不同密度杉木林分下套种闽楠的生长分析

范辉华，李 莹，汤行昊，姚湘明，张天宇

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；2.顺昌县林业科学技术中心，福建 顺昌 353200)

闽楠[Phoebebournei(Hemsl.) Yang]是我国特有的二级珍稀濒危保护植物，也是我国南方集林区重点发展的珍贵用材树种和战略储备林树种[1-2]。然而，闽楠因其生态适应性较弱，生长相对缓慢，对立地环境条件要求较高，不宜连片规模发展，常因选地不当或经营管理不善导致造林不成林、生长不良或成林不成材，人工林发展缓慢。因此，开展闽楠人工林培育模式和相关配套技术的研究及创新均具重要意义。我国南方人工林多以杉木[Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.]和马尾松(PinusmassonianaLamb.)为主，长期大面积同龄纯林连栽导致林分结构单一、生产力下降、林地退化和生态系统功能不够健全等严重生态问题[3-5]。近年来，福建省通过实施林分质量精准提升战略，大力发展乡土珍贵树种造林，通过在杉木、马尾松针叶纯林择伐林地开展林下闽楠珍贵树种的种植，优化了林分结构和功能，构建更加健康、稳定、优质、高效的复层林，既有利于杉木大径材培育，又拓展了珍贵树种的发展空间，对福建乃至南方林区森林资源质量的恢复、发展和提升具有重要的意义[6-9]。

为探寻适宜的杉木-闽楠混交模式，当前，已有学者就杉木-闽楠复层林营建后闽楠生长[6,10]和林分的生态效应[2,6]进行了一些研究和探讨。无论是树种生长、林分生产力[2]或是林分结构[11]，包括立地条件[8]等方面，营建复层林具有明显的向好作用。然而，由于对杉木-闽楠复层林的研究时间仍较短且各地气候、立地等环境条件差异大，目前仍未形成成熟的可供生产实践应用的杉木-闽楠复层林经营模式与配套技术。因此，优化森林培育模式是当前提高珍贵树种闽楠造林成效，实现杉木大径材培育的重要基础。鉴于此，2009年分别选择顺昌县的西坑和八一工区杉木人工林，通过对杉木人工林实施不同强度间(择)伐后的林下间种闽楠，营建杉木-闽楠复层林。2017年调查试验林两个树种的生长指标，了解不同间伐强度的杉木和闽楠生长状况，探索同时促进杉木和闽楠林木生长的林分密度，为杉木-闽楠复层林的营建提供科学依据。

1 试验地与林分概况

试验地位于福建省顺昌县(117°29′～118°39′E, 25°50′～27°121′N)，海拔180～330 m，属亚热带海洋性季风气候，自然条件优越，生态环境良好，境内气候温暖湿润，雨量充沛，雨热同期，光照充足，冬无严寒，夏无酷暑，水热条件优越，适宜闽楠人工林的发展。试验地年平均气温19 ℃，年平均降水量1 600～1 800 mm，无霜期285 d，相对湿度81%。林分样地均属于低山丘陵，土壤为山地红壤，土层较深厚，腐殖质含量丰富，其中Ⅰ级肥沃型和Ⅱ级较肥沃型土壤共占64.86%。林下植被主要有鱼腥草(HouttuyniacordataThunb.)、淡竹叶(Lophatherumgracile)和铁芒萁(Dicranopterislinearis)。

设置元坑镇西坑和岚下镇八一工区两个试验点，杉木造林时间分别为1991和1986年。其中，西坑林分面积3 hm2，杉木初植密度为1 005 株·hm-2，间伐前密度为750～825 株·hm-2，平均胸径为25.48 cm，郁闭度为0.6，林木生长良好；八一工区林分面积2 hm2，杉木初植密度为1 800 株·hm-2，间伐前密度约为1 500～1 650 株·hm-2，平均胸径为20.86 cm，郁闭度为0.7，该林分密度偏高且未经过抚育间伐，杉木生长较西坑的差。

2 研究方法

2.1 杉木-闽楠复层林营建

于2008年7—10月，采用下层间伐法，遵循砍小留大及砍劣留优且兼顾保留木均匀分布的原则对两试验点杉木林开展不同强度抚育间伐。分别选择立地条件一致的林分设置试验样地，西坑试验点在南坡，设置2个保留密度(180、 480株·hm-2),共8块样地，八一工区试验点在西南坡，设置3个保留密度(485、630、825株·hm-2),共6块样地(表1)，样地面积均为30 m×30 m，样地四角设永久标桩。闽楠造林前进行块状整地，定植塘60 cm×40 cm×40 cm，造林前每穴施钙镁磷基肥0.5 kg。于2009年春季(2—3月)在杉木间伐林窗定植地径约0.3 cm、苗高25～30 cm的1年生闽楠容器苗，其中，西坑和八一工区试验点闽楠套种密度分别为2 505和1 740 株·hm-2。造林后前3 a每年清除杂草2次，第4～5年，每年1次。因两试验点杉木林龄等不同，分别构成独立的单因素完全随机设计。

表1 样地概况Table 1 Basic information of sample plots

2.2 试验林调查

2017年8月上旬，在样地中采用5点调查法选择30株闽楠，分别测定其树高、胸径、枝下高、最大冠幅以及最大枝基径等指标。闽楠单株材积计算采用福建省林业勘察设计院于1988年编制的福建省阔叶树人工林二元立木材积公式:

V=0.000 052 76D1.882 161H1.009 317

(1)

式中：V为闽楠单株材积(m3)；D为胸径(cm)；H为树高(m)。

同期对各标准地内的杉木保留木进行胸径每木检尺，并计算杉木单株材积，计算公式如下[12]:

V=a0(a1+b1d1.3)b0[a2+b2/(k+d1.3)]c0

(2)

式中：V为杉木单株材积(m3)；d1.3为胸径；a0=0.000 058 061 860，a1=-0.256 300 070，a2=49.651 385，b0=1.955 335 10，b1=0.979 712 71，b2=-2 229.609 7，k=44。

单位面积蓄积量=树种平均单株材积×单位面积树种株数[13]。

2.3 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2003和SPSS 19.0软件进行统计与分析。对闽楠和杉木主要生长参数进行单因素方差分析，多重比较采用Duncan法。采用Pearson相关系数分析法对闽楠生长性状进行相关分析。

3 结果与分析

3.1 闽楠生长情况

西坑和八一工区两个试验点内不同杉木保留密度的闽楠生长情况见表2。其中，西坑试验点1～6号样地杉木林下闽楠的平均胸径和树高较7～8号样地分别提高了149.01%和88.95%；前者的平均单株材积和单位面积蓄积量较后者分别提高了1 070.00%和973.08%;该试验点不同杉木保留密度林下闽楠的平均胸径、平均树高、平均单株材积和单位面积蓄积量均呈极显著性差异。八一工区试验点内，杉木保留密度的差异对林下闽楠的生长有显著影响，1～2号样地杉木林下闽楠的平均胸径、树高较3～4号和5～6号样地分别提高了19.75%、7.02%和40.04%、42.46%；平均单株材积、单位面积蓄积量较3～4号和5～6号样地均分别提高了57.50%、50.48%和152.00%、165.66%。两个试验点，不同杉木保留密度下的闽楠平均胸径、树高和单株材积间均呈显著或极显著差异，且随杉木保留密度增加而降低。

由表3可知，西坑试验点内，7～8号样地的杉木林下闽楠平均最大冠幅、平均枝下高和最大分枝粗较1～6号样地分别降低了29.52%、33.33%和44.55%，而最大分枝角度则提高了8.65%；除平均枝下高外，不同杉木保留密度林下闽楠平均最大冠幅、最大分枝角度和最大分枝粗均有显著或极显著性差异。八一工区试验点内，1～2号样地杉木林下闽楠的平均最大冠幅、平均枝下高、最大分枝粗较3～4号和5～6号样地分别提高了4.09%、23.17%、4.39%和30.31%、36.49%、47.83%，而林下最大分枝角度分别降低了12.64%和17.67%；除平均枝下高外，不同杉木保留密度林下闽楠的平均最大冠幅、最大分枝角度和最大分枝粗均有显著或极显著性差异。 两个试验点内，不同杉木保留密度的林下闽楠平均最大冠幅、平均枝下高和最大分枝粗均随着杉木保留密度增加而降低，而最大分枝角度则呈现出相反的变化趋势，即随着杉木保留密度的增加而增加。

表2 不同样地杉木林下闽楠的生长情况Table 2 The average DBH and height of Phoebe bournei under the C. lanceolate plantation with different retention densities in different sample plots

注：同列数据后不同大写字母表示同一试验点不同杉木保留密度下闽楠生长指标之间差异达极显著水平(P<0.01)；不同小写字母表示其差异达显著水平(P<0.05))。Note: different capital letters indicate that the difference between the growth indexes ofPhoebebourneiunder theC.lanceolateplantation with different densities in the same test site is extremely significant (P<0.01), and different lowercase letters indicate that the difference reaches a significant level (P<0.05).

表3 不同样地杉木林下闽楠的形质生长情况 Table 3 Shape growth of Phoebe bournei under the C. lanceolate plantation with different retention densities in different sample plots

注：同列数据后不同大写字母表示同一试验点不同杉木保留密度下闽楠生长指标之间差异达极显著水平(P<0.01)；不同小写字母表示其差异达显著水平(P<0.05))。Note: different capital letters indicate that the difference between the growth indexes ofPhoebebourneiunder theC.lanceolateplantation with different densities in the same test site is extremely significant (P<0.01), and different lowercase letters indicate that the difference reaches a significant level (P<0.05).

3.2 杉木生长情况

间伐8.5 a后，西坑试验点内，不同杉木保留密度的杉木保留木平均胸径、单株材积均无显著性差异(表4)，但1～6号样地的杉木林间伐后胸径年平均生长量较7～8号样地增加了10.76%。而在八一工区试验点内，1～2号样地杉木保留木的平均胸径和单株材积较3～4号、5～6号样地分别提高了7.82%、21.05%和9.81%、26.82%，两个指标中，前者与后两者之间均呈显著性差异(P<0.05)，但后两者之间无显著差异；同时，随着杉木保留密度增加，该试验点内杉木保留木的胸径年平均生长量呈降低趋势。由此可见，降低杉木保留密度(或增加间伐强度)促进了杉木保留木平均胸径和单株材积的生长，且随着密度的降低而增大。

径阶分布是林分结构的重要表征值之一，统计两个试验点内杉木保留木的径阶分布后发现，西坑试验点内，1～6号样地胸径超过30 cm的杉木株数占杉木总株数的88.30%，径阶分布更集中，而在7～8号样地中这一比例为69.40%；1～6号样地胸径在20～30 cm杉木株数占杉木总株数的15.00%，较7～8号样地降低了50.00%。相似的变化趋势在八一工区试验点内也被观察到，1～2号样地胸径在30～40 cm杉木株数占杉木总株数的21.43%，较3～4号、5～6号样地分别提高了70.89%和221.29%；1～2号样地胸径在20～30 cm的杉木株数占杉木总株数的75.77%，相较于3～4号、5～6号样地分别降低了5.93%和12.58%；1～2号样地胸径低于20 cm的杉木株数仅占杉木总株数的2.80%，相较于3～4号、5～6号样地均减少了58.02%。无论是西坑还是八一工区试验点，降低保留密度或增加间伐强度在一定范围内降低了小径材数，提高了杉木大中径材的比例，促进了上层杉木保留木的胸径生长，加速了优良林木的成材，缩短了林木成才期，提高了林分的稳定性，同时也有利于林下闽楠的快速生长和蓄积量的积累。

表4 不同样地的杉木胸径、单株材积和径阶分布Table 4 The average DBH, single tree volume and diameter distribution of C. lanceolate plantation in different sample plots

注：同列数据后不同大写字母表示同一试验点不同杉木-闽楠复层林中杉木生长指标之间差异达极显著水平(P<0.01)；不同小写字母表示其差异达显著水平(P<0.05)。Note: different capital letters indicate that the difference between the growth indexes ofC.lanceolatefrom different multiple layered forest in the same test site is extremely significant (P<0.01), and different lowercase letters indicate that the difference reaches a significant level (P<0.05).

3.3 因子间的相关分析

八一工区试验点杉木初始密度为福建省杉木中心产区中径材培育的主要经营密度，营林模式极具代表性，故以该试验点为例，对影响闽楠生长的因子及其生长指标，利用Pearson系数进行相关性分析(表5)。结果显示，除平均最大冠幅、平均枝下高和最大分枝角度外，其余闽楠生长指标均与杉木保留密度呈极显著负相关。其中，单位面积蓄积量与杉木保留密度间的相关系数高达-0.986，表明上层杉木保留密度的增加显著抑制了下层闽楠的快速生长。同时，杉木保留密度与间伐后杉木郁闭度之间的相关系数高达0.998，且闽楠主要生长指标也均与间伐后杉木郁闭度之间呈显著负相关。因此，本研究中，控制杉木间伐强度是林分人工干扰的操作手段，但杉木间伐后的郁闭度则可能是影响林下光照状况的决定性因素，与林下闽楠的生长优劣高度相关。

表5 闽楠生长与杉木保留密度间的Pearson系数相关分析Table 5 Correlation analysis of Pearson coefficients between the growth of Phoebe bournei and the retention density of C. lanceolate plantation

注：**表示因子之间在0.01 水平(双侧)上显著相关；*表示因子之间在 0.05 水平(双侧)上显著相关。Note:**indicates significant correlation at the 0.01 level (both sides);*indicates significant correlation at the 0.05 level (both sides).

4 讨论与结论

本研究结果表明，间伐8.5 a后，随着间伐强度的增加，杉木保留木平均胸径增长更快，高径阶杉木株数占比提高，径阶分布更集中，有利于杉木大径材的培育。这是因为间伐本身可能在一定程度上提高了保留木的平均胸径[14]，同时，间伐后，同一生态位的林木间竞争减小，保留木营养空间得到改善[15]。此外，在间伐后的林中空地套种闽楠，采取的施基肥和追肥措施也可促进保留杉木生长。可见，尽管上层杉木林由于间伐在短期内其林分蓄积量存在一定的损失，但降低保留密度能有效促进杉木保留木的胸径生长，缩短大径材培育期限，有利于培育更多优质、高产高效的木材。

混交林经营的核心问题是混交林树种种间关系是否协调[16]。本研究结果表明，西坑和八一工区两个试验点内，下层闽楠平均胸径、平均树高、平均最大冠幅、平均枝下高以及最大分枝粗均随着上层杉木保留密度的增加而呈现出降低趋势，说明营建杉木-闽楠复层林时，提高上层杉木林间伐强度有利于林下闽楠快速生长和保持良好形质。光照是影响楠木生长的重要因子[1,17]，闽楠幼树耐荫性较强，营林初期，上层杉木树冠能够为楠木幼树起到了遮蔽的作用，但闽楠光饱和点随着林龄的增加而提高，成林甚至需全光[18-19]，因此，减少上层杉木的保留株数，降低郁闭度，有利于林下闽楠更好的接受散射光源，足够的生长和水肥空间也促使闽楠在进入速生期后快速生长[18-19]。同时，两个试验点内，闽楠最大分枝角度均随着杉木保留密度的增加而增加。杉木树体较高，冠层较狭窄致密，密度较高时，闽楠为争夺更多的光照通过增加分枝角度来促使其对林下散射光的吸收[16]。但杉木间伐强度过大导致林分蓄积量损失过大，同时也可能引发林地裸露，水土流失严重等问题，不利于林下闽楠生长[20]。因此，明确不同龄级闽楠光照需求，在确保上层杉木获得较大生物量的同时，按照闽楠生长期对杉木林冠层进行适当抚育或间伐[15]，以确保林下闽楠能够获得理想的光环境。

在人工林经营上，通过大径材培育与珍贵树种闽楠培育相结合的方式构建杉木-闽楠垂直结构的复层林，可为后续开展森林近自然可持续经营创造条件，有利于杉木人工林生产力和多种功能的维持与提升，本研究中，未来随着林下闽楠逐步进入到主林层后，林分的空间结构、环境变化以及种间关系等因素都对杉木和闽楠的生长产生影响[16]。因此，有必要对此进行长期的定位跟踪。