馬尾松木荷混交林植被恢復(fù)效應(yīng)初報(bào)

林榮標(biāo)

摘 要：通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)森林火災(zāi)易發(fā)區(qū)4種處理的植被恢復(fù)效應(yīng)評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：不同處理的灰色關(guān)聯(lián)序?yàn)榛旖槐?∶1（0.985）>1∶2（0.665）>5∶2（0. 518）>對(duì)照（0.334）。馬尾松木荷混交林能有效促進(jìn)火災(zāi)易發(fā)區(qū)林分植被的生長(zhǎng)和物種多樣性的恢復(fù)，及土壤物理性狀和林分小氣候的改善?；旖涣值闹脖换謴?fù)效應(yīng)均比馬尾松純林好，其中混交比為1∶1的植被恢復(fù)效應(yīng)表現(xiàn)最好。

關(guān)鍵詞：馬尾松；木荷；混交林；植被恢復(fù)；灰色關(guān)聯(lián)分析

中圖分類號(hào) S79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）17-0095-04

連城縣是福建西部的主要林區(qū)縣之一，馬尾松（Pinus massoniana）、木荷（Schima superba）是該縣的重要鄉(xiāng)土用材樹種。森林火災(zāi)易發(fā)區(qū)都是鄰近居民區(qū)和道路的山場(chǎng)，人為野外用火頻繁，導(dǎo)致隔3-5a“燒一次”的惡性循環(huán)，植被重復(fù)破壞，水土流失嚴(yán)重，立地質(zhì)量差，歷史營(yíng)造的馬尾松純林，生長(zhǎng)緩慢，植被單一，水源涵養(yǎng)差，在無(wú)雨干燥季節(jié)，極易形成引發(fā)森林火災(zāi)的火環(huán)境。本文通過(guò)對(duì)森林火災(zāi)易發(fā)區(qū)馬尾松木荷混交林植被恢復(fù)相關(guān)因子的灰色關(guān)聯(lián)分析，以期為森林火災(zāi)易發(fā)區(qū)森林植被恢復(fù)提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況 連城縣隔川鄉(xiāng)地處116°41′48″～116°46′13″E，25°43′18″～25°47′07″N，年均氣溫19℃，極端高溫38℃，極端低溫-5.6℃，年均日照時(shí)數(shù)1761h，降水量1734mm，蒸發(fā)量1558mm，相對(duì)濕度76%，屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，主要森林植被為馬尾松林。試驗(yàn)地在隔川鄉(xiāng)聯(lián)益村茶亭嶺山場(chǎng)，為2006年火跡造林試驗(yàn)地，面積41.4km2，坡向東南，土壤紅壤，平均土層厚度80cm。試驗(yàn)是按馬尾松與木荷1∶2、1∶1、5∶2的混交比例沿等高線水平行間混交及馬尾松純林4種方式設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)4個(gè)小區(qū)（每個(gè)小區(qū)都是從山頂連續(xù)到山腳）進(jìn)行造林對(duì)比試驗(yàn)。造林整地穴規(guī)格60cm×40cm×40cm，密度2500株/hm2，苗木為本地1a生馬尾松、木荷裸根苗；造林當(dāng)年5月擴(kuò)穴施復(fù)合肥（0.25kg/株）1次，10月鋤草撫育1次，第2、3年劈雜鋤草各2次。

1.2 樣地設(shè)置 按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置馬尾松木荷混交比例為1∶2（處理Ⅰ）、1∶1（處理Ⅱ）、5∶2（處理Ⅲ）和馬尾松純林對(duì)照（ck）4種處理，重復(fù)3次，共設(shè)置面積為20m×20m樣地12塊，并在每個(gè)樣地的西南、東北角和中心設(shè)置3個(gè)2m×2m樣方。

1.3 樣地調(diào)查 2016年10月，樣地進(jìn)行全林每木檢尺，調(diào)查記錄樹種名稱、株數(shù)和胸徑，根據(jù)平均胸徑分樹種選取3株平均木測(cè)定樹高、冠幅和冠高；樣方內(nèi)調(diào)查記錄灌木、草本的物種名稱、株數(shù)、高度和蓋度。在每個(gè)樣地的對(duì)角線交叉處挖1個(gè)土壤剖面，采用環(huán)刀法在土壤剖面10cm處提取原狀土做土壤物理性狀測(cè)定；在樣地林分內(nèi)離地面1.5m處，用照度計(jì)觀測(cè)林中光照強(qiáng)度，用通風(fēng)干濕表測(cè)定林中氣溫和相對(duì)濕度，地表溫度用溫度計(jì)測(cè)定，觀測(cè)時(shí)段為每日13：00～15：00，連續(xù)觀測(cè)5d，重復(fù)3次。

（3）根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析方法[3]，選擇植被因子實(shí)測(cè)值（參考序列）的最優(yōu)值組成比較數(shù)列，對(duì)參考數(shù)列實(shí)測(cè)值無(wú)量綱化后進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析[3]。關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式如下：

式中：是參考序列與比較序列對(duì)應(yīng)絕對(duì)差值；是分辯系數(shù)取0.5。

（4）數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 林分結(jié)構(gòu)差異 從表1可見(jiàn)，不同處理間，林分密度表現(xiàn)為處理Ⅱ>處理Ⅰ>處理Ⅲ>ck，只有混交林與ck純林間呈顯著差異；林分樹高、胸徑表現(xiàn)為，混交林顯著大于ck純林，混交林間以處理Ⅱ表現(xiàn)最大且與其他處理呈顯著差異。冠幅投影面積={（冠幅東西、南北長(zhǎng)+冠高）÷4}2×[4]，相對(duì)冠長(zhǎng)=（冠幅/樹高）×100%。冠幅投影面積、相對(duì)冠長(zhǎng)是指林分林木平均單株值，混交林的冠幅投影面積、相對(duì)冠長(zhǎng)是林分各樹種冠幅投影面積、相對(duì)冠長(zhǎng)的加權(quán)平均值，兩者反映了林分樹冠覆蓋程度的空間結(jié)構(gòu)。冠幅投影面積越大，樹冠覆蓋度越大，則林分光合作用面積越大，林內(nèi)光照量越少，林中溫度也越低；相對(duì)冠長(zhǎng)越大，林分阻擋氣流效果也越好[5]。表1分析表明，不同處理間，冠幅投影面積、相對(duì)冠長(zhǎng)都表現(xiàn)為處理Ⅱ>處理Ⅰ>處理Ⅲ>ck，且都以處理Ⅱ顯著最大、ck顯著最小、處理Ⅰ與處理Ⅱ間無(wú)顯著差異。

2.2 林分及其各器官生物量差異

2.2.1 林分總生物量 生物量是植物生長(zhǎng)過(guò)程干物質(zhì)不斷更新積累的結(jié)果。表2中可見(jiàn)，各處理的林分干物質(zhì)總量大小表現(xiàn)為處理Ⅱ>處理Ⅲ>處理Ⅰ>ck。處理Ⅱ的林分干物總量（16.17t/hm2）顯著大于其他處理，分別比處理Ⅰ大93.9%、處理Ⅲ大77.9%、ck大147.6%。

2.2.2 林分各器官生物量 表2中呈示，混交林的各器官生物量都是以樹干最大，樹根其次，然后為樹葉、樹枝；ck純林則表現(xiàn)為樹干最大，其次是樹葉、樹枝，最小是樹根。各處理間，樹干的生物量大小為處理Ⅱ>處理Ⅰ>處理Ⅲ>ck，樹根的生物量大小為處理Ⅱ>處理Ⅲ>處理Ⅰ>ck；樹干、樹根生物量都表現(xiàn)為：混交林顯著大于ck純林，處理Ⅰ、Ⅲ間差異不顯著，處理Ⅱ?yàn)樽畲笄遗c其他處理有顯著差異。

2.3 植被群落物種多樣性差異 圖1可見(jiàn)，Margalef指數(shù)與Shannon-Wiener指數(shù)大小都表現(xiàn)為處理Ⅱ>處理Ⅰ>處理Ⅲ>ck；Simposn指數(shù)大小則表現(xiàn)為處理Ⅰ>處理Ⅱ=處理Ⅲ>ck。單因素方差分析（P<0.05）表明，不同處理植被群落間Margalef指數(shù)呈顯著差異，其中處理Ⅱ（4.00±0.64a）為最大，ck（1.51±0.45d）為最??；Simposn指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)只表現(xiàn)混交林群落與ck純林群落間呈顯著差異，混交林群落間無(wú)差異，其中Simposn指數(shù)以處理Ⅰ（0.62±0.14a）為最大、ck（0.32±0.04b）為最小，Shannon-Wiener指數(shù)以處理Ⅱ（1.54±0.41a）為最大、ck（0.76±0.06b）為最小。這表明混交林更有利于林下植被物種多樣性的恢復(fù)，其中處理Ⅱ的植被群落恢復(fù)的物種種類最多。endprint

2.4 林內(nèi)小氣候差異 樹冠覆蓋遮檔，對(duì)陽(yáng)光吸收和反折射，樹冠枝葉對(duì)氣流的阻隔，影響了林內(nèi)光照量和林內(nèi)外熱量、濕度的交換，使林內(nèi)光照強(qiáng)度減弱、溫度降低、濕度增大，從而減小了森林植被的著火燃燒概率。從表3可見(jiàn)，混交林內(nèi)的光照強(qiáng)度、相對(duì)濕度、平均溫度和地表溫度與ck純林相比有顯著差異。處理Ⅱ林內(nèi)光照強(qiáng)度、平均溫度和地表溫度為最小，比ck純林（最大）分別降低了60.02%、13.21%、14.95%；相對(duì)濕度最大，比ck純林（最?。┰龃罅?0.99%，且處理Ⅱ的光照強(qiáng)度、相對(duì)濕度和地表溫度與其他處理均呈顯著差異。

2.5 土壤物理性差異 容重越小的土壤質(zhì)地越疏松，反之越緊實(shí)。土壤孔隙是土壤空氣、水分、養(yǎng)分的運(yùn)輸貯藏空間，孔隙狀況受土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)及其有機(jī)質(zhì)含量的影響；土壤水體是土壤物質(zhì)循環(huán)的載體，土壤孔隙度直接影響土壤持水量能力[6]。從表4可知，不同處理間，土壤容重大小表現(xiàn)為處理Ⅱ<處理Ⅰ<處理Ⅲ處理Ⅰ>處理Ⅲ>ck的顯存差異。表4分析表明，混交林對(duì)土壤物理性狀的改善顯著好于ck純林，其中處理Ⅱ表現(xiàn)為最好。處理Ⅱ的土壤容重（1.11g/cm3）最小，孔隙度最大，持水能力最強(qiáng)，從而提高了土壤循環(huán)能力，更有利于林木根系吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

2.6 植被恢復(fù)效應(yīng)灰色關(guān)聯(lián)分析 本試驗(yàn)選擇林分生長(zhǎng)、植被多樣性、土壤物理性狀和小氣候等23個(gè)因子為植被恢復(fù)效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，把各因子不同處理的實(shí)測(cè)值為參考序列，把各因子不同處理中最佳特征值組成比較序列，再把各參考序列實(shí)測(cè)值除以比較序列數(shù)值進(jìn)行無(wú)量綱后，計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度（見(jiàn)表5）。灰色關(guān)聯(lián)度越大，比較序列與參比序列的發(fā)展趨勢(shì)越接近[6-7]。從表5結(jié)果表明，4種處理植被恢復(fù)效應(yīng)灰色關(guān)聯(lián)度大小為處理Ⅱ>處理Ⅰ>處理Ⅲ>ck，其中處理Ⅱ的灰色關(guān)聯(lián)度為0.985表現(xiàn)最大，其植被恢復(fù)效應(yīng)表現(xiàn)最好。

3 小結(jié)與討論

（1）從森林火災(zāi)易發(fā)區(qū)4種不同處理的林分生長(zhǎng)、植被多樣性、土壤物理性狀和林內(nèi)小氣候分析表明，馬尾松木荷混交林能有效促進(jìn)火災(zāi)易發(fā)區(qū)林分植被的生長(zhǎng)和物種多樣性的恢復(fù)，及土壤物理性狀和林分小氣候的改善；4種不同處理的植被恢復(fù)效應(yīng)的灰色關(guān)聯(lián)分析表明，其灰色關(guān)聯(lián)序表現(xiàn)為處理Ⅱ（0.985）>處理Ⅰ（0.665）>處理Ⅲ（0.518）>ck（0.334），混交林的植被恢復(fù)效應(yīng)均比馬尾松純林好，其中處理Ⅱ的植被恢復(fù)效應(yīng)表現(xiàn)最好。

（2）從林分冠幅和小氣候分析表明，混交林比馬尾松純林更有效形成不利于森林火災(zāi)發(fā)生和蔓延的火環(huán)境，且以處理Ⅱ的林分植被環(huán)境表現(xiàn)最理想。但對(duì)不同混交比例的馬尾松木荷混交林植被抗火效果有待于進(jìn)一步研究對(duì)比。

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（責(zé)編：徐煥斗）