套种豆科植物对尾巨桉人工林生长的影响

于洋洋，程 飞，廖博一，蔡泉星，林俊平，刘爱琴

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002； 2.国家林业局杉木工程技术研究中心，福建 福州350002； 3.福建省华安西陂国有林场，福建 华安 363800)

桉树(Eucalyptusrobusta)起源于澳大利亚，是桃金娘科(Myrtaceae)桉属(Eucalyplus)植物的统称，具有生长快、抗腐能力强、干形通直、出材率高等优良特点而被世界各国广泛引种，是世界三大速生造林树种之一，也是我国南方速生丰产林的主要造林树种[1]。但由于经营管理不尽科学，使得桉树人工林土壤营养物质减少，导致林分增长缓慢，林下物种多样性降低，影响人工林生态系统的整体功能[2]。因此，提高桉树人工林经营管理水平刻不容缓。林下套种是一种有效的生态栽培方法[3-4]，合理的林间套种能够提升土壤资源利用率，对保护人工林地微环境具有十分重要的意义。近年来，国内学者对套种模式等方面的研究已逐渐展开，如刘霜莲等[5]研究表明降香黄檀(Dalbergiaodorifera)套种花生(Arachishypogaea)和玉米(Zeamays)不仅获得了不同程度的经济收入，而且提高了土地利用率。曹树威等[6]研究发现，套种白花扁豆(Semendolichoris)之后，果园土壤中的全效磷、速效磷、有机质等显著提高，说明果园套种显著提高了土壤肥力；章永根等[7]发现桃园套种大豆(Glycinemax)能有效改善田间环境小气候，有助于提高桃树(Amygdaluspersica)成活率。但当前国内多数研究将重点放在套种模式对土壤理化性质和经济效益影响等方面，对林地套种经济植物的人工林林分生长量及林下植被的影响报道较少。本研究选择在福建省漳州市华安县西陂国有林场，开展尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)人工林套种豆科植物试验，探讨套种豆科植物对尾巨桉人工林生长量及林下植被的影响，以期为尾巨桉人工林的经营和管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究地区概况

试验地位于福建省漳州市华安县西陂国有林场，东经117°40′、北纬25°11′。属南亚热带气候，温和多雨，河谷地带暖热湿润。年无霜期达320 d，年均气温为21.3 ℃，极端最高气温39.5 ℃，极端最低气温-3.8 ℃。年均降水量1620 mm，年均蒸发量1563.3 mm，年日照时间1889.2 h。坡度10°～25°。土壤类型为红壤，土层深厚，肥力中等。成土母岩主要为花岗岩等。

1.2 试验设计

为保证试验结果的可靠性，试验地选择地形因子和土壤条件等基本一致的尾巨桉DH3229 2代新植人工林林地。该林分于2010年底经过炼山、整地后，2011年4月造林，造林密度1660株·hm-2。套种试验采用随机区组设计，共设3个区组，每个区组设置3种处理：套种扁豆、套种乌绿豆×印度豇豆，以不套种为对照。株距15～20 cm，样地面积20 m×20 m，于造林后当月套种。所有处理的尾巨桉种植20 d后，待侧根、侧枝新发出后进行第1次施肥；2011年5月20日进行第2次施肥；第2年春夏，尾巨桉每株施45%～48%的复合肥(N-P2O5-K2O)500 g，在树冠滴水位挖长20 cm、宽15 cm、深20 cm的小沟，施肥后盖土踩实。所有处理的幼林每年抚育2次，第1次在5—6月，第2次在9—10月。

1.3 研究方法

1.3.1 乔木层生长量调查 2011年10月、2012年4月、2012年10月、2014年4月对试验样地内林木的树高和胸径进行每木测量。尾巨桉材积的计算按照漳州市桉树二元立木材积公式[8]：V=0.0000754×(-5.2563149+1.5911516d)1.449105×(1.890976+1.627500h)0.97406595，式中：V为材积；d为胸径；h为树高。

1.3.2 林下植被调查 在每块样地分别设置5个2 m×2 m的小样方，于2012年10月和2014年4月进行林下植被调查，调查指标有林下植被种类、数量等。

采用Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数及Pielou均匀度指数[9-11]来分析林下植被的数量特征。Margalef丰富度指数：R=S-1/ln(N)，Shannon-Wiener多样性指数：H=-∑[(Ni/N)ln(Ni/N)]，Pielou均匀度指数：E=H/ln(S)，式中：S为物种数；N为全部种的个体总数；Ni为第i个种的个体数。

1.4 数据处理

利用SPSS 20软件对数据进行统计分析，利用单因素方差分析和最小显著差法(LSD)进行差异显著性检验(α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 套种豆科植物对尾巨桉人工林林分生长的影响

由图1可以看出，3种处理的3年生尾巨桉人工林树高、胸径和材积的总体生长量依次表现为：套种乌绿豆×印度豇豆>套种扁豆>对照。造林0.5 a各处理的尾巨桉人工林树高和胸径生长量无显著差异；第1年和第1.5年，套种乌绿豆×印度豇豆、套种扁豆处理的尾巨桉树高生长量分别比对照提高8.41%、7.27%和9.23%、6.70%，且与对照的差异性达到显著水平(P<0.05)。而胸径，在造林第1年2种套种模式与对照差异不显著；第1.5年2种套种模式胸径生长量均优于对照，但套种扁豆与对照差异性较小。随着时间的延长，套种乌绿豆×印度豇豆处理的生长优势明显，到第3年，套种乌绿豆×印度豇豆、套种扁豆处理的树高、胸径和材积生长量分别比对照高23.10%、20.35%，8.97%、5.08%和49.32%、36.32%，且差异性达到显著水平(P<0.05)，其中以套种乌绿豆×印度豇豆的桉树林分生长量最高。

图1 套种模式对尾巨桉人工林树高、胸径和单株材积的影响

2.2 套种豆科植物对尾巨桉人工林林下植被的影响

2.2.1 套种豆科植物对林下植被种类的影响 林下植被主要由灌木、藤本和草本组成，灌、藤、草植物不仅以凋落物的形式为林地提供养分，而且还能为野生动物提供食物和栖息地，在促进整个系统物种多样性方面发挥重大作用[2]。不同套种模式的尾巨桉人工林林下植被调查结果见表1。由表1可知，2种套种模式对3年生尾巨桉人工林林下植被物种种类的影响不同。以套种扁豆处理的林下植被种类最多，为8种，其中灌木4种、藤本2种、草本2种，隶属6科8属；群落中含有禾本科(Poaceae)、山茶科(Theaceae)、葡萄科(Vitaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、菊科(Asteraceae)、百合科(Liliaceae)[13]。套种乌绿豆×印度豇豆处理的林下植被种类为6种，其中灌木4种、草本2种，隶属6科6属；群落中含有乌毛蕨科(Blechnaceae)、山茶科、桑科(Moraceae)、蔷薇科、菊科、大戟科(Euphorbiaceae)。对照处理的群落物种组成最少，仅为5种，灌木2种、草本3种，隶属4科5属；群落中含有禾本科、鼠李科(Rhamnaceae)、百合科、山茶科[14]。总的来看，套种扁豆处理林下植被种类更丰富。

表1 不同套种模式的尾巨桉人工林林下植被主要名录

2.2.2 套种豆科植物对林下植物多样性的影响 由表2可以看出，造林第1.5年和第3年，不同套种模式林下植被丰富度、群落盖度大小依次表现为套种扁豆>套种乌绿豆×印度豇豆>对照。套种扁豆、套种乌绿豆×印度豇豆处理的林下植被丰富度分别比对照多50.52%、19.27%和71.69%、24.20%；群落盖度分别比对照多12.82%、3.85%和15.58%、10.39%，可见2种套种模式下林下植被丰富度和群落盖度均有提升。

Shannon-Weiner多样性指数和Simpson多样性指数是反映植物群落多样性的核心指标，一般来说，植物多样性指数越高，群落物种越丰富，种群之间关系越复杂，群落系统越稳定；均匀度指数越大，说明优势物种集中性越小，物种群落的结构越复杂，越稳定[12]。调查发现，造林第1.5年和第3年，尾巨桉人工林套种扁豆、套种乌绿豆×印度豇豆处理的植物多样性指数提高，其中Shannon-Wiener多样性指数分别比对照多5.99%、4.09%和9.14%、2.42%；Simpson多样性指数分别比对照多10.39%、5.19%和3.80%、1.27%；Pielou均匀度指数分别比对照多10.13%、2.53%和5.06%、2.53%。研究结果表明，尾巨桉人工林套种扁豆和套种乌绿豆×印度豇豆能显著提高林下植物多样性。

表2 不同套种模式对林下植物多样性的影响

3 结论与讨论

本研究发现，2种套种模式下3年生尾巨桉人工林林分生长量均高于对照，且差异性达到显著水平(P<0.05)。一方面可能是因为套种提高了地表覆盖率，减少水土流失，提高土壤有效水贮量，而且套种植株根系木质化程度高，穿透力发达，可以增加土壤孔隙度，有利于改善土壤的通气透水性；另一方面可能是套种的乌绿豆、印度豇豆和扁豆固氮能力强，能够增加土壤养分，加之套种对地表温度有明显的调节作用，有助于减少林地土壤水分蒸发，促进养分传递循环，对人工林及林下植被生长促进作用明显[13-14]。其中套种乌绿豆×印度豇豆生长最优，可能是因为乌绿豆×印度豇豆对土壤要求不严，根瘤多，固氮能力强，而根瘤菌进行固氮作用时需要大量的能量供应，2种豆科植物高矮成层，有利于作物通风透光，植物叶片光照面积等的增强能明显提高乌绿豆和印度豇豆的光合作用，提高植株固氮作用，进一步培肥地力；2种豆科植物相间成行的覆盖，在夏季高温期能够降低地表温度，改善林地微生态环境，同时减轻雨水对土壤的冲刷，拦蓄径流，从而促进尾巨桉林分生长[15-16]。

本试验结果表明，不同套种模式对尾巨桉人工林林下植物多样性影响不同。造林第1.5年和第3年，套种扁豆和套种乌绿豆×印度豇豆处理的林下植被丰富度、群落盖度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数均高于对照。这可能是因为套种乌绿豆×印度豇豆和套种扁豆会抑制竞争力不强、不耐阴植物的萌发和生长，从而改变了林地原有的生态环境条件，形成适合某些植物生长的特殊环境条件，同时又限制另外某些植物的生长[17-18]。因此，在尾巨桉人工林套种乌绿豆×印度豇豆和套种扁豆对优势物种抑制作用明显，从而减轻了优势物种对桉树人工林的危害，改善尾巨桉人工林物种结构，提高了植物多样性。庞建光等[19]以桑园套种苜蓿(Medicagosativa)和大豆为研究对象，发现在桑园套种苜蓿和大豆后减少了优势杂草的密度；套种苜蓿和大豆其地上物种丰富度指数、香农指数、均匀度指数均显著提高，表明桑园套种苜蓿和大豆不仅能控制杂草危害，而且有利于桑园生物多样性，这也印证了本观点。

综上所述，尾巨桉人工林下套种乌绿豆×印度豇豆和套种扁豆既对尾巨桉人工林树高、胸径和单株材积等生长状况有明显的促进作用，又有利于林地植物多样性，本试验结果可为林业可持续发展提供参考。