整地對桉樹人工林生態(tài)效益的影響

周建輝，王小霞，杜阿朋

(1.寧夏回族自治區(qū)固原市原州區(qū)疊疊溝林場，寧夏 固原 756000；2.承德市水利水電勘測設(shè)計院，河北 承德 067000；3.國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022)

整地對桉樹人工林生態(tài)效益的影響

周建輝1，王小霞2，杜阿朋3＊

(1.寧夏回族自治區(qū)固原市原州區(qū)疊疊溝林場，寧夏 固原 756000；2.承德市水利水電勘測設(shè)計院，河北 承德 067000；3.國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022)

為了探討整地方式對桉樹林分生長和林地生態(tài)效益的影響，在3種整地方式下的尾巨桉林地分別設(shè)置樣地和樣方進行調(diào)查分析，結(jié)果表明：機械帶墾和煉山全墾的尾巨桉林分生長均較人工穴墾快，煉山全墾的尾巨桉林下植被生物多樣性最差，機械帶墾的林地土壤有機碳含量最大，煉山全墾林地表層(0 ~ 40 cm)土壤含水量最高，人工穴墾林地深層(40 ~ 80 cm)土壤含水量最高。

整地方式；桉樹人工林；生態(tài)效益

桉樹(Eucalyptus)是世界三大速豐林樹種之一，在我國種植面積已達450萬hm2，年產(chǎn)木材超過3000萬m3。與天然林相比，人工林是受人為控制的生態(tài)系統(tǒng)類型，其經(jīng)營和管理會對林地生態(tài)環(huán)境影響較大[1]。整地通過物理干擾的方式使得林地土壤碳庫和地表枯落層碳庫交換再分配[2-3]，也會造成不同整地方式下的土壤水分供給能力差異顯著[4]。整地是為了提升或維持人工林生產(chǎn)力[5-6]，但也有研究表明整地方式會導(dǎo)致林地土壤持水性能下降[7]，進而影響土壤對林木蒸騰的水分供給能力。還有研究表明整地會破壞土壤結(jié)構(gòu)和土壤團聚體，使土壤通風(fēng)透氣，為不穩(wěn)定土壤有機碳與分解者的接觸提供條件，加速土壤碳的分解。

本文從林木生長、林下植被多樣性、土壤有機碳含量和土壤水分含量等幾個方面來闡述整地對于尾巨桉(E.urophylla × E.grandis)林分生態(tài)效益的影響，以期為桉樹人工林生態(tài)經(jīng)營技術(shù)的優(yōu)化和客觀評價提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)及試驗地概況

1.1 研究區(qū)概況

研究地點位于國家林業(yè)局廣東湛江桉樹林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站。該站位于廣東湛江遂溪縣，地理位置為N 21°16′，E l10°05′，屬北熱帶濕潤大區(qū)雷瓊區(qū)北緣，為海洋性季風(fēng)氣候，年均溫23.1℃，年相對濕度達80.4%，年均降水量1 567 mm，5—9月降水量占全年的85.5%，年均蒸發(fā)量1 763 mm，無霜期362 d。該地區(qū)地勢平坦，屬臺地及低丘陵緩坡地形，螺崗嶺為最高峰，海拔220.8 m，山體呈扇狀向東、南、西三面傾斜。

1.2 試驗地概況

試驗地均為1年生尾巨桉人工林地，造林地地勢平坦，坡度接近0°，2012年5月分別采用3種整地方式(煉山+機械全墾、機械帶墾、人工挖穴)進行造林前整地，7月造林(株行距為1.5 m × 4 m)。

表1 不同整地方式下樣地特征

2 研究方法

2.1 林分生長調(diào)查

分別對3種不同整地方式下的尾巨桉林地進行調(diào)查，在各個整地措施中分別選取20 m × 2 0m的樣地3個，進行每木檢尺，分別調(diào)查胸徑、樹高和冠幅。

2.2 林下植被生物量及生物多樣性的調(diào)查

在每個樣地按對角線分別選取3個1 m × 1 m的樣方。對每個樣方內(nèi)所有植被進行分類全部獲取，稱其鮮質(zhì)量，記錄種名、頻度、蓋度及平均高。同時通過調(diào)查物種個體數(shù)，計算物種豐富度、Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、brillouin指數(shù)[9]對比了3種整地方式下林分生物多樣性的差異。計算公式如下：

物種豐富度：樣地內(nèi)所有物種數(shù)目

式中：S為樣地中物種的種數(shù)；Ni為種i的重要值；N為樣地中所有物種的重要值之和；Pi為物種i的相對重要值，Pi= Ni/N。

2.3 土壤有機碳性質(zhì)測定

在不同整地措施下尾巨桉林分的3個標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)對土壤進行分層(0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm、60 ~ 100 cm)環(huán)刀取土，各個樣地的每層土壤重復(fù)取樣3個。用重鉻酸鉀—水合加熱法測定自然風(fēng)干的土樣碳含量。

2.4 土壤含水量的測定

采用PICO-BT便攜式土壤剖面水分速測儀測定樣地土壤含水率、土壤溫度和土壤電導(dǎo)率(德國產(chǎn)，Trime-TDR型)。在3種不同整地措施下尾巨桉樣地內(nèi)各埋設(shè)1 m探管3根，于2012年7月—2015年1月對土壤各性質(zhì)(含水率、溫度、電導(dǎo)率)進行定期分層測量，測定頻率為每月1次。

3 結(jié)果分析

3.1 整地對尾巨桉生長的影響

6月生時，帶墾的林分平均胸徑生長顯著大于煉山全墾和穴墾(P<0.05)，其值為2.77±0.66 cm，而煉山全墾和穴墾之間無顯著差異；8月生時，則是煉山全墾顯著大于帶墾和穴墾(P<0.05)，后兩者之間則差異不顯著；12 ~ 30月生，3種整地措施胸徑生長變化趨勢一致，均是帶墾和煉山全墾差異不顯著，但二者均顯著大于穴墾(P<0.05)。

圖1 3種整地措施組合下林分胸徑生長過程

4 ~ 6月生時，煉山全墾和帶墾樹高但均顯著大于穴墾；8月生時，3種整地措施樹高均差異性顯著，其大小順序為：煉山全墾>帶墾>穴墾；10 ~ 16月生的3種整地措施的樹高變化趨勢同2月生；18 ~ 26月生，帶墾的樹高和煉山全墾均無顯著差異，兩者顯著大于穴墾；28月和30月生時，帶墾顯著大于煉山全墾和穴墾(P<0.05)，其平均值分別為

11.78±0.15 m和12.24±0.23 m。

圖2 3種整地措施組合下林分樹高生長過程

3.2 整地對林下植被生物多樣性的影響

由表2可知，不同整地措施下的林下植被的生物量有著顯著性的差異(P<0.05)，其中全墾的平均生物量最小(2.12 t·hm-2)，與穴墾(5.38 t·hm-2、帶墾(4.03 t·hm-2)均差異顯著(P<0.05)，其中與穴墾的差異為極顯著(P<0.01)，穴墾與帶墾的差異不顯著。

表2 林下植被生物量及生物多樣性指數(shù)比較

3.3 整地對尾巨桉林地土壤有機碳的影響

由表3可知，土壤碳含量均呈現(xiàn)隨土層加深土壤碳含量降低的趨勢，穴墾土層10 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm和60 ~ 100 cm碳含量分別比土層0 ~ 10 cm降低了9.29%、26.59%、52.26% 和60.11%，帶墾則相應(yīng)降低了15.16%、21.72%、42.46%和58.93%，全墾則分別降低了20.12%、35.00%、51.48%和67.03%。各土層土壤碳含量在7.77 ~ 24.86 g·kg-1之間變化，0 ~ 10 cm土層土壤碳含量顯著大于其他土層(P<0.05)，10 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm和60 ~ 100 cm無顯著差異。3種整地措施同一土層土壤碳含量存在一定差異，各層土壤平均碳含量總體趨勢表現(xiàn)為：帶墾>煉山全墾>穴墾，但僅有0 ~ 10 cm和60 ~ 100 cm土層的帶墾與煉山全墾、穴墾有顯著差異(P<0.05)，其余3個土層的3種整地措施間均無顯著性差異。

表3 3種整地方式下尾巨桉人工林各土層土壤碳含量

3.4 整地對土壤含水率的影響

表4的結(jié)果表明，各整地措施下土壤含水量隨著土層加深變化程度降低，土層0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm的含水量變化劇烈，而40 ~ 60 cm和60 ~ 80 cm的土層含水率變化幅度較小。降雨量與林木和土壤蒸散耗水是影響土壤含水率的主要因子。0 ~ 40 cm土壤層含水量變化劇烈由于該層受降雨影響較大，降雨使得其土壤含水量先受到影響，同時受到林木蒸騰和地表蒸發(fā)的影響使其下降速率也較快；而40 ~ 80 cm的土層水分主要來自上層土壤水分下滲，變化相對緩慢，同時該層土壤蒸散和植物水分利用也比土層0 ~ 40 cm的小，因此，該層土壤含水量變化幅度相對較小。

表4 3種整地措施尾巨桉林地土壤水分垂直變化

4 結(jié)論

3種整地措施下的尾巨桉胸徑和樹高均隨月齡的增加而呈不同程度的增長。隨著月齡的增大，穴墾胸徑、樹高生長較慢，帶墾和煉山全墾的生長較快，后兩者的胸徑大小相當(dāng)，而樹高隨著月齡的增大而出現(xiàn)差異，26月生開始，帶墾的樹高顯著大于煉山全墾和穴。煉山全墾在維持人工林生物度多樣性方面的效果最差，穴墾最好。

整地措施對土壤碳含量有一定影響。低強度的穴墾整地措施土壤碳含量較低。整地前的煉山使得林地采伐剩余物的養(yǎng)分流失[9]，不利于土壤有機質(zhì)的積累；將采伐剩余物留在林地內(nèi)可增加土壤碳含量[10]，這使得煉山全墾的土壤碳含量低于帶墾。不煉山+機械帶墾既滿足了林地土壤整地要求又最大程度地增加了土壤有機碳的來源，故其土壤碳含量較高。

各整地措施下土壤含水量均隨著土層的加深變化劇烈程度降低，表層土壤和較深層次土壤的水分運動變化具有差異性。整地規(guī)格最高的煉山全墾表層土壤(0 ~ 40 cm)土壤含水量最高，說明整地規(guī)格的提高使土質(zhì)疏松，有助于土壤短期內(nèi)更易于接收降雨水分輸入。對更深層次土壤(40 ~ 80 cm)而言，則是整地規(guī)格低的穴墾含水量最高，說明整地規(guī)格的降低有利于保存水分，加之采伐剩余物的保留抑制了土壤蒸發(fā)，進而土壤水分下滲到更深層次，使其含水量較高；而較高的整地規(guī)格改變表層土壤性質(zhì)，加大了其表層土壤水分的蒸散，下滲到深層次土壤的水分較少，這是煉山全墾和帶墾在這一層次土壤含水量較低的原因。

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Effects of Site Preparation Measures on Ecological Impacts of Eucalyptus Plantations

ZHOU Jian-hui1, WANG Xiao-xia2, DU A-peng3

(1. Diediegou Forest Farm of Yuanzhou District in Guyuan Municipality, Guyuan 756000, Ningxia, China; 2. Chengde Investigation & Design Institute of Water Conservancy & Hydropower, Chengde 067000, Hebei, China; 3. China Eucalypt Research Centre, Zhanjiang 524022, Guangdong, China)

In order to evaluate effects of site preparation methods on the growth and ecological impacts of plantations of Eucalyptus urophylla × E. grandis, tree growth and ecological parameters of plantations established using 3 different site preparation methods were analysed. Results showed that growth of E. urophylla × E. grandis plantations established following burning and full cultivation or mechanical furrowing were superior to those established with manual spot cultivation (i.e. manual digging of planting holes). Biodiversity represented in undergrowth vegetation present in E. urophylla × E. grandis plantations following burning and full cultivation was the lowest of all three site preparation methods. Organic carbon content of plantation soils was highest with site preparation involving furrowing. Water content in the surface layers (0 ~ 40 cm) of soils was highest in plantations established following burning and full cultivation, whilst water content in the deep soil layer (40 ~ 80 cm) was highest in plantations established following manual spot cultivation.

site preparation measures; Eucalyptus plantations; ecological benefits

S718.5

：A

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目(31300383)；廣東省林業(yè)創(chuàng)新專項（2013KJCX014-03, 2014KJCX021-04）；廣東湛江桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站資助(2016-LYPT-DW-126)

周建輝(1981— )，男，助理工程師，主要從事人工林培育工作

＊通訊作者：杜阿朋（1979— ），男，博士，副研究員.E-mail:dapzj@163.com