桉树林下套种对牧草糙毛假地豆的生长和林地土壤养分的影响

林正眉，侯琼昭，2，罗刚跃，董川宏，麦荣臻，陈树耿

（1.广东省植物发育生物工程重点实验室/华南师范大学生命科学学院，广东 广州 510631；2.中国科学院华南植物园，广东 广州 510650；3.江门市四堡林场，广东 鹤山 529700）

桉树是桃金娘科（Myrtaceae）桉属（Eucalyptus）植物，种类繁多，为世界著名速生树种，适合种植于热带和亚热带地区［1］。其具有适应性强、生长快、用途广、价值高等特点，被广泛应用于营建工业原料林。由于经营强度过大，桉树人工林的发展产生了林地地力下降、群落结构简单、生物多样性降低等系列生态问题［2］。提高桉树人工林生态效益的措施很多，通过增加林下植被来保护表土水分和增加生物多样性是有效措施之一［3］。

由于地形复杂、交通不便、改革滞后等问题，广东山区和平原地区的经济社会发展水平极度不平衡，山区经济社会的健康快速发展问题亟待解决，而山区经济增长不能以牺牲生态环境为代价。林下经济是促进经济发展和保护生态环境双赢、缩小贫富差距的重要出路［4］。研究表明，林草间种的林下经济发展模式可同时提高农业发展的可持续性和经济效益。一方面，林下间种作物可以改善林地的生态小气候和土壤的微生物生态，增加地面覆盖度、减少土壤水分的蒸发、利于保持水土［5］，更重要的是，农作物的根系特别是豆科植物的根瘤，有利于增加土壤中的有机质，恢复和提高土壤的肥力［6-7］。另一方面，林下套种牧草还可充分利用土地资源，发挥土地的综合效益［8］，是增加林农收入的有效方式［9］。在桉树生产中，采用合理的模式进行林草间作，可形成桉树林地高效种植模式，同时兼顾生态效益和经济效益。

自20世纪80年代以来，我国林下经济得到较快发展，但相对于其他省市，广东山区林下经济的发展规模仍较小，其发展受地形、资源等限制。为更好解决这些问题，应注重因地制宜发展林下经济。因此，林下牧草的选择应结合地方特色，重点培育当地原生物种［4］。广泛分布于华南地区的糙毛假地豆（Desmodium heterocarpon var. strigosum Meeuwen）为豆科蝶形花亚科山蚂蝗属植物，其营养生长期长、草质柔软、营养丰富，是耕牛等牲畜极喜吃的一种牧草，在牧草生产上具有潜在的经济价值。糙毛假地豆喜温稍耐阴［10］，对环境适应力较强，略耐干旱和耐贫瘠，且根系发达、枝叶茂盛，为匍匐生长的多年生半灌木，对保持水土有一定作用［7］，与其他杂草相比，其竞争空间和资源的能力较强［11］。可见，糙毛假地豆具有一定的经济价值和生态功能。以往研究中，桉树林下套种牧草多选用柱花草、象草、山毛豆、牛鞭草等［12-15］，尚未发现关于林下套种糙毛假地豆的研究，甚至糙毛假地豆生长特性的相关研究也较少。

本试验选用豆科牧草糙毛假地豆套种于桉树林，研究不同林龄桉树林和不同套种方式，以及林下套种糙毛假地豆对林地土壤养分条件的影响，了解糙毛假地豆是否适合套种于桉树林下，为广东山区桉树林下套种植物的选择提供建议。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地为广东省鹤山市四堡林场桉树林基地。鹤山地处北回归线以南，地理坐标22.29～22.52°N、112.28～113.25°E，属亚热带季风区，冬无严寒，夏无酷暑，全年温和湿润，境内具有海洋气候特征，光、热、雨量充足，四季宜种。年均辐射量435.47 kJ/cm2。气候温和，年均气温22.6℃，年均降雨量1 700 mm左右，夏秋多台风暴雨，无霜期为365 d，冬春有少许冷空气侵袭，偶有奇寒，土壤为红壤土。2016年11月调查的供试桉树人工林基本情况见表1。对照设在华南师范大学露天苗圃地，土壤为改良过的红壤土。

1.2 试验方法

1.2.1 不同林龄桉树林下糙毛假地豆生长情况测定 试验地种植的桉树株间距约为2 m。于温室大棚培育糙毛假地豆种子，待其长成幼苗后移栽于桉树林。分别于3年生桉树和2年生桉树林下套种糙毛假地豆幼苗。3年生桉树林套种的糙毛假地豆于2015年种植（3年生桉树+实生苗），2016年4月开始测生长指标；2年生桉树林套种的糙毛假地豆于2016年种植（2年生桉树+实生苗），2016年6月开始测生长指标。2016年6月在露天苗圃地种植牧草幼苗49株，作为对照。2017年1月结束测量（2年生桉树后期被砍，测量到2016年12月）。幼苗生长初期杂草过多时进行过人工除草，不作其他任何处理。每月1次随机选取30株以上糙毛假地豆，定期观察并测量其生长指标。

1.2.2 不同种植方式对糙毛假地豆生长指标测定 选择两处2年生桉树林，分别于林下套种糙毛假地豆实生苗和撒播种子（2年生桉树+种子撒播）。2016年7～12月，随机选取30株以上，每月测定1次其生长指标。

1.2.3 林下套种对桉树林地土壤养分含量测定 2016年11月初分别对3年生桉树+实生苗、2年生桉树+实生苗、2年生桉树+种子撒播3处样地取土壤样品进行分析。3处样地均设对照，对照土壤离样地3 m以上。取样深度为0～15 cm，每处样地取3点混合。

表1 桉树人工林的基本特征

1.3 测定指标及方法

测定的生长指标包括糙毛假地豆高度、分支数和冠幅等，可用来表征植物的生长过程［12］。株高为植株基部到茎叶顶端的自然株高，每月随机选取30株以上进行测定，取其平均数；每株统计分支条数，糙毛假地豆生长后期分支过多或不再出现新分支，不再测量；冠幅为植株左右和前后的宽度。

土壤有机质测定采用重铬酸钾氧化-容量法；全氮测定采用硒粉-硫酸铜-硫酸钾-硫酸消煮法；水解性氮的测定采用碱解-扩散法；有效磷测定采用氟化铵-盐酸浸提钼锑抗比色法；速效钾测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法；pH测定采用（水提）电位法。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS18.0统计分析软件进行均值、标准差计算和ANOVA单因素方差分析，绘图采用WPS Office 2016。

2 结果与分析

2.1 不同林下糙毛假地豆种群生长的变化及分析

2.1.1 糙毛假地豆种群株高动态变化 植株高度是衡量生长发育的重要标准，是反映生产能力的指标之一［14］。由图1可知，不同林龄桉树下，糙毛假地豆株高随时间的变化规律差异较大。3年生桉树林下套种的糙毛假地豆每月株高基本稳定在30 cm左右，而2年生桉树林下糙毛假地豆株高变化较大，6～10月基本呈现上升趋势，10月开始有所下降，12月株高降低明显，与对照苗圃地的牧草生长趋势基本一致。

图1 不同林龄桉树林糙毛假地豆株高动态变化比较

此外，糙毛假地豆在3年生桉树林、2年生桉树林下和对照苗圃地在7～12月的月均株高分别为29.56（±3.03）、35.40（±10.84）、29.18（±6.74）cm。经方差分析，3组处理间的糙毛假地豆株高无显著差异。

2.1.2 糙毛假地豆种群分支动态变化 3年生桉树林套种的假地豆分支在4～7月几乎没有增多。7～9月开始是生长高峰期，3年生和2年生林下的糙毛假地豆种群分支均增多。6～8月，糙毛假地豆在3年生桉树林、2年生桉树林套种和对照苗圃地的月均种群分支数分别为6.68（±7.46）、5.87（±4.19）、10.13（±8.88）条。经方差分析，3组处理间糙毛假地豆的分支数无显著差异。

图2 不同林龄桉树林糙毛假地豆分支动态变化

2.1.3 糙毛假地豆种群冠幅动态变化 从7月开始，随着时间的推移，3年生、2年生桉树林套种以及对照苗圃地的糙毛假地豆冠幅均明显增加，10月或11月之后开始下降。7～12月的月均冠幅分别为2 339.17（±1 455.04）、2 450.89（±1 568.94）、5 377.27（±3 569.59）cm2。经方差分析，对照苗圃地的糙毛假地豆冠幅显著大于3年生、2年生桉树林套种，而3年生和2年生桉树林套种的糙毛假地豆种群冠幅差异不显著。说明由于桉树林木的遮阴，对糙毛假地豆冠幅有一定抑制作用。

图3 不同林龄桉树林糙毛假地豆冠幅动态变化

2.2 不同套种方式对糙毛假地豆生长的影响

2.2.1 不同套种方式对牧草株高的影响 从图4可以看出，7～11月，采用种子撒播方式的糙毛假地豆株高呈上升趋势，到12月稍有下降。而实生苗套种的糙毛假地豆10月株高便开始下降。实生苗种植、种子播种的糙毛假地豆的月均株高分别为35.40（±10.84）、40.91（±9.05）cm。经方差分析，不同播种方式的糙毛假地豆株高差异不显著。

图4 不同套种方式对糙毛假地豆株高的影响

图5 不同套种方式对糙毛假地豆冠幅的影响

2.2.2 不同套种方式对牧草冠幅的影响 由图5可知，随着时间推移，不同套种方式下的糙毛假地豆冠幅变化趋势基本一致，均表现为7～10月呈上升趋势，10～12月呈下降趋势。采用实生苗种植、种子播种的糙毛假地豆月均冠幅分别为2 450.89（±1 568.64）、3 577.63（±2 050.99）cm2。不同播种方式的糙毛假地豆冠幅差异不显著。

2.3 不同林下套种糙毛假地豆对桉树林地土壤养分含量的影响

2.3.1 对土壤pH的影响 对不同间作系统和桉树纯林地（对照）的土壤pH分析结果（表2）表明，桉树纯林地土壤pH变幅在4.07～4.33，平均为4.20，土壤呈酸性；套种牧草的土壤pH变幅在4.23～4.53之间，平均为4.34，比对照林地提高了0.14个单位。除2年生桉树林低海拔+丛生的间作系统（pH4.28）比对照（pH4.32）降低了0.04个单位外，其他间作系统的土壤pH值均比对照林地提高0.13～0.25个单位。说明桉树林下套种糙毛假地豆可以改善土壤pH值，缓解土壤酸化，有利于土壤可持续利用。

2.3.2 对土壤养分含量的影响 如表2所示，林下套种糙毛假地豆一年，套种牧草后土壤养分含量大多比对照林地高，土壤肥效得到一定程度改善。3年生桉树林下套种牧草幼苗后0～15 cm土层的有机质、全氮、水解氮、速效钾含量分别较对照提高10.32%、8.90%、6.19%、25.22%，有效磷与对照林地持平。

2年生桉树林下套种牧草幼苗后，土壤全氮、水解性氮、速效钾含量比对照林地提高12.15%、5.23%、75.45%，土壤的有机质、有效磷含量比对照降低4.49%、30.40%，这可能与2年生桉树林林分郁闭度相对小、林下枯落物较少、形成有机质较少，从而速效养分来源减少有关，同时糙毛假地豆生长需要消耗土壤养分，导致土壤速效P含量降低。而人工施肥等致使速效 K 含量上升［15］。

2年生桉树林下撒播牧草种子，土壤有机质、全氮、水解性氮、有效磷、速效钾含量均比对照分别提高3.31%、4.65%、5.06%、3.11%、1.71%。另外，对于2年生桉树林+丛生间作系统，土壤养分含量基本呈现以下规律：低海拔＞中海拔＞高海拔，这可能是由于在雨水的淋溶下，土壤中有机质、N、P、K等养分往下坡移动，出现下坡土壤N、P、K含量略高于上坡的情况。

从表3可以看出，套种牧草后，除有效磷含量外外，土壤有机质含量、全氮含量、速效养分均比对照有不同程度提高。土壤有机质含量提高3.64%，全氮含量比对照提高7.03%，水解氮、速效钾含量分别比对照提高5.35%、18.95%。而有效磷含量比对照降低6.96%。

表2 不同间作系统对土壤pH和养分含量的影响

表3 林下套种糙毛假地豆与对照林地土壤养分比较

3 结论与讨论

3.1 桉树林下套种的糙毛假地豆生长发育良好

从种群生长变化来看，无论是3年生还是2年生桉树林套种的糙毛假地豆，其株高和冠幅与对照无显著差异，尽管冠幅变小了，但是其整体发育并没有受桉树林太大影响，可以桉树林下套种糙毛假地豆是可行的。至于种播还是苗播，只要做好相应的播后管理，区别并不大，可以根据具体情况加以选择。

不同林龄林木个体大小存在差异，导致不同林龄林分内的微环境存在差异，进而影响林下间作物生长。研究表明，桉树林在1～5年生增长迅速，且2年生与3年生之间差别最大，林分郁闭度随林龄的增大而增加［16］。郁闭度越大，对林下牧草的遮阴程度越大，因此3年生桉树林对林下牧草的遮阴效果较2年生大。本试验得出，3年生和2年生桉树林下种植的糙毛假地豆生长情况相差不大。这可能是因为桉树的林龄跨度不大，郁闭度差异较小。可设置较大的林龄梯度进一步研究。

糙毛假地豆喜阳喜温，在较荫蔽环境中糙毛假地豆植株为争取阳光会趋向高位发展［10］，但3年生、2年生林下和对照苗圃地的糙毛假地豆株高差异不显著，说明3年生、2年生林的遮荫效果没有达到影响其发育的程度。但是林下糙毛假地豆的冠幅显著低于对照苗圃地，原因可能是糙毛假地豆与杂草进行横向竞争，杂草对糙毛假地豆生长形成抑制。调查中也发现，糙毛假地豆并未如预期越过杂草而抑制杂草生长，林下杂草的生长明显优于糙毛假地豆。地下部分的桉树根系对土壤水、热、养分的影响，对牧草的生长发育也会有一定影响［12］。

研究表明，糙毛假地豆的生长期为3～10月，夏季为生长盛期，冬季和早春生长缓慢［11］。本试验结果表明，7～10月是糙毛假地豆的生长高峰期，桉树林下和对照苗圃地糙毛假地豆的株高、分支和冠幅都明显增加。说明桉树林下糙毛假地豆的生长趋势正常，表现为幼苗生长期缓慢，之后生长迅速，冬季又逐渐停止生长。在幼苗期和花果期（11月至次年3月左右），糙毛假地豆生长缓慢，与杂草的竞争处于劣势，易被杂草覆盖。有关糙毛假地豆对杂草的抑制效果研究也证明了这点［17］。因此这两个时期的管理工作比较关键。这时要注意充分利用糙毛假地豆的耐荫蔽与耐贫瘠两个重要生态特性进行苗期和花果期的管理工作［18］，也可在牧草初现蕾时进行割草抑制开花结果，使营养生长得以恢复，整个冬季保持一定的生长速度［18］。综上可得，若结合其生长特性进行管理，桉树林下种植糙毛假地豆可达到理想效果。

比较不同套种方式得出，采用种子撒播时糙毛假地豆和实生苗种植的株高和冠幅没有明显不同，但丛生的糙毛假地豆生长状况良好。主要是因为丛生的糙毛假地豆株间距较小，能更有效抑制杂草。可见，只要控制合适的株间距，林下种植糙毛假地豆采用种子繁殖和实生苗繁殖都是可行的，各有利弊。种子繁殖较简便，但需要大量的种子并对种子进行预处理以提高萌发率，还要有合适的萌发温度［18］，实生苗繁殖成活率高［19］。

3.2 桉树林套种糙毛假地豆能改善土壤养分、提高土地肥效

有机质是土壤的重要组成部分，直接影响土壤的耐肥性、缓冲性、通气状况等，有机质含量是土壤肥力高低的重要指标之一，还是作物所需的 N、P、微量元素等各种养分的主要来源。土壤中生长的植物残体和根系分泌物是土壤有机质主要来源［20］。另外，pH是影响土壤肥力的重要因素之一，其通过影响土壤微生物生长繁殖和土壤酶活性，直接影响土壤养分的存在状态和有效性，从而影响植物的生长发育［20］。长期进行连栽的桉树纯林地，改善pH值对新的桉树品种尤为重要［21］。

间种豆科作物能够提高土壤全氮含量，促进根系吸收氮元素，提高氮素利用率［20］。生产上常利用豆科植物进行土壤改良。研究表明［13，15，22-24］，林下套种能不同程度提高土壤有机质、全氮、全磷、全钾、水解氮、速效磷、速效钾等矿质元素含量，还能改善土壤pH、提高土壤酶活性、增加土壤微生物、改善土壤物理性质，进而促进桉树生长、减少水土流失。糙毛假地豆为豆科蝶形花亚科山蚂蝗属植物，套种后的林下土壤，除有效磷含量没有提高外，其他养分含量均有一定改善，这与豆科植物的生物固氮作用有关。另外牧草根系更新和茎叶枯落对土壤也具有培肥作用。两组试验林下土壤的酸性都有一定程度提高，为增加土壤的肥效打下了良好基础。

可见，桉树林下套种糙毛假地豆后既能改善土壤养分条件，又能促进桉树生长，收获的牧草还能运用于畜牧业，充分发挥土地资源，提高林农收入，是一种互利的套种模式。另外，对于确定合适的牧草间距、土壤养分与牧草生长的关系、林分密度与牧草生长的关系等还需进一步研究。

3.3 桉树林下套种糙毛假地豆对杂草的抑制情况

实地调查发现，四堡林场桉树林下普遍存在杂草丛生的现象。在进行牧草试验前，林下许多杂草如玉叶金花（Mussaenda pubescens Dryand.）、火炭母（Polygonum chinense Linn.）等长势良好。桉树林下种植牧草后，经过几个月的初步试验和观察，在与杂草的竞争中，处于生长期的糙毛假地豆竞争不过原先长势良好的玉叶金花等杂草，所以可对糙毛假地豆进行适当培育，增强其竞争力，达到抑制杂草的效果。

相比之下，采用种子撒播的糙毛假地豆抑制杂草效果较好。彭建宗等［18］指出，糙毛假地豆幼苗期生长缓慢，期间与杂草竞争能力较弱。观察对照苗圃地杂草发生情况，种植初期因杂草时有发生，需进行人工除草，但由于种植间距小（30 cm左右），糙毛假地豆匍匐生长，很快就覆盖苗圃地，杂草逐渐减少。因此，经过种子撒播生长起来的糙毛假地豆表现为丛生状态，株间距较小，植株迅速覆盖周围地面，较快建立竞争优势，抑制杂草效果较好。

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