海南省东北部沿海地区更新造林实验研究

刘宪钊, 薛杨, 王小燕, 林之盼, 宿少锋

1. 中国林业科学研究院资源信息所, 北京 100091 2. 海南省林业科学研究所, 海口 571100

海南省东北部沿海地区更新造林实验研究

刘宪钊1, 薛杨2,*, 王小燕2, 林之盼2, 宿少锋2

1. 中国林业科学研究院资源信息所, 北京 100091 2. 海南省林业科学研究所, 海口 571100

为研究热带海岸地区不同更新方式的造林效果，选取3种阳性树种、3种中性树种和2种阴性树种在木麻黄沿海防护林内进行冠下更新造林，同时在邻近海防林的人工林采伐迹地进行植苗造林，并对2年后两种更新方式下不同造林树种的保存率、苗高和地径的生长情况进行对比分析。结果显示：3个阳性树种冠下更新造林和迹地更新造林均有较高保存率，其中除马占相思、苦楝在高郁闭度林冠下更新造林保存率分别为68%和76%，非洲楝迹地造林保存率76%，其他造林方式保存率均在80%以上。中生树种和阴性树种只有林冠更新造林能保证其存活和生长，迹地造林条件下仅小叶榄仁保存率达到15%，其余4种保存率均不足10%。对更新造林保存率最高的非洲楝、苦楝、马占相思和鸭脚木的生长进行分析得到，除马占相思高(2.16 m·a–1)、地径(3.05 cm·a–1)的年生长量迹地更新造林显著高于林冠下更新造林，其他3个树种均在中度郁闭(40%—55%)的林冠下更新造林生长效果最佳。以上研究为热带沿海地区更新造林方式和造林树种的选择提供依据。

木麻黄海防林; 更新造林; 光特性

1 前言

在世界每个气候带内, 内陆森林和林地均可能延伸到海域, 从而成为沿海地区的一部分。由于受气候因素控制的原因, 与自然界中其他森林生态系统相比, 沿海森林生态系统多样性简单、森林抗逆性较弱[1]。沿海人工森林群落主要指在沿海地区建立的以防护为目的的乔木、灌木人工森林群落, 主要以适应沿海生境的耐旱、抗风和生长效果优良的先锋树种为主, 以实现抗御台风、风沙等自然灾害等目的。

作为耐旱、抗风和生长效果优良的先锋树种,木麻黄的引种造林曾经被认为是海岸带植被恢复和重建的希望。然而, 由于其小枝单宁含量高, 阻碍了凋落物在林下的快速分解, 影响林地土壤养分归并抑制其它物种的萌芽和生长, 并提高了林火灾害的危险, 对于海岸带生物多样性和生境完整性形成巨大的威胁[2–3]。考虑到混交造林在植被动态和群落稳定性上的重要作用, 近些年来以恢复沿海木麻黄人工森林群落生态功能的研究逐渐开展。廖清江[4]和吴锡麟[5]研究得到木麻黄林下套种巨尾桉、厚荚相思后林分生长效果优于木麻黄纯林, 且混交林能有效降低风速, 提高沿海防护林的防护功能。此外, 木麻黄林下多树种套种可以改善土壤的肥力状况[6]。由于研究地域和海岸带的气候差异性, 木麻黄混交群落生态功能和效益在不同人的研究中的结果不尽相同。但一个共识是: 营造沿海人工混交林已成为木麻黄沿海防护林建设中一个势在必行的工作。

长期以来, 热带海岸地带森林培育和经营采用单一树种短周期轮伐或防护更新造林模式, 树种组成和空间结构单一, 在植被多样性、林分生产力和土壤养分条件等多方面影响着海岸群落的发展[6]。为此, 开展以多树种混交为主的更新造林工作, 对于海岸林生态、经济和社会等多种功能的发挥都有积极的促进作用[7–8]。然而, 不同特性树种对海岸带气候环境的适应性存在差异, 开展不同树种、不同更新造林方式的实验研究对营建多树种海岸混交林有重要的指导意义。

2 研究区概况

本研究位于海南省东北部的文昌市, 总面积2488 km2, 属于低丘台地平原地带, 平均海拔高度42.55 m, 地势由西南内陆向东北沿海倾斜。东北部地势平坦属于平原阶地, 面积达19.95×104hm2, 占土地总面积的84.8%。具体实施地点位于文昌市公坡镇和东凤镇(E: 110°55′—110°58′, N: 19°50′—19°52′),属热带海洋季风气候, 少严寒, 日照充足, 年均气温 23 ℃—25 ℃, 年降雨量 1529 mm—1949 mm,研究区地带性土壤为幼砖红壤。

3 研究方法

3.1 不同光环境条件下的造林设计

2011年 8月在文昌市岛东林场东风作业区(N:19°52′; E: 110°57′)海岸带防护林内开展以林下混交为主的人工更新造林。为研究不同光环境下的更新造林效果, 在不同郁闭程度的木麻黄(Casuarina equisetifolia)防护林下套种适于该地区生长、具有不同光生态特性的乡土树种苦楝(Melia azedarach)、降香黄檀(Dalbergia odorifera)、琼崖海棠(Calophyllum inophyllum)、小叶榄仁(Terminalia mantaly)、红花天料木(Homalium hainanense)和鸭脚木(Schefflera octophylla), 引种树种马占相思(Acacia mangium)和非洲楝(Khaya senegalensis)。同时, 为了对比说明海岸环境下冠下更新造林的效果, 在台风影响较小的邻近的木麻黄人工林采伐迹地, 选择以上树种进行更新造林。具体设计见表1:

表1 不同环境条件下更新造林实验设计Tab. 1 Experimental design for reforestation in different environment condition

为检验以上3种方式的造林效果, 2013年8月对不同树种的保留株数、苗高和地径生长进行调查分析。选择单因素方差分析、双因素方差分析研究不同光环境下、不同树种 3个调查指标的差异, 数据处理通过SPSS16.0完成。

3.1 光环境调查

目前大量的光环境对林下植被影响的研究主要以郁闭度作为分类变量(水平)进行实验设计, 而在实际的调查中郁闭度的获取往往具有很大的主观性。冠层分析系统(Hemiview)能够通过对全视角下的天空照片分析快速获取冠层上、下的多种光参数,较为客观的反映林分疏透度[9]。本研究在符合冠层相片获取的天气状况下, 在相同时间段对不同郁闭程度的林分采集 5幅全天空照片, 并对林分冠层透光情况进行分析。选取直射光立地系数(DSF)和冠层下的直接辐射(DirBe)作为光环境因子对不同更新造林实验中的苗木存活率进行比较分析。

4 结果与分析

4.1 不同光环境下造林成活率比较分析

表2为不同光环境信息情况, 冠层下直接辐射、直射光立地系数和总透光比随着上层乔木株数密度的降低而增加。选择冠层下直接辐射作为林分光环境参数的分级指标, 按照其值＜2000、[2000, 4000]和＞4000的标准分为弱光区、中光区和强光区3个等级。同样, 根据直射光立地系数(DSF)＜0.4、[0.4, 0.70]和＞0.70标准也能获得结果相同的光环境分级结果。根据该分级结果对苗木造林保存率进行比较分析。

表3和下图2为不同光特性树种在有林冠遮蔽的弱光区、中光区和上层无遮蔽的强光区造林2年后苗木保存情况。

喜光树种: 马占相思和非洲楝在郁闭度高、中、低三个条件下保存率差异极显著(马占相思: F=125.44, P＜0.01; 非洲楝: F=12.80, P=0.07), 多重比较(LSD)得到马占相思在不同光环境下保存率差异极显著, 非洲楝迹地造林(全光照)其保存率会极显著的低于中等光环境下的冠下更新造林(P=0.002),显著低于郁闭度高的冠下更新造林的效果。

乡土树种苦楝3个不同的光环境条件下保存率差异不显著(F=3.904, P=0.082)。

早期喜荫树种: 小叶榄仁、鸭脚木和琼崖海棠在不同郁闭度条件下保存率差异极显著(小叶榄仁:F=336.366, P＜0.001; 鸭脚木: F=318.048, P＜0.001;琼崖海棠: F=480.077, P＜0.001), 全光下造林保存率远低于冠下造林。多重比较(LSD)得到, 琼崖海棠和鸭脚木冠下造林保存率差异不显著。

喜荫树种: 红花天料木和降香黄檀全光下造林与不同光条件的冠下造林保存率存在极显著差异(红花天料木: F=377.176, P＜0.001; 花梨: F=1263,P＜0.001), 而两树种在不同郁闭度的林冠下造林后保存率差异不显著。

将树种光特性和造林苗木生存的光环境作为 2个因素分析它们对不同树种保存率的影响, 得到两个因素对与造林后苗木保存率均存在极显著性的影响, 两个因素的交互作用对苗木保存率的影响极显著(P＜0.001)。

不考虑树种光特性, 迹地更新造林苗木保存率最低, 仅为 36.63%, 中等郁闭程度的冠下更新造林苗木保存率最高(87.5%), 苗木在郁闭度高的林冠下的保存率也较高(80.5%)。

不考虑造林苗木的生存光环境, 造林 2年后不同树种之间保存率差异不显著(F=1.230, P=0.299＞0.05)。非洲楝保存率最高达到 84%, 其次为苦楝(82%)和马占相思(78.7%)。由于喜荫树种对外部光环境更为敏感, 所以降香黄檀(54.7%)和红花天料木(59.3%)保存率在8种树种中最低。

表2 不同造林模式的光环境信息表Tab. 2 Information of luminous environment in different density stand

表3 不同树种冠下更新造林和迹地更新造林幼苗死亡率表Tab. 3 Seedling mortality in different types’ stand, interplant, afforestation

图1 不同树种在高、中、低郁闭程度环境下2年保存率 (%)Fig. 1 Preserving rate of 8 tree species in different luminous environment (%)

4.2 不同处理中苗木生长效果分析

对造林苗木保存率最高的非洲楝、马占相思、苦楝和鸭脚木的地径和高的年生长量进行统计, 比较分析以上4个树种在不同更新造林处理下生长情况。

表4 给出了海岸带混交造林保存率最高4个树种在造林后两年内的生长效果, 非洲楝在不同光照条件下生长差异性不显著, 但中度光照下生长效果明显高于强度光照, 也稍优于弱度光照条件。马占相思则表现为全光下造林高、径生长效果好, 年平均地径生长量达到 3.05 cm 为弱光条件下的 5倍,平均高生长为 2.16 m, 极显著高于另外两种光照条件。鸭脚木和苦楝在不同光照条件下生长效果差异性显著, 均表现为中度光照条件下生长效果最佳,而全光照条件下生长效果最差。

5 结论与讨论

本研究按照树种对光需求程度的强弱选择苦楝、马占相思、非洲楝、鸭脚木、小叶榄仁、红花天料木和降香黄檀 8个树种进行迹地更新造林和冠下更新造林实验, 并对保存率较高树种的早期生长情况调查研究。

表4 四种主要混交造林树种的生长效果分析Tab. 4 Growth effect of four tree species in the afforestation experiment

在苗木保存率方面, 由于缺少木麻黄的机械庇护, 迹地更新造林实验中有 5个树种保存率极低,阴性树种降香黄檀保存率为0, 而红花天料木、小叶榄仁、鸭脚木、琼崖海棠在内的乡土树种, 2年后保存率均小于 15%, 不能满足更新造林的要求。阳性树种马占相思、苦楝和非洲楝能够在迹地造林, 且具有较高的保存率, 但调查显示以上树种干形和林冠均出现不同程度的倾斜和损伤, 后续的成活和生长存在很大的不确定性。

由于受上层木麻黄林木的机械庇护, 具有不同光特性的树种冠下更新造林2年后都能具有较好的保存率, 除马占相思、苦楝和小叶榄仁保存率不足80%外, 其他树种在不同郁闭程度的林冠下更新造林2年后都能达到80%上的保存率, 中度郁闭的条件下的冠下更新造林苗木保存率最高。

在不同树种的高、径生长上, 全光照条件下红花天料木、小叶榄仁和琼崖海棠的生长效果不佳,高、径的年生长量不足10%, 且苗木活力差, 冠下更新造林的生长优于全光迹地造林。保存率最高的 4个树种中, 马占相思苗高和地径的生长与所受的外部光照强度成正比外, 非洲楝、苦楝和鸭脚木均在中等光照强度(郁闭度0.5左右)下具有最大的高、径生长量, 冠下更新造林苗木的生长量优于全光迹地造林。

对选取的8个树种在不同光环境条件的造林效果分析得到, 冠下更新造林苗木的保存率和生长均明显优于全光下造林, 且中等郁闭度的冠下更新造林效果最佳。而海岸带环境下苗木的早期生存主要依赖光环境还是上层木的机械庇护作用还需要进一步的验证。

[1] FAO. Integrated coastal area management and agriculture,forestry and fisheries [M]. FAO GUIDELINES. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome,1998.

[2] BATISH D R, SINGH H P, KOHLI R K. Vegetation exclusion under Casuarina equisetifolia L.: does allelopathy play a role [J]? Community Ecology, 2001(2):93–100.

[3] HAMMERTON J. Casuarinas in the Bahamas: a clear and present danger [J]. Bahamas Journal of Science, 2001(9):2–14.

[4] 廖清江. 海岸带木麻黄林窗套种巨尾桉生长与降风效果分析[J]. 防护林科技, 2007(4): 22–23.

[5] 吴锡麟. 厚荚相思木麻黄混交林分结构和生物量的研究[J]. 福建林学院学报, 2003, 23(3): 236–239.

[6] 刘宪钊. 热带海岸木麻黄人工林近自然经营模式研究[D]. 中国林业科学研究院, 博士论文, 2011.

[7] LIU X Z, LU Y C, XUE Y, et al. Testing the importance of native plants in facilitation the restoration of coastal plant communities dominated by exotics [J]. Forest Ecology and Management, 2014(322):19–26.

[8] LIU X, LU Y C, XUE Y, et al. The positive interaction between two nonindigenous species, Casuarina (Casuarina equisetifolia) and Acacia (Acacia mangium), in the tropical coastal zone of south China: stand dynamic and soil nutrient [J]. Tropical Conservation Science, 2015, 8(3):598–609.

[9] 陈继东, 纪晓林, 屈柏林. 应用 hemiview冠层分析系统估测人工复层林郁闭度[J]. 河北林业科技, 2007(4): 5–7.

Analysis of different reforestation experiment in the northeast tropical coast of Hainan province

LIU Xianzhao1, XUE Yang2,*,WANG Xiaoyan2, LIN Zhipan2, SU Shaofeng2
1. Institute of Forest Resource Information Techniques, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China 2. Hainan Forestry Institute , Haikou, Hainan 571100, China

In order to investigate the effects of different regeneration ways on afforestation, 3 light-demanding tree species, 3 neutral ree species and 2 shade-tolerant species were selected and planted in Casuarina equisetifolia coastal shelterbelt of different canopy density as well as in the logging slash in the northeast tropical coast of Hainan province. The comparative analysis of the survival rate and the growth of height and ground diameter after two years by different means of regeneration was taken. The result showed that the 3 light-demanding tree species could adapt to different environment condition with relatively high survival rates both in slash and under canopy. In most cases, the survival rates were over 80% except Acacia mangium (68%) and Melia azedarach (76%) in high canopy density and Khaya senegalensis (76%) in slash regeneration afforestation. As neutral tree species and shade-tolerant species got better survival rates under the canopy, only Terminalia mantaly had 15% survival rates when planted in slash, the survival rates of other 4 tree species were less than 10%. The results of growth of four tree species (Khaya senegalensis, Melia azedarach, Acacia mangium and Schefflera octophylla) showed that except that the annual height growth (2.16 m·a–1) and base diameter growth (3.05 cm·a–1) of Acacia mangium planted in the slash were significantly higher than those under canopy, the optimum growth effects of other hree tree species were observed under the canopy with medium closure (40%-50%).This study could provide the theoretical basis forthe selection of tree species and the method of reforestation and regeneration in the tropical coastal area.

Casuarina equisetifolia coast protection forest; afforestation; light character

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.03.018

S75

A

1008-8873(2017)03-130-05

刘宪钊, 薛杨, 王小燕, 等. 海南省东北部沿海地区更新造林实验研究[J]. 生态科学, 2017, 36(3): 130-134.

LIU Xianzhao, XUE Yang, WANG Xiaoyan, et al. Analysis of different reforestation experiment in the northeast tropical coast of Hainan province[J]. Ecological Science, 2017, 36(3): 130-134.

2015-12-09;

2016-02-25

本研究由林业公益行业专项“海南岛东北部沿海防护林生物量与碳储量监测与评价研究”(201304320); 国家自然科学基金“热带木麻黄海防林近自然更新正相互作用机理”(31400538)和院基金(CAFYBB2014QB044)的资助完成。

刘宪钊(1981—)男, 博士, 助理研究员, 主要从事海岸林近自然经营技术和模式研究, E-mail: lxz9179@163.com

*通信作者:E-mail: xue13307539989@163.com