間伐套種對杉木林物種豐富度及栽培效果的影響

鄭開林

（福建省建陽范橋國有林場，福建 南平 354204）

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國特有針葉樹種，由于生長快，抗蟲性強和材質(zhì)優(yōu)良等特點，已成為我國亞熱帶地區(qū)用材林的主栽樹種，也是我國的重要森林資源之一[1]。據(jù)統(tǒng)計，杉木在我國的栽培面積已達1138.66 萬hm2，占我國人工林總面積的26.5%和世界人工林總面積的5%[2]。根據(jù)第9 次全國森林資源清查，福建省現(xiàn)有針葉林275.17 萬hm2，占喬木總面積的44.28%，其中杉木林135.67 萬hm2，占喬木林總面積的21.83%。杉木林為滿足全國的經(jīng)濟發(fā)展和木材需求作出了巨大貢獻，更是成為了福建的綠色名片。但有研究指出，長期的高強度集約化經(jīng)營、營林措施不合理、純林種植以及杉木自身生物學(xué)特性等原因，杉木人工林連栽會引起地力衰退和生態(tài)系統(tǒng)抗逆性差等問題，最終導(dǎo)致杉木人工林生產(chǎn)力的下降[3，4]。

間伐是我國森林經(jīng)營的主要措施之一，對提高森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性起著重要作用[5]。研究表明，對杉木人工林進行適當(dāng)?shù)膿嵊g伐并套種闊葉樹種，逐步營造針闊混交林可以改善地力，增加物種多樣性，提高林分質(zhì)量[6，7]。高榮等[8]研究發(fā)現(xiàn)，杉木林下植物種類隨間伐強度增大而增加。尤業(yè)明等[9]進一步得出，對杉木林采取50%～70%強度間伐可顯著改變灌草層物種組成及多樣性，對杉木人工林的生態(tài)過程和林木生長產(chǎn)生顯著影響。王利艷等[10]比較了杉木林下間伐套種不同鄉(xiāng)土闊葉樹的栽培效果，得出了有利于杉木中齡林近自然經(jīng)營的最適間伐保留密度為900 株/ hm2。已有研究雖然報道了間伐對林下植物組成以及套種效果的影響，但因為不同套種樹種的生物學(xué)特性存在差異，并且隨著套種樹種生長和林分密度的增大，與未間伐針葉人工林相比，杉木林下植被組成及物種多樣性對間伐套種的響應(yīng)仍是需要進一步探討的問題。鑒于此，本研究對閩北山地杉木中齡林采用相同強度間伐后，分別單獨套種閩楠（Phoebe bournei）、鄂西紅豆（Ormosia hosiei）、火力楠（Michelia macclurei）和赤皮青岡（Quercus gilva），研究了6 年后不同經(jīng)營模式的植物組成與物種豐富度，以及對杉木和套種樹種的影響，以期為杉木人工林的多功能經(jīng)營和林分質(zhì)量提升提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省南平市建陽范橋國有林場，位于建陽區(qū)西部，地理坐標(biāo)117°43ˊ35″—118°6ˊE，44″E，27°16ˊ2″—27°29ˊ43″N 之間。氣候類型為中亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫18.1℃，無霜期322 天，年平均降雨量1742 mm，年日照平均1802 h，適宜動植物生殖繁衍，有“嘉禾之鄉(xiāng)”美稱。土壤類型有紅壤、黃壤，土層深厚、肥沃。

2 材料與方法

2.1 間伐與套種措施

選擇范橋國有林場范橋管護站兩個小班，班號分別為117-53-071 和117-53-072，兩小班均為杉木人工林，林齡18a，初始造林密度為2250 株/ hm2。根據(jù)已有研究，2017 年對071 小班進行最適強度為60%的株間間伐，保留最適密度為900 株/hm2，2018 年進行林下套種，套種樹種分別為閩楠、鄂西紅豆、火力楠和赤皮青岡2 年生幼苗，地徑0.7 cm，苗高50cm，套種方式為每個樹種單獨套種，每個樹種1 hm2，共4 hm2，套種密度為450 株/ hm2。套種當(dāng)年撫育2 次，措施為擴穴、培土、除草、施肥，隨后兩年每年撫育2 次，措施為培土、除草。對照為072 小班：未間伐杉木純林，面積9 hm2。

2.2 間伐套種效果調(diào)查

2023 年4 月分別對間伐套種小班和對照小班進行林分調(diào)查，每個套種樹種分別設(shè)置3 個20 m×20 m 的樣地，對樣地內(nèi)杉木和套種樹種的樹高、胸徑（地徑）進行每木調(diào)查，并記錄樣地內(nèi)所有出現(xiàn)的灌木和草本種類、數(shù)量、地徑、高度，蓋度等數(shù)據(jù)。

2.3 物種豐富度計算

式中：A 為調(diào)查面積，S 為群落中的物種數(shù)目，N 為群落中總的物種個體數(shù)。

2.4 杉木單株生物量估算

采用康文星等[11]基于162 個樣本數(shù)提出的杉木單株生物量模型估算不同栽培模式對杉木單株生物量的影響（表1）：

表1 杉木單株生物量模型

2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

統(tǒng)計林下植被的個體數(shù)和物種數(shù)，計算物種豐富度。在SPSS 22.0 中采用單因素方差分析和Duncan 多種檢驗比較不同套種模式對林木生長和林下植被多樣性的影響，顯著水平為α=0.05。在Origin 8.5 中進行制圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 間伐套種對林下植物種類與數(shù)量的影響

由表2 可見，在1200m2的調(diào)查面積內(nèi)，杉木林間伐套種赤皮青岡模式的林下灌木、草本和藤本植物的物種數(shù)和個體數(shù)最多，其Gleason 指數(shù)和Margalef 指數(shù)分別為3.39 和4.29，說明該模式對林下植被多樣性的保育效果最好。其次為套種火力楠和閩楠模式，套種鄂西紅豆模式的各層次物種數(shù)和個體數(shù)相對較少，其Gleason 指數(shù)和Margalef 指數(shù)分別為2.54 和3.59。而未間伐的杉木純林模式其物種數(shù)明顯較少，灌木層僅出現(xiàn)8 種，草本層僅為2 種，藤本層有5 種，以樹莓、粗葉懸鉤子、蕨管茅和菝葜為主，其Gleason 指數(shù)和Margalef 指數(shù)分別為2.12 和3.23。總的來說，間伐套種闊葉樹均不同程度的提高了林下植物豐富度和多樣性，其中套種赤皮青岡、閩楠和火力楠的效果較好。

表2 間伐套種對林下植物種類與數(shù)量的影響

3.2 不同經(jīng)營模式套種樹種的生長差異

由圖1 可見，在相同間伐強度的杉木林內(nèi)套種4 種闊葉樹種，經(jīng)過6 年的培育，不同套種樹種的生長呈現(xiàn)明顯差異，且胸徑和樹高的生長表現(xiàn)一致。不同套種樹種間，胸徑和樹高生長均以火力楠為最高，平均胸徑達到4.3 cm，平均樹高達4.5 m，顯著高于其他樹種，其次為閩楠和赤皮青岡，鄂西紅豆的胸徑和樹高生長最弱，平均胸徑僅為2.2 cm，平均樹高僅為1.9 m。

圖1 不同經(jīng)營模式套種樹種的生長差異

3.3 套種不同樹種對杉木生長的影響

由圖2 可見，套種不同樹種后對杉木林的生長均產(chǎn)生了顯著影響。套種鄂西紅豆、火力楠和閩楠后，顯著促進了杉木的胸徑生長，以套種鄂西紅豆效果最好，平均胸徑達到23.05 cm，樹高生長方面則以套種閩楠效果最高，平均樹高達到15.5 m，但套種赤皮青岡模式杉木的胸徑和樹高生長均顯著低于對照，平均胸徑僅為13.05 cm，平均樹高僅為8.5 m。

圖2 套種不同樹種對杉木生長的影響

3.4 套種不同樹種對杉木單株生物量及碳儲量的影響

由表3 可見，間伐套種不同樹種后對杉木不同器官的干物質(zhì)積累產(chǎn)生了顯著影響，其中套種鄂西紅豆和閩楠顯著增加了樹干、樹葉和樹根生物量，但在樹枝生物量方面，除套種赤皮青岡模式杉木樹枝生物量較小外，其他模式和對照均無顯著差異。在單株總生物量和碳儲量方面，套種鄂西紅豆和閩楠的杉木單株生物量和碳儲量最高，其次為套種火力楠模式，套種赤皮青岡模式杉木的生物量和碳儲量最小。

表3 不同間伐套種模式杉木單株生物量及碳儲量/kg

4 結(jié)論與討論

林下植被組成及其數(shù)量在森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)過程中發(fā)揮了重要作用[1，5]。本研究中，在杉木林下采取強度為60%的間伐后套種闊葉樹種，均不同程度的提高了林下植物豐富度和多樣性，其中以套種赤皮青岡、閩楠和火力楠的效果較好。王利艷等采用杉木保留密度為900 株/ hm2的間伐強度后套種火力楠、觀光木、木荷和閩楠，經(jīng)過3a 的培育后，認(rèn)為火力楠的生長量顯著高于其他樹種[10]。本研究采用同樣的杉木保留密度套種4 種不同闊葉樹種，經(jīng)過6 年培育，同樣得出火力楠的胸徑和樹高生長最優(yōu)，且顯著高于其他樹種。在套種闊葉樹后對杉木的生長產(chǎn)生了一定的影響，其中套種鄂西紅豆、火力楠和閩楠均顯著促進了杉木的生長和生物量積累，而套種赤皮青岡一定程度上抑制了杉木生長。

綜合林下植被保育、套種樹種的生長和套種后對杉木林生長的影響，對杉木人工林采取60%的間伐強度，保留密度為900 株/ hm2并套種火力楠，可以獲得最佳培育效果。