任世奇,杜阿朋,胡 剛,顧大形,伍 琪,韋振道,李昌榮,陳健波

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,南寧桉樹(shù)森林生態(tài)系統(tǒng)廣西野外科學(xué)觀測(cè)研究站,廣西南寧 530002;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院速生樹(shù)木研究所,廣東湛江 524022;3.南寧師范大學(xué)環(huán)境與生命科學(xué)學(xué)院,廣西南寧 530100;4.廣西壯族自治區(qū)中國(guó)科學(xué)院廣西植物研究所,廣西桂林 541006)

桉樹(shù)是桃金娘科(Myrtaceae)杯果木屬(Angophora)、傘房屬(Corymbia)和桉屬(Eucalyptus)樹(shù)種的統(tǒng)稱,共有800多種[1],天然分布于澳大利亞、印度尼西亞?wèn)|部島嶼、東帝汶和菲律賓南部[2]。桉樹(shù)適應(yīng)能力強(qiáng)、生長(zhǎng)速度快、加工用途廣、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,其木材可用于生產(chǎn)人造板和制漿造紙;葉片精油可用于護(hù)膚品生產(chǎn)、食品添加;樹(shù)皮可提煉鞣質(zhì)。世界范圍內(nèi)有120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)引種栽培桉樹(shù),面積多達(dá)3億畝[3](1畝≈666.67 m2)。

我國(guó)引種栽培桉樹(shù)已有130多年歷史,大規(guī)模引種栽培桉樹(shù)始于1982年中國(guó)與澳大利亞的桉樹(shù)合作示范項(xiàng)目,其中引種馴化最為成功的桉樹(shù)樹(shù)種當(dāng)屬尾葉桉(Eucalyptusurophylla)和巨桉(E.grandis),利用這兩個(gè)桉樹(shù)樹(shù)種雜交開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)和巨尾桉(E.grandis×E.urophylla)雜交種,這兩個(gè)雜交種是近20年我國(guó)種植范圍最廣、面積最大的桉樹(shù)品種,種植范圍覆蓋廣西、廣東、海南、福建等省區(qū),種植面積超過(guò)8 000萬(wàn)畝,以此成就了全國(guó)桉樹(shù)木材年產(chǎn)量占全國(guó)木材年產(chǎn)量40%以上的貢獻(xiàn)。廣西是我國(guó)桉樹(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最好的省區(qū)之一,2021年廣西桉樹(shù)人工林面積達(dá)4 550萬(wàn)畝,居全國(guó)第一位[4]。

自2000年以來(lái),隨著桉樹(shù)人工林種植面積的持續(xù)擴(kuò)大,其大面積連片純林、短輪伐期等經(jīng)營(yíng)方式帶來(lái)的生態(tài)效應(yīng)受到廣泛地關(guān)注和質(zhì)疑。已有研究表明,通過(guò)將人工純林調(diào)整為單一樹(shù)種占較大比率的混交林可提高林地的經(jīng)濟(jì)回報(bào)和提供更多元化的產(chǎn)品[5],降低病蟲害發(fā)生率[6],改善土壤理化性質(zhì)[7]。楊承棟[8]深入總結(jié)單個(gè)樹(shù)種針葉純林連作效益并提出:有群落結(jié)構(gòu)的混交林是維護(hù)、恢復(fù)和提高森林土壤功能,提高森林土壤生產(chǎn)力,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的關(guān)鍵。為真實(shí)了解桉樹(shù)人工純林及其混交林的生態(tài)效應(yīng),客觀認(rèn)知桉樹(shù)人工純林及其混交林生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的影響,本研究圍繞桉樹(shù)人工純林和混交林的生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)與功能,通過(guò)對(duì)實(shí)施不同經(jīng)營(yíng)模式和技術(shù)措施形成的不同類型桉樹(shù)人工林進(jìn)行定位觀測(cè)研究,初步評(píng)價(jià)桉樹(shù)人工林的主要生態(tài)功能,以期為桉樹(shù)人工林生態(tài)和經(jīng)濟(jì)綜合效益的發(fā)揮提供生態(tài)高效經(jīng)營(yíng)技術(shù)方案,最終為實(shí)現(xiàn)桉樹(shù)人工林的科學(xué)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

本研究依托南寧桉樹(shù)森林生態(tài)系統(tǒng)廣西野外科學(xué)觀測(cè)研究站(以下簡(jiǎn)稱南寧桉樹(shù)野外站,包括南寧站點(diǎn)、柳州站點(diǎn))和湛江桉樹(shù)森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站,并以桂林、北海兩個(gè)地區(qū)作為植物多樣性調(diào)查輔助樣點(diǎn)。觀測(cè)范圍跨越北緯21°-25°,覆蓋桂北丘陵山地、桂中盆地平原、桂東南-粵西沿海臺(tái)地3個(gè)區(qū)域的典型桉樹(shù)人工林觀測(cè)樣帶。氣候條件分屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候、南亞熱帶季風(fēng)氣候和北熱帶海洋性季風(fēng)氣候,其地帶性植被分別為常綠闊葉林、季風(fēng)常綠闊葉林和季節(jié)性雨林;土壤類型以紅壤、赤紅壤、磚紅壤為主。

1.2 方法

1.2.1 尾巨桉單木、林分的水分消耗及林區(qū)水質(zhì)觀測(cè)

(1)尾巨桉單木蒸騰耗水量。以南寧桉樹(shù)野外站(南寧站點(diǎn))的中齡尾巨桉為研究對(duì)象,利用樹(shù)干莖流儀(TDP,Dynamax公司,美國(guó))定位觀測(cè)尾巨桉單木的樹(shù)干液流密度,通過(guò)伐倒木圓盤測(cè)定尾巨桉單木邊材面積,利用Granier公式[9]量化分析尾巨桉單木林冠蒸騰水分,即尾巨桉單木蒸騰耗水量[10]。

(2)尾巨桉林分蒸散耗水量。以南寧桉樹(shù)野外站(南寧站點(diǎn))的中齡尾巨桉林分為研究對(duì)象,使用自動(dòng)氣象站(CR1000,Campbell公司,美國(guó))觀測(cè)林外大氣降水,利用坡面徑流場(chǎng)量化地表水分流失量,使用樹(shù)干莖流儀、自動(dòng)雨量計(jì)(UA-003-64,Hobo公司,美國(guó))分別采集樹(shù)干莖流量和穿透水量,通過(guò)林外降水與林內(nèi)穿透水差值獲取林冠截留量。根據(jù)水量平衡方程由上述樣地尺度水分循環(huán)分量計(jì)算出尾巨桉林分蒸散耗水量。此外,應(yīng)用彭曼模型(Penman-Monteith)估算尾巨桉林分蒸散耗水量,并將水量平衡方程實(shí)測(cè)的尾巨桉林分蒸散耗水量與彭曼模型模擬結(jié)果進(jìn)行比較,評(píng)價(jià)彭曼模型模擬尾巨桉林分蒸散耗水量的適用性[11]。

(3)尾巨桉活立木根系吸水來(lái)源。使用同位素比率質(zhì)譜儀(MAT 253,Thermo Fisher Scientific 公司,美國(guó))量化一代植苗林、二代萌芽林(一次萌芽林)、三代萌芽林(二次萌芽林)、四代萌芽林(三次萌芽林)4種不同連栽代次尾巨桉純林的土壤水、林分周邊地下水、林分外降水等水環(huán)境的δD 比率,使用IsoSource多元混合模型分割量化不同水環(huán)境對(duì)尾巨桉根系吸水的貢獻(xiàn)[12,13],剖析不同連栽代次尾巨桉根系對(duì)土壤水、地下水、降水等水環(huán)境的吸收策略。

(4)尾巨桉林區(qū)地表水水質(zhì)演變。在尾巨桉三代萌芽純林(Three generations of pureE.grandis×E.urophylla,Eck)、尾巨桉采伐跡地丟荒(Cutover land ofE.grandis×E.urophycla,WL)、尾巨桉+灰木蓮水平帶狀混交(Horizontal mixed stand ofE.grandis×E.urophyclaandMagnoliaceaeglanca,EMH)、尾巨桉+灰木蓮垂直帶狀混交(Vertical mixed stand ofE.grandis×E.urophyclaandM.glanca,EMV)、尾巨桉+灰木蓮株間混交(Interplant mixed stand ofE.grandis×E.urophyclaandM.glance,EMI)、灰木蓮純林(PureM.glancastand,Mck)6種土地利用類型中分別安裝地表水采集裝置,連續(xù)7個(gè)月采集6種土地利用類型的地表水水樣,分析地表水水質(zhì)演變特征。

1.2.2 尾巨桉林地土壤養(yǎng)分循環(huán)觀測(cè)

(1)尾巨桉植苗純林凋落物量及分解歸還。連續(xù)12個(gè)月按月收集5年生、7年生和9年生尾巨桉植苗純林凋落物,以枝條、葉片、果皮分類測(cè)定生物量及養(yǎng)分含量,同時(shí)將枝條與葉片按不同比率混合分裝在720個(gè)分解袋中并隨機(jī)放置于該林分的地表,每月隨機(jī)抽取3個(gè)分解袋稱重并化驗(yàn)袋中剩余凋落物的養(yǎng)分含量[14]。

(2)尾巨桉三代萌芽純林及改培混交林的土壤理化性質(zhì)及微生物群落結(jié)構(gòu)。采集不同齡組尾巨桉純林、尾巨桉混交林的土壤樣品,分析其土壤微生物群落結(jié)構(gòu),剖析不同林分類型對(duì)土壤地力維持機(jī)制[15]。

1.2.3 尾巨桉人工林生物多樣性調(diào)查

在桂林、南寧、北海3個(gè)不同緯度地區(qū)選擇1-3年、4-6年和7-9年3個(gè)齡組尾巨桉人工林并區(qū)劃60個(gè)樣方,調(diào)查尾巨桉林下植物的種類、多度、蓋度等指標(biāo),解析尾巨桉人工林林下植物多樣性特征[16]。

1.2.4 桉樹(shù)人工林碳儲(chǔ)量及林冠CO2交換量觀測(cè)

以第九次(2018年)全國(guó)森林資源清查結(jié)果為數(shù)據(jù)源,利用政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)推薦的生物量估算模型估算廣西桉樹(shù)人工林的碳儲(chǔ)量[17]。依托南寧桉樹(shù)野外站(柳州站點(diǎn)),通過(guò)在綜合觀測(cè)塔上安裝開(kāi)路式渦度相關(guān)系統(tǒng)(Li-7500A,LIcor Co.,Ltd.,USA)并連續(xù)3年觀測(cè)鹿寨區(qū)域的中齡尾巨桉人工林林冠與大氣交界面的CO2通量,估算尾巨桉人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 尾巨桉單木、林分的蒸騰耗水量及林分水質(zhì)演變特征

2.1.1 尾巨桉單木蒸騰耗水量

尾巨桉單木日均蒸騰耗水量為1.32 mm,其中春、夏、秋、冬四季典型晴天的尾巨桉單木日均蒸騰耗水量分別為1.58、1.61、1.23、0.84 mm,其差異表現(xiàn)在早晨液流提速時(shí)刻、中午液流峰值到達(dá)時(shí)刻、傍晚液流低速時(shí)刻和白天液流持續(xù)時(shí)間。在尾巨桉種植密度為83株/畝的情況下,單位土地面積的尾巨桉單木全年蒸騰耗水量約為349 mm,約占當(dāng)年降水量的27%。

2.1.2 尾巨桉林分蒸散耗水量

彭曼模型估算結(jié)果顯示,中齡尾巨桉人工林的日均林分蒸散耗水量3.5 mm,季節(jié)平均蒸散耗水量289 mm (其中夏季蒸散耗水量445 mm、冬季蒸散耗水量117 mm),全年蒸散耗水量占當(dāng)年降水量的82%。同時(shí),全年的每日土壤相對(duì)含水量處于適宜或偏濕狀態(tài),土壤水分不是中齡尾巨桉人工林蒸散耗水的限制因子。

2.1.3 尾巨桉人工林水分循環(huán)組成在中齡尾巨桉人工林葉面積指數(shù)約為1.82的背景下,林分水量平衡分量特征表現(xiàn)為降水輸入再次分配的林冠截留量約占22%,穿透水量約占77%,樹(shù)干莖流量約占1%;水分輸出分量特征表現(xiàn)為林冠截留蒸發(fā)量約占22%,林冠蒸騰量約占27%,林下蒸散量約占46%,土壤入滲和地表徑流約占5%。

2.1.4 尾巨桉活立木根系吸水來(lái)源

一代植苗尾巨桉根系吸水主要源于0-60 cm 土層,該層水分貢獻(xiàn)占82%,其中0-10 cm 土層的水分貢獻(xiàn)最大,占37%。二代萌芽尾巨桉根系吸水也主要源于0-60 cm 土層,該層水分貢獻(xiàn)占87%,根系對(duì)該土層的水分吸收較均勻。三代萌芽尾巨桉根系吸水主要源于0-80 cm 土層,該層水分貢獻(xiàn)占84%,根系對(duì)該土層的水分吸收較均勻。四代萌芽尾巨桉根系吸水主要源于0-40 cm 土層,該層水分貢獻(xiàn)占85%,其中0-20 cm 土層土壤水貢獻(xiàn)最大,占39%。綜上,尾巨桉人工林的根系吸水主要源于土層深度80 cm 以內(nèi)的土壤水。

2.1.5 尾巨桉人工林地表水水質(zhì)演變

定位觀測(cè)結(jié)果顯示,尾巨桉人工林地表水未出現(xiàn)“黑水”現(xiàn)象。尾巨桉人工林地表水的p H 值約為5.8。通過(guò)分析尾巨桉純林不同改培模式地表水的化學(xué)需氧量(COD)和五日生化需氧量(BOD5)(圖1)可知,尾巨桉純林和灰木蓮純林地表水的化學(xué)需氧量變化相似,二者平均值約為55 mg·L-1,最大值為120 mg·L-1;伐桉跡地丟荒地表水的化學(xué)需氧量最小,平均值僅為35 mg·L-1;尾巨桉與灰木蓮3種方式混交林地表水的化學(xué)需氧量均比尾巨桉純林的略高,總體平均值小于130 mg·L-1。由五日生化需氧量變化規(guī)律可知,尾巨桉純林及其不同改培模式林分地表水的五日生化需氧量在5月份時(shí)最高,其波動(dòng)范圍為40至100 mg·L-1,高于其他月份(＜60 mg·L-1)。尾巨桉純林及其不同改培模式林分地表水的p H 值、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量3 項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2021)規(guī)定的限定值。

圖1 尾巨桉純林及其不同改培模式地表水的化學(xué)需氧量和五日生化需氧量Fig.1 Surface water COD and BOD5 of different forest types shifting from E.urophylla×E.grandis

2.2 尾巨桉純林、混交林的土壤性質(zhì)變化特征

2.2.1 尾巨桉植苗純林凋落物量及分解養(yǎng)分歸還特征

通過(guò)對(duì)5年生、7年生、9年生3個(gè)成熟期的尾巨桉植苗純林凋落物量及其養(yǎng)分含量連續(xù)12次的月度監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)葉片是凋落物的主要成分,占凋落物總量的47%-54%。明確凋落物養(yǎng)分歸還以氮元素為主,歸還量55.48-58.13 kg·hm-2;其次為鉀元素,歸還量16.48-20.37 kg·hm-2;磷元素的歸還量最小,僅2.61-3.66 kg·hm-2。

2.2.2 尾巨桉三代萌芽純林改培混交林的土壤化學(xué)性質(zhì)特征

由表1可知,尾巨桉純林、尾巨桉采伐跡地丟荒、尾巨桉+灰木蓮株間混交林、灰木蓮純林4種林分的土壤化學(xué)性質(zhì)差異顯著。與尾巨桉采伐跡地丟荒比較,尾巨桉純林土壤的有機(jī)質(zhì)及各養(yǎng)分元素含量顯著下降,然而,改培的尾巨桉+灰木蓮株間混交林的土壤化學(xué)性質(zhì)有顯著改善,且混交林的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮含量顯著提高。值得注意的是盡管尾巨桉+灰木蓮株間混交林的速效鉀、有效鎂含量(39.47、7.96 mg·kg-1)顯著高于尾巨桉純林,但是均顯著低于尾巨桉采伐跡地丟荒和灰木蓮純林。同時(shí),尾巨桉采伐跡地丟荒和灰木蓮純林的土壤p H 值顯著提升,土壤酸度降低。

表1 尾巨桉純林不同改培模式林分的土壤化學(xué)性質(zhì)Table 1 Soil chemical property of different types shifting from E.urophylla×E.grandis

2.2.3 尾巨桉三代萌芽純林改培混交林的土壤物理性質(zhì)特征

由圖2可知,尾巨桉純林、尾巨桉采伐跡地丟荒、尾巨桉+灰木蓮株間混交林、灰木蓮純林4種林分的土壤容重差異不顯著,總體表現(xiàn)為尾巨桉純林＞尾巨桉采伐跡地丟荒＞尾巨桉+灰木蓮株間混交林＞灰木蓮純林,多重比較顯示尾巨桉純林與灰木蓮純林呈極顯著差異。不同林分的土壤質(zhì)量含水量呈顯著差異,其中尾巨桉+灰木蓮株間混交林的最高,尾巨桉純林的最低。不同林分之間的土壤最大持水量表現(xiàn)為顯著差異,其中灰木蓮純林的最大,其極顯著高于尾巨桉純林,而灰木蓮純林與尾巨桉+灰木蓮株間混交林、采伐跡地丟荒之間的差異不顯著。4種林分之間的土壤毛管持水量和最小持水量變化規(guī)律一致,總體差異不顯著,從大到小順序依次為尾巨桉+灰木蓮株間混交林＞灰木蓮純林＞尾巨桉采伐跡地丟荒＞尾巨桉純林。

圖2 尾巨桉純林不同改培模式林分的土壤物理性質(zhì)Fig.2 Soil physical properties of different types shifting from E.urophylla×E.grandis

2.2.4 尾巨桉三代萌芽純林改培混交林的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征

尾巨桉純林改培為混交林后,土壤細(xì)菌、真菌的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化?；夷旧徏兞?、尾巨桉采伐跡地丟荒2種林分的土壤細(xì)菌群落多樣性和豐富度均顯著高于尾巨桉+灰木蓮株間混交林和尾巨桉純林;尾巨桉純林、灰木蓮純林、尾巨桉采伐跡地丟荒、尾巨桉+灰木蓮株間混交林4種林分之間的土壤真菌群落多樣性差異不顯著,但真菌豐富度表現(xiàn)為灰木蓮純林＞尾巨桉采伐跡地丟荒＞尾巨桉+灰木蓮株間混交林＞尾巨桉純林。

2.3 尾巨桉人工林植物物種多樣性特征

2.3.1 尾巨桉人工林的林下植物物種情況

通過(guò)樣方調(diào)查發(fā)現(xiàn),60個(gè)樣方共記錄2 482株植物,隸屬58科101屬142種(被子植物127種、蕨類植物13種、裸子植物2種)。其中,禾本科(Poaceae)植物最多,有9屬11種;其次為菊科(Asteraceae)植物,有7 屬8 種;茜草科(Rubiaceae)植物有5 科7屬。單科單種有28 科28 屬,占調(diào)查樣方總科數(shù)的48.28%,包括閉鞘姜科(Costaceae)、番荔枝科(Annonaceae)、鉤吻科(Gelsemiaceae)、夾竹桃科(Apocynaceae)、金絲桃科(Hypericaceae)等。101 屬中有38屬為單種屬,占調(diào)查樣方總屬數(shù)的37.62%。此外,通過(guò)廣泛調(diào)查收集廣西桉樹(shù)林下植物物種組成發(fā)現(xiàn),廣西桉樹(shù)林中有維管植物120 科369 屬584 種(其中被子植物101科337屬529種,蕨類植物15科28屬49種,裸子植物4科4屬6種),分別占廣西維管植物科、屬、種總數(shù)的38.83%、18.35%、6.37%。桉樹(shù)林中植物以灌木(201種)為主,其次為草本(186種)和喬木(106種),藤本(91種)最少。從區(qū)系成分看,科包括8個(gè)分布區(qū)正型,7個(gè)變型,屬包括14個(gè)分布區(qū)正型,15個(gè)變型,科、屬的R/T 值(熱帶成分/溫帶成分)分別為3.20和5.37。

2.3.2 尾巨桉人工林的林下植物物種多樣性變化特征

尾巨桉人工林的林下灌木層物種α多樣性隨林齡變化的規(guī)律與草本層的相反,其中灌木層物種α多樣性整體上隨林齡增長(zhǎng)而增加,當(dāng)尾巨桉人工林為7-9年生時(shí),灌木層物種α多樣性最大,表明7-9年生的尾巨桉人工林林下灌木層物種分布較均勻;草本層物種α多樣性整體上隨林齡增長(zhǎng)而降低,當(dāng)尾巨桉人工林為7-9年生時(shí),草本層物種α多樣性最小,表明草本層物種豐富度隨林齡增長(zhǎng)而降低,尾巨桉人工林4-6年生時(shí)的草本層物種分布較為均勻。不同林齡尾巨桉人工林的林下草本層彼此之間的相似系數(shù)隨林齡增長(zhǎng)而升高。廣西尾巨桉人工林的林下植物群落具有明顯的垂直地帶性,其中海拔、土壤全鉀是影響其分布的主要因子,其次尾巨桉林分的郁閉度很大程度上也影響著林下植物的分布。

2.4 桉樹(shù)人工林的固碳能力

根據(jù)第九次(2018年)全國(guó)森林資源清查結(jié)果顯示,廣西桉樹(shù)人工林面積256萬(wàn)公頃,其中以幼齡桉樹(shù)人工林的面積最大,占45.23%;以中齡桉樹(shù)人工林的蓄積量最大,占總蓄積量1.09 億立方米的50.48%。基于南寧桉樹(shù)野外站(柳州站點(diǎn))于2018-2020年連續(xù)3年觀測(cè)鹿寨區(qū)域的中齡尾巨桉人工林林冠與大氣界面CO2凈交換量(NEE)表明,尾巨桉人工林白天為碳匯,夜間為碳源,夏季和秋季吸收固定CO2的能力最強(qiáng),該區(qū)域中齡尾巨桉人工林平均每日凈固定CO2約為11.0 g·m-2,轉(zhuǎn)化為每年凈固定碳約為10.9 t·hm-2。

3 討論

3.1 桉樹(shù)人工林蒸騰耗水特征

通過(guò)表2列舉的幾個(gè)主要造林樹(shù)種的單木蒸騰耗水量發(fā)現(xiàn),4年生尾巨桉在濕季的蒸騰耗水量?jī)H為2.0 L·d-1,比毛白楊的還少;5年生和6年生的尾巨桉在濕季的蒸騰耗水量為8.0-10.2 L·d-1,少于濕加松、柳杉等樹(shù)種;10年生尾葉桉和11年生粗皮桉的蒸騰耗水量也小于馬尾松、木荷、錐栗等樹(shù)種,由此說(shuō)明桉樹(shù)人工林的蒸騰耗水量并未顯著高于其他樹(shù)種。

3.2 尾巨桉人工林對(duì)水質(zhì)的影響

根據(jù)分析結(jié)果,尾巨桉純林及其不同改培模式林分地表水的p H 值、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量3項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2021)規(guī)定的限定值。同時(shí),2022年7月18日,中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的2022 年第二季度(4-6月)和1-6月全國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量狀況顯示,在1-6月全國(guó)地級(jí)及以上城市中,排前10名的城市依次是柳州市、黔東南苗族侗族自治州、桂林市、崇左市、麗水市、嘉峪關(guān)市、河池市、梧州市、衢州市、百色市,其中第1名柳州市、第3名桂林市、第4名崇左市、第7名河池市、第8名梧州市和第10名百色市均屬于廣西,證實(shí)廣西具有優(yōu)質(zhì)的地表水資源。根據(jù)廣西桉樹(shù)人工林栽培區(qū)分布情況,地表水水質(zhì)排名第1的柳州市、第4的崇左市、第7的河池市、第8的梧州市和第10的百色市均是廣西桉樹(shù)人工林的主栽區(qū),這反映出當(dāng)前桉樹(shù)人工林的經(jīng)營(yíng)方式未降低地表水水質(zhì),也驗(yàn)證了通過(guò)延長(zhǎng)桉樹(shù)主伐年齡,降低人為活動(dòng)對(duì)桉樹(shù)人工林的干擾強(qiáng)度,同時(shí)引入鄉(xiāng)土樹(shù)種將桉樹(shù)純林改培為混交林等科學(xué)經(jīng)營(yíng)措施可以提升桉樹(shù)人工林的生態(tài)功能,更好發(fā)揮桉樹(shù)林的生態(tài)效益。

3.3 尾巨桉人工林對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

3個(gè)年齡序列成熟期尾巨桉人工林凋落物量及其養(yǎng)分含量的12次連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,凋落物以氮元素歸還為主,凋落物養(yǎng)分歸還總量隨林齡增長(zhǎng)而逐漸增加,建議適當(dāng)延長(zhǎng)尾巨桉人工林的培育周期有利于凋落物分解養(yǎng)分還土。通過(guò)將尾巨桉三代萌芽純林改培為尾巨桉與灰木蓮混交林,其土壤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu)均得到顯著改善,與Li等[26]的研究結(jié)果一致。

3.4 尾巨桉人工林的林下植物物種多樣性變化規(guī)律

廣泛調(diào)查廣西尾巨桉人工林的林下植物物種組成發(fā)現(xiàn),維管植物有120科369屬584種,其中以灌木為主,達(dá)到201種;其次為草本植物,有186種;喬木106種;藤本植物最少,僅有91種。任世奇等[27]也通過(guò)植物樣方調(diào)查和相關(guān)文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn),桉樹(shù)人工林林下植物有190種,其中木本植物32科67屬103種,藤本植物16科23屬26種,草本植物22科53屬61種。與此同時(shí),對(duì)60 個(gè)調(diào)查樣方的研究分析發(fā)現(xiàn),桉樹(shù)人工林的林下灌木層物種多樣性整體隨林齡增長(zhǎng)而增加,其中在7-9年生的桉樹(shù)林下的灌木植物多樣性最豐富;草本層物種多樣性整體隨林齡增長(zhǎng)而降低,其中在7-9年生的桉樹(shù)林下的草本植物多樣性最低。通過(guò)比較桉樹(shù)人工林與其他樹(shù)種的林下植物多樣性(表3)發(fā)現(xiàn),成熟桉樹(shù)人工林的林下植物物種豐富度并不低,且總體上灌木多樣性比草本多樣性高。

3.5 桉樹(shù)人工林的固碳功能特征

我國(guó)主要造林樹(shù)種的碳匯能力年均約2.2 t·hm-2(圖3),而桉樹(shù)人工林每年每公頃可吸收固定碳約4.0 t[33],其碳匯能力遠(yuǎn)大于其他主要造林樹(shù)種。對(duì)鹿寨縣黃冕鄉(xiāng)的中齡尾巨桉人工林固碳效率的評(píng)估結(jié)果為10.9 t·hm-2·a-1,因此,應(yīng)挖掘桉樹(shù)人工林碳匯潛力,以更大程度地發(fā)揮桉樹(shù)人工林的固碳釋氧功能,為國(guó)家實(shí)施雙碳戰(zhàn)略應(yīng)對(duì)CO2減排,實(shí)現(xiàn)2060年碳中和目標(biāo)發(fā)揮重要作用。

圖3 我國(guó)主要造林樹(shù)種的碳匯能力Fig.3 Carbon sink capacity of chief tree species in our country

4 結(jié)論

針對(duì)桉樹(shù)生長(zhǎng)的水分消耗,桉樹(shù)林對(duì)地表水水質(zhì)的影響,桉樹(shù)林地土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性、微生物群落結(jié)構(gòu),桉樹(shù)林下植物物種多樣性,以及桉樹(shù)的固碳增匯能力等方面內(nèi)容開(kāi)展了較系統(tǒng)的研究工作,總結(jié)出了階段性研究結(jié)論:(1)桉樹(shù)在生長(zhǎng)過(guò)程中的單木蒸騰并未消耗大量水分;(2)桉樹(shù)未顯著降低地表水水質(zhì);(3)桉樹(shù)純林改培混交林可顯著提升林地的土壤質(zhì)量;(4)桉樹(shù)林下植物物種多樣性豐富度隨林齡增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì);(5)桉樹(shù)的碳匯功能強(qiáng)于我國(guó)其他主要造林樹(shù)種。上述結(jié)論揭示了桉樹(shù)種植對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的客觀規(guī)律。目前,廣西年生產(chǎn)桉樹(shù)木材3 000萬(wàn)立方米以上,年采伐量3 000萬(wàn)立方米以上,廣西以占全國(guó)森林面積的1.4%生產(chǎn)了全國(guó)32%的木材,極大地緩解了我國(guó)木材的供需矛盾及木材資源供給不足壓力,2020年桉樹(shù)也被列入國(guó)家儲(chǔ)備林建設(shè)樹(shù)種名錄[34]。因此,建議從景觀尺度上,適當(dāng)延長(zhǎng)桉樹(shù)主伐年齡,新造林或萌芽林適當(dāng)套種鄉(xiāng)土樹(shù)種形成同齡或異齡桉樹(shù)混交林,同時(shí)對(duì)林木兼施人工修枝,以此從定向培育關(guān)鍵技術(shù)措施上優(yōu)化桉樹(shù)經(jīng)營(yíng)方案,既利用其速生豐產(chǎn)特性,又充分發(fā)揮其生態(tài)服務(wù)功能,實(shí)現(xiàn)桉樹(shù)的生產(chǎn)力與生態(tài)服務(wù)功能雙增效益,更好地為發(fā)展廣西林業(yè)萬(wàn)億元綠色產(chǎn)業(yè)和建設(shè)國(guó)家儲(chǔ)備林核心基地服務(wù)。