不同混交模式对红椎与杉木生长和生理特性的影响

廖竞业 张威伦 陈家裕 陈海浪 张志明

(1.紫金县生态公益林管理中心,广东 河源 517199;2.华南农业大学林学与风景园林学院,广州 510642)

红锥与杉木是常见的树种,具有很高的经济价值,是国家推广的树种,要实现社会价值和经济价值的双丰收就要在提高产量和提升质量上下功夫,二者做为混交林技术要求很高,需要选择出最优混交模式。

1 研究对象及试验地

杉木也称为沙木、刺杉,在我国的江南以及东南沿海地区广泛分布,区域分布的规律与气候环境以及生物技术的迅速发展密切相关［1］。红锥是一种高大的乔木,通常作为混交林中的上层树木,因为木材质地坚硬、树皮具备发达的纤维,成为建筑和桥梁工程常用的材料,因此具有较高的经济价值。

试验地位于广东紫金县某林场,该区域的气候为亚热带季风类型,红壤或者黄壤的土壤结构,常年降雨充足。2012年该林场采伐了10年生杉木人工林,清林后按照正常的育林模式进行造林和管理,造林模式为杉木与红锥组合混交,造林前后土壤条件变化不大,调查时林木没有采伐。

2 试验方法

2.1 布置样地采集样品

选择杉木纯林和不同比例的杉木与红锥混交林,进行相应的试验研究,5种混交比例分别为:9杉1椎、8杉2椎锥、7杉3椎、6杉4椎、5杉5椎,在每个林分中的固定样地各设置3个,样地的规格为20 m×20 m,根据每木检尺的方式,对每株树进行树高、胸径生长指标的调查。每个试验地设置5个沿对角线的小样方(1 m×1 m),以进行土壤样品及凋落物的采集。

2.2 分析凋落物量

在样地内的小样方内收集枯落物,利用电子秤称取要求的质量,以备计算林分单位面积内的凋落物量。

2.3 测定土壤养分

采集的土层土样为试验样地的小样方中0～20 cm的土,通过实验室内进行烘干去杂处理,进行土壤养分含量的测定,有效氮的含量可以利用碱解扩散法测定,全磷的利用钼锑抗比色法进行测定,有效磷含量利用盐酸一氟化铵法进行测定,用火焰光度法测定全钾、速效钾含量。

2.4 分析数据

采用SPSS19. 0统计软件进行数据分析;同时采用Duncan's多重比较法进行不同混交模式林分间各指标差异性分析［3］。

3 结果与分析

3.1 高径生长量比较

混交林林分的生长情况,完全可以通过树高、胸径生长量大小表现出来。利用对林分中杉木、红锥的生长情况的比较分析,进行方程拟合,如图1所示。

图1 不同混交模式杉木、红椎高径生长量

上图1可以显示,遵循方程拟合的结果,杉木的树高、胸径生长量同红锥混交的数量皆呈现为二项式关系(R2—0.64～0.90),即如果混交林中增加了红锥的数量,那么杉木树高与胸径呈现出先升后降的态势,其中杉木的树高与胸径在7杉3锥模式下生长量最大。分析红锥的生长状况,如果混合林中增加红锥的种植数量,那么就会树高变大而胸径变小,在本试验的5个混交组合比例模式中,红锥最小的胸径和最大的树高出现在5杉5椎混交模式中,同时,比较9杉1锥模式,5杉5锥模式,红锥树高增加了33.4%,胸径减少了27.1%。分析其关联性,在混交林中,红锥的数量与胸径生长量成明显的负相关(R°=1.00)的线性关系,红锥的种植数量与红锥树高成正相关(R°=0.99)线性关系。足以显示,混交林中种植适量的红锥可以促进杉木树高和胸径的生长量,而红锥种植过多就会抑制杉木的生长。并且,过多的红锥也会影响自身胸径的增长［4］。

3.2 凋落物量比较

通过对不同林分凋落物量变化的分析,可以体现该样地地力的潜力,在增加红锥种植数量的情况下,凋落物在明显上升,其中5杉5锥混交模式产生的凋落物量最多,是纯林杉木的1.3倍。通过关联性分析,呈现正相关线性关系(C R 2=0.98)的两个指标是林分凋落物与红锥种植数量。足以显示,杉木与红锥混交能够增加林分凋落物的储量,并且相应提升地力潜力。

3.3 林分蓄积量比重比较分析

试验数据显示,在混交林模式中,林分蓄积量最大的为7杉3锥组合,最小的为9杉1锥组合。

3.4 单纯的胸径的比较分析

通过对试验样地统计数据分析,最有利于红锥胸径生长的是9杉1锥组合模式,在混交林中增加红锥比例的情况下,杉木胸径生长表现下降的态势,而杉木胸径生长量与混交林中红锥所占比例是正比例关系。

3.5 混交林相关生长数据分析

数据显示,两个树种在生长上是一种正向的线性相关系,彼此可以促进。在减少杉木比例增加红锥比例的情况下,互相促进的作用更显著,在7杉3锥的组合比例下,各种数据为最佳状态,显示出该比例组合为最优模式。

3.6 生长习性的分析

整体来说,纯红锥林尽管造林密度很小,但其大体积的树冠会导致个体对营养空间的激烈竞争,会增加树高的生长速度,而过快的树高生长会抑制胸径的生长。针对杉木而言,在混交林中随着红锥比例的增加,会加快其胸径的生长速度,红锥和杉木在混交林中可以达到彼此推动和互补。属于阔叶树种的红锥是一种中性树种,腐败的树枝和阔叶能够为混交林提供腐殖质等天然养分,同时,红锥树冠的优势可以为杉木的生长营造了有利的生长环境。

3.7 叶片养分含量变化分析

在林木的生产经营过程中,林木对所处环境养分因子的竞争,可以体现在植株养分含量上,更多取决于林木生长发育的状态。 N、P、K是所有林木所需的三类主要营养元素。试验的数据显示,在杉木叶片全氮含量方面, 杉木纯林明显高于混交林,而伴随红锥比例在混交林中增大,杉木叶片会显著降低叶片全氮含量,主要是因为红锥具备极强的固氮能力。红锥对土壤中的氮素有极强的竞争力,这就表明,在混交林的生产中,如果红锥的比例过大(>50% ),会影响杉木对氮素的吸收,从而也会降低杉木的林分生长量。可以肯定,在混交模式下红锥的叶片全含氮量伴随自身混交比例增大以及杉木混交比例减少而降低。杉木是氮含量极高的造林树种,因为氮输出性极高,可以明显改善林地土壤的肥力。而过高比例的红锥则阻碍了杉木更多地吸收氮素,造成杉木氮素的下降,抑制胸径的生长量增加。氮元素是植物的生长发育中最关键的部分,可以合理调控磷、钾两元素的代谢。所以,本试验研究中,杉木、红锥叶片中的磷、钾元素含量的变化,就显现出这样的趋势,即在混交林中红锥数量增多、杉木数量减少,叶片中磷钾含量就会显著降低。结论是,混交组合比例7杉3锥模式下,叶片全氮、全磷、全钾的含量最高［5］。

3.8 叶绿素及光合产物含量变化分析

植物光合能力大小是叶绿素含量高低的决定因素,植物的碳水化合物就是通过光合作用形成的,是植物生长发育的关键环节。在碳水化合物中,淀粉和可溶性糖具备非结构性,可以体现出林分的固碳能力,也是森林生态功能评价中最重要的碳汇能力的指标。本研究数据显示,与纯林相比,杉木、红锥混交林叶片的叶绿素、淀粉、可溶性糖的含量比较高。其中,在7杉3锥的组合比例模式下,叶片的淀粉、可溶性糖、叶绿素的含量最高,比杉木纯林增加了61%～83%,比红锥纯林增加了84%～95%。足以显示,混交林模式可以明显改善杉木、红锥林的光合能力和碳汇能力［6］。

4 结论与讨论

4.1 混交林中可以利用两项式关系描述红椎种植数量与杉木高径生长量

可以利用负/正相关线性关系表现红椎自身胸径/树高生长。红锥与杉木相比,因为树冠大会造成个体间对营养空间的争夺更激烈,因此比例越大,就更快增长树高,但胸径生长量却不高。在生长特性和生境要求方面,杉木、红椎两者具备明显互补性,因此通过两者的混交模式杉木生长更快。基于本试验,如果红锥种植比例为40%-50%时,因为红锥具备竞争资源的优势,会降低杉木树高和胸径的生长量,说明混交林中如果更多种植红锥,必将造成杉木生长缓慢的问题。所以,在生产实践中的两者混交,7杉3锥的混交林红锥比例不宜超过30%。

4.2 不同混交模式下,如果红锥比例在加大,会相应增加林分枯落物数量

说明红锥的枯枝落叶数量比杉木大。通过林分枯落物凋落量的提升,某种程度上能够有效补充土壤的养分,进而提升土壤的养分含量。通过以上论述不难看出,过大的红锥比例会因为具备的竞争优势,对杉木生长造成抑制,但红锥比例控制在10～30%范围,杉木树高、胸径生长量明显提升,这样的结果验证了“利用树种间的互补性促进林分生长 ” 这一试验结论［5］。

4.3 在混交树种选择中,必须考虑到树种的生理特征

最大限度避免因为立地因子竞争造成的林分生长受限的现象。分析混交林叶绿素和光合产物含量数据显示,7杉3椎混交组合比例,林分叶片叶绿素、淀粉、可溶性糖含量比较高,可以表明,与纯林相比,混交林通过林分光合能力的改善,不仅光合产物显著增加,而且也明显增强了林分生长量和固碳能力［6］。