桉树林下套种阔叶树林分生长与土壤养分差异分析

李飞少

(广东省云浮林场，广东 云浮 527400)

1 引言

中国是世界第一大木材进口国和第二大木材消耗国，木材及其产品年均缺口3亿m3，木材供需矛盾突出。中国于1890年开始引种桉树(Eucalyptus)，20世纪50年代通过系统引种和推广栽培取得成功，80年代开始大规模种植，进入21世纪后迅猛发展。桉树人工林主要分布在中国南方11个省(区)，以广西和广东最多，约占总面积的3/4，种植品种主要是尾巨桉无性系[1]。据国家林业和草原局公布的第九次全国森林资源清查结果，截至2018年，全国桉树面积为546万hm2[2]，相较1986年增长了11倍。作为中国重要的战略性造林用材树种，桉树在林业经济建设中起到举足轻重的作用。桉树人工林种植面积大，很难大幅增长，加之粗放经营导致的生态问题，由外延发展转向内涵质量提升，推行科学的可持续经营技术是当前发展桉树的关键。

目前，我国桉树人工林经营多以纯林为主，但纯林存在树种结构单一、林分质量不高、单产下降以及地力衰退方面的生态问题[3～5]。研究表明，通过混交能改善土壤肥力条件，提升光能和林地利用效率，从而实现林地生产力和林分生态效益增加[6～9]。桉树间伐后进行混交树种套种是进行桉树纯林改良的最佳模式，通过近熟龄桉树间伐后套种优质阔叶树种从而形成异龄复层林，既能在实现桉树大径材培育的基础上，提高林地单产量，又能提高土地利用率。目前，有关桉树混交方面研究多为同龄混交，异龄混交研究鲜少报道[10,11]。因此，本研究以红锥(Castanopsishystrix)、灰木莲(Magnoliaceaeglanca)、荷木(Schimasuperba)3种材质优良、固碳能力强，且枯落物丰富、改土性能好的珍贵用材树种为混交树种[12～14]，在对近熟龄桉树纯林间伐的基础上进行了林下混交树种套种，通过分析套种阔叶树对桉树生长及土壤养分含量的影响，以期揭示林下套种阔叶树对提升桉树林分质量，增强生态稳定性方面的作用，为桉树人工林可持续经营提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

研究区位于广东省某林场，地理位置112°13' 46″ E，22°42' 21″ N，气候属南亚热带季风气侯，温暖多雨、光照充足，夏季长、霜期短，年平均气温22 ℃，极端最低温0 ℃，最高温39.1 ℃，年均降雨量1982.7 mm，相对湿度68%，海拔200～220 m，坡度20～25°，土壤为红棕壤，土层厚度40～60 cm。

2.2 试验方法

2.2.1 试验林营建

研究区桉树人工林为2011年营建的尾巨桉无性系植苗林，密度111株/亩。2015年在兼顾保留木空间位置均匀的前提下，采用下层疏伐法进行林分间伐，去掉林中长势差、形质指数偏低桉树，保留株数60株/亩。间伐后清理砍伐剩余物后，通过块状整地后再进行阔叶树种套种。套种树种为一年生红锥、灰木莲、荷木容器苗，每种树种套种株数均为30株/亩。2016年进行桉树林套种，以套种和不套种两种桉树林设置4个试验处理，其中不套种桉树林为对照(P0)，套种桉树林包括套种红锥(P1)、灰木莲(P2)、荷木(P3)的3种桉树林。套种后前3年，每年进行砍灌割草、追肥各1次。

2.2.2 数据调查

2021年12月在套种和不套种桉树林下设置20 m×30 m大小固定样地，每个处理3个样地。数据调查参考黄木易[4]等方法，先利用每木检尺进行各样地树高、胸径、枝下高与冠幅等生长指标的调查。然后避开林缘树采用完全随机的方式，以样地中桉树高径生长量与平均值相差10%以内的植株作为采样目标树种，在距离桉树的树干基部约50 cm处作为土壤取样区，每个样地选择4个取样区。在每个取样区内，设置1个15 cm×15 cm小样方，采用环刀采集小样方内0～20 cm土壤样品500 g左右，将各处理每个样地中4个取样区土壤样品进行充分混匀后取3份(200 g/份)土样带回实验室，用于土壤养分含量分析。

2.2.3 指标测试

土壤全氮采用连续流动分析法，全磷、速效磷采用钼锑抗比色法，全钾、速效钾采用火焰光度计法，硝态氮采用紫外分光光度法，铵态氮采用靛酚蓝比色法，土壤有机质含量采用重铬酸钾比色法，铁、锌、铜、锰采用原子吸收分光光度法。

2.3 数据处理

数据采用Excel 2007和SPSS 19.0软件进行桉树生长性状与土壤养分含量的方差分析与多重比较(p<0.05)。

3 结果与分析

3.1 生长变化

从表1可以看出，桉树林下套种阔叶树后，桉树胸径、树高生长量显著提升，枝下高增加，冠幅无明显变化。与未套种的桉树林(P0)相比，套种红锥(P1)、灰木莲(P2)、荷木(P3)后，桉树胸径、树高、枝下高生长量分别提高了9.3%～40.7%、7.7%～25.5%和11.9%～36.3%。从供试3种套种阔叶树对桉树生长改善作用来看，整体表现为：红锥>荷木>灰木莲。

表1 套种阔叶树对桉树生长的影响

3.2 土壤养分含量变化

3.2.1 氮磷钾变化

土壤养分含量与林木生长发育密切相关[9]，其中氮、磷、钾作为植物生长所需的三大主要营养元素，在调控植物生长中起到核心关键作用。由表2可知，除全磷外，4种试验林土壤中各有关氮磷钾含量指标均表现差异显著。与未套种桉树林相比，套种红锥、灰木莲、荷木后林分土壤中全氮、全钾、铵态氮、速效磷和速效钾含量显著增加，硝态氮含量显著减少。相较磷和钾的变化，氮素无论是全氮还是硝态氮、铵态氮，在4种试验林中均表现了明显的趋势，即：桉树×红锥>桉树×荷木>桉树×灰木莲>桉树，该趋势与上述生长变化趋势一致。这说明，氮素利用效率提升是套种阔叶树改善桉树生长的主导因素。

表2 套种阔叶树对桉树林分土壤氮磷钾含量的影响

3.2.2 碳氮磷化学计量比变化

利用土壤有机质与氮、磷含量的比值可以分别计算碳氮比和碳磷比，从而反映出土壤中养分有效性。其中，碳氮比代表有机质分解能力，比值越低分解能力越大。碳磷比代表固磷潜力，并与之呈正相关关系，而氮磷比则反映林分的养分限制类型。表3中土壤有机质含量以桉树×红锥林分最高，其次为桉树×灰木莲、桉树×荷木，未套种的桉树林最低。从碳氮比大小来看，桉树林最大，桉树×灰木莲林次之，桉树×红锥和桉树×荷木林最小，而氮磷比大小则表现为：桉树×红锥>桉树×荷木>桉树×灰木莲>桉树。这说明，套种后土壤中氮有效性增加，桉树为氮限制类型树种。

表3 套种阔叶树对桉树林分土壤碳氮磷化学计量比的影响

3.2.3 微量元素变化

微量元素是植物生长代谢过程中必需的营养物质[15]，微量元素缺乏或富积，都不利于植物的生长发育，其含量高低反映土壤对植物矿物质营养的供给水平。通过检测，4种试验林土壤中铁、锌、锰、铜的含量均差异显著(表4)。其中，铁含量大小表现为：桉树>桉树×荷木>桉树×灰木莲>桉树×红锥。锌为：桉树×红锥最大，桉树×荷木次之，桉树林最小，桉树×灰木莲介于桉树×荷木与桉树林之间，与二者均为显著差异。锰含量在4种林分间差异明显，表现为：桉树×红锥>桉树×荷木>桉树×灰木莲>桉树。铜表现为：桉树×红锥≈桉树×荷木>桉树×灰木莲≈桉树最小。综合来看，套种后具有林分土壤中铁含量下降，锌、锰、铜增加的趋势，且3个套种树种中以红锥表现趋势最为明显。

表4 套种阔叶树对桉树林分土壤微量元素含量的影响

4 结论与讨论

桉树人工林发展迅速，在我国林业经济建设中发挥了巨大作用。然而近年来，随着桉树是“吸水机”“抽肥树”等社会论断日益受到关注，加之经营措施粗放，导致桉树生态问题日趋明显，广东、广西等全国多个桉树主栽培区先后发布了“限桉令”，桉树产业发展受到严重阻碍。通过科学集约经营管理是为桉树正名，推动桉树产业发展的关键[1]。混交是改善林分质量，提升人工林生态效益最为有效手段。本试验以5年生桉树纸浆材林为试验对象，在进行间伐基础上，采用林下套种红锥、灰木莲、荷木方式进行混交林营建，培育5年后分析了套种前后桉树生长及土壤养分含量差异。通过本试验研究结果表明，套种后桉树生长量增加，土壤养分有效性提升。从整体上看，供试树种中以红锥表现最佳，其次为荷木，灰木莲稍差。从3个树种的生长习性和形态特征来看，均具有幼苗耐荫的特性，但叶片具有不同程度的革质化，其中红锥为薄革质/纸质、荷木革质、灰木莲厚革质。通常，叶片革质化程度越大，叶片分解速率越低。植物叶片凋落物分解直接影响其养分归还能力，这暗示了，红锥养分归还能力最强，而灰木莲最弱。今后在进行套种树种选择时，还应充分考虑树种对改善土壤养分方面的潜力。

套种后桉树林土壤氮磷钾含量变化中以氮素最为显著，而磷素无显著差异。氮素作为植物生长发育的重要营养元素，是调控植物生长的关键。在4种供试林分土壤中全氮含量大小表现为：桉树×红锥>桉树×荷木>桉树×灰木莲>桉树，这反映了红锥在改善桉树林地氮素方面的明显效果。红锥作为一种重要的乡土树种，其生长快、适应性强，而且材质优良，在生产中可选择红锥作为桉树混交林营建的主要树种。在硝态氮和铵态氮两种不同形态氮素含量分析中，笔者发现套种后硝态氮降低、铵态氮增加。结合土壤碳氮磷化学计量比分析结果，桉树为氮素限制型树种。这说明在桉树人工林施肥管理中，补充氮肥尤其是铵态氮肥的施用更利于林分生长。

研究证实，微量元素反映着土壤的养分供给能力。土壤酸化是导致桉树栽培过程中地力下降的一个重要因素[16]。大量研究表明，铁与土壤酸化密切相关，铁含量与土壤pH值呈极显著负相关关系，即：pH值越大铁含量越低，反之含量越高。本试验套种红锥、灰木莲、荷木后降低的土壤铁含量，暗示了桉树人工林存在土壤酸化的现象，而套种其他阔叶树种能改善桉树林地土壤酸化的问题。肥料滥施乱用是导致桉树林地土壤酸化的一个重要因素，今后一方面要控制施肥用量，同时还应选择合适的肥料种类，多施氮肥，并以碱性肥为主。锌、锰、铜与植物光合能力与根系代谢活动相关，套种红锥后3种元素含量明显增加，说明适当补充一定的微肥将有利于桉树人工林质量的提升。