不同造林模式閩楠造林成效研究

黃宇　林智勇　湯行昊　廖鵬輝　張娟　范輝華

摘 要：以3種不同造林模式造林2年后的閩楠試驗林為研究對象，分析其幼林生長情況、根系性狀、木材特性、光合作用，比較不同造林模式下閩楠的差異。結(jié)果表明：3種造林模式中杉木林下套種閩楠的平均地徑、樹高、最大冠幅、枝下高、根深、平均根幅、單株總根長、根系總表面積和根系總體積均最大，分別達11.60 mm、115.56 cm、61.33 cm、32.42 cm、47.50 cm、48.42 cm、1269.13 cm、376.75 cm2、9.32 cm3。杉木林下套種閩楠模式的樹干纖維素含量最高，達34.32%。3種不同造林模式最大凈光合速率（Pmax）的范圍在5.52～7.92 μmol/m2·s，表觀量子效率（AQY）范圍在0.0417～0.0602 μmol/μmol，Pmax和AQY大小排序均為：林下套種>混交林>純林。不同造林模式光飽和點（Ls）的范圍在943.62～1508.13 μmol/m2·s，光補償點（Lc）的范圍在11.79～16.53 μmol/m2·s，Ls和Lc由高到低依次為純林>混交林>林下套種。林下套種閩楠的綜合評分最高，達0.7814，混交林次之，得分為0.2782;綜合生長情況、根系性狀、木材特性、光合作用等性狀表現(xiàn)，本研究3種造林模式中保留密度450株/hm2的杉木林下套種閩楠為造林成效最優(yōu)的模式。

關(guān)鍵詞：閩楠;造林模式;生長性狀;根系性狀;木材特性

中圖分類號：S722.1

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2019）05-0006-07 國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.05.002

Study on Afforestation Effect of Phoebe bournei （Hemsl.）Yang in Different Afforestation Models

HUANG Yu1，LIN Zhi-yong1，TANG Xing-hao1，LIAO Peng-hui2，ZHANG Juan1，F(xiàn)AN Hui-hua1*

（1.Fujian Academy of Forestry， Fuzhou， Fujian 350012，China; 2.China Popularization Station of Forestry Science &Technology of Fujian Province， Fuzhou， Fujian 350003，China）

Abstract：Phoebe bournei （Hemsl.）Yang after two years of afforestation in three different afforestation models were used as tested materials， the growth condition of young plantation， root traits， wood characteristics and photosynthesis? were analyzed， and the difference of Phoebe bournei （Hemsl.）Yang among three different afforestation models were compared. The results showed that the ground diameter， tree height， the maximum crown width， the clear bole height， root depth， average root width， individual root length， total root surface area and root volume ofP. bournei were the largest interplanting with Chinese Fir among the three afforestation models， and the values were 11.60 mm， 115.56 cm， 61.33 cm， 32.42 cm， 47.50 cm， 48.42 cm， 1269.13 cm， 376.75 cm2 and 9.32 cm3，respectively. The cellulose content of P. bournei of the interplanted forest was the highest， reaching 34.32%. The maximum net photosynthetic rate （Pmax）of the three different afforestation models ranged from 5.52 to 7.92 μmol/m2·s， and the AQY ranged from 0.0417 to 0.0602 μmol/μmol， and the order of both （Pmax） and AQY were as follows： the interplanted forest > mixed forest > pure forest. The Ls ranged from 943.62 to 1508.13 μmol/m2·s， the ranged from 11.79 to 16.53 μmol/m2·s， and the order of both Ls and Lc were as follows： pure forest>mixed forest>the interplanted forest. The comprehensive score of the interplanted forest was the highest， reaching 0.7814， followed by mixed forests， with a score of 0.2782. According to the character performance of the growth of young plantation， root traits， wood characteristics and photosynthesis， it is indicated that interplanted forest with 450 trees/hm2 Chinese Fir retention density is the optimum model for afforestation of P. bournei among the three afforestation models.

Key words：P. bournei （Hemsl.）Yang; afforestation models; growth traits; root traits; wood characteristics

閩楠（Phoebe bournei）為樟科常綠大喬木，珍貴用材樹種，國家二級保護植物，分布于福建、浙江南部、江西、廣東、廣西北部及東北部、湖北、湖南、貴州等地[1-2]，其木材堅硬，結(jié)構(gòu)細密，質(zhì)地溫潤柔和，紋理淡雅文靜，為上等建筑、家具、工藝雕刻及造船等的良好木材[3]。目前，對閩楠的研究多集中在種源選擇、生理生態(tài)和植物群落等方面[4-7]，關(guān)于閩楠造林模式成效的研究甚少，對不同造林模式閩楠幼林根系性狀、木材特性、光合作用方面的研究鮮見報道[8]。本研究開展了3種閩楠造林模式試驗，比較不同造林模式對閩楠幼林造林成活率、林分生長、根系性狀、木材性質(zhì)以及光合作用的差異，利用綜合評價法選出造林成效最優(yōu)的閩楠造林模式，有助于預(yù)判閩楠成年后的性能指標和應(yīng)用范圍，促進其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、早期速生和優(yōu)質(zhì)干材形成，為傳統(tǒng)意義上研究造林成效的方法手段提供新的方向。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

閩楠造林試驗地位于福建省南平市順昌縣，屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛。年平均氣溫18.5℃，多年平均降水量1756 mm，無霜期305 d，日照1740.7 h，四季明顯。2016年2月，在順昌縣大干鎮(zhèn)干山村營建了18a杉木林下套種閩楠模式（杉木保留密度450株/hm2）試驗林，在元坑鎮(zhèn)謨武村營建了閩楠與杉木混交林（杉木林采伐跡地）、閩楠純林，試驗地土壤理化性質(zhì)見表1。每種造林模式各50株，3次重復(fù)。3種造林模式閩楠種苗為芽苗移栽培育1a的容器苗（2.5 mm≤D<3 mm，20 cm≤H<25 cm），混交林用杉木苗為1a裸根苗（D≥0.45 cm，H≥35 cm），株行距為2 m×2 m，造林前均采用林下全面除草和帶狀整地，造林后進行統(tǒng)一管理。

1.2 幼林調(diào)查

2016年12月，調(diào)查造林當(dāng)年3種造林模式下閩楠植株的成活率。2018年4月，采用麥思德電子數(shù)顯游標卡尺（精度0.01 mm）、鋼卷尺對各造林模式閩楠的地徑、最大冠幅、樹高、枝下高進行調(diào)查，每個造林模式隨機調(diào)查30株，3次重復(fù)。

1.3 根系性狀的測定

每種造林模式挖取3株，3次重復(fù)，水平方向上以閩楠樹干為中心，按0.5 m為半徑進行全株挖掘取樣，直到無明顯根系為止，現(xiàn)場測量植株樹高、根深和平均根幅，地上部分供材性分析。將植株根系鮮樣充分洗凈、晾干、整理后進行分析，掃描之前將大的根系分支剪開，使用Win-RHIZO根系分析系統(tǒng)軟件[9]分析輸出的圖片。

1.4 樹干材性測定

閩楠樹干材性測定采用木材物理力學(xué)試材采集方法[9]。每種造林模式采集3株閩楠樹干，稱其鮮重后裝入密封袋，及時帶回實驗室，以供測定。生材（剛采伐的新鮮木材）密度用生材質(zhì)量除以生材的體積，將試樣制成約15 mm×15 mm ×15 mm的試樣，采用排水法測定生材體積?；久芏扰c測定生材密度試樣相同，在（103±2）℃的干燥箱中干燥，絕干后稱重得W干，計算基本密度：ρ基= W干/V生，生材含水率=（W生-W干）/W干×100%。采用硝酸-乙醇法測定閩楠纖維素含量[10]。

1.5 不同造林模式閩楠幼林光合作用比較

1.5.1 光合測定

于2018年8月13～15日，天氣晴朗無云時進行光合測定。每種模式選擇3株生長勢基本一致的閩楠待測樣株，分別選取3片中上部向陽方向的功能葉，采用Li-6800（美國）便攜式光合測定系統(tǒng)在上午9：00～11：00進行閩楠光合測定，獲得氣體交換參數(shù)：凈光合速率（Pn）、蒸藤速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（GS）、和胞間CO2濃度（Ci），并計算水分利用效率（WUE，WUE=Pn/Tr）。

1.5.2 光響應(yīng)曲線測定

選擇典型晴天早上9：30～11：30，以儀器配備的紅藍光源為光源，使用開放系統(tǒng)，設(shè)定光合有效輻射（PAR）梯度值：0 μmol/m2·s、20 μmol/m2·s、40 μmol/m2·s、60 μmol/m2·s、80 μmol/m2·s、100 μmol/m2·s、150 μmol/m2·s、200 μmol/m2·s、400 μmol/m2·s、600 μmol/m2·s、800 μmol/m2·s、1 000 μmol/m2·s、1200 μmol/m2·s、1500 μmol/m2·s、2000 μmol/m2·s，參比室CO2濃度為400 μmol/mol進行測定，獲得各Pn值。用葉子飄光合計算軟件對曲線進行直線雙曲線修正模型擬合[11]，得到曲線方程，并計算各光響應(yīng)參數(shù)值：最大凈光合速率（Pmax）、表觀量子效率（AQY）、光飽和點（Ls）、光補償點（Lc）。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS（V18.0）軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、相關(guān)性分析，進行Duncan多重比較。對閩楠生長指標、根系指標、材性指標及光合速率等指標進行標準化，使其轉(zhuǎn)化為無量綱單位，便于比較;其中木材含水率和Tr按照降型分布函數(shù)進行計算：（Xmax-Xi）/（Xmax-Xmin）[12]，其余指標按照升型分布函數(shù)進行計算：（Xi - Xmin）/（Xmax - Xmin）。最后根據(jù)各評價樣本的綜合得分進行排序[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同造林模式閩楠生長情況比較

由表2可知，不同造林模式對閩楠地徑、樹高、最大冠幅和枝下高的影響達到差異極顯著水平，對閩楠造林成活率的影響不顯著，混交林和純林造林模式閩楠的生長情況差異不顯著;林下套種閩楠和混交造林閩楠的造林成活率最高，均達100%，不同造林模式的平均造林成活率為99.78%。林下套種閩楠的平均地徑、樹高、最大冠幅和枝下高均達到最大，分別為11.60 mm、115.56 cm、61.33 cm、32.42 cm，分別比最小值高出81%、87%、74%、271%。

2.2 不同造林模式閩楠根系性狀比較

由表3可知，杉木林下套種閩楠模式的根深、平均根幅、單株總根長、根系總表面積和根系總體積均最大，分別達47.50 cm、48.42 cm、1269.13 cm、376.75 cm2、9.32 cm3，分別比最小值高出0.64倍、0.64倍、0.94倍、0.89倍、1.18倍。閩楠混交林的根深、單株根系總表面積、平均直徑和根系總體積均最小;閩楠純林的平均根幅和單株總根長均最小，分別為29.50 cm、652.61 cm。不同造林模式對閩楠根深、平均根幅、單株總根長、根系總表面積和根系總體積的影響達到差異極顯著水平;對閩楠單株根系平均直徑的影響差異不顯著。

2.3 不同造林模式閩楠幼林材性比較

由表4可見，3種造林模式的樹干平均基本密度范圍在0.42～0.44 g/cm3;樹干平均生材密度范圍在1.02～1.13 g/cm3;樹干平均生材含水率范圍在120.51%～153.61%;樹干基本密度、生材密度和生材含水率的平均值分別為0.43 g/cm3、1.07 g/cm3、141.19%;閩楠純林樹干的基本密度最高，閩楠混交林樹干的生材密度和生材含水率最高，分別達0.44 g/cm3、1.13 g/cm3、153.61%，分別比平均值高出1.97%、5.63%、8.79%;不同造林模式下的基本密度、生材密度和生材含水率均無顯著差異，閩楠樹干纖維素含量差異達到顯著水平。林下套種閩楠模式的樹干纖維素含量最高，為34.32%，比平均值高出6.90%，高出混交林7.89%，高出純林13.72%。

2.4 不同造林模式閩楠幼林光合作用分析

2.4.1 不同造林模式閩楠光合效應(yīng)比較

由表5可見，不同造林模式閩楠凈光合速率（Pn）的范圍為5.33～6.98 μmol/m2·s，值越大表明該造林模式的光合作用越大，各造林模式的凈光合速率大小排序為：純林>混交林>林下套種。不同造林模式閩楠蒸騰速率（Tr）的范圍為2.82～3.45 μmol/m2·s，各造林模式的蒸藤速率大小排序為：林下套種>混交林>純林。不同造林模式閩楠氣孔導(dǎo)度（GS）的范圍為390.02～392.22 μmol/mol，各造林模式的氣孔導(dǎo)度大小排序為：純林>混交林>林下套種。不同造林模式閩楠胞間CO2濃度（Ci）的范圍為269.76-293.94 μmol/mol，各造林模式的胞間CO2濃度大小排序為：林下套種>純林>混交林。不同造林模式閩楠水分利用效率（WUE）的范圍為1.89～2.27，各造林模式的水分利用效率大小排序為：林下套種>純林>混交林。

2.4.2 不同造林模式閩楠光曲線特征響應(yīng)參數(shù)比較

運用雙曲線修正模型對3個造林模式閩楠光合作用的光響應(yīng)值進行擬合，計算各光響應(yīng)參數(shù)值，并繪制光響應(yīng)曲線圖（圖1-3），達到了良好的效果（為0.9906～0.9930）。在PAR為0～200 μmol/m2·s時，Pn隨PAR值的增加呈線性相關(guān)，對其進行線性回歸，直線的斜率即為表觀量子效率。由表6可以看出：最大凈光合速率（Pmax）的范圍在5.52～7.92 μmol/m2·s，越大表明該造林模式的光合作用潛力越大，各造林模式的光合潛力大小排序為：林下套種>混交林>純林。

表觀量子效率是構(gòu)建冠層光合作用模擬模型和C循環(huán)模型的重要生理指標，值越高，則說明葉片轉(zhuǎn)化光能的效率越高[14-15]。不同造林模式表觀量子效率（AQY）大小范圍在0.0417～0.0602 μmol/m2·s，從大到小的順序為：林下套種>混交林>純林。

呼吸速率小，有機物代謝效率高[16]。不同造林模式的暗呼吸速率（Rd）大小范圍為0.9742～1.1101 μmol/m2·s，暗呼吸速率值從大到小排序為：混交林>林下套種>純林。

不同造林模式光飽和點（Ls）的范圍在943.62～1508.13 μmol/m2·s，光飽合點均值在1244.02 μmol/m2·s左右。光補償點（Lc）的范圍在11.79～16.53 μmol/m2·s，Ls和Lc由高到低依次為純林>混交林>林下套種。

Pmax反應(yīng)了植株對強光的利用能力，Ls反應(yīng)了植株對強光的適應(yīng)能力;Lc反應(yīng)植株對弱光的適應(yīng)能力，AQY 反應(yīng)植株強光利用能力。較其他模式相比，杉木林下套種閩楠幼苗的 Ls、Lc偏低，這說明林下套種閩楠幼苗對強光和弱光的適應(yīng)能力較弱;Pmax、AQY偏高，說明杉木林下套種閩楠幼苗光合潛力高，對低光強的利用能力較強，在低光強環(huán)境下能較好的捕捉光量子進行光合作用。說明閩楠幼林具耐陰性，但又能忍受一定的光強，這與盛杰等[17]的結(jié)論較為一致。

2.5 篩選最優(yōu)的閩楠造林模式

2.5.1 各指標相關(guān)分析

將閩楠地上生長性狀與各性狀指標進行Pearson相關(guān)性分析。結(jié)果表明（表7），閩楠地上生長性狀（地徑、最大冠幅、樹高、枝下高）與總根長、根總表面積、根系總體積、根深、平均根幅均呈正相關(guān)，且達到顯著和極顯著水平;說明閩楠植株地上部分生長越旺盛，根系越發(fā)達。閩楠地上生長性狀與Pn均呈負相關(guān)，且達到顯著和極顯著水平。

2.5.2 綜合評價

將閩楠生長指標、根系指標、材性指標及光合速率等這幾個指標標準化后進行加權(quán)平均，并排名得出（見表8），林下套種閩楠的綜合評分最高，達0.7814，混交林次之，得分為0.2782;純林的綜合評分排名最后。從地上、地下生長指標、及生理指標各方面分析，本研究3種模式中杉木保留密度450株/hm2的林下套種閩楠模式造林效果最好，該模式最適合閩楠生長。

3 結(jié)論與討論

本研究中林下套種閩楠模式的平均地徑、樹高、最大冠幅、枝下高、根深、平均根幅、單株總根長、總表面積和根系總體積均最大，均高于純林和混交林。歐建德[18]發(fā)現(xiàn)對閩楠人工幼樹的苗高、地徑和冠幅的影響依次為單施氮>單施磷>單施鉀;葛樂[19]發(fā)現(xiàn)杉木林下套種樹種后林地土壤物理結(jié)構(gòu)和土壤養(yǎng)分均有不同程度的改善。本研究中杉木林下套種閩楠的試驗地土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷、有機質(zhì)均高于純林和混交林，這有利于閩楠生長，這與楚秀麗等[20]研究結(jié)果較為一致。

木材密度、含水率和纖維素含量均是木材材性的重要指標。木材含水率對后期木材加工而言，木材有干縮濕脹的特性，含水率越高，木材越容易變形、翹曲。本研究中不同造林模式對三年生閩楠的基本密度、生材密度、生材含水率均無顯著差異，對樹干纖維素含量的影響達到差異顯著水平。纖維素是植物細胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分[21]。杉木林下套種模式下的閩楠纖維素含量最高，在閩楠推廣應(yīng)用過程中，在某些對纖維素含量有一定要求的領(lǐng)域，如制漿造紙領(lǐng)域，可考慮采用杉木林下套種閩楠模式。

3種不同造林模式閩楠最大凈光合速率（Pmax）和表觀量子效率（AQY）的大小排序為：林下套種>混交林>純林。光飽和點（Ls）和光補償點（Lc）由高到低依次為純林>混交林>林下套種。通過比較分析3種造林模式下的閩楠生長狀況、根系形態(tài)、光合作用及木材性質(zhì)等性狀表現(xiàn)，更全面地反映出造林成效的好壞，并為傳統(tǒng)意義上研究造林成效的方法及手段提供了新的方向。本研究中杉木林下套種閩楠的地上生長性狀和根系性狀均優(yōu)于其他兩種模式，初步確定保留密度450株/hm2的杉木林下套種閩楠為造林成效最優(yōu)的模式，該模式最適合閩楠生長。由于目前試驗地閩楠僅生長2a，隨著閩楠的生長，后期理化性質(zhì)是否有變化，后續(xù)是否會按照這個規(guī)律生長還無法確定，所以有必要對這3種造林模式下閩楠生長情況進行持續(xù)觀測。

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