杉木純林及杉木火力楠混交林林分結構及土壤養(yǎng)分分析

陳凱，翟志軍，王振宇，楊梅

(1.廣西大學林學院，廣西 南寧 530004；2.廣西七坡林場，廣西 南寧 530225)

杉木(Cunninghamialanceolata)是我國南方重要的商品用材樹種,因其干形通直、生長迅速、耐腐蝕性強、用途廣而被我國南方地區(qū)大面積種植[1]。然而隨著杉木林面積不斷擴大,連栽代數(shù)的增加，導致地力衰退、生產(chǎn)力下降等一系列問題[2]。保持杉木人工林的持續(xù)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性已成為當前林業(yè)生產(chǎn)中急需解決的重大問題,而營造杉闊混交林則被認為是提高林地生產(chǎn)力的有效途徑之一[3-5]。

火力楠(Micheliamacclurei)是南亞熱帶長綠闊葉樹種，其生長快，材質優(yōu)良，改土效果好，是良好的混交伴生樹種[6-9]。在我國一些杉木混交林的研究中，林照授[10]在對杉木與火力楠混交林生長過程研究中表明10年杉木+火力楠混交林中，火力楠作為伴生樹種，有利于杉木的生長，生長過程中杉木胸徑大于火力楠，樹高相差不大，材積始終大于火力楠，可見這兩種樹種混交關系比較協(xié)調。馮宗煒[11]等研究表明，杉木+火力楠混交林林分蓄積量及喬木層儲存的能量分別比杉木純林高13.7%和11.3%，且混交林促進了土壤理化性質的改良，提高了土壤肥力。林地土壤養(yǎng)分與林分生長關系密切，研究表明[12]，杉木混交林能夠提高土壤有機質和養(yǎng)分含量，并且土壤pH和有機質含量對杉木的胸徑和樹高影響顯著，全氮含量對杉木樹高影響顯著。陳德旺[13]報道，杉木混交林有利于提高土壤的速效養(yǎng)分。目前對我國杉木偏南部邊緣產(chǎn)區(qū)的林分生長及混交效果方面的研究較為缺乏。鑒于此，本文在廣西杉木邊緣產(chǎn)區(qū)南寧市郊對杉木+火力楠混交林和杉木純林生長分化、林分結構和土壤肥力狀況進行比較分析，為今后進行杉木純林改造、選擇杉木混交樹種提供參考。

1 研究地概況

研究地點位于廣西南寧市郊(107°59′—108°18′ E，220.28°—220.46° N)。該地區(qū)屬南亞熱帶季風型濕潤-半濕潤氣候，干季 (10月至次年3月)和濕季(4—9月)明顯。年均氣溫21 ℃左右，極端最高氣溫39 ℃，極端最低溫-2 ℃，≥10 ℃的年積溫7 500 ℃，年均降雨量1 200～1 500 mm左右，年蒸發(fā)量1 250～1 600 mm，年相對濕度79%。地貌類型以低山丘陵為主，海拔低于300 m，地帶性土壤為花崗巖發(fā)育的山地紅壤，土層厚度>80 cm，pH值4.0～4.7，為酸性土壤。土壤富含氮，而硼、鋅、磷則相對較少。林下植被主要草本有五節(jié)芒、竹節(jié)草、鐵芒箕等，灌木有鹽膚木、桃金娘、野牡丹等。

表1 不同林分類型樣地概況

2 研究方法

2.1 林分概況

在研究區(qū)內，分別選擇立地條件相似的杉木+火力楠混交林、杉木純林2種林分類型進行調查研究,在樣地內進行每木檢尺，詳細記錄樣地坡位、坡向、坡度、海拔等因子(表1)。

2.2 調查方法

選取杉木火力楠混交林、杉木純林分別設置3個樣地，每個樣地面積為20 m×20 m，對樣地林木進行每木檢尺,并實測每株樹木胸徑及其高度、冠幅。在標準地內采用對角線法從上、中、下坡分別挖取土壤剖面，分層采集0～20 cm、20～40 cm土壤樣品，帶回實驗室于室內自然風干，過孔徑篩(全量養(yǎng)分過0.25mm孔徑篩，速效養(yǎng)分過2 mm孔徑篩)、貯存，用于土壤養(yǎng)分測定。

2.3 土壤養(yǎng)分測定

全N、全P、氨態(tài)N、速效P均使用全自動間斷化學分析儀測定，其中全N、全P采用H2SO4-HClO4消煮法，定容、過濾后提取全N、全P待測液；2 mol·L-1KCl溶液浸提土壤，震蕩過濾取氨態(tài)N待測液；0.05 mol·L-1HCl-0.025 mol·L-1H2SO4溶液提取速效P待測液。采用氫氧化鈉堿熔-火焰光度法測定全K、速效K含量，記錄檢流計上的讀數(shù)，然后從標準曲線上求得其濃度。

2.4 林分生長指標計算

(1)單株材積：不同樹種的材積按照廣西林業(yè)勘測設計院和廣西農(nóng)學院林學分院共同編制的《森林調查手冊》[14]中的材積模型來確定。

(2)蓄積量：單株平均立木材積×林分保留株數(shù)。

(3)直徑離散度：Ka=(Dmax-Dmin)/D平均

式中：Ka為直徑離散度；Dmax為林分最大直徑，Dmin為林分最小直徑；D平均為林分平均直徑。

2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件和Excel 2003進行處理并進行方差分析、相關性分析(Pearson)。

3 結果分析

3.1 林分結構

3.1.1 平均生長量差異分析 不同林分類型林木的生長差異結果如表2所示。由表2可知，混交林中杉木的平均胸徑、平均樹高、平均冠幅及單株材積均明顯高于杉木純林，分別是杉木純林的1.13、1.14、1.32和1.44倍。測定結果表明，混交林分的蓄積量比杉木純林提高了126.232 m3，可見混交林比純林更具較高生產(chǎn)力和良好的結構穩(wěn)定性。

表2 不同林分類型林木的生長差異

3.1.2 徑級分布規(guī)律 林分直徑分布是林分內不同直徑林木按一定徑階排列的分布狀態(tài)。2種林分類型的徑級(以2 cm為一個徑階)株數(shù)實際數(shù)據(jù)如圖1所示?；旖涣种猩寄镜膹诫A株數(shù)分布呈正態(tài)分布，分布范圍為12～28 cm，最多株數(shù)徑階集中分布在18～22 cm范圍內，占林分總株數(shù)的71.43%，最大胸徑為28 cm。杉木純林徑階的株數(shù)分布呈偏左型正態(tài)分布，主要集中分布在12～20 cm徑階范圍內，最多株數(shù)徑階為18 cm和20 cm，占林分總株數(shù)的39.43%，林分內也存在少數(shù)的大徑級個體，最大胸徑為28 cm?；旖涣值膹诫A集中分布范圍均比純林高。

圖1 不同林分類型徑階分布

3.1.3 不同林分高徑比差異分析 不同林分中杉木個體的高徑比值分布如圖2所示。由圖2可知，樹高的生長量隨樹木胸徑加粗呈現(xiàn)放緩的現(xiàn)象，高徑比值呈現(xiàn)出隨著樹木加粗，高徑比變小的規(guī)律。杉木混交林中，胸徑為10 cm時，樹高、胸徑比值是76.748；胸徑30.8 cm時，樹高、胸徑比值是76.748。杉木純林中，胸徑為5 cm時，樹高、胸徑比值是83.77；胸徑25.8 cm時，樹高、胸徑比值是43.321。

3.1.4 直徑離散度 一般認為徑級離散度>1.0，林木之間的分化明顯加劇[15，16]。由表3可知，混交杉木的徑級離散度Ka=0.593 3<1，說明混交杉木林內分化不明顯，其形態(tài)特征總體較為整齊，林內競爭較為緩和。混交火力楠的徑級離散度Ka=1.174 8>1，火力楠分化明顯加劇，兩極分化嚴重。純林的徑級離散度Ka=0.929 3接近等于1，說明純林杉木分化逐漸增強，林內競爭漸漸由緩和轉為激烈，林木分化有進一步擴大的趨勢。

表3 不同林分類型杉木徑級離散度

3.2 林分土壤養(yǎng)分比較分析

2種林分不同土層的土壤養(yǎng)分含量如表4所示。由表4可知，2種不同林分土層間養(yǎng)分含量的變化趨勢均是隨土層深度的增加而減小，表層土壤的養(yǎng)分含量高于底層，表聚效應明顯。混交林地表層土壤的全N、氨態(tài)N、全P、全K、速效P和速效K含量分別是杉木純林的1.25、1.02、1.44、1.73、2.12和1.92倍；20～40 cm土層的全N、氨態(tài)N、全P、全K、速效P和速效K含量分別是杉木純林的1.45、1.02、1.39、1.27、2.06和2.48倍?？梢姡寄九c火力楠混交能改善林地狀況，提高土壤肥力，促進林木生長，從而提高林地生產(chǎn)力。

表4 2種林分不同土層的土壤養(yǎng)分含量

3.3 杉木純林與杉木火力楠混交林林分生長和土壤養(yǎng)分各項指標相關性分析

如表5所示，植株的胸徑、樹高和材積土壤各個養(yǎng)分的相關性均不顯著。冠幅與土壤的速效磷和速效鉀呈顯著負相關性，而與其他土壤養(yǎng)分指標呈相關性系數(shù)高于0.832的正相關性。蓄積量與土壤的速效養(yǎng)分呈極顯著負相關性，而與其他土壤養(yǎng)分指標呈相關性系數(shù)高于0.907的極顯著正相關性。

表5 林分生長與土壤養(yǎng)分的相關系數(shù)

注: **表示在0.01水平上極顯著，*表示在0.05水平上顯著

4 結論與討論

已有許多國內學者對針闊混交林進行了大量的詳細報道，指出與純林管理相比，建立針闊混交林的生物量，生產(chǎn)力和碳儲量等均有明顯改善。在我國一些杉木混交林的研究中，陳清堤[17]認為火力楠不同模式混交林效果優(yōu)于純林，混交產(chǎn)量比增6.2%～46.4%。寧世江[18]在對杉木+火力楠研究中，在造林密度相同、立地條件基本一致、管理措施相同的條件下，7年生混交林中杉木胸徑、樹高、材積連年平均生長量分別比杉木純林高10.71%，15.05%和39.51%,且林下土壤有機質和養(yǎng)分物質的含量比純林高。本研究混交林中杉木的平均胸徑、平均樹高、平均冠幅及單株材積分別是杉木純林的1.13、1.14、1.32和1.44倍，且混交林分的蓄積量比杉木純林提高了126.232 m3。究其原因為，火力楠為闊葉樹種，其凋落物量大，且易于分解，能夠改善土壤營養(yǎng)狀況，提升林地肥力，因而促進林木的生長，且混交林比純林更具較高生產(chǎn)力和良好的結構穩(wěn)定性，并以其特有的結構組成對利用和改善外界生態(tài)環(huán)境、對森林的生產(chǎn)力產(chǎn)生直接的影響。

混交林把不同生物學特性如把耐陰性、根型、生長特點以及嗜肥性等不同的樹種搭配在一起可以充分利用地上和地下空間有利于各樹種分別在不同時期和不同層次范圍利用光照、水分和各種營養(yǎng)物質[19]。杉木+火力楠混交林中杉木根系以利用較深的營養(yǎng)空間為主，而火力楠則利用較淺的營養(yǎng)空間為主，不僅滿足林木對營養(yǎng)的基本需要，而且充分利用了有限的土地空間資源，提高了對土壤的利用率[20]。本研究中在杉木與火力楠混交的林分下，由于受到火力楠的影響，增強了杉木在垂直方向上的生長。杉木混交林中，胸徑為10 cm時，樹高/胸徑比值是76.748倍；胸徑30.8 cm時，樹高/胸徑比值是76.748倍。杉木純林中，胸徑為5 cm時，樹高/胸徑比值是83.77倍；胸徑25.8 cm時，樹高/胸徑比值是43.321倍。林木個體間普遍存在的相關生長關系表示個體內不同器官或同一器官不同方向按一定的幾何方式增長。環(huán)境條件的改變可以使這種幾何式增長發(fā)生變化，以適應改變了的生長環(huán)境[20]。在杉木與火力楠混交的林分下，由于受到火力楠的影響，增強了杉木在垂直方向上的生長，因此杉木與火力楠混交有一定相互促進作用，種間關系協(xié)調，林分結構穩(wěn)定。徑級結構可以反映林木生長與林木個體之間關系，而徑級分布范圍反映了株樹分布和林木競爭激烈的狀況[21]，分布范圍越寬，則分化存在的可能性越高，而不同徑級的株樹分布則反映了分化的強度，兩極級別的株數(shù)越多則分化強度越大。本研究中混交林的徑級集中分布范圍為18～22 cm，純林主要集中分布在12～20 cm徑級范圍內；杉木混交林徑級離散度為0.593 3，杉木純林徑級離散度為0.929 3，混交林兩極分化不明顯而純林分化明顯。說明杉木與火力楠混交有一定相互促進作用，且兩者在空間上有互補的關系，更加有利于對林分空間的使用率。

王清奎[21]對杉木純林、混交林土壤微生物特性和土壤養(yǎng)分的比較研究的結果表明，杉闊混交林的土壤全氮和全磷含量高于杉木純林。本研究結果表明，混交林地0～20 cm、20～40 cm土層的全氮、氨氮、全磷、全鉀、速效磷和速效鉀含量均比杉木純林高，且不同林分土層間養(yǎng)分含量的變化趨勢是隨土層深度的增加而減小，表層土壤的養(yǎng)分含量高于底層，表聚效應明顯。陳德旺[13]對杉木+火力楠混交林生產(chǎn)力與改土效果研究表明，混交林林地土壤速效磷和速效鉀含量均高于純林土壤，這與本文研究結果一致。進行相關性分析表明植株的冠幅及蓄積量與土壤的速效磷、速效鉀呈負相關，說明土壤的速效養(yǎng)分能影響植物的生長，而其與土壤的全氮、氨氮、全磷、全鉀呈正相關性，說明該土壤養(yǎng)分與植物生長明顯相關，且能促進植物的生長。