丘陵低山针叶珍贵阔叶混交林生长效应与生物量研究

谢沛源，李 贵，吴 敏，陈 瑞，刘振华，童方平

（1.湖南省林业事务中心，湖南 长沙 410004； 2.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004； 3.湖南省优质用材工程技术研究中心，湖南 长沙 410004）

杉木 （Cunninghamia lanceolata）、马尾松（Pinusmassoniana）是我国南方主要用材林树种，具有栽培面积大、栽培时间长、分布广、速生丰产等特点。随着其人工栽培面积的不断扩大，因多代连栽导致地力严重衰退，并引起有害生物频发、水源涵养能力降低、生物多样性降低等严重的生态环境问题［1-4］。杉木人工纯林多代连栽地力衰退问题已引起人们的极大关注，而杉阔混交林则被认为是维持杉木人工林长期生产力的较好途径之一［5-12］。

随着我国南方林区树种和林种结构的调整，市场上对珍贵阔叶树种大径材的需求不断增加。而且，阔叶林具有较好的保持水土、改良土壤、增加土壤肥力和提高生物多样性等优点，其与针叶树种杉木、马尾松的混交造林模式被广泛应用于我国热带、亚热带木材战略储备基地建设、生态公益林营建及森林质量精准提升中，营造针、阔混交林已成为现代林业高质量发展的重要营造林和经营模式［13-21］。本文研究了针叶树种与珍贵阔叶树种混交造林后各树种的生长量、生物产量等，旨在为混交造林模式评价提供数据支撑。

1 试验地概况

试验点一为安化县马路口镇谢家溪村林场（110°59＇32.15″E，28°25＇29.21″N），海拔370 m，为丘陵地貌，土壤为砂岩发育的红壤，土壤平均厚度75 cm，腐殖层平均厚度8 cm，立地指数14，坡向为南坡。

试验点二为新宁县国有东岭林场（110°45＇00″E，26°15＇22″N），海拔690 m，为低山地貌，土壤为花岗岩发育的红壤，土壤平均厚度80 cm，腐殖层平均厚度6 cm，立地指数14，坡向为南坡。

试验点三为国有金洞林场 （111°15＇38″E，26°13＇28″N），海拔620 m，为低山地貌，土壤为板页岩发育的红壤，土壤平均厚度90 cm，腐殖层平均厚度11 cm，立地指数16，坡向为南坡。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验材料杉木、马尾松为一代种子园种子培育的I级裸根苗，闽楠 （Phoebe bournei）、红榉（Zelkova serrata）、 南 酸 枣 （Choerospondias axillaris）、马褂木（Liriodendron chinense）为各试验点当地种源培育的1年生实生苗。闽楠苗高30 cm、地径0.25 cm；红榉苗高50 cm、地径0.40 cm；南酸枣苗高100 cm、地径0.60 cm；马褂木苗高80 cm、地径0.50 cm。

2.2 试验设计与方法

2.2.1 试验设计

安化点试验设计3个混交模式加2个纯林对照，包括模式1（7杉木2红榉1闽楠）、模式2（3杉木2马尾松3闽楠2红榉）、模式3（6杉木2红榉2南酸枣）、CK安1（杉木纯林）、CK安2（红榉纯林）。株间混交，长方形小区，每个小区150株幼树，随机区组排列，重复3次。重复I土壤平均厚度73 cm，腐殖层平均厚度7.6 cm；重复II土壤平均厚度76 cm，腐殖层平均厚度8.2 cm；重复III土壤平均厚度76 cm，腐殖层平均厚度8.4 cm。造林株行距为2.0 m×2.5 m，林分未间伐。试验造林时间为2006年春，调查时间为2018年春，林龄为12 a。

新宁点试验设计1个混交模式加1个纯林对照，包括模式4（8杉木2马褂木）、CK新（杉木纯林）。株间混交，长方形小区，每个小区80株幼树，随机区组排列，重复3次。重复I土壤平均厚度78 cm，腐殖层平均厚度5.8 cm；重复II土壤平均厚度80 cm，腐殖层平均厚度6.1 cm；重复III土壤平均厚度82 cm，腐殖层平均厚度6.1 cm。造林株行距为2.0 m×2.5 m，林分未间伐。试验造林时间为2006年春，调查时间为2018年春，林龄为12 a。

金洞点试验设计为1个混交模式加1个纯林对照，包括模式5（6杉木3闽楠1木荷）、CK金（杉木纯林）。株间混交，长方形小区，每个小区80株幼树，随机区组排列，重复3次。重复I土壤平均厚度88 cm，腐殖层平均厚度10.7 cm；重复II土壤平均厚度91 cm，腐殖层平均厚度11.1 cm；重复III土壤平均厚度91 cm，腐殖层平均厚度11.2 cm。造林株行距为2.0 m×3.0 m，林分未间伐。试验造林时间为2006年春，调查时间为2018年春，林龄为12 a。

2.2.2 指标测定方法

（1）胸径、树高测定方法

胸径测定用测树卷尺量测树干高度1.3 m处直径，树高用测高杆实测。

（2）生物量测定方法

在各混交模式中，根据林分平均树高和胸径选取3株平均木测定生物量。乔木层地上部分生物量按Monsi分层切割法测定；根系生物量采用全挖法挖出根系，并用树干解析法测定并计算年净生产量。具体方法是在每木检尺的基础上选择3株平均标准木伐倒，地上部分采用“2 m区分段分层切割法”测定标准木的干、枝、叶鲜重，地下部分采用“分层挖掘法”（0～15 cm、＞15～30 cm、＞30 cm）挖出全部根系，分别测定根茎、粗根（＞0.5 cm）、中根（0.2～0.5 cm）、细根（＜0.2 cm）鲜重，并分别取0.5 kg样品［6］带回实验室，用蒸馏水冲洗干净，经105℃杀青30 min，再用80℃烘干至恒重，计算各样品含水率，推算出各器官的干重、林木单株生物量及林分生物量［22-25］。

2.3 数据统计与分析

采用Excel2007、SPSS 19.0等软件进行数据处理与分析。

3 结果与分析

3.1 各试验点不同混交树种胸径、树高方差分析

对3个试验点12年生混交试验林胸径、树高等进行调查统计和方差分析，结果见表1。

表1 各试验点不同混交树种胸径、树高方差分析Tab.1 Variance analysis of DBH and height of differentm ixed forest at each test site

根据图1可知，安化点不同混交模式中胸径、树高存在极显著差异；新宁点混交造林模式中的胸径、树高存在显著差异；金洞点混交造林模式中的胸径、树高存在极显著差异。

图1 安化点不同混交模式各树种胸径均值与差异Fig.1 Themean and difference of DBH of different tree species in differentm ixed modes at Anhua site

图2 新宁点不同混交模式各树种胸径均值与差异Fig.2 Themean and difference of DBH of different tree species in differentm ixed modes at Xinning site

3.2 不同混交模式下各树种的生长响应

3.2.1 各树种胸径的生长响应

由于各树种的生物学、生态学特性的差异，各树种通过混交配置后生长响应是不一样的。安化、新宁、金洞3个试验点各混交模式下各树种胸径均值及差异性见图1～图3。

图3 金洞点不同混交模式各树种胸径均值与差异Fig.3 Themean and difference of DBH of different tree species in differentm ixed modes at Jindong site

根据图1～图3可知，在相同立地、造林密度、管理条件下，安化点各树种胸径生长量的大小顺序是：模式3南酸枣＞模式2马尾松＞模式1闽楠＞模式2闽楠＞模式1红榉＞模式2杉木＞CK安1杉木＞模式2红榉＞模式1杉木＞模式3杉木＞模式3红榉＞CK安2红榉，其中模式1中混交树种闽楠、红榉，模式2中混交树种马尾松、闽楠、杉木，模式3中混交树种南酸枣胸径生长量大于对照杉木的胸径生长量；模式1、模式2、模式3中所有混交树种胸径生长量均大于对照红榉的胸径生长量。安化点各模式中杉木胸径与对照杉木相比均无显著差异，安化点模式1中红榉胸径与对照红榉相比有极显著差异。模式2中杉木胸径高出对照杉木3.77%，而模式1、模式3中杉木胸径则分别低于对照杉木3.54%、9.92%；模式1、模式2、模式3中红榉胸径分别高出对照红榉29.70%、15.99%、3.45%。

新宁点各树种胸径生长量的大小顺序是：模式4马褂木＞模式4杉木＞CK新杉木纯林，模式4中马褂木、杉木胸径生长量大于杉木纯林的胸径生长量但没有显著差异，混交林中杉木胸径高出对照杉木5.41%。

金洞点各树种胸径生长量的大小顺序是：模式5木荷＞模式5杉木＞CK金杉木纯林＞模式5闽楠。金洞点混交林中杉木胸径与对照杉木胸径相比没有显著差异，但金洞点混交林中杉木胸径生长量高出对照杉木8.06%。

3.2.2 各树种树高的生长响应

安化、新宁、金洞3个试验点各混交模式下各树种树高均值及差异性见图4～图6。

图4 安化点不同混交模式各树种树高均值与差异Fig.4 Themean and difference of height of different tree species in differentm ixed modes at Anhua site

图5 新宁点不同混交模式各树种树高均值与差异Fig.5 Themean and difference of height of different tree species in differentm ixed modes at Xinning site

图6 金洞点各混交模式树种树高均值与差异Fig.6 Them ean and difference of height of different tree species in differentm ixed modes at Jindong site

根据图4～图6可知，在相同立地、造林密度、管理条件下，安化点各树种树高生长量的大小顺序是：模式3南酸枣＞模式1闽楠＞模式2马尾松＞模式2闽楠＞模式1红榉＞模式2红榉＞模式1杉木＞模式2杉木＞CK安1杉木纯林＞模式3杉木＞模式3红榉＞CK安2红榉纯林；安化点模式1、模式2红榉树高与对照红榉树高相比有极显著差异。模式1中闽楠、红榉、杉木，模式2中闽楠、红榉、杉木、马尾松，模式3中南酸枣树高生长量均大于对照杉木树高生长量；模式1、模式2杉木树高大于对照杉木，而模式3中杉木树高则小于对照杉木。其中模式1、模式2杉木树高分别高出对照杉木4.54%、4.41%，而模式3中杉木树高则低于对照杉木2.58%；模式1、模式2、模式3中红榉树高分别高出对照红榉22.37%、10.05%、1.37%。

新宁点各树种树高生长量的大小顺序是：模式4马褂木＞模式4杉木＞CK新杉木纯林。金洞点各树种树高生长量的大小顺序是：模式5木荷＞CK金杉木纯林＞模式5杉木＞模式5闽楠。新宁点混交林中杉木树高高出对照杉木树高2.49%，金洞点混交林中杉木树高则低于对照杉木树高6.72%。

3.2.3 各树种单株材积的生长响应

单株材积与胸径、树高相关，因此混交后各树种单株材积的生长响应是不一样的。安化、新宁、金洞3个试验点各混交模式下各树种单株材积均值及差异性见图7～图9。

图7 安化点不同混交模式各树种单株材积均值与差异Fig.7 The average single volume and difference of each tree species in differentm ixed modes at Anhua site

图8 新宁点不同混交模式各树种单株材积均值与差异Fig.8 The average single volume and difference of each tree species in different m ixed modes at Xinning site

图9 金洞点不同混交模式各树种单株材积均值与差异Fig.9 The average single volume and difference of each tree species in different m ixed modes at Jindong site

根据图7～图9可知，在相同立地、造林密度、管理条件下，安化点各树种单株材积生长的顺序是：模式2马尾松＞模式3南酸枣＞模式1闽楠＞模式2闽楠＞模式1红榉＞模式2杉木＞CK安1杉木纯林＞模式2红榉＞模式1杉木＞模式3杉木＞模式3红榉＞CK安2红榉纯林。安化点模式1、模式2中红榉单株材积与对照红榉单株材积相比有极显著差异。模式2中杉木单株材积高出对照杉木单株材积的11.77%，而模式1、模式3中杉木单株材积则分别低于对照杉木单株材积3.21%、20.51%；模式1、模式2、模式3中红榉单株材积分别高出对照红榉单株材积91.2%、39.19%、3.77%。

新宁点各树种单株材积生长量的大小顺序是：模式4马褂木＞模式4杉木＞CK新杉木纯林。新宁点混交林中杉木单株材积与对照树种杉木纯林单株材积相比有极显著差异，混交林中杉木单株材积高出对照杉木单株材积15.71%。

金洞点各树种单株材积生长量的大小顺序是：模式5木荷＞模式5杉木＞CK金杉木纯林＞模式5闽楠。金洞点混交林中杉木单株材积高出对照杉木单株材积13.33%。

3.2.4 各模式蓄积量的生长响应

安化、新宁、金洞3个试验点各混交模式蓄积量均值及差异性见图10。

图10 安化、新宁、金洞点各模式蓄积量均值与差异图Fig.10 Themean volume and difference of eachmodel at Anhua，Xinning and Jindong site

蓄积量与林分密度和单株材积相关，根据3个试验点各树种胸径、树高、单株材积分析，各种模式下各树种生长响应不一致，从而影响林分的蓄积量。根据图10可知，3个试验点5种混交模式的蓄积量有极显著差异，各模式混交林每1 hm2蓄积量大小顺序为：模式5＞模式4＞模式2＞模式1＞模式3，相应各模式下混交林蓄积量分别为：133.75、108.02、67.1、55.9、48.87 m3·hm-2。

3.2.5 不同混交模式与纯林生物量的比较

生物量是森林通过光合作用固定太阳能生产有机物而累积的结果，可作为衡量林地光合生产力的重要指标。不同混交模式各树种生物量见表2。根据表2分析可知，在12年生的5个混交模式中，以模式5生物量最大，其次为模式4，再次为模式2、模式3，最小为模式1，依次比杉木纯林生物量分 别 提 高 66.65%、 62.72%、 108.53%、69.37%、61.33%。

表2 安化、新宁、金洞3个试验点不同混交模式各树种生物量表Tab.2 Biomass table of tree species in differentm ixed modes in Anhua，Xinning and Jindong site t·hm-2

试验证明营造杉木与珍贵阔叶树混交林，能获得比对照杉木大60%以上的生物产量。在低山地通过营造杉木与木荷、闽楠或马褂木等珍贵阔叶树混交林，在丘陵地通过营造杉木、马尾松与闽楠、红榉、南酸枣混交林，有利于充分利用林地空间，提高林分的光能利用率，增加林分生物产量。

安化、新宁、金洞3个试验点各混交模式下各树种干、枝、叶、根生物量占比及总生物量占比见表3。根据表3各模式生物量的构成分析，丘陵地3个模式中模式1、模式3以及对照杉木、对照红榉纯林各器官生物量小计在林分总产量中占比的大小顺序一致，从大到小依次为树干＞根系＞树枝＞树叶；而模式2则为树干＞树枝＞根系＞树叶，但从数据来看，大小顺序差异性不大。其中混交树种树干所占比例为45.20% ～55.57%，而对照杉木树干所占比例为62.57%，表明混交林分干材生物量占比没有纯林高。

表3 安化、新宁、金洞三个试验点不同混交模式各树种生物量占比表Tab.3 Biomass ratio table of differentm ixed species in Anhua，Xinning and Jindong site%

在低山地模式4中各混交树种各器官生物量小计在林分总量中占比的大小顺序为树干＞根系＞树叶＞树枝，而对照杉木生物量在林分总量中占比的大小顺序为树干＞树叶＞根系＞树枝。无论是混交林还是杉木纯林，在总生物量中其树叶比例提高，可以提高光合的叶面积，混交林分树干所占比例为70.29%，表明该模式混交林分干材生物量的占比较高。

4 结论与讨论

在丘陵地，以模式2（3杉木2马尾松3闽楠2红榉）、模式1（7杉木2红榉1闽楠）混交模式造林，马尾松、闽楠胸径、树高生长量较大，其树干材积生长较好，蓄积量较高，此模式可增加蓄积三成以上，年均蓄积量可达4.66 m3·hm-2。在低山地，以模式5（6杉木3闽楠1木荷）混交模式造林，木荷、杉木胸径、树高生长量较大，其树干材积生长效应较好，蓄积量较高，此模式可增加蓄积20%以上，年均蓄积量可达8.92 m3·hm-2。低山林地生产力要大于丘陵地91.42%，主要原因是低山立地木荷、杉木个体胸径、树高生长量高于丘陵立地的闽楠、杉木个体胸径、树高生长量。

在丘陵地，以模式2（3杉木2马尾松3闽楠2红榉）、模式3（6杉木2红榉2南酸枣）混交模式造林，分别高出杉木纯林生物产量108.53%、69.37%，但混交林分干材生物量的占比没有纯林高，这主要是混交林中阔叶树种红榉、南酸枣侧枝较多且粗壮，侧枝分散、汇聚了部分光合产物的缘故，如果要培育高质量的红榉、南酸枣等阔叶材，需在其幼龄阶段进行修枝管理。在低山地，以模式5（6杉木3闽楠1木荷）混交模式造林高出杉木纯林生物量66.65%。

根据林分蓄积分析，丘陵地适宜以模式2（3杉木2马尾松3闽楠2红榉）、模式1（7杉木2红榉1闽楠）混交模式造林，低山地适宜以模式5（6杉木3闽楠1木荷）混交模式造林，此时林分蓄积量较高。根据林木生物量分析，丘陵地适宜以模式2（3杉木2马尾松3闽楠2红榉）、模式3（6杉木2红榉2南酸枣）混交模式造林，山地适宜以模式5（6杉木3闽楠1木荷）混交模式造林，可获得较高生物量。