黃木易，梁燕芳，蘇福聰，朱原立，李志輝，劉立玲，趙蘇亞，龔映勻

（1.中南林業(yè)科技大學 林學院，湖南 長沙 410004；2.廣西國有七坡林場，廣西 南寧 530003）

桉樹Eucalyptus是世界上重要的速生豐產(chǎn)樹種，具有適應性強、生長速度快、抗逆性強、材質(zhì)優(yōu)以及用途廣等特點[1]。近年來，為解決桉樹連栽導致土壤酸化、酶活性降低、生物多樣性減少、生產(chǎn)力下降等問題[2-6]，營建了適合我國南方林地特點的桉樹純林或混交林。桉樹人工混交林能充分利用林地，改善林地環(huán)境，增強抗抗御能力，促進林木生長，提高林分生態(tài)和經(jīng)濟效益[7-9]。桉樹間伐后套種混交樹種的栽培模式是桉樹純林改培最佳方式，通過間伐來改善林分結構和調(diào)節(jié)種間關系是經(jīng)營的關鍵[10]。近熟齡桉樹間伐后套種優(yōu)質(zhì)闊葉樹種形成異齡復層混交林，既能提高單位面積產(chǎn)量，定向培育桉樹大徑材，又能充分利用林地空間，是一種理想的桉樹混交栽培模式。

桉樹無性系DH32-29 (Eucalyptus urophylla×E.grandis DH32-29)是尾巨桉的一個優(yōu)良品種，具有速生豐產(chǎn)，樹干通直圓滿的特性，從桉樹林分生長和經(jīng)濟效益等方面考量均優(yōu)于尾葉桉，在廣西、廣東等地區(qū)普遍栽植[11]。米老排Mytilaria laosensis、紅椎Castanopsis hystrix和火力楠Michelia macclurei均為廣西優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種，具有較強的適應性，同時能改變造林地環(huán)境[12-15]。為探索桉樹近熟林的最佳混交生長模式，改造桉樹低質(zhì)低效林，實現(xiàn)桉樹人工林質(zhì)量精準提升和林地未來的可持續(xù)利用，發(fā)揮桉樹人工林的多種功能。本研究選用幼年耐陰性較好的米老排、紅椎、火力楠作為混交樹種，改造培育成桉樹人工混交林，從不同混交模式中各樹種的生長狀況、蓄積量和土壤養(yǎng)分等方面，探討桉樹近熟林改培中桉樹不同間伐強度對林分生長以及土壤質(zhì)量的影響，以期為桉樹純林培育提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)南寧市國有七坡林場（22°41′～22°52′N，108°02′～108°09′E）。該地區(qū)為濕潤的亞熱帶季風氣候，日照充足，降水充沛，干濕季節(jié)分明，夏天降雨時間長，年均降水量為1 300 mm，年均相對濕度80%，年均氣溫21.6℃；土壤類型以赤紅壤土為主，土層厚度1 m 以上；地表植被豐富，以馬鞭草科、五加科、樟科、桑科、碗蕨科、大戟科、蕓香科植物為主。

1.2 樣地設置和經(jīng)營設計

改培對象為近熟齡尾巨桉DH32-29 無性系純林，研究區(qū)所有桉樹人工林樣地于2010年植苗造林，造林密度均為株1 667 株/hm2，撫育間伐措施均在2012年進行，間伐方式采用下層疏伐法，依據(jù)間伐強度對生長不良，干形較差的林木進行優(yōu)先砍伐的同時，兼顧保留木空間位置的均勻。2014年10月選取海拔高度、坡度和坡向等生境條件基本一致的地塊，在執(zhí)行混交林改培作業(yè)之前調(diào)查樣地內(nèi)每株林木的樹種、胸徑、樹高和冠幅等。設置每塊樣地面積為20 m×20 m，總共12 個樣地，包括對照樣地。調(diào)查樣地內(nèi)林木胸徑、樹高、枝下高、冠幅、干形質(zhì)量、林木組成、林分結構、林下更新及其土壤養(yǎng)分等。將林分4 個不同改培類型于2015年10月進行改培育作業(yè)：HT（間伐后保留400～450 株/hm2），MT（間伐后保留750～800 株/hm2），LT（間伐后保留1 200～1 250 株/hm2）和CK（1 500～1 550 株/hm2）。間伐后適當清理砍伐剩余物，進行塊狀整地再套種優(yōu)質(zhì)樹種米老排、紅椎和火力楠，采用1年生實生苗，在種植帶內(nèi)挖種植穴，規(guī)格為50 cm×50 cm×30 cm，其中米老排、紅椎、火力楠各處理每公頃栽植密度比例均是1∶1∶1，為375 株/hm2。樣地設置和經(jīng)營設計見表1。

表1 樣地設置與經(jīng)營試驗設計表Table 1 General situation and management operation of each sample plot

1.3 數(shù)據(jù)調(diào)查

1.3.1 土壤養(yǎng)分調(diào)查

土壤采樣和測定土壤樣品的選取是按照每個樣地內(nèi)從微地形的下坡至上坡對角線隨機布設3個點，挖取土壤剖面，并按上、中、下3 個層次分別取土樣，每個點每層取2 kg 土樣裝入塑裝袋帶回室內(nèi)。樣品經(jīng)風干14 d 后手動研磨，挑去植物殘留及石礫，過篩，并將同層次土壤樣品按相同重量充分混合，采用四分法將混合的土壤進行分樣并密封于陰涼通風處貯放，備測。土壤持水量與通氣性等物理性質(zhì)采用環(huán)刀法取樣測定；采用電位法測定土壤pH；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定；全氮采用硒粉–硫酸鉀–硫酸消化蒸餾滴定法測定；全鉀采用火焰光度計法測定；全磷用硫酸–高氯酸消煮–鉬銻抗比色法測定；速效氮采用堿解擴散硼酸吸收法；速效鉀采用火焰光度計法測定；有效磷采用鹽酸–硫酸浸提法測定，測定方法參考《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》[16]。

1.3.2 生長指標調(diào)查

2020年6月，采用隨機抽樣法，分別在每個桉樹混交林樣地中進行每木調(diào)查，且對每行不同套種樹種的鄰近桉樹進行跟蹤記錄。各單株胸徑用圍尺測量，精度0.1 cm，樹高和枝下高用激光測高儀（Nikon 尼康測距儀銳豪1000aS）測量，精度0.1 m，冠幅采用皮尺測量方法測定東西和南北兩個方向，取平均值。冠長=樹高-枝下高。材積計算公式為[17-18]：

V 桉樹=0.000 062 876 7d1.821621H0.96436，

V 米老排=0.000 068 329 7d1.926256H0.8840614，

V 紅椎=0.000 052 764d1.88216H1.00931，

V 火力楠=0.000 052 764 291d1.8821611H0.931923697。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007 和SPSS 23.0 軟件進行統(tǒng)計與分析，對主要生長參數(shù)和土壤理化性狀進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 桉樹的生長

對林分改培后的桉樹平均樹高和平均胸徑等生長指標進行方差分析，結果表明，桉樹在HT 和MT 處理間平均胸徑、平均樹高和平均單株材積無顯著差異，但HT 和MT 與LT、CK 差異顯著，隨桉樹密度的減小而增大，這說明林分隨著桉樹密度的減小，林分中桉樹生長空間大幅度增加，光照充足，土壤養(yǎng)分壓力減小，有利于桉樹胸徑和樹高生長；桉樹在MT 和LT 處理間平均枝下高無顯著差異，但MT 和LT 與HT、CK 差異顯著，隨桉樹密度的減小而增大；桉樹的冠幅在各處理林分間差異不顯著，這說明在林分水平結構合理的情況下，桉樹密度的變化對冠幅的生長影響不大。

2.2 套種樹種的生長

2.2.1 胸徑的生長

由表3可見，各套種樹種的胸徑隨著桉樹密度的減小而增大。其中米老排、紅椎的胸徑在CK、LT 間差異不顯著，在LT、MT、HT 間差異顯著；火力楠的胸徑則在MT、HT 間差異不顯著，在CK、LT、MT 間差異顯著，在CK 和LT 中，各樹種胸徑生長表現(xiàn)為米老排＞火力楠＞紅椎，在MT 和HT 中，則表現(xiàn)為米老排＞紅椎＞火力楠，這表明在各處理中，米老排的胸徑均大于其他兩類樹種，且隨著原生樹種桉樹密度的延續(xù)減小，米老排和紅椎的胸徑生長變化越來越明顯，火力楠則相反。

表2 不同改培方式對桉樹生長的影響?Table 2 The effect of different cultivation methods on the growth of eucalyptus

2.2.2 樹高的生長

由表3可見，不同改造處理中，各套種樹種樹高隨著桉樹密度的減小而增大。米老排樹高在各處理中均高于紅椎和火力楠，且差異顯著；紅椎和火力楠樹高在各處理中只有HT 處理下差異顯著；米老排不同處理下CK 與LT 差異不顯著，LT、MT、HT 之間則差異顯著，紅椎樹高在CK、LT、MT、HT 之間均差異顯著，火力楠樹高在CK與LT、MT 與HT 處理間差異不顯著，在LT 與MT 處理間則差異顯著，這表明各樹種的樹高對于桉樹密度的延續(xù)減小均有反應，但不同樹種的反應節(jié)奏有所不同，紅椎反應最強，米老排其次，火力楠最差。

表3 不同改培方式對套種樹種生長的影響?Table 3 Effects of different cultivation methods on the growth of interplanting trees

2.2.3 材積及蓄積量的生長

表4表明：不同的改造模式對這三種套種樹種影響達顯著水平；米老排在各處理中蓄積量均最大，其總蓄積量是紅椎總蓄積量的2.54 倍，火力楠的4.87 倍。隨著桉樹在林分中所占比例的減小，米老排蓄積量的增長較前一個處理分別為0.24%、31%、45%；紅椎為46%、182%、279%；火力楠為94%、56%、17%。這說明桉樹近熟林改培后若以經(jīng)營米老排、紅椎、火力楠為主要目的，HT 處理是最佳選擇。

表4 不同套種樹種的林分平均蓄積量和總蓄積量?Table 4 Average stand stock volume and total stand stock volume of different interplanting trees m3·hm-2

2.3 林分結構及林分質(zhì)量狀況

林木徑階分布能反映林分的生長狀況和林木間的競爭關系，是林分結構穩(wěn)定性的重要指標[19]。由表5可以看出：米老排徑級頻率分布圖的偏度隨林分中桉樹密度的減小而變小，HT、MT 處理下徑級分布最接近正態(tài)分布；紅椎徑級頻率分布圖的偏度在CK、LT處理下明顯高于其他兩類樹種，說明這兩種處理下林分生長不正常，林木間的競爭分化很大，在HT、MT 處理下則逐漸趨向正態(tài)分布；火力楠徑級分布圖的偏度各處理間無明顯差異，但是峰度在各處理中都明顯高于其他兩類樹種，說明徑級分布偏離正態(tài)分布較大，主要特點是小于平均直徑林木和大于平均直徑林木均有較大分化，因此，認為此類樹種在各處理中均出現(xiàn)較強競爭，林分垂直結構和水平結構對各徑級林木都沒有造成不利影響。

表5 在不同改培方式下套種樹種的徑級分布Table 5 Diameter class distribution of interplanting trees in different cultivation methods

2.4 不同改培處理對林分土壤物理性質(zhì)變化的影響

根系可以改善土壤結構、孔隙度和通透性等物理性狀，有助于土壤形成團粒結構[20]。土壤的孔隙度及土壤含水量反映了土壤持水量和供水能力，是土壤結構的重要指標，其值越大，土壤的涵養(yǎng)水源和保持水土的能力越強。由表6可知，各模式0～20 cm 土層的土壤通氣度、總孔隙度、毛管孔隙度、飽和持水量、毛管持水量、田間持水量均大于20～40 cm 土層；在相同土層中，土壤通氣度、總孔隙度、毛管孔隙度均表現(xiàn)為HT＞CK＞LT＞MT；在0～20 cm 土層中飽和持水量、毛管持水量、田間持水量各組間差異不顯著，但在20～40 cm 土層中，飽和持水量、毛管持水量表現(xiàn)為HT＞CK＞LT＞MT，田間持水量則表現(xiàn)為CK＞HT＞LT＞MT，且差異顯著。這表明，在20～40 cm 土層中，混交林土壤物理性狀隨桉樹配置比例的減小呈先減小后增大的趨勢。HT、CK 普遍優(yōu)于LT、MT 兩組處理。HT、CK 在改善土壤內(nèi)部結構，增加土壤通透性等方面，比LT 和MT 更有優(yōu)勢。

2.5 不同改培方式下土壤養(yǎng)分含量的變化

2.5.1 不同改培方式下土壤pH 值和有機質(zhì)含量的變化

土壤的pH 值可以影響土壤中的一些化學反應，是土壤不同游離離子比例的一個反應。從表6可見，相同土層不同模式間pH 值存在不同程度的差異，表現(xiàn)為HT＞MT＞LT＞CK，說明隨著林分中桉樹密度的減少，林分土壤的酸性程度有所減弱。土壤有機質(zhì)是評價土壤性狀的重要指標之一，能提高土壤養(yǎng)分的有效性。從圖1可知，各模式的0～20 cm 土壤有機質(zhì)明顯高于20～40 cm。在相同土層中，土壤有機質(zhì)含量在不同處理間的差異均達到顯著水平。隨桉樹密度的減小呈現(xiàn)先增后減趨勢，表現(xiàn)為MT＞LT＞HT＞CK。可見，HT、LT 模式中土壤有機質(zhì)含量較高，具有較好的保肥和供肥能力，這可能與林分結構搭配合理，可產(chǎn)生較多的枯枝落葉，林下蕨類植物覆蓋度較高有關。

表6 不同改培方式下的不同土層土壤物理性質(zhì)?Table 6 Soil physical properties of different soil layers in different cultivation methods

2.5.2 不同改培方式下土壤全N、全P、全K 含量的變化

土壤全N、全P、全K 的含量是反應土壤長期肥力水平的重要指標。從圖1可以看出，在相同土層中，單位土壤體積中的全N、全P、全K的含量在不同模式間存在不同程度的差異。各模式0～20 cm 土層的全N、全P、全K 含量均大于20～40 cm 土層。在0～20 cm 土層的土壤中，土壤全N 的表現(xiàn)為MT＞LT＞HT＞CK，這與有機質(zhì)含量的表現(xiàn)相似，而在20～40cm 土層的土壤中，LT 優(yōu)于其他處理，其他處理間全N 含量無顯著差異；從全P 含量而言，在0～20 cm 土層中表現(xiàn)為MT＞HT＞LT＞CK，在20～40 cm為HT＞LT＞CK＞MT；從全K 含量而言，在0～20 cm 土層中表現(xiàn)為CK＞MT＞LT＞HT，在20～40 cm 為CK＞LT＞MT＞HT，全K 含量在不同土層厚度中均呈現(xiàn)出隨林分中桉樹密度減小而減小的趨勢。綜合以上不同處理不同土層的土壤全N、全P、全K 含量分析結果表明：桉樹密度較小的改培處理有利于全N 和全P 養(yǎng)分含量的增加，桉樹密度較大的改培處理則有利于全K 養(yǎng)分含量的增加。

2.5.3 不同改培處理下土壤速效N、速效P、速效K 含量的變化

土壤速效養(yǎng)分是作物獲得高產(chǎn)的保證，能夠直接被作物吸收利用。圖1結果表明，各模式0～20 cm土層的速效養(yǎng)分含量均比20～40 cm土層高。就速效氮而言，在0～20 cm 土層表現(xiàn)為HT＞LT＞MT＞CK，在20～40 cm 土層中LT 顯著高于其他處理，其他處理間無顯著差異；就速效P而言，各土層間的效果為：在0～20 cm 為HT＞MT＞LT＞CK，在20～40 cm 為MT＞HT＞LT＞CK，各土層速效P 含量均有隨桉樹密度減小持續(xù)增加的趨勢；從速效K 而言，各土層組間差異不大，在0～20 cm 土層中LT 顯著高于其他處理，其他各處理間無顯著差異，在20～40 cm土層中則表現(xiàn)為MT 顯著高于其他處理，其他處理間無顯著差異，綜合以上不同改培處理不同土層的土壤速效N、P 和K 含量分析結果表明：桉樹密度較小的改培處理土壤速效養(yǎng)分含量的效果較好。

圖1 不同改培方式下的不同土層土壤化學性狀Fig.1 Soil chemical properties of different soil layers in different cultivation methods

3 結論與討論

本試驗研究表明，混交林中桉樹的胸徑、樹高以及單株材積均隨混交林分中其密度的減小而增高，這與前人研究結果[20]相似。桉樹屬于原造林樹種，其長期處于林冠層上方，且造林密度降低，個體間的競爭減弱，加上林內(nèi)透光率增加，導致其在資源獲取方面有著巨大優(yōu)勢，因而長勢會有所變化。MT 和HT 桉樹胸徑和樹高的差異不明顯，究其原因：其一，桉樹樹齡增長到一定階段后，樹體的呼吸消耗增加，樹高生長所需養(yǎng)分供給減少；其二，桉樹林分生長過程中，由于套種了其他混交樹種，可利用的土壤養(yǎng)分降低，最終限制了樹高生長；其三，Chen 在研究中提到林下蕨類植物會促進桉樹生長[21]，據(jù)觀察，由于MT的林分郁閉度較HT大，土壤表層較HT 潮濕，導致了蕨類植物為其林下優(yōu)勢地被植物，這說明桉樹近熟齡的生長受其生物學特性和林地肥力的共同影響。

桉樹間伐后采用桉闊相間的行帶狀方式套種米老排、紅椎、火力楠3 種闊葉樹，3 種闊葉樹幼齡時均耐庇蔭，中齡后中性庇蔭，喜溫暖濕潤環(huán)境，且在所有處理中保存率都較高，其中米老排在所有處理中生長狀況和林分結構均最優(yōu)。紅椎在CK和LT 處理中生長受到明顯抑制，但在MT 處理中得到改善，在HT 處理中達到最優(yōu)?；鹆﹂獎t對林分中桉樹不同密度的配置響應最小。從套種各樹種的蓄積量來看，桉樹不同間伐強度的處理方式暫無明顯提高火力楠材積生長量的作用，但在較小桉樹密度的處理中對米老排和紅椎材積生長量的促進效果十分明顯。這說明，若要實現(xiàn)桉樹近熟林向多樹種混交林改造，同時又能兼顧培養(yǎng)桉樹大徑材，林分中較小桉樹密度的改培方式可得到較好的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。

桉樹與上述3 個闊葉樹混交，在一定程度上可以改善桉樹連作林地土壤的養(yǎng)分含量，其中pH值、有機質(zhì)、全磷、全氮、速效磷、速效氮、速效鉀上較小桉樹密度的改培林分表現(xiàn)較好。但從土壤物理性狀來看，MT 和LT 處理表現(xiàn)明顯差于HT 和CK 處理，這可能是由于在CK 處理中套種的鄉(xiāng)土樹種生長受到抑制導致根系發(fā)育不良，水平占據(jù)空間較小，與桉樹根系的接觸面積較小，沒有明顯的生長競爭，從而混交林根系水平分布比較合理。而LT 和MT 處理中，套種樹種的生長逐漸趨向正常，根系發(fā)育良好，水平占據(jù)空間逐漸增大，水平上有重疊，且根系多相互交叉，造成根系折斷分裂，扭曲甚至壞死，土壤地下結構遭到一定程度破壞，這與Farooq 的研究相似[22]；Sarto、Sudmeyer 則均在研究中發(fā)現(xiàn)[23-24]，隨著森林成分的增加，桉樹根系的數(shù)量會顯著減少，同時隨著其根的橫向范圍和土壤表面0.5 m 范圍內(nèi)最大根密度的出現(xiàn)將與其他樹種激烈競爭，因為這些原因死去又未及時腐爛的植體可能會造成土壤物理性狀的短期惡化。在HT 處理中，則由于林分中桉樹密度大幅度減小，導致桉樹根系與套種闊葉林根系距離增加，土壤結構重新趨于合理，土壤物理性狀得到明顯改善。這一方面可能也與植物的化感作用有關，植物之間的相互制約可能會隨著其中某種植物數(shù)量的下降而轉(zhuǎn)換為相互促進[25-26]。

不同改培方式的混交林在生長量和土壤理化性狀各項指標上的差異主要是桉樹不同間伐強度處理造成的，同時，米老排、紅椎和火力楠自身的生物學生態(tài)學特性會使混交林的生態(tài)學差異放大。對土壤改良而言，一般認為，混交林會通過凋落物的分解對土壤微生物學性狀、根系分泌物等產(chǎn)生影響[27]。有研究顯示,紅椎凋落物量多，且凋落物分解周期短，改良土壤和涵養(yǎng)水源的作用很大[28]。本試驗結果中紅椎生長較好的HT 處理土壤物理性狀明顯優(yōu)于其他林分，也許跟這個原因有關。而對于米老排，有研究顯示其對土壤蔗糖酶、蛋白酶和酸性磷酸酶的促進作用均極顯著高于桉樹、紅椎和火力楠[29-30]，同時對土壤微生物生物量碳、氮、磷均有顯著提升[12]。而土壤酶活性的強弱和微生物生物量碳、氮、磷的含量會直接影響到土壤養(yǎng)分含量的高低，可能導致了本實驗結果中米老排生長較好的LT、MT、HT 土壤養(yǎng)分含量除全鉀以外均顯著優(yōu)于CK。

本文對不同間伐強度下套種鄉(xiāng)土樹種的試驗開展研究，重在為桉樹近熟林向多樹種混交林轉(zhuǎn)化選擇最佳改培處理，對桉樹及3 種鄉(xiāng)土樹種的生長狀況、蓄積量進行了觀測分析，對一系列土壤物理性狀和養(yǎng)分含量進行了測定分析，對生產(chǎn)具有指導意義?？v觀全文，HT 處理在桉樹近熟林向多樹種混交林轉(zhuǎn)變的過渡期中各樹種生長表現(xiàn)、林分結構表現(xiàn)、土壤理化性質(zhì)上綜合評價較高。然而，由于本次試驗改培林分中涉及樹種較多，各樹種之間的化感作用和根系分布格局對混交林生長和土壤理化性狀的具體影響存在研究上的局限性。此外，本次試驗時間較短，各指標缺乏不同年份之間的對比，所以在混交林分生長量、林下植被多樣性變化、土壤理化性質(zhì)動態(tài)變化以及土壤酶活性和土壤微生物多樣性變化等方面有待進一步研究。