马尾松不同营造混交类型选择及林分生长量研究

洪永辉 林能庆 张森行 林 力 王如均 洪桢华

(1.福建省龙岩市林业种苗站，福建 龙岩 364000；2.福建省上杭白砂国有林场，福建 上杭 364205；3.福建省林业调查规划院，福建 福州 350003)

马尾松(Pinusmassoniana)是我国南方主要造林树种，是建筑、制浆造纸、制板的重要工业原料树，也是松脂、伏苓、松乳菇、松花粉等林特产的资源树。它适应性广，耐干旱瘠薄，是荒山造林的先锋树种。闽西是马尾松的中心产区，其林分面积和蓄积量占龙岩市有林地面积和林木总蓄积量的40.5%和41.0%。马尾松纯林林下植被稀少，林地土壤侵蚀严重，林分涵养水源、固持土壤等生态效益较低，与同带性常绿阔叶林相比，森林景观单一，生物多样性低，生态系统稳定性差，对森林火灾和病虫害抵抗力弱[1-2]。同时，马尾松易感染松毛虫、松材线虫等病虫害，造成其种植的地位和作用也大幅下降。因此，如何提高马尾松人工林物种多样性，降低森林病虫害、火灾风险，使其发挥更大的生态效益已成为急需解决的重大课题。笔者对福建上杭白砂国有林场1992年营造的马尾松与米老排、木荷、火力楠、杉木、枳椇等多树种、多方法混交组合的林分进行研究，旨在从营林技术上解决马尾松人工造林的地力衰退、防火、防病虫等问题，为筛选适应闽西马尾松混交造林的模式提供科学依据。

1 试验地概况

试验点位于龙岩市的上杭白砂国有林场食水井工区，属马尾松中心产区，处于武夷山脉南段东坡玳帽山延伸的低山丘陵地段。地处东经116°35′～116°39′，北纬25°7′～25°8′，海拔500～586 m，年均气温19.2℃，极端最低温-6℃，年均降水量1 732 mm，无霜期295 d。地势较平坦，中坡，坡度15°～20°，土壤为红壤，土层厚度0.5 m以上，立地类型Ⅲ类，林下植被主要为芒萁。

2 试验方法

2.1 造林设计

试验地面积13.3 hm2。于1991年底进行劈草炼山，造林密度按2 m×1 m、2 m×1.1 m、2 m×1.25 m、2 m×1.67 m、2 m×2.5 m、2 m×3.3 m等6种株行距进行设置。挖明穴回表土，穴规格40 cm×30 cm×25 cm。1992年初采用马尾松×米老排(A1)、马尾松×枳椇(A2)、马尾松×杉木(A3)、马尾松×火力楠(A4)、马尾松×木荷(A5)、马尾松(ck、对照)等树种混交造林，当年扩穴锄草各一次，连续抚育三年，2006年、2008年进行卫生伐及下层抚育间伐。

2.2 试验设计

试验采取前苏联C.波格来勃涅克和B.H柯斯托马洛夫设计的高密度棋盘格试验方法[3]。根据地形划分试验区。试验区划分成36个12 m×12 m的棋盘式标准地，每个标准地设计一个混交组合，分别为马1阔1行间(B1)、马1阔1株间(B2)、马1阔2株间(B3)、马2阔1株间(B4)、马1阔3株间(B5)、马3阔1株间(B6)等6种混交比例和方式，重复2次，随机区组排列(表1)。1997年12月进行第一次调查，2013年3月第2次调查，对标准地每木检尺，测定胸径、树高及冠幅。

2.3 统计分析

利用调查获得的树高和胸径值，采用福建省林业厅编制的马尾松、阔叶树二元立木材积表计算各树种单株材积。各林分单位面积蓄积量按各树种平均木单株材积乘以相应树种单位面积株数计算。采用Excel和SAS统计软件进行数理统计及方差分析[4]。

表1 马尾松不同混交林混交比例和方式设计

3 结果与分析

3.1 不同混交类型、比例、方法和密度的林分生长分析

3.1.1 马尾松不同混交类型林分生长性状差异分析

营造马尾松不同混交类型试验林的各处理林木优势高分化明显，说明不同混交树种的生长具有明显差异。马尾松与各树种混交其优势木差异不明显，不同树种混交在6年生、22年生时生长差异明显。多树种混交林分的各项生长因子均优于马尾松纯林，其混交效果总体较好，幼龄林能适时郁闭，6 年生马尾松生长量是速丰林标准的1倍以上；而6年生杉木胸径生长量达中心产区的标准，其树高生长量比中心产区速丰林提高45.8%；其它阔叶树平均胸径4.6 cm、平均树高3.6 m、平均单株材积0.005 2 m3，其生长量明显优于纯林[5]。6年生不同树种组合林分单位面积蓄积量排序为A1>ck>A5>A3>A4>A2，表明幼年期马尾松与米老排混交效果最优，最差是枳椇。幼年时树高生长最能代表林分生长势，不同混交树种平均树高排序为米老排>木荷>杉木>马尾松>火力楠>枳椇。

22年生林分各树种均值与对照的马尾松均值相比均有明显差异[6]，其林分平均树高、胸径、单株材积、冠幅分别为14.2 m、15.8 cm、0.164 8 m3、4.2 m。22年生林分生长差异十分显著，由于马尾松和枳椇均为阳性树种，随着林木生长、林分郁闭度提高，生长缓慢的枳椇因竞争能力弱而长期处于被压木，造成树木生长不良而逐渐被淘汰或被疏伐[7]，使马尾松与枳椇的混交组合逐渐更替为马尾松纯林。

评价中龄或近熟林林分采用林分蓄积或平均单株材积，比用树高或胸径指标更能准确反映其林分生产力情况[7]。按单位面积林分蓄积排序为A1>A5>A4>A3>A2>ck。各树种平均单株材积、平均胸径和平均树高排序均为米老排>火力楠>木荷>杉木>马尾松。现混交林林分蓄积组成占优势的树种为米老排、火力楠、木荷、杉木等，形成以阔叶树和杉木为主的混交林(表2)。对林分生长规律进行分析可知，米老排生长属稳定型优势树种，生长均领先其它树种，其林分单位面积蓄积是对照的2.6倍；而火力楠、木荷生长为上升型树种，前期表现低于马尾松、杉木，但22年后其蓄积均是马尾松纯林的1.8倍，可见，营造马尾松混交林均对提高林分蓄积有促进作用。分析表明混交林能改善林分结构，提高林地覆盖率，形成特有林分小气候，增加林分生物总量，从而提高涵养水源能力，改良土壤结构和林木生长环境，促进马尾松与伴生树种的生长，提升林地生产力，经营效益显著。

表2 马尾松不同混交类型林分与纯林生长性状差异

3.1.2 不同混交比例和方法林分生长性状差异分析

决定混交效果和产量的关键技术是混交比例和方法[2]。不同混交比例和方法的6年生、22年生林分蓄积差异十分显著。幼年期以马1阔1株间混交最优，其次是行间混交，各混交林分蓄积在10.336 1～17.244 5 m3·hm-2，均低于ck(纯林)的17.408 2 m3·hm-2。幼年期阔叶树混交比例大有利于林分郁闭，其枯枝落叶可涵养水分促进林木生长，随着林木生长和卫生伐及下层间伐等营林措施实施，22年生时不同树种混交林分差异显著。枳椇因竞争能力弱而长期处于被压木逐渐被淘汰，林分更替为马尾松纯林，故在22年生统计不同混交比例和方法时该混交类型(A2)剔除。

林分单位面积蓄积最能体现林分生长量水平。分析可知22年生不同混交比例和方法林分均以阔叶树或杉木蓄积占优势，排序为B1>B3>B5>B6>B4>B2，以行间(B1)混交模式为最优，其次是马1阔2株间(B3)混交，而马1阔1株间(B2)混交模式因不利于抚育间伐造成林分蓄积量最低。但混交林分蓄积均大于对照ck，表现最低的马1阔1的株间混交，其蓄积也大于对照(ck)38.3%，表明混交林乔木层和枯枝落叶层的现存量均大于纯林[3]，今后营造混交林时，在设计各树种混交比例和方式时应以培养目标为主，充分考虑数量变化与混交林各树种种间关系的发展方向和混交效果[2-3，8]，以利于后续的抚育间伐，才能发挥最大的生态、经济效益，从而提高人工林的产量和质量。

表3 马尾松不同混交比例和方法林分生长性状差异

3.1.3 不同造林密度林分生长性状差异效应

造林密度直接影响林木胸径、树高、单株材积、冠幅等生长。合理造林密度有利林于分郁闭和提高林分蓄积量，密度越大，林分郁闭越早，密度越稀，林分郁闭越迟。6年生时不同造林密度林分生长差异显著，密度对林木胸径、冠幅生长影响最大，其混交林分平均胸径排序为M5>M6>M4>M1>M3>M2，平均胸径2.6～5.7 cm，最大单株胸径9.2 cm。混交林分平均树高2.7～4.4 m，最大单株树高8.1 m，其最大胸径、最大树高均出现在密度2 m×3.3 m的样地内，表明密度小有利于林分生长。

表4 马尾松混交林不同造林密度其林分生长性状差异

合理造林密度能够促进胸径生长，而树高生长差异不明显。幼龄期间混交林单位面积蓄积生长低于纯林。分析认为，马尾松为深根性阳性树种，造林前期，其生长明显高于其它树种，居林冠上层。阔叶树、杉木多数喜温暖湿润立地和气候条件，由于该造林地为Ⅲ类立地，立地差造成其前期生长较慢，居林冠中下层。6 年生混交林不同密度蓄积排序为M5>M4>M1>M6>M3>M2，而对照马尾松纯林排序为M1>M3>M4>M2>M6>M5，表明前期造林密度越大，单位面积蓄积越大，而混交林单位面积蓄积变化与阔叶树相关。随着林分的生长，混交林分生长优势逐渐体现，到近成熟时能充分体现。22 年生不同混交密度林分分化较显著，密度越大则单位面积蓄积越低。合理混交密度能够促使单位面积蓄积提高，表现为M5>M6>M3>M4>M2>M1。与对照的纯林相比，混交林单位面积蓄积增加44.9%～248.3%(表4)。

3.2 不同混交类型、比例、方法和密度的方差分析

6年生、22年生混交林分胸径均值分别为4.5 cm、15.7 cm，变异系数分别为16.38%、27.5%；树高均值分别为3.5 m、14.3 m，变异系数分别为11.3%、18.5%；单株材积分别为0.004 2 m3、0.168 9 m3，变异系数分别为41.1%、67.8%；单位面积蓄积量分别为14.5 m3·hm-2、192.89 m3·hm-2，变异系数分别为41.4%、42.1%。分析可知：林分在6年生、22年生时其生长均存在不同程度差异，各混交类型胸径、树高、单株材积、单位蓄积量差异均达极显著水平。在混交比例和方法中6年生树高差异达极显著水平，单株材积和单位面积蓄积达显著水平，而胸径无显著差异；但在22年生时胸径、树高差异均达极显著水平，单株材积达显著水平，而单位面积蓄积、冠幅无显著差异。各混交密度胸径、树高、单株材积、冠幅均达极显著水平，但林分单位面积蓄积无显著差异。

表5 马尾松不同混交类型、比例、方法和密度各性状指标的方差分析

3.3 马尾松混交林最优模型选择

综上所述，马尾松混交林中马尾松不论是树高、胸径、蓄积等生长指标，还是生长速度等方面，均优于马尾松纯林，表明营造混交林能促进马尾松个体和群体生长。营建混交林能否成功的关键是混交树种的选择。研究表明适宜营造马尾松混交林的树种有米老排、火力楠、木荷等[9-11]，以采用马尾松阔叶树行间混交为最优，混交密度以2 m×2.5 m或2 m×1.67 m为最优。米老排因幼年生长快，枝叶浓密，叶面指数高，对强阳性树种马尾松来说，光照较弱势必影响其生长[9]，但米老排生物量较大，能有效提高林地利用率和改善生态环境，适宜现有马尾松人工林近自然化纯林改造和马尾松大径材培育改造[12-15]。火力楠幼年期生长较慢，但后期生长较快。22年后混交林形成以米老排、火力楠为优势树种的林分，马尾松为伴生树种，其林分蓄积比为V(米)∶V(马)=97∶3、V(火)∶V(马)=85∶15。米老排22年生单株材积达0.275 m3，混交林分蓄积达326.48 m3·hm-2。标准地观察可知：各混交林下坡阔叶树占绝对优势，零星分布马尾松。上坡虽阔叶树占优势，但马尾松呈块状或零星分布，混交比例保持在8：2左右。因此在闽西马尾松中心产区Ⅲ、Ⅳ类林地上营造马尾松混交林能改善地力，提高马尾松生长量，可以通过营林措施及抚育间伐逐步将林分改造为以阔叶树或马尾松为优势的林分。

4 结果与讨论

营造马尾松混交林可增加马尾松林分中生物类群的多样性、多层性，能改善生态环境，提高马尾松林分的生产力[8]。研究表明：Ⅲ、Ⅳ类地上多数适宜营造马尾松林，而纯林枯枝落叶较单一，长期经营致使林地土壤衰退和林地环境质量下降，生产力减退，且病虫害呈现蔓延的趋势。目前福建马尾松林面临松材线虫危害。通过林分改造套种火力楠、米老排、枫香、无患子、金花茶可使马尾松纯林逐步演变成复层林和异龄林分，增加林分生物多样性，有效提高林分生长量和抵制松褐天牛、松突圆蚧、松材线虫等病虫害蔓延趋势[14-16]。

混交林郁闭较早，阔叶树对马尾松有侧方庇荫作用。混交林形成复层林结构，林内直射光减少，温差变小，湿度增大，且树冠层对降雨的截留增大。混交林地富含大量易腐的枯落物等养分改善了土壤肥力。因此，混交可以促进马尾松和阔叶树的生长,从而提高林分蓄积量。

马尾松与米老排等4种阔叶树及与杉木分别采用不同混交比例、密度建立的混交试验林,通过对其6年生和22年生林分生长数据进行分析，结果表明：6年生、22年生混交林分胸径均值分别为4.5 cm、15.7 cm，树高均值分别为3.5 m、14.3 m，单株材积分别为0.004 2 m3、0.168 9 m3，单位面积蓄积分别为14.5 m3·hm-2、192.89 m3·hm-2。各混交类型胸径、树高、单株材积、单位面积蓄积差异均达极显著水平。在混交比例和方法中6年生树高差异达极显著水平，单株材积和单位面积蓄积达显著水平，而胸径无显著差异；但在22年生时胸径、树高差异均达极显著水平，单株材积达显著水平，而单位面积蓄积、冠幅无显著差异。不同混交密度胸径、树高、单株材积、冠幅差异均达极显著水平，但林分单位面积蓄积无显著差异。适宜营建马尾松混交林的树种有火力楠、木荷等树种[9-11]，采用马尾松阔叶树行间混交为最优，混交密度以2 m×2.5 m或2 m×1.67 m为最优。在闽西马尾松中心产区Ⅲ、Ⅳ类林地上营造混交林有利于改善地力，提高马尾松生长量，可以通过营林措施及抚育间伐逐步将林分改造为以阔叶树或马尾松为优势的林分。

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