閩北山區(qū)鵝掌楸人工林密度效應(yīng)的初步研究

盧麗蓉

（福建省沙縣林業(yè)局，福建 三明 365500）

鵝掌楸（Liriodendronchinensis）是木蘭科鵝掌楸屬落葉大喬木，主要生長在長江流域以南，在浙江、江西、福建、湖南、湖北、廣西等地均有分布。鵝掌楸樹干挺直，樹冠傘形，葉形似馬褂，奇特古雅，為中國二級保護(hù)植物和世界珍貴的樹種，鵝掌楸栽種后能很快成蔭，是優(yōu)良的行道樹和庭園觀賞樹種，也是建筑及制作家具的上好木材[1]。閩北山區(qū)造林樹種以杉木、馬尾松為主，人工林針葉化嚴(yán)重，林分結(jié)構(gòu)單一，而且主栽針葉樹種純林連栽，易造成林分質(zhì)量逐代下降和地力衰退。鵝掌楸生長快，而且由于落葉量大且容易分解，具有改良土壤的功能，可以有效緩解人工林針葉化種植引起的土壤肥力降低[2]。人工林培育過程中，密度不僅是林分群落結(jié)構(gòu)形成的數(shù)量基礎(chǔ)，而且是影響人工林生長、林下植被發(fā)育和土壤肥力的關(guān)鍵因素[3]。目前有關(guān)鵝掌楸的研究主要集中在苗木繁育、栽培技術(shù)和生長特性等方面[4－6]，對于鵝掌楸經(jīng)營中密度對林分生長及環(huán)境的影響少有報道[7]，為此，2003年在沙縣青洲鎮(zhèn)開展了鵝掌楸密度試驗，通過不同密度下鵝掌楸林分生長量、林下植物分布和土壤肥力狀況分析，確定合適的造林密度，從而為鵝掌楸合理經(jīng)營提供依據(jù)。

1 試驗點概況

試驗點在沙縣青洲鎮(zhèn)異洲村，位于縣境東北部，距縣城36km。轄區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，全年無霜期255～297d，初霜期出現(xiàn)于11月下旬，晚霜多終止于2月下旬，年平均降雨量1 510～1 840mm，以5—6月雨量最多。境內(nèi)氣候溫暖，年平均氣溫19.3℃，7月最熱，一年四季明顯，夏有炎暑，冬有霜雪，雨水充沛，雨量集中，干濕明顯。試驗地設(shè)在異洲村27林班21大班15小班，低山丘陵地貌，土壤為紅壤，Ⅲ類地，土層較厚，腐殖質(zhì)層薄，海拔在450～550m，坡向朝東，坡度20°左右。

2 研究方法

2.1 試驗設(shè)計和試驗林營造

2003年春在沙縣青洲鎮(zhèn)異洲村27林班21大班15小班杉木林采伐跡地上開展鵝掌楸不同密度造林試驗，造林密度設(shè)2 500株hm－2（株行距2m×2m）、2 000株hm－2（株行距2m×2.5m）和1 600株hm－2（株行距2.5m×2.5m）3種，試驗林沿上、中、下坡隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，每個坡位3塊試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積30m×30m。造林前挖穴規(guī)格40cm×30cm×30cm，50～70cm高的1年生裸根苗雨天種植。造林后連續(xù)3年撫育除草，每年2次。

2.2 試驗林調(diào)查

造林后每年調(diào)查試驗林生長狀況。2014年9月對試驗林全面調(diào)查.生長量方面：每木檢尺，測定每株樹的胸徑、樹高和冠幅，求平均值，統(tǒng)計保留株數(shù)，計算單株平均材積和單位面積蓄積量，鵝掌楸材積公式為V＝0.000 052 76D1.882161H1.009317，單 位面積蓄積量＝單位面積株數(shù)×單株平均材積；林下植物多樣性方面：在每個試驗小區(qū)內(nèi)按梅花形設(shè)置5個2m×2m的小樣方，在小樣方中調(diào)查灌木層和草本層植物的種類、數(shù)量和高度，求算植物多樣性。植物多樣性計算公式：物種豐富度S為物種總的種數(shù)；物種Simpson指數(shù)D＝N（N－1）／∑Ni（Ni－1）；Shannon－Wiener指數(shù)H＝－∑Ni／Nlog2Ni／N；物種均勻度J＝N（N／S－1）／∑Ni（Ni－1）。式中Ni表示某個種的個體數(shù)目，N表示所有種個體樹木總和。試驗林土壤測定：每個試驗小區(qū)按“之”字形路線隨機(jī)選取4～5個點挖土壤剖面，每個剖面分0～20cm和20～40cm層環(huán)刀法取原狀土進(jìn)行土壤物理性質(zhì)測定，同時分別采集0～20cm和20～40cm的土樣用于土壤化學(xué)性質(zhì)測定[8－9]。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同密度鵝掌楸人工林生長差異性對比

許多研究都表明，密度影響人工林的生長[3]。從不同密度鵝掌楸人工林生長情況（表1）看出，隨著密度的增大，鵝掌楸林分的平均樹高、胸徑和單株材積減少。造林密度為2 500株hm－2的林分其平均樹高、胸徑和單株材積與造林密度為2 000株hm－2的林分相比分別降低了5.1%、8.1%和19.2%，與造林密度為1 600株hm－2的林分相比分別降低了11.8%、18.6%和40.2%。林分蓄積量以造林密度為1 600株hm－2的林分最大，比造林密度為2 000株hm－2的林分和2 500株hm－2的林分分別提高了13.0%和11.8%。方差分析顯示，不同密度的林分之間平均胸徑、單株材積和蓄積量均存在顯著差異，而樹高差異未達(dá)顯著水平。說明密度主要影響鵝掌楸林分的徑生長，進(jìn)而影響到林分單株材積和蓄積量。在3種造林密度中，以造林密度為1 600株hm－2的林分立木生產(chǎn)力水平最高。

表1 不同密度鵝掌楸人工林生長情況

3.2 不同密度鵝掌楸人工林下植物多樣性分析

密度不同的林分內(nèi)空間存在差異，從而會造成林內(nèi)環(huán)境和林下植物分布及生長的不同。從不同密度鵝掌楸人工林下灌木和草藤本植物調(diào)查結(jié)果（表2）可知，隨著造林密度的增加，林下植物的種類、均勻度和多樣性指數(shù)均減少。造林密度1 600株hm－2的林分其林下植物的種類與2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分別提高了14.3%和45.5%，灌木層的均勻度與2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分別提高了3.6%和8.5%，灌木層的Simpson指數(shù)與2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分別提高了7.4%和18.5%，灌木層的Shannon－Wiener與2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分別提高了1.4%和12.7%。不同密度林分林下草本層的均勻度、多樣性指數(shù)也是表現(xiàn)為低密度林分大于高密度林分。說明密度引起林下植物多樣性的差異，低密度的林分植物多樣性指數(shù)高，植物較為豐富。這是因為稀疏的林分林內(nèi)光照較強(qiáng)、溫度較高，促進(jìn)了林下植物的生長發(fā)育，植物的種類、數(shù)量較多。而隨著密度增加，林內(nèi)光照減弱，濕度增大，植物生長緩慢，種類減少，多為陰生植物分布。

表2 不同密度鵝掌楸人工林植物多樣性特征

3.3 不同密度鵝掌楸人工林土壤肥力狀況比較

土壤肥力狀況主要通過土壤物理和化學(xué)性質(zhì)的一系列具體指標(biāo)進(jìn)行表征。土壤容重、孔隙度和通氣度體現(xiàn)了土壤疏透程度，反映出土壤結(jié)構(gòu)狀況，間接表明土壤肥力特征。從不同密度鵝掌楸土壤容重、孔隙度和通氣度測定結(jié)果來看（表3），隨著造林密度的減少，土壤容重降低，而孔隙度和通氣度增加。如在0～20cm土層中，造林密度為1 600株hm－2的林分其土壤容重與2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分別減少了2.3%和5.5%，而總孔隙度分別增加了6.7%和13.7%，通氣度分別增加了7.1%和20.2%。不同密度鵝掌楸20～40 cm的土層容重、孔隙度和通氣度隨密度變化表現(xiàn)出與0～20cm土層相同的規(guī)律。

表3 不同密度鵝掌楸人工林土壤物理性質(zhì)

從不同密度鵝掌楸土壤的一些化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)測定結(jié)果看出（表4），隨著造林密度的降低，土壤中有機(jī)質(zhì)、水解性氮、速效磷、速效鉀等營養(yǎng)物質(zhì)含量均提高。以0～20cm土層為例，造林密度為1 600株hm－2的林分其土壤有機(jī)質(zhì)與2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分別提高了6.9%和11.9%，水解性氮分別提高了4.8%和10.1%，速效磷分別提高了3.9%和7.8%。全氮和全磷測定結(jié)果也表現(xiàn)出同樣的變化特點。

表4 不同密度鵝掌楸人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

可見，隨著鵝掌楸人工林造林密度的減少，土壤變得疏松透氣，持水能力增強(qiáng)，土壤結(jié)構(gòu)趨于良好。土壤中各種養(yǎng)分元素含量增加，肥力提高。這可能是因為隨著造林密度的下降，除了鵝掌楸落葉分解對土壤的改良外，低密度下林下植被較為豐富，而且林內(nèi)良好的小環(huán)境有利于下層植物的新陳代謝活動，林下較多的枯死物及其較快分解出的養(yǎng)分物質(zhì)返回土壤中，促進(jìn)了目的樹種生長，而且也使土壤結(jié)構(gòu)和肥力得到及時的改善。

4 結(jié)論與討論

通過對造林密度分別為1 600株hm－2、2 000株hm－2和2 500株hm－2的11年生的鵝掌楸人工林的生長量、蓄積量、林內(nèi)植物多樣性特征以及土壤肥力狀況的分析，顯示3種造林密度中，鵝掌楸造林密度為1 600株hm－2的林分的立木生產(chǎn)力水平最高，11年生時平均樹高達(dá)到12.7m，平均胸徑為19.4cm，蓄積量達(dá)到268m3hm－2，造林密度為2 000株hm－2的林分生長狀況其次，2 500株hm－2的林分生長量和蓄積量最低。林下植物多樣指數(shù)和土壤肥力大小均表現(xiàn)為1 600株hm－2＞2 000株hm－2＞2 500株hm－2。本試驗條件下，鵝掌楸以造林密度為1 600株hm－2表現(xiàn)最好。

密度是影響森林結(jié)構(gòu)、林內(nèi)植物分布和肥力狀況的主要因素，在人工林經(jīng)營中，密度又是可控的因子，通過密度的適當(dāng)調(diào)節(jié)，可以改善林分的結(jié)構(gòu)、生長狀況和環(huán)境。本試驗僅選擇3種密度參與研究，在其他密度條件下鵝掌楸生長和生態(tài)特性會怎樣，以及試驗林實施間伐后會有如何變化等等，均需要下一步繼續(xù)開展研究。

[1]吳東馳.優(yōu)良高山用材、觀賞珍貴樹種—鵝掌楸[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，1986（3）：64

[2]杭東.瀕危珍稀樹種—鵝掌楸[J].中國木材，2013（3）：26－27

[3]盛煒彤.不同密度杉木人工林下植被發(fā)育與演替的定位研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2001，14（5）：463－471

[4]孟慶軍，袁長國，徐加虎.鵝掌楸山地造林技術(shù)[J].林業(yè)實用技術(shù)，2013（2）：24－25

[5]吳運(yùn)輝，朱敏.鵝掌楸育苗技術(shù)研究初報[J].林業(yè)實用技術(shù)，2010（11）：28－29

[6]鮑紅勛.鵝掌楸栽培技術(shù)及應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（14）：56

[7]卜基保.優(yōu)良生態(tài)樹種雜交鵝掌楸不同栽植密度的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，37（3）：523－525

[8]中國科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化性狀[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1987

[9]張萬儒.森林土壤定位研究方法[M].北京：中國林業(yè)出版社，1984