杉木中齡林間伐后套種4種闊葉樹的效果分析

王利艷，徐 睿，趙銘臻，李 明，鄭 宏，范福金

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002； 2.國家林業(yè)局杉木工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002； 3.福建省洋口國有林場，福建 南平 353211)

杉木(CunninghamaLanceolata)是我國南方特有的速生用材樹種，其栽培面積、蓄積量分別約占中國人工喬木林主要優(yōu)勢樹種的五分之一、四分之一，在我國商品材生產(chǎn)中具有重要地位[1]。目前，杉木人工林栽培模式以多代連栽的純林為主，導(dǎo)致杉木人工林面臨林分結(jié)構(gòu)單一、林地地力衰退，生產(chǎn)力下降，景觀生態(tài)效果較差等一系列問題，嚴重制約了杉木人工林可持續(xù)經(jīng)營[2]。研究表明，通過在杉木人工林中套種闊葉樹種，可以顯著改善上述一系列的生態(tài)問題，起到修復(fù)杉木人工純林脆弱生態(tài)系統(tǒng)的效果[3]。在低密度的中齡以及近成熟杉木人工林下套種闊葉樹，能夠營造生態(tài)位有差異的多層次垂直結(jié)構(gòu)的異齡復(fù)層林，可充分利用空間利用率，在有限的土地資源上提高林分生物量產(chǎn)量和物種多樣性，增強林分抗逆性，保持生態(tài)穩(wěn)定[4]。因此，杉木林下套種闊葉樹可最大化的發(fā)揮林地的經(jīng)濟、社會和生態(tài)價值，對于解決杉木純林化多代連栽引起的生產(chǎn)力下降問題具有重要意義。

近年來，杉木人工林林下套種闊葉樹的研究日益增多，其套種樹種主要有閩楠(Phoebebournei(Hemsl.) Yang)、火力楠(Micheliamacclurel)、木荷(Schimasuperba)、楓香(Liquidambarformosana)、觀光木(Tsoongiodenodorum)、馬褂木(Liriodendronchinense)、三葉青(TetrastigmahemsleyanumDiels et Gilg)等，但研究結(jié)果大多集中于一種間伐密度下套種一種闊葉樹的生長效益分析，而缺乏對不同林分密度下套種多種闊葉樹種生長的影響的定位對比研究[5]。在同一林分的不同間伐密度樣地內(nèi)套種多種闊葉樹，能夠更為清晰、準確地分析不同闊葉樹的生長差異，比較出不同林分密度下的最優(yōu)套種樹種。在本研究中，火力楠喜溫暖濕潤氣候及土層深厚的酸性土壤，耐旱耐瘠，萌芽力強[6]；木荷對土壤適應(yīng)性較強，木荷易天然下種更新[7]；觀光木喜溫暖濕潤氣候及深厚肥沃的土壤[8]；閩楠喜濕耐陰，對立地要求高[9]。4個樹種均具有耐陰的特性，能夠充分利用種間互生關(guān)系促進生長。通過連續(xù)3 a對杉木林下套種的木荷、閩楠、火力楠、觀光木4種闊葉樹的生長狀況調(diào)查，揭示不同強度間伐下4種闊葉樹種的生長動態(tài)差異，以期為篩選適宜杉木中齡林套種的闊葉樹種類及杉木大徑材培育和混交林經(jīng)營提供重要借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于福建省南平市順昌縣的福建省洋口國有林場，土層深厚，氣候溫和，雨量充沛，年平均溫度18.5 ℃，年均降水量1880.2 mm，年無霜期280 d。土壤0～10、10～20、20～40、40～60 cm土層的最大持水量分別為177.4、185.1、197.7、189.5 g·kg-1，毛管持水量分別為170.2、182.1、190.4、186.2 g·kg-1。該試驗地林下灌木有粗葉榕(FicushirtaVahl)、紫麻(Oreocnidefrutescens(Thunb.) Miq)、臭辣吳萸(EvodiafargesiiDode)、山茶花(CamelliajaponicaL.)，草本有深綠卷柏(SelaginelladoederleiniiHieron.)、江南短腸蕨(Allantodiametteniana(Miq.) Ching)、金星蕨(Parathelypterisglanduligera)、檧木(AraliachinensisL.)、觀音坐蓮(Sempervivumtectorum)、黑足鱗毛蕨(DryopterisfuscipesC.Chr.)等。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設(shè)計 本試驗的杉木人工林于2002年造林，間伐試驗處理前密度約為1080～1920株·hm-2，郁閉度為0.6～0.7，樣地立地指數(shù)均大于22。2016年11月，在14年生的杉木人工純林中，選擇立地條件相對一致的林地進行間伐試驗。采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置間伐保留密度分別為900、1200株·hm2，3次重復(fù)，共6塊20 m×20 m的標準樣地。2017年3月在每塊樣地內(nèi)分別按照4 m×4 m株行距隨機均勻套種閩楠、火力楠、木荷、觀光木4種闊葉樹，每個樣地內(nèi)套種36株苗，造林苗木均采用2年生容器苗，其育苗袋的規(guī)格為12 cm×18 cm。

1.2.2 生長觀測 2018—2020年，每年12月下旬對樣地內(nèi)的闊葉樹進行定株生長調(diào)查；2017—2020年，每年8月下旬對各個樣地的杉木進行標記號牌管理和每木檢尺。采用激光haglof Vertex IV超聲波樹木測高儀測量杉木樹高，用圍徑尺測量地徑(精確到0.1 cm)，測高桿測量闊葉樹樹高和東西、南北冠幅(精確到0.1 m)。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2007和SPSS 23進行數(shù)據(jù)分析，利用Origin 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 地徑生長動態(tài)

就地徑(表1)來看，4種闊葉樹種植后第2年、第3年地徑增量及2 a地徑總增量，在間伐保留密度900株·hm-2處理下，整體表現(xiàn)為火力楠>觀光木>木荷>閩楠；而在間伐保留密度1200株·hm-2處理下，整體表現(xiàn)[10]為觀光木>火力楠>閩楠>木荷。因此，在較低間伐保留密度下更適合套種火力楠，較高間伐保留密度下更適合套種觀光木，說明在幼苗期觀光木比火力楠更耐陰。2種間伐保留密度相比，低間伐保留密度更適宜4種闊葉樹的地徑生長?？傮w來看，火力楠和觀光木的地徑增量均顯著高于木荷和閩楠，杉木中齡林下更適套種火力楠和觀光木。

表1 不同間伐保留密度處理下套種闊葉樹種地徑生長情況

2.2 樹高生長動態(tài)

由表2可知，4種闊葉樹樹高生長與地徑生長有些差異，在間伐保留密度900株·hm-2處理下，樹高增量整體表現(xiàn)為火力楠>觀光木>木荷>閩楠，而在間伐保留密度1200株·hm-2處理下，樹高增量整體表現(xiàn)為火力楠>觀光木>閩楠>木荷，火力楠和觀光木的樹高增量均顯著高于木荷和閩楠。說明杉木中齡林下更適合火力楠和觀光木樹高生長，較高間伐保留密度下閩楠生長增量大于木荷生長增量，因此相對于木荷來說閩楠更耐陰。

表2 不同間伐保留密度處理下套種闊葉樹種樹高生長情況

2.3 冠幅生長動態(tài)

對于冠幅生長(表3)，4個闊葉樹種在間伐保留密度900株·hm-2處理下，冠幅增量整體表現(xiàn)為火力楠>觀光木>閩楠>木荷，在間伐保留密度1200株·hm-2處理下，冠幅增量整體表現(xiàn)為火力楠>觀光木>木荷>閩楠。相對于木荷來說，較高間伐保留密度抑制了閩楠冠幅生長。2種間伐保留密度相比，低間伐保留密度更適宜4種闊葉樹冠幅生長?？傮w來看，火力楠、觀光木的冠幅生長增量均顯著高于木荷、閩楠，杉木中齡林下更適火力楠、觀光木冠幅生長。

表3 不同間伐保留密度處理下套種闊葉樹種冠幅生長情況

2.4 林下套種對杉木中齡林生長量的影響

由表4可知，不同強度間伐后套種闊葉林，對杉木中齡林的平均胸徑、平均樹高、平均單株材積和平均單株材積增量均有影響，但2種間伐保留密度之間相比，差異并不明顯。間伐保留密度為1200、900株·hm-2的杉木平均胸徑增量分別為2.64、2.75 cm，間伐保留密度為900株·hm-2的林分平均樹高增量為1.13 m，比間伐保留密度為1200株·hm-2的林分高0.02 m；間伐保留密度為900株·hm-2的林分平均單株材積增量為0.1044 m3·hm-2，比間伐保留密度為1200株·hm-2的林分高0.0081 m3·hm-2，說明間伐保留密度過大并不利于杉木的單株材積生長。間伐保留密度為1200株·hm-2的林分蓄積量增量最大，其4 a蓄積量增加了115.6119 m3·hm-2。

表4 林下套種后杉木生長量分析

3 結(jié)論與討論

火力楠、木荷、觀光木、閩楠都是福建省優(yōu)良的鄉(xiāng)土樹種，從4種闊葉樹的生態(tài)學(xué)特性來看，火力楠喜溫暖濕潤、陽光充足的環(huán)境，生長較快，幼苗期能耐陰[10]；木荷幼苗期忌水濕，喜光、耐陰，趨肥性強[11]；觀光木幼苗期耐陰，長大喜光，生長速度較快[12]；閩楠幼年期耐陰蔽，但幼苗生長緩慢[13]?；鹆﹂⒛竞?、觀光木都是陽性樹種，閩楠為中性偏陰樹種，它們苗期在一定程度上都能耐陰，在幼苗期甚至需要一定程度的遮蔭才有利于生長，但耐陰程度有所不同。從14年生杉木林下套種4個闊葉樹種的生長情況來看，火力楠幼苗不管是在900株·hm-2或1200株·hm-2密度下種植，地徑、樹高、冠幅長勢均最好，生長速度也最快；觀光木生長速度也較快，而木荷和閩楠生長較慢?？傮w上，4種闊葉樹幼苗在900株·hm-2間伐保留密度下的生長情況好于1200株·hm-2間伐保留密度。王俊男等[14]研究發(fā)現(xiàn)，杉木林下套種楠木，杉木林冠層光輻射對林下楠木的生長影響較大，其中較低密度的杉木林冠層光輻射有利于林下楠木生長。合理的林分密度，讓林下套種闊葉樹能得到充足的光照，才能形成合理的林分結(jié)構(gòu)，營造生態(tài)系統(tǒng)更為穩(wěn)定的異齡復(fù)層混交林[15]。栽植后，木荷在900株·hm-2間伐保留密度下的長勢比閩楠好，而與張運根等[16]研究結(jié)果不一致，可能是因為杉木樹齡不一致，杉木成熟林的郁閉度大于中齡林，郁閉度越大的林分越潮濕，而木荷在較潮濕的林分生長更加緩慢。這不僅是由闊葉樹自身生物學(xué)特性和林學(xué)特性造成的，主要是因為間伐改變林分結(jié)構(gòu)，從而影響套種闊葉樹的生長變化，才產(chǎn)生的生長差異[17]。

杉木中齡林下套種火力楠、楠木、木荷、觀光木后的混交林分不僅生長良好，并且還在混交林分中形成一個復(fù)層型的林分，隨著間伐保留密度的增加，杉木中齡林4 a平均胸徑增量、平均樹高增量、平均單株材積增量均減少，而蓄積量增量呈現(xiàn)相反趨勢。說明伴生闊葉樹種火力楠、楠木、木荷、觀光木均能正常生長，同時對杉木的生長也都具有明顯的促進作用，有利于促進杉木林的土壤地力保持和可持續(xù)生產(chǎn)經(jīng)營。陳杰[18]研究表明，杉木林下套種楠木增加了杉木的胸徑和蓄積量，對杉木生長有積極的影響。黃章平等[19]研究發(fā)現(xiàn)馬尾松林間伐后套種闊葉樹，即能促進馬尾松保留木的生長，闊葉樹也能生長良好。這表明間伐和套種可作為促進杉木中林齡林大徑材培育及闊葉樹生長的經(jīng)營作業(yè)措施。