不同混交模式对红椎与黑木相思生长和生理特性的影响

陈家裕

(紫金县生态公益林管理中心，广东 河源 517400)

目前，我国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、单产下降及生态环境安全等问题。研究证实，相较纯林，混交林能充分利用光能和地力，改善林地立地条件，从而实现林地生产力和林分抗性提升，在生长效应、经济效益、土壤肥力、生态系统多样性等方面均具有明显优势。

作为我国亚热带地区速生珍贵用材树种，红椎()材质优良、木材坚硬耐腐，加之固碳能力强，且枯落物氮含量高，改土性能好，在林业经济发展和生态建设中发挥重要作用。红椎喜湿润、温暖、多雨的季风气候，营建红椎纯林时，仅适宜在阴坡、半阴坡种植，且需要一定的遮阴措施，不利于荒山瘠地造林。然而在生产实践中，大部分造林地多为荒山，因此通过混交林营造更能提升红椎育林成效。黑木相思()是豆科相思属树种，原产于澳大利亚、巴布亚新几亚和印度尼西亚等地，其木材花纹美丽、材质好，自20世纪90年代引种后，已成为我国华南地区速生珍贵用材和生态公益等多用途树种。黑木相思喜光、抗旱、耐瘠薄，是荒山造林绿化优良树种。因此，鉴于混交林优势及红椎、黑木相思生理特性，为提升红椎育林成效，本试验以黑木相思为伴生树种，通过营建不同混交模式红椎、黑木相思混交林，分析了3.5年生林分高径生长量及叶片光合产物、养分含量变化，旨在揭示混交对红椎、黑木相思林分生长和生理特性的影响，以期为今后红椎人工林高效培育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广东省紫金县(115°11′42″ E，23°38′24″ N)，气候属亚热带季风气候，光照充足，雨量充沛。年平均气温20.5 ℃，年平均降水量1 733.9 mm，年平均日照时数1 705.7 h，年平均雷暴日为88.9 d，年平均相对湿度83%，海拔170～215 m，坡度20～25°，土壤为红棕壤，土层厚度40～60 cm。

1.2 试验方法

1.2.1 试验林营建 炼山后选用1年生红椎、黑木相思幼苗以株行距2.5 m×2.5 m的密度种植，于2018年春季按照行状混交方式进行5种模式造林，即红椎纯林(10∶0)、7红椎3黑木相思(7∶3)、5红椎5黑木相思(5∶5)、3红椎7黑木相思(3∶7)、黑木相思纯林(0∶10)。造林前1个月，每穴放0.5 kg氮磷钾复合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)作为基肥。造林后连续2年对林地进行除草抚育和施肥管理，其中每年追肥一次(约400 kg·hm)，砍草1次。

1.2.2 样地设置 2021年分别在红椎、黑木相思纯林及红椎+红椎混交林内随机设置5个20 m×20 m的固定样地，同年10月按每木检尺的方法进行树高与胸径测定。

1.2.3 样品采集与分析 避开林缘，于每个样地内选择3株平均木，在其主干中上部从不同方位进行叶片采集，然后将所有叶片混合均匀。在林地内先采用便携式叶绿素速测仪测定叶绿素含量，然后将叶片带回实验室进行可溶性糖、淀粉、氮、磷、钾含量测定。其中，可溶性糖和淀粉含量测定均采用蒽酮比色法，N用半微量凯氏定氮法测定，P用钼兰比色法测定，K用火焰光度法测定。

1.3 数据处理

数据用Excel进行整理与作图，用SPSS19.0统计分析软件进行方差分析与多重比较(<0.05)。

2 结果与分析

2.1 生长量变化

不同混交模式下，3.5年生红椎与黑木相思林分树高、胸径生长差异显著。从图1可知，混交模式下红椎、黑木相思树高、胸径生长量均大于纯林模式(10∶0和0∶10)。其中，在7红椎3黑木相思(7∶3)混交模式下，红椎、黑木相思的树高、胸径均达最大，分别为6.2～6.8 m和5.6～6.1 cm，其次是5红椎5黑木相思(5∶5)混交模式，最后是3红椎7黑木相思(3∶7)混交模式。这说明，与纯林相比，混交能促进红椎、黑木相思生长，但在混交模式下，随着红椎比例的减小、黑木相思比例的增大，红椎、黑木相思高径生长量明显降低。红椎耐阴，黑木相思喜阳，在生长习性上具有互补性，但二者均为速生树种，固碳能力强，对光照、土壤养分等环境因子的竞争激烈。从不同混交模式下红椎、黑木相思林分胸径、树高的生长表现可以看出，二者间的混交比例存在一个最佳范围。通过优化其混交模式，3.5年生红椎、黑木相思混交林胸径、树高生长量分别较纯林提高22%～37%和48%～55%。

图1 不同混交模式红椎与黑木相思林分生长变化注：不同小写字母表示同一树种不同混交模式间差异显著(P<0.05)，下同。

2.2 叶片养分含量变化

植株养分含量反映林木对环境养分因子的竞争性，与林木生长发育密切相关。N、P、K是林木生长所需的三大主要营养元素。从表1可以看出，3.5年生红椎纯林叶片全氮含量明显高于混交林，而随着混交中黑木相思比例增大，红椎叶片全氮含量明显降低，这可能与黑木相思超强的固氮能力有关。豆科的黑木相思对土壤中氮素的竞争力强，这说明在红椎混交林培育中，过高混交比例(>50%)的黑木相思由于会抑制红椎对氮素的吸收，从而导致红椎林分生长量下降。值得一提的是，混交模式下黑木相思叶片全氮含量随着自身混交比例增大、红椎混交比例降低而降低。红椎作为一种众所周知的氮含量较高的造林树种，通过极高氮输出性，在改善土壤肥力中作用明显。过高比例黑木相思抑制了红椎对氮素的吸收，导致红椎氮素含量下降，氮归还量减少，从而破坏了红椎、黑木相思混交林中氮素养分循环，进而黑木相思养分含量随之下降，胸径生长量减少。氮素作为植物生长发育中核心关键营养元素，调控着磷、钾元素的吸收与代谢。因此，从表1中红椎、黑木相思叶片中磷、钾元素含量的变化看到了类似的趋势，即随着黑木相思混交比例增大、红椎混交比例减小，叶片磷钾元素含量显著降低。整体上，混交模式下7∶3红椎、黑木相思混交林中叶片全氮、全磷、全钾含量最高。

表1 不同混交模式红椎与黑木相思林分植株叶片养分含量 单位： g·kg-1

2.3 叶绿素及光合产物含量变化

叶绿素含量与植物光合能力大小直接相关，植物通过光合作用形成碳水化合物，供植物生长发育。而可溶性糖和淀粉作为最重要的两种非结构性碳水化合物，反映林分固碳能力，是评价森林生态功能中碳汇能力的重要指标。由表2可知，相较纯林，红椎、黑木相思混交林中叶片叶绿素、可溶性糖和淀粉含量均明显偏高。其中，在7∶3红椎、黑木相思混交模式下，叶片叶绿素、可溶性糖、淀粉含量最高，分别较红椎、黑木相思纯林增加了60%～84%、85%～94%和64%～115%。这说明，混交能显著改善红椎、黑木相思林的光合能力，碳汇能力增强。

表2 不同混交模式红椎与黑木相思叶片叶绿素及光合产物含量 单位： g·kg-1

3 结论与讨论

人工纯林由于经营措施简单，在营林实践中广泛存在。但人工纯林普遍生长力不高，且生态安全问题隐患较大。营建混交林是提高人工林质量、改善生态平衡、实现人工林可持续经营的有效策略。本试验通过研究不同混交模式红椎、黑木相思林分发现，混交显著提升了红椎、黑木相思树高、胸径生长量，但考虑到树种间对环境条件的竞争性，其混交比例应控制在合理范围内。本试验供试5种混交模式中，以7红椎3黑木相思的比例按行状混交方式造林，林分高径生长量最大。

在混交树种选择中应充分考虑树种的生理特性，避免对立地因子激烈竞争导致林分生长受到抑制的现象。本研究中选择的红椎、黑木相思在光照条件上具有很高的互补性，前者耐阴，后者喜光。通过混交林营造，有效地避开了红椎纯林营建中由于需要遮阴而对坡位、坡向选择性较高的缺陷，较好地扩大了红椎的推广种植范围。红椎、黑木相思生长速度快，固碳能力强，对氮素均具有较高需求。本试验研究结果表明，黑木相思作为一种超强的豆科固氮树种，其纯林叶片氮含量为30.3 g·kg，虽高于红椎(28.5 g·kg)，但在7∶3红椎、黑木相思混交模式下，黑木相思叶片氮含量提高至36.8 g·kg，这反映了通过与红椎混交，由于红椎的高氮输出性，加快了养分循环，从而黑木相思叶片中氮含量增加。而红椎叶片中氮素含量又受黑木相思固氮性的影响，表现为纯林最高，然后随着黑木相思混交比例的增大而降低。但整体上，红椎纯林生长量明显低于混交林。这可能与混交提升了林分的光合能力有关。从混交林叶绿素及光合产物含量的变化看，7∶3红椎、黑木相思混交林中，林分叶片叶绿素、可溶性糖、淀粉含量均最高，这说明相较纯林，混交通过改善林分的光合能力，导致光合产物增加，林分生长量、固碳能力增强。

综上所述，通过与黑木相思混交能有效改善红椎林分生长质量，碳汇能力增强。在本试验供试5种混交模式中，以7红维3黑木相思混交效果最佳。