全 文 ：桉树与豆科植物混交种植对土壤速效养分的影响＊
杨曾奖1＊＊　陈　元2　徐大平1 　彭仕尧2 　王忠林2　陈文平2
(1 中国林业科学研究院热带林业研究所 , 广州 510520;2雷州林业局林业科学研究所 , 遂溪 524348)
摘　要　比较了桉树纯林 、厚荚相思纯林以及两者的行混交林与株混交林的土壤速效养分特征。结果
表明 , 豆科纯林及行混交林的土壤硝态氮含量显著高于桉林 , 铵态氮的格局也相似 ,因而 ,桉树与豆科
植物混交种植可以明显改善土壤氮素营养。土壤速效磷含量以桉纯林最高 , 不同季节速效磷含量以豆
科林最低 ,含磷较高的桉树枯落物及其分解是桉林地表土壤速效磷较高的重要原因;而豆科植物产生
的高氮土壤条件导致整个林分较快的生长 , 造成植物氮磷平衡失调 , 并由此增加了对土壤速效磷的吸
收 , 从而导致豆科林土壤速效磷较低。不同林型土壤速效钾差别不大 , 豆科林土壤小幅度高于其它林
型 ,而不同林型土壤速效硼含量也差别不大 , 但豆科林土壤小幅度低于其它林型 ,这可能是豆科林对钾
与硼的需要与影响不同所致;在植物栽种后不久 , 土壤速效硼迅速下降至极低水平 , 然后逐年大幅度上
升 ,这可能是植物从深层吸收土壤硼并通过凋落物转移至表土的效应;结果也显示 , 造林初期有必要施
用适当硼肥。
关键词　桉树 ,豆科植物 , 混交林 ,土壤速效养分
中图分类号　S714.2　　　文献标识码　A　　　文章编号　1000-4890(2006)07-0725-06
Ef fects of mixed planting legume and Eucalyptus on soil available nutrients.YANG Zengjiang1 , CHEN
Yuan2 , XU Daping1 , PENG Shiy ao2 , WANG Zhonglin2 , CHEN Wenping 2(1 Instituteof T ropical Forestry ,
Chinese Academy of Forestry , Guangzhou 510520 , China;2 I nstitute of Forestry , Lei Zhou Forestry Bu-
reau , S ui xi 524348 , China).ChineseJournal of Ecology , 2006 , 25(7):725 ～ 730.
In this paper , a comparison study was made on the characteristics of soil available nutrients in Eucalyptus
pure plantation(EPP), Acacia pure plantation (APP), and mixed plantations of Eucalyptus and Acacia
planted row by row (MPRR) and individual by individual(MPII).The results show ed that soil NO 3--N
content in APP and MPRR was much higher than that in EPP , and similar pattern was observed fo r soil
NH4
+-N content.Eucalyptus plantation mixed with legumes could remarkably improve soil nitrogen supply.
Soil available phosphorus content was the highest in EPP but the lowest in APP , w hich might result from the
high P content in shed leaves in EPP and the accelerated plant grow th under high soil nitrogen supply in
APP.No distinct difference of soil available potassium and boron contents w as observed among the four plan-
tations , only w ith a slightly higher K and lower B in APP.The different patterns of soil K and B in APP
might result from the different absorption of the two elements by APP.Soon after the establishment of plan-
tations , soil available B dropped to a very low level , but then increased steadily.
Key words　Eucalyptus , legume , mixed plantation , soil available nutrients.
＊国家自然科学基金项目(3963024)、“九五”国家攻关项目(96-011-
01-03)和雷州林业局专项研究资助项目(1999-03)。
＊＊通讯作者
收稿日期:2005-06-05　　接受日期:2006-03-16
1　引　言
桉树是我国南方面积最大的人工林树种 ,它速
生快长 ,并较耐瘠耐旱。近年来 ,由于国际纸浆需求
的不断增加 ,持续带动了华南地区桉树种植业的大
规模发展。然而 ,桉树种植 ,特别是连栽 ,引起地力
衰退 、生产力下降问题相当严重 。这一问题很早就
引起学术界的关注 ,也是桉树种植倍受争议的焦
点[ 2 ,4 ,6 ,15 , 16 ,21 , 22] 。由于经济效益的驱动 ,种植桉树
已成为华南地区农民的自觉行为 ,也是广大农村地
区脱贫的一个途径。因而 ,寻找可持续经营 ,并具有
良好生态效益的桉树种植方式具有重要意义。
将桉树与豆科植物混交种植可能是解决桉树带
来土地退化问题最为可行的途径[ 3 , 10 ,12 , 17 ,20] ,豆科
植物的固氮作用为系统提供重要的氮源 ,使土壤环
境具有很高的动物多样性与微生物多样性 ,有效维
持土壤肥力和土地生产力 。然而 ,桉树-豆科植物混
交林生态系统只是最近 10多年时间才引起广泛关
注 ,对其生态功能与生态过程的认识还非常有限 ,特
生态学杂志 Chinese Journal of Ecology　2006 , 25(7):725～ 730　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　
DOI :10.13292/j.1000-4890.2006.0140
表 1　试验地土壤剖面化学性质
Tab.1　Chemical properties of different soil profi les
土层厚度(cm) pH(水浸)
有机质
(g·kg -1)
全 N
(g·kg -1)
全 P
(g·kg -1)
全 K
(g·kg -1)
碱解 N
(mg·kg -1)
速效P
(mg·kg -1)
速效K
(mg·kg -1)
速效 B
(mg·kg -1)
0～ 20 4.28 19.85 0.83 0.50 1.42 73.40 1.74 18.25 0.39
20～ 40 4.60 14.00 0.65 0.47 1.35 50.62 0.47 10.90 0.37
40～ 60 4.84 9.89 0.52 0.45 1.99 48.14 0.58 12.27 0.37
60～ 80 4.81 7.36 0.44 0.50 1.88 39.23 0.48 7.22 0.31
80～ 100 4.74 5.82 0.38 0.46 2.00 32.87 0.43 5.71 0.35
别是土壤养分过程 ,它是决定一个系统是否处于良
性循环的关键 ,也是土壤系统养分供应水平的敏感
指标。本研究针对这一问题 ,开展了桉树与豆科植
物混交种植的对比试验 ,研究不同混交模式下土壤
速效养分的特征 ,以寻找优化混交模式 ,为桉树在本
地区的可持续经营提供科学依据。
2　研究地区与研究方法
2.1　研究区概况
试验在广东省雷州半岛开展 ,位于 20°21′N ,
110°1′E。本地区有长期种植桉树的历史 ,土地退化
问题特别突出。试验地光照充足 、热量丰富 ,年平均
气温 23.5 ℃, 7月平均气温 28.9 ℃, 1月平均气温
16.4 ℃,全年无霜。年降雨量 1 880 mm , 年平均降
雨日 135 d 。干湿季节明显 ,5 ～ 9月为雨季 ,占年降
雨量的 85%,以南风为主 。旱季为 11月至次年 3
月 ,以北风为主。年蒸发量 770 mm , 相对湿度
85%。属南亚热带湿润性季风气候 。
试验地土壤发育于玄武岩 ,受母质的影响 ,孔隙
度发达 ,渗透性 、通气性较好 ,底土保湿性能好 ,抗旱
能力较强。土壤暗红棕色 ,质地轻粘 ,土壤较肥沃 ,
试验地土壤剖面化学性质见表 1 。
2.2　材料与方法
试验用目前广泛种植的桉树(Eucalyptus U6)
与厚荚相思(Acacia crassicarp)进行混交对比 。在
一块平坦的采伐迹地上 ,划分为 16块试验小区 ,小
区面积为 0.15 hm2 ,设置 4个处理:行间混交 、株间
混交 、桉纯林和相思纯林 ,每个处理 4个重复 ,全随
机分配于 16个小区上。种植规格为 1.3 m ×2.7
m ,于 1999年春季种植 ,并按当地造林习惯施底肥 。
2000 ～ 2002 年 ,在不同季节采集表层土壤(0 ～ 10
cm),测定土壤速效养分 ,共测定了 7 次。采样时 ,
在株间与行间各随机采 6个点 ,混合成一个混合样 。
样品测定了硝态氮 、铵态氮 、水解氮 、速效 P 、速效 K
和有效 B的含量[ 1 ,5 ,23] 。同时在每小区设置了 5个
凋落物收集框 ,在第 3年进行了为期 1 年的收集工
作 。用 SPSS 12.5对数据进行统计分析 。
3　结果与分析
3.1　硝态氮含量及其动态变化
土壤可供植物吸收的速效态 N 主要包括无机
态的氨态氮和硝态氮 ,以及可溶性的有机 N 。对试
验林的多次调查结果(图 1)表明 ,处理间硝态氮含
量平均值之间有极显著差异(P <0.001),以相思纯
林的含量最高 ,达到 3.06 mg·kg -1 ,其次为行间混
交 2.21 mg·kg-1 ,株间混交 1.75 mg·kg-1 ,它们对
比桉纯林 1.68 mg·kg-1 ,分别提高 82.1%、31.5%
和 4.2%。显然 ,厚荚相思能极显著提高土壤硝态
氮含量 ,它与桉林混交 ,能一定程度提高混交林土壤
硝态氮含量 。
图 1　不同处理的 NO3-N含量
Fig.1　NO3-N content under different treatments
　　从时间动态上看(图 2),硝态氮的变化 ,除了
2000年 6月的第 1次调查外 ,相思纯林的硝态氮含
量在各个时间上都要比其它处理高 ,桉纯林相对低 ,
株间混交与桉纯林呈现交替变化曲线 ,行间混交比
株间混交由于其间相思生长较好 ,林地土壤硝态氮
是比较高的 ,但总的变化趋势相差不大 。无疑它们
的变化与相思桉树的生长及其林下凋落物密切相
关[ 12 ,18] ,且在夏季(7 月 、8 月)含量比冬季(11 月)
明显高 。
726　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 25 卷　第 7 期　
图 2　不同处理 NO3-N 含量的动态变化
Fig.2　Change of NO3-N content with time under di fferent treatments
　　陈祥伟等[ 14]对不同森林类型土壤氮矿化的研
究发现 ,硝态氮含量在每 2 个林型之间以及每 2 个
月之间的差异都是显著的 ,7 ～ 8月各林型土壤的氨
化作用及硝化作用最为强烈 ,本研究结果与陈祥伟
等研究结果相一致 。苏波等[ 13]研究了油松纯林和
油松-辽东栎混交林的硝态氮浓度变化 ,发现各月
之间均存在极显著差异 , 但林型间差异不显著 。
Niklinska等[ 25]对不同纬度的欧洲赤松林土壤氮矿
化的研究却发现 ,土壤硝态氮的变化很小。莫江明
等[ 19]报道鼎湖山马尾松针阔叶混交林土壤硝态氮
和铵态氮均表现出明显的季节性变化特点 ,但总有
效氮在各个季节均主要由铵态氮组成(占 92.6%～
94.33%)。李志安等[ 8]发现 ,硝化作用与森林类型
密切相关 ,非豆科森林土壤矿化产物以铵态氮为主 ,
而极少硝态氮;豆科森林土壤则以硝态氮含量为高;
即使在低 pH 条件下 ,硝化作用也并非是偶尔出现
的现象 , 而是一个极其重要的矿化过程 。Paschke
等[ 26]把低 pH 条件下的强硝化作用归因于耐酸异
养型硝化细菌 ,这些细菌被认为能把有机氮直接转
变为硝态氮[ 24] ,如果这些细菌是硝态氮形成的主要
因素 ,那么 ,正是豆科林下含较高氮的土壤与枯枝落
叶诱导形成了这些耐酸型硝化细菌 。
3.2　铵态氮含量及其动态变化
图 3为多次铵态氮测定结果的平均水平 。结果
表明 ,各处理间铵态氮含量平均值之间没有达到统
计上的显著差异(P >0.05),行间混交 、株间混交 、
桉纯林与相思纯林的铵态氮含量分别为 12.49 、
11.20 、11.76 和 12.91 mg·kg -1 ,其中 ,相思林下土
壤铵态氮含量最高 ,为桉树纯林的 109.8%。从时
间动态看(图 4), 2001年 4月 、2002年 4 月和 2002
年 11月等天气较冷的时期 ,铵态氮的含量比其它时
候要低。而在 7月等气温较高的时候铵态氮的含量
图 3　不同处理的 NH4+-N含量
Fig.3　NH4+-N content under different treatments
图 4　不同处理 NH4+-N含量的动态变化
Fig.4　Change of NH4+-N content with time under di fferent treat-
ments
稍高。铵态氮的时间动态特征与硝态氮基本相同。
　　莫江明等[ 19]认为硝态氮和铵态氮的季节性变
化是多方面环境因素综合作用的结果 ,由于氮素矿
化是微生物参与的过程 ,因此土壤温度和湿度的季
节性变化是其中重要原因之一 。因此 ,夏季较高的
氮水平正是高温高湿条件下有利于微生物的生长 ,
促进了氮素矿化的结果。同时 ,相思林下丰富的凋
落物为氮素的矿化提供了有利条件。
3.3　速效磷含量及其动态变化
图 5为不同林型土壤速效磷含量比较 。结果显
示 ,桉树纯林比相思和混交林有相对较高的速效磷
含量 ,达到了 4.39 mg·kg-1 ,而行间混交 、豆科纯林
和株间混交分别为 3.86 、3.80 和 3.30 mg·kg-1 。
桉林纯林土壤速效磷含量高于其它处理(P <
0.01)。同时 ,桉树纯林下土壤速效磷的变化波动较
大(图 6),而相思林下有相对稳定的速效磷素水平 。
桉树枯落叶的磷含量为 3.86 g·kg-1 ,而相思
叶只有 2.87 g·kg-1 。廖观荣等[ 21 ,22]报道 ,尾叶桉
纯林及其粗果相思混交林下的凋落物蓄积的磷素养
分分别为 3.92和 2.99 kg·hm-2 。可知含磷较高的
727杨曾奖等:桉树与豆科植物混交种植对土壤速效养分的影响
图 5　不同处理的速效 P含量
Fig.5　Avai lable P content under different treatments
图 6　不同处理速效 P含量的动态变化
Fig.6　Change of P available content with time under different treat-
ments
桉树枯落物及其分解是造成林下土壤速效磷含量较
高的主要原因。相思林下产生的高氮土壤条件导致
整个林分较快的生长 ,造成植物氮磷平衡失调 ,并由
此增加了对土壤速效磷的吸收也有一定的关系。雷
州半岛气候条件不稳定 ,多台风或暴雨 ,则是造成土
壤速效磷变化波动较大的主要原因 ,它影响了凋落
物的数量和分解速率 。
张家武等[ 7]则发现 ,马尾松纯林土壤的速效磷
含量高于马尾松-火力楠混交林 ,并有高温季节(4
月 、7月)明显高于低温季节(1 月 、10 月)的特征 。
杨曾奖等[ 10]发现桉树与大叶相思混交 10年后对土
壤速效磷影响不明显 ,肖文光等[ 12]报道桉树与厚荚
相思混交林的土壤速效磷也没有明显差异。结果表
明 ,混交林并不能提高土壤速效磷的含量 ,即使是豆
科与非豆科林的混交也是如此 。
3.4　速效钾含量及其动态变化
相思纯林土壤的速效钾含量最大(图 7),达到
18.52 mg·kg -1 ,桉树纯林为16.23 mg·kg-1 ,行混
图 7　不同处理的速效K含量
Fig.7　Available K content under di fferent treatments
图 8　不同处理速效 K含量的动态变化
Fig.8　Change of available K content with time under di fferent treat-
ments
交与株混交分别为 15.39和 16.29 mg·kg-1 。相思
林下土壤速效钾的含量高于其它处理(P <0.05)
(图 7)。
　　从时间变化曲线看 , 种植之初土壤有较高的速
效钾含量 ,而后趋于平稳 ,这一定程度上与施肥有
关 ,桉树和相思枯落叶的含钾量分别为 11.68 和
14.31 mg·kg-1 。
　　杨曾奖等[ 10]报道 ,桉树和大叶相思混交 10年
后 ,使 0 ～ 20 cm 土层土壤速效钾含量提高了 6.88
mg·kg-1 。本试验可能因为混交时间较短 ,相思凋
落物分解释放的钾素尚不能显著影响土壤的速效钾
含量 ,因此处理间差异并不显著 。
3.5　速效硼含量及其动态变化
从多次测定结果的平均值看(图 9),各处理土
壤速效硼含量的差异不明显 ,桉树林比相思林稍高。
图 10为速效硼的时间动态 ,种植后开始有一显著的
下降 ,而后持续上升 ,并有一定的波动 ,4 种林型动
态特征极为相似 。这一不断上升的趋势显示 ,植物
728　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 25 卷　第 7 期　
对硼素有显著的富集作用 ,而且与林型关系不大 。
种植初期由于树木的快速生长 ,对硼的大量吸收造
成表层土壤速效硼明显下降。而后 ,由于自然整枝
大量枯枝落叶回归地表 ,枯落物分解提高了土壤速
效硼的含量 ,并随时间的延长 ,表现为生物对硼素的
明显富集作用 ,使得表层土壤速效硼不断提高 。从
种植后 1.5 年(2000 年 9 月)的最低点 0.20 mg·
kg-1 ,提高到 2002年 11月的 1.08 mg·kg-1 。桉树
和相思落叶的硼含量分别为 0.76 和 0.68 mg·
kg
-1 ,两者差别不明显 。
图 9　不同处理的速效 B含量
Fig.9　Avai lable B content under different treatments
图 10　不同处理速效 B含量的动态变化
Fig.10　Change of available B content with time under di fferent treat-
ments
　　桉树缺硼可引起较严重的生理病害 ,硼虽是微
量元素 ,但其对植物生长的影响并不亚于大量元素 ,
硼甚至是桉树成林的关键因素[ 9] 。杨曾奖等[ 11] 报
道 ,在紫色红壤上添加微量元素硼 ,可使 2年生的尾
叶桉高生长提高 54.3%,极其显著地促进植物生
长。本研究结果表明 ,在人工林生长的初期必须注
意硼的补给 ,以防止因为硼的不足引起生长的显著
下降 。
4　结　论
豆科植物可以明显地改善土壤中的氮素养分供
应 ,即使是造林只有 4年的人工林 ,豆科林土壤的有
效氮水平明显高于其它林型。桉与相思混交 ,行混
交土壤速效氮水平比株混交或桉纯林高。在 4年林
龄的人工林土壤中 ,豆科与桉树混交只是有限程度
改善了土壤的氮素营养 ,土壤中较低水平的速效氮
可能是由于桉的吸收所致 ,预期混交种植可促进桉
个体的生长 。
桉纯林土壤的有效磷最高 ,而豆科纯林或含豆
科混交林则较低;从时间动态上也显示 ,只有豆科纯
林的磷含量是处于低水平的稳定状态 。含磷较高的
桉树枯落物及其分解是桉林地表土壤速效磷较高的
重要原因 ,同时 ,由于豆科固氮作用使土壤氮磷供应
的平衡受到影响 ,较充裕的氮供应促使植物吸收更
多的磷 ,这导致了含豆科植物的林型通常土壤有效
磷较低 。
厚荚相思有利于提高表土有效钾的水平。相思
类植物与桉对硼的吸收利用基本特征相似 ,在栽植
初期土壤速效硼迅速下降 ,但之后持续上升 ,这可能
是植物枯落物促进了地表硼的积累。造林初期适当
施用硼肥具有重要作用 。
本研究中混交林对土壤速效养分的影响并不特
别显著 ,这可能是种植时间短的缘故 ,但从豆科植物
纯林的效应来看 ,可以预期 ,两者混交必然改善土壤
的氮素供应和钾素供应 ,因而 ,混交种植对土地的可
持续经营具有重要意义 。
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作者简介　杨曾奖 , 男 , 1962 年生 , 硕士 , 副研究员。主要从
事森林培育 、植物营养和土壤生态等方面的研究 ,发表论文
30 余篇。 E-mail:ewa ter@pub.guangzhou.gd.cn
责任编辑　王　伟
730　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 25 卷　第 7 期