桉樹林下套種闊葉樹林分生長與土壤養(yǎng)分差異分析

李飛少

(廣東省云浮林場(chǎng)，廣東 云浮 527400)

1 引言

中國是世界第一大木材進(jìn)口國和第二大木材消耗國，木材及其產(chǎn)品年均缺口3億m3，木材供需矛盾突出。中國于1890年開始引種桉樹(Eucalyptus)，20世紀(jì)50年代通過系統(tǒng)引種和推廣栽培取得成功，80年代開始大規(guī)模種植，進(jìn)入21世紀(jì)后迅猛發(fā)展。桉樹人工林主要分布在中國南方11個(gè)省(區(qū))，以廣西和廣東最多，約占總面積的3/4，種植品種主要是尾巨桉無性系[1]。據(jù)國家林業(yè)和草原局公布的第九次全國森林資源清查結(jié)果，截至2018年，全國桉樹面積為546萬hm2[2]，相較1986年增長了11倍。作為中國重要的戰(zhàn)略性造林用材樹種，桉樹在林業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到舉足輕重的作用。桉樹人工林種植面積大，很難大幅增長，加之粗放經(jīng)營導(dǎo)致的生態(tài)問題，由外延發(fā)展轉(zhuǎn)向內(nèi)涵質(zhì)量提升，推行科學(xué)的可持續(xù)經(jīng)營技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展桉樹的關(guān)鍵。

目前，我國桉樹人工林經(jīng)營多以純林為主，但純林存在樹種結(jié)構(gòu)單一、林分質(zhì)量不高、單產(chǎn)下降以及地力衰退方面的生態(tài)問題[3～5]。研究表明，通過混交能改善土壤肥力條件，提升光能和林地利用效率，從而實(shí)現(xiàn)林地生產(chǎn)力和林分生態(tài)效益增加[6～9]。桉樹間伐后進(jìn)行混交樹種套種是進(jìn)行桉樹純林改良的最佳模式，通過近熟齡桉樹間伐后套種優(yōu)質(zhì)闊葉樹種從而形成異齡復(fù)層林，既能在實(shí)現(xiàn)桉樹大徑材培育的基礎(chǔ)上，提高林地單產(chǎn)量，又能提高土地利用率。目前，有關(guān)桉樹混交方面研究多為同齡混交，異齡混交研究鮮少報(bào)道[10,11]。因此，本研究以紅錐(Castanopsishystrix)、灰木蓮(Magnoliaceaeglanca)、荷木(Schimasuperba)3種材質(zhì)優(yōu)良、固碳能力強(qiáng)，且枯落物豐富、改土性能好的珍貴用材樹種為混交樹種[12～14]，在對(duì)近熟齡桉樹純林間伐的基礎(chǔ)上進(jìn)行了林下混交樹種套種，通過分析套種闊葉樹對(duì)桉樹生長及土壤養(yǎng)分含量的影響，以期揭示林下套種闊葉樹對(duì)提升桉樹林分質(zhì)量，增強(qiáng)生態(tài)穩(wěn)定性方面的作用，為桉樹人工林可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣東省某林場(chǎng)，地理位置112°13' 46″ E，22°42' 21″ N，氣候?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣侯，溫暖多雨、光照充足，夏季長、霜期短，年平均氣溫22 ℃，極端最低溫0 ℃，最高溫39.1 ℃，年均降雨量1982.7 mm，相對(duì)濕度68%，海拔200～220 m，坡度20～25°，土壤為紅棕壤，土層厚度40～60 cm。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 試驗(yàn)林營建

研究區(qū)桉樹人工林為2011年?duì)I建的尾巨桉無性系植苗林，密度111株/畝。2015年在兼顧保留木空間位置均勻的前提下，采用下層疏伐法進(jìn)行林分間伐，去掉林中長勢(shì)差、形質(zhì)指數(shù)偏低桉樹，保留株數(shù)60株/畝。間伐后清理砍伐剩余物后，通過塊狀整地后再進(jìn)行闊葉樹種套種。套種樹種為一年生紅錐、灰木蓮、荷木容器苗，每種樹種套種株數(shù)均為30株/畝。2016年進(jìn)行桉樹林套種，以套種和不套種兩種桉樹林設(shè)置4個(gè)試驗(yàn)處理，其中不套種桉樹林為對(duì)照(P0)，套種桉樹林包括套種紅錐(P1)、灰木蓮(P2)、荷木(P3)的3種桉樹林。套種后前3年，每年進(jìn)行砍灌割草、追肥各1次。

2.2.2 數(shù)據(jù)調(diào)查

2021年12月在套種和不套種桉樹林下設(shè)置20 m×30 m大小固定樣地，每個(gè)處理3個(gè)樣地。數(shù)據(jù)調(diào)查參考黃木易[4]等方法，先利用每木檢尺進(jìn)行各樣地樹高、胸徑、枝下高與冠幅等生長指標(biāo)的調(diào)查。然后避開林緣樹采用完全隨機(jī)的方式，以樣地中桉樹高徑生長量與平均值相差10%以內(nèi)的植株作為采樣目標(biāo)樹種，在距離桉樹的樹干基部約50 cm處作為土壤取樣區(qū)，每個(gè)樣地選擇4個(gè)取樣區(qū)。在每個(gè)取樣區(qū)內(nèi)，設(shè)置1個(gè)15 cm×15 cm小樣方，采用環(huán)刀采集小樣方內(nèi)0～20 cm土壤樣品500 g左右，將各處理每個(gè)樣地中4個(gè)取樣區(qū)土壤樣品進(jìn)行充分混勻后取3份(200 g/份)土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，用于土壤養(yǎng)分含量分析。

2.2.3 指標(biāo)測(cè)試

土壤全氮采用連續(xù)流動(dòng)分析法，全磷、速效磷采用鉬銻抗比色法，全鉀、速效鉀采用火焰光度計(jì)法，硝態(tài)氮采用紫外分光光度法，銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀比色法，鐵、鋅、銅、錳采用原子吸收分光光度法。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進(jìn)行桉樹生長性狀與土壤養(yǎng)分含量的方差分析與多重比較(p<0.05)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生長變化

從表1可以看出，桉樹林下套種闊葉樹后，桉樹胸徑、樹高生長量顯著提升，枝下高增加，冠幅無明顯變化。與未套種的桉樹林(P0)相比，套種紅錐(P1)、灰木蓮(P2)、荷木(P3)后，桉樹胸徑、樹高、枝下高生長量分別提高了9.3%～40.7%、7.7%～25.5%和11.9%～36.3%。從供試3種套種闊葉樹對(duì)桉樹生長改善作用來看，整體表現(xiàn)為：紅錐>荷木>灰木蓮。

表1 套種闊葉樹對(duì)桉樹生長的影響

3.2 土壤養(yǎng)分含量變化

3.2.1 氮磷鉀變化

土壤養(yǎng)分含量與林木生長發(fā)育密切相關(guān)[9]，其中氮、磷、鉀作為植物生長所需的三大主要營養(yǎng)元素，在調(diào)控植物生長中起到核心關(guān)鍵作用。由表2可知，除全磷外，4種試驗(yàn)林土壤中各有關(guān)氮磷鉀含量指標(biāo)均表現(xiàn)差異顯著。與未套種桉樹林相比，套種紅錐、灰木蓮、荷木后林分土壤中全氮、全鉀、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量顯著增加，硝態(tài)氮含量顯著減少。相較磷和鉀的變化，氮素?zé)o論是全氮還是硝態(tài)氮、銨態(tài)氮，在4種試驗(yàn)林中均表現(xiàn)了明顯的趨勢(shì)，即：桉樹×紅錐>桉樹×荷木>桉樹×灰木蓮>桉樹，該趨勢(shì)與上述生長變化趨勢(shì)一致。這說明，氮素利用效率提升是套種闊葉樹改善桉樹生長的主導(dǎo)因素。

表2 套種闊葉樹對(duì)桉樹林分土壤氮磷鉀含量的影響

3.2.2 碳氮磷化學(xué)計(jì)量比變化

利用土壤有機(jī)質(zhì)與氮、磷含量的比值可以分別計(jì)算碳氮比和碳磷比，從而反映出土壤中養(yǎng)分有效性。其中，碳氮比代表有機(jī)質(zhì)分解能力，比值越低分解能力越大。碳磷比代表固磷潛力，并與之呈正相關(guān)關(guān)系，而氮磷比則反映林分的養(yǎng)分限制類型。表3中土壤有機(jī)質(zhì)含量以桉樹×紅錐林分最高，其次為桉樹×灰木蓮、桉樹×荷木，未套種的桉樹林最低。從碳氮比大小來看，桉樹林最大，桉樹×灰木蓮林次之，桉樹×紅錐和桉樹×荷木林最小，而氮磷比大小則表現(xiàn)為：桉樹×紅錐>桉樹×荷木>桉樹×灰木蓮>桉樹。這說明，套種后土壤中氮有效性增加，桉樹為氮限制類型樹種。

表3 套種闊葉樹對(duì)桉樹林分土壤碳氮磷化學(xué)計(jì)量比的影響

3.2.3 微量元素變化

微量元素是植物生長代謝過程中必需的營養(yǎng)物質(zhì)[15]，微量元素缺乏或富積，都不利于植物的生長發(fā)育，其含量高低反映土壤對(duì)植物礦物質(zhì)營養(yǎng)的供給水平。通過檢測(cè)，4種試驗(yàn)林土壤中鐵、鋅、錳、銅的含量均差異顯著(表4)。其中，鐵含量大小表現(xiàn)為：桉樹>桉樹×荷木>桉樹×灰木蓮>桉樹×紅錐。鋅為：桉樹×紅錐最大，桉樹×荷木次之，桉樹林最小，桉樹×灰木蓮介于桉樹×荷木與桉樹林之間，與二者均為顯著差異。錳含量在4種林分間差異明顯，表現(xiàn)為：桉樹×紅錐>桉樹×荷木>桉樹×灰木蓮>桉樹。銅表現(xiàn)為：桉樹×紅錐≈桉樹×荷木>桉樹×灰木蓮≈桉樹最小。綜合來看，套種后具有林分土壤中鐵含量下降，鋅、錳、銅增加的趨勢(shì)，且3個(gè)套種樹種中以紅錐表現(xiàn)趨勢(shì)最為明顯。

表4 套種闊葉樹對(duì)桉樹林分土壤微量元素含量的影響

4 結(jié)論與討論

桉樹人工林發(fā)展迅速，在我國林業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了巨大作用。然而近年來，隨著桉樹是“吸水機(jī)”“抽肥樹”等社會(huì)論斷日益受到關(guān)注，加之經(jīng)營措施粗放，導(dǎo)致桉樹生態(tài)問題日趨明顯，廣東、廣西等全國多個(gè)桉樹主栽培區(qū)先后發(fā)布了“限桉令”，桉樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到嚴(yán)重阻礙。通過科學(xué)集約經(jīng)營管理是為桉樹正名，推動(dòng)桉樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵[1]?；旖皇歉纳屏址仲|(zhì)量，提升人工林生態(tài)效益最為有效手段。本試驗(yàn)以5年生桉樹紙漿材林為試驗(yàn)對(duì)象，在進(jìn)行間伐基礎(chǔ)上，采用林下套種紅錐、灰木蓮、荷木方式進(jìn)行混交林營建，培育5年后分析了套種前后桉樹生長及土壤養(yǎng)分含量差異。通過本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，套種后桉樹生長量增加，土壤養(yǎng)分有效性提升。從整體上看，供試樹種中以紅錐表現(xiàn)最佳，其次為荷木，灰木蓮稍差。從3個(gè)樹種的生長習(xí)性和形態(tài)特征來看，均具有幼苗耐蔭的特性，但葉片具有不同程度的革質(zhì)化，其中紅錐為薄革質(zhì)/紙質(zhì)、荷木革質(zhì)、灰木蓮厚革質(zhì)。通常，葉片革質(zhì)化程度越大，葉片分解速率越低。植物葉片凋落物分解直接影響其養(yǎng)分歸還能力，這暗示了，紅錐養(yǎng)分歸還能力最強(qiáng)，而灰木蓮最弱。今后在進(jìn)行套種樹種選擇時(shí)，還應(yīng)充分考慮樹種對(duì)改善土壤養(yǎng)分方面的潛力。

套種后桉樹林土壤氮磷鉀含量變化中以氮素最為顯著，而磷素?zé)o顯著差異。氮素作為植物生長發(fā)育的重要營養(yǎng)元素，是調(diào)控植物生長的關(guān)鍵。在4種供試林分土壤中全氮含量大小表現(xiàn)為：桉樹×紅錐>桉樹×荷木>桉樹×灰木蓮>桉樹，這反映了紅錐在改善桉樹林地氮素方面的明顯效果。紅錐作為一種重要的鄉(xiāng)土樹種，其生長快、適應(yīng)性強(qiáng)，而且材質(zhì)優(yōu)良，在生產(chǎn)中可選擇紅錐作為桉樹混交林營建的主要樹種。在硝態(tài)氮和銨態(tài)氮兩種不同形態(tài)氮素含量分析中，筆者發(fā)現(xiàn)套種后硝態(tài)氮降低、銨態(tài)氮增加。結(jié)合土壤碳氮磷化學(xué)計(jì)量比分析結(jié)果，桉樹為氮素限制型樹種。這說明在桉樹人工林施肥管理中，補(bǔ)充氮肥尤其是銨態(tài)氮肥的施用更利于林分生長。

研究證實(shí)，微量元素反映著土壤的養(yǎng)分供給能力。土壤酸化是導(dǎo)致桉樹栽培過程中地力下降的一個(gè)重要因素[16]。大量研究表明，鐵與土壤酸化密切相關(guān)，鐵含量與土壤pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即：pH值越大鐵含量越低，反之含量越高。本試驗(yàn)套種紅錐、灰木蓮、荷木后降低的土壤鐵含量，暗示了桉樹人工林存在土壤酸化的現(xiàn)象，而套種其他闊葉樹種能改善桉樹林地土壤酸化的問題。肥料濫施亂用是導(dǎo)致桉樹林地土壤酸化的一個(gè)重要因素，今后一方面要控制施肥用量，同時(shí)還應(yīng)選擇合適的肥料種類，多施氮肥，并以堿性肥為主。鋅、錳、銅與植物光合能力與根系代謝活動(dòng)相關(guān)，套種紅錐后3種元素含量明顯增加，說明適當(dāng)補(bǔ)充一定的微肥將有利于桉樹人工林質(zhì)量的提升。