林地清理方式對(duì)桉樹人工林生長(zhǎng)的影響

于洋洋, 程 飛, 廖博一, 蔡泉星, 林俊平, 劉愛琴

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002;2.國(guó)家林業(yè)局杉木工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002;3.華安縣西陂國(guó)有林場(chǎng)，福建 漳州 363000)

林地清理是人工林經(jīng)營(yíng)中的一道重要工序，利用不同林地清理方式，通過改變林地地表覆蓋狀況等改善林地衛(wèi)生環(huán)境，影響林地養(yǎng)分循環(huán)及土壤肥力，進(jìn)而影響人工林及林下植被的生長(zhǎng)[1].生態(tài)型的林地清理方式不僅可以增加林木的材積量，提高木材質(zhì)量，更能提升林下植被多樣性，顯著改變林分結(jié)構(gòu)和林下物種的生態(tài)演替[2-3].而林下植被的改善不僅能夠增強(qiáng)林區(qū)表層土壤肥力，減少林地水土流失，促進(jìn)人工林凋落物分解，還可以有效降低林分病蟲害的發(fā)生，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，具有重要的生態(tài)學(xué)功能和群落學(xué)作用[4].因此，研究不同林地清理方式對(duì)實(shí)現(xiàn)人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)意義重大.

目前有關(guān)不同林地清理方式對(duì)人工林及林下植被生長(zhǎng)的研究主要是圍繞杉木(Cunninghamialanceolata)和馬尾松(Pinusmassoniana)展開的[5]，對(duì)桉樹(Eucalyptusrobusta)的研究較少.桉樹起源于澳大利亞，是桃金娘科(Myrtaceae)桉屬(Eucalyplus)植物的統(tǒng)稱，具有生長(zhǎng)快、抗腐能力強(qiáng)、干形通直、出材率高等優(yōu)點(diǎn)，被世界各國(guó)廣泛引種種植，是世界三大速生造林樹種之一[6].但桉樹人工林經(jīng)營(yíng)普遍追求短輪伐期和超短輪伐期，且大多單純追求經(jīng)濟(jì)利益的最大化而過度收獲林地木材，大大增加了人工造林對(duì)林分地上空間的破壞，減少造林前地被物的覆蓋，降低土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累量，所有這些不合理的經(jīng)營(yíng)模式都將加劇桉樹人工林地生產(chǎn)力水平的下降，影響人工林生態(tài)系統(tǒng)的整體功能[7-8].鑒于此，本研究在福建省漳州市華安縣西陂國(guó)有林場(chǎng)，對(duì)不同林地清理方式對(duì)桉樹人工林及林下植被生長(zhǎng)的影響進(jìn)行3年研究，以篩選最優(yōu)的林地清理方式，為桉樹人工林經(jīng)營(yíng)和管理提供依據(jù).

1 研究地區(qū)概況

試驗(yàn)地位于福建省漳州市華安縣西陂國(guó)有林場(chǎng)(東經(jīng)117°40′，北緯25°11′)，為亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和多雨.年均溫21 ℃，無霜期320 d，年平均降水量1 620 mm，年平均蒸發(fā)量1 563.3 mm.海拔最高達(dá)1 005.8 m，最低在100 m左右.坡度為10°—25°.土壤類型為紅壤，土層深厚，肥力中等.成土母巖主要為花崗巖等[1].

2 方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)3個(gè)區(qū)組.第1區(qū)組海拔350.5 m，第2區(qū)組海拔274.5 m，第3區(qū)組海拔262.5 m，3個(gè)區(qū)組均設(shè)置在中坡，坡向?yàn)闁|南方向.每個(gè)區(qū)組設(shè)置5種不同林地清理方式處理，即全面清除處理、全樹收獲處理、商業(yè)收獲處理、采伐剩余物加倍處理和常規(guī)處理(表1)，共計(jì)15個(gè)試驗(yàn)小區(qū).樣地面積20 m×20 m，2010年底進(jìn)行不同林地清理方式處理.2011年4月營(yíng)造尾巨桉無性系林分，造林密度1 660株·hm-2.種植后20 d，待側(cè)根、側(cè)枝新發(fā)出后進(jìn)行第1次施肥，每株施尿素3～5 g，距株15～20 cm.2011年5月20日進(jìn)行第2次施肥，每株施復(fù)合肥250 g；桉樹人工林種植第2年，于2012年5月20日每株施45%～48%的復(fù)合肥500 g，在樹冠滴水位挖長(zhǎng)20 cm、寬15 cm、高20 cm的小穴，施肥后蓋土踩實(shí).每年幼林撫育2次，分別在6月和10月.

表1 不同林地清理方式試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experimental design of different ground clearance methods

2.2 喬木層生長(zhǎng)量調(diào)查

于2011年10月、2012年4月、2012年10月、2014年4月對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)林木進(jìn)行每木檢尺，實(shí)測(cè)林木樹高、胸徑.

材積的計(jì)算按照黃建海[9]研制出的漳州市桉樹二元立木材積公式：

V=0.000 075 4×(-5.256 314 9+1.591 151 6d)1.449 105×(1.890 976+1.627 500h)0.974 065 95

2.3 林下植被調(diào)查

將每塊標(biāo)準(zhǔn)地劃分5個(gè)2 m×2 m的小樣方，2012年10月和2014年4月分別進(jìn)行林下植被調(diào)查，調(diào)查樣方內(nèi)林下植被種類、數(shù)量、平均高度等.

采用Margale豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)以及Pielou均勻度指數(shù)[10-12]分析林下植被的數(shù)量特征：

Margalef豐富度指數(shù)(R)=S-1/lnN

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)=-∑[(Ni/N)ln(Ni/N)]

Pielou均勻度指數(shù)(E)=H/lnS

其中，S為物種數(shù)；N為全部種的個(gè)體總數(shù)；Ni為第i個(gè)種的個(gè)體數(shù).

2.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 20軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著差法(LSD)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn).采用WPS軟件制圖.

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林地清理方式對(duì)桉樹人工林生長(zhǎng)的影響

3.1.1 不同林地清理方式對(duì)林分生長(zhǎng)的影響 由表2可以看出，不同林地清理方式下桉樹人工林樹高、胸徑和單株材積存在明顯差異.造林半年后全面清除處理的桉樹人工林樹高最高，分別比常規(guī)處理、商業(yè)收獲、全樹收獲和采伐剩余物加倍提高4.68%、6.87%、6.87%和8.81%，且與另外4種處理的差異性達(dá)到顯著水平(P<0.05)；胸徑也以全面清除處理的桉樹人工林最大，分別比全樹收獲、常規(guī)處理、商業(yè)收獲和采伐剩余物加倍提高1.89%、1.89%、2.87%和3.86%.造林1.5年后商業(yè)收獲處理下樹高和胸徑存在明顯的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，不同林地清理方式對(duì)樹高生長(zhǎng)的影響表現(xiàn)為：商業(yè)收獲>采伐剩余物加倍>全樹收獲>全面清除>常規(guī)處理.胸徑生長(zhǎng)大小表現(xiàn)為：商業(yè)處理>全樹收獲>常規(guī)處理>采伐剩余物加倍>全面清除，且商業(yè)收獲處理均與其他4種處理的差異性達(dá)到顯著水平(P<0.05).到第3年，商業(yè)收獲處理的樹高分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、全面清除和常規(guī)處理高5.43%、6.59%、11.49%和14.02%；商業(yè)收獲處理的胸徑分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、全面清除和常規(guī)處理提高4.36%、6.90%、8.22%和13.55%.造林前期不同林地清理方式下桉樹人工林單株材積差異小，之后材積生長(zhǎng)變化明顯.到第3年，商業(yè)收獲處理的單株材積分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、全面清除和常規(guī)處理提高14.89%、21.37%、31.06%和46.35%.

表2 不同林地清理方式對(duì)桉樹人工林樹高、胸徑和單株材積生長(zhǎng)的影響1)Table 2 Effects of different ground clearance on the tree height, DBH and individual volume of Eucalyptus plantation

1)同行不同小寫字母表示在P<0.05水平下達(dá)到顯著差異.

造林3年間桉樹的樹高年平均增長(zhǎng)情況表現(xiàn)為：商業(yè)收獲(4.08 m)>全樹收獲(3.80 m)>采伐剩余物加倍(3.77 m)>全面清除(3.45 m)>常規(guī)處理(3.40 m).胸徑與樹高的年平均增長(zhǎng)規(guī)律一致，表現(xiàn)為：商業(yè)收獲(3.64 cm)>全樹收獲(3.43 cm)>采伐剩余物加倍(3.35 cm)>全面清除(3.25 cm)>常規(guī)處理(3.06 cm).桉樹人工林單株材積年平均增長(zhǎng)量也表現(xiàn)為：商業(yè)收獲(0.032 4 m3)>全樹收獲(0.028 1 m3)>采伐剩余物加倍(0.026 6 m3)>全面清除(0.024 5 m3)>常規(guī)處理(0.022 0 m3).表明商業(yè)收獲處理的桉樹人工林與其他處理相比具有明顯的優(yōu)勢(shì).

3.1.2 不同林地清理方式對(duì)桉樹人工林凈生長(zhǎng)量的影響 生長(zhǎng)量是確定林木成熟年齡和采伐量的基本依據(jù)，也是評(píng)價(jià)林地生產(chǎn)力、經(jīng)營(yíng)方式效果的重要指標(biāo)，更能反映不同方式清理林地后人工林生長(zhǎng)的變化規(guī)律[13].由表3可以看出，不同林地清理方式下桉樹人工林的樹高、胸徑和單株材積凈生長(zhǎng)量存在明顯差異.造林半年到第1年，采伐剩余物加倍處理的桉樹樹高凈生長(zhǎng)量最高為1.48 m，采伐剩余物加倍>全樹收獲>商業(yè)收獲>常規(guī)處理>全面清除.采伐剩余物加倍處理的桉樹胸徑和單株材積凈生長(zhǎng)量最多，采伐剩余物加倍>商業(yè)收獲>全樹收獲>常規(guī)處理>全面清除.造林1年到1.5年，桉樹人工林樹高凈生長(zhǎng)量最高的是商業(yè)收獲處理，為5.33 m，分別是采伐剩余物加倍、全樹收獲、全面清除和常規(guī)處理的1.06、1.12、1.15和1.16倍；胸徑凈生長(zhǎng)量最高的是商業(yè)收獲處理，為5.38 cm，分別是全樹收獲、常規(guī)處理、采伐剩余物加倍和全面清除的1.15、1.22、1.26和1.36倍；單株材積凈生長(zhǎng)量最高的也是商業(yè)收獲處理，為0.029 7 m3，分別是全樹收獲、采伐剩余物加倍、常規(guī)處理和全面清除的1.25、1.28、1.35和1.51倍.造林1.5年到第3年，桉樹人工林樹高凈生長(zhǎng)量最高的仍是商業(yè)收獲處理，為4.54 m，分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、全面清除和常規(guī)處理提高5.58%、17.01%、21.72%和30.46%；胸徑凈生長(zhǎng)量最大的是全面清除處理，為3.61 cm，分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、商業(yè)收獲和常規(guī)處理提高6.38%、8.40%、10.80%和36.52%；單株材積凈生長(zhǎng)量最多的是商業(yè)收獲處理，為0.057 5 m3，分別是全樹收獲、采伐剩余物加倍、全面清除和常規(guī)處理的11.22%、20.29%、24.73%和57.53%.

表3 不同林地清理方式對(duì)桉樹林分樹高、胸徑和單株材積凈生長(zhǎng)量的影響1)Table 3 Effects of different ground clearance on the net growth of tree height, DBH and individual volume of Eucalyptus plantation

1)T1：2011年10月—2012年4月.T2：2012年4月—2012年10月.T3：2012年10月—2014年4月.

3.2 不同林地清理方式對(duì)桉樹人工林林下植被生長(zhǎng)的影響

3.2.1 不同林地清理方式對(duì)林下植被種類的影響 種類組成是植物群落最基本特征之一，也是群落結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)[14].林下植被通常包括林下的灌木、藤本和草本，在森林生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、森林微環(huán)境和植被演替等方面起著非常重要的作用[15].由表4、5可知，不同林地清理方式對(duì)3年生桉樹人工林林下植被種類的影響不同，商業(yè)收獲處理的林下植被最多，達(dá)10種，其中,灌木5種，藤本1種，草本4種，隸屬8科10屬.群落中含有禾本科、烏毛蕨科、山茶科、苦木科、薔薇科、鼠李科、葡萄科和菊科.全樹收獲處理物種共有7種，其中,灌木3種，藤本2種，草本2種，隸屬于6科6屬.群落中含有烏毛蕨科、葡萄科、鼠李科、薔薇科、菊科、大戟科.常規(guī)處理的群落物種組成共有6種，其中,灌木4種，草本2種，隸屬6科6屬.群落中含有禾本科、烏毛蕨科、苦木科、薔薇科、山茶科和大戟科.全面清理處理物種共有5種，其中,灌木2種，草本3種，隸屬4科5屬.群落中含有禾本科、牧草科、?？坪退N薇科.采伐剩余物加倍處理群落的物種組成最少，僅4種，其中,灌木3種，藤本1種，隸屬4科4屬.群落中含有葡萄科、桑科、苦木科和大戟科.可見，商業(yè)收獲處理的桉樹人工林林下植被種類最豐富.

表4 桉樹人工林林下植被主要名錄Table 4 The composition of understory vegetation of Eucalyptus plantation

表5 桉樹人工林林下植被分類Table 5 Classification of Eucalyptus understory vegetation under different ground clearance methods

3.2.2 不同林地清理方式對(duì)林下植物多樣性的影響 由表6可知，不同林地清理方式對(duì)桉樹人工林林下植物多樣性的影響不同，其中商業(yè)收獲處理的林下植被豐富度、群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均最大.造林1.5年，商業(yè)收獲處理的林下植被豐富度分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、常規(guī)處理和全面清除提高17.14%、56.01%、84.02%和88.77%；造林第3年，商業(yè)收獲處理的林下植被豐富度分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、常規(guī)處理和全面清除提高47.53%、75.74%、75.74%和118.76%.造林1.5年，商業(yè)收獲處理的群落蓋度分別比全樹收獲、全面清除、采伐剩余物加倍和常規(guī)處理提高9.88%、11.25%、12.66%和23.61%；造林第3年，商業(yè)收獲處理的群落蓋度分別比全面清除、全樹收獲、采伐剩余物加倍和常規(guī)處理提高7.50%、8.86%、13.16%和14.67%.由Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)可知，商業(yè)收獲處理群落的多樣性和物種分布的均勻度優(yōu)勢(shì)明顯.

表6 不同林地清理方式對(duì)林下植物多樣性的影響1)Table 6 Dynamic effects of different ground clearance on the diversity of understory vegetation

1)H1：2012年10月.H2：2014年4月.

造林第3年常規(guī)處理的群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)與造林1.5年相比有一定的提高；造林第3年全面清除植被處理的Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)與造林1.5年相比也有一定程度的增加.除此之外，其他處理的林下植被豐富度、群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)出現(xiàn)降低的趨勢(shì).

3 討論

林地清理是營(yíng)林生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[16].本研究發(fā)現(xiàn)采用不同林地清理方式對(duì)桉樹人工林生長(zhǎng)有較大影響，造林1.5年商業(yè)收獲處理的樹高、胸徑和單株材積存在明顯優(yōu)勢(shì)，隨著時(shí)間的增加，優(yōu)勢(shì)愈加明顯.到第3年，樹高、胸徑和單株材積的大小依次表現(xiàn)為：商業(yè)收獲>全樹收獲>采伐剩余物加倍>全面清除>常規(guī)處理.出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)樯虡I(yè)收獲僅取走了商業(yè)可以利用的干材和樹皮，無商業(yè)利用價(jià)值的其他有機(jī)物均留在原地，隨著時(shí)間推移，遺留的有機(jī)物開始慢慢分解、釋放，對(duì)地力起到了一定的維持作用，因此采用商業(yè)收獲處理的桉樹人工林生長(zhǎng)狀況將會(huì)超過其他處理的桉樹人工林[17].這與林聲慶[18]關(guān)于不同林地清理方式下馬尾松(PinusmassonianaLamb)人工林初期生長(zhǎng)量規(guī)律一致.常規(guī)處理桉樹生長(zhǎng)最差，可能是煉山時(shí)跡地有機(jī)體幾乎全部被焚毀，只剩下少量的草木灰，土壤喪失采伐剩余物的覆蓋，使得生境變得惡劣；另外，土壤被火灼燒后有機(jī)質(zhì)受損，土壤膠體團(tuán)聚能力下降，水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量也下降，加上坡度較大，煉山造林后地表松散，土體抗蝕性能大為降低，影響人工林植株的生長(zhǎng)[19].張正雄[20]采用火燒法和散鋪法2種跡地清理方式對(duì)林地生境進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)火燒法處理后幼樹幼苗生長(zhǎng)量下降，水土流失嚴(yán)重，不利于林地土壤肥力的維持，這與本研究結(jié)果一致.

翁賢權(quán)[21]認(rèn)為加倍采伐剩余物處理的10年生二代杉木林生長(zhǎng)最好；何宗明等[22]采用不同的立地管理措施對(duì)二代2年生杉木生長(zhǎng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)加倍采伐剩余物處理的杉木人工林造林成活率、樹高、胸徑和單株生物量均最高.本研究采用不同林地清理方式發(fā)現(xiàn)3年生桉樹人工林樹高、胸徑和單株材積總生長(zhǎng)量大小均變現(xiàn)為：商業(yè)收獲>全樹收獲>采伐剩余物加倍>全面清除>常規(guī)處理，商業(yè)收獲處理樹高、胸徑和單株材積3年總生長(zhǎng)量分別是采伐剩余物加倍處理的1.08、1.09、1.22倍.不同林地清理方式下3年生桉樹人工林林下植被物種數(shù)量不同，其中采伐剩余物加倍處理的林下物種數(shù)量最少，僅4種.本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)采伐剩余物加倍處理的桉樹人工林生長(zhǎng)情況并沒有達(dá)到預(yù)期的效果，這可能是因?yàn)椴煞ナＳ辔锛颖短幚淼蔫駱淙斯ち质沟乇砀采w度過高，抑制林地灌木草本植物生長(zhǎng)，地被物保護(hù)的減少導(dǎo)致地表土壤在降雨時(shí)侵蝕嚴(yán)重，易造成水土流失，致使采伐物未發(fā)揮最大作用[23].

按照傳統(tǒng)的林地清理措施，營(yíng)造人工林前一般先對(duì)林地進(jìn)行全面清理，即煉山后造林[7].雖說這種傳統(tǒng)模式對(duì)提高造林效率有一定幫助，但該清理方式造成人工林林下植被生態(tài)環(huán)境的破壞，加劇了水土流失，土壤養(yǎng)分失衡，從而導(dǎo)致植被稀缺，生產(chǎn)力下降，使系統(tǒng)完全處于惡性循環(huán)，因此，選擇適合的林地清理方式對(duì)提高林下植被物種多樣性和人工林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義[24].本研究發(fā)現(xiàn)造林1.5年和第3年，商業(yè)收獲處理的林下植被豐富度、群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均表現(xiàn)為最大，這可能是因?yàn)樯虡I(yè)收獲處理無過多人為干擾對(duì)林地造成破壞，能有效保存植物的繁殖體，使得原有群落多數(shù)物種得以保持.尤其是優(yōu)勢(shì)種，它們通常擁有極強(qiáng)的繁殖能力，在生存條件適宜時(shí)可快速恢復(fù)生長(zhǎng)，重新占據(jù)林下空間.同時(shí)商業(yè)收獲后大量無商業(yè)利用價(jià)值的其他有機(jī)物全部堆放在原地，腐爛分解后，林地養(yǎng)分充足，有利于林下灌木藤本等的生長(zhǎng)[17,25].總體來看，常規(guī)處理林下植被豐富度、群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均表現(xiàn)為最小，這與許生明[26]的研究結(jié)果一致.這可能是因?yàn)闊捝胶蟮乇砺懵?，使原本受損的灌木、藤本和草本類植被經(jīng)雨水沖刷后更難恢復(fù)，導(dǎo)致林下植被多樣性減小[16].

造林3年與造林1.5年相比，林下植被豐富度、群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)出現(xiàn)降低趨勢(shì).余雪標(biāo)[27]研究發(fā)現(xiàn)，隨著桉樹人工林林齡的增大，林下植被物種豐富度下降，多樣性減小，與本研究結(jié)果一致.這可能是因?yàn)樵炝?.5年桉樹人工林冠層郁閉度較小，隨著樹齡的增加，冠層郁閉度增大，導(dǎo)致林下透光率減小，物種多樣性隨之減小[24].仲應(yīng)喜[28]研究表明，3年生的杉木人工林林下植物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)與1年生相比均顯著下降；楊再鴻[29]研究發(fā)現(xiàn)，在桉樹幼林時(shí)期，由于陽生植物的侵入，林下植被數(shù)量逐步增加，到1.5年林下植物多樣性指數(shù)最高；隨著桉樹年齡增長(zhǎng)，林分慢慢郁閉，林下的陽生植物生長(zhǎng)受到抑制，植物多樣性指數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這也與本研究結(jié)果一致.

通過3年觀測(cè)和分析，結(jié)果表明桉樹人工林經(jīng)營(yíng)過程中，不同林地清理方式對(duì)其生態(tài)穩(wěn)定性有較大影響，其中商業(yè)收獲處理的桉樹林分及林下植被生長(zhǎng)最優(yōu).因此，今后對(duì)人工林進(jìn)行林地清理時(shí)可在樹木砍伐后，將砍掉的樹冠與枝留在原地，只取走商業(yè)上可用的干材和樹皮，剩下其它有機(jī)物質(zhì)留在原地，為幼林生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境.