桉樹林下4種牧草生長狀況分析

劉素青，方佳梅，曾群英，唐宇

(廣東海洋大學，廣東 湛江 524088)

桉樹是一種速生樹種，對氣候、水分和土壤等環境的適應能力較強，且用途較廣、經濟價值高，因此吸引了我國許多省份引進桉樹種植[1]。但桉樹種植在社會上引起了一些爭議，有的人認為大面積種植桉樹林可能會帶來了一系列生態問題，如土壤養分下降，對水分消耗大，生物多樣性減少等等，種植桉樹的行為必須制止[2]。但是，也有人對種植桉樹持支持態度，不可否認，桉樹林不是一種優良的生態林，但是桉樹林是一種優質的經濟林，在林業生產中占很大比重，對我國的經濟發展起了重要作用。因此種植桉樹要選擇正確合理的立地條件和方式，協調好環境與經濟問題。種植桉樹要避開水源保護區、生態保護區、土壤貧瘠、水分不足、坡度較大的山地等，配上合理的種植規劃和管理，桉樹帶來的生態問題就能降到最低[3]。

白昌軍、虞道耿、陳志權和劉國道所做的《桉樹人工林間作禾本科牧草適應性篩選與評價》[4]提到，單一種植桉樹的模式帶來眾多問題：桉樹生長速率和質量低下，而且林下土壤肥力不高，林下缺乏營養，動植物數量比較少；苗木間留出了很多空間，造成林木空間資源的浪費。如何解決這些問題，已經成為社會關注的焦點。參考相關的文獻，可知桉樹林下種植牧草能在一定程度上緩解上述問題。種植牧草，能防止水土流失，對改良桉樹林的生態功能起較大作用，而且牧草可作為草食性動物的食物，增加生物的存活率，提高桉樹林下生物多樣性[5]。同時，牧草能調節桉樹林下的土地溫度，改變林下氣候小環境，利于動植物在桉樹林下環境中生存。動物的糞便可作為桉樹和牧草的養分，同時也利于土地地力恢復，促進桉樹和牧草的生長，提高產量[6]。其次，種植牧草可用作肉羊、肉牛的飼料，牧草收割后可以喂食或者直接放牧取食[7]。這種復合形式，體現了林牧復合生態系統中“林—草—牧”型的原理，符合生態學的要求[7]。在林牧復合生態系統的原理指導下，本文深入探討分析對比蘇丹草、黑麥草、高丹草和紫花苜蓿4種牧草，目的是為了選擇最適合在桉樹林下生長的一種牧草，發揮該創新模式的“三大效益”的作用[8]。

1 試驗地的概況

試驗地選擇在廣東省湛江市廣東海洋大學主校區后山的林牧復合生態系統示范基地內，地理位置21°15′26″ N，110°29′75″ E，屬于亞熱帶海洋性季風氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，旱雨季分明，通常4—9月是雨季，多暴雨臺風災害。該地年平均氣溫在23～24 ℃，最高溫月份為7月，月均溫約為29 ℃，最低溫月份為1月，月均溫約為15.6 ℃。年平均降雨量在1 400～1 800 mm，年平均日照時數在1 817～2 100 h，年≧10 ℃積溫在8 310～8 520 ℃，年太陽輻射總量為102～118 kJ·cm-2。試驗地地勢平緩，土壤肥力高，水源充足，有大片桉樹林，且羊舍中有上百頭肉羊，其糞便可作為肥料，因此綜合各方面條件，該試驗地適合開展種植牧草的試驗。

2 試驗材料及方法

試驗需要蘇丹草、黑麥草、高丹草和紫花苜蓿4種牧草的種子各一袋、一把圍尺、打印紙、一把剪刀、若干個杯子、電子天平、烘干箱。圍尺主要是測量牧草葉長、葉寬、株高；打印紙和剪刀用于測量葉面積，杯子用于浸泡牧草種子；電子天平用于測量牧草莖葉的鮮質量和干質量，烘干箱用于測量鮮質量后烘干牧草。

2.1 試驗設計

本試驗采用隨機區組試驗設計，試驗區選在示范基地的一塊桉樹林下，分為3個區組，分別定為A區、B區、C區，每個區組又劃分4個小區，分別記為A1區、A2區、A3區、A4區；B1區、B2區、B3區、B4區；C1區、C2區、C3區、C4區。隨機安排試驗，且每個小區共播種300粒種子，即每種牧草共播種1 200粒種子。以播種后第20天和播種后第30天為測定時間，分別測量4種牧草的株高、葉長、葉寬、葉面積、存活率、生長率、莖葉的鮮質量和干質量8個指標，通過綜合分析與對比4種牧草的生長狀況，選擇出該試驗地桉樹林下最適宜牧草。

2.2 試驗過程

2.2.1 試驗前準備 查閱相關文獻資料，做好整個試驗計劃，準備好試驗材料和工具，充分考慮不可抗拒因素的影響并有相應措施。

2.2.2 牧草種子播前處理 預先將4種牧草種子分別放在裝有水的杯子內浸泡半天時間，以促種子發芽。

2.2.3 播種地的處理 用鋤頭把三個區組的雜草除掉后，進行松土和翻土，并施入一定量羊糞，然后澆水。

2.2.4 播種 每一種牧草種子播種在3個試驗小區，每個試驗小區播種300粒種子，播種后覆土，播種深度距地面約5 cm，然后用石磚把每個小區圍起來，然后進行第二次澆水。

2.2.5 播種后的工作 每天澆1次水，如遇到下雨天則不用澆水，定時除掉雜草，并觀察4種牧草的生長狀況，測量相關數據，做好記錄。

2.2.6 數據的統計與分析 分別觀測播種20天和30天時4種牧草各種指標的數據，統計對比，并運用SPSS統計分析軟件進行方差分析和聚類分析。

2.3 牧草相關指標的測定

2.3.1 存活率的測量計算 統計在播種后第20天和播種后第30天每一種牧草在每個試驗小區中存活的株數。其中，存活率=存活株數/每個小區牧草種子播種數(300)。如蘇丹草的存活率分別記錄為A1(20天存活率) 、A1(30天存活率)、B1(20天存活率)、B1(30天存活率)、C1(20天存活率)、C1(30天存活率)，如此類推。

2.3.2 株高的測量 在播種后第20天，在每個試驗小區中，隨機選擇50株牧草測量株高，并計算出該牧草在該小區中的平均株高。

2.3.3 生長率的計算 分別計算出每一種牧草的第20天平均株高和第30天平均株高，運用公式：生長率=平均株高/天數，得到每一種牧草的生長率。

2.3.4 葉長、葉寬的測量 播種后的第20天，在每種牧草每個試驗小區隨機選擇50株牧草，用圍尺分別測量4種牧草的葉長、葉寬的數據，并計算出該牧草在該小區中的平均葉長和平均葉寬。播種后第30天再重復一次上述的步驟。詳見表5和表6。

2.3.5 葉面積的測量 播種后的第20天，在每個試驗小區隨機采集20株牧草，利用打印紙計算葉面積。首先計算出一張打印紙的面積，然后用電子天平測量一張打印紙的重量。然后把每種牧草的葉子的輪廓畫在打印紙上，用剪刀把輪廓剪下來，再用電子天平稱其總質量。葉面積=葉片質量/(一張紙的重量/一張紙的面積)。其中，平均葉面積=總葉面積/抽取株數(20)。

2.3.6 莖葉的鮮質量和干質量測量 播種后的第20天，在每個試驗小區隨機摘取50株牧草，用剪刀剪除根后，用電子天平稱質量。完成牧草的鮮質量測量后，用報紙包住莖葉放到烘干箱內進行烘干，烘干完成后再用電子天平測量干質量。

3 結果與分析

3.1 牧草相關指標

3.1.1 牧草存活率 通過記錄4種牧草在第20天和第30天存活株數，分別計算每種牧草的存活率，結果見表1。

表1 播種后第20天4種牧草的存活率

從表1可以看出，在牧草播種后的第20天，蘇丹草的存活率在4種牧草中最高，其平均存活率為84.3%；而黑麥草和高丹草的存活率分列第二、第三，其平均存活率分別為78.5%和77.2%；紫花苜蓿的存活率最低，其平均存活率為61.7%，且與其他三種牧草的差距較大。因此，播種后的第20天這個時間，存活率蘇丹草占優勢。

表2 播種后第30天4種牧草存活率

從表2可以看出，在播種后的第30天，蘇丹草的存活率仍然是最高，其平均存活率為79.9%；高丹草的存活率超過了黑麥草，其平均存活率為74.4%；而黑麥草的平均存活率為73.1%；紫花苜蓿的存活率仍然在4種牧草中列最后，其平均存活率為53.6%。另外，4種牧草在播種后的第30天的存活率與各自在播種后的第20天的存活率都有一定程度的下降，其中紫花苜蓿存活率下降較大，蘇丹草和黑麥草的存活率的下降為中等，高丹草的存活率的下降較小。因此，在播種后的第30天這個時間，對比4種牧草的存活率，蘇丹草仍占優勢。

3.1.2 牧草株高、生長率 通過測定4種牧草在播種后第20天和第30天的株高，計算出其平均株高、生長率，結果見表3。

表3 播種后第20天4種牧草株高和生長率

從表3可知，在播種后的第20天，蘇丹草的平均株高在4種牧草中最高，為16.210 cm，且蘇丹草比其他三種牧草的株高高出的程度較大；黑麥草的平均株高列第二位，為12.723 cm；高丹草列第三位，其平均株高為11.513 cm；紫花苜蓿的平均株高在4種牧草中最低，為9.141 cm。

在播種后的第20天，以生長率為指標，蘇丹草的平均生長率在4種牧草中最高，為0.811 cm·d-1；黑麥草和高丹草分列第二和第三，其平均生長率分別為0.636 cm·d-1和0.576 cm·d-1；紫花苜蓿在4種牧草中最低，其平均生長率為0.457 cm·d-1。

因此，在播種后第20天的平均株高和平均生長率兩種指標中，蘇丹草占優勢，且優勢比較大，而紫花苜蓿在這兩種指標中與其他3種牧草的差距比較大。

表4 播種后第30天4種牧草株高和生長率

由表4可知，播種后第30天，蘇丹草的平均株高最高，為25.891 cm；高丹草的平均株高超過黑麥草，為20.865 cm，次于蘇丹草，說明高丹草株高生長在這段時間中較好；黑麥草的平均株高為19.767 cm，次于高丹草；而紫花苜蓿平均株高最小，為14.627 cm。

在播種后第30天的生長率指標中，蘇丹草最高，為0.863 cm·d-1；高丹草次之，為0.696 cm·d-1,說明高丹草在這段時間中生長速度明顯加快，超過黑麥草；而黑麥草列第三，為0.659 cm·d-1；紫花苜蓿最低，為0.488 cm·d-1。

對比4種牧草在播種后第20天和播種后的第30天，其生長率都有了一定提高，其中高丹草的生長率增加最大，增加了0.120 cm·d-1；蘇丹草生長率，增加了0.052 cm·d-1，列第二；而紫花苜蓿和黑麥草生長率增加較小，分別增加了0.031 cm·d-1和0.023 cm·d-1。

因此，在播種后的第30天的平均株高和生長率指標中，蘇丹草皆是最高的，蘇丹草在4種牧草中占較大優勢。

3.1.3 牧草的葉長、葉寬和葉面積的測定結果 通過測定4種牧草在播種第20天和第30天的葉長、葉寬和葉面積，計算出其平均葉長、平均葉寬和平均葉面積，得到結果如下：

表5 播種后第20天4種牧草葉長、葉寬和葉面積

從表5可得，播種后的第20天，蘇丹草的平均葉長最高，為11.866 cm；黑麥草次之，其平均株高為10.164 cm；高丹草的平均株高為9.543 cm，位于第三；紫花苜蓿平均株高最低，且劣勢比較明顯，為1.920 cm，所以葉長較短。

而在平均葉寬指標的比較中，紫花苜蓿的葉寬最大，為1.562 cm，且與其他三種牧草相比優勢明顯；蘇丹草次之，其平均葉寬為0.672 cm；高丹草平均葉寬為0.663 cm，列第三；黑麥草的平均葉寬最小，為0.234 cm，因為黑麥草為針狀，所以其葉寬較小。

在葉面積的指標比較中，蘇丹草最大，其平均葉面積為8.363 5 cm2；高丹草次之，其平均葉面積為6.615 6 cm2；紫花苜蓿列第三，其平均葉面積為2.869 3 cm2；黑麥草的平均葉面積最低，為2.223 5 cm2。

通過比較4種牧草的葉長、葉寬和葉面積，可知蘇丹草在葉長和葉面積指標中占優勢，而紫花苜蓿在葉寬指標中占優勢。

表6 播種后第30天4種牧草葉長、葉寬和葉面積

從表6可知，播種后的第30天，蘇丹草的平均葉長仍是最高，為22.191 cm；黑麥草次之，為19.197 cm；高丹草平均葉長列第三，為18.049 cm；紫花苜蓿平均葉長最低，為2.572 cm。

在葉寬指標的比較中，紫花苜蓿的平均葉寬最大，為1.567 cm；蘇丹草的平均葉寬為0.687 cm，列第二；高丹草的平均葉寬為0.679 cm，位于第三；黑麥草的平均葉寬最小，為0.238 cm。

在葉面積的比較中，蘇丹草的平均葉面積為16.297 5 cm2，仍是4種牧草中最大；高丹草列第二，其平均葉面積為12.806 0 cm2；黑麥草平均葉面積超過紫花苜蓿，為4.593 9 cm2；紫花苜蓿的平均葉面積最小，為3.788 9 cm2。

4種牧草葉長、葉寬和葉面積3種指標的比較中，葉長和葉面積的增長較大，而葉寬增長較小。在平均葉長的變化中，蘇丹草的增長最大，增加了10.325 cm；黑麥草和高丹草增長為中等，分別增加了9.033 cm和8.506 cm；紫花苜蓿的葉長增長最小，增加了0.652 cm。在平均葉面積的變化中，蘇丹草增長最大，增加了7.934 cm2；高丹草次之，增加了6.190 4 cm2；黑麥草和紫花苜蓿增長都比較小，分別增加了2.370 4 cm2和0.919 6 cm2。

綜合上述內容，播種后的第30天，蘇丹草在葉長和葉面積的指標中同樣是占優勢的，而在葉寬的指標中占優勢的牧草是紫花苜蓿。

3.1.4 牧草莖葉的鮮質量和干質量 通過測定4種牧草莖葉的鮮質量和干質量，計算其平均鮮質量和平均干質量，得到結果如下：

表7 4種牧草莖葉的鮮質量和干質量

通過表7可知，播種后的第20天，在4種牧草中，莖葉的鮮質量最大的是蘇丹草，其平均鮮質量為0.057 1 g；高丹草次之，為0.040 2 g；紫花苜蓿的莖葉平均鮮質量為0.021 0 g，列第三；黑麥草的莖葉平均鮮質量最小，為0.017 4 g。

在4種牧草的莖葉干質量比較中，蘇丹草最大，其平均干質量為0.005 9 g；高丹草次之，為0.004 7 g；黑麥草列第三，其平均干質量為0.001 9 g；紫花苜蓿的莖葉平均干質量最小，為0.001 7 g。

蘇丹草在播種后第20天的莖葉鮮質量和干質量兩個指標中為最高，因此，蘇丹草的這兩項指標在4種牧草中占優勢。

表8 播種后第30天4種牧草的莖葉的鮮質量和干質量

通過表8可知，播種后的第30天，蘇丹草的莖葉平均鮮質量最大，為0.088 0 g；高丹草次之，為0.076 6 g；紫花苜蓿列第三，其平均鮮質量為0.029 5 g；黑麥草的莖葉平均鮮質量最小，為0.019 7 g。

在莖葉的干質量比較中，蘇丹草的平均干質量最大，為0.007 0 g；高丹草次之，為0.005 5 g；黑麥草列第三，為0.002 3 g；紫花苜蓿的莖葉平均干質量最小，為0.002 1 g。

對比播種后第20天和第30天，4種牧草莖葉的鮮質量和干質量都有一定變化，其中莖葉平均鮮質量變化中，高丹草和蘇丹草的增加較大，分別增加了0.036 4 g和0.036 3 g；紫花苜蓿和黑麥草增加較小，分別為0.008 5 g和0.002 3 g。在牧草莖葉平均干質量變化中，蘇丹草和高丹草增加較大，分別為0.001 1 g和0.000 8 g；紫花苜蓿和黑麥草增加較小，均為0.000 4 g。

播種后的第30天，蘇丹草莖葉鮮質量和干質量都是最高的，因此蘇丹草在與其他三種牧草的比較中占優勢。

3.2 4種牧草八項指標的顯著性分析

運用SPSS統計分析軟件進行單因素方差分析，以播種后的30天4種牧草的存活率、平均株高、生長率、平均葉長、平均葉寬、平均葉面積、莖葉的平均鮮質量和平均干質量作為觀測變量，以牧草的品種作為控制變量。分析觀測變量的方差，研究牧草的品種是否對八個指標都有顯著的影響。

(1)以播種后第30天4種牧草的存活率為觀測變量，以牧草的品種為控制變量，結果如表9。

表9 不同牧草存活率的單因素方差分析

從表9可以看出，如果顯著性水平α為0.05，由于概率P值小于顯著性水平，則拒絕零假設，認為不同的牧草品種對牧草的存活率產生了顯著影響。

(2)以播種后第30天4種牧草的平均株高為觀測變量，以不同的牧草品種為控制變量，得到結果如表10。

表10 不同牧草平均株高的單因素方差分析

從表10可以得出，如果顯著性水平α為0.05，由于概率P值小于顯著性水平，認為不同的牧草品種對牧草的平均株高產生顯著影響。

(3)以播種后第30天4種牧草的生長率為觀測變量，以不同的牧草品種為控制變量，得到結果如表11。

表11 不同牧草生長率的單因素方差分析

從表11可以看出，如果顯著性水平α為0.05，由于概率P值小于顯著性水平，認為不同的牧草品種對牧草的生長率產生顯著影響。

(4)以播種后第30天4種牧草的平均葉長為觀測變量，以不同牧草品種為控制變量，得到結果如表12。

表12 不同牧草平均葉長的單因素方差分析

從表12可以看出，如果顯著性水平α為0.05，由于概率P值小于顯著性水平，認為不同的牧草品種對牧草的平均葉長產生顯著影響。

(5)以播種后第30天4種牧草的平均葉寬為觀測變量，以不同牧草品種為控制變量，得到結果如表13。

從表13中可以得出，如果顯著性水平α為0.05，由于概率P值小于顯著性水平，認為不同的牧草品種對牧草的平均葉寬產生顯著影響。

(6)以播種后第30天4種牧草的平均葉面積為觀測變量，以不同牧草品種為控制變量，得到結果如表14。

表13 不同牧草平均葉寬的單因素方差分析

表14 不同牧草平均葉面積的單因素方差分析

從表14中可以得出，如果顯著性水平α為0.05，由于概率P值小于顯著性水平，認為不同的牧草品種對牧草的平均葉面積產生顯著影響。

(7)以播種后第30天4種牧草莖葉的平均鮮質量為觀測變量，以不同牧草品種為控制變量，得到結果如表15。

表15 不同牧草莖葉平均鮮質量的單因素方差分析

從表15中可以得出，如果顯著性水平α為0.05，由于概率P值小于顯著性水平，認為不同的牧草品種對牧草莖葉的平均鮮質量產生顯著影響。

(8)以播種后第30天4種牧草莖葉的平均干質量為觀測變量，以不同牧草品種為控制變量，得到結果如表16。

表16 不同牧草莖葉平均干質量的單因素方差分析

從表16中可以得出，如果顯著性水平α為0.05，由于概率P值小于顯著性水平，認為不同的牧草品種對莖葉平均干質量產生顯著影響。

3.3 4種牧草的聚類分析

運用SPSS統計分析軟件，把4種牧草的存活率、平均株高、生長率、平均葉長、平均葉寬、平均葉面積、莖葉的鮮質量和干質量八個指標作為參與層次聚類分析的變量放在一起進行處理，把牧草品種作為標記變量，度量標準中的區間選擇歐氏距離，對蘇丹草、黑麥草、高丹草和紫花苜蓿進行層次聚類分析并歸類[4]。

輸入4種牧草的相關數據，進行層次聚類分析的一系列操作，得到下面的播種后第30天的4種牧草的聚類分析樹狀圖。

圖1 播種后第30天4種牧草聚類分析樹狀圖

通過該樹狀圖可得4種牧草一共分別三類：紫花苜蓿歸為一類，此牧草為不適合在桉樹林下種植；黑麥草和高丹草歸為一類，牧草為基本適合在桉樹林下種植；蘇丹草歸為一類，此牧草最適合在桉樹林下生長。

4 結論與討論

4.1 討論

學者樊曉東[9]曾提到，影響牧草生物量的因素有很多，如光照條件、水分條件、地勢、人員管理等，其中牧草品種的選擇也會對其生物量造成極大影響。選擇牧草在桉樹林下種植，必須考慮這種牧草在該地的各方面的條件是否適合生長，是否能達到最大產量[10]。如在北方生長較好的無芒雀麥，在南方其生長速率和生長質量低下，因此該牧草不適合在南方生長。本文通過選擇在試驗地桉樹林下種植的最適合的牧草的研究，同樣遵循了該因地種植的規律。

分析牧草的株高和牧草產量的關系，株高和產量并不是一直處于正相關關系[11]。在牧草的株高生長的前期，同一種牧草株高越高，該牧草的產量就越大。當牧草的株高生長到一定高度時，該牧草的產量達到最大。當牧草超過產量最大的高度繼續生長時，牧草的產量則逐漸下降。本文通過試驗測量4種牧草在播種后的第20天和第30天的平均株高，發現其株高與莖葉的鮮質量和干質量處于正相關關系，說明本文研究的是牧草生長的前期階段。

分析牧草的葉長、葉寬和產量的關系，當葉寬一定或相近時，葉長與產量存在正相關關系；當葉長一定或相近時，葉寬與產量存在正相關關系[12]。本研究的黑麥草的葉相對較長，但葉寬在4種牧草中是最小的，所以其莖葉的鮮質量和干質量排在較后位置。紫花苜蓿的葉寬在4種牧草中是最大的，但其葉長是最短的，且與其他牧草相比落后很多，所以其莖葉總鮮質量和總干質量也是排在較后位置。

分析牧草的存活率和產量的關系，牧草存活率越高，并不意味著其產量就越高[13]。研究的黑麥草的存活率比紫花苜蓿高，但黑麥草的莖葉鮮質量比紫花苜蓿低。

分析牧草的葉面積和產量的關系，牧草的葉面積和產量為正相關關系。當牧草的總葉面積越大，該牧草的產量越大。本試驗蘇丹草的葉面積在4種牧草中最大，其莖葉的總鮮質量和總干質量也是最大，與王義芹等學者[14]的結論是一致的。

4.2 結論

紫花苜蓿在存活率、生長率、平均株高、平均葉長、平均葉面積、莖葉的平均鮮質量和平均干質量等指標與其他三種牧草相比處于劣勢，唯平均葉寬占有優勢，綜合各方面因素說明紫花苜蓿不適合種植在該試驗地的桉樹林下。蘇丹草在各項指標中都較高，且與其他牧草相比優勢非常明顯，蘇丹草最適合在桉樹林下種植。而黑麥草和高丹草的生長狀況居于中等水平，為基本適合在該試驗地桉樹林下種植的牧草，因此種植這兩種牧草須以謹慎的態度。通過4種牧草八項指標的顯著性分析，不同牧草品種間的差異較大，對各項指標的影響是顯著的。通過4種牧草的聚類分析，結果顯示，黑麥草和高丹草在播種后第20天和第30天的存活率、播種后第20天和第30天的平均株高、播種后第20天和第30天的平均葉長這些特征中具有相似性，歸為一類，為基本適合種植的類別；而紫花苜蓿和蘇丹草在各項指標中都有較大差異，因此各自歸為一類，分別為不適合種植類別和最適合種植類別。