桉树择伐后套种3种阔叶树的生长及土壤理化性状效应分析

许 冰，李宝福，郑耀三，吴云忠，何德镇

（1.福建省林业科学研究院 国家林业局南方山地用材林培育重点实验室，福建 福州350012；2.福建省云霄园岭国有林场，福建 漳州 363000）

桉树Eucalyptusspp.是我国南方重要的速生丰产用材树种之一，目前我国南方桉树种植面积达4.50×106hm2，年木材产量达3.000×107m2以上，占全国商品林木材产量的26.9%[1]，对解决我国木材供需矛盾、林业产业结构调整以及地方经济的提升发挥着重要的作用。但与此同时，由于很多地方桉树培育方法不科学，如多代纯林连载、肥药滥用、经营周期短等因素，使得种植桉树的很多地方出现不同程度的生态退化、林分生产力和土壤质量下降[2]，严重制约了桉树人工林的持续经营。近10多年来，国内外学者虽对桉树混交林进行了研究，且普遍认为将桉树与其他树种混交造林是解决上述问题的有效途径[3-4]，但是对桉树混交林的研究时间毕竟较短且各地气候、立地土壤差异大，加上桉树特有的速生特点，目前还没有成熟的可供生产实际应用的桉树混交经营模式。为了克服地力衰退，提高桉树持续经营效益，南方很多省区严格控制桉树全伐而放宽择伐指标，而择伐后套种什么树种、怎么套种等一系列问题亟待解决。针对生产实际问题，闽南的云霄园岭国有林场尝试选择有可能成功的米老排Mytilaria laosensis、灰木莲Manglietia glanca和卷荚相思Acacia cincinata等树种，在桉树择伐后进行林下套种混交并取得成效。本研究通过对桉树林择伐后分别套种米老排、灰木莲和卷荚相思3个速生阔叶树种形成的异龄复层混交林的生长量以及林地土壤理化性质的对比分析，探讨桉树择伐后套种阔叶树的可行性和适生性，以期为桉树林高效经营提供理论依据和实践参考。

1 试验地概况

试验地位于地处 26°04′N、117°22′E 的福建省漳州市云霄县园岭国有林场员峰工区13大班1小班，小班面积8.8 hm2，海拔165 m，坡度21 °～26 °，坡向西北，属南亚热带海洋性季风气候，年均气温21.3 ℃，最低0.2 ℃，最高38.1 ℃，大于等于10 ℃积温7 548.8 ℃。年降水量1 730.6 mm（主要集中在5—8月），年平均相对湿度77%，无霜期347 d左右，年日照时数1 900～2 100 h。土壤以花岗岩发育的山地红壤为主，土层厚度大于100 cm，腐殖层3～5 cm，立地质量等级Ⅲ级，林下植被主要有五节芒Miscanthus floriduls、芒萁骨Dicranopteris linearis、悬勾子Rubus corchorifolius、桃金娘Rhodomyrtus tomentosa、白背叶Mallotus apelta、野 牡 丹Melastoma candidum、淡 竹 叶Lophatherum gracile、葛藤Pueraria lobata、乌毛蕨Blechnum orientale和华南鳞盖蕨Microlepia hancei等。

2 研究方法

2.1 混交林营造设计与实施

试验林为2008年营造的尾巨桉（DH3229）纯林，株行距为2.5 m×2.5 m，造林后连续3 a每年块状锄草抚育2次并结合施肥，当年施肥每株复合肥100 g，第2、3年每株施复合肥500 g。2014年秋季，对桉树林以隔3列，伐2列的方式进行择伐（择伐强度为株数的40%）。2015年春在择伐后的林地上套种3列阔叶树，阔叶树的株行距为2.5 m×2.0 m，分别形成3:3的桉树-米老排混交林、桉树-灰木莲混交林和桉树-卷荚相思混交林；套种当年对混交林进行劈草抚育和追肥，其中桉树每株施用复合肥300 g，阔叶树100 g。2016—2017年每年除草一次追肥一次，桉树每株施复合肥300 g，阔叶树150 g。其中桉树纯林的抚育施肥与混交林中的桉树一样。

2.2 调查与测定

2018年4月，在3种异龄复层混交林以及桉树纯林中分别设置3个20 m×20 m的样地，对各样地每木调查树高和胸径；每样地布设4个点挖掘土壤剖面，并分层采集土壤样品，其中用作土壤化学性质测定的样品为混合土样（同一个样地的同一层土样混合样约500 g），用作土壤水分物理性质测定的样品为每样地选择一个有代表性的剖面，用环刀按0～20 cm和20～40 cm土层分别采集原状土。

土壤理化性状指标采用国家林业行业标准《森林土壤测定方法》LY/T 1215—1275—1999中相关测定项目的方法进行测定；土壤全氮、全磷、水解氮、有效磷、速效钾和有机质指标含量测定分别采用凯氏定氮法、氢氧化钠碱熔—钼锑抗比色法、碱解扩散法、氟化铵-盐酸法浸提—钼锑抗比色法和重铬酸钾氧化—外加热法，pH值采用水浸提酸碱度计测定；桉树材积采用福建省桉树二元材积公式（福建省桉树丰产标准，2003）：V桉树=0.000 035 46D1.782514957·H1.256710514计算。

2.3 数据统计分析

采用Excel 2007进行试验数据处理，SPSS 20.0软件进行方差分析及多重比较分析（Duncan’s）。

3 结果与分析

3.1 混交林生长情况分析

表1显示，混交林分中桉树树高均远大于与其混交的米老排、灰木莲和卷荚相思，形成异龄复层林分结构，混交林下层套种的3个树种保存率分别为92.4%，86.7%和87.5%，都能适应桉树林下的环境，同时套种的3个阔叶树种生长也较为良好，平均树高分别达到6.35、5.05和6.53 m，均达到福建省阔叶树丰产林的生长量标准（3年生树高4.3 m以上）；混交林中桉树的保存率相比纯林亦有所提高，可能与套种阔叶树后增强林分的抗风性有关（调查中几乎没有发现混交林中的风折木）；3种混交林的桉树生长量均大于桉树纯林，平均树高、胸径、材积相比桉树纯林分别提高了3.35%～11.24%、4.05%～12.32%和11.85%～40.59%。说明桉树择伐后套种米老排、灰木莲和卷荚相思，不但不会影响林分下层阔叶树的生长，还能促进上层桉树的生长，特别是与套种阔叶树相邻的那列桉树生长量较大，有明显的边缘效应，主要与混交后桉树间个体竞争减弱以及来自侧光照条件增强有关，当然可能也与套种时的整地有关。不同混交林的生长情况也存在差别，其中以桉树-米老排混交林生长量最大，树高、胸径和材积分别比桉树纯林提高了11.24%、12.32%和40.59%，其林分蓄积量达到桉树纯林的85.35%。方差分析与多重比较结果（图1）显示，不同混交林间桉树的平均树高和材积存在显著差异，而胸径差异不显著，其中桉树-米老排混交林中桉树的树高、材积显著高于其他混交林分。

表1 混交林生长情况†Table1 Growing situation of different mixed forests

图1 不同林分桉树生长量多重比较Fig.1 Multiple comparison among growth of Eucalyptus in different stands

3.2 混交林林地土壤的理化性状

表2显示，3种混交林的土壤水分物理性质均比纯林有不同程度的改善，0～20 cm土层不同混交林土壤容重相比桉树纯林下降了0.83%～4.96%，20～40 cm土层则下降2.07%～6.94%；3个土壤持水能力指标上，桉树-米老排混交林相比其纯林分别提高了12.15%～15.07%，10.02%～14.28%和18.68%～23.50%，桉树-卷荚相思、桉树-灰木莲混交林比其对照分别提高了10.96%～26.63%、8.52%～29.01%和4.80%～30.14%；观察3个土壤孔隙指标，米老排混交林的毛管孔隙、非毛管孔隙和总孔隙度均大于其纯林，相比纯林增加7.75%～10.92%、14.32%～18.30%和9.82%～11.70%，桉树-卷荚相思、桉树-灰木莲混交林比其对照分别提高4.93%～20.04%、4.92%～87.73%和10.05%～17.84%；桉树-米老排混交林的通气度相比其纯林提高0.24%～1.06%，灰木莲混交林和卷荚相思混交林相比其纯林分别提高7.66%～51.10%和8.85%～10.18%。从3个混交林对土壤水分物理性状的改良程度看，因为米老排—桉树混交林与桉树—灰木莲和桉树—相思混交林的林地土壤质量本底有所不同，但从他们与各自的纯林对照的改善幅度看，灰木莲混交林对土壤容重、最大持水量、非毛管孔隙、总空隙度和通气度改善效果相对最好，卷荚相思混交林对土壤毛管持水量和毛管孔隙效果最好，米老排混交林对田间持水量改善效果相对最好。

表2 套种后3年不同林分土壤物理性质†Table2 Soil physical properties of different stands after interplanting for three years

表3显示不同混交林林地的土壤化学性状，相比桉树纯林，混交林地土壤pH值呈现上升趋势，养分含量均有不同程度的提高，养分构成也发生变化。由表3可知，灰木莲混交林、卷荚相思混交林和米老排混交林的土壤pH值相比桉树纯林提高1.72%、3.54%和6.19%，表现出一定程度减缓土壤酸化的作用；观察土壤有机质、全氮、全磷、水解氮、有效磷和速效钾6个指标，不同混交林分别比桉树纯林提高了2.37%～6.40%，4.23%～ 11.84%，5.52%～ 11.73%，9.03%～25.63%，24.55%～51.87%和0.79%～14.63%；一般认为，C/N和C/P小则说明土壤中N元素和P元素相对较为丰富，更有利于微生物转化[5]，3种混交林土壤的C/N和C/P均小于桉树纯林，分别比纯林减小1.75%～4.95%和1.09%～4.69%。目前，从3种混交林相比各自对照的改善幅度看，可以发现土壤全氮、全磷、有效磷、速效钾、C/N和C/P这6个指标，米老排混交林相比纯林改善幅度最大，而在pH值、有机质含量和水解氮3个指标上，卷荚相思混交林表现最优，灰木莲混交林也能改善各项化学性状指标，但效果弱于米老排混交林和卷荚相思混交林。

表3 套种后3年不同混交林林地土壤化学性状Table3 Soil chemical properties of different stands after interplanting for three years

4 结论与讨论

桉树择伐后采用3桉：3阔的行带状方式套种米老排、卷荚相思、灰木莲阔叶树，3个阔叶树保存率较高且生长较好，均达到当地阔叶树速生丰产林标准；混交林中桉树保存率有所提高，树高、胸径、材积相比纯林提高了3.35%～11.24%、4.05%～12.32%和11.85%～40.59%，其中桉树与米老排混交对桉树促进生长的效果相对最优，树高、胸径和材积分别比桉树纯林提高了11.24%、12.32%和40.59%，其林分蓄积量达到桉树纯林的85.35%；桉树与上述3个阔叶树混交，在一定程度上可以改善林地土壤理化性质，其中，米老排和桉树混交在田间持水量、土壤全氮、全磷、有效磷、速效钾、C/N和C/P这7个指标上表现最优，卷荚相思混交林在土壤毛管持水量、毛管孔隙、pH值、有机质含量和水解氮5个指标上表现最优，灰木莲混交林对土壤容重、最大持水量、非毛管孔隙、总空隙度和通气度的改善效果最好。米老排、卷荚相思和灰木莲与桉树的套种方式均可作为桉树纯林择伐后套种混交的推荐模式。

选择用来套种的3个阔叶树适应性较强，生长良好，早期速生性较强，米老排和灰木莲幼龄时较耐庇荫，中龄后中性偏荫， 3个树种均喜温暖湿润环境[6-8]。而桉树成林后具有冠幅小且稀疏，套种形成的混交复层林分[9]，桉树并不会截留太多光照，能给下层阔叶树营造较为适宜的光照、温度以及湿度等条件。从试验结果看，3个阔叶树种的保存率均较高且生长旺盛，也正是这个原因造成的。而对于混交林中的桉树，其保存率和生长量均较纯林有所上升，除了混交林土壤理化性质改善是一个原因外，主要是来自桉树种内竞争的减弱、上层树冠的生长空间和光照条件的改善以及混交后抗风性增强（调查发现风折木较纯林少）有关。

桉树纯林会造成土壤水分状况恶化，黏粒下移，表层沙化，团粒结构变差，表层趋向紧实[10]，土壤酸化[11]、养分贫瘠化和林地生产力下降等[12-13]，而与阔叶树混交可以在一定程度上会解决上述问题。本研究中，混交林土壤理化性质普遍优于桉树纯林可能与以下几点有关：首先，套种的阔叶树根系与桉树分布在不同层次而减弱了对土壤的养分争夺[14]；其次，在桉树林下套种其他阔叶树后，林地凋落物由一种增加为两种且枯枝落叶也多，有可能会对土壤微生物学性状和土壤动物群落动态产生影响，加快了土壤微生物分解凋落物速度，进而改善土壤理化性质；再者，还应该考虑到，在营造混交林过程中人为采取的一些措施（如整地、挖穴、施肥等）也有可能对土壤理化性质的改善产生作用。

不同混交林之间在生长量和土壤理化性状各项指标上的差异，主要是米老排、灰木莲和卷荚相思自身的生物学生态学特性造成的。对土壤改良程度上，一般认为，混交林通过凋落物的分解以及对土壤微生物学性状、根系分必物等产生影响[15-17]。有研究显示，米老排凋落物量大[18]，且凋落物分解周期短[19]，本试验结果中米老排混交林土壤理化性质优于其他林分，也许就是这个原因。而对于卷荚相思，有研究显示固氮树种在和别的树种混交时出现被根瘤固定的氮会有部分转移到土壤中[20]，本研究中卷荚相思混交林中卷荚相思的凋落物明显少于米老排，但其林地土壤中全氮含量较高，水解氮含量甚至超过米老排混交林，这也许就是氮转移造成的。

本研究的结果重在探讨桉树择伐后选择这些树种套种的可行性和适应性，至于混交方式、混交比例以及种间关系的调整都有待进一步研究。此外，本次试验时间较短，而且土壤测定数据仅仅是一次的结果，还有待于对混交林分生长量、土壤理化性质的后续变化、枯枝落叶动态、林下植被变化、土壤酶活性和土壤微生物多样性以及套种的经济效益评估等进行跟踪调查研究。