广西西南地区巨尾桉与红椎混交造林试验研究

张 培，庞圣江，杨保国，刘士玲，贾宏炎,2*，段润梅,陈健波,郭东强

(1.中国林业科学研究院 热带林业实验中心，广西 凭祥 532600；2.广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站，广西 凭祥 532600；3.广西林业科学研究院，广西 南宁 530001)

桉树(Eucalyptusspp.)为桃金娘科(Myrtaceae)桉属(Eucalyptus)乔木树种，具有速生、经营周期短以及投资收益快等巨大优势，已成为我国南亚热带地区重要的速生造林树种[1-2]。截止目前，随着桉树种植业发展的规模化，造林面积已逾450万hm2[3]，极大地促进了当地就业和经济发展水平。然而，人们更多关注的是桉树种植带来的经济收益，由于长期忽视人工纯林的造林模式、多代连栽以及不科学经营措施，造成林地生产力降低、土壤质量差以及生物多样性锐减等诸多问题的出现而引起各界广泛关注[4-6]，严重影响着我国的木材生产和生态环境安全。桉树混交林能够促进林分生长和改善林地环境，M.Bristowetal[7]研究认为，桉树与金合欢树(Acaciaperegrina)适宜地混交造林，树种的种间协调、生态互补性更强，有利于提高林木生长和林分稳定性。F.M.Santosetal[8]研究发现，桉树与马占相思(Acaciamangium)混交不仅增加林地凋落物，也明显提高了林地土壤肥力。陈国彪[9]研究也表明，桉树与灰木莲(Manglietiaglauca)混交造林有效地促进桉树生长和改善土壤状况。可见，营建桉树混交林有利于兼顾生态功能与经济效益，是未来桉树种植业可持续经营的发展趋势。

巨尾桉(E.grandis×E.urophylla)是桉树杂交选育的优良树种，因其生长迅速、干形通直和适应性强，在广西丘陵山区种植极为广泛[10-12]。红椎(Castanopsishystrix)为优良乡土珍贵用材树种，生态适应性广，幼龄期耐荫蔽的环境，人工林群落内具有较强的自然更新能力[13]。巨尾桉适宜的混交种植模式，不仅能改变单一林种结构，有利于桉树人工林生态和经济功能的发挥，也是实现桉树用材林质量提升与林地可持续经营关键所在。因此，本研究以短轮伐期生产巨尾桉中小径材，中长轮伐期培育红椎选大径材为目标，开展巨尾桉与红椎混交造林试验，从林木种间关系、生长状况和土壤养分等方面，探讨巨尾桉与红椎混交的可行性以及合理经营模式，为巨尾桉混交造林及其混交树种的筛选提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究地设在广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站热林中心站点白云林区(22°02-22°03′N,106°51′-106°42′E)，气候属南亚热带海洋性季风气候带，干湿季分明，雨季集中于4-10月，年均气温21.5℃，年均降雨量1 500 mm；海拔178～240 m，坡度12°～18°，坡向南、西南方向；土壤类型为赤红壤土，土层厚度>1 m。林下植被主要有西南木荷(Schimawallichii)、乌桕(Triadicacochinchinensis)、银柴(Aporosadioica)、杜茎山(Maesajaponica)、算盘子(Glochidioneriocarpum)、粗叶榕(Ficushirta)、大青(Clerodendrumcyrtophyllum)、蔓生莠竹(Microstegiumfasciculatum)、五节芒(Miscanthusfloridulus)、弓果黍(Cyrtococcumpatens)、淡竹叶(Lophatherumgracile)、半边旗(Pterissemipinnata)、华南毛蕨(Cyclosorusparasiticus)、金毛狗(Cibotiumbarometz)和山菅兰(Dianellaensifolia)等。

根据营林生产资料显示，试验地前茬为马尾松采伐迹地，林地清理采伐剩余物后，不炼山块状整地挖穴。2009年3月初，本试验开始新造林，在种植带内挖明坑种植穴，规格为50 cm×50 cm×30 cm，带内株行距为2 m×3 m，每个种植穴不施基肥，巨尾桉用3个月优良无性系组培苗，红椎用1年生实生苗造林。采用巨尾桉纯林的种植模式，林分密度为1 650株·hm-2；巨尾桉与红椎按2∶1行状混交造林时，巨尾桉为1 100株·hm-2，红椎为550株·hm-2。造林后2 a内，结合割灌除草方式，每次追施桉树专用肥0.5 kg·株-1，总共4次抚育施肥。2019年10月以来试验地的基本信息见表1。

表1 巨尾桉人工林样地的基本信息Table 1 Basic information of Eucalyptus grandis×E.urophylla plantation sample plots

1.2 调查取样

2019年10-12月，采用标准样地调查法，在每种造林模式的林分上坡、中坡和坡下，各设置面积为20 m×30 m的重复样地3个，共调查18块样地。调查指标主要包括各树种树高、胸径、冠幅等，并计算其平均胸径、树高、单株材积和林分蓄积量等。广西区巨尾桉[14]和红椎[15]立木材积公式：

V巨尾桉=0.628 76×10-4D1.821 621H0.964 36

(1)

V红椎=0.527 64×10-4D1.882 16H1.009 31

(2)

式中，V表示蓄积量/m3，D为胸径，H为树高；林分蓄积量等于每株平均木蓄积量×单位面积保留株数。

在每个样地内采用均匀布点的方法，在样地上、中、下位置选取3个土壤取样点，采集0～20、20～40、40～60 cm土层土壤均匀混合，取1.00 kg土壤样品装密自封袋编号，带回实验室风干，用于测定土壤pH值、土壤速效N、速效P、速效K和全N、全P、全K等养分含量。土壤样品分析过程中，采用酸度计测定土壤pH值，速效N用碱解扩散法测定，速效P用HCI-H2SO4浸提-钼锑抗比色法测定，速效K用CH3COONH4浸提-火焰光度计法测定，全N采用浓H2SO4-HClO4消化法-自动凯氏定氮仪(KDY-9830，KETUO)测定，全P采用NaOH熔融-钼锑抗比色-紫外分光光度法测定，全K采用NaOH熔融-火焰光度计法测定[16]。样品需重复测定3次，结果取平均值。

表2 不同混交模式的巨尾桉人工林林木生长状况Table 2 Growth of tree species in E.grandis×E.urophylla plantation with different afforestation models

1.3 数据分析

采用Excel 2010进行调查数据处理，使用SPSS19.0软件对巨尾桉生长和土壤养分数据进行单因素(One-way ANOVA)方差分析，并用最小显著性差异法 (least-significant difference，LSD)对有显著差异的数据进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 树种混交对林木生长的影响

从表1可以看出，巨尾桉×红椎混交林中巨尾桉的平均胸径、树高、枝下高、冠幅和单株材积生长分别达到17.08 cm、16.24 m、10.43 m、3.83 m和0.142 7 m3，比巨尾桉纯林提高7.62%、5.59%、18.39%、25.98%和14.53%。通过方差分析和多重比较发现，2种林分中巨尾桉胸径、枝下高和冠幅和单株材积生长存在显著差异(P<0.05)，但树高生长无显著差异(P>0.05)。混交林中红椎的生长状况良好，其平均胸径和树高年均生长量为1.16 cm和1.36 m，基本达到红椎在当地栽培生长量(通常胸径和树高年均生长量分别约为1.0 cm和1.5 m)的水平[17]。

由此可见，巨尾桉与红椎混交造林，形成巨尾桉处于林冠层上方，红椎处于林冠层下方的复层林分结构，红椎幼龄期较耐荫，处于上层的巨尾桉树冠可为其提供适宜的遮荫环境，使得红椎生长不因混交而受到较大的影响。混交林分生产力较高，蓄积量达到126.44 m3·hm-2，比较接近巨尾桉纯林(129.84 m3·hm-2)。

2.2 树种混交对土壤养分的影响

由表3可知，巨尾桉×红椎混交林相同土层土壤pH值显著高于巨尾桉纯林(P<0.05)。与巨尾桉纯林相比，混交林土壤pH值增幅最大的是中层土壤(20～40 cm)，为0.63；其次是上层土壤(0～20 cm)，为0.59；最小的是下层土壤(40～60 cm)，为0.30。方差分析表明，巨尾桉纯林上层土壤和中层土壤差异不显著，与下层土壤差异显著，巨尾桉×红椎混交林不同土层间差异不显著。

表3 不同混交模式的巨尾桉林地土壤养分特征Table 3 Soil nutrient characteristics of in E.grandis×E.urophylla plantation with different afforestation models

巨尾桉×红椎混交林相同土层土壤速效N、速效P和速效K含量均大于巨尾桉纯林。其中，混交林上层土壤速效N、速效P和速效K含量分别比巨尾桉纯林增加16.31、0.43 mg·kg-1和16.65 mg·kg-1，中层土壤分别比巨尾桉纯林增加12.45、0.42 mg·kg-1和3.68 mg·kg-1；下层土壤分别比巨尾桉纯林增加14.17、0.35mg·kg-1和1.78mg·kg-1。方差分析显示，混交林上层和中层土壤速效N和速效P含量均显著高于巨尾桉纯林(P<0.05)，但二者在下层差异不显著；混交林上层土壤速效K含量显著高于巨尾桉纯林，二者在中层和下层间的差别不明显。

巨尾桉×红椎混交林相同土层土壤全N、全P和全K含量均大于巨尾桉纯林。其中，混交林上层土壤全N、全P和全K含量分别比巨尾桉纯林增加0.34、0.06 g·kg-1和0.17 g·kg-1，中层土壤分别比巨尾桉纯林增加0.08、0.02 g·kg-1和0.10 g·kg-1；下层土壤分别比巨尾桉纯林增加0.16、0.03 g·kg-1和0.11 g·kg-1。方差分析显示，混交林上层土壤全N、全P和全K含量均显著高于巨尾桉纯林(P<0.05)，二者在中层与下层差异均不显著。

2.3 树种混交的林木种间关系

根据混交林9个样地的每木调查数据，按2.0 cm径阶统计巨尾桉和红椎的活立木径阶分布状况，结果表明，混交林巨尾桉活立木径阶范围为8.0～24.0 cm，红椎活立木径阶分布范围为2.0～14.0 cm。其中，混交林巨尾桉活立木径阶主要集中在14.0～20.0 cm，约占该树种79.80%；红椎主要分布于6～12.0 cm，约占85.63%。从图1可以看出，混交林中巨尾桉与红椎的活立木径阶尚处于比较接近正态分布。说明10年生时，巨尾桉和红椎的种间关系比较协调，特别是红椎生长基本尚未受到巨尾桉较大影响。然而，由于该林分已完全郁闭，混交林中巨尾桉和红椎的胸径小于各自平均胸径比例，分别达到57.88%和52.42%。通常情况下，混交林分中各树种的胸径小于林分平均胸径超过40%，说明林木种间竞争逐渐加剧，群落结构形成不稳定的趋势[18]。因此，应根据林分生长状况、郁闭度和被压木情况，及时疏伐改善林分结构和调整种间关系，以期充分挥发混交林的生态和经济效益。

图1 混交林径阶分布Fig.1 Distribution of diameter scale of mixed forest

3 结论与讨论

巨尾桉×红椎混交林中巨尾桉胸径、枝下高、冠幅和单株材积生长均显著高于巨尾桉纯林(P<0.05)，但树高生长差异性不显著。巨尾桉与红椎混交造林，能促进红椎生长，是巨尾桉理想的混交树种。

从林分总蓄积量来看，巨尾桉×红椎混交林的林分总蓄积量为126.44 m3·hm-2，比较接近巨尾桉纯林(129.84 m3·hm-2)，说明巨尾桉与红椎混交造林，仍具有较高的林地生产力，有利于短期收获巨尾桉中小径材，中长期培育高价值的红椎大径材。

巨尾桉×红椎混交林土壤pH值，速效N、速效K、全N、全P和全K含量大多数高于巨尾桉纯林，说明巨尾桉×红椎混交林有利于提高林地土壤肥力。

10年生时，混交林的种间关系协调，红椎生长尚未受到巨尾桉较大影响，但混交林中巨尾桉、红椎的胸径小于其各自平均胸径的立木比例分别占57.88%和52.42%，林分结构存在不稳定的趋势。

本研究显示，巨尾桉×红椎混交林巨尾桉的平均胸径、枝下高和冠幅以及单株材积生长显著高于巨尾桉纯林(P<0.05)，说明巨尾桉与红椎混交造林时，前者属于速生树种，处于林冠上层，且同一树种密度降低，使其在资源获取方面有着巨大优势，更有利于巨尾桉生长，这与巨尾桉×大叶栎(Castanopsisfissa)[19]、巨尾桉×灰木莲以及巨尾桉×香梓楠(Micheliagioii)[20]混交造林时，有利于促进桉树生长的研究结果基本一致。本研究亦发现，2种林分间巨尾桉树高生长差异不显著，原因可能与该研究区域巨尾桉树高生长既受立地的影响，也与树种生长特性密切有关[21]。混交林中红椎胸径与树高年均生长量，与在当地栽培生长量差异不大[17]，这与营造混交林有利于促进红椎生长的研究结果一致[22]。可见，巨尾桉与红椎混交造林，形成了巨尾桉-红椎复层混交林分结构，红椎幼龄期相对耐荫，巨尾桉树冠恰好为其提供适当的遮荫条件，是巨尾桉理想的混交树种。

尽管混交林巨尾桉的配植比例减少，其蓄积量有所下降；但从林分总蓄积量来看，巨尾桉×红椎混交林的林分总蓄积量为126.44 m3·hm-2，比较接近巨尾桉纯林(129.84 m3·hm-2)，说明巨尾桉与红椎混交造林，仍具有较高的林地生产力，有利于短期收获巨尾桉中小径材，中长期培育高价值的红椎大径材。

研究还发现，巨尾桉纯林的种植模式在一定程度上可造成林地土壤的酸化，巨尾桉与红椎混交造林有助于减缓土壤酸化，这与桉树纯林土壤酸性强[23]，桉树×红椿(Toonaciliata)和桉树×台湾桤木(Alnusformosana)混交造林有效减缓土壤酸化[24]的研究结论相似，这可能是巨尾桉与红椎混交造林时，有效降低了巨尾桉次生代谢产物-酚酸类物质含量[25]，其造成土壤酸化的主要原因。巨尾桉×红椎混交林相同土层的土壤养分含量均大于巨尾桉纯林，说明混交林具有良好的土壤养分循环机制。在植物-土壤养分循环过程中，造林树种与土壤养分含量关系极为密切，巨尾桉纯林枯落物相对较少，且分解缓慢，不利于土壤养分积累；巨尾桉×红椎混交林不仅能够协调种间关系、增强生态互补性，还有利于提高林地土壤肥力。

林木径级分布是林分结构稳定性、衡量林分质量和判断抚育间伐的一个重要特征[26]。研究发现，混交林巨尾桉立木径阶主要集中在14.0～20.0 cm，红椎主要分布于6.0～12.0 cm，二者尚处于比较接近正态分布。可见，该混交林的种间关系还比较和谐，巨尾桉对红椎生长的影响相对较小。然而，混交林巨尾桉和红椎的胸径小于各自平均胸径比例，均已超过50%，混交树种胸径小于林分平均胸径超过40%，林木种间竞争逐渐加剧，不利于群落结构的稳定性。因此，建议适时开展抚育间伐，改善混交林分结构和调整种间关系，才能有利于巨尾桉用材林质量的精准提升，实现桉树种植业的健康、高效发展。