閩北4個(gè)闊葉樹種生長對比分析

黃少華

(建甌市林業(yè)技術(shù)推廣中心，福建 建甌 353100)

天然林資源的采伐利用導(dǎo)致現(xiàn)有天然闊葉林資源急劇減少。但闊葉林無論是蓄水固土或是土壤改良，物種保存或是環(huán)境保護(hù)都要比針葉樹種更勝一籌，因此，因地制宜地發(fā)展闊葉樹造林，既能夠改善地力、改良土壤，同時(shí)又能美化環(huán)境，獲得經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。相對于針葉用材樹種，闊葉樹種人工造林對立地選擇要求較嚴(yán)，因此，在實(shí)施闊葉樹種的推廣過程中要力求樹種與外部環(huán)境的和諧統(tǒng)一。

福建建甌市地處閩北地區(qū)，具有豐富的闊葉樹種資源，為推廣闊葉林的栽培和開展造林樹種多樣化研究提供有利的條件[3]。然而，當(dāng)前對于闊葉樹種現(xiàn)有的生長分析大多是基于幼林，對年齡更大的林分開展多樹種生長評價(jià)相對較少。本研究從1999年開始初選部分具有代表性的鄉(xiāng)土闊葉樹種，包括閩粵栲和米櫧等常綠闊葉林以及楓香、南酸棗等落葉闊葉林，進(jìn)行造林試驗(yàn)，通過對比同一立地條件下不同闊葉樹種的林木生長和林分結(jié)構(gòu)，選擇出適宜造林地的用材林闊葉樹種，并對不同闊葉樹種的適宜栽培模式進(jìn)行探討，以期為今后有選擇性的大面積推廣闊葉樹種造林提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

造林地位于福建省建甌市南雅鎮(zhèn)杉溪村(118°05′—118°26′E、26°44′—26°59′N)，地處中低山地、丘陵地帶，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，全境氣候溫濕，雨量充足；年均氣溫19 ℃，極端最高氣溫達(dá)40.7 ℃，最低為-7.2 ℃，年均降水量1700～1900 mm，霜期從12月—翌年2月，年無霜期286 d，年均相對濕度75%左右。試驗(yàn)地坡向?yàn)闁|南坡，坡度25°左右。土壤母質(zhì)為花崗巖，土壤為紅壤土，土層厚度均大于100 cm，土質(zhì)肥沃，立地質(zhì)量等級為Ⅰ級，造林地均為杉木1代純林的采伐跡地。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以樹種為處理，共4個(gè)樹種(楓香、米櫧、閩粵栲、南酸棗)即4個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)均為25 m×25 m，面積為625 m2。同時(shí)，以杉木林地采伐后的萌芽苗更新的林分作為參照林分進(jìn)行生長指標(biāo)對比。為減少邊緣效應(yīng)對樹種生長的干擾，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，試驗(yàn)選取的林木均來自于每塊樣地中心20 m×20 m林地內(nèi)，各樣地四周外圍5 m寬“回”形條塊作為緩沖帶，不采集數(shù)據(jù)。

造林地隸屬同一小班(101林班6大班4小班)，造林地經(jīng)煉山清雜，穴規(guī)格為60 cm×40 cm×40 cm。株行距為2.5 m×2.5 m，初植密度均為1540株·hm-2。1999年2月采用粗壯、根系發(fā)達(dá)、無機(jī)械損傷、無病蟲害的優(yōu)質(zhì)1年生Ⅰ級、Ⅱ級楓香、米櫧、閩粵栲、南酸棗裸根苗同時(shí)進(jìn)行造林，苗木規(guī)格見表1。其中，南酸棗的裸根苗平均地徑和苗高顯著高于其余3個(gè)闊葉樹種(P<0.05)，而后三者之間的平均地徑和苗高無顯著性差異。

表1 造林苗木規(guī)格

*：同列不同小寫字母為差異顯著(P<0.05)。

造林后第1～3年每年全面鋤草撫育2次，分別在5—6月和9—10月進(jìn)行；第4～5年每年劈草撫育1次，在7—8月進(jìn)行。林分整個(gè)生長期內(nèi)未進(jìn)行間伐。

2.2 調(diào)查及分析方法

2017年2月對不同樹種的生長狀況進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)所有樣地內(nèi)的不同樹種保存株樹并計(jì)算保存率。從不同樹種的每個(gè)樣地中隨機(jī)抽取30株林木并測定其樹高、胸徑、地徑、冠幅生長量，并依據(jù)《福建省闊葉樹二元立木材積表》、《福建省杉木人工林二元立木材積表》計(jì)算林分蓄積量[4]。闊葉樹種材積V闊=0.000052764291D1.8821611H1.0093166，杉木材積V杉=0.0000872D1.785388607H0.9313923697，式中：V樹種為單株材積(m3)；D為胸徑(cm)；H為樹高(m)。林分蓄積量=單株材積×保存密度。

采用直徑分布曲線的性狀統(tǒng)計(jì)量偏度(SK)、峰度(K)和變異系數(shù)(CV)，研究4個(gè)樹種的林分徑階分布的特征[5]。其中，偏度可以反映樹種直徑分布曲線偏離正態(tài)分布的程度，當(dāng)SK>0時(shí)，表示位于林分平均直徑右側(cè)的株樹比左邊少，SK<0則表示位于直徑左側(cè)的株樹比右邊少。峰度則是表征直徑分布曲線尖稍程度的一個(gè)重要指標(biāo)，其可以反映林分直徑分布的均勻程度，K>0表示林分直徑的分布更集中，當(dāng)K<0時(shí)則徑階分布呈扁平狀，說明林木的直徑分布更分散[5]。

結(jié)合不同林分中林木徑階分布直觀圖和直徑累積分布曲線，探索不同樹種林分直徑結(jié)構(gòu)差異。并采用Weibull分布函數(shù)F(x)=1-e-{[(x-a)/b]c}對直徑累積分布曲線進(jìn)行參數(shù)擬合[6]，Weibull分布的3個(gè)參數(shù)與林分特征因子有關(guān)，a為林分最小直徑；b為林分直徑分布范圍；c為決定林分直徑分布的偏度[8-9]。c值在1～3.6之間為單峰左偏山狀分布，c<1時(shí)為倒“J”型分布，c=1時(shí)為指數(shù)分布，c=2時(shí)為χ2分布，c=3.6時(shí)為近似正態(tài)分布，c>3.6時(shí)為單峰右偏山狀分布。c→∞時(shí)為單點(diǎn)分布[10-11]。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析(ANOVA)和Duncan′s多重比較，以檢驗(yàn)不同樹種間的生長差異。采用Origin 8.5對數(shù)據(jù)進(jìn)行Weibull函數(shù)擬合和圖表繪制。

3 結(jié)果與分析

3.1 同一立地條件下不同樹種林木保存率的差異

近似一致的立地條件下，不同樹種間保存率存在極顯著性差異(表2)。其中，閩粵栲的苗木保存率最高，約為85.56%；其次是楓香，保存率為84.44%；但2個(gè)樹種間的保存率無顯著性差異。酸棗和米櫧的樹種保存率分別為66.67%和61.67%，二者之間保存率無顯著性差異，但顯著低于楓香、杉木和閩粵栲。這一結(jié)果說明，造林17 a后，有接近三分之一的南酸棗和米櫧死亡。

3.2 同一立地條件下不同樹種生長差異

不同造林樹種的林分生長狀況和單株材積分別見表2。方差分析結(jié)果表明，不同樹種間平均樹高呈現(xiàn)出極顯著差異(表3)。多重比較結(jié)果(表2)顯示，酸棗的平均樹高僅為10.18 m，顯著低于杉木及其余3個(gè)闊葉樹種；而楓香、米櫧和閩粵栲3個(gè)樹種間的平均樹高無顯著差異。閩粵栲的平均胸徑為14.77 cm，顯著高于楓香、米櫧和酸棗，但后三者之間平均直徑無顯著差異。對比4個(gè)闊葉樹種的單株材積后發(fā)現(xiàn)，閩粵栲的平均單株材積最大，為0.107 m3，與杉木無顯著差異；米櫧的平均單株材積顯著低于閩粵栲，為0.068 m3；楓香和酸棗的平均單株材積分別為0.055 m3和0.058 m3，二者之間無顯著差異，但顯著低于其余3個(gè)樹種。

樹種之間的林分蓄積量呈極顯著差異(表3)。其中，閩粵栲的林分蓄積量最高(圖1)，約為139 m3·hm-2，略高于杉木；楓香的林分蓄積量約為72.5 m3·hm-2，顯著低于閩粵栲(P<0.05)，但顯著高于米櫧和酸棗(P<0.05)；米櫧、酸棗的林分蓄積量約為63、59 m3·hm-2，顯著低于其余3個(gè)樹種(P<0.05)，但二者之間無顯著差異。

表2 5個(gè)樹種的生長狀況

*：同列不同小寫字母為不同樹種間差異達(dá)0.05顯著水平，下同。

3.3 同一立地條件下不同闊葉樹種的徑階分布特征

徑階分布是評估林分穩(wěn)定性及林分株間競爭的重要指標(biāo)。對4個(gè)闊葉樹種的林分徑階分布分析表明(圖2)：4個(gè)闊葉樹種的林分徑階分布峰值在7～14 cm，徑階分布峰值從低徑階到高徑階依次為米櫧、酸棗、楓香、閩粵栲，分別為7、10、11、15 cm，且徑階大于16 cm的株數(shù)分別占到了16.67%、10%、0%、36.67%。同時(shí)，米櫧和閩粵栲林分均出現(xiàn)了27 cm以上的徑階。

表3 5個(gè)樹種生長性狀方差分析

*：Sig.<0.01為差異極顯著；0.01≤Sig.≤0.05為差異顯著；Sig.>0.05為差異不顯著。

不同字母為不同樹種之間的差異(P<0.05)圖1 不同造林樹種林分蓄積量 圖2 4個(gè)闊葉樹種直徑徑階分布

由圖3可以看出，4個(gè)闊葉樹種中，米櫧和酸棗的直徑分布偏度值>0，分別為1.23和0.88，呈右偏，且米櫧的偏度值要大于酸棗，表明米櫧和酸棗的小徑階的樹木株數(shù)占大多數(shù)，而大徑階的樹木占少數(shù)，米櫧林分中小徑階的林木占比要高于酸棗。相反，楓香和閩粵栲的直徑分布偏度值<0，分別為-0.19和-0.02，呈左偏，表明分布曲線的頂峰偏左，楓香和閩粵栲的中、大徑階株數(shù)比例更多。

在研究林分峰度時(shí)以最高峰為研究對象。其中，米櫧、酸棗和楓香的徑階分布峰度為正值，分別為1.58、1.77和0.67，說明這3個(gè)樹種林分徑階分布曲線尖峭，且胸徑變異系數(shù)較小(表3)，即胸徑分布的范圍較小，株數(shù)徑階相對集中。而閩粵栲徑階分布峰度為負(fù)值，為-0.72，表明閩粵栲林分徑階分布離散程度大，且閩粵栲的胸徑變異系數(shù)較大(表3)。

圖3 4個(gè)闊葉樹種林木徑階分布的偏度和峰度圖4 4個(gè)闊葉樹種的徑階中值與徑階分布累計(jì)散點(diǎn)圖

4個(gè)闊葉樹種的徑階中值與徑階分布累計(jì)散點(diǎn)圖和徑階分布形態(tài)參數(shù)見圖4、表4。三參數(shù)Weibull分布是進(jìn)行林木胸徑分布擬合最常用的概率密度函數(shù)，4個(gè)闊葉樹種徑階分布擬合方程R2值符合統(tǒng)計(jì)分析的要求，擬合結(jié)果良好。擬合結(jié)果顯示，4個(gè)闊葉樹種中，米櫧、酸棗、楓香的Weibull參數(shù)c值均在1～3.6之間，曲線呈左偏單峰山狀分布，說明林分內(nèi)中小徑階的林木占多數(shù)，而楓香和閩粵栲的參數(shù)c值接近3.6，接近呈正態(tài)分布。

表4 4個(gè)樹種徑階分布參數(shù)

4 結(jié)論與討論

1)從試驗(yàn)林的林分狀況來看，楓香、閩粵栲的林木保存率較高，尤其是閩粵栲，其平均胸徑、樹高和單株材積以及林分蓄積量均顯著高于其余3個(gè)闊葉樹種，生長狀況良好。17年生閩粵栲林木平均單株材積和林分蓄積量已與杉木處于同一水平，且在閩粵栲林分中株數(shù)更多地分布在徑階較大的范圍內(nèi)，大徑材較多；但林分中有參差不齊現(xiàn)象，林分結(jié)構(gòu)與天然林的反“J”卻相距甚遠(yuǎn)。故應(yīng)及時(shí)進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)調(diào)整。此前潘標(biāo)志[7]發(fā)現(xiàn)閩粵栲冠幅大，郁閉早，故應(yīng)適時(shí)適量地進(jìn)行間伐，調(diào)整林分密度以促進(jìn)其過渡到合理的林分結(jié)構(gòu)[8]。且閩粵栲與馬尾松混交可促進(jìn)閩粵栲的生長。

2)盡管楓香的平均胸徑、樹高和單株材積均低于杉木和閩粵栲，但其枝下高顯著高于其余4個(gè)樹種，且林木保存率最高，故該立地條件可能更有利于培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)的楓香木材。平均胸徑和單株材積較小是由于林分進(jìn)入成林階段后，密度過大導(dǎo)致林木個(gè)體之間的競爭加劇。但楓香樹高整體均接近或超過10 m，樹高、胸徑變異系數(shù)較小；且楓香林分中，中、大徑階的楓香株數(shù)占比較多且分布較集中，表明楓香林分能更有效地實(shí)現(xiàn)單一材種的培育目標(biāo)[12]。但林分結(jié)構(gòu)反“J”型的分布均不明顯，徑級結(jié)構(gòu)需進(jìn)行調(diào)整。此前，霍達(dá)等[13]根據(jù)楓香本身的生物學(xué)特性和密度效應(yīng)規(guī)律總結(jié)發(fā)現(xiàn)，楓香造林初植密度可適當(dāng)大些。但若以培育中、大徑材為目標(biāo)，成林階段必須通過人工撫育來控制楓香用材林的密度。

3)相對于楓香和閩粵栲，在近似相同的立地條件下，米櫧和南酸棗的林分現(xiàn)狀并不理想。米櫧是我國南方地區(qū)重要的用材樹種，但在該立地條件下，其保存率和枝下高均顯著低于其余3個(gè)闊葉樹種，同時(shí)，在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)相當(dāng)一部分米櫧雙叉樹的存在。這一結(jié)果有悖于培育米櫧優(yōu)良通直用材木的初衷。同時(shí)，在米櫧林分中，中小徑階的林木仍占多數(shù)；且樹高和胸徑變異系數(shù)較大，林木間個(gè)體分化嚴(yán)重，林分穩(wěn)定性較差。應(yīng)在造林前期調(diào)整栽培密度，成林期間加強(qiáng)水肥管理，為米櫧快速生長提供有利條件。

4)盡管在造林時(shí)，南酸棗的平均地徑和樹高均顯著高于其余3個(gè)闊葉樹種，但造林17 a后，酸棗林分的平均地徑、平均樹高、單株材積和林分蓄積量均較低，且成活率僅有60%左右；同時(shí)，酸棗胸徑分布偏度值為正值，直徑分布右偏，中小徑階的林木占比最高。一方面可能是由于南酸棗對該造林地的適應(yīng)性較差，對立地條件反應(yīng)強(qiáng)烈，在好的立地條件下長勢較好，表現(xiàn)出速生豐產(chǎn)的優(yōu)勢；而在差的立地條件下，南酸棗仍表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性，但樹高、胸徑生長均受較大影響[14-15]。溫謀德[16]發(fā)現(xiàn)潮濕肥沃的土壤下的南酸棗生長較好。另一方面，可能本次造林地是東南坡向，屬陰坡，而南酸棗喜陽，林分郁閉后林內(nèi)光照不足，導(dǎo)致林木生長分化，整體長勢較差；但具體原因仍有待進(jìn)一步研究。研究證實(shí)，與福建柏或杉木營造混交林能顯著促進(jìn)南酸棗的生長和成材[17-18]。