桉树林下4种牧草生长状况分析

刘素青，方佳梅，曾群英，唐宇

(广东海洋大学，广东 湛江 524088)

桉树是一种速生树种，对气候、水分和土壤等环境的适应能力较强，且用途较广、经济价值高，因此吸引了我国许多省份引进桉树种植[1]。但桉树种植在社会上引起了一些争议，有的人认为大面积种植桉树林可能会带来了一系列生态问题，如土壤养分下降，对水分消耗大，生物多样性减少等等，种植桉树的行为必须制止[2]。但是，也有人对种植桉树持支持态度，不可否认，桉树林不是一种优良的生态林，但是桉树林是一种优质的经济林，在林业生产中占很大比重，对我国的经济发展起了重要作用。因此种植桉树要选择正确合理的立地条件和方式，协调好环境与经济问题。种植桉树要避开水源保护区、生态保护区、土壤贫瘠、水分不足、坡度较大的山地等，配上合理的种植规划和管理，桉树带来的生态问题就能降到最低[3]。

白昌军、虞道耿、陈志权和刘国道所做的《桉树人工林间作禾本科牧草适应性筛选与评价》[4]提到，单一种植桉树的模式带来众多问题：桉树生长速率和质量低下，而且林下土壤肥力不高，林下缺乏营养，动植物数量比较少；苗木间留出了很多空间，造成林木空间资源的浪费。如何解决这些问题，已经成为社会关注的焦点。参考相关的文献，可知桉树林下种植牧草能在一定程度上缓解上述问题。种植牧草，能防止水土流失，对改良桉树林的生态功能起较大作用，而且牧草可作为草食性动物的食物，增加生物的存活率，提高桉树林下生物多样性[5]。同时，牧草能调节桉树林下的土地温度，改变林下气候小环境，利于动植物在桉树林下环境中生存。动物的粪便可作为桉树和牧草的养分，同时也利于土地地力恢复，促进桉树和牧草的生长，提高产量[6]。其次，种植牧草可用作肉羊、肉牛的饲料，牧草收割后可以喂食或者直接放牧取食[7]。这种复合形式，体现了林牧复合生态系统中“林—草—牧”型的原理，符合生态学的要求[7]。在林牧复合生态系统的原理指导下，本文深入探讨分析对比苏丹草、黑麦草、高丹草和紫花苜蓿4种牧草，目的是为了选择最适合在桉树林下生长的一种牧草，发挥该创新模式的“三大效益”的作用[8]。

1 试验地的概况

试验地选择在广东省湛江市广东海洋大学主校区后山的林牧复合生态系统示范基地内，地理位置21°15′26″ N，110°29′75″ E，属于亚热带海洋性季风气候，夏季高温多雨，冬季温和少雨，旱雨季分明，通常4—9月是雨季，多暴雨台风灾害。该地年平均气温在23～24 ℃，最高温月份为7月，月均温约为29 ℃，最低温月份为1月，月均温约为15.6 ℃。年平均降雨量在1 400～1 800 mm，年平均日照时数在1 817～2 100 h，年≧10 ℃积温在8 310～8 520 ℃，年太阳辐射总量为102～118 kJ·cm-2。试验地地势平缓，土壤肥力高，水源充足，有大片桉树林，且羊舍中有上百头肉羊，其粪便可作为肥料，因此综合各方面条件，该试验地适合开展种植牧草的试验。

2 试验材料及方法

试验需要苏丹草、黑麦草、高丹草和紫花苜蓿4种牧草的种子各一袋、一把围尺、打印纸、一把剪刀、若干个杯子、电子天平、烘干箱。围尺主要是测量牧草叶长、叶宽、株高；打印纸和剪刀用于测量叶面积，杯子用于浸泡牧草种子；电子天平用于测量牧草茎叶的鲜质量和干质量，烘干箱用于测量鲜质量后烘干牧草。

2.1 试验设计

本试验采用随机区组试验设计，试验区选在示范基地的一块桉树林下，分为3个区组，分别定为A区、B区、C区，每个区组又划分4个小区，分别记为A1区、A2区、A3区、A4区；B1区、B2区、B3区、B4区；C1区、C2区、C3区、C4区。随机安排试验，且每个小区共播种300粒种子，即每种牧草共播种1 200粒种子。以播种后第20天和播种后第30天为测定时间，分别测量4种牧草的株高、叶长、叶宽、叶面积、存活率、生长率、茎叶的鲜质量和干质量8个指标，通过综合分析与对比4种牧草的生长状况，选择出该试验地桉树林下最适宜牧草。

2.2 试验过程

2.2.1 试验前准备 查阅相关文献资料，做好整个试验计划，准备好试验材料和工具，充分考虑不可抗拒因素的影响并有相应措施。

2.2.2 牧草种子播前处理 预先将4种牧草种子分别放在装有水的杯子内浸泡半天时间，以促种子发芽。

2.2.3 播种地的处理 用锄头把三个区组的杂草除掉后，进行松土和翻土，并施入一定量羊粪，然后浇水。

2.2.4 播种 每一种牧草种子播种在3个试验小区，每个试验小区播种300粒种子，播种后覆土，播种深度距地面约5 cm，然后用石砖把每个小区围起来，然后进行第二次浇水。

2.2.5 播种后的工作 每天浇1次水，如遇到下雨天则不用浇水，定时除掉杂草，并观察4种牧草的生长状况，测量相关数据，做好记录。

2.2.6 数据的统计与分析 分别观测播种20天和30天时4种牧草各种指标的数据，统计对比，并运用SPSS统计分析软件进行方差分析和聚类分析。

2.3 牧草相关指标的测定

2.3.1 存活率的测量计算 统计在播种后第20天和播种后第30天每一种牧草在每个试验小区中存活的株数。其中，存活率=存活株数/每个小区牧草种子播种数(300)。如苏丹草的存活率分别记录为A1(20天存活率) 、A1(30天存活率)、B1(20天存活率)、B1(30天存活率)、C1(20天存活率)、C1(30天存活率)，如此类推。

2.3.2 株高的测量 在播种后第20天，在每个试验小区中，随机选择50株牧草测量株高，并计算出该牧草在该小区中的平均株高。

2.3.3 生长率的计算 分别计算出每一种牧草的第20天平均株高和第30天平均株高，运用公式：生长率=平均株高/天数，得到每一种牧草的生长率。

2.3.4 叶长、叶宽的测量 播种后的第20天，在每种牧草每个试验小区随机选择50株牧草，用围尺分别测量4种牧草的叶长、叶宽的数据，并计算出该牧草在该小区中的平均叶长和平均叶宽。播种后第30天再重复一次上述的步骤。详见表5和表6。

2.3.5 叶面积的测量 播种后的第20天，在每个试验小区随机采集20株牧草，利用打印纸计算叶面积。首先计算出一张打印纸的面积，然后用电子天平测量一张打印纸的重量。然后把每种牧草的叶子的轮廓画在打印纸上，用剪刀把轮廓剪下来，再用电子天平称其总质量。叶面积=叶片质量/(一张纸的重量/一张纸的面积)。其中，平均叶面积=总叶面积/抽取株数(20)。

2.3.6 茎叶的鲜质量和干质量测量 播种后的第20天，在每个试验小区随机摘取50株牧草，用剪刀剪除根后，用电子天平称质量。完成牧草的鲜质量测量后，用报纸包住茎叶放到烘干箱内进行烘干，烘干完成后再用电子天平测量干质量。

3 结果与分析

3.1 牧草相关指标

3.1.1 牧草存活率 通过记录4种牧草在第20天和第30天存活株数，分别计算每种牧草的存活率，结果见表1。

表1 播种后第20天4种牧草的存活率

从表1可以看出，在牧草播种后的第20天，苏丹草的存活率在4种牧草中最高，其平均存活率为84.3%；而黑麦草和高丹草的存活率分列第二、第三，其平均存活率分别为78.5%和77.2%；紫花苜蓿的存活率最低，其平均存活率为61.7%，且与其他三种牧草的差距较大。因此，播种后的第20天这个时间，存活率苏丹草占优势。

表2 播种后第30天4种牧草存活率

从表2可以看出，在播种后的第30天，苏丹草的存活率仍然是最高，其平均存活率为79.9%；高丹草的存活率超过了黑麦草，其平均存活率为74.4%；而黑麦草的平均存活率为73.1%；紫花苜蓿的存活率仍然在4种牧草中列最后，其平均存活率为53.6%。另外，4种牧草在播种后的第30天的存活率与各自在播种后的第20天的存活率都有一定程度的下降，其中紫花苜蓿存活率下降较大，苏丹草和黑麦草的存活率的下降为中等，高丹草的存活率的下降较小。因此，在播种后的第30天这个时间，对比4种牧草的存活率，苏丹草仍占优势。

3.1.2 牧草株高、生长率 通过测定4种牧草在播种后第20天和第30天的株高，计算出其平均株高、生长率，结果见表3。

表3 播种后第20天4种牧草株高和生长率

从表3可知，在播种后的第20天，苏丹草的平均株高在4种牧草中最高，为16.210 cm，且苏丹草比其他三种牧草的株高高出的程度较大；黑麦草的平均株高列第二位，为12.723 cm；高丹草列第三位，其平均株高为11.513 cm；紫花苜蓿的平均株高在4种牧草中最低，为9.141 cm。

在播种后的第20天，以生长率为指标，苏丹草的平均生长率在4种牧草中最高，为0.811 cm·d-1；黑麦草和高丹草分列第二和第三，其平均生长率分别为0.636 cm·d-1和0.576 cm·d-1；紫花苜蓿在4种牧草中最低，其平均生长率为0.457 cm·d-1。

因此，在播种后第20天的平均株高和平均生长率两种指标中，苏丹草占优势，且优势比较大，而紫花苜蓿在这两种指标中与其他3种牧草的差距比较大。

表4 播种后第30天4种牧草株高和生长率

由表4可知，播种后第30天，苏丹草的平均株高最高，为25.891 cm；高丹草的平均株高超过黑麦草，为20.865 cm，次于苏丹草，说明高丹草株高生长在这段时间中较好；黑麦草的平均株高为19.767 cm，次于高丹草；而紫花苜蓿平均株高最小，为14.627 cm。

在播种后第30天的生长率指标中，苏丹草最高，为0.863 cm·d-1；高丹草次之，为0.696 cm·d-1,说明高丹草在这段时间中生长速度明显加快，超过黑麦草；而黑麦草列第三，为0.659 cm·d-1；紫花苜蓿最低，为0.488 cm·d-1。

对比4种牧草在播种后第20天和播种后的第30天，其生长率都有了一定提高，其中高丹草的生长率增加最大，增加了0.120 cm·d-1；苏丹草生长率，增加了0.052 cm·d-1，列第二；而紫花苜蓿和黑麦草生长率增加较小，分别增加了0.031 cm·d-1和0.023 cm·d-1。

因此，在播种后的第30天的平均株高和生长率指标中，苏丹草皆是最高的，苏丹草在4种牧草中占较大优势。

3.1.3 牧草的叶长、叶宽和叶面积的测定结果 通过测定4种牧草在播种第20天和第30天的叶长、叶宽和叶面积，计算出其平均叶长、平均叶宽和平均叶面积，得到结果如下：

表5 播种后第20天4种牧草叶长、叶宽和叶面积

从表5可得，播种后的第20天，苏丹草的平均叶长最高，为11.866 cm；黑麦草次之，其平均株高为10.164 cm；高丹草的平均株高为9.543 cm，位于第三；紫花苜蓿平均株高最低，且劣势比较明显，为1.920 cm，所以叶长较短。

而在平均叶宽指标的比较中，紫花苜蓿的叶宽最大，为1.562 cm，且与其他三种牧草相比优势明显；苏丹草次之，其平均叶宽为0.672 cm；高丹草平均叶宽为0.663 cm，列第三；黑麦草的平均叶宽最小，为0.234 cm，因为黑麦草为针状，所以其叶宽较小。

在叶面积的指标比较中，苏丹草最大，其平均叶面积为8.363 5 cm2；高丹草次之，其平均叶面积为6.615 6 cm2；紫花苜蓿列第三，其平均叶面积为2.869 3 cm2；黑麦草的平均叶面积最低，为2.223 5 cm2。

通过比较4种牧草的叶长、叶宽和叶面积，可知苏丹草在叶长和叶面积指标中占优势，而紫花苜蓿在叶宽指标中占优势。

表6 播种后第30天4种牧草叶长、叶宽和叶面积

从表6可知，播种后的第30天，苏丹草的平均叶长仍是最高，为22.191 cm；黑麦草次之，为19.197 cm；高丹草平均叶长列第三，为18.049 cm；紫花苜蓿平均叶长最低，为2.572 cm。

在叶宽指标的比较中，紫花苜蓿的平均叶宽最大，为1.567 cm；苏丹草的平均叶宽为0.687 cm，列第二；高丹草的平均叶宽为0.679 cm，位于第三；黑麦草的平均叶宽最小，为0.238 cm。

在叶面积的比较中，苏丹草的平均叶面积为16.297 5 cm2，仍是4种牧草中最大；高丹草列第二，其平均叶面积为12.806 0 cm2；黑麦草平均叶面积超过紫花苜蓿，为4.593 9 cm2；紫花苜蓿的平均叶面积最小，为3.788 9 cm2。

4种牧草叶长、叶宽和叶面积3种指标的比较中，叶长和叶面积的增长较大，而叶宽增长较小。在平均叶长的变化中，苏丹草的增长最大，增加了10.325 cm；黑麦草和高丹草增长为中等，分别增加了9.033 cm和8.506 cm；紫花苜蓿的叶长增长最小，增加了0.652 cm。在平均叶面积的变化中，苏丹草增长最大，增加了7.934 cm2；高丹草次之，增加了6.190 4 cm2；黑麦草和紫花苜蓿增长都比较小，分别增加了2.370 4 cm2和0.919 6 cm2。

综合上述内容，播种后的第30天，苏丹草在叶长和叶面积的指标中同样是占优势的，而在叶宽的指标中占优势的牧草是紫花苜蓿。

3.1.4 牧草茎叶的鲜质量和干质量 通过测定4种牧草茎叶的鲜质量和干质量，计算其平均鲜质量和平均干质量，得到结果如下：

表7 4种牧草茎叶的鲜质量和干质量

通过表7可知，播种后的第20天，在4种牧草中，茎叶的鲜质量最大的是苏丹草，其平均鲜质量为0.057 1 g；高丹草次之，为0.040 2 g；紫花苜蓿的茎叶平均鲜质量为0.021 0 g，列第三；黑麦草的茎叶平均鲜质量最小，为0.017 4 g。

在4种牧草的茎叶干质量比较中，苏丹草最大，其平均干质量为0.005 9 g；高丹草次之，为0.004 7 g；黑麦草列第三，其平均干质量为0.001 9 g；紫花苜蓿的茎叶平均干质量最小，为0.001 7 g。

苏丹草在播种后第20天的茎叶鲜质量和干质量两个指标中为最高，因此，苏丹草的这两项指标在4种牧草中占优势。

表8 播种后第30天4种牧草的茎叶的鲜质量和干质量

通过表8可知，播种后的第30天，苏丹草的茎叶平均鲜质量最大，为0.088 0 g；高丹草次之，为0.076 6 g；紫花苜蓿列第三，其平均鲜质量为0.029 5 g；黑麦草的茎叶平均鲜质量最小，为0.019 7 g。

在茎叶的干质量比较中，苏丹草的平均干质量最大，为0.007 0 g；高丹草次之，为0.005 5 g；黑麦草列第三，为0.002 3 g；紫花苜蓿的茎叶平均干质量最小，为0.002 1 g。

对比播种后第20天和第30天，4种牧草茎叶的鲜质量和干质量都有一定变化，其中茎叶平均鲜质量变化中，高丹草和苏丹草的增加较大，分别增加了0.036 4 g和0.036 3 g；紫花苜蓿和黑麦草增加较小，分别为0.008 5 g和0.002 3 g。在牧草茎叶平均干质量变化中，苏丹草和高丹草增加较大，分别为0.001 1 g和0.000 8 g；紫花苜蓿和黑麦草增加较小，均为0.000 4 g。

播种后的第30天，苏丹草茎叶鲜质量和干质量都是最高的，因此苏丹草在与其他三种牧草的比较中占优势。

3.2 4种牧草八项指标的显著性分析

运用SPSS统计分析软件进行单因素方差分析，以播种后的30天4种牧草的存活率、平均株高、生长率、平均叶长、平均叶宽、平均叶面积、茎叶的平均鲜质量和平均干质量作为观测变量，以牧草的品种作为控制变量。分析观测变量的方差，研究牧草的品种是否对八个指标都有显著的影响。

(1)以播种后第30天4种牧草的存活率为观测变量，以牧草的品种为控制变量，结果如表9。

表9 不同牧草存活率的单因素方差分析

从表9可以看出，如果显著性水平α为0.05，由于概率P值小于显著性水平，则拒绝零假设，认为不同的牧草品种对牧草的存活率产生了显著影响。

(2)以播种后第30天4种牧草的平均株高为观测变量，以不同的牧草品种为控制变量，得到结果如表10。

表10 不同牧草平均株高的单因素方差分析

从表10可以得出，如果显著性水平α为0.05，由于概率P值小于显著性水平，认为不同的牧草品种对牧草的平均株高产生显著影响。

(3)以播种后第30天4种牧草的生长率为观测变量，以不同的牧草品种为控制变量，得到结果如表11。

表11 不同牧草生长率的单因素方差分析

从表11可以看出，如果显著性水平α为0.05，由于概率P值小于显著性水平，认为不同的牧草品种对牧草的生长率产生显著影响。

(4)以播种后第30天4种牧草的平均叶长为观测变量，以不同牧草品种为控制变量，得到结果如表12。

表12 不同牧草平均叶长的单因素方差分析

从表12可以看出，如果显著性水平α为0.05，由于概率P值小于显著性水平，认为不同的牧草品种对牧草的平均叶长产生显著影响。

(5)以播种后第30天4种牧草的平均叶宽为观测变量，以不同牧草品种为控制变量，得到结果如表13。

从表13中可以得出，如果显著性水平α为0.05，由于概率P值小于显著性水平，认为不同的牧草品种对牧草的平均叶宽产生显著影响。

(6)以播种后第30天4种牧草的平均叶面积为观测变量，以不同牧草品种为控制变量，得到结果如表14。

表13 不同牧草平均叶宽的单因素方差分析

表14 不同牧草平均叶面积的单因素方差分析

从表14中可以得出，如果显著性水平α为0.05，由于概率P值小于显著性水平，认为不同的牧草品种对牧草的平均叶面积产生显著影响。

(7)以播种后第30天4种牧草茎叶的平均鲜质量为观测变量，以不同牧草品种为控制变量，得到结果如表15。

表15 不同牧草茎叶平均鲜质量的单因素方差分析

从表15中可以得出，如果显著性水平α为0.05，由于概率P值小于显著性水平，认为不同的牧草品种对牧草茎叶的平均鲜质量产生显著影响。

(8)以播种后第30天4种牧草茎叶的平均干质量为观测变量，以不同牧草品种为控制变量，得到结果如表16。

表16 不同牧草茎叶平均干质量的单因素方差分析

从表16中可以得出，如果显著性水平α为0.05，由于概率P值小于显著性水平，认为不同的牧草品种对茎叶平均干质量产生显著影响。

3.3 4种牧草的聚类分析

运用SPSS统计分析软件，把4种牧草的存活率、平均株高、生长率、平均叶长、平均叶宽、平均叶面积、茎叶的鲜质量和干质量八个指标作为参与层次聚类分析的变量放在一起进行处理，把牧草品种作为标记变量，度量标准中的区间选择欧氏距离，对苏丹草、黑麦草、高丹草和紫花苜蓿进行层次聚类分析并归类[4]。

输入4种牧草的相关数据，进行层次聚类分析的一系列操作，得到下面的播种后第30天的4种牧草的聚类分析树状图。

图1 播种后第30天4种牧草聚类分析树状图

通过该树状图可得4种牧草一共分别三类：紫花苜蓿归为一类，此牧草为不适合在桉树林下种植；黑麦草和高丹草归为一类，牧草为基本适合在桉树林下种植；苏丹草归为一类，此牧草最适合在桉树林下生长。

4 结论与讨论

4.1 讨论

学者樊晓东[9]曾提到，影响牧草生物量的因素有很多，如光照条件、水分条件、地势、人员管理等，其中牧草品种的选择也会对其生物量造成极大影响。选择牧草在桉树林下种植，必须考虑这种牧草在该地的各方面的条件是否适合生长，是否能达到最大产量[10]。如在北方生长较好的无芒雀麦，在南方其生长速率和生长质量低下，因此该牧草不适合在南方生长。本文通过选择在试验地桉树林下种植的最适合的牧草的研究，同样遵循了该因地种植的规律。

分析牧草的株高和牧草产量的关系，株高和产量并不是一直处于正相关关系[11]。在牧草的株高生长的前期，同一种牧草株高越高，该牧草的产量就越大。当牧草的株高生长到一定高度时，该牧草的产量达到最大。当牧草超过产量最大的高度继续生长时，牧草的产量则逐渐下降。本文通过试验测量4种牧草在播种后的第20天和第30天的平均株高，发现其株高与茎叶的鲜质量和干质量处于正相关关系，说明本文研究的是牧草生长的前期阶段。

分析牧草的叶长、叶宽和产量的关系，当叶宽一定或相近时，叶长与产量存在正相关关系；当叶长一定或相近时，叶宽与产量存在正相关关系[12]。本研究的黑麦草的叶相对较长，但叶宽在4种牧草中是最小的，所以其茎叶的鲜质量和干质量排在较后位置。紫花苜蓿的叶宽在4种牧草中是最大的，但其叶长是最短的，且与其他牧草相比落后很多，所以其茎叶总鲜质量和总干质量也是排在较后位置。

分析牧草的存活率和产量的关系，牧草存活率越高，并不意味着其产量就越高[13]。研究的黑麦草的存活率比紫花苜蓿高，但黑麦草的茎叶鲜质量比紫花苜蓿低。

分析牧草的叶面积和产量的关系，牧草的叶面积和产量为正相关关系。当牧草的总叶面积越大，该牧草的产量越大。本试验苏丹草的叶面积在4种牧草中最大，其茎叶的总鲜质量和总干质量也是最大，与王义芹等学者[14]的结论是一致的。

4.2 结论

紫花苜蓿在存活率、生长率、平均株高、平均叶长、平均叶面积、茎叶的平均鲜质量和平均干质量等指标与其他三种牧草相比处于劣势，唯平均叶宽占有优势，综合各方面因素说明紫花苜蓿不适合种植在该试验地的桉树林下。苏丹草在各项指标中都较高，且与其他牧草相比优势非常明显，苏丹草最适合在桉树林下种植。而黑麦草和高丹草的生长状况居于中等水平，为基本适合在该试验地桉树林下种植的牧草，因此种植这两种牧草须以谨慎的态度。通过4种牧草八项指标的显著性分析，不同牧草品种间的差异较大，对各项指标的影响是显著的。通过4种牧草的聚类分析，结果显示，黑麦草和高丹草在播种后第20天和第30天的存活率、播种后第20天和第30天的平均株高、播种后第20天和第30天的平均叶长这些特征中具有相似性，归为一类，为基本适合种植的类别；而紫花苜蓿和苏丹草在各项指标中都有较大差异，因此各自归为一类，分别为不适合种植类别和最适合种植类别。