闽北山区鹅掌楸人工林密度效应的初步研究

卢丽蓉

（福建省沙县林业局，福建 三明 365500）

鹅掌楸（Liriodendronchinensis）是木兰科鹅掌楸属落叶大乔木，主要生长在长江流域以南，在浙江、江西、福建、湖南、湖北、广西等地均有分布。鹅掌楸树干挺直，树冠伞形，叶形似马褂，奇特古雅，为中国二级保护植物和世界珍贵的树种，鹅掌楸栽种后能很快成荫，是优良的行道树和庭园观赏树种，也是建筑及制作家具的上好木材[1]。闽北山区造林树种以杉木、马尾松为主，人工林针叶化严重，林分结构单一，而且主栽针叶树种纯林连栽，易造成林分质量逐代下降和地力衰退。鹅掌楸生长快，而且由于落叶量大且容易分解，具有改良土壤的功能，可以有效缓解人工林针叶化种植引起的土壤肥力降低[2]。人工林培育过程中，密度不仅是林分群落结构形成的数量基础，而且是影响人工林生长、林下植被发育和土壤肥力的关键因素[3]。目前有关鹅掌楸的研究主要集中在苗木繁育、栽培技术和生长特性等方面[4－6]，对于鹅掌楸经营中密度对林分生长及环境的影响少有报道[7]，为此，2003年在沙县青洲镇开展了鹅掌楸密度试验，通过不同密度下鹅掌楸林分生长量、林下植物分布和土壤肥力状况分析，确定合适的造林密度，从而为鹅掌楸合理经营提供依据。

1 试验点概况

试验点在沙县青洲镇异洲村，位于县境东北部，距县城36km。辖区属中亚热带季风气候，全年无霜期255～297d，初霜期出现于11月下旬，晚霜多终止于2月下旬，年平均降雨量1 510～1 840mm，以5—6月雨量最多。境内气候温暖，年平均气温19.3℃，7月最热，一年四季明显，夏有炎暑，冬有霜雪，雨水充沛，雨量集中，干湿明显。试验地设在异洲村27林班21大班15小班，低山丘陵地貌，土壤为红壤，Ⅲ类地，土层较厚，腐殖质层薄，海拔在450～550m，坡向朝东，坡度20°左右。

2 研究方法

2.1 试验设计和试验林营造

2003年春在沙县青洲镇异洲村27林班21大班15小班杉木林采伐迹地上开展鹅掌楸不同密度造林试验，造林密度设2 500株hm－2（株行距2m×2m）、2 000株hm－2（株行距2m×2.5m）和1 600株hm－2（株行距2.5m×2.5m）3种，试验林沿上、中、下坡随机区组设计，3次重复，每个坡位3块试验小区，每个小区面积30m×30m。造林前挖穴规格40cm×30cm×30cm，50～70cm高的1年生裸根苗雨天种植。造林后连续3年抚育除草，每年2次。

2.2 试验林调查

造林后每年调查试验林生长状况。2014年9月对试验林全面调查.生长量方面：每木检尺，测定每株树的胸径、树高和冠幅，求平均值，统计保留株数，计算单株平均材积和单位面积蓄积量，鹅掌楸材积公式为V＝0.000 052 76D1.882161H1.009317，单 位面积蓄积量＝单位面积株数×单株平均材积；林下植物多样性方面：在每个试验小区内按梅花形设置5个2m×2m的小样方，在小样方中调查灌木层和草本层植物的种类、数量和高度，求算植物多样性。植物多样性计算公式：物种丰富度S为物种总的种数；物种Simpson指数D＝N（N－1）／∑Ni（Ni－1）；Shannon－Wiener指数H＝－∑Ni／Nlog2Ni／N；物种均匀度J＝N（N／S－1）／∑Ni（Ni－1）。式中Ni表示某个种的个体数目，N表示所有种个体树木总和。试验林土壤测定：每个试验小区按“之”字形路线随机选取4～5个点挖土壤剖面，每个剖面分0～20cm和20～40cm层环刀法取原状土进行土壤物理性质测定，同时分别采集0～20cm和20～40cm的土样用于土壤化学性质测定[8－9]。

3 结果与分析

3.1 不同密度鹅掌楸人工林生长差异性对比

许多研究都表明，密度影响人工林的生长[3]。从不同密度鹅掌楸人工林生长情况（表1）看出，随着密度的增大，鹅掌楸林分的平均树高、胸径和单株材积减少。造林密度为2 500株hm－2的林分其平均树高、胸径和单株材积与造林密度为2 000株hm－2的林分相比分别降低了5.1%、8.1%和19.2%，与造林密度为1 600株hm－2的林分相比分别降低了11.8%、18.6%和40.2%。林分蓄积量以造林密度为1 600株hm－2的林分最大，比造林密度为2 000株hm－2的林分和2 500株hm－2的林分分别提高了13.0%和11.8%。方差分析显示，不同密度的林分之间平均胸径、单株材积和蓄积量均存在显著差异，而树高差异未达显著水平。说明密度主要影响鹅掌楸林分的径生长，进而影响到林分单株材积和蓄积量。在3种造林密度中，以造林密度为1 600株hm－2的林分立木生产力水平最高。

表1 不同密度鹅掌楸人工林生长情况

3.2 不同密度鹅掌楸人工林下植物多样性分析

密度不同的林分内空间存在差异，从而会造成林内环境和林下植物分布及生长的不同。从不同密度鹅掌楸人工林下灌木和草藤本植物调查结果（表2）可知，随着造林密度的增加，林下植物的种类、均匀度和多样性指数均减少。造林密度1 600株hm－2的林分其林下植物的种类与2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分别提高了14.3%和45.5%，灌木层的均匀度与2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分别提高了3.6%和8.5%，灌木层的Simpson指数与2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分别提高了7.4%和18.5%，灌木层的Shannon－Wiener与2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分别提高了1.4%和12.7%。不同密度林分林下草本层的均匀度、多样性指数也是表现为低密度林分大于高密度林分。说明密度引起林下植物多样性的差异，低密度的林分植物多样性指数高，植物较为丰富。这是因为稀疏的林分林内光照较强、温度较高，促进了林下植物的生长发育，植物的种类、数量较多。而随着密度增加，林内光照减弱，湿度增大，植物生长缓慢，种类减少，多为阴生植物分布。

表2 不同密度鹅掌楸人工林植物多样性特征

3.3 不同密度鹅掌楸人工林土壤肥力状况比较

土壤肥力状况主要通过土壤物理和化学性质的一系列具体指标进行表征。土壤容重、孔隙度和通气度体现了土壤疏透程度，反映出土壤结构状况，间接表明土壤肥力特征。从不同密度鹅掌楸土壤容重、孔隙度和通气度测定结果来看（表3），随着造林密度的减少，土壤容重降低，而孔隙度和通气度增加。如在0～20cm土层中，造林密度为1 600株hm－2的林分其土壤容重与2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分别减少了2.3%和5.5%，而总孔隙度分别增加了6.7%和13.7%，通气度分别增加了7.1%和20.2%。不同密度鹅掌楸20～40 cm的土层容重、孔隙度和通气度随密度变化表现出与0～20cm土层相同的规律。

表3 不同密度鹅掌楸人工林土壤物理性质

从不同密度鹅掌楸土壤的一些化学性质指标测定结果看出（表4），随着造林密度的降低，土壤中有机质、水解性氮、速效磷、速效钾等营养物质含量均提高。以0～20cm土层为例，造林密度为1 600株hm－2的林分其土壤有机质与2 000株hm－2和2 500株hm－2的林分相比分别提高了6.9%和11.9%，水解性氮分别提高了4.8%和10.1%，速效磷分别提高了3.9%和7.8%。全氮和全磷测定结果也表现出同样的变化特点。

表4 不同密度鹅掌楸人工林土壤化学性质

可见，随着鹅掌楸人工林造林密度的减少，土壤变得疏松透气，持水能力增强，土壤结构趋于良好。土壤中各种养分元素含量增加，肥力提高。这可能是因为随着造林密度的下降，除了鹅掌楸落叶分解对土壤的改良外，低密度下林下植被较为丰富，而且林内良好的小环境有利于下层植物的新陈代谢活动，林下较多的枯死物及其较快分解出的养分物质返回土壤中，促进了目的树种生长，而且也使土壤结构和肥力得到及时的改善。

4 结论与讨论

通过对造林密度分别为1 600株hm－2、2 000株hm－2和2 500株hm－2的11年生的鹅掌楸人工林的生长量、蓄积量、林内植物多样性特征以及土壤肥力状况的分析，显示3种造林密度中，鹅掌楸造林密度为1 600株hm－2的林分的立木生产力水平最高，11年生时平均树高达到12.7m，平均胸径为19.4cm，蓄积量达到268m3hm－2，造林密度为2 000株hm－2的林分生长状况其次，2 500株hm－2的林分生长量和蓄积量最低。林下植物多样指数和土壤肥力大小均表现为1 600株hm－2＞2 000株hm－2＞2 500株hm－2。本试验条件下，鹅掌楸以造林密度为1 600株hm－2表现最好。

密度是影响森林结构、林内植物分布和肥力状况的主要因素，在人工林经营中，密度又是可控的因子，通过密度的适当调节，可以改善林分的结构、生长状况和环境。本试验仅选择3种密度参与研究，在其他密度条件下鹅掌楸生长和生态特性会怎样，以及试验林实施间伐后会有如何变化等等，均需要下一步继续开展研究。

[1]吴东驰.优良高山用材、观赏珍贵树种—鹅掌楸[J].农业现代化研究，1986（3）：64

[2]杭东.濒危珍稀树种—鹅掌楸[J].中国木材，2013（3）：26－27

[3]盛炜彤.不同密度杉木人工林下植被发育与演替的定位研究[J].林业科学研究，2001，14（5）：463－471

[4]孟庆军，袁长国，徐加虎.鹅掌楸山地造林技术[J].林业实用技术，2013（2）：24－25

[5]吴运辉，朱敏.鹅掌楸育苗技术研究初报[J].林业实用技术，2010（11）：28－29

[6]鲍红勋.鹅掌楸栽培技术及应用[J].现代农业科技，2013（14）：56

[7]卜基保.优良生态树种杂交鹅掌楸不同栽植密度的研究[J].安徽农业大学学报，2013，37（3）：523－525

[8]中国科学院南京土壤研究所.土壤理化性状[M].上海：上海科学技术出版社，1987

[9]张万儒.森林土壤定位研究方法[M].北京：中国林业出版社，1984