整地对桉树人工林生态效益的影响

周建辉，王小霞，杜阿朋

(1.宁夏回族自治区固原市原州区叠叠沟林场，宁夏 固原 756000；2.承德市水利水电勘测设计院，河北 承德 067000；3.国家林业局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022)

整地对桉树人工林生态效益的影响

周建辉1，王小霞2，杜阿朋3＊

(1.宁夏回族自治区固原市原州区叠叠沟林场，宁夏 固原 756000；2.承德市水利水电勘测设计院，河北 承德 067000；3.国家林业局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022)

为了探讨整地方式对桉树林分生长和林地生态效益的影响，在3种整地方式下的尾巨桉林地分别设置样地和样方进行调查分析，结果表明：机械带垦和炼山全垦的尾巨桉林分生长均较人工穴垦快，炼山全垦的尾巨桉林下植被生物多样性最差，机械带垦的林地土壤有机碳含量最大，炼山全垦林地表层(0 ~ 40 cm)土壤含水量最高，人工穴垦林地深层(40 ~ 80 cm)土壤含水量最高。

整地方式；桉树人工林；生态效益

桉树(Eucalyptus)是世界三大速丰林树种之一，在我国种植面积已达450万hm2，年产木材超过3000万m3。与天然林相比，人工林是受人为控制的生态系统类型，其经营和管理会对林地生态环境影响较大[1]。整地通过物理干扰的方式使得林地土壤碳库和地表枯落层碳库交换再分配[2-3]，也会造成不同整地方式下的土壤水分供给能力差异显著[4]。整地是为了提升或维持人工林生产力[5-6]，但也有研究表明整地方式会导致林地土壤持水性能下降[7]，进而影响土壤对林木蒸腾的水分供给能力。还有研究表明整地会破坏土壤结构和土壤团聚体，使土壤通风透气，为不稳定土壤有机碳与分解者的接触提供条件，加速土壤碳的分解。

本文从林木生长、林下植被多样性、土壤有机碳含量和土壤水分含量等几个方面来阐述整地对于尾巨桉(E.urophylla × E.grandis)林分生态效益的影响，以期为桉树人工林生态经营技术的优化和客观评价提供理论依据和数据支持。

1 研究区及试验地概况

1.1 研究区概况

研究地点位于国家林业局广东湛江桉树林生态系统国家定位观测研究站。该站位于广东湛江遂溪县，地理位置为N 21°16′，E l10°05′，属北热带湿润大区雷琼区北缘，为海洋性季风气候，年均温23.1℃，年相对湿度达80.4%，年均降水量1 567 mm，5—9月降水量占全年的85.5%，年均蒸发量1 763 mm，无霜期362 d。该地区地势平坦，属台地及低丘陵缓坡地形，螺岗岭为最高峰，海拔220.8 m，山体呈扇状向东、南、西三面倾斜。

1.2 试验地概况

试验地均为1年生尾巨桉人工林地，造林地地势平坦，坡度接近0°，2012年5月分别采用3种整地方式(炼山+机械全垦、机械带垦、人工挖穴)进行造林前整地，7月造林(株行距为1.5 m × 4 m)。

表1 不同整地方式下样地特征

2 研究方法

2.1 林分生长调查

分别对3种不同整地方式下的尾巨桉林地进行调查，在各个整地措施中分别选取20 m × 2 0m的样地3个，进行每木检尺，分别调查胸径、树高和冠幅。

2.2 林下植被生物量及生物多样性的调查

在每个样地按对角线分别选取3个1 m × 1 m的样方。对每个样方内所有植被进行分类全部获取，称其鲜质量，记录种名、频度、盖度及平均高。同时通过调查物种个体数，计算物种丰富度、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、brillouin指数[9]对比了3种整地方式下林分生物多样性的差异。计算公式如下：

物种丰富度：样地内所有物种数目

式中：S为样地中物种的种数；Ni为种i的重要值；N为样地中所有物种的重要值之和；Pi为物种i的相对重要值，Pi= Ni/N。

2.3 土壤有机碳性质测定

在不同整地措施下尾巨桉林分的3个标准样地内对土壤进行分层(0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm、60 ~ 100 cm)环刀取土，各个样地的每层土壤重复取样3个。用重铬酸钾—水合加热法测定自然风干的土样碳含量。

2.4 土壤含水量的测定

采用PICO-BT便携式土壤剖面水分速测仪测定样地土壤含水率、土壤温度和土壤电导率(德国产，Trime-TDR型)。在3种不同整地措施下尾巨桉样地内各埋设1 m探管3根，于2012年7月—2015年1月对土壤各性质(含水率、温度、电导率)进行定期分层测量，测定频率为每月1次。

3 结果分析

3.1 整地对尾巨桉生长的影响

6月生时，带垦的林分平均胸径生长显著大于炼山全垦和穴垦(P<0.05)，其值为2.77±0.66 cm，而炼山全垦和穴垦之间无显著差异；8月生时，则是炼山全垦显著大于带垦和穴垦(P<0.05)，后两者之间则差异不显著；12 ~ 30月生，3种整地措施胸径生长变化趋势一致，均是带垦和炼山全垦差异不显著，但二者均显著大于穴垦(P<0.05)。

图1 3种整地措施组合下林分胸径生长过程

4 ~ 6月生时，炼山全垦和带垦树高但均显著大于穴垦；8月生时，3种整地措施树高均差异性显著，其大小顺序为：炼山全垦>带垦>穴垦；10 ~ 16月生的3种整地措施的树高变化趋势同2月生；18 ~ 26月生，带垦的树高和炼山全垦均无显著差异，两者显著大于穴垦；28月和30月生时，带垦显著大于炼山全垦和穴垦(P<0.05)，其平均值分别为

11.78±0.15 m和12.24±0.23 m。

图2 3种整地措施组合下林分树高生长过程

3.2 整地对林下植被生物多样性的影响

由表2可知，不同整地措施下的林下植被的生物量有着显著性的差异(P<0.05)，其中全垦的平均生物量最小(2.12 t·hm-2)，与穴垦(5.38 t·hm-2、带垦(4.03 t·hm-2)均差异显著(P<0.05)，其中与穴垦的差异为极显著(P<0.01)，穴垦与带垦的差异不显著。

表2 林下植被生物量及生物多样性指数比较

3.3 整地对尾巨桉林地土壤有机碳的影响

由表3可知，土壤碳含量均呈现随土层加深土壤碳含量降低的趋势，穴垦土层10 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm和60 ~ 100 cm碳含量分别比土层0 ~ 10 cm降低了9.29%、26.59%、52.26% 和60.11%，带垦则相应降低了15.16%、21.72%、42.46%和58.93%，全垦则分别降低了20.12%、35.00%、51.48%和67.03%。各土层土壤碳含量在7.77 ~ 24.86 g·kg-1之间变化，0 ~ 10 cm土层土壤碳含量显著大于其他土层(P<0.05)，10 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm和60 ~ 100 cm无显著差异。3种整地措施同一土层土壤碳含量存在一定差异，各层土壤平均碳含量总体趋势表现为：带垦>炼山全垦>穴垦，但仅有0 ~ 10 cm和60 ~ 100 cm土层的带垦与炼山全垦、穴垦有显著差异(P<0.05)，其余3个土层的3种整地措施间均无显著性差异。

表3 3种整地方式下尾巨桉人工林各土层土壤碳含量

3.4 整地对土壤含水率的影响

表4的结果表明，各整地措施下土壤含水量随着土层加深变化程度降低，土层0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm的含水量变化剧烈，而40 ~ 60 cm和60 ~ 80 cm的土层含水率变化幅度较小。降雨量与林木和土壤蒸散耗水是影响土壤含水率的主要因子。0 ~ 40 cm土壤层含水量变化剧烈由于该层受降雨影响较大，降雨使得其土壤含水量先受到影响，同时受到林木蒸腾和地表蒸发的影响使其下降速率也较快；而40 ~ 80 cm的土层水分主要来自上层土壤水分下渗，变化相对缓慢，同时该层土壤蒸散和植物水分利用也比土层0 ~ 40 cm的小，因此，该层土壤含水量变化幅度相对较小。

表4 3种整地措施尾巨桉林地土壤水分垂直变化

4 结论

3种整地措施下的尾巨桉胸径和树高均随月龄的增加而呈不同程度的增长。随着月龄的增大，穴垦胸径、树高生长较慢，带垦和炼山全垦的生长较快，后两者的胸径大小相当，而树高随着月龄的增大而出现差异，26月生开始，带垦的树高显著大于炼山全垦和穴。炼山全垦在维持人工林生物度多样性方面的效果最差，穴垦最好。

整地措施对土壤碳含量有一定影响。低强度的穴垦整地措施土壤碳含量较低。整地前的炼山使得林地采伐剩余物的养分流失[9]，不利于土壤有机质的积累；将采伐剩余物留在林地内可增加土壤碳含量[10]，这使得炼山全垦的土壤碳含量低于带垦。不炼山+机械带垦既满足了林地土壤整地要求又最大程度地增加了土壤有机碳的来源，故其土壤碳含量较高。

各整地措施下土壤含水量均随着土层的加深变化剧烈程度降低，表层土壤和较深层次土壤的水分运动变化具有差异性。整地规格最高的炼山全垦表层土壤(0 ~ 40 cm)土壤含水量最高，说明整地规格的提高使土质疏松，有助于土壤短期内更易于接收降雨水分输入。对更深层次土壤(40 ~ 80 cm)而言，则是整地规格低的穴垦含水量最高，说明整地规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发，进而土壤水分下渗到更深层次，使其含水量较高；而较高的整地规格改变表层土壤性质，加大了其表层土壤水分的蒸散，下渗到深层次土壤的水分较少，这是炼山全垦和带垦在这一层次土壤含水量较低的原因。

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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

国家自然科学基金青年科学基金项目(31300383)；广东省林业创新专项（2013KJCX014-03, 2014KJCX021-04）；广东湛江桉树人工林生态系统定位研究站资助(2016-LYPT-DW-126)

周建辉(1981— )，男，助理工程师，主要从事人工林培育工作

＊通讯作者：杜阿朋（1979— ），男，博士，副研究员.E-mail:dapzj@163.com