馬尾松不同營造混交類型選擇及林分生長量研究

洪永輝 林能慶 張森行 林 力 王如均 洪楨華

(1.福建省龍巖市林業(yè)種苗站，福建 龍巖 364000；2.福建省上杭白砂國有林場，福建 上杭 364205；3.福建省林業(yè)調查規(guī)劃院，福建 福州 350003)

馬尾松(Pinusmassoniana)是我國南方主要造林樹種，是建筑、制漿造紙、制板的重要工業(yè)原料樹，也是松脂、伏苓、松乳菇、松花粉等林特產(chǎn)的資源樹。它適應性廣，耐干旱瘠薄，是荒山造林的先鋒樹種。閩西是馬尾松的中心產(chǎn)區(qū)，其林分面積和蓄積量占龍巖市有林地面積和林木總蓄積量的40.5%和41.0%。馬尾松純林林下植被稀少，林地土壤侵蝕嚴重，林分涵養(yǎng)水源、固持土壤等生態(tài)效益較低，與同帶性常綠闊葉林相比，森林景觀單一，生物多樣性低，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，對森林火災和病蟲害抵抗力弱[1-2]。同時，馬尾松易感染松毛蟲、松材線蟲等病蟲害，造成其種植的地位和作用也大幅下降。因此，如何提高馬尾松人工林物種多樣性，降低森林病蟲害、火災風險，使其發(fā)揮更大的生態(tài)效益已成為急需解決的重大課題。筆者對福建上杭白砂國有林場1992年營造的馬尾松與米老排、木荷、火力楠、杉木、枳椇等多樹種、多方法混交組合的林分進行研究，旨在從營林技術上解決馬尾松人工造林的地力衰退、防火、防病蟲等問題，為篩選適應閩西馬尾松混交造林的模式提供科學依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗點位于龍巖市的上杭白砂國有林場食水井工區(qū)，屬馬尾松中心產(chǎn)區(qū)，處于武夷山脈南段東坡玳帽山延伸的低山丘陵地段。地處東經(jīng)116°35′～116°39′，北緯25°7′～25°8′，海拔500～586 m，年均氣溫19.2℃，極端最低溫-6℃，年均降水量1 732 mm，無霜期295 d。地勢較平坦，中坡，坡度15°～20°，土壤為紅壤，土層厚度0.5 m以上，立地類型Ⅲ類，林下植被主要為芒萁。

2 試驗方法

2.1 造林設計

試驗地面積13.3 hm2。于1991年底進行劈草煉山，造林密度按2 m×1 m、2 m×1.1 m、2 m×1.25 m、2 m×1.67 m、2 m×2.5 m、2 m×3.3 m等6種株行距進行設置。挖明穴回表土，穴規(guī)格40 cm×30 cm×25 cm。1992年初采用馬尾松×米老排(A1)、馬尾松×枳椇(A2)、馬尾松×杉木(A3)、馬尾松×火力楠(A4)、馬尾松×木荷(A5)、馬尾松(ck、對照)等樹種混交造林，當年擴穴鋤草各一次，連續(xù)撫育三年，2006年、2008年進行衛(wèi)生伐及下層撫育間伐。

2.2 試驗設計

試驗采取前蘇聯(lián)C.波格來勃涅克和B.H柯斯托馬洛夫設計的高密度棋盤格試驗方法[3]。根據(jù)地形劃分試驗區(qū)。試驗區(qū)劃分成36個12 m×12 m的棋盤式標準地，每個標準地設計一個混交組合，分別為馬1闊1行間(B1)、馬1闊1株間(B2)、馬1闊2株間(B3)、馬2闊1株間(B4)、馬1闊3株間(B5)、馬3闊1株間(B6)等6種混交比例和方式，重復2次，隨機區(qū)組排列(表1)。1997年12月進行第一次調查，2013年3月第2次調查，對標準地每木檢尺，測定胸徑、樹高及冠幅。

2.3 統(tǒng)計分析

利用調查獲得的樹高和胸徑值，采用福建省林業(yè)廳編制的馬尾松、闊葉樹二元立木材積表計算各樹種單株材積。各林分單位面積蓄積量按各樹種平均木單株材積乘以相應樹種單位面積株數(shù)計算。采用Excel和SAS統(tǒng)計軟件進行數(shù)理統(tǒng)計及方差分析[4]。

表1 馬尾松不同混交林混交比例和方式設計

3 結果與分析

3.1 不同混交類型、比例、方法和密度的林分生長分析

3.1.1 馬尾松不同混交類型林分生長性狀差異分析

營造馬尾松不同混交類型試驗林的各處理林木優(yōu)勢高分化明顯，說明不同混交樹種的生長具有明顯差異。馬尾松與各樹種混交其優(yōu)勢木差異不明顯，不同樹種混交在6年生、22年生時生長差異明顯。多樹種混交林分的各項生長因子均優(yōu)于馬尾松純林，其混交效果總體較好，幼齡林能適時郁閉，6 年生馬尾松生長量是速豐林標準的1倍以上；而6年生杉木胸徑生長量達中心產(chǎn)區(qū)的標準，其樹高生長量比中心產(chǎn)區(qū)速豐林提高45.8%；其它闊葉樹平均胸徑4.6 cm、平均樹高3.6 m、平均單株材積0.005 2 m3，其生長量明顯優(yōu)于純林[5]。6年生不同樹種組合林分單位面積蓄積量排序為A1>ck>A5>A3>A4>A2，表明幼年期馬尾松與米老排混交效果最優(yōu)，最差是枳椇。幼年時樹高生長最能代表林分生長勢，不同混交樹種平均樹高排序為米老排>木荷>杉木>馬尾松>火力楠>枳椇。

22年生林分各樹種均值與對照的馬尾松均值相比均有明顯差異[6]，其林分平均樹高、胸徑、單株材積、冠幅分別為14.2 m、15.8 cm、0.164 8 m3、4.2 m。22年生林分生長差異十分顯著，由于馬尾松和枳椇均為陽性樹種，隨著林木生長、林分郁閉度提高，生長緩慢的枳椇因競爭能力弱而長期處于被壓木，造成樹木生長不良而逐漸被淘汰或被疏伐[7]，使馬尾松與枳椇的混交組合逐漸更替為馬尾松純林。

評價中齡或近熟林林分采用林分蓄積或平均單株材積，比用樹高或胸徑指標更能準確反映其林分生產(chǎn)力情況[7]。按單位面積林分蓄積排序為A1>A5>A4>A3>A2>ck。各樹種平均單株材積、平均胸徑和平均樹高排序均為米老排>火力楠>木荷>杉木>馬尾松?，F(xiàn)混交林林分蓄積組成占優(yōu)勢的樹種為米老排、火力楠、木荷、杉木等，形成以闊葉樹和杉木為主的混交林(表2)。對林分生長規(guī)律進行分析可知，米老排生長屬穩(wěn)定型優(yōu)勢樹種，生長均領先其它樹種，其林分單位面積蓄積是對照的2.6倍；而火力楠、木荷生長為上升型樹種，前期表現(xiàn)低于馬尾松、杉木，但22年后其蓄積均是馬尾松純林的1.8倍，可見，營造馬尾松混交林均對提高林分蓄積有促進作用。分析表明混交林能改善林分結構，提高林地覆蓋率，形成特有林分小氣候，增加林分生物總量，從而提高涵養(yǎng)水源能力，改良土壤結構和林木生長環(huán)境，促進馬尾松與伴生樹種的生長，提升林地生產(chǎn)力，經(jīng)營效益顯著。

表2 馬尾松不同混交類型林分與純林生長性狀差異

3.1.2 不同混交比例和方法林分生長性狀差異分析

決定混交效果和產(chǎn)量的關鍵技術是混交比例和方法[2]。不同混交比例和方法的6年生、22年生林分蓄積差異十分顯著。幼年期以馬1闊1株間混交最優(yōu)，其次是行間混交，各混交林分蓄積在10.336 1～17.244 5 m3·hm-2，均低于ck(純林)的17.408 2 m3·hm-2。幼年期闊葉樹混交比例大有利于林分郁閉，其枯枝落葉可涵養(yǎng)水分促進林木生長，隨著林木生長和衛(wèi)生伐及下層間伐等營林措施實施，22年生時不同樹種混交林分差異顯著。枳椇因競爭能力弱而長期處于被壓木逐漸被淘汰，林分更替為馬尾松純林，故在22年生統(tǒng)計不同混交比例和方法時該混交類型(A2)剔除。

林分單位面積蓄積最能體現(xiàn)林分生長量水平。分析可知22年生不同混交比例和方法林分均以闊葉樹或杉木蓄積占優(yōu)勢，排序為B1>B3>B5>B6>B4>B2，以行間(B1)混交模式為最優(yōu)，其次是馬1闊2株間(B3)混交，而馬1闊1株間(B2)混交模式因不利于撫育間伐造成林分蓄積量最低。但混交林分蓄積均大于對照ck，表現(xiàn)最低的馬1闊1的株間混交，其蓄積也大于對照(ck)38.3%，表明混交林喬木層和枯枝落葉層的現(xiàn)存量均大于純林[3]，今后營造混交林時，在設計各樹種混交比例和方式時應以培養(yǎng)目標為主，充分考慮數(shù)量變化與混交林各樹種種間關系的發(fā)展方向和混交效果[2-3，8]，以利于后續(xù)的撫育間伐，才能發(fā)揮最大的生態(tài)、經(jīng)濟效益，從而提高人工林的產(chǎn)量和質量。

表3 馬尾松不同混交比例和方法林分生長性狀差異

3.1.3 不同造林密度林分生長性狀差異效應

造林密度直接影響林木胸徑、樹高、單株材積、冠幅等生長。合理造林密度有利林于分郁閉和提高林分蓄積量，密度越大，林分郁閉越早，密度越稀，林分郁閉越遲。6年生時不同造林密度林分生長差異顯著，密度對林木胸徑、冠幅生長影響最大，其混交林分平均胸徑排序為M5>M6>M4>M1>M3>M2，平均胸徑2.6～5.7 cm，最大單株胸徑9.2 cm。混交林分平均樹高2.7～4.4 m，最大單株樹高8.1 m，其最大胸徑、最大樹高均出現(xiàn)在密度2 m×3.3 m的樣地內(nèi)，表明密度小有利于林分生長。

表4 馬尾松混交林不同造林密度其林分生長性狀差異

合理造林密度能夠促進胸徑生長，而樹高生長差異不明顯。幼齡期間混交林單位面積蓄積生長低于純林。分析認為，馬尾松為深根性陽性樹種，造林前期，其生長明顯高于其它樹種，居林冠上層。闊葉樹、杉木多數(shù)喜溫暖濕潤立地和氣候條件，由于該造林地為Ⅲ類立地，立地差造成其前期生長較慢，居林冠中下層。6 年生混交林不同密度蓄積排序為M5>M4>M1>M6>M3>M2，而對照馬尾松純林排序為M1>M3>M4>M2>M6>M5，表明前期造林密度越大，單位面積蓄積越大，而混交林單位面積蓄積變化與闊葉樹相關。隨著林分的生長，混交林分生長優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)，到近成熟時能充分體現(xiàn)。22 年生不同混交密度林分分化較顯著，密度越大則單位面積蓄積越低。合理混交密度能夠促使單位面積蓄積提高，表現(xiàn)為M5>M6>M3>M4>M2>M1。與對照的純林相比，混交林單位面積蓄積增加44.9%～248.3%(表4)。

3.2 不同混交類型、比例、方法和密度的方差分析

6年生、22年生混交林分胸徑均值分別為4.5 cm、15.7 cm，變異系數(shù)分別為16.38%、27.5%；樹高均值分別為3.5 m、14.3 m，變異系數(shù)分別為11.3%、18.5%；單株材積分別為0.004 2 m3、0.168 9 m3，變異系數(shù)分別為41.1%、67.8%；單位面積蓄積量分別為14.5 m3·hm-2、192.89 m3·hm-2，變異系數(shù)分別為41.4%、42.1%。分析可知：林分在6年生、22年生時其生長均存在不同程度差異，各混交類型胸徑、樹高、單株材積、單位蓄積量差異均達極顯著水平。在混交比例和方法中6年生樹高差異達極顯著水平，單株材積和單位面積蓄積達顯著水平，而胸徑無顯著差異；但在22年生時胸徑、樹高差異均達極顯著水平，單株材積達顯著水平，而單位面積蓄積、冠幅無顯著差異。各混交密度胸徑、樹高、單株材積、冠幅均達極顯著水平，但林分單位面積蓄積無顯著差異。

表5 馬尾松不同混交類型、比例、方法和密度各性狀指標的方差分析

3.3 馬尾松混交林最優(yōu)模型選擇

綜上所述，馬尾松混交林中馬尾松不論是樹高、胸徑、蓄積等生長指標，還是生長速度等方面，均優(yōu)于馬尾松純林，表明營造混交林能促進馬尾松個體和群體生長。營建混交林能否成功的關鍵是混交樹種的選擇。研究表明適宜營造馬尾松混交林的樹種有米老排、火力楠、木荷等[9-11]，以采用馬尾松闊葉樹行間混交為最優(yōu)，混交密度以2 m×2.5 m或2 m×1.67 m為最優(yōu)。米老排因幼年生長快，枝葉濃密，葉面指數(shù)高，對強陽性樹種馬尾松來說，光照較弱勢必影響其生長[9]，但米老排生物量較大，能有效提高林地利用率和改善生態(tài)環(huán)境，適宜現(xiàn)有馬尾松人工林近自然化純林改造和馬尾松大徑材培育改造[12-15]?；鹆﹂啄昶谏L較慢，但后期生長較快。22年后混交林形成以米老排、火力楠為優(yōu)勢樹種的林分，馬尾松為伴生樹種，其林分蓄積比為V(米)∶V(馬)=97∶3、V(火)∶V(馬)=85∶15。米老排22年生單株材積達0.275 m3，混交林分蓄積達326.48 m3·hm-2。標準地觀察可知：各混交林下坡闊葉樹占絕對優(yōu)勢，零星分布馬尾松。上坡雖闊葉樹占優(yōu)勢，但馬尾松呈塊狀或零星分布，混交比例保持在8：2左右。因此在閩西馬尾松中心產(chǎn)區(qū)Ⅲ、Ⅳ類林地上營造馬尾松混交林能改善地力，提高馬尾松生長量，可以通過營林措施及撫育間伐逐步將林分改造為以闊葉樹或馬尾松為優(yōu)勢的林分。

4 結果與討論

營造馬尾松混交林可增加馬尾松林分中生物類群的多樣性、多層性，能改善生態(tài)環(huán)境，提高馬尾松林分的生產(chǎn)力[8]。研究表明：Ⅲ、Ⅳ類地上多數(shù)適宜營造馬尾松林，而純林枯枝落葉較單一，長期經(jīng)營致使林地土壤衰退和林地環(huán)境質量下降，生產(chǎn)力減退，且病蟲害呈現(xiàn)蔓延的趨勢。目前福建馬尾松林面臨松材線蟲危害。通過林分改造套種火力楠、米老排、楓香、無患子、金花茶可使馬尾松純林逐步演變成復層林和異齡林分，增加林分生物多樣性，有效提高林分生長量和抵制松褐天牛、松突圓蚧、松材線蟲等病蟲害蔓延趨勢[14-16]。

混交林郁閉較早，闊葉樹對馬尾松有側方庇蔭作用?；旖涣中纬蓮蛯恿纸Y構，林內(nèi)直射光減少，溫差變小，濕度增大，且樹冠層對降雨的截留增大?；旖涣值馗缓罅恳赘目萋湮锏瑞B(yǎng)分改善了土壤肥力。因此，混交可以促進馬尾松和闊葉樹的生長,從而提高林分蓄積量。

馬尾松與米老排等4種闊葉樹及與杉木分別采用不同混交比例、密度建立的混交試驗林,通過對其6年生和22年生林分生長數(shù)據(jù)進行分析，結果表明：6年生、22年生混交林分胸徑均值分別為4.5 cm、15.7 cm，樹高均值分別為3.5 m、14.3 m，單株材積分別為0.004 2 m3、0.168 9 m3，單位面積蓄積分別為14.5 m3·hm-2、192.89 m3·hm-2。各混交類型胸徑、樹高、單株材積、單位面積蓄積差異均達極顯著水平。在混交比例和方法中6年生樹高差異達極顯著水平，單株材積和單位面積蓄積達顯著水平，而胸徑無顯著差異；但在22年生時胸徑、樹高差異均達極顯著水平，單株材積達顯著水平，而單位面積蓄積、冠幅無顯著差異。不同混交密度胸徑、樹高、單株材積、冠幅差異均達極顯著水平，但林分單位面積蓄積無顯著差異。適宜營建馬尾松混交林的樹種有火力楠、木荷等樹種[9-11]，采用馬尾松闊葉樹行間混交為最優(yōu)，混交密度以2 m×2.5 m或2 m×1.67 m為最優(yōu)。在閩西馬尾松中心產(chǎn)區(qū)Ⅲ、Ⅳ類林地上營造混交林有利于改善地力，提高馬尾松生長量，可以通過營林措施及撫育間伐逐步將林分改造為以闊葉樹或馬尾松為優(yōu)勢的林分。

[1] 《福建森林》編輯委員會.福建森林 [M].北京：中國林業(yè)出版社，1993.134-139．

[2] 俞新妥.混交林營造原理及技術 [M]北京：中國林業(yè)出版社，1989．

[3] 王宏志.中國南方混交林研究 [M].北京：中國林業(yè)出版社，1993．

[4] 黃少偉，謝維輝主編.實用SAS編程與林業(yè)試驗分析 [M].廣州：華南理工大學出版社，2001．

[5] 陳存及，陳伙法.闊葉樹種栽培 [M].北京：中國林業(yè)出版社，2000．

[6] 洪永輝，林能慶，黃欽忠，等.米老排優(yōu)樹材性兼優(yōu)選擇及改建型母樹林去劣疏伐技術研究 [J].林業(yè)勘察設計，2016(1):24-28．

[7] 洪永輝，林文獎，黃以法．12年生馬尾松種子園半同胞家系生長性狀變異分析與優(yōu)良家系選擇 [J]．南京林業(yè)大學學報：自然科學版，2010，34(4)：26-30．

[8] 北京林學院主編.造林學 [M].北京：中國林業(yè)出版社，1981．

[9] 郭文福，蔡道雄，賈宏炎，等.馬尾松與紅椎等3種闊葉樹種營造混交林的生長效果 [M].林業(yè)科學研究，2010，23(6)：839-844．

[10] 黃勤堅．培育馬尾松大徑材適宜松楠混交模式研究 [J]．廣西林業(yè)科學研究，2004，33(3)：119-123．

[11] 曹漢洋，陳金林．杉木馬尾松木荷混交林生產(chǎn)力研究 [J]．福建林學院學報，2000，20(2)：158-161．

[12] 梁建平，龍定健，曹艷云．松闊人工異齡混交林營造技術 [J]．廣西林業(yè)科學，1997，26(13)：106-111．

[13] 朱宏光，陸曉明，溫遠光，等．馬尾松人工林近自然化改造對林分的影響 [J]．廣西科學，2014，21(5)：477-483．

[14] 羅應華，孫冬婧，林建勇，等．馬尾松人工林近自然化改造對植物自然更新及物種多樣性的影響 [J]．生態(tài)學報，2013，33(19)：6154-6162．

[15] 唐守正．全國木材戰(zhàn)略儲備生產(chǎn)基地營造林模式及典型案例 [M].北京：中國林業(yè)出版社，2014．

[16] 洪永輝，曾毓，陳天增，等.珍稀瀕危植物金花茶在福建適應性及開發(fā)利用探討 [J].林業(yè)勘察設計，2016(3)：18-24．