不同混交模式對紅椎與杉木生長和生理特性的影響

廖競業(yè) 張威倫 陳家裕 陳海浪 張志明

(1.紫金縣生態(tài)公益林管理中心,廣東 河源 517199;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院,廣州 510642)

紅錐與杉木是常見的樹種,具有很高的經(jīng)濟價值,是國家推廣的樹種,要實現(xiàn)社會價值和經(jīng)濟價值的雙豐收就要在提高產(chǎn)量和提升質(zhì)量上下功夫,二者做為混交林技術(shù)要求很高,需要選擇出最優(yōu)混交模式。

1 研究對象及試驗地

杉木也稱為沙木、刺杉,在我國的江南以及東南沿海地區(qū)廣泛分布,區(qū)域分布的規(guī)律與氣候環(huán)境以及生物技術(shù)的迅速發(fā)展密切相關(guān)［1］。紅錐是一種高大的喬木,通常作為混交林中的上層樹木,因為木材質(zhì)地堅硬、樹皮具備發(fā)達的纖維,成為建筑和橋梁工程常用的材料,因此具有較高的經(jīng)濟價值。

試驗地位于廣東紫金縣某林場,該區(qū)域的氣候為亞熱帶季風(fēng)類型,紅壤或者黃壤的土壤結(jié)構(gòu),常年降雨充足。2012年該林場采伐了10年生杉木人工林,清林后按照正常的育林模式進行造林和管理,造林模式為杉木與紅錐組合混交,造林前后土壤條件變化不大,調(diào)查時林木沒有采伐。

2 試驗方法

2.1 布置樣地采集樣品

選擇杉木純林和不同比例的杉木與紅錐混交林,進行相應(yīng)的試驗研究,5種混交比例分別為:9杉1椎、8杉2椎錐、7杉3椎、6杉4椎、5杉5椎,在每個林分中的固定樣地各設(shè)置3個,樣地的規(guī)格為20 m×20 m,根據(jù)每木檢尺的方式,對每株樹進行樹高、胸徑生長指標(biāo)的調(diào)查。每個試驗地設(shè)置5個沿對角線的小樣方(1 m×1 m),以進行土壤樣品及凋落物的采集。

2.2 分析凋落物量

在樣地內(nèi)的小樣方內(nèi)收集枯落物,利用電子秤稱取要求的質(zhì)量,以備計算林分單位面積內(nèi)的凋落物量。

2.3 測定土壤養(yǎng)分

采集的土層土樣為試驗樣地的小樣方中0～20 cm的土,通過實驗室內(nèi)進行烘干去雜處理,進行土壤養(yǎng)分含量的測定,有效氮的含量可以利用堿解擴散法測定,全磷的利用鉬銻抗比色法進行測定,有效磷含量利用鹽酸一氟化銨法進行測定,用火焰光度法測定全鉀、速效鉀含量。

2.4 分析數(shù)據(jù)

采用SPSS19. 0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析;同時采用Duncan's多重比較法進行不同混交模式林分間各指標(biāo)差異性分析［3］。

3 結(jié)果與分析

3.1 高徑生長量比較

混交林林分的生長情況,完全可以通過樹高、胸徑生長量大小表現(xiàn)出來。利用對林分中杉木、紅錐的生長情況的比較分析,進行方程擬合,如圖1所示。

圖1 不同混交模式杉木、紅椎高徑生長量

上圖1可以顯示,遵循方程擬合的結(jié)果,杉木的樹高、胸徑生長量同紅錐混交的數(shù)量皆呈現(xiàn)為二項式關(guān)系(R2—0.64～0.90),即如果混交林中增加了紅錐的數(shù)量,那么杉木樹高與胸徑呈現(xiàn)出先升后降的態(tài)勢,其中杉木的樹高與胸徑在7杉3錐模式下生長量最大。分析紅錐的生長狀況,如果混合林中增加紅錐的種植數(shù)量,那么就會樹高變大而胸徑變小,在本試驗的5個混交組合比例模式中,紅錐最小的胸徑和最大的樹高出現(xiàn)在5杉5椎混交模式中,同時,比較9杉1錐模式,5杉5錐模式,紅錐樹高增加了33.4%,胸徑減少了27.1%。分析其關(guān)聯(lián)性,在混交林中,紅錐的數(shù)量與胸徑生長量成明顯的負相關(guān)(R°=1.00)的線性關(guān)系,紅錐的種植數(shù)量與紅錐樹高成正相關(guān)(R°=0.99)線性關(guān)系。足以顯示,混交林中種植適量的紅錐可以促進杉木樹高和胸徑的生長量,而紅錐種植過多就會抑制杉木的生長。并且,過多的紅錐也會影響自身胸徑的增長［4］。

3.2 凋落物量比較

通過對不同林分凋落物量變化的分析,可以體現(xiàn)該樣地地力的潛力,在增加紅錐種植數(shù)量的情況下,凋落物在明顯上升,其中5杉5錐混交模式產(chǎn)生的凋落物量最多,是純林杉木的1.3倍。通過關(guān)聯(lián)性分析,呈現(xiàn)正相關(guān)線性關(guān)系(C R 2=0.98)的兩個指標(biāo)是林分凋落物與紅錐種植數(shù)量。足以顯示,杉木與紅錐混交能夠增加林分凋落物的儲量,并且相應(yīng)提升地力潛力。

3.3 林分蓄積量比重比較分析

試驗數(shù)據(jù)顯示,在混交林模式中,林分蓄積量最大的為7杉3錐組合,最小的為9杉1錐組合。

3.4 單純的胸徑的比較分析

通過對試驗樣地統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析,最有利于紅錐胸徑生長的是9杉1錐組合模式,在混交林中增加紅錐比例的情況下,杉木胸徑生長表現(xiàn)下降的態(tài)勢,而杉木胸徑生長量與混交林中紅錐所占比例是正比例關(guān)系。

3.5 混交林相關(guān)生長數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)顯示,兩個樹種在生長上是一種正向的線性相關(guān)系,彼此可以促進。在減少杉木比例增加紅錐比例的情況下,互相促進的作用更顯著,在7杉3錐的組合比例下,各種數(shù)據(jù)為最佳狀態(tài),顯示出該比例組合為最優(yōu)模式。

3.6 生長習(xí)性的分析

整體來說,純紅錐林盡管造林密度很小,但其大體積的樹冠會導(dǎo)致個體對營養(yǎng)空間的激烈競爭,會增加樹高的生長速度,而過快的樹高生長會抑制胸徑的生長。針對杉木而言,在混交林中隨著紅錐比例的增加,會加快其胸徑的生長速度,紅錐和杉木在混交林中可以達到彼此推動和互補。屬于闊葉樹種的紅錐是一種中性樹種,腐敗的樹枝和闊葉能夠為混交林提供腐殖質(zhì)等天然養(yǎng)分,同時,紅錐樹冠的優(yōu)勢可以為杉木的生長營造了有利的生長環(huán)境。

3.7 葉片養(yǎng)分含量變化分析

在林木的生產(chǎn)經(jīng)營過程中,林木對所處環(huán)境養(yǎng)分因子的競爭,可以體現(xiàn)在植株養(yǎng)分含量上,更多取決于林木生長發(fā)育的狀態(tài)。 N、P、K是所有林木所需的三類主要營養(yǎng)元素。試驗的數(shù)據(jù)顯示,在杉木葉片全氮含量方面, 杉木純林明顯高于混交林,而伴隨紅錐比例在混交林中增大,杉木葉片會顯著降低葉片全氮含量,主要是因為紅錐具備極強的固氮能力。紅錐對土壤中的氮素有極強的競爭力,這就表明,在混交林的生產(chǎn)中,如果紅錐的比例過大(>50% ),會影響杉木對氮素的吸收,從而也會降低杉木的林分生長量?？梢钥隙?在混交模式下紅錐的葉片全含氮量伴隨自身混交比例增大以及杉木混交比例減少而降低。杉木是氮含量極高的造林樹種,因為氮輸出性極高,可以明顯改善林地土壤的肥力。而過高比例的紅錐則阻礙了杉木更多地吸收氮素,造成杉木氮素的下降,抑制胸徑的生長量增加。氮元素是植物的生長發(fā)育中最關(guān)鍵的部分,可以合理調(diào)控磷、鉀兩元素的代謝。所以,本試驗研究中,杉木、紅錐葉片中的磷、鉀元素含量的變化,就顯現(xiàn)出這樣的趨勢,即在混交林中紅錐數(shù)量增多、杉木數(shù)量減少,葉片中磷鉀含量就會顯著降低。結(jié)論是,混交組合比例7杉3錐模式下,葉片全氮、全磷、全鉀的含量最高［5］。

3.8 葉綠素及光合產(chǎn)物含量變化分析

植物光合能力大小是葉綠素含量高低的決定因素,植物的碳水化合物就是通過光合作用形成的,是植物生長發(fā)育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在碳水化合物中,淀粉和可溶性糖具備非結(jié)構(gòu)性,可以體現(xiàn)出林分的固碳能力,也是森林生態(tài)功能評價中最重要的碳匯能力的指標(biāo)。本研究數(shù)據(jù)顯示,與純林相比,杉木、紅錐混交林葉片的葉綠素、淀粉、可溶性糖的含量比較高。其中,在7杉3錐的組合比例模式下,葉片的淀粉、可溶性糖、葉綠素的含量最高,比杉木純林增加了61%～83%,比紅錐純林增加了84%～95%。足以顯示,混交林模式可以明顯改善杉木、紅錐林的光合能力和碳匯能力［6］。

4 結(jié)論與討論

4.1 混交林中可以利用兩項式關(guān)系描述紅椎種植數(shù)量與杉木高徑生長量

可以利用負/正相關(guān)線性關(guān)系表現(xiàn)紅椎自身胸徑/樹高生長。紅錐與杉木相比,因為樹冠大會造成個體間對營養(yǎng)空間的爭奪更激烈,因此比例越大,就更快增長樹高,但胸徑生長量卻不高。在生長特性和生境要求方面,杉木、紅椎兩者具備明顯互補性,因此通過兩者的混交模式杉木生長更快。基于本試驗,如果紅錐種植比例為40%-50%時,因為紅錐具備競爭資源的優(yōu)勢,會降低杉木樹高和胸徑的生長量,說明混交林中如果更多種植紅錐,必將造成杉木生長緩慢的問題。所以,在生產(chǎn)實踐中的兩者混交,7杉3錐的混交林紅錐比例不宜超過30%。

4.2 不同混交模式下,如果紅錐比例在加大,會相應(yīng)增加林分枯落物數(shù)量

說明紅錐的枯枝落葉數(shù)量比杉木大。通過林分枯落物凋落量的提升,某種程度上能夠有效補充土壤的養(yǎng)分,進而提升土壤的養(yǎng)分含量。通過以上論述不難看出,過大的紅錐比例會因為具備的競爭優(yōu)勢,對杉木生長造成抑制,但紅錐比例控制在10～30%范圍,杉木樹高、胸徑生長量明顯提升,這樣的結(jié)果驗證了“利用樹種間的互補性促進林分生長 ” 這一試驗結(jié)論［5］。

4.3 在混交樹種選擇中,必須考慮到樹種的生理特征

最大限度避免因為立地因子競爭造成的林分生長受限的現(xiàn)象。分析混交林葉綠素和光合產(chǎn)物含量數(shù)據(jù)顯示,7杉3椎混交組合比例,林分葉片葉綠素、淀粉、可溶性糖含量比較高,可以表明,與純林相比,混交林通過林分光合能力的改善,不僅光合產(chǎn)物顯著增加,而且也明顯增強了林分生長量和固碳能力［6］。