不同密度杉木林分下套種閩楠的生長分析

范輝華，李 瑩，湯行昊，姚湘明，張?zhí)煊?/p>

(1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；2.順昌縣林業(yè)科學(xué)技術(shù)中心，福建 順昌 353200)

閩楠[Phoebebournei(Hemsl.) Yang]是我國特有的二級珍稀瀕危保護(hù)植物，也是我國南方集林區(qū)重點(diǎn)發(fā)展的珍貴用材樹種和戰(zhàn)略儲備林樹種[1-2]。然而，閩楠因其生態(tài)適應(yīng)性較弱，生長相對緩慢，對立地環(huán)境條件要求較高，不宜連片規(guī)模發(fā)展，常因選地不當(dāng)或經(jīng)營管理不善導(dǎo)致造林不成林、生長不良或成林不成材，人工林發(fā)展緩慢。因此，開展閩楠人工林培育模式和相關(guān)配套技術(shù)的研究及創(chuàng)新均具重要意義。我國南方人工林多以杉木[Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.]和馬尾松(PinusmassonianaLamb.)為主，長期大面積同齡純林連栽導(dǎo)致林分結(jié)構(gòu)單一、生產(chǎn)力下降、林地退化和生態(tài)系統(tǒng)功能不夠健全等嚴(yán)重生態(tài)問題[3-5]。近年來，福建省通過實(shí)施林分質(zhì)量精準(zhǔn)提升戰(zhàn)略，大力發(fā)展鄉(xiāng)土珍貴樹種造林，通過在杉木、馬尾松針葉純林擇伐林地開展林下閩楠珍貴樹種的種植，優(yōu)化了林分結(jié)構(gòu)和功能，構(gòu)建更加健康、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、高效的復(fù)層林，既有利于杉木大徑材培育，又拓展了珍貴樹種的發(fā)展空間，對福建乃至南方林區(qū)森林資源質(zhì)量的恢復(fù)、發(fā)展和提升具有重要的意義[6-9]。

為探尋適宜的杉木-閩楠混交模式，當(dāng)前，已有學(xué)者就杉木-閩楠復(fù)層林營建后閩楠生長[6,10]和林分的生態(tài)效應(yīng)[2,6]進(jìn)行了一些研究和探討。無論是樹種生長、林分生產(chǎn)力[2]或是林分結(jié)構(gòu)[11]，包括立地條件[8]等方面，營建復(fù)層林具有明顯的向好作用。然而，由于對杉木-閩楠復(fù)層林的研究時間仍較短且各地氣候、立地等環(huán)境條件差異大，目前仍未形成成熟的可供生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用的杉木-閩楠復(fù)層林經(jīng)營模式與配套技術(shù)。因此，優(yōu)化森林培育模式是當(dāng)前提高珍貴樹種閩楠造林成效，實(shí)現(xiàn)杉木大徑材培育的重要基礎(chǔ)。鑒于此，2009年分別選擇順昌縣的西坑和八一工區(qū)杉木人工林，通過對杉木人工林實(shí)施不同強(qiáng)度間(擇)伐后的林下間種閩楠，營建杉木-閩楠復(fù)層林。2017年調(diào)查試驗(yàn)林兩個樹種的生長指標(biāo)，了解不同間伐強(qiáng)度的杉木和閩楠生長狀況，探索同時促進(jìn)杉木和閩楠林木生長的林分密度，為杉木-閩楠復(fù)層林的營建提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地與林分概況

試驗(yàn)地位于福建省順昌縣(117°29′～118°39′E, 25°50′～27°121′N)，海拔180～330 m，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，自然條件優(yōu)越，生態(tài)環(huán)境良好，境內(nèi)氣候溫暖濕潤，雨量充沛，雨熱同期，光照充足，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，水熱條件優(yōu)越，適宜閩楠人工林的發(fā)展。試驗(yàn)地年平均氣溫19 ℃，年平均降水量1 600～1 800 mm，無霜期285 d，相對濕度81%。林分樣地均屬于低山丘陵，土壤為山地紅壤，土層較深厚，腐殖質(zhì)含量豐富，其中Ⅰ級肥沃型和Ⅱ級較肥沃型土壤共占64.86%。林下植被主要有魚腥草(HouttuyniacordataThunb.)、淡竹葉(Lophatherumgracile)和鐵芒萁(Dicranopterislinearis)。

設(shè)置元坑鎮(zhèn)西坑和嵐下鎮(zhèn)八一工區(qū)兩個試驗(yàn)點(diǎn)，杉木造林時間分別為1991和1986年。其中，西坑林分面積3 hm2，杉木初植密度為1 005 株·hm-2，間伐前密度為750～825 株·hm-2，平均胸徑為25.48 cm，郁閉度為0.6，林木生長良好；八一工區(qū)林分面積2 hm2，杉木初植密度為1 800 株·hm-2，間伐前密度約為1 500～1 650 株·hm-2，平均胸徑為20.86 cm，郁閉度為0.7，該林分密度偏高且未經(jīng)過撫育間伐，杉木生長較西坑的差。

2 研究方法

2.1 杉木-閩楠復(fù)層林營建

于2008年7—10月，采用下層間伐法，遵循砍小留大及砍劣留優(yōu)且兼顧保留木均勻分布的原則對兩試驗(yàn)點(diǎn)杉木林開展不同強(qiáng)度撫育間伐。分別選擇立地條件一致的林分設(shè)置試驗(yàn)樣地，西坑試驗(yàn)點(diǎn)在南坡，設(shè)置2個保留密度(180、 480株·hm-2),共8塊樣地，八一工區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)在西南坡，設(shè)置3個保留密度(485、630、825株·hm-2),共6塊樣地(表1)，樣地面積均為30 m×30 m，樣地四角設(shè)永久標(biāo)樁。閩楠造林前進(jìn)行塊狀整地，定植塘60 cm×40 cm×40 cm，造林前每穴施鈣鎂磷基肥0.5 kg。于2009年春季(2—3月)在杉木間伐林窗定植地徑約0.3 cm、苗高25～30 cm的1年生閩楠容器苗，其中，西坑和八一工區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)閩楠套種密度分別為2 505和1 740 株·hm-2。造林后前3 a每年清除雜草2次，第4～5年，每年1次。因兩試驗(yàn)點(diǎn)杉木林齡等不同，分別構(gòu)成獨(dú)立的單因素完全隨機(jī)設(shè)計。

表1 樣地概況Table 1 Basic information of sample plots

2.2 試驗(yàn)林調(diào)查

2017年8月上旬，在樣地中采用5點(diǎn)調(diào)查法選擇30株閩楠，分別測定其樹高、胸徑、枝下高、最大冠幅以及最大枝基徑等指標(biāo)。閩楠單株材積計算采用福建省林業(yè)勘察設(shè)計院于1988年編制的福建省闊葉樹人工林二元立木材積公式:

V=0.000 052 76D1.882 161H1.009 317

(1)

式中：V為閩楠單株材積(m3)；D為胸徑(cm)；H為樹高(m)。

同期對各標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的杉木保留木進(jìn)行胸徑每木檢尺，并計算杉木單株材積，計算公式如下[12]:

V=a0(a1+b1d1.3)b0[a2+b2/(k+d1.3)]c0

(2)

式中：V為杉木單株材積(m3)；d1.3為胸徑；a0=0.000 058 061 860，a1=-0.256 300 070，a2=49.651 385，b0=1.955 335 10，b1=0.979 712 71，b2=-2 229.609 7，k=44。

單位面積蓄積量=樹種平均單株材積×單位面積樹種株數(shù)[13]。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計與分析。對閩楠和杉木主要生長參數(shù)進(jìn)行單因素方差分析，多重比較采用Duncan法。采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析法對閩楠生長性狀進(jìn)行相關(guān)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 閩楠生長情況

西坑和八一工區(qū)兩個試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)不同杉木保留密度的閩楠生長情況見表2。其中，西坑試驗(yàn)點(diǎn)1～6號樣地杉木林下閩楠的平均胸徑和樹高較7～8號樣地分別提高了149.01%和88.95%；前者的平均單株材積和單位面積蓄積量較后者分別提高了1 070.00%和973.08%;該試驗(yàn)點(diǎn)不同杉木保留密度林下閩楠的平均胸徑、平均樹高、平均單株材積和單位面積蓄積量均呈極顯著性差異。八一工區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)，杉木保留密度的差異對林下閩楠的生長有顯著影響，1～2號樣地杉木林下閩楠的平均胸徑、樹高較3～4號和5～6號樣地分別提高了19.75%、7.02%和40.04%、42.46%；平均單株材積、單位面積蓄積量較3～4號和5～6號樣地均分別提高了57.50%、50.48%和152.00%、165.66%。兩個試驗(yàn)點(diǎn)，不同杉木保留密度下的閩楠平均胸徑、樹高和單株材積間均呈顯著或極顯著差異，且隨杉木保留密度增加而降低。

由表3可知，西坑試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)，7～8號樣地的杉木林下閩楠平均最大冠幅、平均枝下高和最大分枝粗較1～6號樣地分別降低了29.52%、33.33%和44.55%，而最大分枝角度則提高了8.65%；除平均枝下高外，不同杉木保留密度林下閩楠平均最大冠幅、最大分枝角度和最大分枝粗均有顯著或極顯著性差異。八一工區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)，1～2號樣地杉木林下閩楠的平均最大冠幅、平均枝下高、最大分枝粗較3～4號和5～6號樣地分別提高了4.09%、23.17%、4.39%和30.31%、36.49%、47.83%，而林下最大分枝角度分別降低了12.64%和17.67%；除平均枝下高外，不同杉木保留密度林下閩楠的平均最大冠幅、最大分枝角度和最大分枝粗均有顯著或極顯著性差異。 兩個試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)，不同杉木保留密度的林下閩楠平均最大冠幅、平均枝下高和最大分枝粗均隨著杉木保留密度增加而降低，而最大分枝角度則呈現(xiàn)出相反的變化趨勢，即隨著杉木保留密度的增加而增加。

表2 不同樣地杉木林下閩楠的生長情況Table 2 The average DBH and height of Phoebe bournei under the C. lanceolate plantation with different retention densities in different sample plots

注：同列數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示同一試驗(yàn)點(diǎn)不同杉木保留密度下閩楠生長指標(biāo)之間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)；不同小寫字母表示其差異達(dá)顯著水平(P<0.05))。Note: different capital letters indicate that the difference between the growth indexes ofPhoebebourneiunder theC.lanceolateplantation with different densities in the same test site is extremely significant (P<0.01), and different lowercase letters indicate that the difference reaches a significant level (P<0.05).

表3 不同樣地杉木林下閩楠的形質(zhì)生長情況 Table 3 Shape growth of Phoebe bournei under the C. lanceolate plantation with different retention densities in different sample plots

注：同列數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示同一試驗(yàn)點(diǎn)不同杉木保留密度下閩楠生長指標(biāo)之間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)；不同小寫字母表示其差異達(dá)顯著水平(P<0.05))。Note: different capital letters indicate that the difference between the growth indexes ofPhoebebourneiunder theC.lanceolateplantation with different densities in the same test site is extremely significant (P<0.01), and different lowercase letters indicate that the difference reaches a significant level (P<0.05).

3.2 杉木生長情況

間伐8.5 a后，西坑試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)，不同杉木保留密度的杉木保留木平均胸徑、單株材積均無顯著性差異(表4)，但1～6號樣地的杉木林間伐后胸徑年平均生長量較7～8號樣地增加了10.76%。而在八一工區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)，1～2號樣地杉木保留木的平均胸徑和單株材積較3～4號、5～6號樣地分別提高了7.82%、21.05%和9.81%、26.82%，兩個指標(biāo)中，前者與后兩者之間均呈顯著性差異(P<0.05)，但后兩者之間無顯著差異；同時，隨著杉木保留密度增加，該試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)杉木保留木的胸徑年平均生長量呈降低趨勢。由此可見，降低杉木保留密度(或增加間伐強(qiáng)度)促進(jìn)了杉木保留木平均胸徑和單株材積的生長，且隨著密度的降低而增大。

徑階分布是林分結(jié)構(gòu)的重要表征值之一，統(tǒng)計兩個試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)杉木保留木的徑階分布后發(fā)現(xiàn)，西坑試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)，1～6號樣地胸徑超過30 cm的杉木株數(shù)占杉木總株數(shù)的88.30%，徑階分布更集中，而在7～8號樣地中這一比例為69.40%；1～6號樣地胸徑在20～30 cm杉木株數(shù)占杉木總株數(shù)的15.00%，較7～8號樣地降低了50.00%。相似的變化趨勢在八一工區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)也被觀察到，1～2號樣地胸徑在30～40 cm杉木株數(shù)占杉木總株數(shù)的21.43%，較3～4號、5～6號樣地分別提高了70.89%和221.29%；1～2號樣地胸徑在20～30 cm的杉木株數(shù)占杉木總株數(shù)的75.77%，相較于3～4號、5～6號樣地分別降低了5.93%和12.58%；1～2號樣地胸徑低于20 cm的杉木株數(shù)僅占杉木總株數(shù)的2.80%，相較于3～4號、5～6號樣地均減少了58.02%。無論是西坑還是八一工區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)，降低保留密度或增加間伐強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)降低了小徑材數(shù)，提高了杉木大中徑材的比例，促進(jìn)了上層杉木保留木的胸徑生長，加速了優(yōu)良林木的成材，縮短了林木成才期，提高了林分的穩(wěn)定性，同時也有利于林下閩楠的快速生長和蓄積量的積累。

表4 不同樣地的杉木胸徑、單株材積和徑階分布Table 4 The average DBH, single tree volume and diameter distribution of C. lanceolate plantation in different sample plots

注：同列數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示同一試驗(yàn)點(diǎn)不同杉木-閩楠復(fù)層林中杉木生長指標(biāo)之間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)；不同小寫字母表示其差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。Note: different capital letters indicate that the difference between the growth indexes ofC.lanceolatefrom different multiple layered forest in the same test site is extremely significant (P<0.01), and different lowercase letters indicate that the difference reaches a significant level (P<0.05).

3.3 因子間的相關(guān)分析

八一工區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)杉木初始密度為福建省杉木中心產(chǎn)區(qū)中徑材培育的主要經(jīng)營密度，營林模式極具代表性，故以該試驗(yàn)點(diǎn)為例，對影響閩楠生長的因子及其生長指標(biāo)，利用Pearson系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析(表5)。結(jié)果顯示，除平均最大冠幅、平均枝下高和最大分枝角度外，其余閩楠生長指標(biāo)均與杉木保留密度呈極顯著負(fù)相關(guān)。其中，單位面積蓄積量與杉木保留密度間的相關(guān)系數(shù)高達(dá)-0.986，表明上層杉木保留密度的增加顯著抑制了下層閩楠的快速生長。同時，杉木保留密度與間伐后杉木郁閉度之間的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.998，且閩楠主要生長指標(biāo)也均與間伐后杉木郁閉度之間呈顯著負(fù)相關(guān)。因此，本研究中，控制杉木間伐強(qiáng)度是林分人工干擾的操作手段，但杉木間伐后的郁閉度則可能是影響林下光照狀況的決定性因素，與林下閩楠的生長優(yōu)劣高度相關(guān)。

表5 閩楠生長與杉木保留密度間的Pearson系數(shù)相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis of Pearson coefficients between the growth of Phoebe bournei and the retention density of C. lanceolate plantation

注：**表示因子之間在0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*表示因子之間在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。Note:**indicates significant correlation at the 0.01 level (both sides);*indicates significant correlation at the 0.05 level (both sides).

4 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，間伐8.5 a后，隨著間伐強(qiáng)度的增加，杉木保留木平均胸徑增長更快，高徑階杉木株數(shù)占比提高，徑階分布更集中，有利于杉木大徑材的培育。這是因?yàn)殚g伐本身可能在一定程度上提高了保留木的平均胸徑[14]，同時，間伐后，同一生態(tài)位的林木間競爭減小，保留木營養(yǎng)空間得到改善[15]。此外，在間伐后的林中空地套種閩楠，采取的施基肥和追肥措施也可促進(jìn)保留杉木生長?？梢?，盡管上層杉木林由于間伐在短期內(nèi)其林分蓄積量存在一定的損失，但降低保留密度能有效促進(jìn)杉木保留木的胸徑生長，縮短大徑材培育期限，有利于培育更多優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)高效的木材。

混交林經(jīng)營的核心問題是混交林樹種種間關(guān)系是否協(xié)調(diào)[16]。本研究結(jié)果表明，西坑和八一工區(qū)兩個試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)，下層閩楠平均胸徑、平均樹高、平均最大冠幅、平均枝下高以及最大分枝粗均隨著上層杉木保留密度的增加而呈現(xiàn)出降低趨勢，說明營建杉木-閩楠復(fù)層林時，提高上層杉木林間伐強(qiáng)度有利于林下閩楠快速生長和保持良好形質(zhì)。光照是影響楠木生長的重要因子[1,17]，閩楠幼樹耐蔭性較強(qiáng)，營林初期，上層杉木樹冠能夠?yàn)殚居讟淦鸬搅苏诒蔚淖饔茫}楠光飽和點(diǎn)隨著林齡的增加而提高，成林甚至需全光[18-19]，因此，減少上層杉木的保留株數(shù)，降低郁閉度，有利于林下閩楠更好的接受散射光源，足夠的生長和水肥空間也促使閩楠在進(jìn)入速生期后快速生長[18-19]。同時，兩個試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)，閩楠最大分枝角度均隨著杉木保留密度的增加而增加。杉木樹體較高，冠層較狹窄致密，密度較高時，閩楠為爭奪更多的光照通過增加分枝角度來促使其對林下散射光的吸收[16]。但杉木間伐強(qiáng)度過大導(dǎo)致林分蓄積量損失過大，同時也可能引發(fā)林地裸露，水土流失嚴(yán)重等問題，不利于林下閩楠生長[20]。因此，明確不同齡級閩楠光照需求，在確保上層杉木獲得較大生物量的同時，按照閩楠生長期對杉木林冠層進(jìn)行適當(dāng)撫育或間伐[15]，以確保林下閩楠能夠獲得理想的光環(huán)境。

在人工林經(jīng)營上，通過大徑材培育與珍貴樹種閩楠培育相結(jié)合的方式構(gòu)建杉木-閩楠垂直結(jié)構(gòu)的復(fù)層林，可為后續(xù)開展森林近自然可持續(xù)經(jīng)營創(chuàng)造條件，有利于杉木人工林生產(chǎn)力和多種功能的維持與提升，本研究中，未來隨著林下閩楠逐步進(jìn)入到主林層后，林分的空間結(jié)構(gòu)、環(huán)境變化以及種間關(guān)系等因素都對杉木和閩楠的生長產(chǎn)生影響[16]。因此，有必要對此進(jìn)行長期的定位跟蹤。