不同造林模式闽楠造林成效研究

黄宇　林智勇　汤行昊　廖鹏辉　张娟　范辉华

摘 要：以3種不同造林模式造林2年后的闽楠试验林为研究对象，分析其幼林生长情况、根系性状、木材特性、光合作用，比较不同造林模式下闽楠的差异。结果表明：3种造林模式中杉木林下套种闽楠的平均地径、树高、最大冠幅、枝下高、根深、平均根幅、单株总根长、根系总表面积和根系总体积均最大，分别达11.60 mm、115.56 cm、61.33 cm、32.42 cm、47.50 cm、48.42 cm、1269.13 cm、376.75 cm2、9.32 cm3。杉木林下套种闽楠模式的树干纤维素含量最高，达34.32%。3种不同造林模式最大净光合速率（Pmax）的范围在5.52～7.92 μmol/m2·s，表观量子效率（AQY）范围在0.0417～0.0602 μmol/μmol，Pmax和AQY大小排序均为：林下套种>混交林>纯林。不同造林模式光饱和点（Ls）的范围在943.62～1508.13 μmol/m2·s，光补偿点（Lc）的范围在11.79～16.53 μmol/m2·s，Ls和Lc由高到低依次为纯林>混交林>林下套种。林下套种闽楠的综合评分最高，达0.7814，混交林次之，得分为0.2782;综合生长情况、根系性状、木材特性、光合作用等性状表现，本研究3种造林模式中保留密度450株/hm2的杉木林下套种闽楠为造林成效最优的模式。

关键词：闽楠;造林模式;生长性状;根系性状;木材特性

中图分类号：S722.1

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2019）05-0006-07 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.05.002

Study on Afforestation Effect of Phoebe bournei （Hemsl.）Yang in Different Afforestation Models

HUANG Yu1，LIN Zhi-yong1，TANG Xing-hao1，LIAO Peng-hui2，ZHANG Juan1，FAN Hui-hua1*

（1.Fujian Academy of Forestry， Fuzhou， Fujian 350012，China; 2.China Popularization Station of Forestry Science &Technology of Fujian Province， Fuzhou， Fujian 350003，China）

Abstract：Phoebe bournei （Hemsl.）Yang after two years of afforestation in three different afforestation models were used as tested materials， the growth condition of young plantation， root traits， wood characteristics and photosynthesis  were analyzed， and the difference of Phoebe bournei （Hemsl.）Yang among three different afforestation models were compared. The results showed that the ground diameter， tree height， the maximum crown width， the clear bole height， root depth， average root width， individual root length， total root surface area and root volume ofP. bournei were the largest interplanting with Chinese Fir among the three afforestation models， and the values were 11.60 mm， 115.56 cm， 61.33 cm， 32.42 cm， 47.50 cm， 48.42 cm， 1269.13 cm， 376.75 cm2 and 9.32 cm3，respectively. The cellulose content of P. bournei of the interplanted forest was the highest， reaching 34.32%. The maximum net photosynthetic rate （Pmax）of the three different afforestation models ranged from 5.52 to 7.92 μmol/m2·s， and the AQY ranged from 0.0417 to 0.0602 μmol/μmol， and the order of both （Pmax） and AQY were as follows： the interplanted forest > mixed forest > pure forest. The Ls ranged from 943.62 to 1508.13 μmol/m2·s， the ranged from 11.79 to 16.53 μmol/m2·s， and the order of both Ls and Lc were as follows： pure forest>mixed forest>the interplanted forest. The comprehensive score of the interplanted forest was the highest， reaching 0.7814， followed by mixed forests， with a score of 0.2782. According to the character performance of the growth of young plantation， root traits， wood characteristics and photosynthesis， it is indicated that interplanted forest with 450 trees/hm2 Chinese Fir retention density is the optimum model for afforestation of P. bournei among the three afforestation models.

Key words：P. bournei （Hemsl.）Yang; afforestation models; growth traits; root traits; wood characteristics

闽楠（Phoebe bournei）为樟科常绿大乔木，珍贵用材树种，国家二级保护植物，分布于福建、浙江南部、江西、广东、广西北部及东北部、湖北、湖南、贵州等地[1-2]，其木材坚硬，结构细密，质地温润柔和，纹理淡雅文静，为上等建筑、家具、工艺雕刻及造船等的良好木材[3]。目前，对闽楠的研究多集中在种源选择、生理生态和植物群落等方面[4-7]，关于闽楠造林模式成效的研究甚少，对不同造林模式闽楠幼林根系性状、木材特性、光合作用方面的研究鲜见报道[8]。本研究开展了3种闽楠造林模式试验，比较不同造林模式对闽楠幼林造林成活率、林分生长、根系性状、木材性质以及光合作用的差异，利用综合评价法选出造林成效最优的闽楠造林模式，有助于预判闽楠成年后的性能指标和应用范围，促进其产业化生产、早期速生和优质干材形成，为传统意义上研究造林成效的方法手段提供新的方向。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

闽楠造林试验地位于福建省南平市顺昌县，属中亚热带海洋性季风气候，气候温和，雨量充沛。年平均气温18.5℃，多年平均降水量1756 mm，无霜期305 d，日照1740.7 h，四季明显。2016年2月，在顺昌县大干镇干山村营建了18a杉木林下套种闽楠模式（杉木保留密度450株/hm2）试验林，在元坑镇谟武村营建了闽楠与杉木混交林（杉木林采伐迹地）、闽楠纯林，试验地土壤理化性质见表1。每种造林模式各50株，3次重复。3种造林模式闽楠种苗为芽苗移栽培育1a的容器苗（2.5 mm≤D<3 mm，20 cm≤H<25 cm），混交林用杉木苗为1a裸根苗（D≥0.45 cm，H≥35 cm），株行距为2 m×2 m，造林前均采用林下全面除草和带状整地，造林后进行统一管理。

1.2 幼林调查

2016年12月，调查造林当年3种造林模式下闽楠植株的成活率。2018年4月，采用麦思德电子数显游标卡尺（精度0.01 mm）、钢卷尺对各造林模式闽楠的地径、最大冠幅、树高、枝下高进行调查，每个造林模式随机调查30株，3次重复。

1.3 根系性状的测定

每种造林模式挖取3株，3次重复，水平方向上以闽楠树干为中心，按0.5 m为半径进行全株挖掘取样，直到无明显根系为止，現场测量植株树高、根深和平均根幅，地上部分供材性分析。将植株根系鲜样充分洗净、晾干、整理后进行分析，扫描之前将大的根系分支剪开，使用Win-RHIZO根系分析系统软件[9]分析输出的图片。

1.4 树干材性测定

闽楠树干材性测定采用木材物理力学试材采集方法[9]。每种造林模式采集3株闽楠树干，称其鲜重后装入密封袋，及时带回实验室，以供测定。生材（刚采伐的新鲜木材）密度用生材质量除以生材的体积，将试样制成约15 mm×15 mm ×15 mm的试样，采用排水法测定生材体积。基本密度与测定生材密度试样相同，在（103±2）℃的干燥箱中干燥，绝干后称重得W干，计算基本密度：ρ基= W干/V生，生材含水率=（W生-W干）/W干×100%。采用硝酸-乙醇法测定闽楠纤维素含量[10]。

1.5 不同造林模式闽楠幼林光合作用比较

1.5.1 光合测定

于2018年8月13～15日，天气晴朗无云时进行光合测定。每种模式选择3株生长势基本一致的闽楠待测样株，分别选取3片中上部向阳方向的功能叶，采用Li-6800（美国）便携式光合测定系统在上午9：00～11：00进行闽楠光合测定，获得气体交换参数：净光合速率（Pn）、蒸藤速率（Tr）、气孔导度（GS）、和胞间CO2浓度（Ci），并计算水分利用效率（WUE，WUE=Pn/Tr）。

1.5.2 光响应曲线测定

选择典型晴天早上9：30～11：30，以仪器配备的红蓝光源为光源，使用开放系统，设定光合有效辐射（PAR）梯度值：0 μmol/m2·s、20 μmol/m2·s、40 μmol/m2·s、60 μmol/m2·s、80 μmol/m2·s、100 μmol/m2·s、150 μmol/m2·s、200 μmol/m2·s、400 μmol/m2·s、600 μmol/m2·s、800 μmol/m2·s、1 000 μmol/m2·s、1200 μmol/m2·s、1500 μmol/m2·s、2000 μmol/m2·s，参比室CO2浓度为400 μmol/mol进行测定，获得各Pn值。用叶子飘光合计算软件对曲线进行直线双曲线修正模型拟合[11]，得到曲线方程，并计算各光响应参数值：最大净光合速率（Pmax）、表观量子效率（AQY）、光饱和点（Ls）、光补偿点（Lc）。

1.6 数据分析

采用SPSS（V18.0）软件对数据进行统计分析、相关性分析，进行Duncan多重比较。对闽楠生长指标、根系指标、材性指标及光合速率等指标进行标准化，使其转化为无量纲单位，便于比较;其中木材含水率和Tr按照降型分布函数进行计算：（Xmax-Xi）/（Xmax-Xmin）[12]，其余指标按照升型分布函数进行计算：（Xi - Xmin）/（Xmax - Xmin）。最后根据各评价样本的综合得分进行排序[13]。

2 结果与分析

2.1 不同造林模式闽楠生长情况比较

由表2可知，不同造林模式对闽楠地径、树高、最大冠幅和枝下高的影响达到差异极显著水平，对闽楠造林成活率的影响不显著，混交林和纯林造林模式闽楠的生长情况差异不显著;林下套种闽楠和混交造林闽楠的造林成活率最高，均达100%，不同造林模式的平均造林成活率为99.78%。林下套种闽楠的平均地径、树高、最大冠幅和枝下高均达到最大，分别为11.60 mm、115.56 cm、61.33 cm、32.42 cm，分别比最小值高出81%、87%、74%、271%。

2.2 不同造林模式闽楠根系性状比较

由表3可知，杉木林下套种闽楠模式的根深、平均根幅、单株总根长、根系总表面积和根系总体积均最大，分别达47.50 cm、48.42 cm、1269.13 cm、376.75 cm2、9.32 cm3，分别比最小值高出0.64倍、0.64倍、0.94倍、0.89倍、1.18倍。闽楠混交林的根深、单株根系总表面积、平均直径和根系总体积均最小;闽楠纯林的平均根幅和单株总根长均最小，分别为29.50 cm、652.61 cm。不同造林模式对闽楠根深、平均根幅、单株总根长、根系总表面积和根系总体积的影响达到差异极显著水平;对闽楠单株根系平均直径的影响差异不显著。

2.3 不同造林模式闽楠幼林材性比较

由表4可见，3种造林模式的树干平均基本密度范围在0.42～0.44 g/cm3;树干平均生材密度范围在1.02～1.13 g/cm3;树干平均生材含水率范围在120.51%～153.61%;树干基本密度、生材密度和生材含水率的平均值分别为0.43 g/cm3、1.07 g/cm3、141.19%;闽楠纯林树干的基本密度最高，闽楠混交林树干的生材密度和生材含水率最高，分别达0.44 g/cm3、1.13 g/cm3、153.61%，分别比平均值高出1.97%、5.63%、8.79%;不同造林模式下的基本密度、生材密度和生材含水率均无显著差异，闽楠树干纤维素含量差异达到显著水平。林下套种闽楠模式的树干纤维素含量最高，为34.32%，比平均值高出6.90%，高出混交林7.89%，高出纯林13.72%。

2.4 不同造林模式闽楠幼林光合作用分析

2.4.1 不同造林模式闽楠光合效应比较

由表5可见，不同造林模式闽楠净光合速率（Pn）的范围为5.33～6.98 μmol/m2·s，值越大表明该造林模式的光合作用越大，各造林模式的净光合速率大小排序为：纯林>混交林>林下套种。不同造林模式闽楠蒸腾速率（Tr）的范围为2.82～3.45 μmol/m2·s，各造林模式的蒸藤速率大小排序为：林下套种>混交林>纯林。不同造林模式闽楠气孔导度（GS）的范围为390.02～392.22 μmol/mol，各造林模式的气孔导度大小排序为：纯林>混交林>林下套种。不同造林模式闽楠胞间CO2浓度（Ci）的范围為269.76-293.94 μmol/mol，各造林模式的胞间CO2浓度大小排序为：林下套种>纯林>混交林。不同造林模式闽楠水分利用效率（WUE）的范围为1.89～2.27，各造林模式的水分利用效率大小排序为：林下套种>纯林>混交林。

2.4.2 不同造林模式闽楠光曲线特征响应参数比较

运用双曲线修正模型对3个造林模式闽楠光合作用的光响应值进行拟合，计算各光响应参数值，并绘制光响应曲线图（图1-3），达到了良好的效果（为0.9906～0.9930）。在PAR为0～200 μmol/m2·s时，Pn随PAR值的增加呈线性相关，对其进行线性回归，直线的斜率即为表观量子效率。由表6可以看出：最大净光合速率（Pmax）的范围在5.52～7.92 μmol/m2·s，越大表明该造林模式的光合作用潜力越大，各造林模式的光合潜力大小排序为：林下套种>混交林>纯林。

表观量子效率是构建冠层光合作用模拟模型和C循环模型的重要生理指标，值越高，则说明叶片转化光能的效率越高[14-15]。不同造林模式表观量子效率（AQY）大小范围在0.0417～0.0602 μmol/m2·s，从大到小的顺序为：林下套种>混交林>纯林。

呼吸速率小，有机物代谢效率高[16]。不同造林模式的暗呼吸速率（Rd）大小范围为0.9742～1.1101 μmol/m2·s，暗呼吸速率值从大到小排序为：混交林>林下套种>纯林。

不同造林模式光饱和点（Ls）的范围在943.62～1508.13 μmol/m2·s，光饱合点均值在1244.02 μmol/m2·s左右。光补偿点（Lc）的范围在11.79～16.53 μmol/m2·s，Ls和Lc由高到低依次为纯林>混交林>林下套种。

Pmax反应了植株对强光的利用能力，Ls反应了植株对强光的适应能力;Lc反应植株对弱光的适应能力，AQY 反应植株强光利用能力。较其他模式相比，杉木林下套种闽楠幼苗的 Ls、Lc偏低，这说明林下套种闽楠幼苗对强光和弱光的适应能力较弱;Pmax、AQY偏高，说明杉木林下套种闽楠幼苗光合潜力高，对低光强的利用能力较强，在低光强环境下能较好的捕捉光量子进行光合作用。说明闽楠幼林具耐阴性，但又能忍受一定的光强，这与盛杰等[17]的结论较为一致。

2.5 筛选最优的闽楠造林模式

2.5.1 各指标相关分析

将闽楠地上生长性状与各性状指标进行Pearson相关性分析。结果表明（表7），闽楠地上生长性状（地径、最大冠幅、树高、枝下高）与总根长、根总表面积、根系总体积、根深、平均根幅均呈正相关，且达到显著和极显著水平;说明闽楠植株地上部分生长越旺盛，根系越发达。闽楠地上生长性状与Pn均呈负相关，且达到显著和极显著水平。

2.5.2 综合评价

将闽楠生长指标、根系指标、材性指标及光合速率等这几个指标标准化后进行加权平均，并排名得出（见表8），林下套种闽楠的综合评分最高，达0.7814，混交林次之，得分为0.2782;纯林的综合评分排名最后。从地上、地下生长指标、及生理指标各方面分析，本研究3种模式中杉木保留密度450株/hm2的林下套种闽楠模式造林效果最好，该模式最适合闽楠生长。

3 结论与讨论

本研究中林下套种闽楠模式的平均地径、树高、最大冠幅、枝下高、根深、平均根幅、单株总根长、总表面积和根系总体积均最大，均高于纯林和混交林。欧建德[18]发现对闽楠人工幼树的苗高、地径和冠幅的影响依次为单施氮>单施磷>单施钾;葛乐[19]发现杉木林下套种树种后林地土壤物理结构和土壤养分均有不同程度的改善。本研究中杉木林下套种闽楠的试验地土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷、有机质均高于纯林和混交林，这有利于闽楠生长，这与楚秀丽等[20]研究结果较为一致。

木材密度、含水率和纤维素含量均是木材材性的重要指标。木材含水率对后期木材加工而言，木材有干缩湿胀的特性，含水率越高，木材越容易变形、翘曲。本研究中不同造林模式对三年生闽楠的基本密度、生材密度、生材含水率均无显著差异，对树干纤维素含量的影响达到差异显著水平。纤维素是植物细胞壁的主要结构成分[21]。杉木林下套种模式下的闽楠纤维素含量最高，在闽楠推广应用过程中，在某些对纤维素含量有一定要求的领域，如制浆造纸领域，可考虑采用杉木林下套种闽楠模式。

3种不同造林模式闽楠最大净光合速率（Pmax）和表观量子效率（AQY）的大小排序为：林下套种>混交林>纯林。光饱和点（Ls）和光补偿点（Lc）由高到低依次为纯林>混交林>林下套种。通过比较分析3种造林模式下的闽楠生长状况、根系形态、光合作用及木材性质等性状表现，更全面地反映出造林成效的好坏，并为传统意义上研究造林成效的方法及手段提供了新的方向。本研究中杉木林下套种闽楠的地上生长性状和根系性状均优于其他两种模式，初步确定保留密度450株/hm2的杉木林下套种闽楠为造林成效最优的模式，该模式最适合闽楠生长。由于目前试验地闽楠仅生长2a，随着闽楠的生长，后期理化性质是否有变化，后续是否会按照这个规律生长还无法确定，所以有必要对这3种造林模式下闽楠生长情况进行持续观测。

参 考 文 献：

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