丘陵低山針葉珍貴闊葉混交林生長(zhǎng)效應(yīng)與生物量研究

謝沛源，李 貴，吳 敏，陳 瑞，劉振華，童方平

（1.湖南省林業(yè)事務(wù)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 3.湖南省優(yōu)質(zhì)用材工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

杉木 （Cunninghamia lanceolata）、馬尾松（Pinusmassoniana）是我國(guó)南方主要用材林樹(shù)種，具有栽培面積大、栽培時(shí)間長(zhǎng)、分布廣、速生豐產(chǎn)等特點(diǎn)。隨著其人工栽培面積的不斷擴(kuò)大，因多代連栽導(dǎo)致地力嚴(yán)重衰退，并引起有害生物頻發(fā)、水源涵養(yǎng)能力降低、生物多樣性降低等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題［1-4］。杉木人工純林多代連栽地力衰退問(wèn)題已引起人們的極大關(guān)注，而杉闊混交林則被認(rèn)為是維持杉木人工林長(zhǎng)期生產(chǎn)力的較好途徑之一［5-12］。

隨著我國(guó)南方林區(qū)樹(shù)種和林種結(jié)構(gòu)的調(diào)整，市場(chǎng)上對(duì)珍貴闊葉樹(shù)種大徑材的需求不斷增加。而且，闊葉林具有較好的保持水土、改良土壤、增加土壤肥力和提高生物多樣性等優(yōu)點(diǎn)，其與針葉樹(shù)種杉木、馬尾松的混交造林模式被廣泛應(yīng)用于我國(guó)熱帶、亞熱帶木材戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備基地建設(shè)、生態(tài)公益林營(yíng)建及森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升中，營(yíng)造針、闊混交林已成為現(xiàn)代林業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要營(yíng)造林和經(jīng)營(yíng)模式［13-21］。本文研究了針葉樹(shù)種與珍貴闊葉樹(shù)種混交造林后各樹(shù)種的生長(zhǎng)量、生物產(chǎn)量等，旨在為混交造林模式評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)點(diǎn)一為安化縣馬路口鎮(zhèn)謝家溪村林場(chǎng)（110°59＇32.15″E，28°25＇29.21″N），海拔370 m，為丘陵地貌，土壤為砂巖發(fā)育的紅壤，土壤平均厚度75 cm，腐殖層平均厚度8 cm，立地指數(shù)14，坡向?yàn)槟掀隆?/p>

試驗(yàn)點(diǎn)二為新寧縣國(guó)有東嶺林場(chǎng)（110°45＇00″E，26°15＇22″N），海拔690 m，為低山地貌，土壤為花崗巖發(fā)育的紅壤，土壤平均厚度80 cm，腐殖層平均厚度6 cm，立地指數(shù)14，坡向?yàn)槟掀隆?/p>

試驗(yàn)點(diǎn)三為國(guó)有金洞林場(chǎng) （111°15＇38″E，26°13＇28″N），海拔620 m，為低山地貌，土壤為板頁(yè)巖發(fā)育的紅壤，土壤平均厚度90 cm，腐殖層平均厚度11 cm，立地指數(shù)16，坡向?yàn)槟掀隆?/p>

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料杉木、馬尾松為一代種子園種子培育的I級(jí)裸根苗，閩楠 （Phoebe bournei）、紅櫸（Zelkova serrata）、 南 酸 棗 （Choerospondias axillaris）、馬褂木（Liriodendron chinense）為各試驗(yàn)點(diǎn)當(dāng)?shù)胤N源培育的1年生實(shí)生苗。閩楠苗高30 cm、地徑0.25 cm；紅櫸苗高50 cm、地徑0.40 cm；南酸棗苗高100 cm、地徑0.60 cm；馬褂木苗高80 cm、地徑0.50 cm。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

安化點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)3個(gè)混交模式加2個(gè)純林對(duì)照，包括模式1（7杉木2紅櫸1閩楠）、模式2（3杉木2馬尾松3閩楠2紅櫸）、模式3（6杉木2紅櫸2南酸棗）、CK安1（杉木純林）、CK安2（紅櫸純林）。株間混交，長(zhǎng)方形小區(qū)，每個(gè)小區(qū)150株幼樹(shù)，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。重復(fù)I土壤平均厚度73 cm，腐殖層平均厚度7.6 cm；重復(fù)II土壤平均厚度76 cm，腐殖層平均厚度8.2 cm；重復(fù)III土壤平均厚度76 cm，腐殖層平均厚度8.4 cm。造林株行距為2.0 m×2.5 m，林分未間伐。試驗(yàn)造林時(shí)間為2006年春，調(diào)查時(shí)間為2018年春，林齡為12 a。

新寧點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)1個(gè)混交模式加1個(gè)純林對(duì)照，包括模式4（8杉木2馬褂木）、CK新（杉木純林）。株間混交，長(zhǎng)方形小區(qū)，每個(gè)小區(qū)80株幼樹(shù)，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。重復(fù)I土壤平均厚度78 cm，腐殖層平均厚度5.8 cm；重復(fù)II土壤平均厚度80 cm，腐殖層平均厚度6.1 cm；重復(fù)III土壤平均厚度82 cm，腐殖層平均厚度6.1 cm。造林株行距為2.0 m×2.5 m，林分未間伐。試驗(yàn)造林時(shí)間為2006年春，調(diào)查時(shí)間為2018年春，林齡為12 a。

金洞點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)為1個(gè)混交模式加1個(gè)純林對(duì)照，包括模式5（6杉木3閩楠1木荷）、CK金（杉木純林）。株間混交，長(zhǎng)方形小區(qū)，每個(gè)小區(qū)80株幼樹(shù)，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。重復(fù)I土壤平均厚度88 cm，腐殖層平均厚度10.7 cm；重復(fù)II土壤平均厚度91 cm，腐殖層平均厚度11.1 cm；重復(fù)III土壤平均厚度91 cm，腐殖層平均厚度11.2 cm。造林株行距為2.0 m×3.0 m，林分未間伐。試驗(yàn)造林時(shí)間為2006年春，調(diào)查時(shí)間為2018年春，林齡為12 a。

2.2.2 指標(biāo)測(cè)定方法

（1）胸徑、樹(shù)高測(cè)定方法

胸徑測(cè)定用測(cè)樹(shù)卷尺量測(cè)樹(shù)干高度1.3 m處直徑，樹(shù)高用測(cè)高桿實(shí)測(cè)。

（2）生物量測(cè)定方法

在各混交模式中，根據(jù)林分平均樹(shù)高和胸徑選取3株平均木測(cè)定生物量。喬木層地上部分生物量按Monsi分層切割法測(cè)定；根系生物量采用全挖法挖出根系，并用樹(shù)干解析法測(cè)定并計(jì)算年凈生產(chǎn)量。具體方法是在每木檢尺的基礎(chǔ)上選擇3株平均標(biāo)準(zhǔn)木伐倒，地上部分采用“2 m區(qū)分段分層切割法”測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)木的干、枝、葉鮮重，地下部分采用“分層挖掘法”（0～15 cm、＞15～30 cm、＞30 cm）挖出全部根系，分別測(cè)定根莖、粗根（＞0.5 cm）、中根（0.2～0.5 cm）、細(xì)根（＜0.2 cm）鮮重，并分別取0.5 kg樣品［6］帶回實(shí)驗(yàn)室，用蒸餾水沖洗干凈，經(jīng)105℃殺青30 min，再用80℃烘干至恒重，計(jì)算各樣品含水率，推算出各器官的干重、林木單株生物量及林分生物量［22-25］。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel2007、SPSS 19.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 各試驗(yàn)點(diǎn)不同混交樹(shù)種胸徑、樹(shù)高方差分析

對(duì)3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)12年生混交試驗(yàn)林胸徑、樹(shù)高等進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)和方差分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各試驗(yàn)點(diǎn)不同混交樹(shù)種胸徑、樹(shù)高方差分析Tab.1 Variance analysis of DBH and height of differentm ixed forest at each test site

根據(jù)圖1可知，安化點(diǎn)不同混交模式中胸徑、樹(shù)高存在極顯著差異；新寧點(diǎn)混交造林模式中的胸徑、樹(shù)高存在顯著差異；金洞點(diǎn)混交造林模式中的胸徑、樹(shù)高存在極顯著差異。

圖1 安化點(diǎn)不同混交模式各樹(shù)種胸徑均值與差異Fig.1 Themean and difference of DBH of different tree species in differentm ixed modes at Anhua site

圖2 新寧點(diǎn)不同混交模式各樹(shù)種胸徑均值與差異Fig.2 Themean and difference of DBH of different tree species in differentm ixed modes at Xinning site

3.2 不同混交模式下各樹(shù)種的生長(zhǎng)響應(yīng)

3.2.1 各樹(shù)種胸徑的生長(zhǎng)響應(yīng)

由于各樹(shù)種的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性的差異，各樹(shù)種通過(guò)混交配置后生長(zhǎng)響應(yīng)是不一樣的。安化、新寧、金洞3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各混交模式下各樹(shù)種胸徑均值及差異性見(jiàn)圖1～圖3。

圖3 金洞點(diǎn)不同混交模式各樹(shù)種胸徑均值與差異Fig.3 Themean and difference of DBH of different tree species in differentm ixed modes at Jindong site

根據(jù)圖1～圖3可知，在相同立地、造林密度、管理?xiàng)l件下，安化點(diǎn)各樹(shù)種胸徑生長(zhǎng)量的大小順序是：模式3南酸棗＞模式2馬尾松＞模式1閩楠＞模式2閩楠＞模式1紅櫸＞模式2杉木＞CK安1杉木＞模式2紅櫸＞模式1杉木＞模式3杉木＞模式3紅櫸＞CK安2紅櫸，其中模式1中混交樹(shù)種閩楠、紅櫸，模式2中混交樹(shù)種馬尾松、閩楠、杉木，模式3中混交樹(shù)種南酸棗胸徑生長(zhǎng)量大于對(duì)照杉木的胸徑生長(zhǎng)量；模式1、模式2、模式3中所有混交樹(shù)種胸徑生長(zhǎng)量均大于對(duì)照紅櫸的胸徑生長(zhǎng)量。安化點(diǎn)各模式中杉木胸徑與對(duì)照杉木相比均無(wú)顯著差異，安化點(diǎn)模式1中紅櫸胸徑與對(duì)照紅櫸相比有極顯著差異。模式2中杉木胸徑高出對(duì)照杉木3.77%，而模式1、模式3中杉木胸徑則分別低于對(duì)照杉木3.54%、9.92%；模式1、模式2、模式3中紅櫸胸徑分別高出對(duì)照紅櫸29.70%、15.99%、3.45%。

新寧點(diǎn)各樹(shù)種胸徑生長(zhǎng)量的大小順序是：模式4馬褂木＞模式4杉木＞CK新杉木純林，模式4中馬褂木、杉木胸徑生長(zhǎng)量大于杉木純林的胸徑生長(zhǎng)量但沒(méi)有顯著差異，混交林中杉木胸徑高出對(duì)照杉木5.41%。

金洞點(diǎn)各樹(shù)種胸徑生長(zhǎng)量的大小順序是：模式5木荷＞模式5杉木＞CK金杉木純林＞模式5閩楠。金洞點(diǎn)混交林中杉木胸徑與對(duì)照杉木胸徑相比沒(méi)有顯著差異，但金洞點(diǎn)混交林中杉木胸徑生長(zhǎng)量高出對(duì)照杉木8.06%。

3.2.2 各樹(shù)種樹(shù)高的生長(zhǎng)響應(yīng)

安化、新寧、金洞3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各混交模式下各樹(shù)種樹(shù)高均值及差異性見(jiàn)圖4～圖6。

圖4 安化點(diǎn)不同混交模式各樹(shù)種樹(shù)高均值與差異Fig.4 Themean and difference of height of different tree species in differentm ixed modes at Anhua site

圖5 新寧點(diǎn)不同混交模式各樹(shù)種樹(shù)高均值與差異Fig.5 Themean and difference of height of different tree species in differentm ixed modes at Xinning site

圖6 金洞點(diǎn)各混交模式樹(shù)種樹(shù)高均值與差異Fig.6 Them ean and difference of height of different tree species in differentm ixed modes at Jindong site

根據(jù)圖4～圖6可知，在相同立地、造林密度、管理?xiàng)l件下，安化點(diǎn)各樹(shù)種樹(shù)高生長(zhǎng)量的大小順序是：模式3南酸棗＞模式1閩楠＞模式2馬尾松＞模式2閩楠＞模式1紅櫸＞模式2紅櫸＞模式1杉木＞模式2杉木＞CK安1杉木純林＞模式3杉木＞模式3紅櫸＞CK安2紅櫸純林；安化點(diǎn)模式1、模式2紅櫸樹(shù)高與對(duì)照紅櫸樹(shù)高相比有極顯著差異。模式1中閩楠、紅櫸、杉木，模式2中閩楠、紅櫸、杉木、馬尾松，模式3中南酸棗樹(shù)高生長(zhǎng)量均大于對(duì)照杉木樹(shù)高生長(zhǎng)量；模式1、模式2杉木樹(shù)高大于對(duì)照杉木，而模式3中杉木樹(shù)高則小于對(duì)照杉木。其中模式1、模式2杉木樹(shù)高分別高出對(duì)照杉木4.54%、4.41%，而模式3中杉木樹(shù)高則低于對(duì)照杉木2.58%；模式1、模式2、模式3中紅櫸樹(shù)高分別高出對(duì)照紅櫸22.37%、10.05%、1.37%。

新寧點(diǎn)各樹(shù)種樹(shù)高生長(zhǎng)量的大小順序是：模式4馬褂木＞模式4杉木＞CK新杉木純林。金洞點(diǎn)各樹(shù)種樹(shù)高生長(zhǎng)量的大小順序是：模式5木荷＞CK金杉木純林＞模式5杉木＞模式5閩楠。新寧點(diǎn)混交林中杉木樹(shù)高高出對(duì)照杉木樹(shù)高2.49%，金洞點(diǎn)混交林中杉木樹(shù)高則低于對(duì)照杉木樹(shù)高6.72%。

3.2.3 各樹(shù)種單株材積的生長(zhǎng)響應(yīng)

單株材積與胸徑、樹(shù)高相關(guān)，因此混交后各樹(shù)種單株材積的生長(zhǎng)響應(yīng)是不一樣的。安化、新寧、金洞3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各混交模式下各樹(shù)種單株材積均值及差異性見(jiàn)圖7～圖9。

圖7 安化點(diǎn)不同混交模式各樹(shù)種單株材積均值與差異Fig.7 The average single volume and difference of each tree species in differentm ixed modes at Anhua site

圖8 新寧點(diǎn)不同混交模式各樹(shù)種單株材積均值與差異Fig.8 The average single volume and difference of each tree species in different m ixed modes at Xinning site

圖9 金洞點(diǎn)不同混交模式各樹(shù)種單株材積均值與差異Fig.9 The average single volume and difference of each tree species in different m ixed modes at Jindong site

根據(jù)圖7～圖9可知，在相同立地、造林密度、管理?xiàng)l件下，安化點(diǎn)各樹(shù)種單株材積生長(zhǎng)的順序是：模式2馬尾松＞模式3南酸棗＞模式1閩楠＞模式2閩楠＞模式1紅櫸＞模式2杉木＞CK安1杉木純林＞模式2紅櫸＞模式1杉木＞模式3杉木＞模式3紅櫸＞CK安2紅櫸純林。安化點(diǎn)模式1、模式2中紅櫸單株材積與對(duì)照紅櫸單株材積相比有極顯著差異。模式2中杉木單株材積高出對(duì)照杉木單株材積的11.77%，而模式1、模式3中杉木單株材積則分別低于對(duì)照杉木單株材積3.21%、20.51%；模式1、模式2、模式3中紅櫸單株材積分別高出對(duì)照紅櫸單株材積91.2%、39.19%、3.77%。

新寧點(diǎn)各樹(shù)種單株材積生長(zhǎng)量的大小順序是：模式4馬褂木＞模式4杉木＞CK新杉木純林。新寧點(diǎn)混交林中杉木單株材積與對(duì)照樹(shù)種杉木純林單株材積相比有極顯著差異，混交林中杉木單株材積高出對(duì)照杉木單株材積15.71%。

金洞點(diǎn)各樹(shù)種單株材積生長(zhǎng)量的大小順序是：模式5木荷＞模式5杉木＞CK金杉木純林＞模式5閩楠。金洞點(diǎn)混交林中杉木單株材積高出對(duì)照杉木單株材積13.33%。

3.2.4 各模式蓄積量的生長(zhǎng)響應(yīng)

安化、新寧、金洞3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各混交模式蓄積量均值及差異性見(jiàn)圖10。

圖10 安化、新寧、金洞點(diǎn)各模式蓄積量均值與差異圖Fig.10 Themean volume and difference of eachmodel at Anhua，Xinning and Jindong site

蓄積量與林分密度和單株材積相關(guān)，根據(jù)3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各樹(shù)種胸徑、樹(shù)高、單株材積分析，各種模式下各樹(shù)種生長(zhǎng)響應(yīng)不一致，從而影響林分的蓄積量。根據(jù)圖10可知，3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)5種混交模式的蓄積量有極顯著差異，各模式混交林每1 hm2蓄積量大小順序?yàn)椋耗Ｊ?＞模式4＞模式2＞模式1＞模式3，相應(yīng)各模式下混交林蓄積量分別為：133.75、108.02、67.1、55.9、48.87 m3·hm-2。

3.2.5 不同混交模式與純林生物量的比較

生物量是森林通過(guò)光合作用固定太陽(yáng)能生產(chǎn)有機(jī)物而累積的結(jié)果，可作為衡量林地光合生產(chǎn)力的重要指標(biāo)。不同混交模式各樹(shù)種生物量見(jiàn)表2。根據(jù)表2分析可知，在12年生的5個(gè)混交模式中，以模式5生物量最大，其次為模式4，再次為模式2、模式3，最小為模式1，依次比杉木純林生物量分 別 提 高 66.65%、 62.72%、 108.53%、69.37%、61.33%。

表2 安化、新寧、金洞3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同混交模式各樹(shù)種生物量表Tab.2 Biomass table of tree species in differentm ixed modes in Anhua，Xinning and Jindong site t·hm-2

試驗(yàn)證明營(yíng)造杉木與珍貴闊葉樹(shù)混交林，能獲得比對(duì)照杉木大60%以上的生物產(chǎn)量。在低山地通過(guò)營(yíng)造杉木與木荷、閩楠或馬褂木等珍貴闊葉樹(shù)混交林，在丘陵地通過(guò)營(yíng)造杉木、馬尾松與閩楠、紅櫸、南酸棗混交林，有利于充分利用林地空間，提高林分的光能利用率，增加林分生物產(chǎn)量。

安化、新寧、金洞3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各混交模式下各樹(shù)種干、枝、葉、根生物量占比及總生物量占比見(jiàn)表3。根據(jù)表3各模式生物量的構(gòu)成分析，丘陵地3個(gè)模式中模式1、模式3以及對(duì)照杉木、對(duì)照紅櫸純林各器官生物量小計(jì)在林分總產(chǎn)量中占比的大小順序一致，從大到小依次為樹(shù)干＞根系＞樹(shù)枝＞樹(shù)葉；而模式2則為樹(shù)干＞樹(shù)枝＞根系＞樹(shù)葉，但從數(shù)據(jù)來(lái)看，大小順序差異性不大。其中混交樹(shù)種樹(shù)干所占比例為45.20% ～55.57%，而對(duì)照杉木樹(shù)干所占比例為62.57%，表明混交林分干材生物量占比沒(méi)有純林高。

表3 安化、新寧、金洞三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同混交模式各樹(shù)種生物量占比表Tab.3 Biomass ratio table of differentm ixed species in Anhua，Xinning and Jindong site%

在低山地模式4中各混交樹(shù)種各器官生物量小計(jì)在林分總量中占比的大小順序?yàn)闃?shù)干＞根系＞樹(shù)葉＞樹(shù)枝，而對(duì)照杉木生物量在林分總量中占比的大小順序?yàn)闃?shù)干＞樹(shù)葉＞根系＞樹(shù)枝。無(wú)論是混交林還是杉木純林，在總生物量中其樹(shù)葉比例提高，可以提高光合的葉面積，混交林分樹(shù)干所占比例為70.29%，表明該模式混交林分干材生物量的占比較高。

4 結(jié)論與討論

在丘陵地，以模式2（3杉木2馬尾松3閩楠2紅櫸）、模式1（7杉木2紅櫸1閩楠）混交模式造林，馬尾松、閩楠胸徑、樹(shù)高生長(zhǎng)量較大，其樹(shù)干材積生長(zhǎng)較好，蓄積量較高，此模式可增加蓄積三成以上，年均蓄積量可達(dá)4.66 m3·hm-2。在低山地，以模式5（6杉木3閩楠1木荷）混交模式造林，木荷、杉木胸徑、樹(shù)高生長(zhǎng)量較大，其樹(shù)干材積生長(zhǎng)效應(yīng)較好，蓄積量較高，此模式可增加蓄積20%以上，年均蓄積量可達(dá)8.92 m3·hm-2。低山林地生產(chǎn)力要大于丘陵地91.42%，主要原因是低山立地木荷、杉木個(gè)體胸徑、樹(shù)高生長(zhǎng)量高于丘陵立地的閩楠、杉木個(gè)體胸徑、樹(shù)高生長(zhǎng)量。

在丘陵地，以模式2（3杉木2馬尾松3閩楠2紅櫸）、模式3（6杉木2紅櫸2南酸棗）混交模式造林，分別高出杉木純林生物產(chǎn)量108.53%、69.37%，但混交林分干材生物量的占比沒(méi)有純林高，這主要是混交林中闊葉樹(shù)種紅櫸、南酸棗側(cè)枝較多且粗壯，側(cè)枝分散、匯聚了部分光合產(chǎn)物的緣故，如果要培育高質(zhì)量的紅櫸、南酸棗等闊葉材，需在其幼齡階段進(jìn)行修枝管理。在低山地，以模式5（6杉木3閩楠1木荷）混交模式造林高出杉木純林生物量66.65%。

根據(jù)林分蓄積分析，丘陵地適宜以模式2（3杉木2馬尾松3閩楠2紅櫸）、模式1（7杉木2紅櫸1閩楠）混交模式造林，低山地適宜以模式5（6杉木3閩楠1木荷）混交模式造林，此時(shí)林分蓄積量較高。根據(jù)林木生物量分析，丘陵地適宜以模式2（3杉木2馬尾松3閩楠2紅櫸）、模式3（6杉木2紅櫸2南酸棗）混交模式造林，山地適宜以模式5（6杉木3閩楠1木荷）混交模式造林，可獲得較高生物量。