桉樹林下套種對牧草糙毛假地豆的生長和林地土壤養(yǎng)分的影響

林正眉，侯瓊昭，2，羅剛躍，董川宏，麥榮臻，陳樹耿

（1.廣東省植物發(fā)育生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510631；2.中國科學(xué)院華南植物園，廣東 廣州 510650；3.江門市四堡林場，廣東 鶴山 529700）

桉樹是桃金娘科（Myrtaceae）桉屬（Eucalyptus）植物，種類繁多，為世界著名速生樹種，適合種植于熱帶和亞熱帶地區(qū)［1］。其具有適應(yīng)性強(qiáng)、生長快、用途廣、價(jià)值高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于營建工業(yè)原料林。由于經(jīng)營強(qiáng)度過大，桉樹人工林的發(fā)展產(chǎn)生了林地地力下降、群落結(jié)構(gòu)簡單、生物多樣性降低等系列生態(tài)問題［2］。提高桉樹人工林生態(tài)效益的措施很多，通過增加林下植被來保護(hù)表土水分和增加生物多樣性是有效措施之一［3］。

由于地形復(fù)雜、交通不便、改革滯后等問題，廣東山區(qū)和平原地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平極度不平衡，山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康快速發(fā)展問題亟待解決，而山區(qū)經(jīng)濟(jì)增長不能以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)。林下經(jīng)濟(jì)是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境雙贏、縮小貧富差距的重要出路［4］。研究表明，林草間種的林下經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式可同時(shí)提高農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)效益。一方面，林下間種作物可以改善林地的生態(tài)小氣候和土壤的微生物生態(tài)，增加地面覆蓋度、減少土壤水分的蒸發(fā)、利于保持水土［5］，更重要的是，農(nóng)作物的根系特別是豆科植物的根瘤，有利于增加土壤中的有機(jī)質(zhì)，恢復(fù)和提高土壤的肥力［6-7］。另一方面，林下套種牧草還可充分利用土地資源，發(fā)揮土地的綜合效益［8］，是增加林農(nóng)收入的有效方式［9］。在桉樹生產(chǎn)中，采用合理的模式進(jìn)行林草間作，可形成桉樹林地高效種植模式，同時(shí)兼顧生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

自20世紀(jì)80年代以來，我國林下經(jīng)濟(jì)得到較快發(fā)展，但相對于其他省市，廣東山區(qū)林下經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)模仍較小，其發(fā)展受地形、資源等限制。為更好解決這些問題，應(yīng)注重因地制宜發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)。因此，林下牧草的選擇應(yīng)結(jié)合地方特色，重點(diǎn)培育當(dāng)?shù)卦锓N［4］。廣泛分布于華南地區(qū)的糙毛假地豆（Desmodium heterocarpon var. strigosum Meeuwen）為豆科蝶形花亞科山螞蝗屬植物，其營養(yǎng)生長期長、草質(zhì)柔軟、營養(yǎng)豐富，是耕牛等牲畜極喜吃的一種牧草，在牧草生產(chǎn)上具有潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。糙毛假地豆喜溫稍耐陰［10］，對環(huán)境適應(yīng)力較強(qiáng)，略耐干旱和耐貧瘠，且根系發(fā)達(dá)、枝葉茂盛，為匍匐生長的多年生半灌木，對保持水土有一定作用［7］，與其他雜草相比，其競爭空間和資源的能力較強(qiáng)［11］?？梢?，糙毛假地豆具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)功能。以往研究中，桉樹林下套種牧草多選用柱花草、象草、山毛豆、牛鞭草等［12-15］，尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于林下套種糙毛假地豆的研究，甚至糙毛假地豆生長特性的相關(guān)研究也較少。

本試驗(yàn)選用豆科牧草糙毛假地豆套種于桉樹林，研究不同林齡桉樹林和不同套種方式，以及林下套種糙毛假地豆對林地土壤養(yǎng)分條件的影響，了解糙毛假地豆是否適合套種于桉樹林下，為廣東山區(qū)桉樹林下套種植物的選擇提供建議。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地為廣東省鶴山市四堡林場桉樹林基地。鶴山地處北回歸線以南，地理坐標(biāo)22.29～22.52°N、112.28～113.25°E，屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，全年溫和濕潤，境內(nèi)具有海洋氣候特征，光、熱、雨量充足，四季宜種。年均輻射量435.47 kJ/cm2。氣候溫和，年均氣溫22.6℃，年均降雨量1 700 mm左右，夏秋多臺(tái)風(fēng)暴雨，無霜期為365 d，冬春有少許冷空氣侵襲，偶有奇寒，土壤為紅壤土。2016年11月調(diào)查的供試桉樹人工林基本情況見表1。對照設(shè)在華南師范大學(xué)露天苗圃地，土壤為改良過的紅壤土。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 不同林齡桉樹林下糙毛假地豆生長情況測定 試驗(yàn)地種植的桉樹株間距約為2 m。于溫室大棚培育糙毛假地豆種子，待其長成幼苗后移栽于桉樹林。分別于3年生桉樹和2年生桉樹林下套種糙毛假地豆幼苗。3年生桉樹林套種的糙毛假地豆于2015年種植（3年生桉樹+實(shí)生苗），2016年4月開始測生長指標(biāo)；2年生桉樹林套種的糙毛假地豆于2016年種植（2年生桉樹+實(shí)生苗），2016年6月開始測生長指標(biāo)。2016年6月在露天苗圃地種植牧草幼苗49株，作為對照。2017年1月結(jié)束測量（2年生桉樹后期被砍，測量到2016年12月）。幼苗生長初期雜草過多時(shí)進(jìn)行過人工除草，不作其他任何處理。每月1次隨機(jī)選取30株以上糙毛假地豆，定期觀察并測量其生長指標(biāo)。

1.2.2 不同種植方式對糙毛假地豆生長指標(biāo)測定 選擇兩處2年生桉樹林，分別于林下套種糙毛假地豆實(shí)生苗和撒播種子（2年生桉樹+種子撒播）。2016年7～12月，隨機(jī)選取30株以上，每月測定1次其生長指標(biāo)。

1.2.3 林下套種對桉樹林地土壤養(yǎng)分含量測定 2016年11月初分別對3年生桉樹+實(shí)生苗、2年生桉樹+實(shí)生苗、2年生桉樹+種子撒播3處樣地取土壤樣品進(jìn)行分析。3處樣地均設(shè)對照，對照土壤離樣地3 m以上。取樣深度為0～15 cm，每處樣地取3點(diǎn)混合。

表1 桉樹人工林的基本特征

1.3 測定指標(biāo)及方法

測定的生長指標(biāo)包括糙毛假地豆高度、分支數(shù)和冠幅等，可用來表征植物的生長過程［12］。株高為植株基部到莖葉頂端的自然株高，每月隨機(jī)選取30株以上進(jìn)行測定，取其平均數(shù)；每株統(tǒng)計(jì)分支條數(shù)，糙毛假地豆生長后期分支過多或不再出現(xiàn)新分支，不再測量；冠幅為植株左右和前后的寬度。

土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀氧化-容量法；全氮測定采用硒粉-硫酸銅-硫酸鉀-硫酸消煮法；水解性氮的測定采用堿解-擴(kuò)散法；有效磷測定采用氟化銨-鹽酸浸提鉬銻抗比色法；速效鉀測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法；pH測定采用（水提）電位法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行均值、標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算和ANOVA單因素方差分析，繪圖采用WPS Office 2016。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林下糙毛假地豆種群生長的變化及分析

2.1.1 糙毛假地豆種群株高動(dòng)態(tài)變化 植株高度是衡量生長發(fā)育的重要標(biāo)準(zhǔn)，是反映生產(chǎn)能力的指標(biāo)之一［14］。由圖1可知，不同林齡桉樹下，糙毛假地豆株高隨時(shí)間的變化規(guī)律差異較大。3年生桉樹林下套種的糙毛假地豆每月株高基本穩(wěn)定在30 cm左右，而2年生桉樹林下糙毛假地豆株高變化較大，6～10月基本呈現(xiàn)上升趨勢，10月開始有所下降，12月株高降低明顯，與對照苗圃地的牧草生長趨勢基本一致。

圖1 不同林齡桉樹林糙毛假地豆株高動(dòng)態(tài)變化比較

此外，糙毛假地豆在3年生桉樹林、2年生桉樹林下和對照苗圃地在7～12月的月均株高分別為29.56（±3.03）、35.40（±10.84）、29.18（±6.74）cm。經(jīng)方差分析，3組處理間的糙毛假地豆株高無顯著差異。

2.1.2 糙毛假地豆種群分支動(dòng)態(tài)變化 3年生桉樹林套種的假地豆分支在4～7月幾乎沒有增多。7～9月開始是生長高峰期，3年生和2年生林下的糙毛假地豆種群分支均增多。6～8月，糙毛假地豆在3年生桉樹林、2年生桉樹林套種和對照苗圃地的月均種群分支數(shù)分別為6.68（±7.46）、5.87（±4.19）、10.13（±8.88）條。經(jīng)方差分析，3組處理間糙毛假地豆的分支數(shù)無顯著差異。

圖2 不同林齡桉樹林糙毛假地豆分支動(dòng)態(tài)變化

2.1.3 糙毛假地豆種群冠幅動(dòng)態(tài)變化 從7月開始，隨著時(shí)間的推移，3年生、2年生桉樹林套種以及對照苗圃地的糙毛假地豆冠幅均明顯增加，10月或11月之后開始下降。7～12月的月均冠幅分別為2 339.17（±1 455.04）、2 450.89（±1 568.94）、5 377.27（±3 569.59）cm2。經(jīng)方差分析，對照苗圃地的糙毛假地豆冠幅顯著大于3年生、2年生桉樹林套種，而3年生和2年生桉樹林套種的糙毛假地豆種群冠幅差異不顯著。說明由于桉樹林木的遮陰，對糙毛假地豆冠幅有一定抑制作用。

圖3 不同林齡桉樹林糙毛假地豆冠幅動(dòng)態(tài)變化

2.2 不同套種方式對糙毛假地豆生長的影響

2.2.1 不同套種方式對牧草株高的影響 從圖4可以看出，7～11月，采用種子撒播方式的糙毛假地豆株高呈上升趨勢，到12月稍有下降。而實(shí)生苗套種的糙毛假地豆10月株高便開始下降。實(shí)生苗種植、種子播種的糙毛假地豆的月均株高分別為35.40（±10.84）、40.91（±9.05）cm。經(jīng)方差分析，不同播種方式的糙毛假地豆株高差異不顯著。

圖4 不同套種方式對糙毛假地豆株高的影響

圖5 不同套種方式對糙毛假地豆冠幅的影響

2.2.2 不同套種方式對牧草冠幅的影響 由圖5可知，隨著時(shí)間推移，不同套種方式下的糙毛假地豆冠幅變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)為7～10月呈上升趨勢，10～12月呈下降趨勢。采用實(shí)生苗種植、種子播種的糙毛假地豆月均冠幅分別為2 450.89（±1 568.64）、3 577.63（±2 050.99）cm2。不同播種方式的糙毛假地豆冠幅差異不顯著。

2.3 不同林下套種糙毛假地豆對桉樹林地土壤養(yǎng)分含量的影響

2.3.1 對土壤pH的影響 對不同間作系統(tǒng)和桉樹純林地（對照）的土壤pH分析結(jié)果（表2）表明，桉樹純林地土壤pH變幅在4.07～4.33，平均為4.20，土壤呈酸性；套種牧草的土壤pH變幅在4.23～4.53之間，平均為4.34，比對照林地提高了0.14個(gè)單位。除2年生桉樹林低海拔+叢生的間作系統(tǒng)（pH4.28）比對照（pH4.32）降低了0.04個(gè)單位外，其他間作系統(tǒng)的土壤pH值均比對照林地提高0.13～0.25個(gè)單位。說明桉樹林下套種糙毛假地豆可以改善土壤pH值，緩解土壤酸化，有利于土壤可持續(xù)利用。

2.3.2 對土壤養(yǎng)分含量的影響 如表2所示，林下套種糙毛假地豆一年，套種牧草后土壤養(yǎng)分含量大多比對照林地高，土壤肥效得到一定程度改善。3年生桉樹林下套種牧草幼苗后0～15 cm土層的有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、速效鉀含量分別較對照提高10.32%、8.90%、6.19%、25.22%，有效磷與對照林地持平。

2年生桉樹林下套種牧草幼苗后，土壤全氮、水解性氮、速效鉀含量比對照林地提高12.15%、5.23%、75.45%，土壤的有機(jī)質(zhì)、有效磷含量比對照降低4.49%、30.40%，這可能與2年生桉樹林林分郁閉度相對小、林下枯落物較少、形成有機(jī)質(zhì)較少，從而速效養(yǎng)分來源減少有關(guān)，同時(shí)糙毛假地豆生長需要消耗土壤養(yǎng)分，導(dǎo)致土壤速效P含量降低。而人工施肥等致使速效 K 含量上升［15］。

2年生桉樹林下撒播牧草種子，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解性氮、有效磷、速效鉀含量均比對照分別提高3.31%、4.65%、5.06%、3.11%、1.71%。另外，對于2年生桉樹林+叢生間作系統(tǒng)，土壤養(yǎng)分含量基本呈現(xiàn)以下規(guī)律：低海拔＞中海拔＞高海拔，這可能是由于在雨水的淋溶下，土壤中有機(jī)質(zhì)、N、P、K等養(yǎng)分往下坡移動(dòng)，出現(xiàn)下坡土壤N、P、K含量略高于上坡的情況。

從表3可以看出，套種牧草后，除有效磷含量外外，土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、速效養(yǎng)分均比對照有不同程度提高。土壤有機(jī)質(zhì)含量提高3.64%，全氮含量比對照提高7.03%，水解氮、速效鉀含量分別比對照提高5.35%、18.95%。而有效磷含量比對照降低6.96%。

表2 不同間作系統(tǒng)對土壤pH和養(yǎng)分含量的影響

表3 林下套種糙毛假地豆與對照林地土壤養(yǎng)分比較

3 結(jié)論與討論

3.1 桉樹林下套種的糙毛假地豆生長發(fā)育良好

從種群生長變化來看，無論是3年生還是2年生桉樹林套種的糙毛假地豆，其株高和冠幅與對照無顯著差異，盡管冠幅變小了，但是其整體發(fā)育并沒有受桉樹林太大影響，可以桉樹林下套種糙毛假地豆是可行的。至于種播還是苗播，只要做好相應(yīng)的播后管理，區(qū)別并不大，可以根據(jù)具體情況加以選擇。

不同林齡林木個(gè)體大小存在差異，導(dǎo)致不同林齡林分內(nèi)的微環(huán)境存在差異，進(jìn)而影響林下間作物生長。研究表明，桉樹林在1～5年生增長迅速，且2年生與3年生之間差別最大，林分郁閉度隨林齡的增大而增加［16］。郁閉度越大，對林下牧草的遮陰程度越大，因此3年生桉樹林對林下牧草的遮陰效果較2年生大。本試驗(yàn)得出，3年生和2年生桉樹林下種植的糙毛假地豆生長情況相差不大。這可能是因?yàn)殍駱涞牧铸g跨度不大，郁閉度差異較小?？稍O(shè)置較大的林齡梯度進(jìn)一步研究。

糙毛假地豆喜陽喜溫，在較蔭蔽環(huán)境中糙毛假地豆植株為爭取陽光會(huì)趨向高位發(fā)展［10］，但3年生、2年生林下和對照苗圃地的糙毛假地豆株高差異不顯著，說明3年生、2年生林的遮蔭效果沒有達(dá)到影響其發(fā)育的程度。但是林下糙毛假地豆的冠幅顯著低于對照苗圃地，原因可能是糙毛假地豆與雜草進(jìn)行橫向競爭，雜草對糙毛假地豆生長形成抑制。調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，糙毛假地豆并未如預(yù)期越過雜草而抑制雜草生長，林下雜草的生長明顯優(yōu)于糙毛假地豆。地下部分的桉樹根系對土壤水、熱、養(yǎng)分的影響，對牧草的生長發(fā)育也會(huì)有一定影響［12］。

研究表明，糙毛假地豆的生長期為3～10月，夏季為生長盛期，冬季和早春生長緩慢［11］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，7～10月是糙毛假地豆的生長高峰期，桉樹林下和對照苗圃地糙毛假地豆的株高、分支和冠幅都明顯增加。說明桉樹林下糙毛假地豆的生長趨勢正常，表現(xiàn)為幼苗生長期緩慢，之后生長迅速，冬季又逐漸停止生長。在幼苗期和花果期（11月至次年3月左右），糙毛假地豆生長緩慢，與雜草的競爭處于劣勢，易被雜草覆蓋。有關(guān)糙毛假地豆對雜草的抑制效果研究也證明了這點(diǎn)［17］。因此這兩個(gè)時(shí)期的管理工作比較關(guān)鍵。這時(shí)要注意充分利用糙毛假地豆的耐蔭蔽與耐貧瘠兩個(gè)重要生態(tài)特性進(jìn)行苗期和花果期的管理工作［18］，也可在牧草初現(xiàn)蕾時(shí)進(jìn)行割草抑制開花結(jié)果，使?fàn)I養(yǎng)生長得以恢復(fù)，整個(gè)冬季保持一定的生長速度［18］。綜上可得，若結(jié)合其生長特性進(jìn)行管理，桉樹林下種植糙毛假地豆可達(dá)到理想效果。

比較不同套種方式得出，采用種子撒播時(shí)糙毛假地豆和實(shí)生苗種植的株高和冠幅沒有明顯不同，但叢生的糙毛假地豆生長狀況良好。主要是因?yàn)閰采牟诿俚囟怪觊g距較小，能更有效抑制雜草?？梢?，只要控制合適的株間距，林下種植糙毛假地豆采用種子繁殖和實(shí)生苗繁殖都是可行的，各有利弊。種子繁殖較簡便，但需要大量的種子并對種子進(jìn)行預(yù)處理以提高萌發(fā)率，還要有合適的萌發(fā)溫度［18］，實(shí)生苗繁殖成活率高［19］。

3.2 桉樹林套種糙毛假地豆能改善土壤養(yǎng)分、提高土地肥效

有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，直接影響土壤的耐肥性、緩沖性、通氣狀況等，有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一，還是作物所需的 N、P、微量元素等各種養(yǎng)分的主要來源。土壤中生長的植物殘?bào)w和根系分泌物是土壤有機(jī)質(zhì)主要來源［20］。另外，pH是影響土壤肥力的重要因素之一，其通過影響土壤微生物生長繁殖和土壤酶活性，直接影響土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)和有效性，從而影響植物的生長發(fā)育［20］。長期進(jìn)行連栽的桉樹純林地，改善pH值對新的桉樹品種尤為重要［21］。

間種豆科作物能夠提高土壤全氮含量，促進(jìn)根系吸收氮元素，提高氮素利用率［20］。生產(chǎn)上常利用豆科植物進(jìn)行土壤改良。研究表明［13，15，22-24］，林下套種能不同程度提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效磷、速效鉀等礦質(zhì)元素含量，還能改善土壤pH、提高土壤酶活性、增加土壤微生物、改善土壤物理性質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)桉樹生長、減少水土流失。糙毛假地豆為豆科蝶形花亞科山螞蝗屬植物，套種后的林下土壤，除有效磷含量沒有提高外，其他養(yǎng)分含量均有一定改善，這與豆科植物的生物固氮作用有關(guān)。另外牧草根系更新和莖葉枯落對土壤也具有培肥作用。兩組試驗(yàn)林下土壤的酸性都有一定程度提高，為增加土壤的肥效打下了良好基礎(chǔ)。

可見，桉樹林下套種糙毛假地豆后既能改善土壤養(yǎng)分條件，又能促進(jìn)桉樹生長，收獲的牧草還能運(yùn)用于畜牧業(yè)，充分發(fā)揮土地資源，提高林農(nóng)收入，是一種互利的套種模式。另外，對于確定合適的牧草間距、土壤養(yǎng)分與牧草生長的關(guān)系、林分密度與牧草生長的關(guān)系等還需進(jìn)一步研究。

3.3 桉樹林下套種糙毛假地豆對雜草的抑制情況

實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，四堡林場桉樹林下普遍存在雜草叢生的現(xiàn)象。在進(jìn)行牧草試驗(yàn)前，林下許多雜草如玉葉金花（Mussaenda pubescens Dryand.）、火炭母（Polygonum chinense Linn.）等長勢良好。桉樹林下種植牧草后，經(jīng)過幾個(gè)月的初步試驗(yàn)和觀察，在與雜草的競爭中，處于生長期的糙毛假地豆競爭不過原先長勢良好的玉葉金花等雜草，所以可對糙毛假地豆進(jìn)行適當(dāng)培育，增強(qiáng)其競爭力，達(dá)到抑制雜草的效果。

相比之下，采用種子撒播的糙毛假地豆抑制雜草效果較好。彭建宗等［18］指出，糙毛假地豆幼苗期生長緩慢，期間與雜草競爭能力較弱。觀察對照苗圃地雜草發(fā)生情況，種植初期因雜草時(shí)有發(fā)生，需進(jìn)行人工除草，但由于種植間距?。?0 cm左右），糙毛假地豆匍匐生長，很快就覆蓋苗圃地，雜草逐漸減少。因此，經(jīng)過種子撒播生長起來的糙毛假地豆表現(xiàn)為叢生狀態(tài)，株間距較小，植株迅速覆蓋周圍地面，較快建立競爭優(yōu)勢，抑制雜草效果較好。

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