闽楠人工林林下植物和土壤理化性质对密度的响应

张 莉

(三明市三元区林业局，福建 三明 365001)

1 引言

闽楠(Phoebebournei(Hemsl.) Yang)是樟科楠属的常绿乔木树种，属于国家Ⅱ级重点保护野生植物，主要分布在广西、广东、浙江、江西、贵州、湖北、湖南和福建等地。闽楠干形通直，木材致密坚韧，纹理美观，是制造船舶和工艺雕刻的上等木材[1～4]。闽北山区主要的人工林树种是杉木、马尾松，针叶化较为严重，通过发展闽楠可以改善林种结构和人工林树种单一的状况，增强林分的生态稳定性和优化林分结构。密度是影响森林生态系统的一个重要因素，密度的变化改变了森林生态系统中各种植物的生长空间和光照、温度、湿度等，从而影响着系统中植物的变化以及土壤的性质。通过不同密度的闽楠人工林林下植物以及土壤理化性质变化研究，探索密度对闽楠人工林林下植物多样性和土壤肥力的影响，可为闽楠人工林的科学经营提供参考。

2 试验地概况

试验地设在三明市三元区岩前镇下寨村(东经117°40′， 北纬26°15′)，气候条件属于中亚热带山地气候，年平均气温19.8 ℃，年平均降水量1400～1780 mm, 年平均日照1950 h，海拔170～200m, 坡度24°～30°，土壤为红壤。主要林下植被有芒萁、狗脊、毛冬青等。

3 研究方法

3.1 试验林造林设计和营造

1997年秋对岩前镇下寨村杉木林采伐，经炼山后进行挖穴，穴规格60 cm×40 cm×40 cm，第2年春进行闽楠造林。初值密度设4种，分别为3088株/hm2、2067株/hm2、2001株/hm2和1668株/hm2。试验随机区组设计，3次重复，试验林沿山坡的上、中、下坡排列，每一种密度3块试验小区，每个小区的面积400 m2。造林后连续3年全面除草，每年两次。造林后没有进行间伐。

3.2 野外资料收集

2017年6月对试验林进行全面调查，在每块试验小区中测定每株闽楠活立木的树高、胸径，计算现存密度和蓄积量。在每块试验小区中随机设置5个2 m×2 m的小样方，在每个样方内分灌木和草本调查其种类、数量、高度、覆盖度，定性描述其生活力的强弱。在每块试验小区中随机设置5个土壤剖面，按0～20 cm和20～40 cm土层分别采集土样进行物理化学性质的测定[5，6]。

4 结果与分析

4.1 不同密度闽楠人工林林下植物的变化

研究表明，密度不仅影响人工林生长，而且对林下植物的种类、数量和生长状况产生影响[7]。从不同密度闽楠林下植物的种类、生长情况、覆盖度、生活力和多样性情况的调查可知(表1)，造林密度为1668株/hm2的闽楠人工林，其林下植物的种类、多样性指数、平均高和覆盖度在4种密度的林分中都是最大，随着造林密度的逐渐增大，林下植物的种类、多样性指数、平均高和覆盖度均下降。以造林密度为1668株/hm2的闽楠人工林林下植物与造林密度为3088株/hm2的闽楠人工林相比较为例，林下植物的种类、灌木层多样性指数、草本层多样性指数、平均高和覆盖度分别提高了69.2%、15.5%、16.0%、40.2%和32.7%。说明密度越大的闽楠林分，林下植物越少，而且在现场调查中发现，随着密度的增大，林下阳性植物的数量逐渐减少，阴性植物的数量逐渐增加，高密度闽楠林林下植物的生活力比低密度的林分弱，这是因为随着密度的增加，林分郁闭度加大，林内的光照强度减弱，林下大部分植物因光照不足引起生长缓慢、生活力降低，只有少量的阴生的植物还生长正常。林下植物对维护森林生态系统的稳定和地力维持、改善均有重要的作用，因此，闽楠人工林经营中，密度不能过大。

表1 不同密度闽楠人工林林下植物特征

4.2 不同密度闽楠人工林土壤理化性质的变化

4.2.1 不同密度闽楠人工林土壤物理性质

4.2.1.1不同密度闽楠人工林土壤孔隙情况

从不同密度闽楠人工林土壤容重、孔隙度和通气度测定的结果(表2)可知，低密度的闽楠林土壤容重较小、土壤孔隙度和通气度较大，随着密度的增大，闽楠林土壤容重加大、土壤孔隙度和通气度变小。如造林密度为1668株/hm2的闽楠林在0～20 cm土层的土壤容重与造林密度为3088株/hm2的闽楠林在0～20 cm土层的土壤容重相比降低了8.9%，在20～40 cm土层的土壤容重降低了3.1%；造林密度为1668株/hm2的闽楠林在0～20 cm土层的土壤总孔隙度和通气度与造林密度为3088株/hm2的闽楠林在0～20 cm土层的土壤总孔隙度和通气度相比分别提高了19.7%和15.1%，在20～40 cm土层的土壤总孔隙度和通气度分别提高了14.6%和22.8%。土壤容重、孔隙度和通气度均是表示土壤通透能力强弱的指标，土壤容重小、孔隙度和通气度大说明土壤通气性好。由此可见，闽楠林的密度越低，土壤通气透水性越强。山区土壤的通透性强，有利于土壤保水、林木的根系生长和土壤微生物的活动。

表2 不同密度闽楠人工林土壤的孔隙情况

3.2.1.2 不同密度闽楠人工林土壤水分情况

根据不同密度闽楠林土壤的水分情况测定结果(表3)看出，高密度的闽楠林土壤的自然含水量、最大持水量、最小持水量和毛管持水量较小，随着密度的降低，闽楠林土壤的自然含水量、最大持水量、最小持水量和毛管持水量增加。这是由于密度大的闽楠林，其土壤容重大、孔隙度和通气度小(表2)，因而土壤持水能力较弱。

表3 不同密度闽楠人工林土壤的水分情况

4.2.2 不同密度闽楠人工林土壤化学性质

通过对4种密度的闽楠林土壤的有机质、水解性N、速效P和速效K的测定(表4)，表明密度低的闽楠林土壤中有机质、水解性N、速效P和速效K含量高于密度高的闽楠林土壤，如造林密度为1668株/hm2的闽楠林0～20cm土层中有机质、水解性N、速效P和速效K含量与造林密度为3088株/hm2的闽楠林相比分别提高了27.3%、23.0%、14.3%和26.7%，说明低密度的闽楠林土壤肥力高于高密度的闽楠林。这是因为密度低的林分，土壤通气透水性好，有利于土壤中各种动物、微生物活动，促进地表枯落物的分解，而且低密度林分林下植物茂盛且落叶量丰富，经分解后营养回归土壤的量较大，因此低密度林分的土壤肥力高。

表4 不同密度闽楠人工林土壤化学性质

5 结语

通过对造林密度分别为3088株/hm2、2067株/hm2、2001株/hm2和1668株/hm2的闽楠人工林的林下植物种类、数量、生长情况、覆盖度和生活力的调查，发现随着密度的增大，林下植物生长降低、生活力减弱，植物多样性指数减少，林下植物的种类、数量变少。闽楠人工林的土壤容重随密度的增大而增加，而孔隙度、通气度、持水量降低，有机质、水解性N、速效P、速效K含量减少，土壤肥力下降。在本试验中，闽楠人工林造林密度以1668株/hm2比较合适。