套種豆科植物對尾巨桉人工林生長的影響

于洋洋，程 飛，廖博一，蔡泉星，林俊平，劉愛琴

(1.福建農林大學林學院，福建 福州 350002； 2.國家林業局杉木工程技術研究中心，福建 福州350002； 3.福建省華安西陂國有林場，福建 華安 363800)

桉樹(Eucalyptusrobusta)起源于澳大利亞，是桃金娘科(Myrtaceae)桉屬(Eucalyplus)植物的統稱，具有生長快、抗腐能力強、干形通直、出材率高等優良特點而被世界各國廣泛引種，是世界三大速生造林樹種之一，也是我國南方速生豐產林的主要造林樹種[1]。但由于經營管理不盡科學，使得桉樹人工林土壤營養物質減少，導致林分增長緩慢，林下物種多樣性降低，影響人工林生態系統的整體功能[2]。因此，提高桉樹人工林經營管理水平刻不容緩。林下套種是一種有效的生態栽培方法[3-4]，合理的林間套種能夠提升土壤資源利用率，對保護人工林地微環境具有十分重要的意義。近年來，國內學者對套種模式等方面的研究已逐漸展開，如劉霜蓮等[5]研究表明降香黃檀(Dalbergiaodorifera)套種花生(Arachishypogaea)和玉米(Zeamays)不僅獲得了不同程度的經濟收入，而且提高了土地利用率。曹樹威等[6]研究發現，套種白花扁豆(Semendolichoris)之后，果園土壤中的全效磷、速效磷、有機質等顯著提高，說明果園套種顯著提高了土壤肥力；章永根等[7]發現桃園套種大豆(Glycinemax)能有效改善田間環境小氣候，有助于提高桃樹(Amygdaluspersica)成活率。但當前國內多數研究將重點放在套種模式對土壤理化性質和經濟效益影響等方面，對林地套種經濟植物的人工林林分生長量及林下植被的影響報道較少。本研究選擇在福建省漳州市華安縣西陂國有林場，開展尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)人工林套種豆科植物試驗，探討套種豆科植物對尾巨桉人工林生長量及林下植被的影響，以期為尾巨桉人工林的經營和管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地區概況

試驗地位于福建省漳州市華安縣西陂國有林場，東經117°40′、北緯25°11′。屬南亞熱帶氣候，溫和多雨，河谷地帶暖熱濕潤。年無霜期達320 d，年均氣溫為21.3 ℃，極端最高氣溫39.5 ℃，極端最低氣溫-3.8 ℃。年均降水量1620 mm，年均蒸發量1563.3 mm，年日照時間1889.2 h。坡度10°～25°。土壤類型為紅壤，土層深厚，肥力中等。成土母巖主要為花崗巖等。

1.2 試驗設計

為保證試驗結果的可靠性，試驗地選擇地形因子和土壤條件等基本一致的尾巨桉DH3229 2代新植人工林林地。該林分于2010年底經過煉山、整地后，2011年4月造林，造林密度1660株·hm-2。套種試驗采用隨機區組設計，共設3個區組，每個區組設置3種處理：套種扁豆、套種烏綠豆×印度豇豆，以不套種為對照。株距15～20 cm，樣地面積20 m×20 m，于造林后當月套種。所有處理的尾巨桉種植20 d后，待側根、側枝新發出后進行第1次施肥；2011年5月20日進行第2次施肥；第2年春夏，尾巨桉每株施45%～48%的復合肥(N-P2O5-K2O)500 g，在樹冠滴水位挖長20 cm、寬15 cm、深20 cm的小溝，施肥后蓋土踩實。所有處理的幼林每年撫育2次，第1次在5—6月，第2次在9—10月。

1.3 研究方法

1.3.1 喬木層生長量調查 2011年10月、2012年4月、2012年10月、2014年4月對試驗樣地內林木的樹高和胸徑進行每木測量。尾巨桉材積的計算按照漳州市桉樹二元立木材積公式[8]：V=0.0000754×(-5.2563149+1.5911516d)1.449105×(1.890976+1.627500h)0.97406595，式中：V為材積；d為胸徑；h為樹高。

1.3.2 林下植被調查 在每塊樣地分別設置5個2 m×2 m的小樣方，于2012年10月和2014年4月進行林下植被調查，調查指標有林下植被種類、數量等。

采用Margalef豐富度指數、Shannon-Wiener多樣性指數、Simpson多樣性指數及Pielou均勻度指數[9-11]來分析林下植被的數量特征。Margalef豐富度指數：R=S-1/ln(N)，Shannon-Wiener多樣性指數：H=-∑[(Ni/N)ln(Ni/N)]，Pielou均勻度指數：E=H/ln(S)，式中：S為物種數；N為全部種的個體總數；Ni為第i個種的個體數。

1.4 數據處理

利用SPSS 20軟件對數據進行統計分析，利用單因素方差分析和最小顯著差法(LSD)進行差異顯著性檢驗(α=0.05)。

2 結果與分析

2.1 套種豆科植物對尾巨桉人工林林分生長的影響

由圖1可以看出，3種處理的3年生尾巨桉人工林樹高、胸徑和材積的總體生長量依次表現為：套種烏綠豆×印度豇豆>套種扁豆>對照。造林0.5 a各處理的尾巨桉人工林樹高和胸徑生長量無顯著差異；第1年和第1.5年，套種烏綠豆×印度豇豆、套種扁豆處理的尾巨桉樹高生長量分別比對照提高8.41%、7.27%和9.23%、6.70%，且與對照的差異性達到顯著水平(P<0.05)。而胸徑，在造林第1年2種套種模式與對照差異不顯著；第1.5年2種套種模式胸徑生長量均優于對照，但套種扁豆與對照差異性較小。隨著時間的延長，套種烏綠豆×印度豇豆處理的生長優勢明顯，到第3年，套種烏綠豆×印度豇豆、套種扁豆處理的樹高、胸徑和材積生長量分別比對照高23.10%、20.35%，8.97%、5.08%和49.32%、36.32%，且差異性達到顯著水平(P<0.05)，其中以套種烏綠豆×印度豇豆的桉樹林分生長量最高。

圖1 套種模式對尾巨桉人工林樹高、胸徑和單株材積的影響

2.2 套種豆科植物對尾巨桉人工林林下植被的影響

2.2.1 套種豆科植物對林下植被種類的影響 林下植被主要由灌木、藤本和草本組成，灌、藤、草植物不僅以凋落物的形式為林地提供養分，而且還能為野生動物提供食物和棲息地，在促進整個系統物種多樣性方面發揮重大作用[2]。不同套種模式的尾巨桉人工林林下植被調查結果見表1。由表1可知，2種套種模式對3年生尾巨桉人工林林下植被物種種類的影響不同。以套種扁豆處理的林下植被種類最多，為8種，其中灌木4種、藤本2種、草本2種，隸屬6科8屬；群落中含有禾本科(Poaceae)、山茶科(Theaceae)、葡萄科(Vitaceae)、薔薇科(Rosaceae)、菊科(Asteraceae)、百合科(Liliaceae)[13]。套種烏綠豆×印度豇豆處理的林下植被種類為6種，其中灌木4種、草本2種，隸屬6科6屬；群落中含有烏毛蕨科(Blechnaceae)、山茶科、桑科(Moraceae)、薔薇科、菊科、大戟科(Euphorbiaceae)。對照處理的群落物種組成最少，僅為5種，灌木2種、草本3種，隸屬4科5屬；群落中含有禾本科、鼠李科(Rhamnaceae)、百合科、山茶科[14]。總的來看，套種扁豆處理林下植被種類更豐富。

表1 不同套種模式的尾巨桉人工林林下植被主要名錄

2.2.2 套種豆科植物對林下植物多樣性的影響 由表2可以看出，造林第1.5年和第3年，不同套種模式林下植被豐富度、群落蓋度大小依次表現為套種扁豆>套種烏綠豆×印度豇豆>對照。套種扁豆、套種烏綠豆×印度豇豆處理的林下植被豐富度分別比對照多50.52%、19.27%和71.69%、24.20%；群落蓋度分別比對照多12.82%、3.85%和15.58%、10.39%，可見2種套種模式下林下植被豐富度和群落蓋度均有提升。

Shannon-Weiner多樣性指數和Simpson多樣性指數是反映植物群落多樣性的核心指標，一般來說，植物多樣性指數越高，群落物種越豐富，種群之間關系越復雜，群落系統越穩定；均勻度指數越大，說明優勢物種集中性越小，物種群落的結構越復雜，越穩定[12]。調查發現，造林第1.5年和第3年，尾巨桉人工林套種扁豆、套種烏綠豆×印度豇豆處理的植物多樣性指數提高，其中Shannon-Wiener多樣性指數分別比對照多5.99%、4.09%和9.14%、2.42%；Simpson多樣性指數分別比對照多10.39%、5.19%和3.80%、1.27%；Pielou均勻度指數分別比對照多10.13%、2.53%和5.06%、2.53%。研究結果表明，尾巨桉人工林套種扁豆和套種烏綠豆×印度豇豆能顯著提高林下植物多樣性。

表2 不同套種模式對林下植物多樣性的影響

3 結論與討論

本研究發現，2種套種模式下3年生尾巨桉人工林林分生長量均高于對照，且差異性達到顯著水平(P<0.05)。一方面可能是因為套種提高了地表覆蓋率，減少水土流失，提高土壤有效水貯量，而且套種植株根系木質化程度高，穿透力發達，可以增加土壤孔隙度，有利于改善土壤的通氣透水性；另一方面可能是套種的烏綠豆、印度豇豆和扁豆固氮能力強，能夠增加土壤養分，加之套種對地表溫度有明顯的調節作用，有助于減少林地土壤水分蒸發，促進養分傳遞循環，對人工林及林下植被生長促進作用明顯[13-14]。其中套種烏綠豆×印度豇豆生長最優，可能是因為烏綠豆×印度豇豆對土壤要求不嚴，根瘤多，固氮能力強，而根瘤菌進行固氮作用時需要大量的能量供應，2種豆科植物高矮成層，有利于作物通風透光，植物葉片光照面積等的增強能明顯提高烏綠豆和印度豇豆的光合作用，提高植株固氮作用，進一步培肥地力；2種豆科植物相間成行的覆蓋，在夏季高溫期能夠降低地表溫度，改善林地微生態環境，同時減輕雨水對土壤的沖刷，攔蓄徑流，從而促進尾巨桉林分生長[15-16]。

本試驗結果表明，不同套種模式對尾巨桉人工林林下植物多樣性影響不同。造林第1.5年和第3年，套種扁豆和套種烏綠豆×印度豇豆處理的林下植被豐富度、群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數、Simpson多樣性指數和Pielou均勻度指數均高于對照。這可能是因為套種烏綠豆×印度豇豆和套種扁豆會抑制競爭力不強、不耐陰植物的萌發和生長，從而改變了林地原有的生態環境條件，形成適合某些植物生長的特殊環境條件，同時又限制另外某些植物的生長[17-18]。因此，在尾巨桉人工林套種烏綠豆×印度豇豆和套種扁豆對優勢物種抑制作用明顯，從而減輕了優勢物種對桉樹人工林的危害，改善尾巨桉人工林物種結構，提高了植物多樣性。龐建光等[19]以桑園套種苜蓿(Medicagosativa)和大豆為研究對象，發現在桑園套種苜蓿和大豆后減少了優勢雜草的密度；套種苜蓿和大豆其地上物種豐富度指數、香農指數、均勻度指數均顯著提高，表明桑園套種苜蓿和大豆不僅能控制雜草危害，而且有利于桑園生物多樣性，這也印證了本觀點。

綜上所述，尾巨桉人工林下套種烏綠豆×印度豇豆和套種扁豆既對尾巨桉人工林樹高、胸徑和單株材積等生長狀況有明顯的促進作用，又有利于林地植物多樣性，本試驗結果可為林業可持續發展提供參考。