人工马尾松闽楠复层混交林生长效应

林素娇

(沙县林业局，福建 三明 365050)

随着生态环境保护理念的普及，建立结构良好、功能优化的森林结构日益引起人们的重视[1]。受经济效益最大化的驱使，多年来我国南方林区造林以马尾松、杉木等树种为主。针叶树人工纯林树种单一，林分结构简单且抗逆性差，难以充分发挥森林的多种生态功能。培育具有较高生态安全的林分结构体系，已是林业生产上亟待解决的重大问题[2-3]。闽楠(Phoebebournei)，为樟科(Lauraceae)楠属(Phoebe)常绿阔叶乔木，是我国特有二级珍稀濒危保护植物。闽楠是我国传统珍贵用材树种，是金丝楠木的代表树种，经济价值高，具涵养水源、培肥土壤功能[4-6]。在马尾松林下套种楠木对改善森林生态系统、提高林地产出、增加林农收入、实现林业可持续发展具有重要的现实意义。为分析营造马尾松闽楠复层混交林对林木生长及生态效应的影响，在福建沙县开展马尾松林下套种闽楠试验，并对结果进行总结。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于福建省沙县富口镇延溪村，平均海拔329 m，年均降雨量1 836 mm，年均气温19.1 ℃，无霜期285～295 d。土壤为山地红壤，土层厚度0.8 m，肥力中等。试验林分为1985年人工营造的马尾松纯林，伐前郁闭度0.8。

1.2 试验设计

试验采用完全随机区组设计，设3个处理3次重复。处理A为间伐后套种的马尾松闽楠复层混交林，即间伐马尾松林，伐后郁闭度0.5左右，保留株数约450株·hm-2，次年春季林下套种闽楠1 200株·hm-2。处理B为皆伐重造的闽楠纯林，即对马尾松林皆伐后次年春季种植闽楠，密度1 650株·hm-2。处理C为人工马尾松纯林，即没有任何处理，林分密度约825株·hm-2。共设9块标准地，每块标准地20 m×20 m。2008年按照试验设计对马尾松林分进行间伐或皆伐。2009年1月，采用1 a苗龄的闽楠裸根苗造林。造林后第1～3年每年抚育2次，第4～5年每年抚育1次，均采用全面锄草抚育。

1.3 林分调查

1.3.1 生长量调查

于2018年11月对标准地进行每木调查，测量树高、胸径、株数，计算单株立木材积和林分总蓄积。

闽楠单株立木材积V=0.000 527 6D1.882 161H1.009 317

马尾松单株立木材积V=0.000 094 924 1D1.832 224H0.819 726

1.3.2 生物量调查

在每木调查的基础上，以平均树高和平均胸径为指标在每个标准地内选择标准木，用分层切割法测定主干、枝、叶的鲜质量，然后抽取30%混合后的样品烘干，测定干质量并计算持水量。同时，每个标准地随机设5个1 m×1 m样方以测定林下植被层、枯枝落叶层的鲜质量，烘干后称重并计算持水量。

1.3.3 土壤调查

每个标准地随机布设5个点，挖出土壤垂直剖面，分别收集土层深度0～20 cm、20～40 cm的土壤，回室内测定土壤渗透率、化学性质，计算土壤孔隙度、蓄水量、有机质、养分等。

2 结果与分析

2.1 对林木生长的影响

2.1.1 对闽楠生长的影响

马尾松闽楠复层混交林内闽楠的胸径、树高及单株材积均显著高于闽楠纯林(表1、表2)。闽楠幼龄期较耐荫，对光照条件要求较严格。对上层林木进行间伐后在林下套种闽楠，能够为闽楠生长提供较理想的光照条件，显著促进了闽楠的生长。这也说明了闽楠适合林下套种，是林下更新的优良树种之一。

表1 不同处理林分生长情况

2.1.2 对马尾松生长的影响

对照马尾松闽楠复层林与马尾松纯林中马尾松的生长情况可以发现，复层林能够显著促进马尾松的胸径、树高和单株材积生长，但对林分总材积无显著性差异(表1、表2)。这是由于复层混交林营造时进行了间伐，降低了马尾松的密度，促进了马尾松单株的生长。套种未对林分总蓄积产生显著影响，因此这种改造方式可用于培育马尾松大径材。

表2 性状方差分析

2.2 对生物量积累的影响

2.2.1 对闽楠生物量积累的影响

马尾松闽楠复层林中闽楠的总生物量、主干生物量、枝生物量、叶生物量较闽楠纯林分别增加了37.81%、110.94%、88.88%、77.38%，这与不同林分类型下闽楠所处的生境有关(表3)。复层林中的闽楠处在马尾松林冠层下，其光环境以及水湿条件均较适宜其生长，而闽楠纯林处在全光照条件，过强的光照强度和过于干燥的生境不利于闽楠的生长。

表3 各林分生物量

2.2.2 对马尾松生物量积累的影响

马尾松闽楠复层林中马尾松的总生物量、主干生物量、枝生物量、叶生物量分别较马尾松纯林增加了67.05%、59.67%、9.81%、125.41%(表3)。马尾松为强阳性树种，间伐后林分密度由825株·hm-2减少为450株·hm-2，从而为其林木与树冠提供优越的光照与生长空间。

2.3 对林分净生产力影响

马尾松闽楠复层林的净生产力最高，是马尾松纯林的115.19%，是闽楠纯林的618.02%(表4)。可见套种明显提高了林分的生产力，有效提高了土地利用率。

表4 乔木层净生产力情况

2.4 林分生物量器官分配

在马尾松的林分生物量器官分配方面，处理A和处理C均呈现出主干>枝>叶的规律(表3)。处理A中马尾松的枝、叶生物量比处理C分别提高了48.90%、21.78%。究其原因是复层林分营造时经过间伐，扩大了马尾松的地上生长空间，促进了马尾松的树冠生长，同时增加了马尾松的枝叶(同化器官)生物量分配，增加了其光合作用能力，因而有利于马尾松的生长。在闽楠的林分生物量器官分配方面，处理A和处理B均呈现出主干>枝>叶的规律。在器官分配方面，处理A为27.74%，处理B为27.37%，复层林分中闽楠的枝叶生物量较闽楠纯林增加了1.35%，即同化器官的生物量分配有所增加，有利于闽楠光合作用，促进行植株生长。

2.5 对水源涵养功能的影响

2.5.1 对水文效能的影响

不同林分结构的林分总持水量在36.75～54.41 t·hm-2，其中马尾松纯林最高，其次为马尾松闽楠复层混交林，闽楠纯林最低(表5)。马尾松闽楠复层混交林的林冠层持水能力最强，其次为马尾松纯林，闽楠纯林最低。林冠层持水能力由林冠层枝叶生物量及其持水率决定。皆伐重造的闽楠植株较小，其树冠层枝叶生物量较少。混交林的林冠层持水率与马尾松纯林较接近。

表5 不同林分水文效能

闽楠纯林的林下植被层持水量最高，马尾松纯林次之，混交林最低。这与不同处理导致林下光环境差异有关。皆伐重造闽楠纯林的林下光照强度最高，林下植被层丰富，其生物量相应增加；马尾松闽楠复层混交林的林下光照强度最小，限制了林下植被层的生长。

马尾松纯林的枯枝落叶层持水量最高，复层混交林次之，闽楠纯林最低。这与闽楠尚属幼树，枝叶生活力弱，其凋落物较少有关。

2.5.2 对土壤水源涵养能力的影响

林地土壤是水分贮蓄的主要场所。土壤水分贮蓄量和贮蓄方式受其物理性质影响很大。水分在土壤的非毛管孔隙和毛管孔隙中的运动和贮蓄方式不同。在非毛管孔隙中的水分主要受重力作用，贮蓄和运动速度快，在林地调节水分运动中起重要作用。非毛管孔隙贮蓄水量是评价林地涵养水源的重要指标之一[10]。土壤总蓄水量是毛管孔隙和非毛管孔隙蓄水量之和，反映了土壤贮蓄和调节水分的潜在能力。由不同处理0～20 cm与20～40 cm土层的蓄水能力可见，复层混交林的土壤蓄水量最大，分别是闽楠纯林的102.1%、马尾松纯林的111.2%。综合林分整体持水功能，以马尾松闽楠复层混交林的水源涵养功能最强，分别是闽楠纯林的102.6%和马尾松纯林的110.2%(表6)。因此，马尾松闽楠复层混交林可以很好地改善土壤水源涵养能力，与马尾松纯林比较具有较高调节与涵养水源功能。

表6 0～40 cm土层林地土壤贮蓄水能力

2.5.3 对培肥土壤效应的影响

马尾松闽楠复层混交林与闽楠纯林均比马尾松纯林土壤更疏松、通透性能更好、保水能力更强、土壤肥力更高，表明在针叶林纯林中引进阔叶树种可以实现改良土壤的作用(表7)。就整体改良土壤能力而言，间伐后套种的林分整体改良土壤能力优于皆伐重造的闽楠纯林，这是由于闽楠幼龄耐荫，较适宜林下中度弱光生境，在林下较全光照条件下生长迅速，植株更大，其相应的枯枝落叶量也较大。

表7 土壤理化性质

3 小结与讨论

马尾松纯林进行间伐并采用林下植苗方式套种闽楠，所形成的复层混交林较皆伐营造的闽楠纯林能够显著性促进闽楠生长，较马尾松纯林能显著性促进马尾松生长，而对整体林分蓄积无显著性影响。马尾松闽楠异龄复层混交林从种群结构、垂直结构和水平结构都比较合理，这种林分结构有利于培育马尾松中大径材和贮备闽楠种质资源。间伐后套种形成的马尾松闽楠复层混交林能够疏松土壤，使土壤的通透性能更好、保水能力更强、土壤肥力更高，因而水源涵养功能和改土效果也最好。