不同方式疏伐荔枝林對林分改造樹種生長的影響*

胡秋艷 莫羅堅 陳紅躍 葉永昌 林 艷

(1.東莞市林業(yè)科學研究所/廣東珠江口城市群森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，廣東 東莞 523106；2.華南農(nóng)業(yè)大學林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642；3.東莞市林業(yè)事務(wù)中心，廣東 東莞 523003）

我國人工林面積約占全球人工林面積的1/4[1]。人工林是人為控制下形成的生物群落，與天然林相比具有不穩(wěn)定﹑群落結(jié)構(gòu)單一﹑林下植被發(fā)育差等特點[2]。隨著人工林的生長，人工林過度郁閉會限制林下植被的生長。因此，人工林改造和研究成為面臨的問題。東莞市是廣東荔枝Litchi chinensis的傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)，素有“荔枝之鄉(xiāng)”的美譽。20 世紀90 年代開始，東莞人工荔枝林面積迅速增長，至2005 年面積達26 000 hm2，近全市森林總面積的1/2。由于種植面積擴張迅速，導致整個荔枝產(chǎn)業(yè)進入低迷期，價格走低[3-4]。果農(nóng)生產(chǎn)積極性受挫，大量荔枝林被砍伐或處于撂荒狀態(tài)，其經(jīng)濟效益和生態(tài)效益也難以得到很好的發(fā)展。同時，撂荒荔枝林會帶來了一些生態(tài)問題以及景觀問題[3,5-6]：相對于地帶性的植物群落，荔枝林樹種單一，林分結(jié)構(gòu)簡單，生物多樣性低，生態(tài)功能不強。由于長期的耕作，果園內(nèi)灌木和草本植物保留相對較少，地表裸露嚴重，易受徑流沖刷，造成水土流失，果樹施肥也對水庫水質(zhì)造成污染[7-9]。此外，荔枝園在失管狀態(tài)下，易受到薇甘菊等外來有害生物的入侵，威脅生態(tài)安全；荔枝林林冠低矮，形成極不協(xié)調(diào)的外貌景觀，群落結(jié)構(gòu)簡單，僅喬木層和草本層，灌木層植物僅有少量分布，林木稀疏，層間植物缺少。群落組成物種色澤單調(diào)，林相單一[10]，且失管的荔枝林缺少精細的肥水管理，多數(shù)生長不良，缺乏觀賞價值。因此，通過林分改造提高撂荒荔枝林的生態(tài)功能和景觀功能是迫切需要解決的現(xiàn)實問題。

研究表明，間伐和套種樹種是實施林分改造最基本的方法，對森林生態(tài)系統(tǒng)的多功能性和可持續(xù)性具有顯著促進作用[11-13]。間伐使林冠稀疏，擴大保留木的生長空間，促進林分生長；套種闊葉樹種是改善林分結(jié)構(gòu)﹑提高土壤肥力和實現(xiàn)森林多目標經(jīng)營的重要措施[14]。目前，荔枝研究主要集中在高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種育種﹑采后貯藏保鮮技術(shù)提升及多樣性分析等，尚未有疏伐和套種對林分改造樹種及荔枝林生長影響的研究。本文研究以東莞人工荔枝林為研究對象，采用不同疏伐處理進行林分改造，探索荔枝林林分改造的經(jīng)驗和技術(shù)，以期為亞熱帶果樹林﹑人工林林分改造和生態(tài)功能恢復提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

東莞地處廣東省中南部，珠江口東岸，屬亞熱帶季風氣候，年均溫21～28 °C，年均降雨量2 042.6 mm。試驗地位于東莞市大嶺山森林公園內(nèi)，為撂荒荔枝果園（N22°51’，E113°47’），面積約3.5 hm2，荔枝林樹齡為15 年，株行距約為4.0 m×6.0 m，平均高度3.68 m，平均冠幅4.3 m，平均地徑13.4 cm。林下灌木主要分布在行間，以崗茶Eurya chinensis﹑粗葉榕Ficus hirta﹑野牡丹Melastoma candidum﹑九節(jié)Psychotria rubra為主，草本植物以耳草Hedyotis auricularia﹑扛板歸Persicaria perfoliata﹑薇甘菊Mikania micrantha為主。

1.2 試驗方法

為了研究不同疏伐處理和套種方式對林分改造樹種生長的影響，2007 年對該荔枝林進行改造。選擇立地條件基本相近的荔枝林進行疏伐處理，疏伐處理包括：回縮，鋸除離地面1.3 m 以上的枝條，保留樹冠直徑約1.0 m；修剪，將50%的荔枝進行回縮處理，50%進行4～5 級分枝修剪，保留直徑3.0 m 左右的樹冠；全砍，將果樹及3.0 m 以下的雜樹全部砍除；保留（對照，CK），完全保留原有果樹。

疏伐處理后，選擇7 種喬木和2 種灌木，采用株間和行間均勻混交的方式進行套種（表1）。

表1 套種樹種的基本信息Table 1 Information of the interplanting tree species

根據(jù)試驗設(shè)計將改造樹種均勻分布到每個處理中，相鄰的樹種不為同一樹種。改造樹種的平均種植密度為2.0 m×1.5 m，其中，黧蒴Castanopsis fissa﹑黃桐Endospermum chinense﹑嶺南酸棗Spondias lakonensis﹑山杜英Elaeocarpus sylvestris﹑樟樹Cinnamomum camphora﹑土沉香Aquilaria sinensis樹種的平均種植密度為4.0 m×3.0 m，鐵冬青Ilex rotunda﹑鴨腳木Schefflera octophylla﹑九節(jié)樹均根據(jù)實地情況種植于上述樹種和原有果林之間。

栽植前進行穴狀整地，種植穴規(guī)格為40 cm×40 cm×40 cm，基肥每穴施干雞糞2.5 kg。栽植一個月后全面檢查成活情況，發(fā)現(xiàn)死株及時進行補植，確保植株成活率在95%以上。連續(xù)撫育3年，主要工作是鏟草﹑松土﹑施肥和補植。

1.3 項目測定

于2013 年10 月，即林分改造6 年后，在每種改造類型林地各選擇具有代表性的地段，建立3 個20 m×20 m 的標準地，對各改造林林地的標準樣地進行調(diào)查。用鋼尺測量標準地中荔枝以及林分改造樹種的樹高和冠幅，用胸徑尺測量胸徑，記錄并計算樹種的平均生長量。

物種多樣性的調(diào)查采用徐小牛等[14]的方法，在各標準地內(nèi)按梅花形機械設(shè)置5 個2 m×2 m 的小樣方，調(diào)查﹑記錄小樣方內(nèi)全部灌木和草本的種類﹑蓋度﹑株數(shù)及平均高度。計算多樣性的指標如下。

（1）物種豐富度指數(shù)：物種豐富度指數(shù)（S）是表示一個種群在群落中的個體數(shù)目的多少或豐富程度。這里是指某物種在標準地中的總數(shù)[15]。

（2）物種多樣性指數(shù)：多樣性指數(shù)通常用來測量群落中物種的豐富程度及均勻性。測量的公式有很多，其中以Simpson 指數(shù)和Shannon-Wiener 指數(shù)用的最廣泛[16]。其計算公式為：

（3）群落均勻度：

上述公式（2）和（3）中N為所有物種的總個體數(shù)。ni：第i種的個體數(shù)；Pi：第i種的個體數(shù)ni占總個體數(shù)N的比例，即Pi＝ni/N；S：標準地中物種總數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，采用SPSS 18.0 軟件進行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同疏伐處理對林分生長比較

通過對荔枝林進行生長監(jiān)測，結(jié)果顯示，改造6 年后，不同疏伐處理下荔枝林生長存在一定的差異。不同處理下的荔枝平均胸徑在8.42～12.53 cm之間，平均樹高在5.35～7.62 m 之間，平均冠幅在3.72～4.00 m 之間，總體來看，修剪套種處理的平均生長量最高，回縮套種處理次之（表2）。方差分析結(jié)果表明，修剪套種處理的平均胸徑顯著高于全砍套種處理，與回縮套種﹑保留套種處理的差異不大。修剪套種處理的平均樹高顯著高于回縮套種和保留套種處理，與全砍套種處理的差異未達到顯著水平，4 個處理間的平均冠幅差異較小。

表2 不同疏伐處理下林分生長的比較Table 2 Comparison of stand growth under different conversion treatments

表3 不同疏伐處理下荔枝生長量的比較Table 3 Comparison of litchi growth under different conversion treatments

2.2 不同疏伐處理對荔枝生長量比較

對不同疏伐處理下荔枝生長量進行比較發(fā)現(xiàn)，荔枝的平均胸徑﹑平均樹高和平均冠幅均以修剪套種處理最高，分別為8.19 cm﹑4.97 m 和4.20 m，保留套種處理的生長量次之，回縮套種處理最低。方差分析結(jié)果表明，在P<0.05 水平下，修剪套種和保留套種處理的樹高﹑冠幅生長量均顯著高于回縮套種處理，3 個處理間的平均胸徑生長量均未達到顯著水平。

2.3 不同疏伐處理對套種樹種生長量的影響

對改造6 年后的套種樹種的生長量進行比較，結(jié)果表明，不同疏伐方式對套種樹種的生長量也存在一定影響。套種樹種胸徑生長量范圍在9.04～14.14 cm 之間，樹高生長量范圍在5.72～7.96 m 之間，冠幅生長量范圍在3.61～4.16 m 之間（表4）。套種樹種的平均胸徑﹑樹高和冠幅均以修剪套種組最高，回縮套種組次之，全砍套種組最低，分別為14.14 cm﹑7.96 m 和4.16 m。方差分析結(jié)果顯示，修剪套種組的平均胸徑和樹高顯著高于其它3 個處理，4 個處理間的平均冠幅差異最小。

表4 不同疏伐處理對套種樹種的生長量的影響Table 4 Comparison of tree growth under different conversion treatments

表5 不同疏伐處理下灌木層植物多樣性對比Table 5 Comparison of plant diversity in the shrub layers under different conversion treatments

2.4 不同疏伐處理林下植物多樣性比較

對荔枝林林下植物多樣性進行調(diào)查并統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)各樣地灌木層林下植物種類數(shù)量均有所差異，以全砍套種處理種類最豐富，保留套種﹑修剪套種﹑回縮套種處理次之。在灌木層物種多樣性指數(shù)方面，辛普森指數(shù)最大的是回縮套種處理，為0.83，其豐富度指數(shù)為3。全砍套種處理的辛普森指數(shù)雖然不是最大，為0.76，但其豐富度最高，有4 種，種間相遇機率也最大。保留套種和修剪套種處理的辛普森指數(shù)分別為0.77 和0.65。Shannon-Winer 指數(shù)最大的為全砍套種處理，為1.75，其灌木層優(yōu)勢度不明顯，種類較為豐富。保留套種﹑修剪套種﹑回縮套種處理的Shannon-Winer 指數(shù)分別為1.34﹑1.13﹑1.28，處于中等水平。從群落均勻度來看，全砍套種和回縮套種處理最大，均為1.14，表明其各植物種類個體數(shù)目最為均勻，修剪套種和保留套種處理的群落均勻度分別為1.12 和1.09。

綜上，從豐富度看，全砍套種>保留套種=修剪套種=回縮套種；從Simpson 指數(shù)看，回縮>保留套種>全砍套種>修剪套種；從Shannon-Winer 指數(shù)，全砍套種>保留套種>回縮套種>修剪套種；從群落均勻度看，全砍套種=回縮套種>修剪套種>保留套種。綜合灌木層各多樣性和均勻度指標來看，全砍套種最好，其次為保留套種﹑回縮套種﹑修剪套種處理。

對不同改造林地草本層植物多樣性進行比較，從表6 可以看出，各標準地草本層林下植物種類數(shù)量具有所差異，保留套種﹑修剪套種和回縮套種處理的豐富度最大，均為6 種；全砍套種處理次之，有5 種。辛普森指數(shù)和種間相遇機率最大的是回縮套種和修剪套種處理，均為0.65，它們的豐富度指數(shù)均為6；全砍套種處理的辛普森指數(shù)和種間相遇機率偏低，僅為0.42；保留套種處理的辛普森指數(shù)和種間相遇機率最低，僅為0.41。Shannon-Winer 指數(shù)最大的為回縮，為1.85；修剪套種處理的Shannon-Winer 指數(shù)也較高，為1.82；保留套種處理的Shannon-Winer 指數(shù)分別為1.25﹑1.27，處于中等水平；全砍套種處理的Shannon-Winer 指數(shù)最低，僅為1.17。群落均勻度方面，修剪套種處理的最大，為1.08，表明其各植物種類個體數(shù)目最為均勻；回縮套種處理次之，為1.04，說明種類個體數(shù)量差異較小，保留套種處理的群落均勻度分別為0.95 和0.72，全砍套種處理的群落均勻度最低，僅為0.71。

表6 不同疏伐處理下草本層植物多樣性比較Table 6 Comparison of plant diversity in the herbaceous layers under different conversion treatments

綜上，從豐富度看，保留套種=修剪套種=回縮套種>全砍套種；從辛普森指數(shù)看，修剪套種=回縮套種>全砍套種>保留套種。從Shannon-Winer 指數(shù)看，回縮套種>修剪套種>保留套種>全砍套種。從群落均勻度看，修剪套種>回縮套種>保留套種>全砍套種。綜合來看，修剪套種和回縮套種處理草本植物多樣性最高，其次為保留套種處理，全砍套種處理多樣性最低。

3 結(jié)論與討論

本研究采用不同疏伐處理進行林分改造，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同疏伐處理下撂荒荔枝林對改造樹種的平均樹高生長量﹑冠幅生長量和胸徑生長量均存在影響?；乜s套種和修剪套種處理的林分樹高和胸徑生長量均高于其它處理，表明這兩種疏伐處理有利于改善林分的生長空間，促進套種樹種的生長。撂荒荔枝林改造6 年后，套種樹種在不同疏伐處理下的生長量存在較大差異，回縮套種和修剪套種處理的樹種生長量高于全砍套種和保留套種處理，說明適當?shù)男藜魧μ追N樹種的生長具有促進作用，與保留套種處理比，全砍套種處理的樹高﹑胸徑以及冠幅指標都較低，說明過度砍除不僅不能促進樹種生長，反而對樹種生長起到抑制作用?？傮w來看，修剪處理對荔枝林以及套種樹種的生長促進作用最好。

林下植物的多樣性和群落結(jié)構(gòu)的恢復是生態(tài)系統(tǒng)恢復中重要的特征。林下植物作為生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，它在促進人工林養(yǎng)分循環(huán)和維護地力中起不可忽視的作用[17-18]。植物多樣性是群落生態(tài)系統(tǒng)中具有獨特性和可測定性的特征指標之一，它能度量一個群落的結(jié)構(gòu)和功能復雜性，研究林下植物多樣性可以更好地認識群落的組成﹑變化和發(fā)展[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，4 種疏伐處理均不同程度地提高了灌木層植物多樣性，以全砍套種的灌木層植物多樣性最高。說明適當?shù)幕乜s或修剪有利于草本的遷入和定居，4 種疏伐處理的草本層植物多樣性也有不同程度的增加，以修剪套種和回縮套種的植物多樣性較高。通過4 種疏伐處理改造荔枝林有利于灌木層和草本層植物多樣性的恢復。綜合草本層灌木層的各項指標得出：回縮套種樣地的林下植物多樣性最好，其次是修剪套種樣地和全砍套種樣地，保留套種的林下植物多樣性相對較差。綜上，對撂荒荔枝林的改造可以促進自然演替，豐富植物多樣性，以使荔枝林充分發(fā)揮其效益。

研究表明，合理引入林下物種, 能加速物種多樣性的恢復, 提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時，對不同的樹種配置效果進行科學篩選有助于促進人工林物種和功能多樣性的恢復[20-21]。本研究在撂荒荔枝林下進行不同疏伐處理和樹種套種，該荔枝林隨著時間的推移可形成復層林，可以促進荔枝純林和林下樹種生長，同時有利于植物多樣性恢復。此外，影響樹種生長的因素還包括生物學特性﹑光照﹑溫度和土壤水分等。本試驗林林齡為6年生，改造的生態(tài)效益仍有待進一步觀測。