劉文泉，余 斐，2，黃 鋒，華 雷，李吉躍，何 茜，蘇 艷，邱 權(quán)

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.廣東省林業(yè)科學(xué)研究院 廣東省森林培育與保護(hù)利用重點實驗室，廣東 廣州 510520）

廣東省地處南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水量充沛，但降水主要集中在4—9月，10月至翌年3月降水較少并且降水量低于潛在蒸散量，存在季節(jié)性干旱[1]。水分條件是決定我國大部分森林生產(chǎn)力水平的主導(dǎo)因素，年降水量的大小會直接影響森林生物量[1]。土壤含水量和土壤養(yǎng)分也與植物生長、生產(chǎn)力緊密聯(lián)系，土壤含水量是生產(chǎn)力的主要制約因素[5]，而土壤中的礦質(zhì)元素如碳（C）、氮（N）、磷（P）等對植物生長和生物量積累發(fā)揮重要作用[6-9]。桉樹Eucalytusspp.因其速生、生產(chǎn)力高和適應(yīng)性廣的優(yōu)勢被廣泛關(guān)注并大面積種植，是重要的造林樹種和用材樹種[10]。近年來，我國大力發(fā)展桉樹人工林，截止2018年我國桉樹人工林面積達(dá)546萬hm2[11]，廣東省是我國桉樹人工林的主要種植區(qū)之一[12]。但是短周期連栽方式和不科學(xué)的經(jīng)營管理方式，導(dǎo)致地力退化、生產(chǎn)力下降等問題[13-15]。與澳大利亞、巴西等桉樹人工林發(fā)展較好的國家相比，我國桉樹人工林生產(chǎn)力還很落后[16]。因此，關(guān)于促進(jìn)我國桉樹人工林生長和提高生產(chǎn)力的問題一直是關(guān)注的熱點。

水分與桉樹人工林生長密切聯(lián)系。潘嘉雯等[17]研究我國3個桉樹人工林種植區(qū)生產(chǎn)力及其影響因素發(fā)現(xiàn)，年降水量是影響桉樹人工林生物量的關(guān)鍵因素。丁亞麗等[18]研究表明，喀斯特坡地尾巨桉人工林在雨季水源充足時屬揮霍型消耗利用土壤水分，而旱季時未能獲得充足的水分供應(yīng)，尾巨桉生長速率受到負(fù)面影響。Whitehead等[19]研究桉樹生產(chǎn)力和水分利用時發(fā)現(xiàn)，充足的水分條件能夠有效提高桉樹人工林的生產(chǎn)力。干旱環(huán)境會對植物的生長發(fā)育、生理特征和物質(zhì)代謝產(chǎn)生影響[20-22]。本研究基于廣東省存在的季節(jié)性干旱現(xiàn)象，選擇尾巨桉為材料進(jìn)行造林，并采取與生產(chǎn)上一致的密度、施肥管理措施，對試驗地的桉樹人工林進(jìn)行旱季補水處理，從不同處理的桉樹生長狀況、土壤含水量和土壤養(yǎng)分等方面進(jìn)行深入研究，探討旱季補水對桉樹人工林生長的影響，進(jìn)而為提高桉樹人工林生產(chǎn)力提供數(shù)據(jù)支持和理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于廣東省廣州市增城區(qū)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的教學(xué)試驗基地（23°14′48N，113°38′20E），屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量充足但是分布不均，降水主要集中在4—9月。因此，把4—9月稱為雨季，10月至翌年3月為旱季[23]。整個試驗地共0.536 hm2，所用材料尾巨桉E.urophylla×E.grandis無性系DH32-29為3個月的組培苗，苗高20～35 cm，于2017年4月進(jìn)行造林。造林密度為3 m×2 m（寬行窄株），林分密度為1 667株·hm-2。初始試驗地土壤pH值為4.92，土壤有機質(zhì)、全N、全P、全K、堿解N、有效P、速效K、有效Zn和有效B含量分別為7.03 g·kg-1、0.35 g·kg-1、0.15 g·kg-1、8.83 g·kg-1、30.74 mg·kg-1、0.30 mg·kg-1、10.42 mg·kg-1、0.23 mg·kg-1、0.07 mg·kg-1。土壤田間持水量為20.41%，土壤容重為1.55 g·cm-3。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)置4個處理，處理CK為無水無肥處理（既不施肥也不旱季補水），處理W為有水無肥處理（不施肥但在10月—翌年3月進(jìn)行旱季補水，每周滴灌8 h，4 L/h），處理F為無水有肥處理（施肥但不進(jìn)行旱季補水），處理WF為有水有肥處理（既施肥又在10月—翌年3月進(jìn)行旱季補水，每周滴灌8 h，4 L/h）。連續(xù)滴灌4 h可使深度為40 cm的土壤層含水量達(dá)到田間持水量的90%[24]。試驗地位于山坡上，一共分為5梯，每梯均有4個處理隨機分布，每梯的各處理有桉樹20～90株不等。處理CK總數(shù)為189株，處理W為207株，處理F為177株，處理WF為186株。每個處理區(qū)之間均埋設(shè)50 cm深的防水防腐隔板。采用的肥料為桉樹專用基肥與追肥，施肥量均與生產(chǎn)桉樹用材林的用量一致?；视?017年3月25日在處理F和WF的所有樹木中，穴施入400 g·株-1，第1次追肥于2017年7月29日在處理F和WF的所有樹木中施追肥300 g·株-1，第2次和第3次追肥分別于2018年7月30日、2019年7月4日在處理F和WF的所有樹木中施追肥400 g·株-1。

1.3 指標(biāo)的測定

從2017年4月份起，每個月測量全林植株的胸徑，每2個月測量全林植株的樹高。數(shù)據(jù)統(tǒng)計時將每個處理小區(qū)的四周各剔除1行保護(hù)行數(shù)據(jù)，只留中間重點監(jiān)測植株生長指標(biāo)進(jìn)行計算。單株立木材積計算公式[25]為：V桉樹=0.000 062 876 7D1.821621H0.964360。式中：V為單株材積（m3）；D為胸徑（cm）；H為樹高（m）。蓄積量=平均單株立木材積×林分保留株數(shù)。從2018年1月開始，每個月進(jìn)行1次土壤含水量的測定，利用鋁盒稱重法，每個處理15個重復(fù)。因為表層土壤易受外界環(huán)境影響，含水量波動性大，而桉樹生長早期主要根系在0～50 cm土壤層，因此選擇用土鉆在每個處理小區(qū)的隨機3個不同地方（距離樹木40 cm、深40 cm的地方）取1小鋁盒土樣。稱鮮質(zhì)量后放入105℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量后計算土壤含水量。土壤含水量=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/（干質(zhì)量-鋁盒質(zhì)量）×100%。2018年6月和2019年6月用土鉆在每個處理小區(qū)距離樹木40 cm、深40 cm的地方分別取土200 g左右，每個處理5個重復(fù)，裝入密封袋帶回，自然風(fēng)干后過孔徑2 mm篩，進(jìn)行土壤pH值及有機質(zhì)、全N、全P、全K、堿解N、有效P、速效K、有效Zn、有效B含量的測定。土壤養(yǎng)分含量按國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定：土壤pH值用電位法測定，有機質(zhì)采用重鉻酸氧化-外加熱法測定，全N采用半微量開氏法測定，全P用鉬銻抗比色-紫外分光光度法測定，全K用氫氟酸-高氯酸消煮-火焰光度計法測定，堿解N用堿解擴散法測定，速效P用鉬銻抗比色法測定，速效K用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定，有效Zn用火焰光度計法測定，有效B采用姜黃素吸光度法測定[25]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用SPSS 18.0統(tǒng)計分析軟件用于單因素ANOVA方差分析和Duncan法進(jìn)行多重比較和差異顯著性檢驗（α=0.05）。利用Excel 2016軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱季補水對桉樹人工林生長的影響

2.1.1 桉樹人工林樹高和胸徑生長的月動態(tài)變化

由圖1可以看出，桉樹人工林生長3年期間樹高、胸徑變化較大。4種處理下的樹高、胸徑季節(jié)生長規(guī)律相同，均為雨季4—9月生長速度較快，旱季10月到翌年3月生長速度較慢。有施肥條件的F和WF處理在第1年就開始快速生長，并且在第2年雨季達(dá)到生長高峰期，到了第3年生長速度變平緩；而無施肥條件的CK和W處理第1年生長緩慢，第2年雨季達(dá)到生長高峰后生長速度變平緩。在2019年12月，4個處理的樹高由高到低排列為處理WF(14.53 m)＞處理F（13.67 m）＞處理W（10.14 m）＞處理CK（8.86 m）；胸徑由高到低排列為處理WF(11.78 cm)＞處理F（11.55 cm）＞處理W（7.85 cm）＞處理CK（6.99 cm）。在無施肥條件下進(jìn)行旱季補水，桉樹人工林樹高和胸徑分別提高了14.45%、12.30%；在施肥條件下進(jìn)行旱季補水，樹高和胸徑分別提高了6.29%、1.99%。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在無施肥條件下，通過旱季補水，處理W從第2年4月份開始相對于處理CK，極顯著增加了樹高（P＜0.01），而胸徑從第2年5月份開始產(chǎn)生顯著（P＜0.05）或極顯著差異。在施肥條件下，通過旱季補水，處理WF第2年8月開始相對于處理F，桉樹人工林的樹高存在顯著或極顯著差異，而胸徑無顯著差異。

圖1 桉樹人工林樹高、胸徑的月動態(tài)變化Fig.1 Monthly dynamic changes of tree height and diameter at breast height of Eucalyptus plantation

2.1.2 旱季補水對桉樹人工林生長量和蓄積量的影響

旱季補水對桉樹人工林生長量的影響可從年生長量、旱季和雨季生長量三個部分進(jìn)行分析。從表1可以看出，4個處理的桉樹樹高和胸徑年生長量均為第2年大于第3年，第2年的樹高生長量和胸徑生長量分別是第3年的1.52～2.36倍和1.52～2.31倍。在無施肥條件下，通過旱季補水，第2年桉樹樹高和胸徑生長量分別提高了15.70%、18.63%，第3年桉樹樹高和胸徑生長量分別提高了6.47%、5.10%。在施肥條件下，通過旱季補水，第2年桉樹樹高和胸徑生長量分別提高了10.13%、5.31%，第3年桉樹樹高和胸徑生長量分別提高了10.13%、0.87%。

由圖2可知，4個處理的桉樹樹高生長量在每一年內(nèi)都是雨季大于旱季，2018年4—9月雨季的樹高生長量是2017年10月—2018年3月旱季的1.62～3.60倍，2019年4—9月雨季的樹高生長量是2018年10月—2019年3月旱季的1.33～2.44倍。無施肥條件下，通過旱季補水，2017—2018年旱季樹高生長量提高了32.18%，2018年雨季樹高生長量提高了13.18%，2018—2019年旱季樹高生長量提高了3.60%。有施肥條件下，旱季補水分別在2017—2018年旱季、2018年雨季、2018—2019年旱季、2019年雨季樹高生長量提高了22.39%、1.46%、49.71%、49.29%。4個處理的胸徑生長量都是在第2年雨季達(dá)到最大值后開始逐步下降。無施肥條件下，旱季補水分別在2017—2018年旱季、2018年雨季、2018—2019年旱季胸徑生長量提高了18.92%、11.16%、10.21%。有施肥條件下，通過旱季補水，2017—2018年旱季和2018年雨季胸徑生長量提高了23.33%、9.72%。

圖2 旱季和雨季桉樹人工林樹高和胸徑生長量的變化比較Fig.2 Comparison of changes in height and diameter at breast height of eucalyptus plantations in dry and rainy seasons

從表1可以看出，桉樹人工林生長3 a，林分蓄積量達(dá)到了39.59～127.81 m3/hm2，是第2年蓄積量的1.86～2.27倍。在無施肥條件下，通過旱季補水，第2年桉樹人工林的蓄積量提高了40.25%，第3年蓄積量提高了26.13%。在施肥條件下，通過旱季補水，第2年桉樹的蓄積量提高了4.57%，第3年蓄積量提高了8.12%。

表1 不同處理桉樹人工林年生長量和蓄積量的比較?Table 1 Comparison of annual growth and stand volume of Eucalyptus plantation with different treatments

2.2 旱季補水對土壤含水量的影響

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，旱季補水直接影響到土壤含水量，4個處理的土壤含水量月變化大，處理間的差異明顯。處理W和CK之間、處理WF和F之間的土壤自然含水量對比均是旱季差異較大、雨季差異較小。無施肥條件下，通過旱季補水，2018年和2019年每個月都提高了土壤含水量，雨季提高了0.51%～10.13%，旱季提高了1.95%～57.02%，其中2018年1月、2月、3月、11月、12月和2019年1月、10月、11月、12月土壤含水量提高了10%以上。有施肥條件下，旱季補水在旱季土壤含水量提高了2.22%～48.17%，其中2018年1月、2月、3月、11月、12月 和2019年1月、2月、3月、10月、11月土壤含水量提高了10%以上；而在雨季除了2018年6—8月和2019年7月處理WF的土壤含水量比處理F低1.40%～4.53%外，其他月份均比處理F高3.71%～9.89%。對不同處理進(jìn)行方差分析，無施肥條件下處理W和處理CK之間在2018年旱季的2月、3月、11月、12月和2019年旱季的1月、2月、10月、12月存在顯著性差異或極顯著差異，而在雨季無顯著差異；有施肥條件下處理WF和處理F之間在2018年旱季的1月、2月、3月、11月、12月和2019年旱季的1月、10月存在顯著性差異或極顯著差異，在雨季無顯著差異。

圖3 不同處理的土壤含水量月動態(tài)變化Fig.3 Monthly dynamic changes of soil water content in different treatments

2.3 旱季補水對桉樹人工林土壤養(yǎng)分含量的影響

從圖4可以看出，2018年6月不同處理土壤中的各元素含量差異明顯，旱季補水對土壤pH值及土壤中的各元素含量均產(chǎn)生顯著性差異或極顯著差異。通過旱季補水，處理W的土壤pH值比處理CK提高了5.61%，處理WF的土壤pH值比處理F降低了0.78%。在無施肥條件下，處理W的土壤各元素含量均大于處理CK；處理W土壤中的有機質(zhì)、全N、全P、全K、堿解N、有效P、速效K、有效Zn、有效B含量分別比處理CK高了19.31%、26.03%、6.20%、36.03%、25.67%、65.91%、54.33%、19.66%、34.52%。在施肥條件下，處理WF土壤中的有機質(zhì)、全N、全P、全K、堿解N、有效P含量比處理CK高了5.69%、24.22%、12.41%、23.21%、17.10%、36.36%，速效K、有效Zn、有效B含量比處理CK低了7.20%、6.06%、16.2%。

圖4 不同處理的土壤養(yǎng)分特征Fig.4 Soil nutrient characteristics of different treatments

在2019年6月，旱季補水除了對土壤中的全P、有效P、堿解N含量未達(dá)到顯著性差異外，對其他元素含量和土壤pH值均產(chǎn)生顯著性差異或極顯著差異。通過旱季補水，處理W的土壤pH值比CK降低了2.55%，處理WF的土壤pH值比處理F提高了14.69%。在無施肥條件下，除全P含量比處理CK低3.14%以外，處理W的土壤各元素含量均大于處理CK；處理W土壤中的有機質(zhì)、全N、全K、堿解N、有效P、速效K、有效Zn、有效B含量分別比處理CK高了14.42%、2.86%、11.08%、12.16%、15.46%、5.42%、49.38%、194.37%。在施肥條件下，處理WF土壤中的全P、全K、堿解N、有效P、速效K、有效Zn、有效B含量分別比處理F高了10.39%、26.78%、4.36%、31.49%、23.18%、23.36%、19.18%，有機質(zhì)、全N含量分別比處理F低了6.50%、15.76%。

3 討 論

3.1 旱季補水對桉樹人工林生長的促進(jìn)作用

本研究中，桉樹人工林生長3年期間，采取旱季補水無論在有無施肥條件下均能促進(jìn)桉樹樹高、胸徑和蓄積量生長。4個處理桉樹的樹高和胸徑生長速率都是雨季大于旱季，并且生長高峰都出現(xiàn)在第2年雨季，這與溫遠(yuǎn)光[27]研究廣西1、2代尾巨桉人工林的生長規(guī)律時，發(fā)現(xiàn)胸徑和樹高生長高峰為第2年的結(jié)論一致。桉樹人工林生長3 a，無施肥條件下的旱季補水效應(yīng)大于施肥條件下。無施肥條件下，旱季補水處理對桉樹人工林樹高、胸徑產(chǎn)生顯著效應(yīng)，而有施肥條件下，旱季補水處理只對桉樹人工林樹高產(chǎn)生顯著效應(yīng)，這與Paul等[27]研究的火炬松Pinus taeda人工林生長初期環(huán)境對林分樹高的影響大于胸徑的結(jié)論相吻合。

由桉樹人工林連年生長量可知，旱季補水無論在有無施肥條件下均能提高桉樹人工林樹高和胸徑的連年生長量，并且第2年對樹高和胸徑年生長量的促進(jìn)效果大于第3年，說明桉樹人工林在初期前2 a快速生長的時候特別需要水分，旱季補充的水分對桉樹樹高和胸徑生長有很重要的促進(jìn)作用。到了第3年，無施肥條件下，由于缺少肥料養(yǎng)分補充，處理W的桉樹不能及時得到生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，只靠水分的補充對樹高和胸徑生長的促進(jìn)效果變得微弱；而有施肥條件下，處理WF的桉樹在保證生長必要養(yǎng)分供應(yīng)的同時，又得到了足夠的水分補充，仍然能夠保持較好的樹高生長優(yōu)勢。從桉樹人工林樹高、胸徑生長量在旱季和雨季的差異對比可知，桉樹生長的前3 a，旱季補水在每一年旱季對桉樹樹高和胸徑生長量的促進(jìn)效果都比雨季顯著。尤其在第1年旱季，通過旱季補水，桉樹樹高和生長量提高了18.92%～32.18%，說明了旱季補水對幼齡桉樹生長具有顯著的促進(jìn)作用，這也證實了Lange等[29]發(fā)現(xiàn)在干旱的環(huán)境中，水分是影響植物生長的最重要因素之一。

本研究可以發(fā)現(xiàn)，旱季補水對桉樹人工林樹高和胸徑生長具有明顯的促進(jìn)作用，并且在旱季時促進(jìn)效果顯著。從不同處理的桉樹生長狀況可知，處理CK和處理F的桉樹在旱季時因缺水受到干旱的影響，導(dǎo)致樹高和胸徑的生長速率下降，這也與前人的研究結(jié)論基本一致。周光良等[29]研究干旱脅迫對巨桉Eucalyptus grandis幼樹生長及光合特性的影響時發(fā)現(xiàn)，隨著干旱程度的加重，巨桉光合速率下降，生長受到限制。李林鋒等[31]的研究成果表明，土壤干旱脅迫對桉樹幼苗株高、莖、根系生長及生物量等指標(biāo)均產(chǎn)生顯著影響。因此，在桉樹人工林實際生產(chǎn)上，對其進(jìn)行旱季補水能有效緩解季節(jié)性干旱對桉樹生長的影響，從而加快桉樹用材林的生長，提高生產(chǎn)力。這與Stape等[32]發(fā)現(xiàn)桉樹人工林在施肥的條件下，水分是限制林分生產(chǎn)力的最主要因素這一結(jié)論相符。

3.2 旱季補水對土壤含水量和土壤養(yǎng)分含量的影響

本研究表明，桉樹人工林進(jìn)行旱季補水后會直接影響土壤含水量，旱季大部分月份的土壤含水量都提高了10%以上。在2017—2019年期間，發(fā)現(xiàn)旱季補水所增加的旱季土壤含水量逐年減小，說明樹木在不同生長時期所需求的水分不同。隨著樹木的不斷長大，對水分的需求量和吸收量也越來越大。趙從舉等[33]研究海南桉樹林土壤水分變化特征時發(fā)現(xiàn)林地土壤含水量與降水量之間呈極顯著正相關(guān)，并且林齡越大，土壤含水量越少。通過旱季補水，桉樹人工林的土壤含水量在旱季時能保持較高的水平，使桉樹在旱季生長期間不會受到干旱的影響。

本研究中4個處理的土壤pH值逐年降低，這和茶正早等[34]研究發(fā)現(xiàn)熱帶土壤在桉樹造林之后，土壤明顯酸化的結(jié)果一致。但是在無施肥條件下，旱季補水于2018年6月提高了土壤pH值，有施肥條件下，旱季補水在2019年6月提高了土壤pH值。這說明采取旱季補水可以增加土壤pH值，緩解土壤酸化。無施肥條件下，2019年6月處理W的土壤pH值比處理CK低，可能是因為缺少肥料的補充，而樹高、胸徑都比處理CK大，需要更多的養(yǎng)分來滿足現(xiàn)有的生長基礎(chǔ)，其根系會分泌有機酸，提高桉樹體內(nèi)多種抗氧化酶的活性以促進(jìn)養(yǎng)分的吸收和運輸。黃文斌等[35]也研究發(fā)現(xiàn)在養(yǎng)分和水分脅迫下，植物根系分泌的有機酸含量明顯增加，這是較為普遍的主動適應(yīng)性反應(yīng)。

桉樹對養(yǎng)分吸收和利用率較高，充足的土壤養(yǎng)分對桉樹生長有促進(jìn)作用[36]。從本研究可以發(fā)現(xiàn)，桉樹人工林生長3 a，通過旱季補水總體上提高了土壤中的有機質(zhì)、全N、全P、全K、堿解N、有效P、速效K、有效Zn和有效B含量，從而促進(jìn)了桉樹人工林樹高和胸徑的生長。在土壤養(yǎng)分循環(huán)中，C、N、P元素作為最關(guān)鍵的生命元素，直接影響著植物的生長發(fā)育并且?guī)悠渌B(yǎng)分元素的循環(huán)與轉(zhuǎn)化[37]。本研究中，通過旱季補水，第2年顯著提高了桉樹人工林土壤中C、N、P元素含量，促進(jìn)桉樹在第2年雨季生長高峰期的時候得到更充足的養(yǎng)分并快速生長。有研究發(fā)現(xiàn)，在土壤水分不足的情況下，會影響土壤有機物的轉(zhuǎn)化速率（即礦化過程），土壤養(yǎng)分向有效性養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化過程明顯變慢，釋放量減少[38]。因此，旱季補水能夠促進(jìn)土壤礦化過程，使土壤中堿解N、有效P、速效K、有效Zn和有效B含量得到提高。施肥效果和土壤水分條件密切相關(guān)，充足且合適的土壤水分條件可以提高肥料的利用效率和增產(chǎn)效應(yīng)[39]，因此在施肥條件下采取旱季補水能更好地促進(jìn)桉樹對肥料的吸收和利用。

4 結(jié) 論

地處南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的廣東省存在較為明顯的季節(jié)性干旱現(xiàn)象。在該地區(qū)種植尾巨桉人工林，通過旱季補水處理，有效緩解了季節(jié)性干旱對桉樹生長的影響，并且提高了土壤含水量和土壤養(yǎng)分含量，從而促進(jìn)了桉樹人工林的生長，最終提高了生產(chǎn)力。在今后的研究中，可將旱季補水的成本與人工林生產(chǎn)力提升后產(chǎn)生的經(jīng)濟效益進(jìn)行比較，若是產(chǎn)生的經(jīng)濟效益大于補水的成本，則在實際生產(chǎn)中可以采取旱季補水來提高桉樹人工林的生產(chǎn)力。