馬尾松林下套種米櫧的生長(zhǎng)效應(yīng)研究

李鵬程

(三明市梅列區(qū)陳大國(guó)有林場(chǎng)，福建 三明 365000)

馬尾松(pinusmassoniana)速生、耐干旱瘠薄，木材及其林產(chǎn)品用途廣泛，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，在荒山綠化造林中發(fā)揮了重要作用。至福建省第五次森林資源連續(xù)清查結(jié)束，馬尾松林面積還有181.14萬hm2，占有林地面積的32.12%[1]。然而，此前營(yíng)造的馬尾松林分大部分是同齡純林，林分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，樹冠稀疏，加上馬尾松林枝葉富含油脂，凋落物不容易分解，容易導(dǎo)致森林火災(zāi)和病蟲害的發(fā)生與蔓延，尤其是松材線蟲病的潛在危害十分嚴(yán)峻，生態(tài)功能相對(duì)低下。如何循序漸進(jìn)，在保持森林覆蓋、不影響或較少影響生態(tài)環(huán)境的前提下，調(diào)整馬尾松林分的樹種組成，提升林分質(zhì)量和生態(tài)功能，是亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題，也具有現(xiàn)實(shí)經(jīng)營(yíng)價(jià)值和深遠(yuǎn)的生態(tài)意義。在馬尾松林下套種經(jīng)濟(jì)植物或闊葉樹有過一些報(bào)道，有些組合效果甚好[2-7]，但在馬尾松林下套種米櫧(Castanopsiscarlesii)尚未見過詳細(xì)報(bào)道。米櫧與絲栗栲(Castanopsisfargesii)、苦櫧(Castanopsissclerophylla)、甜櫧(Castanopsiseyrei)都是中亞熱帶地帶性常綠闊葉林的重要建群種。米櫧是優(yōu)良的用材樹種和食用菌原料樹種，果實(shí)可食，還具有培肥土壤、涵養(yǎng)水源、保護(hù)水土的生態(tài)功能[8]。陳大國(guó)有林場(chǎng)經(jīng)多年發(fā)展已培育人促米櫧林超過310 hm2。2013年底，陳大國(guó)有林場(chǎng)在馬尾松林下進(jìn)行了套種米櫧試驗(yàn)，旨在探索馬尾松米櫧復(fù)合經(jīng)營(yíng)技術(shù)和生長(zhǎng)效應(yīng)，豐富適宜在馬尾松林下更新造林的樹種。

1 試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)地設(shè)在福建省三明市梅列區(qū)陳大國(guó)有林場(chǎng)黃坑工區(qū)，屬武夷山脈東伸支脈的丘陵低山地段，海拔430～570 m，面積15.2 hm2。林場(chǎng)屬中亞熱帶大陸性兼海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫19.5 ℃，平均降水量1 850 mm，平均相對(duì)濕度79%，適合馬尾松和米櫧生長(zhǎng)；土壤為山地紅壤，土層深厚，林地總體屬于較肥沃立地類型；地帶性植被為常綠闊葉林。試驗(yàn)林分為1991年?duì)I造的馬尾松純林，主要植被有狗脊(Woodwardiajaponica)、中華里白(Hicriopterischinensis)、芒箕(Dicranopterisdichotoma)、苦竹(Pleioblastusamarus)、紫金牛(Ardisiajaponica)、烏藥(Linderaaggregata)等。

2 試驗(yàn)方法

2013年底在23 a林齡、立地條件和林木生長(zhǎng)狀況基本一致的馬尾松林中建立三個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組設(shè)立4個(gè)30 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地，完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，小區(qū)之間留3 m間隔帶。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行間伐，間伐后套種米櫧。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理。JMM處理：在保證保留馬尾松林木基本均勻的前提下，砍小留大、砍劣留優(yōu)、砍密留稀，保留馬尾松600株/hm2；按照株行距2.4 m×2.4 m定點(diǎn)塊狀整地種植米櫧，穴規(guī)格30 cm×30 cm×20 cm，米櫧苗為1年生實(shí)生容器苗，種植密度1 640株/hm2。JMX處理：保留馬尾松450株/hm2，其余措施與JMM處理相同。JCK處理：保留馬尾松600株/hm2，其余間伐，間伐措施同JCK處理，不套種米櫧。YCK處理：保留原有馬尾松經(jīng)營(yíng)密度，不間伐、不套種。

2014年底調(diào)查測(cè)定米櫧造林成活率；2020年調(diào)查米櫧保存率，并測(cè)定馬尾松和米櫧的樹高、胸徑、枝下高、冠幅。馬尾松立木材積計(jì)算公式V馬尾松=0.000 062 34 D1.855 150H0.956 825；米櫧立木材積計(jì)算公式V米櫧=0.000 052 76 D1.882 161H1.009 317。

3 結(jié)果與分析

3.1 米櫧生長(zhǎng)效應(yīng)分析

3.1.1 成活率和保存率

成活率和保存率是林下造林是否成功的基本指標(biāo)。從馬尾松林下套種的米櫧林木生長(zhǎng)狀況可知，JMM處理和JMX處理的米櫧造林平均成活率和保存率均較高，甚至超過采伐跡地營(yíng)造的米櫧林(表1)。潘賢溪曾報(bào)道[9]，在采伐跡地營(yíng)造的米櫧造林成活率僅為85.3%。雖然試驗(yàn)條件不一定相同，但一定程度與米櫧幼林期比較耐蔭的生物學(xué)特性有關(guān)，故而在光照較強(qiáng)烈的裸地造林成活率較低。試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)表明，23 a林齡馬尾松林經(jīng)間伐，上層保留450～600株/hm2的生長(zhǎng)環(huán)境適合米櫧生長(zhǎng)，可以為類似的幼樹比較耐蔭的樹種人工造林提供參考。

表1 馬尾松林下套種的米櫧生長(zhǎng)狀況

23 a林齡馬尾松林分間伐前平均樹高14.32 m，平均枝下高11.84 m，平均冠層2.48 m(表2)，樹體高大，樹冠開張，枝粗葉散，林內(nèi)直射光少、散射光多，總體透光度較好，這種光環(huán)境有利于幼時(shí)耐蔭的米櫧成活。間伐后套種的米櫧在馬尾松林下形成了有效覆蓋，提高了林內(nèi)的土壤含水量和空氣相對(duì)濕度，可以增加林分的物種多樣性和多層性，在提升森林生態(tài)質(zhì)量上具有積極意義，為群落向地帶性常綠闊葉林過渡打下了基礎(chǔ)。

表2 間伐后馬尾松林分狀況

3.1.2 樹高

在復(fù)層林經(jīng)營(yíng)中樹高生長(zhǎng)對(duì)于林分冠層分布、光能利用效率以及生態(tài)功能發(fā)揮有著重要影響。兩個(gè)套種處理的米櫧樹高生長(zhǎng)量都較高，均高于南方林區(qū)通常用材林要求樹高生長(zhǎng)量>0.5m/a的標(biāo)準(zhǔn)[10]。JMM處理比JMX處理樹高生長(zhǎng)量增加4.4%，這與JMM處理保留較多馬尾松有關(guān)(表1)。上層馬尾松保留較多，隨著林齡增長(zhǎng)對(duì)林下米櫧林木的脅迫更大，為了提高競(jìng)爭(zhēng)能力，米櫧加快了縱向生長(zhǎng)。經(jīng)方差分析，兩者樹高生長(zhǎng)量間差異未達(dá)到顯著水平(p>0.05)。

套種米櫧8 a后馬尾松與米櫧冠層分布層次明顯，強(qiáng)陽性樹種馬尾松分布在林分上層，而早期較耐蔭的米櫧則分布在林分中下層，上層馬尾松林為林下米櫧林提供了庇蔭，下層米櫧利用透射的光照可以正常生長(zhǎng)發(fā)育，兩者合理利用不同層次的光照，種間關(guān)系協(xié)調(diào)。

從生態(tài)作用角度分析，米櫧冠層補(bǔ)充了馬尾松冠層在中下層的缺失，延伸了冠層空間。通常認(rèn)為，水源涵養(yǎng)林要求具有復(fù)層、冠長(zhǎng)率高、冠幅完滿的森林結(jié)構(gòu)[11]，而在馬尾松林冠下套種米櫧林，形成了比較理想的冠層空間配置，能夠提升林分的生態(tài)功能。

3.1.3 胸徑

兩種套種處理的米櫧胸徑生長(zhǎng)量都較高，高徑比比較協(xié)調(diào)(表1)。JMX處理比JMM處理胸徑生長(zhǎng)量增加4.1%，經(jīng)方差分析，兩者胸徑生長(zhǎng)量間差異未達(dá)到顯著水平(p>0.05)。

3.1.4 蓄積

林分蓄積生長(zhǎng)受光合作用制約。試驗(yàn)的8 a林齡米櫧蓄積JMM處理為8.133 2m3/hm2，JMX處理為8.311 1m3/hm2，因此可以判斷，JMM處理和JMX處理林下滿足了米櫧生長(zhǎng)發(fā)育所需要的光照條件，使米櫧形成一定生物積累。套種的米櫧林木在更新層占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，能誘導(dǎo)林分向常綠闊葉林方向加快演替。

JMX處理比JMM處理的米櫧蓄積增加2.2%，差異未達(dá)到顯著水平(p>0.05)。隨著林齡增長(zhǎng)，米櫧對(duì)光照要求增加，JMX處理保留上層馬尾松林木較少，光照較多，有利于米櫧蓄積的積累。

3.2 馬尾松生長(zhǎng)狀況分析

3.2.1 樹高

4種處理中，30 a林齡的馬尾松樹高為JMX處理>JMM處理>JCK處理>YCK處理。JMM處理、JMX處理、JCK處理與YCK處理比，樹高分別增加23.9%、27.5%、22.7%，顯然這與間伐有關(guān)(表2)。間伐后，保留了生長(zhǎng)較好的優(yōu)勢(shì)木，淘汰了劣質(zhì)林木，無疑提高了樹高總體水平。

試驗(yàn)的7年間馬尾松樹高增長(zhǎng)量為JMX處理>JMM處理>JCK處理>YCK處理(表2)。JMM、JMX、JCK與YCK處理比，樹高增長(zhǎng)量分別增加27.1%、28.3%、21.4%，說明間伐后保留的林木得到了更多的光照、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分，樹高生長(zhǎng)量提高。7年間樹高增長(zhǎng)量JMM、JMX分別比JCK處理增加4.7%和5.7%(表2)，說明套種米櫧后，促進(jìn)了馬尾松樹高生長(zhǎng)，這與生長(zhǎng)環(huán)境變化以及促進(jìn)凋落物分解有關(guān)。

表2 不同處理馬尾松生長(zhǎng)狀況

3.2.2 胸徑

4種處理中，30 a林齡的馬尾松胸徑依次為JMX處理>JMM處理>JCK處理>YCK處理。由于保留了生長(zhǎng)較好林木，JMM、JMX、JCK與YCK處理比，胸徑分別增加18.6%、25.3%、17.3%。

試驗(yàn)的7年間馬尾松胸徑增長(zhǎng)量同樣表現(xiàn)為JMX處理>JMM處理>JCK處理>YCK處理。JMM處理、JMX處理、JCK處理與YCK處理比，7年間胸徑增長(zhǎng)量分別增加24.8%、34.2%、16.6%，說明間伐后釋放了空間，胸徑生長(zhǎng)量提高，而YCK處理經(jīng)營(yíng)密度過大，個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)劇烈，抑制了胸徑的生長(zhǎng)。YCK處理中低于平均胸徑(17.74 cm)的林木株數(shù)占總株數(shù)的48.5%。通常認(rèn)為[12]，當(dāng)林分中總株數(shù)40%以上的林木胸徑小于林分平均胸徑時(shí)，即應(yīng)進(jìn)行撫育間伐。值得指出的是，馬尾松在經(jīng)營(yíng)密度太大時(shí)，是難以培育大徑材的，換言之，間伐既有利于培育大徑材，又可以為林下更新創(chuàng)造良好的條件。

試驗(yàn)的7年間胸徑增長(zhǎng)量JMM處理、JMX處理分別比JCK處理增加7.0%和15.1%，說明套種米櫧有利于促進(jìn)馬尾松胸徑生長(zhǎng)，同樣是因?yàn)樯L(zhǎng)環(huán)境變化以及促進(jìn)凋落物分解等的緣故。

3.2.3 樹冠

樹冠是林木進(jìn)行光合作用，生產(chǎn)有機(jī)物的有效空間，主要取決于冠長(zhǎng)與冠幅。2013年馬尾松間伐后保留了優(yōu)勢(shì)木，JMM處理、JMX處理、JCK處理比YCK處理冠長(zhǎng)增加了51.1%、70.1%、51.4%，冠幅分別增加15.8%、21.3%、16.7%。2020年JMM處理、JMX處理、JCK處理由于釋放了生長(zhǎng)空間，樹冠發(fā)育良好，冠長(zhǎng)增長(zhǎng)了3.32 m、3.44 m、3.18 m，冠幅增加了0.96 m、0.98 m、0.95 m；而YCK處理林木較多，生長(zhǎng)空間擁擠，冠長(zhǎng)減少了0.12 m、冠幅減少了0.05 m。JMM處理、JMX處理、JCK處理與YCK處理比，冠長(zhǎng)增加了155.4%、178.6%、151.5%，冠幅增加了62.9%、69.4%、63.4%，表明間伐后保留的馬尾松林木光合面積增大，有利于培育大徑材。JMM處理與JCK處理比較，冠長(zhǎng)和冠幅生長(zhǎng)大致相同，表明在保留株數(shù)相同時(shí)，套種米櫧與否，對(duì)保留馬尾松林木樹冠生長(zhǎng)沒有影響。

3.2.4 蓄積

4種處理中30 a林齡的馬尾松單位面積蓄積依次為YCK處理>JMM處理>JCK處理>JMX處理。經(jīng)方差分析，YCK處理馬尾松單位面積蓄積和增長(zhǎng)量與JMM處理、JMX處理、JCK處理間均存在極顯著差異(p<0.01)，顯然，這是YCK處理株數(shù)較多的緣故。

各處理馬尾松單株材積和材積增長(zhǎng)量均為JMX處理>JMM處理>JCK處理>YCK處理。經(jīng)方差分析，JMX處理、JMM處理、JCK處理與YCK處理單株材積和材積增長(zhǎng)量間均存在極顯著差異(p<0.01)，表明間伐是提高單株材積的重要手段。

JMM處理、JMX處理與JCK處理比較，7年間單株材積增長(zhǎng)量未存在顯著差異(p>0.05)，暗示著馬尾松保留株數(shù)多少，比套種米櫧對(duì)7年間單株材積增長(zhǎng)量的影響更大，JMM處理與JCK處理保留馬尾松株數(shù)相同，但單株材積增長(zhǎng)量JMM處理比JCK處理處理增加6.1%，表明套種米櫧對(duì)馬尾松單株材積積累有一定的促進(jìn)作用，說明套種也是提高馬尾松單株材積的輔助手段。

4 小結(jié)

改造馬尾松純林，提高林分結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性已經(jīng)成為維持馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗逆性的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，馬尾松純林經(jīng)過間伐后可以在林下套種米櫧，并形成生長(zhǎng)狀況良好的馬尾松米櫧復(fù)層林分。在上層馬尾松保留450～600株/hm2的林下套種的米櫧平均成活率達(dá)91.1%～92.4%，平均保存率達(dá)到88.66%～88.72%；8 a林齡米櫧平均樹高5.02～5.24 m，平均胸徑4.9～5.1 cm，蓄積8.133 2～8.311 1 m3/hm2。

馬尾松林分間伐和套種米櫧也可以促進(jìn)保留馬尾松林木的生長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，JMM處理、JMX處理、JCK處理與YCK處理比，7年間樹高增長(zhǎng)量分別增加27.1%、28.3%、21.4%，胸徑增長(zhǎng)量分別增加24.8%、34.2%、16.6%，樹冠生長(zhǎng)狀況得到改善。雖然間伐處理的單位面積蓄積不及馬尾松純林，但單株材積極顯著高于馬尾松純林，單株材積增長(zhǎng)量也存在極顯著差異，有利于培育馬尾松大徑材。

保留馬尾松450～600株/hm2，套種的米櫧和保留的馬尾松生長(zhǎng)狀況都比較理想，改善了林分結(jié)構(gòu)，為林分正向演替奠定了基礎(chǔ)。隨著套種年限增長(zhǎng)，對(duì)整個(gè)生境的影響更大，繼而可能對(duì)馬尾松材積生產(chǎn)產(chǎn)生更積極作用，當(dāng)然，兩者的競(jìng)爭(zhēng)也可能出現(xiàn)并加劇，有關(guān)后續(xù)效應(yīng)有待于進(jìn)一步試驗(yàn)研究。