馬尾松純林闊葉化改造試驗研究

摘要：為增加馬尾松人工林的穩(wěn)定性，以馬尾松純林為研究對象，在林分內(nèi)分別補(bǔ)植本土的闊葉樹種，進(jìn)行馬尾松補(bǔ)植楓香（C1）、馬尾松補(bǔ)植木荷（C2）、馬尾松補(bǔ)植楓香+木荷（C3）及馬尾松純林（CK）處理，對比分析各種處理對馬尾松純林林木生長因子（平均胸徑、平均樹高、平均單株材積、公頃蓄積量）、林分結(jié)構(gòu)因子（平均枝下高、平均冠幅、灌木層高、草本層高）、林內(nèi)小氣候（溫度、濕度）、灌草多樣性（物種豐富度、物種多樣性指數(shù)、物種均勻度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)）、林下凋落物和植被生物量指標(biāo)（覆蓋率、厚度、單位面積存量、單位面積生物量）及松材線蟲病罹病株率的影響，為馬尾松純林闊葉化改造經(jīng)營提供科學(xué)參考。結(jié)果表明：（1）馬尾松純林補(bǔ)植闊葉樹可以促進(jìn)馬尾松生長，優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)。（2）補(bǔ)闊處理能夠有效降低林內(nèi)溫度和增加林內(nèi)濕度，改善林內(nèi)小氣候，補(bǔ)植常綠闊葉樹比補(bǔ)植落葉闊葉樹對改善林內(nèi)小氣候作用明顯，同時補(bǔ)闊處理還可以增加林內(nèi)灌草層物種多樣性和豐富度。（3）補(bǔ)種闊葉樹（特別是落葉闊葉樹）有利于增加林下凋落物和林下植被生物量，同時對防治馬尾松感染松材線蟲病具有一定的影響，隨著補(bǔ)種闊葉樹種類增多，防治效果有提升的趨勢。

關(guān)鍵詞：馬尾松純林；闊葉化改造；試驗研究

Experimental study on broad-leaved transformation of pure Masson pine forest

Abstract：The pure Masson pine forests in zhengping town， Xinfeng County and Xiaojiangzhen were selected for study. Native broad-leaved tree species were replanted in selected experimental plots in 2016， the treatments of Pinus massoniana replanting liquidambar formosana （c 1） ， Pinus massoniana replanting schima superba （c 2） ， Pinus massoniana replanting liquidambar formosana + Schima superba （c 3） and pure Pinus massoniana forest （CK） were carried out， the effects of different treatments on growth factors （average diameter at breast height， average tree height， average volume per tree， volume per hectare） ， stand structure factors （average height under branches， average canopy width， shrub layer height， herb layer height） ， forest microclimate （temperature and humidity） ， shrub and grass diversity （species richness， species diversity index， species evenness index， dominance index） ， litter and vegetation biomass （coverage， thickness， stock per unit area， biomass per unit area） and Bursaphelenchus xylophilus rate were analyzed， it provides scientific reference for the broad-leaved transformation management of Masson Pine Pure Forest. The results showed that： （1） replanting broad-leaved trees could promote the growth of Masson pine and optimize the stand structure. （2） the replanting of broad-leaved evergreen trees was more effective than the replanting of deciduous broad-leaved trees in improving the microclimate of the forest， at the same time， the species diversity and richness of shrub and grass layer were increased. （3） replanting broad-leaved trees， especially deciduous broad-leaved trees， is beneficial to increase the litter and undergrowth biomass， and has some effect on the control of Bursaphelenchus xylophilus disease of Masson pine， the control effect has the tendency of improvement.

Keywords：Masson pine pure forest;Broad-leaved transformation;Experimental study

馬尾松（Pinus massoniana）是我國南方常見的造林和用材樹種，贛州作為我國南方紅壤丘陵山地生態(tài)脆弱區(qū)和南嶺山地森林及生物多樣性生態(tài)功能區(qū)的重要組成部分，受特殊的地質(zhì)條件和歷史、人為等因素影響，至20世紀(jì)80年代初期，全市森林覆蓋率降至43.6%，荒山面積達(dá)111.9萬hm²，1984年市委、市政府做出了“十年綠化贛南”的決定，大面積實施滅荒造林和人工飛播馬尾松造林，雖然提高了森林覆蓋率，但是森林質(zhì)量不高，仍然存在大量馬尾松純林^[1]。因馬尾松純林林分結(jié)構(gòu)單一、多樣性及穩(wěn)定性差，抵御病蟲害能力弱，容易發(fā)生森林火災(zāi)，尤其是近年來，松材線蟲病呈蔓延態(tài)勢，給馬尾松純林帶來了致命打擊，目前全市發(fā)生面積達(dá)10.1萬hm²，疫點區(qū)域土地肥力衰退，生物產(chǎn)量和碳貯量下降^[2]。眾多研究表明，馬尾松闊葉樹混交林優(yōu)勢明顯，有助于增加森林生產(chǎn)力，豐富林分結(jié)構(gòu)，增加林分多樣性和穩(wěn)定性，提高土壤的保水保肥能力，對于病蟲害及森林火災(zāi)的抵御能力也能大幅度提高?；谏鲜鲈?，林業(yè)工作者意識到對馬尾松純林進(jìn)行闊葉化改造已迫在眉睫。

本研究旨在通過實踐與對比試驗，開展馬尾松純林闊葉化改造，利用鄉(xiāng)土闊葉樹種進(jìn)行林間補(bǔ)植的方式修復(fù)馬尾松純林，分析對比不同改造類型對林木生長和林分結(jié)構(gòu)、林內(nèi)小氣候和灌草多樣性、林下凋落物和植被生物量、馬尾松林感染松材線蟲病的影響差異情況，為馬尾松純林闊葉化改造經(jīng)營提供科學(xué)參考，探索南方丘陵紅壤山地保護(hù)和開發(fā)利用模式，對筑牢我國南方地區(qū)重要生態(tài)屏障和如期實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)都具有非常重要的意義。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)域

項目試驗地設(shè)在贛州市信豐縣，信豐縣位于江西省贛州中部，居貢水支流桃江中游，面積2878平方公里，東鄰安遠(yuǎn)縣，南靠龍南市、定南縣、全南縣，西連廣東南雄市，西北接大余縣，北界南康區(qū)、贛縣區(qū)。地處東亞季風(fēng)區(qū)，氣候溫和、光照充足、熱量豐富、雨量充沛，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，具有四季變化分明，春秋短夏冬長，冰雪期短，無霜期長，夏少酷暑冬少嚴(yán)寒等特點。信豐有國家重點保護(hù)野生植物7種，其中一級保護(hù)為：南方紅豆杉、銀杏；二級保護(hù)為：杜仲、香樟、半楓荷、花櫚木、金毛狗。全縣森林覆蓋率70.33%。

在信豐縣境內(nèi)選擇樹齡、立地條件、氣候條件、水熱條件大致一致且郁閉度在0.5左右馬尾松純林作為試驗地，原馬尾松純林平均年齡12a，于2016年在林分內(nèi)分別補(bǔ)植本土的闊葉樹種（楓香、木荷、楓香+木荷），并對林分進(jìn)行了撫育處理。補(bǔ)植闊葉樹苗采用帶狀補(bǔ)植方式，在間伐的帶寬內(nèi)所有植物全部割除，留在帶內(nèi)，穴狀整地，穴的規(guī)格為40×40×30 cm，補(bǔ)植密度平均為900株·hm²，苗木為2～3年生的容器苗。為全面了解馬尾松純林闊葉改造情況，共設(shè)置4種處理（馬尾松純林不補(bǔ)闊（CK）、馬尾松純林補(bǔ)種楓香（C1）、馬尾松純林補(bǔ)種木荷（C2）、馬尾松純林補(bǔ)種木荷+楓香（C3））。

1.2試驗方法

1.2.1試驗樣地設(shè)置

分別在不同處理措施的林分中設(shè)立3塊20m×20m的標(biāo)準(zhǔn)地（按上、下坡各設(shè)置一個標(biāo)準(zhǔn)地，另外再隨機(jī)布設(shè)1塊標(biāo)準(zhǔn)地），共布設(shè)12塊20m×20m 標(biāo)準(zhǔn)地。在每塊標(biāo)準(zhǔn)地四角設(shè)立4個2m×2m的樣方，同時在每個樣方中設(shè)置1個1m×1m的小樣方用于凋落物及林下植被生物量的調(diào)查。

1.2.2林木生長及林分結(jié)構(gòu)情況調(diào)查

對每個標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的林木進(jìn)行每木檢尺，測定胸徑、樹高、冠幅、枝下高；測定樣方內(nèi)的灌木層高、草層高等因子，計算相應(yīng)因子的平均值（保留兩位小數(shù)）。按照江西省各樹種二元材積公式，計算每個樹種的平均單株林木材積（保留四位小數(shù)）及每公頃蓄積量。

1.2.3林內(nèi)小氣候和灌草多樣性調(diào)查

2023年1月至12月，每月固定15日12：00-13：00到各試驗樣地林中在隨機(jī)布設(shè)的三個點的林木1.5米高處，測定一次溫度和濕度。在每塊標(biāo)準(zhǔn)地的四角各設(shè)置4個2m×2m的樣方，在每塊樣方中調(diào)查灌木層和草本層所有植物的名稱、高度、株數(shù)和蓋度，計算物種豐富度、物種多樣性指數(shù)、物種均勻度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)^[3]。

物種豐富度（R）：R=S

物種多樣性指數(shù)Shannon-Wiener（H）：

物種均勻度指數(shù)Pielou（J）^[4]：

1.2.4林下凋落物和植被生物量調(diào)查

在每個2m×2m的樣方對角線中間設(shè)置1個1m×1m的小樣方，在小樣方中調(diào)查凋落物現(xiàn)存量（包括：枯枝落葉、花果、雜屑等）、厚度、覆蓋度和林下植被生物量，即收集林下植被（包含灌木、草本等）地上部分和地下部分。取樣后，分別將凋落物及林下植被放置于80℃下烘干，計算干質(zhì)量。

1.2.5松材線蟲病調(diào)查

每年9月份對試驗樣地涉及地塊林分進(jìn)行全查，調(diào)查統(tǒng)計表現(xiàn)出松材線蟲病典型癥狀的罹病株數(shù)和松樹總株數(shù)，計算罹病株率。

罹病株率（%）=罹病株數(shù)/松樹總株數(shù)×100。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析采用SPSS19.0、EXCEL等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析^[5-7]。

2結(jié)果與分析

2.1不同改造模式對林木生長和林分結(jié)構(gòu)的影響

從表2可以看出，不同處理間林分林木生長的各項因子（平均胸徑、平均樹高、平均單株材積、公頃蓄積量）均存在差異，整體呈現(xiàn)出C3>C1>C2>CK的規(guī)律。說明馬尾松純林補(bǔ)植闊葉樹可以促進(jìn)馬尾松生長，提高馬尾松純林的林木生產(chǎn)力，增加林分蓄積量，松闊混交模式要優(yōu)于馬尾松純林經(jīng)營模式。馬尾松純林補(bǔ)植不同闊葉樹之間對比，補(bǔ)植“楓香+木荷”要優(yōu)于單一補(bǔ)植“楓香”或“木荷”，且補(bǔ)植“楓香+木荷”、“楓香”與補(bǔ)植“木荷”之間比較，除平均單株材積外其余3項因子（平均胸徑、平均樹高、公頃蓄積量）均存在顯著差異。

不同處理間林分結(jié)構(gòu)因子（平均枝下高、平均冠幅、灌木層高、草本層高）也存在一定的差異，處理組均大于對照組，整體呈現(xiàn)出C3>C1>C2>CK的規(guī)律。說明馬尾松純林補(bǔ)植闊葉樹后，多樹種生長速度不同，利用水肥光照不同，能夠最大限度地進(jìn)行光合作用，促進(jìn)林分自然整枝，進(jìn)而在林分層次結(jié)構(gòu)上要優(yōu)于單一的馬尾松純林。不同處理組之間比較可以發(fā)現(xiàn)，在四項因子（平均枝下高、平均冠幅、灌木層高、草本層高）上補(bǔ)植“楓香+木荷”、“楓香”與補(bǔ)植“木荷”之間均存在顯著差異。

2.2不同改造模式對林內(nèi)小氣候和灌草多樣性的影響

從表3可以看出，馬尾松補(bǔ)植闊葉樹后對降低林內(nèi)溫度和增加林內(nèi)濕度上均表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，根據(jù)總平均值計算，處理組（補(bǔ)植“楓香”、補(bǔ)植“木荷”、補(bǔ)植“楓香+木荷”）相對對照組在降溫方面分別降低了3.56%、3.60%、5.08%，在增濕方面分別提升了2.60%、2.26%、4.23%，在調(diào)節(jié)林內(nèi)小氣候的效果表現(xiàn)上均呈現(xiàn)出C3＞C1＞C2＞CK的規(guī)律，說明補(bǔ)植闊葉樹后林分層次結(jié)構(gòu)趨于合理，陽光直射被林冠層截留，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)林內(nèi)小氣候的效果。另外對比C1和C2我們可以發(fā)現(xiàn)C2在冬季月份（12月、1月、2月）降溫增濕的效果優(yōu)于C1，說明補(bǔ)植的楓香在冬季落葉后林內(nèi)蒸騰作用會增強(qiáng)，保濕作用減弱，陽光直射地表面，微生物分解地表面腐殖質(zhì)速度加快，進(jìn)而影響度林內(nèi)的溫度。

從表4可以看出，處理組的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)均高于對照組，說明馬尾松純林補(bǔ)植闊葉樹有助于灌草層物種多樣性和豐富度的增加，各物種的分布也更加均勻。灌木層的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)均表現(xiàn)為C3＞C1＞C2＞CK，草本層的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)均呈現(xiàn)出C1＞C2＞C3＞CK的趨勢。灌木層與草本層比較，草本層的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)均低于灌木層，且差異顯著，這可能與芒萁在草本層占絕對優(yōu)勢，芒萁的侵占力強(qiáng)，能迅速形成大面積草地有關(guān)。

2.3不同改造模式對林下凋落物和植被生物量的影響

凋落物包括枯枝落葉、花果、雜屑等，從表5可以看出，處理組的林下凋落物覆蓋率、林下凋落物厚度和林下凋落物單位面積存量均顯著高于對照組，說明在馬尾松純林中補(bǔ)種闊葉樹（特別是落葉闊葉樹）有利于增加林下凋落物，進(jìn)而提高土壤肥力，林下凋落物覆蓋率、林下凋落物厚度和林下凋落物單位面積存量都顯示出C3＞C1＞C2＞CK的規(guī)律。從林下植被單位面積生物量看，處理組均顯著大于對照組，各處理組之間也成呈現(xiàn)出C3＞C1＞C2＞CK的規(guī)律，說明馬尾松純林補(bǔ)植闊葉樹增加了灌草多樣性，改善了土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而有效增加了林下植被生物量。

2.4不同改造模式對馬尾松林感染松材線蟲病的影響

從表6可以看出，處理組的畝均馬尾松罹病株數(shù)和罹病株率均低于對照組，但差異不明顯，說明馬尾松純林補(bǔ)植闊葉樹對松樹感染松材線蟲病有一定的影響，但效果不是很明顯，預(yù)防效果整體呈現(xiàn)出C3＞C2＞C1＞CK的規(guī)律。各處理組之間對比可以看出補(bǔ)植“楓香+木荷”要好于單一補(bǔ)種“楓香”或“木荷”，說明補(bǔ)種的闊葉樹越多，林內(nèi)生物多樣性就越復(fù)雜，可能是隨著生物多樣性的增加對松材線蟲病起到了一定的生物防治作用。

3結(jié)論

1. 馬尾松純林補(bǔ)植闊葉樹可以促進(jìn)馬尾松生長，提高馬尾松純林的林木生產(chǎn)力，增加林分蓄積量，增加林分層次，提高光能利用率，優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)；
2. 馬尾松純林補(bǔ)植闊葉樹后對降低林內(nèi)溫度和增加林內(nèi)濕度上均表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，同時可以有效增加林內(nèi)灌草層物種多樣性和豐富度，補(bǔ)植常綠闊葉樹比補(bǔ)植落葉闊葉樹對改善林內(nèi)小氣候作用明顯；
3. 馬尾松純林中補(bǔ)種闊葉樹（特別是落葉闊葉樹）有利于增加林下凋落物，進(jìn)而提高土壤肥力、改善土壤理化性質(zhì)，增加林下植被生物量；
4. 馬尾松純林補(bǔ)種闊葉樹對防治馬尾松感染松材線蟲病具有一定的影響，隨著補(bǔ)種闊葉樹種類的增多，防治效果有提升的趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘榮輝，程玉娜，鄧必平.贛州市低質(zhì)低效林改造提升探析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2019（14）：147-148

[2]鄧必平，李雪龍.贛南低效馬尾松林改造技術(shù)研究[J].綠色科技，2021，23（23）：132-134，138

[3]趙燕波，張丹桔，張健，等.不同郁閉度馬尾松人工林林下植物多樣性[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2016，22（6），1048-1054

[4]于景金，陳麗華，谷建才，等.基于灰色關(guān)聯(lián)分析的環(huán)境因子與物種多樣性關(guān)系[J].林業(yè)資源管理，2010（1）：68-72

[5]高忠江，施樹良，李鈺.SPSS方差分析在生物統(tǒng)計的應(yīng)用[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2008，8（11）：2116-2120

[6]高藝祥，楊民紅，李蘭會.獨立樣本t檢驗的Excel和SPSS分析[J].畜牧與飼料科學(xué)，2018，39（10）：79-82

[7]孔凡洲，于仁成，徐子鈞，等.應(yīng)用Excel軟件計算生物多樣性指數(shù)[J].海洋科學(xué)，2012，36（4），57-62