馬尾松中齡林下生長環(huán)境特征及套種乳源木蓮生長效應(yīng)分析

李金祥

（福建省三明市林業(yè)局，福建 三明 365000）

1 引言

馬尾松是我國東南部濕潤亞熱帶地區(qū)分布最廣，資源最大的森林群落［1］，繁殖容易，生長迅速，材質(zhì)好，用途廣泛，耐干旱瘠薄，是造林先鋒樹種［2］。無論是天然飛播的馬尾松林，還是人工馬尾松林，面積均較大，往往形成單優(yōu)群落。馬尾松純林林分結(jié)構(gòu)簡單，樹種單一，林分的抗逆性和穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生森林火災(zāi)和病蟲害蔓延，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)環(huán)境惡化。另一方面，近段以來由于森林皆伐后對水土流失的影響明顯［3］，為此，森林更新方式引起了人們關(guān)注。鑒于此，筆者在福建省沙縣杉口采育場馬尾松中齡林下進(jìn)行了生長環(huán)境調(diào)查測定分析，同時開展了林下套種乳源木蓮試驗(yàn)，分析了生長效應(yīng)。試圖在馬尾松林分進(jìn)入主伐之前就提前在林下更新，在林分更新層形成后，再在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)，選擇適當(dāng)方法采伐利用上層馬尾松林木，實(shí)現(xiàn)林地不裸露更新。

2 實(shí)驗(yàn)地概況

福建省沙縣杉口采育場位于福建省沙縣（26°6′～26°46′N，117°32′～118°6′E）西北部。區(qū)域性氣候系大陸性兼海洋性季風(fēng)氣候區(qū)。年平均氣溫19.2℃左右，年降水量1780mm，空氣相對濕度81%，霜期79～84d，霜日18～24d。試驗(yàn)林位于福建省沙縣杉口采育場上坑工區(qū)15林班7大班12小班，海拔280～450m的丘陵林地，林地屬較肥沃立地類型。為1984年春營造的馬尾松人工林，穴規(guī)格40cm×40cm×30cm，造林密度440株／hm2。造林后前3年，每年撫育2次，4～5年撫育1次，1996年間伐一次，保留密度約2775株／hm2左右。

3 實(shí)驗(yàn)方法

在2003年選擇福建省沙縣杉口采育場上坑工區(qū)15林班7大班12小班，1984年人工營造的馬尾松林（21年 生），造 林 密 度 4440 株／hm2，株 行 距 1.5m×1.5m，現(xiàn)存密度2775株／hm2左右，建立固定標(biāo)準(zhǔn)地（20m×20m）9個，按照隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計，三重復(fù)進(jìn)行設(shè)立。標(biāo)準(zhǔn)地建立后對標(biāo)準(zhǔn)地主要生長因子進(jìn)行測定，調(diào)查測定胸徑、樹高、冠幅、枝下高等，再按照試驗(yàn)設(shè)計進(jìn)行間伐。間伐后進(jìn)行生長環(huán)境中光照強(qiáng)度、土壤肥力等測定。2004年按照試驗(yàn)設(shè)計在相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)地采用1年生乳源木蓮實(shí)生苗進(jìn)行套種。套種試驗(yàn)地經(jīng)林地清理后，在保留木中間挖穴（穴規(guī)格40cm×40cm×30cm），套種乳源木蓮密度均為2500株／hm2。2012年進(jìn)行馬尾松、乳源木蓮生長量測定分析。試驗(yàn)設(shè):未間伐、不套種馬尾松純林（Mck）、馬尾松間伐后保留1380株／hm2、不套種（Mjc），馬尾松間伐后保留1380株／hm2，套種乳源木蓮2500株／hm2（Mtk）三個水平。光照強(qiáng)度用ZF－2型照度計，分別在林分外、林冠層下灌木層上方和灌木層下草本層上方隨機(jī)若干測定，所有測值均依序往復(fù)觀測一次，用其平均值。

土壤肥力測定。在各標(biāo)準(zhǔn)地按“S”形布點(diǎn)（4點(diǎn)），分別取0～20cm，20～40cm、40～60cm采集土樣，各處理土樣帶回室內(nèi)按不同層次混合后供測定分析。土壤容重和水分物理性質(zhì)用容重圈法，土壤有機(jī)質(zhì)用硫酸重鉻酸鉀法；全氮用蒸餾法；水解性氮用擴(kuò)散法；全磷用鉬銻抗比色法；速效磷用鹽酸——氟化銨消化法；速效鉀用四苯硼鈉比濁法；pH值用電位法［4］。

以下式分別計算馬尾松、乳源木蓮的立木材積，并進(jìn)行統(tǒng)計分析。其中:D、H分別為胸徑、樹高。

4 結(jié)果與分析

4.1 馬尾松林下生長環(huán)境

4.1.1 光照強(qiáng)度

在有機(jī)物形成過程中光照強(qiáng)度是重要因子，對植物群落的平衡、光合作用，蒸騰過程以及對林分水、肥、氣、熱等因子都有重要的意義［5］。表1是21年生馬尾松不同密度林分光照強(qiáng)度測定結(jié)果。從表1中可知，無論何種密度林分從林冠層、灌木層和草本層，在1d中光照強(qiáng)度均呈遞減。表1是連續(xù)10d上午10點(diǎn)測定光照強(qiáng)度的平均值。從表1中可以看出。到達(dá)林冠層之下灌木層之上的第二層光照強(qiáng)度的平均量只有林冠層上方（全光照）（第三層）相應(yīng)平均值的7.8%。到達(dá)灌木層之下草本層之上（第一層）光照強(qiáng)度的平均量只有第二層相應(yīng)平均值的37.2%。表明林下光照強(qiáng)度較低，培育更新樹種要關(guān)注樹種的耐蔭性。但不同處理光照強(qiáng)度的平均值存在差異。

Mck處理第一層光照強(qiáng)度為3770lux，Mjc處理第一層光照強(qiáng)度為4670lux，提高了40.2%，表明 Mjc處理增加第一層光照強(qiáng)度，無疑增加了林下更新樹種選擇范圍，更多樹種隨著光照強(qiáng)度的增加而適宜林下生長且具有一定的生長量。光環(huán)境發(fā)生了變化，說明上層木的調(diào)控，對林外光線的進(jìn)入減少了吸收與反射，到達(dá)森林群落內(nèi)的光照增加，這無疑對改變森林結(jié)構(gòu)，在林下培育更新層樹種選擇提供了更寬的選擇空間。乳源木蓮雖然早期較耐蔭，在較低光照強(qiáng)度下可以生長，但生物量積累有限。筆者認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)馬尾松林主伐前形成更新層需要再一次間伐，密度調(diào)控在1300～1500株／hm2，在條件允許時密度可以調(diào)控更低些。

表1 馬尾松林分不同高度光照強(qiáng)度

4.1.2 土壤肥力狀況

表2是杉木定向間伐及其對照實(shí)施間伐一年后土壤結(jié)構(gòu)的測定結(jié)果。從表2中可知:土壤結(jié)構(gòu)中最重要的因素——容重，Mjc處理容重值大于 Mck，表層土壤容重變化高于底層土壤容重。表明間伐后土壤容重值的增大，土壤容重大小取決于土壤結(jié)構(gòu)和壘結(jié)狀況，表明該土壤結(jié)構(gòu)和壘結(jié)狀況變差，緊密度增加。

表2 不同林分土壤肥力狀況

從表2中還可以看出土壤非毛管空隙和總毛管空隙表現(xiàn)為Mjc小于Mck，表明間伐作業(yè)造成了林地表層土壤的移動、壓實(shí)，許多有機(jī)質(zhì)被重新分配、攪動等，引起土壤結(jié)構(gòu)一定程度的破壞，增加了土壤容重和土壤機(jī)械阻力，減少土壤的空隙度，影響了水分滲透和林木根系的生長。為此，在林下培育更新層，采取間伐后應(yīng)該采取適度經(jīng)營措施（如塊狀整地），為更新樹種提供適宜的生長環(huán)境。

從表2中可知:Mjc和Mck處理表土層有機(jī)質(zhì)，全N、全P及水解氮、速效磷、速效鉀等速效養(yǎng)分較好，能夠?yàn)榱窒赂聵浞N生長提供營養(yǎng)物質(zhì)。Mck和Mjc處理比較，前者土壤養(yǎng)分略高，這可能是因?yàn)殚g伐后采伐凋落物增加，在土壤微生物作用下，轉(zhuǎn)化為土壤養(yǎng)分，促進(jìn)了營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)。為了促進(jìn)更新層林木的生長，在有條件的地方可以施用基肥或適當(dāng)追肥，為更新層樹種提供更多的物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.2 生長效應(yīng)分析

4.2.1 馬尾松生長狀況分析

在現(xiàn)有馬尾松中齡林林中套種乳源木蓮作為更新層樹種，改變了林分結(jié)構(gòu)，對馬尾松、乳源木蓮的生長都有影響。馬尾松造林密度較大，林木間的競爭劇烈，樹冠上移，對水、肥、氣、熱的競爭趨于狹窄的空間，而嚴(yán)重不足。間伐釋放了空間，為保留的馬尾松提供了良好的營養(yǎng)空間。而套種乳源木蓮填補(bǔ)了空閑的生態(tài)位形成了異齡復(fù)層林，共同促進(jìn)了保留馬尾松的生長。從表3中可知，經(jīng)營密度降低后的林分。21年生馬尾松林分Mck、Mjc和Mtk處理試驗(yàn)前后各處理林分生長量列于表3。

從表3中可以看出，馬尾松林間伐前，各處理間主要生長因子無顯著差異（胸徑、樹高、立木材積F值分別為0.312，0.468，1.706均小于 F0.05（2.4）＝6.94。

間伐后10年各主要生長因子量間存在差異。經(jīng)營密度降低后，30年生馬尾松林分Mjc和 Mtk處理平均胸徑分別達(dá)22.1cm和22.0cm，比 Mck處理分別提高24.2%和23.6%；平均胸徑增加量 Mjc、Mtk處理比Mck處理提高45.7%和56.5%；而且間伐后胸徑分化小，林相整齊，不間伐胸徑林分分化明顯，表明間伐套種后促進(jìn)了馬尾松胸徑生長，林分個體發(fā)育正常、均勻，有利于大徑材培育。Mtk與Mjc相比胸徑提高了7.5%，表明:套種乳源木蓮有利于保留馬尾松林木的生長，這與乳源木蓮凋落物量大，易分解有關(guān)［6，7］，也與套種乳源木蓮，填補(bǔ)了間伐馬尾松后騰出的生長空間，林分結(jié)構(gòu)得到改善，林內(nèi)生長環(huán)境趨好有關(guān)。

表3 不同處理馬尾松生長量調(diào)查

從表3中可知，各處理間平均樹高 Mtk＞Mjc＞Mck，Mtk處理比Mck處理高23.8%，而且增加量也存在同樣的趨勢。表明林分密度對優(yōu)勢木高度影響不如平均木高度影響大。說明間伐對保留木的樹高生長有利的。

各處理間單株立木材積，Mtk＞Mjc＞Mck，M tk處理比Mck處理增加47.9%，單位面積立木材積則M ck＞Mtk＞Mjc，Mck處理僅比 Mtk處理高1.5%。林分單位面積立材材積增加量Mtk處理比Mck處理還要高。

套種乳源木蓮與未套種乳源木蓮比較，立木材積增加量提高了5.1%。表明套種乳源木蓮有利于上層馬尾松林材積生長，而且套種乳源木蓮構(gòu)建異齡復(fù)層林分從更高層次上改變了林分結(jié)構(gòu)，已經(jīng)或正在影響林木的生長。這可能與套種乳源木蓮等闊葉樹種后，對林層結(jié)構(gòu)、土壤肥力以及小氣候環(huán)境的改善與提高有關(guān)。

雖然間伐后林分株數(shù)減少，林分株數(shù)僅為不間伐的49.7%，但材積生長量相差甚少，材積增加量還略有提高。表明間伐和套種乳源木蓮并未影響林木材積生長，事實(shí)上，促進(jìn)了馬尾松材積生長。從單株材積生長量分析（表4、表5），Mtk與 Mck間單株材積生長量存在極顯著差異。Mjc與Mck間單株材積生長量存在顯著差異。

表4 不同處理單株立木材積方差分析

表5 不同處理單株立木材積多重比較表

間伐后套種闊葉樹，不僅以獲取間伐材積57.51m3／hm2，又有乳源木蓮立木蓄積18.22m3／hm2，同時可以可實(shí)現(xiàn)馬尾松林地主伐時，有提前更新層存在，保障林地在不裸露條件下完成更新。不僅有明顯的生長效應(yīng)，而且有防治水土流失的生態(tài)效益。

4.2.2 乳源木蓮生長狀況分析

在現(xiàn)有馬尾松林中套種乳源木蓮。馬尾松林已經(jīng)形成的森林環(huán)境適合乳源木蓮的生長。乳源木蓮原產(chǎn)于海拔600～1000m山地常綠闊葉林或竹林中較蔭蔽的生態(tài)環(huán)境。在低丘谷地栽植，光照強(qiáng)度和日照時數(shù)較大、氣溫高、空氣相對濕度低，土壤干燥，乳源木蓮純林生長不盡理想。表6是在21年生馬尾松林下栽植的乳源木蓮（10年生）生長情況。

表6 不同處理乳源木蓮生長狀況

從表6中可知，在馬尾松林下套種的乳源木蓮（10年生）:平均胸徑、平均樹高分別達(dá)到5.2cm和6.3m，年平均樹高、平均胸徑生長量分別達(dá)到0.52m／年和0.61cm／年，馬尾松與乳源木蓮形成了層次明顯的合理林分結(jié)構(gòu)，喜陽性的馬尾松位于林分上層，光照充足，光合作用強(qiáng)，生長迅速。

在馬尾松中齡林下栽植的乳源木蓮，由于利用時間差造林，馬尾松高大，但又自然疏開的樹冠，為林下套種的乳源木蓮提供了上方和側(cè)方庇蔭，這對于幼齡時較耐蔭的乳源木蓮生長十分有利。筆者認(rèn)為在馬尾松中齡林下栽植乳源木蓮，改善了林分結(jié)構(gòu)，兩樹種間相互利用、彼此促進(jìn)，生長效應(yīng)明顯，是可以推廣的經(jīng)營模式，而且也是林地不裸露更新的一種有效嘗試。

5 結(jié)語

（1）在馬尾松中林齡林林下利用現(xiàn)有森林環(huán)境栽植乳源木蓮，能夠在馬尾松主伐時，提前培育更新層樹種，有著寬廣應(yīng)用前景。

（2）馬尾松中齡林林下環(huán)境經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)控可以形成適宜種植乳源木蓮的生長環(huán)境。研究結(jié)果表明:經(jīng)間伐后的馬尾松中齡林，與不間伐馬尾松林比較，林下光照強(qiáng)度增加40.2%，土壤肥力較好，有利于早期較耐蔭乳源木蓮生長。但間伐土壤結(jié)構(gòu)受到一定程度破壞，壘結(jié)狀況變差，緊實(shí)度增加，應(yīng)該采取適當(dāng)經(jīng)營措施，為更新樹種提供適宜的生長環(huán)境。

（3）在馬尾松中齡林林下栽植乳源木蓮生長效應(yīng)明顯。研究結(jié)果表明:間伐后套種乳源木蓮（Mtk）。10年間馬尾松增加量與對照（Mck）比，平均胸徑、平均樹高、單株立木材積分別增加45.7%、56.5%和47.9%。經(jīng)方差分析和多重比較:Mtk與Mck處理間單株立木材積間差異達(dá)到極顯著水平，Mjc與Mck處理間單株立木材積間差異達(dá)到極顯著水平。

［1］林 鵬.福建省閩江源自然保護(hù)區(qū)綜合科學(xué)考察報告［M］.廈門:廈門大學(xué)出版社，2004.

［2］安徽農(nóng)學(xué)院林學(xué)系.馬尾松［M］.北京:中國林業(yè)出版社，1982.

［3］康文星，田大倫.杉木人工林采伐后水源涵養(yǎng)和固土保肥效益損失的評定［J］.林業(yè)科學(xué)，2002，38（1）:111～115.

［4］中科院南京土壤研究所.土壤理化分析［M］.上海:上?？萍汲霭嫔?，1981.

［5］斯波系.森林生態(tài)學(xué)［M］.趙克繩，譯.北京:中國林業(yè)出版社，1982.

［6］周東雄.杉木乳源木蓮混交林凋落物研究［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（6）:595～598.

［7］周東雄.杉木乳源木蓮混交林分特征與固土保水功能［J］.福建林學(xué)院學(xué)報，2004，24（1）:68～71.