不同造林模式桉樹人工林凋落物和土壤水源涵養能力的差異

摘要：通過對尾巨桉人工林（純林）、尾巨桉+雜交相思混交林模式A（水平分布排列1行桉樹+1行相思樹）、尾巨桉+雜交相思混交林模式B（縱向分布排列2列桉樹+2列相思樹）三種不同造林模式凋落物和土壤的水源涵養能力進行了比較分析。結果表明：（1）三種林分凋落物現存量為1.87～3.52 t?hm-2，表現為混交模式A＞混交模式B＞桉樹純林；（2）凋落物最大持水量為5.05～9.12 t?hm-2，有效攔蓄量為3.92～6.91 t?hm-2，均表現為混交模式A＞混交模式B＞桉樹純林；（3）三種林分類型土壤容重均值為1.297～1.340 g?cm-3，表現為桉樹純林最大，混交模式B最小；土壤非毛管孔隙度均值為5.02%～6.61%，土壤總孔隙度均值為44.86%～45.72%，均表現為混交模式B＞混交模式A＞桉樹純林；（4）三種林分土壤（0～60 cm）最大持水量和有效持水量為891.80～914.33 t?hm-2和100.33～132.07 t?hm-2，均以混交模式B最大，桉樹純林最小。綜合凋落物和土壤持水能力，混交模式B的水源涵養能力最強，其次是混交模式A，桉樹純林最弱。說明桉樹與相思樹混交林比桉樹純林具有更強的水源涵養能力，營造桉樹混交林有利于改善林分生態。該研究結果為廣西東南區域發展桉樹混交林，促進桉樹人工林可持續經營提供了參考依據。

關鍵詞：尾巨桉；雜交相思；混交模式；凋落物；土壤；水源涵養

中圖分類號：S792.39 文獻標志碼：A

Difference in Litter and Soil Water Conservation

Capacity of Eucalyptus Plantations under Different Afforestation Models

YAO Yongguang1， CHEN Kui1， LUO Dongqing1， FENG Junzhen1， HUANG Xuanhong1， WEN Yuli2， HE Bin2*

（1Guangxi National Gaofeng Forest Farm， Nanning， Guangxi 530001， China; 2College of Forestry， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530004， China）

Abstract： Litter and soil water conservation capacity of plantations under three different patterns， Eucalyptus urophylla×E. grandis plantation （pure forest）， E. urophylla×E. grandis + Acacia mangium×A. auriculiformis hybrid forest pattern A （horizontal distribution of horizontal arrangement 1 eucalypti row+ 1 acacia row） and E. urophylla×E.grandis + A. mangium×A. auriculiformis hybrid forest pattern B （longitudinal distribution of 2 eucalyptus columns + 2 acacia columns） were compared， and the results showed that： （1） The standing litter of the three forest stands ranged from 1.87 to 3.52 t·hm-2， following the order of mixed mode Agt;mixed mode Bgt;pure eucalyptus forest. （2） The maximum water capacity of litter was from 5.05 to 9.12 t·hm-2， and the effective storage capa city was from 3.92 to 6.91 t·hm-2， all of which followed the order of mixed mode Agt;mixed mode Bgt;pure eucalyptus forest; （3） Average soil bulk density of the three forest stands was from 1.297 to 1.340 g·cm-3， with pure eucalyptus forest as the largest and mixed mode B the smallest; the average non-capillary porosity of the soil was 5.02%-6.61%， and the total porosity of the soil was 44.86%-45.72%， following the order of mixed mode Bgt;mixed mode Agt;pure eucalyptus forest. （4） The maximum and effective soil water conservation capacity of the three forest stands （0-60cm） were 891.80-914.33 t·hm-2 and 100.33-132.07 t·hm-2， respectively and mixed mode B had the highest soil capacity and pure eucalyptus forest had the lowest soil capacity. Considering litter and soil water conservation capacity， mixed mode B has the strongest water conservation capacity， followed by mixed mode A， and pure eucalyptus forest has the weakest. The mixed forest of eucalyptus and acacia has stronger water conservation ability than pure eucalyptus forest does， and creating a mixed eucalyptus forest is beneficial for improving ecology of forest. The research results provide a reference basis for the development of eucalyptus mixed forests and the promotion of sustainable management of eucalyptus plantations in the southeastern region of Guangxi.

Key words： Eucalyptus urophylla×E.grandis; hybrid Acacia mangium×A.auriculiformis; mixed model; litter; soil; water conservation

森林水源涵養功能是森林生態系統的重要功能之一[1]。森林生態系統通過林冠層、枯落物層和土壤層截持和貯存水源，將降水轉化為地下徑流，從而調節河川枯水期徑流量[2-3]?？萋湮飳雍屯寥缹臃謩e作為森林水文效應第二和第三作用層，既是林地土壤有機質及養分的主要貯存庫，直接參與生態系統的生物地球化學循環，而且在保持水土、涵養水源和維持生物多樣性等方面都發揮著重要作用[4]。近年來，我國有關學者先后對不同區域各種林分類型水源涵養功能進行了大量研究[4-9]，表明不同森林類型因其樹種組成、林齡和立地條件等不同，其枯落物層和土壤層水源涵養也存在差異。因此，開展不同造林模式人工林凋落物和土壤涵養水源能力的研究，揭示其水源涵養功能的差異，對經營管理上實施提質增效措施具有重要指導意義。

桉樹（Eucalyptus spp.）因其適應性強、生長快、經營周期短和經濟效益高等特點，已成為我國南方地區重要的速生造林樹種之一[10-11] 。廣西是我國最早引種桉樹的?。▍^）之一，截至2020年年底，桉樹種植面積超過233萬hm2" [10-11]，種植面積和蓄積量均居全國第一位。但長期以來，我國的桉樹種植主要采用純林方式，且多數采用短周期多代連栽經營，經營強度過大，造成部分地區出現生物多樣性減少和林地生產力下降等生態退化問題[10-12]，而營造桉樹混交林是當前較為有效的解決方法[10-12]。相思類樹木因其生長快速、枝繁葉茂，且具有固氮作用，一度被廣泛應用于桉樹混交林的試驗研究[13-15]。目前專家學者對桉樹混交林的研究已有較多報道[12-17]，但主要集中在生長特性、生物量生產力、碳儲量和土壤理化性質等方面，涉及到水源涵養功能方面的研究極少。本文以2種不同混交模式的尾巨桉與雜交相思樹為研究對象，以尾巨桉純林為對照，通過對三種造林模式的人工林枯落物層和土壤層持水性能的比較分析，揭示桉樹-相思樹混交林水源涵養功能特性，為桉樹混交林可持續經營提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區自然概況

研究區位于廣西東南部的陸川縣（E110°4′—110°15′，N21°53′—22°3′），屬南亞熱帶季風氣候，年平均溫度21.7 ℃，年平均降雨量1900 mm，年平均無霜期359 d，年日照時數1450～1650 h，相對濕度80%以上。試驗地位于該縣清湖鎮三水村，造林面積約25 hm2，海拔80～150 m，成土母巖為砂巖，土壤以赤紅壤為主，土壤厚度80～120 cm。林下植被層常見的植物有桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）、毛桐（Mallotus barbatus）、山蒼子（Litsea cubeba）、鐵芒箕（Dicranopteris dichotoma）、五節芒（Miscanthus floridulu）、蔓生銹竹（Microstegium vimineum）和東方烏毛蕨（Blechnum orientale）等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置

試驗地前茬為桉樹純林，2017年底完成采伐后，經煉山后挖穴整地，種植穴規格為50 cm×50 cm×30 cm。2018年6月開始新造林，共設置3種造林模式，分別是：（1）桉樹純林，造林密度為1395株?hm-2（株行距1.8 m×4 m）；（2）混交模式A，1行桉樹（尾巨桉）+1行相思樹（雜交相思）水平分布行狀混交，株行距1.5 m×3 m；（3）混交模式B，2列桉樹（尾巨桉）+2列相思樹（雜交相思）縱向分布列狀混交，株行距3 m×1.5 m。兩種混交模式的造林密度均為2222株?hm-2（混交比例尾巨桉∶雜交相思=1∶1，桉樹、相思樹的種植密度各為1111株?hm-2）。造林當年夏季和秋季各除草1次，第2、第3年的春季各除草1次，第一年夏季和第2～4年春季各施肥1次。

2022年10月，在3種造林模式中選擇立地條件（母巖和土壤類型相同，坡向、坡度、坡位和海拔高度）基本一致的地段，分別設置20 m×20 m標準樣地各3個，進行每木檢尺，實測樣地內樹木胸徑和樹高等林分因子 [17]。各樣地概況見表1。

1.2.2 枯落物采集和各指標測定

在樣地內沿對角線設置3個2 m×2 m的樣方進行枯落物層調查[18-20]，采集樣方內全部枯落物，根據枯落物的分解程度將枯落物層分為未分解層和半分解層，分別測定其鮮質量。然后分別收集約200 g 樣品裝入塑料封口袋中帶回實驗室準確稱量后，分別置于80°烘箱中烘干，測定干質量，計算其含水率和林分凋落物現存量。根據凋落物中未分解層和半分解層干質量比例，將烘干后凋落物混合成50 g樣品，各裝入已知質量的100目尼龍網袋內并放入盛有清水的容器中浸泡，分別于浸泡0 、0.5 、1 、2 、4 、6 、8 、10 、12 h和24 h后取出，靜置5 min至無滴水時迅速稱其濕質量。參照文獻[6-8，10]計算凋落物持水率、凋落物最大持水量（最大攔蓄量）和有效持水量（有效攔蓄量），計算公式為：

Rx=（Wx－W0）÷W0 （1）

Wm=W×Rm （2）

We=（0.85 Rm－R0）×W （3）

式中：Rx為凋落物在浸泡時間x（h）的持水率；Wm為凋落物最大持水量（t?hm-2）；We為凋落物有效持水量（t?hm-2）；Wx為凋落物在浸泡時間x（h）后的濕質量；W0為凋落物干質量（t/hm-2）；Rm為凋落物最大持水率；R0為凋落物自然含水率；W為凋落物蓄積量（t?hm-2）。

1.2.3 土壤樣品采集和各指標測定

在每個樣地內沿對角線設置上、中、下坡3個采樣點（離樹木均在1.2 m以上），挖掘土壤剖面后按0 ～＜ 20 cm、20 ～＜ 40 cm和40 ～ 60 cm采集各土層土壤混合樣品，同時用不銹鋼環刀采集各土層原狀土。將樣品帶回實驗室進行土壤容重、孔隙狀況和和持水能力測定，具體測定和計算方法參見《森林土壤水分—物理性質的測定》[20]。

1.2.4 數據分析

采用Excel" 2013軟件進行數據的整理、計算和作圖，運用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析和差異性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同混交模式凋落物層水源涵養能力

2.1.1 凋落物層蓄積量

從表2中可見，不同林分類型的凋落物蓄積量在1.87" ～" 3.52" "t?hm-2，表 現為混交模式A（3.52t?hm-2）gt;混交模式B（3.46 t?hm-2）gt;桉樹純林（1.87 t?hm-2），其中混交模式A、混交模式B與桉樹純林均存在差異顯著（P＜0.05）。不同造林模式凋落物總儲量中未分解層和半分解層占比分別在44.72%～56.30%和43.70%～55.28%，其中半分解層占比最高為混交模式A，最低是桉樹純林。

2.1.2 凋落物持水性能

凋落物的水源涵養能力主要體現在最大持水量（最大攔蓄量）和有效攔蓄量。從圖1中可知3種林分類型凋落物最大持水量在5.05～9.12 t?hm-2，表現為混交模式A（9.12 t?hm-2）gt;混交模式B（8.22 t?hm-2）gt;桉樹純林（5.05 t?hm-2），其中混交模式A和混交模式B與桉樹純林間差異顯著（Plt;0.05）；不同造林模式凋落物有效持水量表現為混交模式A（6.91 t?hm-2）gt;混交模式B（6.11 t?hm-2）gt;桉樹純林（3.93 t?hm-2），兩種混交模式與桉樹純林間的差異均達到顯著水平（Plt;0.05）。

2.2 土壤物理性質及水源涵養能力

2.2.1 土壤容重及孔隙狀況

土壤容重和孔隙狀況是土壤持水能力的重要指標，土壤容重的高低和孔隙的大小及組成與持水能力密切相關[20]。表3可見，不同造林模式土壤容重均呈現隨土層加深而增大趨勢。各造林模式土壤（0 ～ 60 cm）平均容重為1.297 ～ 1.340" g?cm-3，

表現為尾巨桉純林（1.340 g?cm-3）gt;混交模式A（1.303 g?cm-3）gt;混交模式B（1.297 g·cm-3），其中以0 ～ lt;20 cm土層差異較大，隨著土層加深，不同造林模式相同土層容重間的差異逐漸減小。與土壤容重相反，不同造林模式土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度均隨土層加深而逐漸下降；各造林模式土壤平均土壤非毛管孔隙度和平均總孔隙度均表現出與土壤容重相反的變化趨勢，其中0 ～ lt;20 cm土層中混交模式A（7.65%）和混交模式B（8.32%）土壤非毛管孔隙度均顯著高于桉樹純林（5.96%）；在40 ～ 60 cm土層，不同造林模式土壤非毛管孔隙度和總孔隙度間沒有明顯差異。

2.2.2 土壤持水能力

土壤飽和持水量由毛管孔隙與非毛管孔隙的水分貯蓄量所構成，反映了土壤水分調蓄能力的高低[8]。非毛管孔隙的大小決定了土壤有效持水量的多少，是土壤持水能力強弱的重要表征。從表3和表4可見：不同造林模式土壤（0～60 cm）最大持水量為混交模式B（2743.00 t?hm-2）gt;混交模式A（2702.80 t?hm-2）gt;桉樹純林（2675.40 t?hm-2）；土壤有效持水量為混交模式B（396.20 t?hm-2）gt;混交模式A（376.20 t?hm-2）gt;桉樹純林（301.00 t?hm-2）。隨土層加深，不同造林模式土壤最大持水量和有效持水量均呈現逐漸下降，且不同造林模式相同土層的差異也逐漸減少。

2.3 不同混交模式凋落物和土壤的總蓄水能力

林地的總持水能力為枯落物層和土壤層持水量能力之和。從表4中可見：混交模式A和混交模式B的凋落物層和土壤層的總蓄水量分別為2711.92 t?hm-2和2751.22 t?hm-2，分別比桉樹純林模式（2680.45 t?hm-2）高了31.47 t?hm-2和70.77 t?hm-2，混交模式A與混交模式B之間差異不顯著；而在凋落物和土壤的總有效蓄水量中，混交模式A（383.11 t?hm-2）和混交模式B（402.31 t?hm-2）分別比桉樹純林（304.93 t?hm-2）高了78.18 t?hm-2和97.38 t?hm-2，差異均達到顯著水平。從兩個層次在林地總持水量和總有效持水量占比看，土壤最大持水量占比為99.5%以上，土壤有效持水量占比也達到98.5%以上，說明土壤層是森林水源涵養的主體。

3 結論與討論

本研究中：從凋落物現存量看，表現為混交模式A＞混交模式B＞桉樹純林，且前兩者現存量分別是桉樹純林的1.8倍以上，且凋落物組成中的半分解層占比及現存量均明顯高于桉樹純林；從凋落物的持水性能看，無論是凋落物最大持水量還是有效持水量，均表現為混交模式A＞混交模式B＞桉樹純林，這與雜交相思枝葉繁茂、枯落物量大且利于分解等生物學特性有關，說明桉樹與相思樹混交更有利于凋落物的積累和分解，更有利于提高其凋落物層的蓄水能力。

本研究中：不同造林模式土壤層最大持水量和有效持水量大小次序均為混交模式B＞混交模式A＞桉樹純林；而在土壤垂直剖面分布上，無論是土壤容重、土壤孔隙狀況還是持水能力，不同造林模式間的差異均隨土層加深而下降，說明桉樹與相思樹混交林更有利于改善土壤水源涵養能力。

本研究以凋落物層和土壤層的總持水量和總有效持水量作為林分水源涵養能力的評價指標：凋落物層和土壤層的總持水量表現為混交模式B＞混交模式A＞桉樹純林，其中土壤層持水量占99.5%以上；凋落物層和土壤層的總有效持水量為混交模式B＞混交模式A＞桉樹純林，其中土壤層有效持水量占98.5%以上。土壤層是林分涵養水源的主要場所，而枯落物層雖然持水能力相對較少，但其對土壤結構和孔隙性狀的改善、減少地表徑流和水土流失等方面都發揮著重要作用。

本研究結果顯示，桉樹與相思樹混交林的水源涵養能力比桉樹純林好。2種混交模式中，無論是林木生長量的主要指標，還是土壤層最大持水量和有效持水量以及凋落物層和土壤層總的持水量，都以混交模式B較優，表明縱向排列的混交模式具有更強的水源涵養能力。本研究為廣西東南區域營造桉樹混交林提供了參考依據。

當前，桉樹生產已成為廣西林業生產發展的重要支柱產業之一。如何合理經營和科學管理桉樹人工林，維持其持久生產力，減少其對生態環境的負面效應影響，已成為當前和今后林業生產實踐和生態環境建設中所面臨的重大問題。已有的研究表明[12-15，21]，與桉樹純林相比，桉樹與相思樹混交林不但有利于促進林木的生長發育，而且有利于提高土壤養分含量，改善土壤結構和孔隙狀況。本研究結果初步表明，尾巨桉與雜交相思混交能夠增強林地水源涵養功能，在減少地表徑流和水土流失等都方面起到了重要的作用。

由于試驗條件的限制，本研究沒有開展桉樹與其他樹種混交的相關試驗工作，研究時間也較短，因此，研究結果在反映尾巨桉與雜交相思混交對林木生長和水源涵養功能的影響以及過程方面還存在不足，今后還有待于開展桉樹與其他樹種混交造林的長期試驗研究，探索出既能促進林木生長，同時具有維護林地地力和水源涵養等生態功能的桉樹人工林經營模式，以促進人工林可持續經營和生態建設的發展。

本試驗混交林中雜交相思的種植密度比例較大，且與尾巨桉同時造林，雜交相思表現出生長快速的優越性使得林分未形成復層林（亞層林），混交林中桉樹出現受壓制現象。在生產實踐中營造桉樹混交林，宜適當降低造林密度，提高桉樹比例，采取錯開造林時間等辦法形成異齡復層林，充分利用林木生長的立體空間，從而實現森林經營效益最大化。

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責任編輯：李菊馨