 3 Existing litter in Eucalyptus plantations with different mixing patterns

2.4 不同混交模式對(duì)桉樹(shù)林分土壤養(yǎng)分的影響

從表4可以看出，混交林地(除Ⅱ號(hào)樣地外)表層(0～20 cm)土壤pH值與巨尾桉純林相比差異顯著；巨尾桉純林的土壤pH值最低，僅為4.77，巨尾桉+降香黃檀、巨尾桉+望天樹(shù)、巨尾桉+格木和巨尾桉+紅椎混交林的土壤pH值較巨尾桉純林地分別提高了4.82%，10.27%，9.64%和10.90%。由此可見(jiàn)，桉樹(shù)純林的種植模式會(huì)造成林地土壤的酸化，樹(shù)種混交有助于減緩?fù)寥浪峄?/p>

從土壤有機(jī)質(zhì)含量來(lái)看，巨尾桉混交林的表層土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)，表現(xiàn)為巨尾桉+紅椎混交林(27.58 g/kg)>巨尾桉+望天樹(shù)混交林(24.27 g/kg)>巨尾桉+格木混交林(22.81 g/kg)>巨尾桉+降香黃檀混交林(20.24 g/kg)>巨尾桉純林(16.18 g/kg)(表4)。

表4 不同混交模式桉樹(shù)人工林的土壤養(yǎng)分特征Table 4 Soil nutrient characteristics of Eucalyptus plantations with different mixing patterns

從土壤養(yǎng)分含量來(lái)看，混交林地表層(0～20 cm)土壤速效N、速效P、速效K、全N、全P和全K含量均高于巨尾桉純林。巨尾桉+紅椎混交林表層土壤的速效N和全N含量均最高，巨尾桉+望天樹(shù)混交林略低于巨尾桉+格木混交林，而稍高于巨尾桉+降香黃檀混交林。其他土壤養(yǎng)分含量大小均表現(xiàn)為巨尾桉+紅椎混交林>巨尾桉+望天樹(shù)混交林>巨尾桉+格木混交林>巨尾桉+降香黃檀混交林>巨尾桉純林。方差分析顯示，各林分間土壤速效P含量差異不顯著，其他養(yǎng)分含量均存在顯著差異(P<0.05)?？傮w來(lái)看，巨尾桉純林的種植模式會(huì)造成土壤質(zhì)量下降，樹(shù)種混交有利于長(zhǎng)期維持土壤質(zhì)量。

3 討 論

本試驗(yàn)研究表明，混交林中巨尾桉的胸徑、枝下高、冠幅以及單株材積均顯著高于純林中巨尾桉，這與前人研究結(jié)果[16-18]相似。巨尾桉屬于速生樹(shù)種，與其他樹(shù)種混義時(shí)其長(zhǎng)期處于林冠層上方，且造林密度降低，個(gè)體間的競(jìng)爭(zhēng)減弱，加上側(cè)光增強(qiáng)，導(dǎo)致其在資源獲取方面有著巨大優(yōu)勢(shì)，因而長(zhǎng)勢(shì)較純林好。各林分間的巨尾桉樹(shù)高生長(zhǎng)差異不顯著，究其原因：其一，巨尾桉林齡增長(zhǎng)到一定階段后，樹(shù)體的呼吸消耗增加，樹(shù)高生長(zhǎng)所需養(yǎng)分供給減少[19]；其二，桉樹(shù)林分生長(zhǎng)過(guò)程中，可利用的土壤養(yǎng)分降低，最終限制了樹(shù)高生長(zhǎng)。這說(shuō)明巨尾桉樹(shù)高生長(zhǎng)受其生物學(xué)特性和林地肥力的共同影響。

盡管混交林中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(lái)看，巨尾桉+紅椎混交林>巨尾桉+望天樹(shù)混交林>巨尾桉+格木混交林>巨尾桉純林>巨尾桉+降香黃檀混交林。巨尾桉與4種珍貴樹(shù)種混交造林時(shí)，紅椎生長(zhǎng)表現(xiàn)最優(yōu)，這與營(yíng)造混交林能促進(jìn)紅椎生長(zhǎng)的研究結(jié)果[20]一致，是巨尾桉理想的混交樹(shù)種。

本研究中，混交林的凋落物總存量顯著高于巨尾桉純林，這與桉樹(shù)+紅椿(ToonaciliataRoem)混交林的研究結(jié)論相似，但與桉樹(shù)+檫木(Sassafrastzumu)、桉樹(shù)+臺(tái)灣榿木(Alnusformosana)混交林的研究結(jié)果[21]不同，這可能與混交樹(shù)種生長(zhǎng)特性、生境對(duì)林地凋落物的影響較大有關(guān)?；旖涣职敕纸鈱拥蚵湮锎媪烤笥谖捶纸鈱樱尬茶窦兞謩t相反，表明混交林提高了凋落物積累量及其分解速率，而純林的化感作用會(huì)抑制微生物對(duì)凋落物的分解[22]。調(diào)查亦發(fā)現(xiàn)，巨尾桉純林的種植模式在一定程度上會(huì)造成林地土壤酸化，混交林有助于減緩?fù)寥浪峄?，這與其他學(xué)者的研究結(jié)論[20,23]基本一致。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，桉樹(shù)的次生代謝產(chǎn)物——酚酸類物質(zhì)是造成土壤酸化的主要原因，使得植物生長(zhǎng)受到抑制和土壤微生物多樣性減少[24-25]。

本研究結(jié)果顯示，混交林表層土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于巨尾桉純林，這與桉樹(shù)+臺(tái)灣榿木混交林提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量的研究結(jié)論[26]基本一致，即凋落物總存量越大，越有利于提高林地土壤有機(jī)質(zhì)。不同混交模式中，巨尾桉+紅椎混交林的土壤速效N和全N含量最高，土壤pH值和其他土壤養(yǎng)分含量，總體表現(xiàn)為巨尾桉+紅椎混交林>巨尾桉+望天樹(shù)混交林>巨尾桉+格木混交林>巨尾桉+降香黃檀混交林>巨尾桉純林，但各林分間土壤速效P含量差異不顯著，這可能與我國(guó)南方林區(qū)土壤普遍缺P有關(guān)?？梢?jiàn)，巨尾桉+紅椎混交林最有利于提高林地土壤肥力。

4 結(jié) 論

不同混交模式對(duì)桉樹(shù)林分生長(zhǎng)、凋落物量和土壤養(yǎng)分影響顯著。從林分質(zhì)量和產(chǎn)量的角度考慮，巨尾桉與紅椎混交的造林模式在提高林分穩(wěn)定性、凋落物量和土壤質(zhì)量方面更具優(yōu)勢(shì)，因此建議當(dāng)?shù)亓謽I(yè)生產(chǎn)中，巨尾桉+紅椎混交的種植模式應(yīng)加以推廣應(yīng)用。