人工馬尾松閩楠復(fù)層混交林生長效應(yīng)

林素嬌

(沙縣林業(yè)局，福建 三明 365050)

隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)理念的普及，建立結(jié)構(gòu)良好、功能優(yōu)化的森林結(jié)構(gòu)日益引起人們的重視[1]。受經(jīng)濟效益最大化的驅(qū)使，多年來我國南方林區(qū)造林以馬尾松、杉木等樹種為主。針葉樹人工純林樹種單一，林分結(jié)構(gòu)簡單且抗逆性差，難以充分發(fā)揮森林的多種生態(tài)功能。培育具有較高生態(tài)安全的林分結(jié)構(gòu)體系，已是林業(yè)生產(chǎn)上亟待解決的重大問題[2-3]。閩楠(Phoebebournei)，為樟科(Lauraceae)楠屬(Phoebe)常綠闊葉喬木，是我國特有二級珍稀瀕危保護(hù)植物。閩楠是我國傳統(tǒng)珍貴用材樹種，是金絲楠木的代表樹種，經(jīng)濟價值高，具涵養(yǎng)水源、培肥土壤功能[4-6]。在馬尾松林下套種楠木對改善森林生態(tài)系統(tǒng)、提高林地產(chǎn)出、增加林農(nóng)收入、實現(xiàn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。為分析營造馬尾松閩楠復(fù)層混交林對林木生長及生態(tài)效應(yīng)的影響，在福建沙縣開展馬尾松林下套種閩楠試驗，并對結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于福建省沙縣富口鎮(zhèn)延溪村，平均海拔329 m，年均降雨量1 836 mm，年均氣溫19.1 ℃，無霜期285～295 d。土壤為山地紅壤，土層厚度0.8 m，肥力中等。試驗林分為1985年人工營造的馬尾松純林，伐前郁閉度0.8。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)3個處理3次重復(fù)。處理A為間伐后套種的馬尾松閩楠復(fù)層混交林，即間伐馬尾松林，伐后郁閉度0.5左右，保留株數(shù)約450株·hm-2，次年春季林下套種閩楠1 200株·hm-2。處理B為皆伐重造的閩楠純林，即對馬尾松林皆伐后次年春季種植閩楠，密度1 650株·hm-2。處理C為人工馬尾松純林，即沒有任何處理，林分密度約825株·hm-2。共設(shè)9塊標(biāo)準(zhǔn)地，每塊標(biāo)準(zhǔn)地20 m×20 m。2008年按照試驗設(shè)計對馬尾松林分進(jìn)行間伐或皆伐。2009年1月，采用1 a苗齡的閩楠裸根苗造林。造林后第1～3年每年撫育2次，第4～5年每年撫育1次，均采用全面鋤草撫育。

1.3 林分調(diào)查

1.3.1 生長量調(diào)查

于2018年11月對標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行每木調(diào)查，測量樹高、胸徑、株數(shù)，計算單株立木材積和林分總蓄積。

閩楠單株立木材積V=0.000 527 6D1.882 161H1.009 317

馬尾松單株立木材積V=0.000 094 924 1D1.832 224H0.819 726

1.3.2 生物量調(diào)查

在每木調(diào)查的基礎(chǔ)上，以平均樹高和平均胸徑為指標(biāo)在每個標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選擇標(biāo)準(zhǔn)木，用分層切割法測定主干、枝、葉的鮮質(zhì)量，然后抽取30%混合后的樣品烘干，測定干質(zhì)量并計算持水量。同時，每個標(biāo)準(zhǔn)地隨機設(shè)5個1 m×1 m樣方以測定林下植被層、枯枝落葉層的鮮質(zhì)量，烘干后稱重并計算持水量。

1.3.3 土壤調(diào)查

每個標(biāo)準(zhǔn)地隨機布設(shè)5個點，挖出土壤垂直剖面，分別收集土層深度0～20 cm、20～40 cm的土壤，回室內(nèi)測定土壤滲透率、化學(xué)性質(zhì)，計算土壤孔隙度、蓄水量、有機質(zhì)、養(yǎng)分等。

2 結(jié)果與分析

2.1 對林木生長的影響

2.1.1 對閩楠生長的影響

馬尾松閩楠復(fù)層混交林內(nèi)閩楠的胸徑、樹高及單株材積均顯著高于閩楠純林(表1、表2)。閩楠幼齡期較耐蔭，對光照條件要求較嚴(yán)格。對上層林木進(jìn)行間伐后在林下套種閩楠，能夠為閩楠生長提供較理想的光照條件，顯著促進(jìn)了閩楠的生長。這也說明了閩楠適合林下套種，是林下更新的優(yōu)良樹種之一。

表1 不同處理林分生長情況

2.1.2 對馬尾松生長的影響

對照馬尾松閩楠復(fù)層林與馬尾松純林中馬尾松的生長情況可以發(fā)現(xiàn)，復(fù)層林能夠顯著促進(jìn)馬尾松的胸徑、樹高和單株材積生長，但對林分總材積無顯著性差異(表1、表2)。這是由于復(fù)層混交林營造時進(jìn)行了間伐，降低了馬尾松的密度，促進(jìn)了馬尾松單株的生長。套種未對林分總蓄積產(chǎn)生顯著影響，因此這種改造方式可用于培育馬尾松大徑材。

表2 性狀方差分析

2.2 對生物量積累的影響

2.2.1 對閩楠生物量積累的影響

馬尾松閩楠復(fù)層林中閩楠的總生物量、主干生物量、枝生物量、葉生物量較閩楠純林分別增加了37.81%、110.94%、88.88%、77.38%，這與不同林分類型下閩楠所處的生境有關(guān)(表3)。復(fù)層林中的閩楠處在馬尾松林冠層下，其光環(huán)境以及水濕條件均較適宜其生長，而閩楠純林處在全光照條件，過強的光照強度和過于干燥的生境不利于閩楠的生長。

表3 各林分生物量

2.2.2 對馬尾松生物量積累的影響

馬尾松閩楠復(fù)層林中馬尾松的總生物量、主干生物量、枝生物量、葉生物量分別較馬尾松純林增加了67.05%、59.67%、9.81%、125.41%(表3)。馬尾松為強陽性樹種，間伐后林分密度由825株·hm-2減少為450株·hm-2，從而為其林木與樹冠提供優(yōu)越的光照與生長空間。

2.3 對林分凈生產(chǎn)力影響

馬尾松閩楠復(fù)層林的凈生產(chǎn)力最高，是馬尾松純林的115.19%，是閩楠純林的618.02%(表4)?？梢娞追N明顯提高了林分的生產(chǎn)力，有效提高了土地利用率。

表4 喬木層凈生產(chǎn)力情況

2.4 林分生物量器官分配

在馬尾松的林分生物量器官分配方面，處理A和處理C均呈現(xiàn)出主干>枝>葉的規(guī)律(表3)。處理A中馬尾松的枝、葉生物量比處理C分別提高了48.90%、21.78%。究其原因是復(fù)層林分營造時經(jīng)過間伐，擴大了馬尾松的地上生長空間，促進(jìn)了馬尾松的樹冠生長，同時增加了馬尾松的枝葉(同化器官)生物量分配，增加了其光合作用能力，因而有利于馬尾松的生長。在閩楠的林分生物量器官分配方面，處理A和處理B均呈現(xiàn)出主干>枝>葉的規(guī)律。在器官分配方面，處理A為27.74%，處理B為27.37%，復(fù)層林分中閩楠的枝葉生物量較閩楠純林增加了1.35%，即同化器官的生物量分配有所增加，有利于閩楠光合作用，促進(jìn)行植株生長。

2.5 對水源涵養(yǎng)功能的影響

2.5.1 對水文效能的影響

不同林分結(jié)構(gòu)的林分總持水量在36.75～54.41 t·hm-2，其中馬尾松純林最高，其次為馬尾松閩楠復(fù)層混交林，閩楠純林最低(表5)。馬尾松閩楠復(fù)層混交林的林冠層持水能力最強，其次為馬尾松純林，閩楠純林最低。林冠層持水能力由林冠層枝葉生物量及其持水率決定。皆伐重造的閩楠植株較小，其樹冠層枝葉生物量較少。混交林的林冠層持水率與馬尾松純林較接近。

表5 不同林分水文效能

閩楠純林的林下植被層持水量最高，馬尾松純林次之，混交林最低。這與不同處理導(dǎo)致林下光環(huán)境差異有關(guān)。皆伐重造閩楠純林的林下光照強度最高，林下植被層豐富，其生物量相應(yīng)增加；馬尾松閩楠復(fù)層混交林的林下光照強度最小，限制了林下植被層的生長。

馬尾松純林的枯枝落葉層持水量最高，復(fù)層混交林次之，閩楠純林最低。這與閩楠尚屬幼樹，枝葉生活力弱，其凋落物較少有關(guān)。

2.5.2 對土壤水源涵養(yǎng)能力的影響

林地土壤是水分貯蓄的主要場所。土壤水分貯蓄量和貯蓄方式受其物理性質(zhì)影響很大。水分在土壤的非毛管孔隙和毛管孔隙中的運動和貯蓄方式不同。在非毛管孔隙中的水分主要受重力作用，貯蓄和運動速度快，在林地調(diào)節(jié)水分運動中起重要作用。非毛管孔隙貯蓄水量是評價林地涵養(yǎng)水源的重要指標(biāo)之一[10]。土壤總蓄水量是毛管孔隙和非毛管孔隙蓄水量之和，反映了土壤貯蓄和調(diào)節(jié)水分的潛在能力。由不同處理0～20 cm與20～40 cm土層的蓄水能力可見，復(fù)層混交林的土壤蓄水量最大，分別是閩楠純林的102.1%、馬尾松純林的111.2%。綜合林分整體持水功能，以馬尾松閩楠復(fù)層混交林的水源涵養(yǎng)功能最強，分別是閩楠純林的102.6%和馬尾松純林的110.2%(表6)。因此，馬尾松閩楠復(fù)層混交林可以很好地改善土壤水源涵養(yǎng)能力，與馬尾松純林比較具有較高調(diào)節(jié)與涵養(yǎng)水源功能。

表6 0～40 cm土層林地土壤貯蓄水能力

2.5.3 對培肥土壤效應(yīng)的影響

馬尾松閩楠復(fù)層混交林與閩楠純林均比馬尾松純林土壤更疏松、通透性能更好、保水能力更強、土壤肥力更高，表明在針葉林純林中引進(jìn)闊葉樹種可以實現(xiàn)改良土壤的作用(表7)。就整體改良土壤能力而言，間伐后套種的林分整體改良土壤能力優(yōu)于皆伐重造的閩楠純林，這是由于閩楠幼齡耐蔭，較適宜林下中度弱光生境，在林下較全光照條件下生長迅速，植株更大，其相應(yīng)的枯枝落葉量也較大。

表7 土壤理化性質(zhì)

3 小結(jié)與討論

馬尾松純林進(jìn)行間伐并采用林下植苗方式套種閩楠，所形成的復(fù)層混交林較皆伐營造的閩楠純林能夠顯著性促進(jìn)閩楠生長，較馬尾松純林能顯著性促進(jìn)馬尾松生長，而對整體林分蓄積無顯著性影響。馬尾松閩楠異齡復(fù)層混交林從種群結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)都比較合理，這種林分結(jié)構(gòu)有利于培育馬尾松中大徑材和貯備閩楠種質(zhì)資源。間伐后套種形成的馬尾松閩楠復(fù)層混交林能夠疏松土壤，使土壤的通透性能更好、保水能力更強、土壤肥力更高，因而水源涵養(yǎng)功能和改土效果也最好。