生態(tài)型造林與傳統(tǒng)造林的杉木林鄰體干擾效應比較

許忠坤， 徐清乾， 郭文清， 顧揚傳， 楊建華

(1.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004； 2.會同縣林業(yè)科學研究所， 湖南 會同 418300)

生態(tài)型造林與傳統(tǒng)造林的杉木林鄰體干擾效應比較

許忠坤1， 徐清乾1， 郭文清1， 顧揚傳2， 楊建華2

(1.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004； 2.會同縣林業(yè)科學研究所， 湖南 會同 418300)

為了比較杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林鄰體對杉木基株干擾效應的差異，闡明生態(tài)型造林的優(yōu)越性，避免造林地滋生大量五節(jié)芒，在不影響杉木生長的前提下解決傳統(tǒng)造林中出現(xiàn)的煉山和撫育造成的水土流失、地力衰退、生物多樣性減少和人工成本高等問題，為今后造林工作提供技術(shù)支撐。本研究選用生態(tài)型造林與傳統(tǒng)造林兩種類型造林8年生生長數(shù)據(jù)，采用鄰體干擾指數(shù)模型的方法，研究兩種造林類型鄰體對杉木的干擾效應。結(jié)果表明：生態(tài)型造林地中有灌木植物22種、草本植物4種；傳統(tǒng)造林地中五節(jié)芒占草本植物總數(shù)量的91.8%，僅有灌木植物7種、其它草本植物1種，前者林地灌木層和草本層的豐富度指數(shù)和香農(nóng)維納指數(shù)均大于后者。測得兩者初始個體高第1、2年平均生長速度分別為86.8 cm/a、31.9 cm/a和94.2 cm/a、51.9 cm/a，灌木植物第1、2年的平均生長速度分別為48.7 cm/a和53.3 cm/a，草本植物的平均生長速度為55.7 cm/a；兩者8年生杉木平均高和平均胸徑分別為6.4 m、5.8 m和7.9 cm、8.7 cm。生態(tài)型造林地中灌木層干擾效應強于傳統(tǒng)造林，主要干擾物種有4種，平均干擾指數(shù)為2.40；后者林地中草本層干擾效應強于前者，主要干擾物種有1種，平均干擾指數(shù)為0.42。生態(tài)型造林初始個體高較大，第1、2年平均生長速度大于灌、草植物，無緩苗期，造林后快速生長，對造林初期生長速度促進作用明顯；傳統(tǒng)造林初始個體高較小，有緩苗期，第1、2年平均生長速度小于灌、草植物，林地必需進行撫育。分別擬合兩者總干擾指數(shù)與杉木基株大小、基株生長速度唐守正樹高曲線，知其均呈顯著負相關關系，前者抵抗鄰體干擾能力強于后者，個體大小受鄰體的影響較小，鄰體對基株生長的整體干擾作用要小于后者。生態(tài)型造林不撫育促使杉木個體高生長較快，傳統(tǒng)造林由于頻繁撫育杉木個體胸徑生長較快。生態(tài)型造林煉山為五節(jié)芒提供了良好的生長環(huán)境，前者無煉山撫育，生物多樣性豐富，抑制五節(jié)芒生長。

杉木； 煉山； 干擾指數(shù)； 鄰體； 基株； 生物多樣性； 生態(tài)型造林； 傳統(tǒng)造林

杉木(Cunninghamialanceolata)傳統(tǒng)造林中煉山是人工造林在采伐跡地或宜林地上用火燒低成本來清理林地的一種營林措施，該方法使造林地干凈，便于開展杉木造林施工活動，清理林地初期易于管理；但是此方法易引起水土流失、破壞生物多樣性等[1]，在亞熱帶地區(qū)滋生大量的五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)，煉山后林地裸露為五節(jié)芒的生長提供了最佳的生長環(huán)境，而林地撫育后五節(jié)芒則會持續(xù)大量生長，直到林分達到郁閉狀態(tài)，對目的樹種生長極為不利，人工林幼林撫育的目的是抑制其它物種與目的樹種競爭，為目的樹種創(chuàng)造良好的生長環(huán)境[2]，撫育的同時帶來水土流失、地力衰退、破壞生物多樣性，且耗費大量人工，撫育成本高等問題。由于植物的相對不移動性和表型可塑性，使得鄰體及其行為對其個體的形態(tài)和生產(chǎn)力產(chǎn)生了強烈的負相互作用影響，即所謂的干擾效應[3]，這種從個體水平出發(fā)來研究鄰體競爭效應的數(shù)學模型稱為鄰體干擾指數(shù)模型[4]。由于灌木和草本植物與杉木幼齡之間以及杉木幼齡種內(nèi)之間存在著生長競爭的關系，故本文從維護林地肥力、減少水土流失、降低撫育成本、保護生物多樣性、提高杉木幼林的競爭力目的出發(fā)，采用生態(tài)型造林與傳統(tǒng)造林比較個體競爭力，并采用前人研究的鄰體干擾指數(shù)模型來研究杉木人工幼林、灌木以及草本之間的競爭關系與干擾效應，比較生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林鄰體對杉木干擾效應的差異，進而指導該地區(qū)杉木人工林的造林工作。

1 研究區(qū)概況

試驗地位于杉木中心產(chǎn)區(qū)湖南省會同縣林科所，其地理坐標為109°45′E、26°50′N，亞熱帶地區(qū)氣候濕潤，年均溫度16.5 ℃，極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為36.4 ℃和-4.4 ℃，年均降水量為1200～1400 mm，年均相對濕度在80%以上，年均日照1445.4 h，全年無霜期304天，海拔350～380 m，坡度10°～15°，土壤為紅壤[5]，前作為杉木次生林。

2 研究方法

2.1試驗設計

生態(tài)型造林與傳統(tǒng)造林在同一造林地進行，試驗地立地指數(shù)為14，造林密度2 m×2 m，穴墾整地規(guī)格為50 cm×50 cm×40 cm，面積3000 m2。生態(tài)型造林比傳統(tǒng)造林推遲1年，其營林措施只是伐倒林地上的植被，不煉山，采用同一批1年生裸根苗在容器中培育1年后造林(苗齡2年)，在整個幼林期只伐除對杉木有干擾的藤本植物，不撫育；傳統(tǒng)造林煉山清理林地，采用同一批1年生裸根苗比生態(tài)型造林提前1年，其營林措施是連續(xù)撫育4年，每年刀撫2次。兩種類型造林8年生生長數(shù)據(jù)見表1。

表1 杉木人工林林分特征Tab1 ThestandsfeatureofChinesefirplantation造林方式營林措施苗齡(a)樹齡(a)造林初始個體平均高(cm)基株平均胸徑(cm)基株平均樹高(m)傳統(tǒng)造林煉山、刀撫4年8次183078758生態(tài)型造林不煉山、只伐除藤本植物278107964

2.2數(shù)據(jù)分析

2.2.1 基株選擇和計算 本研究調(diào)查了杉木196株、灌木303株和草本植物5156株，為研究杉木與其周圍植株干擾效應，以一株杉木為圓心，3 m為半徑，圓內(nèi)所有喬木、灌木和草本被定義為鄰體，該株杉木為基株[3]，選擇28株杉木作為基株(生態(tài)型杉木林與傳統(tǒng)杉木林各14株)，測定基株的樹高、胸徑，并以造林后樹高連年生長量來作為基株的生長速度。根據(jù)所測的鄰體大小、基株大小和鄰體到基株距離，計算鄰體干擾指數(shù)，采用ForStat軟件求出生長速度和鄰體干擾指數(shù)間的回歸方程。

2.2.2 鄰體干擾指數(shù)模型 以Harper和Mack為首的植物生態(tài)學家提出了鄰體效應(neighborhood effect)，他們摒棄了傳統(tǒng)的采用密度效應來探討競爭的方法[6]。Weiner通過建立一年生植物(Polygonumminimun和P.Casadense)的鄰體干擾模型，確定鄰體干擾指數(shù)是鄰體的數(shù)目、鄰體到基株的距離和鄰體中物種數(shù)量的函數(shù)；張大勇[7]、石培禮[3]等通過改進模型比較發(fā)現(xiàn)把Weiner模型中距離負二次冪式改成了負一次冪式，并在公式中加入了基株的個體大小S(通常用生物量表示[8])，最后擬合效果更好。指數(shù)模型為：

(1)

因此，本研究采用鄰體到基株距離的負一次冪式來解釋杉木人工林的鄰體干擾效應。

2.2.3 生物量計算

(1) 喬木層生物量計算

杉木生物量計算模型參照李燕、張建國等《杉木生物量生物量估算模型的選擇》中最優(yōu)模型[9]。杉木全樹生物量模型公式為：

W=0.093 0(D2H)0.803 0

(2)

(2)灌木層生物量計算

直接收獲法和樣方法是當前大多學者研究灌木層生物量多采用的方法，這些方法需消耗太多時間和精力，并且嚴重破壞生態(tài)系統(tǒng)，最重要的是存在著樣本量和均勻性都很難滿足統(tǒng)計學要求這一很大的不確定性。陶冶、張元明等[10]采用模型來估算生物量的方法解決了這一問題。宋于洋和胡曉靜[11]、趙成義、宋郁東等[12]都把基徑平方乘株高(D2H)作為生物量估測的形態(tài)指標，分別研究了梭梭(Haloxylonammodendron)單株地上生物量(aboveground biomass ，AGB)和其構(gòu)件生物量。根據(jù)陶冶等[10]的研究結(jié)果可知地上生物量與地下生物量(belowground biomass，BGB)的關系公式為BGB=0.8737×AGB0.939 4，本研究選擇宋于洋和胡曉靜研究的地上生物量計算模型來作為計算灌木層生物量的方程。計算模型如下：

AGB=0.057 754(D2H)0.849 941

(3)

BGB=0.873 7(AGB)0.939 4

(4)

(3) 草本層生物量計算

林下草本層生物量的測定采用“單株收獲法”，在基株3 m范圍內(nèi)按不同草本種類稱取鮮重(草本種類極少)，采集樣品帶回實驗室，在80～85 ℃恒溫下烘干至恒重并稱重，求出干鮮重之比，最后將鮮重換算成干重，最后根據(jù)草本種類的株數(shù)估算各草本的生物量。

2.2.4 林下生物多樣性 在樣方內(nèi)分灌木層、草本層和藤本植物，對其植物種類進行仔細調(diào)查記錄，對灌木層、草本層和藤本植物按種類測定其高度、株數(shù)、蓋度等信息，對林下生物多樣性動態(tài)特征(物種豐富度指數(shù)、香農(nóng)維納多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù))進行調(diào)查與分析。生物多樣性動態(tài)特征值計算方法：

物種豐富度指數(shù)=S/ln(A)

(5)

香農(nóng)維納多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener多樣性指數(shù))

(6)

式中：P——物種在全部個體中的比例；

均勻度指數(shù):

(7)

3 結(jié)果與分析

3.1杉木基株生長指標及鄰體干擾指數(shù)比較

根基調(diào)查數(shù)據(jù)分別計算杉木基株生長速度、個體大小以及各干擾指數(shù)的均值(圖1)，可以看出，生態(tài)型造林基株個體大小平均值(11.90 kg/m2)和傳統(tǒng)造林基株個體大小平均值(12.23 kg/m2)相差不大，比較兩者基株平均生長速度發(fā)現(xiàn)前者(0.93 m/a)要大于后者(0.78 m/a)，說明杉木基株高生長前者要快于后者；對于總干擾指數(shù)平均值卻是生態(tài)型造林(4.13)明顯大于傳統(tǒng)造林(2.50)；比較兩者林地中各部分干擾指數(shù)平均值發(fā)現(xiàn)喬木層和草本層差別不大，傳后者均大于前者，而灌木層差別明顯(2.40>0.05)，后者可忽略不計，說明前者鄰體對基株的干擾效應主要來自喬木層和灌木層，后者鄰體對基株的干擾效應則主要來自喬木層和草本層。

圖1 杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林各指標均值Fig.1 The mean of each index between the ecological afforestation and traditional afforestation of Chinese fir

3.2杉木基株個體大小、生長速度與鄰體干擾指數(shù)間相互關系比較

采用ForStat軟件分別擬合兩者杉木鄰體總干擾指數(shù)與基株個體大小、生長速度的回歸關系，并進行顯著性檢驗，選擇相關系數(shù)較高的擬合曲線，比較兩者杉木鄰體總干擾指數(shù)與基株個體大小、生長速度回歸關系間的差異。

3.2.1 杉木基株個體大小和鄰體干擾指數(shù)回歸關系比較 擬合鄰體總干擾指數(shù)與杉木基株個體大小間的回歸曲線，可知生態(tài)型造林(S1)和傳統(tǒng)造林(S2)中杉木基株個體大小和干擾指數(shù)的唐守正樹高曲線[13-15]分別為：

S1=1.27+58.89/(2.0+I總)，

S2=3.19+44.19/(2.0+I總)

由回歸方程可知，杉木個體大小與干擾指數(shù)存在著顯著的負相關，其在抵抗鄰體干擾上發(fā)揮著重要的作用，即基株個體越大，受到鄰體的干擾程度就越小，生長也就越快。比較兩個回歸曲線(圖2)可知，曲線S1的回歸系數(shù)b1(58.89)>曲線S2的回歸系數(shù)b2(44.19)、c1(2.0)=c2(2.0)，隨著杉木基株個體的增大，生態(tài)型造林受鄰體干擾的趨勢快速下降，傳統(tǒng)造林受鄰體干擾趨勢下降緩慢，說明前者在抵抗鄰體干擾能力強于后者。

圖2 杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林中個體大小與干擾指數(shù)回歸曲線Fig.2 The regression curve between individual size and disturbance index in ecological afforestation and traditional afforestation of Chinese fir

3.2.2 杉木基株生長速度和鄰體干擾指數(shù)回歸關系比較 模擬杉木基株生長速度與鄰體干擾指數(shù)間的回歸曲線，可得出生態(tài)型造林(Y1)和傳統(tǒng)造林(Y2)中杉木的生長速度和鄰體干擾指數(shù)的唐守正[13]樹高曲線分別為：

Y1=0.49+2.48/(2.0+I總)，

Y2=0.67+0.40/(0.52+I總)

石培禮等[3]研究表明鄰體的數(shù)量、大小和距離基株的距離均對基株的生長產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在鄰體越多，個體越大，離基株越近，基株受鄰體干擾程度越大，生長速度相應的就越慢。研究杉木基株的生長速度和鄰體干擾指數(shù)的回歸關系，可知生長速度和干擾指數(shù)之間呈負相關。比較兩個回歸曲線(圖3)，曲線Y1回歸系數(shù)b1(2.48)>曲線Y2回歸系數(shù)b2(0.40)、b1/c1(1.24)>b2/c2(0.77)，可知隨著基株生長速度的增快，生態(tài)型造林受鄰體干擾指數(shù)的影響下降明顯，傳統(tǒng)造林受影響趨勢下降平緩。因此表明生態(tài)型造林鄰體對基株生長的整體干擾作用要小于傳統(tǒng)造林，表明前者林地中杉木基株生長速度快于后者。

圖3 杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林中基株生長速度與干擾指數(shù)回歸曲線Fig.3 The regression curve between growth rate and disturbance index in ecological afforestation and traditional afforestation of Chinese fir

3.3杉木基株第1、2年生長速度和初始個體高的回歸關系比較

采用ForStat軟件擬合杉木第1、2年生長速度和杉木初始個體高的回歸曲線，并進行顯著性檢驗，選擇相關系數(shù)較高的擬合曲線，可得出杉初始個體高和第1年、第2年生長速度的唐守正樹高曲線分別為：

Y1=122-2883/(2.0+H1)，

Y2=121.3-2219.3/(2.0+H2)

從回歸方程可知，杉木第1、2年生長速度和初始個體高之間呈顯著正相關，表明初始個體越高生長速度越快，在競爭中生存下來的可能越大。圖4、圖5左邊部分分別代表傳統(tǒng)造林初始個體高對第1、2年生長速度的促進趨勢，圖4、圖5右邊部分分別代表生態(tài)型造林初始個體高對第1、2年生長速度的促進趨勢，生態(tài)型造林地中杉木生長速度在造林初期明顯大于傳統(tǒng)造林，傳統(tǒng)造林第1年生長速度較小，第2年開始快速生長，這也符合杉木的生長特性，即傳統(tǒng)造林是采用1年生裸根苗造林，有緩苗期，造林后第1年生長緩慢，第2～3年開始進入快速生長期，初始個體高對生長速度的促進作用不明顯；生態(tài)型造林是2年生容器苗造林，初始個體較高，無緩苗期，杉木苗上山造林后即進入迅速生長階段，初始個體高對生長速度促進作用明顯。測得兩種類型造林地杉木第1、2年平均生長速度分別為86.8 cm/a、31.9 cm/a和94.2 cm/a、51.9 cm/a，灌木植物第1、2年的生長速度分別為48.7 cm/a和53.3 cm/a，草本植物的平均生長速度為55.7 cm/a，前者第1、2年平均生長速度大于灌木植物和草本植物，后者小于灌木植物和草本植物，為了使杉木生長不受影響傳統(tǒng)造林需不斷撫育，生態(tài)型造林則不需撫育。綜合以上可知，生態(tài)型造林初始個體高對杉木第1、2年生長速度的促進作用強于傳統(tǒng)造林。

圖4 杉木第1年生長速度與初始個體高回歸曲線Fig.4 The regression curve between the first year of growth rate and initial individual high of Chinese fir

圖5 杉木第2年生長速度與初始個體高回歸曲線Fig.5 The regression curve between the second year of growth rate and initial individual high of Chinese fir

3.4灌木層、草本層對杉木基株的鄰體干擾效應比較

3.4.1 灌木層對杉木基株鄰體干擾效應比較 通過計算灌木層各個物種對基株的干擾指數(shù)的大小，找出各個基株灌木層的主要干擾物種，確定灌木層對杉木基株干擾效應的主要物種。最后比較生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林中灌木層對杉木基株干擾效應的強弱，如表2所示。

表2 杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林灌木層對基株干擾效應比較Tab2 ContrastedtheinterferenceeffecttothegenetbetweenecologicalafforestationandtraditionalafforestationofChi?nesefir造林類型干擾物種數(shù)(種)物種總株數(shù)(株)干擾物種(物種總干擾值)對基株平均干擾指數(shù)生態(tài)型造林22285木姜子(1044)、油桐(728)、鹽膚木(478)、楓香(327)、杉木(119)、大青樹(114)、樟樹(090)、柿樹(078)、紅木荷(069)、光皮樺(066)、豆腐木(057)、板栗(039)、五倍子(037)、拐棗(033)、檵木(030)、白櫟(020)、潤楠(015)、油茶(007)、青岡(006)、楊梅(004)、刺楸(0036)、刺桐(003)240傳統(tǒng)造林718板栗(0111)、泡桐(0063)、白櫟(0056)、杉木(0048)、馬尾松(0045)、木姜子(0040)、豆腐木(0016)005 注：表內(nèi)干擾物種按干擾值大小排列，括號內(nèi)數(shù)值代表該物種總干擾值。拐棗(HoveniaacerbaLindl)、油桐(Verniciafordii)、板栗(Casta?neamollissima)、柿樹(Diospyros)、楓香(Liquidambarformosana)、木姜子(Litseacubeba)、樟樹(Cinnamomumcamphora)、紅木荷(SchimaReinwexBl)、鹽膚木(RhuschinensisMill)、光皮樺(Betulaluminifera)、豆腐木(PremnamicrophyllaTurcz)、白櫟(QuercusfabriHance)、泡桐(Pau?lownia)、大青樹(FicushookerianaCorner)、五倍子(RhuschinensisMill)、檵木(Loropetalumchinensis(RBr)Oliv)、潤楠(MachiluspingiiChengexYang)、油茶(CamelliaoleiferaAbel)、青岡(Cyclobalanopsisglauca(Thunb)Oerst)、楊梅(Myricarubra(Lour)SetZucc)、刺楸(Kalopanaxseptemlobus(Thunb)Koidz)、刺桐(ErythrinaindicaLam)、馬尾松(Pinusmassoniana)。

由表2可以發(fā)現(xiàn)，生態(tài)型造林林地中干擾物種共22種285株，傳統(tǒng)造林干擾物種僅有7種18株，可見前者林地中灌木植物在種類和數(shù)量上均比后者豐富； 其中前者中干擾強度較大的物種有木姜子、油桐、鹽膚木、楓香、杉木和大青樹等陽性樹種，灌木植物平均干擾指數(shù)為2.40；而后者中灌木植物干擾指數(shù)較小，平均干擾指數(shù)僅為0.05。

綜合以上分析可知，生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林中灌木層對基株的干擾效應強弱不同，前者林地中灌木層干擾效應較強，后者灌木層干擾效應極弱，可以忽略不計。

3.4.2 草本層對杉木基株鄰體干擾效應比較 通過計算草本層各個物種對基株的干擾指數(shù)的大小，確定草本層對杉木基株的主要干擾物種。最后比較生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林林地中草本層對杉木基株干擾效應的強弱，如表3所示。

表3 杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林草本層對基株干擾效應比較Tab3 ContrastedtheinterferenceeffecttothegenetbetweenecologicalafforestationandtraditionalafforestationofChi?nesefir造林類型干擾物種數(shù)(種)物種總株數(shù)(株)干擾物種(物種總干擾值)對基株平均干擾指數(shù)生態(tài)型造林42454五節(jié)芒(30)、鐵線蕨(122)、鐵芒萁(072)、辣蓼(003)025傳統(tǒng)造林22702五節(jié)芒(56)、鐵線蕨(05)042 注：表內(nèi)干擾物種按干擾值大小排列，括號內(nèi)數(shù)值代表該物種總干擾值。辣蓼(Polygonumflaccidum(Meissn．)Steward)、鐵線蕨(Adiantumcapillus-veneris)、鐵芒萁(Dicranopterislinearis)。

由表3可知，生態(tài)型造林林地中草本植物種類多于傳統(tǒng)造林，但總株數(shù)少于傳統(tǒng)造林，其中五節(jié)芒數(shù)量占生態(tài)型造林草本植物數(shù)量的58%，占傳統(tǒng)造林草本植物的91.8%；比較草本植物對杉木人工林的干擾指數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩者林中干擾強度較大的均為五節(jié)芒，分別為3.0和5.6，其它草本植物干擾強度相對較弱；草本植物對基株平均干擾指數(shù)后者大于前者(0.42>0.25)。

綜合3.4.1和3.4.2分析其原因發(fā)現(xiàn)五節(jié)芒為風媒介進行種子傳播的植物，生長發(fā)育需要開闊的空間，傳統(tǒng)造林由于采用了煉山造林并且每年定期撫育兩次，為五節(jié)芒的生長提供了有利的生長環(huán)境，使得五節(jié)芒的生長高度直逼杉木高度，同時也抑制了灌木和其它草本植物的生長，故傳統(tǒng)造林地灌木植物數(shù)量稀疏，草本植物種類較少，五節(jié)芒對基株的干擾效應起到了極其重要的作用，在一定程度上減緩了杉木基株的生長速度；生態(tài)型造林由于未煉山未撫育，生物多樣性保留較為豐富，五節(jié)芒種子無法落地進行生長，同時林地內(nèi)保留的大量灌木植物的生長也相對的抑制了林地內(nèi)少量殘存五節(jié)芒的快速生長，故灌木植物種類和數(shù)量較多，五節(jié)芒較少，鄰體對基株的干擾效應主要體現(xiàn)在灌木植物，而草本植物的干擾極弱。

3.5林下生物多樣性比較

杉木林下植物群落組成成分在群落中所占空間不同，對群落層次結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能、動態(tài)變化等方面作用有差異。本文主要從草本和灌木植物對杉木生態(tài)型造林地和傳統(tǒng)造林地的影響進行生物多樣性分析比較。

3.5.1 草本層生物多樣性比較 采用公式(5)～(7)分別計算杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林地中草本植物生物多樣性指標，豐富度指數(shù)和香農(nóng)維納指數(shù)反映了草本植物的種類豐富程度，均勻度指數(shù)則反映了草本植物的分布情況，比較兩者間的草本生物多樣性差異，發(fā)現(xiàn)兩者林地中草本層的主要干擾物種均為五節(jié)芒，可見草本層中五節(jié)芒對杉木基株的干擾作用起到了關鍵作用；具體結(jié)果如圖6所示。

圖6 兩種杉木林下草本植物多樣性變化Fig.6 Contrasted the changes in biodiversity of two types Chinese fir herbaceous layer

由圖6可以看出，兩種類型豐富度指數(shù)分別為1.407和0.782、香農(nóng)維納指數(shù)分別為1.855和0.995，生態(tài)型造林均大于傳統(tǒng)造林，可知前者草本植物種類豐富，相比均勻度指數(shù)知前者(0.687)小于后者林(0.733)，故在傳統(tǒng)造林地中草本植物的均勻度比較明顯，分析原因知傳統(tǒng)造林中草本植物種類較少且數(shù)量很多。

3.5.2 灌木層生物多樣性比較 計算兩者林下灌木層生物多樣性指標并比較兩者間的灌木植物生物多樣性差異，發(fā)現(xiàn)生態(tài)型造林地中灌木植物種類有22種，明顯多于傳統(tǒng)造林(7種)，主要干擾物種為木姜子、鹽膚木和油桐，后者林地中灌木層由于受到草本植物長芒草的抑制，灌木植物稀疏，對基株的干擾作用較弱；計算結(jié)果如圖7所示。

圖7 兩種杉木林下灌木植物多樣性變化Fig.7 Contrasted the changes in biodiversity of two types Chinese fir shrub layer

由圖7可以看出，兩者林地中豐富度指數(shù)分別為2.189和0.469、香農(nóng)維納指數(shù)分別為1.847和0.349，生態(tài)型造林均明顯大于傳統(tǒng)造林，可知前者林地中灌木植物種類豐富，在后者林地中灌木植物種類較少，數(shù)量較小，故后者均勻度指數(shù)(0.617)大于前者(0.540)。

4 結(jié)論與討論

(1) 杉木初始個體大小與造林后第1、2年樹高生長速度呈正相關關系，測得生態(tài)型造林第1、2年平均生長速度分別為86.8 cm/a、 94.2 cm/a，傳統(tǒng)造林為31.9 cm/a 、51.9 cm/a ，灌木植物第1、2年的平均生長速度分別為48.7 cm/a、53.3 cm/a，草本植物的平均生長速度為55.7 cm/a，生態(tài)型造林第1、2年平均生長速度大于灌木植物和草本植物，傳統(tǒng)造林小于灌木植物和草本植物，造林初期為使杉木生長不受影響后者需不斷撫育，生態(tài)型造林則不需撫育；生態(tài)型造林是2年生容器苗造林，初始個體高較大，無緩苗期，杉木苗上山后即進入迅速生長階段，初始個體高對生長速度促進作用明顯；傳統(tǒng)造林杉木基株是采用1年生裸根苗造林，初始個體高較小，有緩苗期，前期生長緩慢，抗其它物種干擾能力弱，需要進行撫育才能正常生長。杉木基株個體大小與鄰體總干擾指數(shù)呈顯著負相關關系，隨著基株個體的增大，生態(tài)型造林受鄰體干擾的趨勢快速下降，傳統(tǒng)造林受鄰體干擾趨勢下降緩慢，前者抵抗鄰體總干擾能力強于后者；基株生長速度與鄰體總干擾指數(shù)呈負相關關系，隨著基株生長速度的增快，前者受鄰體總干擾指數(shù)的影響下降明顯，后者受影響趨勢下降平緩，前者鄰體對基株生長的整體干擾作用要小于后者。

(2) 生態(tài)型造林地中生物多樣性豐富，有灌木植物22種、草本植物4種，傳統(tǒng)造林地中由于經(jīng)過了煉山，為五節(jié)芒創(chuàng)造了適生條件，五節(jié)芒數(shù)量占草本植物總數(shù)量的91.8%，抑制了其它物種的生長，僅有灌木植物7種、其它草本植物1種；前者灌木層和草本層的豐富度指數(shù)和香農(nóng)維納指數(shù)分別為2.189、1.407和1.847、1.855，均大于后者(0.469、0.782和0.349、0.955)。

(3) 灌木植物對兩者林地中基株的干擾效應強弱不同，生態(tài)型造林地內(nèi)物種豐富多樣，灌木種類齊全，數(shù)量較多，基株受灌木干擾效應較強，主要干擾物種有木姜子、油桐、鹽膚木、楓香、杉木和大青樹等陽性樹種，灌木植物平均干擾指數(shù)為2.40；傳統(tǒng)造林地內(nèi)灌木植物對鄰體的平均干擾指數(shù)僅為0.05，基株受灌木的干擾效應可忽略不計。

(4) 草本植物對兩者林地中基株干擾效應強弱差異明顯，生態(tài)型造林草本植物雖種類較多，但數(shù)量少，基株所受干擾效應較弱，主要來自五節(jié)芒和鐵線蕨，草本植物對基株平均干擾指數(shù)為0.25；傳統(tǒng)造林草本植物種類少數(shù)量多，五節(jié)芒數(shù)量占總數(shù)的91.8%，基株所受干擾效應主要來自五節(jié)芒，其它可忽略不計，對基株平均干擾指數(shù)為0.42。傳統(tǒng)造林煉山后地面裸露，給五節(jié)芒種子提供了良好生長環(huán)境，使原來沒有雜草的造林地中大量生長五節(jié)芒，要讓杉木苗成活、良好生長，必需進行除草撫育，撫育后又使林地裸露，更有利于五節(jié)芒生長，反復撫育，形成惡性循環(huán)，這樣惡性循環(huán)要持續(xù)到林分郁閉。生態(tài)型造林造林前不煉山，只將砍伐的剩余物，均勻鋪在地面上，草種落在剩余物上面，不能與土壤直接接觸，不能發(fā)芽，相比之下，雜草較少，林地上只有灌木萌芽條等植被?？梢娚鷳B(tài)型造林可以抑制五節(jié)芒的生長，傳統(tǒng)造林則為五節(jié)芒創(chuàng)造了有利的適生條件。

(5) 生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林基株平均高分別為6.4 m和5.8 m，平均胸徑分別為7.9 cm和8.7 cm，前者由于不撫育，促使杉木個體高生長相對較快，后者由于煉山和頻繁撫育，使杉木個體胸徑生長相對較快。

(6) 生態(tài)型造林生物多樣性豐富，能夠減少水土流失、維護土壤肥力、減少人工成本，解決了傳統(tǒng)造林中五節(jié)芒大量生長的弊端，初始個體高較大，抗周圍鄰體干擾能力強，造林初期生長速度快。

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ComparedtheinterferenceeffectfromtheneighborhoodofChineseFirbetweentheecologicalafforestationandtraditionalafforestation

XU Zhongkun1, XU Qingqian1， GUO Wenqing1,GU Yangchuan2, YANG Jianhua2

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China;2.Forestry Research Institute of Huitong Country, Huitong 418300, China)

In order to compare the difference interference effect from the neighborhood of Chinese fir between the ecological afforestation and traditional afforestation, clarified the superiority of the ecological afforestation, avoided the massive growth ofMiscanthusfloridulusin the afforestation, solved the problems caused by controlled burning and upbringing under the premise of without affecting the growth of Chinese fir, for example the soil and water erosion, fertility waning, loss of biodiversity and artificial high cost etc, provide technical support for the future afforestation work. The researchSelected two kinds of plantation types of the ecological afforestation and the traditional afforestation, adopted the growth data of 8-year-old plantation and using the method of neighborhood interference index model, researched the interference effects of Chinese fir plantation from the neighborhood in the two kinds of plantation types. The results showed that:there were 22 kinds of shrubs and 4 kinds of herbs in the ecological afforestation woodland,M.floridulusaccounted for 91.8% of the total number of herbs in the traditional afforestation woodland, and there were 7 kinds of shrubs and 1 kinds of other herbs; the Richness index and Shannon-Wiener index of shrub layer and herbaceous layer in the former woodland were more than the latter woodland. Measured the initial individual height of the average growth rate in the first and second years were 86.8 cm/a, 31.9 cm/a and 94.2 cm/a, 51.9 cm/a in the former and latter respectively, the average growth rate of the first and second years were 48.7 cm/a and 53.3 cm/a in the shrubs respectively, the average growth rate were 55.7 cm/a in the herbs; the average height of the genet and the average DBH of 8-year-old Chinese fir were 6.4 m, 5.8 m and 7.9 m, 8.7 m respectively in the ecological afforestation and traditional afforestation. The interference effect of shrub layer was stronger in the ecological afforestation woodland than the traditional afforestation woodland, there were 4 kinds of the key interfering species, the average interference index of the shrub layer was 2.40; The interference effect of herbaceous layer was stronger in the latter woodland than in the former woodland, the key interfering species was 1 kind, the average interference index of the herb was 0.42. The initial individual height were higher in the ecological afforestation, the average growth rate of the first and second years were more than the shrubs and herbs, without the buffer period, rapid growth after planting, obvious improved on the growth rate in early planting period; The initial individual height were smaller in the traditional afforestation, presence the buffer period, the average growth rate of the first and second years were less than the shrubs and herbs, the woodland must be tending. Simulated the Tang Shouzheng height-diameter model between the individual size, the relationship of the curves were obviously negative correlation, the growth rate of the genet and the total interference index, the results showed that to the former woodland, the abilities to resist interference of Chinese fir were stronger, the individual size got less influences by the neighborhood, the interference effect from the neighborhood was weaker. The height growth of Chinese fir was faster because of no tending in the ecological afforestation; the growth was faster because of frequent tending in the traditional afforestation. After controlled burning the latter woodland was created the suitable conditions for the growth ofM.floridulus, and the ecological afforestation was no tending and controlled burning, the biodiversity was abundant, could inhibit the growth ofM.floridulus.

Chinese fir; controlled burning； interference index; neighborhood; genet; biodiversity; ecological afforestation; traditional afforestation

2016-06-15

“十二五”農(nóng)村領域國家科技計劃，杉木速生豐產(chǎn)林定向培育技術(shù)研究(2015BAD09B0101)。

許忠坤(1955 — )，男，湖南省慈利縣人，研究員，主要從事林木栽培與育種研究工作。

S 791.27; S 72

A

1003 — 5710(2016)04 — 0028 — 09

10.3969/j.issn. 1003 — 5710.2016.04.007

(文字編校：楊 駿)