馬尾松間伐強(qiáng)度對(duì)林下套種格木和木荷存活的影響

左宗貴,左松源

(國(guó)家林業(yè)和草原局華東調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院,杭州 310019)

人工針葉純林在世界范圍內(nèi)廣泛分布,并在木材和其他林產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用[1]。然而,越來越多的研究證明,單一針葉純林種植會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境帶來負(fù)面影響且無法充分發(fā)揮森林的多種功能[2-3]。相反,混交林被認(rèn)為是提供更多更好的森林生態(tài)服務(wù)和林產(chǎn)品等多種功能的最佳選擇[4]。近年來,重建混交林越來越受到世界各國(guó)的重視和擁護(hù),有關(guān)學(xué)者對(duì)如何將單一人工純林有效地改造為多功能混交林進(jìn)行了大量的研究和探索[5-9]。目前,比較常見的做法是在原有林分中人工套種鄉(xiāng)土闊葉樹種來豐富樹種多樣性,并使林分結(jié)構(gòu)復(fù)雜化[10],從而轉(zhuǎn)化為多功能混交林。這種做法也被廣泛認(rèn)為是較快地將純林轉(zhuǎn)化為多功能混交林的有效途徑,成為世界各國(guó)一種重要的森林經(jīng)營(yíng)管理策略[11]。

本文以馬尾松(Pinusmassoniana)純林為對(duì)象,開展混交化改造實(shí)驗(yàn),對(duì)其不同間伐強(qiáng)度后的林下套種林木生存情況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和差異分析,以期為人工純林混交化改造過程中最優(yōu)間伐強(qiáng)度的確定提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省慈溪市林場(chǎng),地理位置北緯30°41′,東經(jīng)121°21′。該區(qū)屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候,四季分明、光照充足、雨水充沛,年均氣溫16.1℃,年降水量1 260.4mm,年蒸發(fā)量1 472.6mm,年相對(duì)濕度81%,年平均日照時(shí)數(shù)2 101.4h,年有效積溫5 092.5℃。林地土壤為黃紅壤,pH值為4.8～5.5,土層厚度大多在90～180cm。

2 研究方法

2.1 間伐實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇種植在相同環(huán)境和立地條件下的14a生馬尾松人工純林,采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),共4個(gè)區(qū)組,每個(gè)區(qū)組3個(gè)實(shí)驗(yàn)單元(即3個(gè)重復(fù)),總共12個(gè)實(shí)驗(yàn)單元。每個(gè)區(qū)組中的4個(gè)實(shí)驗(yàn)單元隨機(jī)分配給4個(gè)間伐處理中的1個(gè)。1)T0,未間伐(對(duì)照處理,即0%間伐強(qiáng)度)；2)T1,輕度間伐(大約25%的株數(shù)被移除,保留株數(shù)為750株/hm2左右)；3)T2,中度間伐(大約45%株數(shù)被移除,保留株數(shù)500株/hm2左右)；4)T3,重度間伐(大約65%的株數(shù)被移除,保留株數(shù)為350株/hm2左右)。間伐于2008年秋冬季節(jié)樹木生長(zhǎng)休眠期完成,從下層進(jìn)行,優(yōu)先伐除生長(zhǎng)不良、干形較差的劣質(zhì)林木,同時(shí)盡可能使保留林木均勻分布。間伐前,在各實(shí)驗(yàn)單元中遠(yuǎn)離林緣處各設(shè)置1個(gè)400m2(20m×20m)的固定監(jiān)測(cè)樣地,對(duì)林木的株數(shù)、樹高、胸徑等情況進(jìn)行調(diào)查記載。

2.2 林下闊葉樹種引入及存活率監(jiān)測(cè)

在經(jīng)過間伐處理的林分下,以套種方式引入生物學(xué)特性不同的2種當(dāng)?shù)爻Ｒ娻l(xiāng)土闊葉樹種,即格木(Erythrophleumfordii)、木荷(Schimasuperba)。這2個(gè)樹種都是當(dāng)?shù)氐闹饕ㄈ悍N及群落頂級(jí)種,其中木荷是中等光需求速生樹種,格木是較喜光的慢生樹種,幼齡時(shí)期稍耐蔭,中齡期以后需要充足的光照。套種樹種采用苗圃移栽的方式種植,于苗齡1a左右時(shí)移栽到馬尾松林下,種植穴規(guī)格為30cm×30cm×40cm,套種株數(shù)約為1 668株/hm2,種植密度約為2m×3m,不同樹種隨機(jī)間隔種植,盡量使不同樹種均勻分布。種植后對(duì)固定監(jiān)測(cè)樣地中的苗木均進(jìn)行編號(hào),并從2009年開始每隔2年定期調(diào)查1次存活率,至2019年共完成了6次存活率調(diào)查。

2.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

各年度的監(jiān)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)采用Excel 2019軟件匯總和初步分析,并對(duì)監(jiān)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,采用Tukey法多重比較進(jìn)行兩兩差異性檢驗(yàn),方差分析采用SPSS軟件。

3 結(jié)果與分析

3.1 林下套種樹種存活動(dòng)態(tài)

林下套種樹種存活率動(dòng)態(tài)變化情況如圖1所示。2009年木荷總體平均存活率由高到低順序?yàn)門2(96.91%)>T1(95.43%)>T3(95.39%)>T0(93.56%)；2011年木荷總體平均存活率由高到低順序?yàn)門2(88.01%)>T1(84.58%)>T3(82.09%)>T0(80.70%)。2013—2019年木荷總體平均存活率從高到低順序始終維持在T2>T3>T1>T0狀態(tài)。顯而易見,T0,T1,T2和T3四種間伐處理以中度間伐(T2)木荷總體平均存活率最高。

圖1 不同間伐強(qiáng)度林下套種樹種存活率的年動(dòng)態(tài)變化Fig.1 The annual dynamics of the survival rates of interplanting tree species under different thinning intensities

2009年格木總體平均存活率由高到低順序依次為T1(96.74%)>T2(95.87%)>T3(95.09%)>T0(94.49%)；2011年格木總體平均存活率由高到低順序依次為T1(87.67%)>T2(86.64%)>T0(83.51%)>T3(79.35%)。2013—2019年格木總體平均存活率從高到低順序始終維持在T2>T1>T3>T0狀態(tài)。

種植11年后,不同間伐處理下木荷的總體平均存活率從高到低依次為T2(73.60%)>T3(67.06%)>T1(64.27%)>T0(54.31%)；不同間伐處理下格木的總體平均存活率從高到低依次為:T2(75.31%)>T1(68.76%)>T3(64.10%)>T0(56.64%)。

3.2 不同間伐強(qiáng)度林下套種樹種存活率差異

2個(gè)套種樹種總體平均存活率變化差異情況如圖2所示,總體上,2個(gè)林下套種樹種的存活率都是隨種植后時(shí)間的增加而不斷降低。在T0和T1間伐處理下,從種植后第1年至種植后第11年,格木的存活率均要略高于木荷；在T2間伐處理下,種植后第1年至種植后第3年,木荷的存活率略高于格木的存活率,但從種植后第5年到第11年,格木的存活率又略高于木荷；在T3間伐處理下,從種植后第1年至種植后第11年,木荷的存活率均要略高于格木。

3.3 間伐強(qiáng)度對(duì)林下套種林木存活率的影響

由單因素方差分析及Tukey多重比較結(jié)果得出(表1,表2),不同間伐強(qiáng)度下木荷和格木的存活率均隨時(shí)間的推移差異逐漸增大。馬尾松人工林間伐種植后第1年,4個(gè)間伐處理的木荷、格木存活率與對(duì)照組(T0)差異不顯著。

1) 種植后第3年到種植后第5年,木荷率在T0與T2之間有顯著差異,種植后第7年到種植后第9年,木荷存活率在T0與T2之間、T0與T1之間、T0與T3之間、T1與T2之間有顯著差異,種植后第11年,木荷存活率在各個(gè)處理之間均有顯著差異。

圖2 不同間伐強(qiáng)度林下套種樹種存活率動(dòng)態(tài)對(duì)比情況Fig.2 Dynamic comparison of survival rates of interplanting tree species under different thinning intensities

2) 種植后第3年,格木存活率在T0與T1之間有顯著差異,種植后第5年到種植后第7年,格木存活率在T0與T1之間、T0與T2之間、T2與T3之間有顯著差異,種植后第9年,格木存活率在T0與T1之間、T0與T2之間、T2與T3之間、T0和T3之間、T1和T3之間有顯著差異,種植后第9年,格木存活率除T1與T3之間無顯著差異,其余均有顯著差異。

表1 不同間伐強(qiáng)度林下套種樹種存活率方差分析結(jié)果Tab.1 Results of variance analysis of survival rates of interplanting tree species

(續(xù)表)

表2 不同間伐強(qiáng)度下存活率多重比較結(jié)果Tab.2 Multiple comparison results of the survival rates of under different thinning intensities

4 討論

4.1 間伐對(duì)套種樹種存活的影響

馬尾松是一種優(yōu)質(zhì)用材樹種,占中國(guó)全部林地的13.2%,但90%以上的馬尾松林是人工純林,“間伐 + 補(bǔ)闊”已經(jīng)成為其營(yíng)建針闊混交林的主要方式[12]。本研究發(fā)現(xiàn),不同間伐處理下林下套種樹種存活率之間存在顯著差異(P<0.05),且總體上均以中度間伐(T2)下的存活率最高,Deng等[13]和周志春等[14]研究均證實(shí)了這一點(diǎn)。木荷存活率一直以中度間伐(T2)下的存活率最高,格木存活率在生長(zhǎng)前期以輕度間伐(T1)下的存活率最高,成林之后以中度間伐(T2)下的存活率最高,這種存活率的動(dòng)態(tài)變化表明了闊葉樹種對(duì)間伐后林分環(huán)境條件(如光照)的適應(yīng)有所差異,套種林木最適宜生長(zhǎng)的間伐強(qiáng)度會(huì)隨其與剩余樹木的生長(zhǎng)而發(fā)生改變,因此延長(zhǎng)間伐時(shí)間間隔是促進(jìn)馬尾松人工林套種樹種生長(zhǎng)的重要經(jīng)營(yíng)作業(yè)措施。

4.2 不同間伐強(qiáng)度林下套種樹種林木存活率差異

通過對(duì)馬尾松人工林進(jìn)行林下套種闊葉樹種,實(shí)施闊葉化改造,形成針闊混交林,樹種選擇極其關(guān)鍵[15-16]。在不間伐(T0)和輕度間伐(T1)下,格木比木荷更易生存,在中度間伐(T3)下,木荷比格木更易存活,而在中度間伐(T2)下,樹木生長(zhǎng)前期木荷的存活率較高,但之后格木的存活率又略高于木荷,這是因?yàn)樯蠈玉R尾松的間伐,林冠打開,林下光照條件增加,刺激了馬尾松和林下闊葉樹的生長(zhǎng),保留木與套種木爭(zhēng)奪資源,而2種套種闊葉樹種的生物學(xué)特性不一樣,兩者對(duì)光的需求不同,生長(zhǎng)速率不同,因此,對(duì)不同間伐強(qiáng)度的適應(yīng)能力也不一樣。

4.3 間伐強(qiáng)度對(duì)林下套種林木存活率的影響

套種3年后,2個(gè)闊葉樹在4個(gè)間伐處理下存活率差異顯著,其生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)差異與其耐蔭性以及林分生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)密切相關(guān)[17]。由于木荷是中等光需速生樹種,在中度間伐(T2)下,伐除了干擾樹,保留了生長(zhǎng)勢(shì)頭較好的林木,林木競(jìng)爭(zhēng)減少,林內(nèi)光、水、熱條件改善,使林下套種樹木得到更多的生長(zhǎng)資源[18]。而T0對(duì)照樣地未伐除干擾樹,林分密度高,林分內(nèi)株數(shù)過多,壓縮擠占了單株林木可獲得的生長(zhǎng)空間和資源,林木之間競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度大,導(dǎo)致間伐后在T0和T2間伐處理下,木荷的存活率率先出現(xiàn)極顯著差異。

格木為慢生樹種,幼樹較耐庇蔭,適合于木荷生長(zhǎng)的中度間伐強(qiáng)度(T2),可能會(huì)使林下光照較強(qiáng)導(dǎo)致土壤水分蒸發(fā)加速,不利于格木幼樹生長(zhǎng),因此格木存活率率先出現(xiàn)極顯著差異的是T0和T1之間。木荷生長(zhǎng)前期最快,快速占據(jù)林分的中層空間,3～5年成林后,隨著林下光照的減弱,格木對(duì)光、水、熱等需求增大,適宜其生長(zhǎng)的間伐強(qiáng)度變?yōu)門2,此時(shí),T0和T2間伐處理出現(xiàn)極顯著差異。間伐處理11年后,木荷、格木存活率與不間伐處理之間均有顯著差異,表明對(duì)馬尾松人工林進(jìn)行“間伐+套種闊葉樹”是提高林分質(zhì)量的有效經(jīng)營(yíng)措施。

5 結(jié)論

間伐強(qiáng)度對(duì)馬尾松人工林下套種樹種的存活有著顯著的影響,但隨間伐后時(shí)間的推移,不同闊葉樹種的生存會(huì)因環(huán)境條件的變化和自身樹種特性存在差異。木荷和格木的存活率均在中度間伐強(qiáng)度下最高,且在混交化過程中,套種木存活和生長(zhǎng)隨著林分密度降低到中間水平而改善,中度間伐更能創(chuàng)造適宜木荷和格木生長(zhǎng)的條件。最佳間伐強(qiáng)度取決于具體引入的樹種,喜光樹種可能比耐蔭樹種需要更高的間伐強(qiáng)度,若采用2個(gè)生物學(xué)特性完全不同的樹種,最佳間伐強(qiáng)度或需在存活率、樹高、直徑生長(zhǎng)方面折中處理。因此,在實(shí)際純林向混交林的改造過程中,應(yīng)充分重視間伐強(qiáng)度和套種樹種的生物學(xué)特性對(duì)最終改造效果的影響,間伐強(qiáng)度與套種樹種的合理配置可以減少種間競(jìng)爭(zhēng),充分利用林內(nèi)的光、水、熱等資源,形成更豐富、更穩(wěn)定的異齡復(fù)層混交林。