不同品種桉樹人工林生長特征及持水性能研究

杜阿朋

摘 要 以廣西10年生的4種桉樹人工林為研究對象，對比分析了不同林分的生長特征、林下凋落物和土壤持水特征的變化規律。結果表明：在林分生長特征方面，4種桉樹林分平均胸徑在13.9～15.5 cm之間變化，柳桉最小，大花序桉最大；樹高和冠幅均達到極顯著差異（p<0.01），粗皮桉最小，大花序桉最大。在凋落物貯量及持水特征上，林下總的凋落物貯量范圍是18.7～20.1 t/hm2，排序為：大花序桉（20.1 t/hm2）>鄧恩桉（19.6 t/hm2）>粗皮桉（19.1 t/hm2）>柳桉（18.7 t/hm2）；最大持水量在25.9～40.7 t/hm2之間變化，排序為：鄧恩桉（40.7 t/hm2）>大花序桉（32.9 t/hm2）>柳桉（27.2 t/hm2）>粗皮桉（25.9 t/hm2）。在土壤持水特性方面，4種桉樹人工林地的土壤總孔隙度、毛管孔隙度、飽和持水量、毛管持水量和田間持水量均為粗皮桉林地最小，柳桉林地最大。

關鍵詞 桉樹人工林；生長特征；持水性能

中圖分類號 S152.5；S792.39 文獻標識碼 A

Abstract Taking the four types of Eucalyptus plantations in Guangxi as the research object， the forest growth， litterfall and soil water holding capacity were analyzed in order to understand their change rule. The results showed that the stand average DBH was ranged from 13.9 cm to 15.5 cm. The stand average DBH was minimum in E. saligna stand and maximum in E. cloeziane stand. The tree height and canopy were of extremely significant differences（p<0.01）， being the highest in E. cloeziane stand and the lowest in E. pellita stand. The litterfall storage was in range of 18.7-20.1 t/hm2， decreased in order of E. cloeziane（20.1 t/hm2）> E. dunnii（19.6 t/hm2）>E.pellita（19.1 t/hm2）>E. saligna（18.7 t/hm2）. The maximum water holding capacity was in range of 25.9-40.7 t/hm2）， decreased in order of E. dunnii（40.7 t/hm2）>E. cloeziane（32.9 t/hm2）>E. Saligna（27.2 t/hm2）>E. Pellita（25.9 t/hm2）. For the soil water holding capacity roles， the soil total porosity， capillary porosity， saturated moisture content， capillary water capacity and field moisture capacity in E. saligna stand were maximum， but minimum in E. pellita stand.

Key words Eucalyptus plantation；Growth characteristics；Water holding capacity

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.07.010

桉樹（Eucalyptus）是世界公認的三大速生樹種之一[1]，也是中國南方重要的戰略樹種之一。截止2011年12月，中國種植面積已達360萬hm2。但其人工林在經營中出現的林分生產力下降、林地土壤地力下降、水資源匱乏等生態環境問題也已成為全球關注的熱點[2]。黃承標等[3-4]研究發現，尾巨桉人工林地各土層含水量分別比厚莢相思林減少1.0%～7.2%，比灌草坡減少5.4%～18%；尾巨桉人工林地的地表徑流、土壤侵蝕量和養分（N、P、K）流失量分別較厚莢相思林地增大13.6%、1.2%和8.3%。何斌等[5]研究也發現5年生尾巨桉人工林地土壤貯水量較厚莢相思林減少3.4%。韓藝師等[6]研究也發現，連栽條件下的桉樹人工林地的土壤物理性狀明顯下降。因此，開展桉樹人工林立地水資源管理研究尤為重要。

凋落物是森林生態系統的重要組成成分[7]有重要的水土保持和水源涵養生態功能，對森林土壤結構的改善有重要作用[8]。土壤持水性能是森林土壤重要的物理性質之一，其通過根系影響林木的生長[9]。而隨著林木生長， 根系數量、地被物多樣性及凋落物數量等也相應發生變化， 這些都對林地土壤產生較大影響。一般來說，林分葉凋落量與林分內林木的胸高斷面積呈顯著的正相關關系[10]，胸高斷面積越大，葉凋落量越大。另外，林分凋落物量也隨著林分的蓋度增加而增加[11]。廣西壯族自治區是中國的桉樹種植大省，其桉樹人工林面積已達147萬hm2，桉樹人工林的安全關系到廣西林業產業的安全。本研究以廣西壯族自治區國有黃冕林場白墳試驗林區的4個桉樹品種粗皮桉（E. pellita）大花序桉（E. cloeziane）柳桉（E. saligna）和鄧恩桉（E. dunnii）人工林為研究對象，對比分析4種桉樹人工林的林分生長特征、枯落物儲量及持水性能、土壤持水性能，研究不同品種桉樹人工林分的生長和持水性能差異，從而為廣西桉樹人工林建設中的水資源植被承載能力評價和水資源管理技術提供理論基礎和科學數據，進而保障廣西桉樹人工林及其產業的健康順利發展。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于廣西壯族自治區國有黃冕林場白墳試驗林地[12]（N 24°44′46″，E 109°51′27″），海拔218 m。廣西黃冕林場位于廣西壯族自治區鹿寨縣黃冕鄉和永福縣廣福鄉境內，地處中亞熱帶與南亞熱帶的過渡地帶，屬于天平山支脈和駕橋嶺南麓支脈，多為丘陵和低山地貌，最高海拔達895.9 m。1年中光照充足，水熱同季，冬夏干濕明顯，平均氣溫19 ℃，年平均降雨量1 750～2 000 mm，降雨量集中在 4～8月；年均蒸發量1 426～1 650mm，為水分充足區。林場林地土壤主要以砂巖、砂頁發育而成的紅壤、山地黃紅壤為主，適宜馬尾松、杉木和各種闊葉林樹種生長。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣地設置和林分調查 本研究在廣西壯族自治區國有黃冕林場白墳試驗林地選取了4個桉樹品種粗皮桉（E. pellita）、大花序桉（E.cloeziane）、柳桉（E. saligna）和鄧恩桉（E. dunnii），均為2002年所造林分，初值密度均為2 m×3 m，造林時均每株施基肥（桉樹專用復合肥）250 g，2003年和2004年雨季均各追肥1次，每次每株500 g桉樹專用肥。2003年初和2004年人工砍雜各1次。每個品種桉樹林選擇3個標準地（20 m×20 m）。對每個標準地的桉樹樣樹進行每木檢尺，記錄胸徑、樹高和冠幅，各品種桉樹人工林樣地基本情況見表1。

1.2.2 凋落物貯量和持水性的測定 在每種林地類型設1 m×1 m的小樣方3個，收集凋落物量后烘干稱重，測定其貯量。根據分解狀況將枯落物分為2層：未分解層和半分解層。凋落物的持水量和持水率采用室內浸泡法[13-15]測定。

1.2.3 土壤持水性測定 在每種林地類型均勻布點，取土壤剖面3個，機械分層（0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80 cm）環刀取土，帶回室內，采用環刀法[16]測定土壤容重、孔隙度和持水量。

1.3 數據處理分析

采用DPS軟件對不同品種桉樹人工林的林分生長、林地枯落物持水特征和林地土壤持水特征指標進行顯著性差異分析。

2 結果分析

2.1 不同品種桉樹林分生長特征

桉樹品種眾多，不同品種間差異較大。對不同品種桉樹人工林林分生長特征統計表明（表2），4個品種桉樹林分生長指標均值除胸徑外，樹高、冠幅、枝下高和樹皮厚度均達到了極顯著差異（p<0.01）。4個品種中大花序桉林分平均樹高和平均冠幅明顯最大（p<0.01），其排序均為：大花序桉>柳桉>鄧恩桉>粗皮桉；枝下高排序為：柳桉（7.9 m）>鄧恩桉（6.1 m）>粗皮桉（5.3 m）>大花序桉（3.5 m）；樹皮厚度排序為：粗皮桉（12.5 mm）>鄧恩桉（8.4 mm）>大花序桉（7.8 mm）>柳桉（6.6 mm）。4個品種造林時均采用的實生苗造林，可能是造成品種間差異顯著的原因之一。

2.2 桉樹林下枯落物儲量及其持水性能

由表3可知，4種桉樹林下凋落物未分解層的厚度為柳桉林明顯較大（p<0.05），而半分解層差異不明顯，總的來說，林下凋落物總厚度不同品種桉樹林表現為：柳桉（5.9 cm）>粗皮桉（5.0 cm）>鄧恩桉（4.7 cm）>大花序桉（4.0 cm）。對于林下凋落物貯量，4個品種桉樹林的未分解層在7.2～9.7 t/hm2之間變化，半分解層在9.0～12.4 t/hm2之間變化，差異都不明顯；整體比較而言，4個品種桉樹林下總的凋落物貯量排序為：大花序桉（20.1 t/hm2）>鄧恩桉（19.6 t/hm2）>粗皮桉（19.1 t/hm2）>柳桉（18.7 t/hm2），這可能是由于大花序桉和鄧恩桉地處下坡，林分郁閉度也不是太高，較好的土壤、水分和光照條件使得其林下植被較處于中坡的粗皮桉和柳桉要好一些，也就造成其林下凋落物貯量也較多些。4個品種桉樹林下凋落物未分解層最大持水率變化范圍為82.8%～165.0%，粗皮桉的明顯較小，這可能與新掉落的粗皮桉凋落物較難分解有關（凋落物成分主要以樹皮和樹葉為主，粗皮桉樹皮較厚，分解速率慢）；半分解層最大持水率在151.6%～229.7%之間變化，但差異均不顯著。4個品種桉樹林下凋落物未分解層最大持水量在9.4～12.3 t/hm2之間變化，差異不顯著；半分解層最大持水量差異顯著（p<0.05），半分解層最大持水量不同桉樹林表現為：鄧恩桉（28.6 t/hm2）>大花序桉（22.3 t/hm2）>粗皮桉（16.5 t/hm2）>柳桉（14.9 t/hm2）。整體來看，林下凋落物最大持水量不同桉樹林分表現為：鄧恩桉（40.7 t/hm2）>大花序桉（32.9 t/hm2）>柳桉（27.2 t/hm2）>粗皮桉（25.9 t/hm2）。

2.3 桉樹林地土壤容重及其持水性能

由表4可知，4種桉樹人工林地0～80 cm土層土壤容重和孔隙度均存在明顯差異（p<0.05），林地0～80 cm土壤容重不同桉樹林地間表現為：大花序桉（1.7 g/cm3）>粗皮桉（1.6 g/cm3）>鄧恩桉（1.5 g/cm3）>柳桉（1.4 g/cm3）。林地0～80 cm土壤總孔隙度不同桉樹林地間表現為：柳桉（44.9%）>鄧恩桉（41.4%）>大花序桉（36.5%）>粗皮桉（25.8%）；林地0～80 cm土壤毛管孔隙度不同桉樹林地間表現為：大花序桉（32.8%）>柳桉（31.8%）>鄧恩桉（30.9%）>粗皮桉（21.3%）；林地0～80 cm土壤非毛管孔隙度不同桉樹林地間表現為：柳桉（13.2%）>鄧恩桉（10.5%）>粗皮桉（4.5%）>大花序桉（3.6%）。

對于土壤持水量，4個品種桉樹人工林地0～80 cm土層的土壤飽和持水量、毛管持水量和田間持水量均存在顯著差異（p<0.05）。林地0～80 cm土壤飽和持水量毛管持水量和田間持水量在不同桉樹林地間均表現為：柳桉>鄧恩桉>大花序桉>粗皮桉。可見，林分郁閉度較小時，林下植被雖然豐富，但由于造林時整地和后來2次人工砍雜的原因，林下植被多為小灌木和草本，其根系較淺，對土壤的影響層次也不如桉樹林分深，故林分郁閉度高、林分生長較好的柳桉林分土壤物理特性各指標均較好于其他桉樹林分。

3 討論與結論

本研究中4種10年生桉樹林分平均胸徑在13.9～15.5 cm之間變化，差異不明顯；樹高（14.5～18.1 m）和冠幅均達到了極顯著差異（p<0.01），其排序均為：大花序桉>柳桉>鄧恩桉>粗皮桉。曹加光等[17]在廣東湛江測定的6年生尾葉桉（E. urophylla）、韋塔桉（E. uetarensis）、巨桉（E. grandis）和細葉桉（E.tereticornis）等無性系及部分雜交種無性系，其胸徑范圍為9.04～15.66 cm，樹高范圍為14.44～20.94 m。韓斐揚等[18]對雷州半島5年生11種桉樹無性系研究結果表明，11種桉樹無性系平均胸徑分布在11.05～14.29 cm，平均樹高分布在15.83～21.25 m。劉洪等[19]在廣西梧州地區測得的5年生尾葉桉無性系平均胸徑為15.7 cm，平均樹高為14.7 m；3年生的DH系列平均胸徑在7.0～8.9 cm，平均樹高在10.9～11.6 m。可見，本研究中的4個桉樹品種生長量與當前應用較多的優良無性系還是有一定差距的。4個桉樹品種林分之間的大部分生長指標差異顯著，這主要是由于品種不同造成的：例如粗皮桉和大花序桉雖原均產澳大利亞，但粗皮桉喜在緯度12°～18°的石或砂質海岸地區，而大花序桉卻喜在緯度16°～26.5°的深厚壤土地區[1]。再加上本研究中的4種桉樹林造林時均采用實生苗[20]造林，實生苗本就比無性系組培苗個體生長分化差異要大很多，故造成了上述4個桉樹林分生長差異顯著。

森林枯落物儲量不僅與林分樹種組成、林齡、立地等有關[21]，還與緯度、海拔、溫度、濕度和土壤生物等密切相關[22-23]。本研究中4個品種桉樹林下凋落物貯量在18.7～20.1 t/hm2之間變化，貯量排序為：大花序桉（20.1 t/hm2）>鄧恩桉（19.6 t/hm2）>粗皮桉（19.1 t/hm2）>柳桉（18.7 t/hm2）。與其他森林類型相比，本研究結果明顯低于廣東省肇慶高要市6年生尾巨桉林的凋落物平均貯量[24]（42.09 t/hm2）、河北省霧靈山[25]的華北落葉松林（45.73 t/hm2）以及油松林（21.40 t/hm2）的凋落物貯量；但卻高于西雙版納的20和40年生的橡膠林（8.896和6.181 t/hm2）[26]、海南島熱帶雨林（9.70 t/hm2）[10]、鼎湖山南亞熱帶常綠闊葉林（8.45 t/hm2）[27]和華南杉木人工林（5～6 t/hm2）[28]的凋落物儲量，這主要是由于樹種和地域等原因導致的凋落物分解速率差異造成的，未來研究應綜合考慮年凋落物量和年分解量來分析。林下凋落物未分解層最大持水率變化范圍為82.8%～165.0%，半分解層最大持水率在151.6%～229.7%之間變化，均是鄧恩桉林最大，粗皮桉林最小。相較而言，本研究結果明顯低于秦嶺西部日本落葉松、粗枝云杉、歐洲云杉、華北落葉松林下的凋落物最大持水率379%～893%）[29]和桂西北喀斯特區6種林型（原生林和次生林各3 種）的林下凋落物最大持水率（224%～342%）[30]，略高于廣東肇慶高要長坑尾6年生尾巨桉人工林下凋落物持水率（66.21%～139.99%）[24]這主要是由于桉樹人工林較其他林型而言其林下凋落物分解速度慢，分解程度低導致的凋落物持水能力差造成的。

森林土壤水文物理性質是森林生態系統水文功能的重要組成部分。本研究中4種桉樹人工林地0～80 cm土層土壤容重、孔隙度和孔隙度均存在顯著差異（p<0.05）。土壤容重在1.4～1.7之間變化，大花序桉林地最大，柳桉林地最小。孔隙度和持水量共6個指標，均為粗皮桉林地最小。一般情況下，森林枯落物對地表的各種孔隙度影響較大，地表的各種孔隙度均會隨著林地枯落物增加而增大，這種影響隨時間延長和枯落物的增加也會逐步向下延伸[31]。林木生長越好，根系分布更廣，更活躍，其對土壤微環境的貢獻也越大[32]。粗皮桉林分生長最差且林地凋落物儲量最少，其孔隙度和持水量指標也最小就證明了這一點。但森林土壤的持水特性還受到地形因子（海拔、坡位、坡向）、植被生長、人為干擾（森林經營活動）和其他自然因素的影響，因此本研究中4個林地的土壤持水性能指標的排序和上述論點又有所差異，這是各種影響因素綜合作用的結果，本研究中并未定量闡述各因素的影響效應，這在以后的研究中還有待進一步加強。

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