马尾松纯林阔叶化改造试验研究

摘要：为增加马尾松人工林的稳定性，以马尾松纯林为研究对象，在林分内分别补植本土的阔叶树种，进行马尾松补植枫香（C1）、马尾松补植木荷（C2）、马尾松补植枫香+木荷（C3）及马尾松纯林（CK）处理，对比分析各种处理对马尾松纯林林木生长因子（平均胸径、平均树高、平均单株材积、公顷蓄积量）、林分结构因子（平均枝下高、平均冠幅、灌木层高、草本层高）、林内小气候（温度、湿度）、灌草多样性（物种丰富度、物种多样性指数、物种均匀度指数、优势度指数）、林下凋落物和植被生物量指标（覆盖率、厚度、单位面积存量、单位面积生物量）及松材线虫病罹病株率的影响，为马尾松纯林阔叶化改造经营提供科学参考。结果表明：（1）马尾松纯林补植阔叶树可以促进马尾松生长，优化林分结构。（2）补阔处理能够有效降低林内温度和增加林内湿度，改善林内小气候，补植常绿阔叶树比补植落叶阔叶树对改善林内小气候作用明显，同时补阔处理还可以增加林内灌草层物种多样性和丰富度。（3）补种阔叶树（特别是落叶阔叶树）有利于增加林下凋落物和林下植被生物量，同时对防治马尾松感染松材线虫病具有一定的影响，随着补种阔叶树种类增多，防治效果有提升的趋势。

关键词：马尾松纯林；阔叶化改造；試验研究

Experimental study on broad-leaved transformation of pure Masson pine forest

Abstract：The pure Masson pine forests in zhengping town， Xinfeng County and Xiaojiangzhen were selected for study. Native broad-leaved tree species were replanted in selected experimental plots in 2016， the treatments of Pinus massoniana replanting liquidambar formosana （c 1） ， Pinus massoniana replanting schima superba （c 2） ， Pinus massoniana replanting liquidambar formosana + Schima superba （c 3） and pure Pinus massoniana forest （CK） were carried out， the effects of different treatments on growth factors （average diameter at breast height， average tree height， average volume per tree， volume per hectare） ， stand structure factors （average height under branches， average canopy width， shrub layer height， herb layer height） ， forest microclimate （temperature and humidity） ， shrub and grass diversity （species richness， species diversity index， species evenness index， dominance index） ， litter and vegetation biomass （coverage， thickness， stock per unit area， biomass per unit area） and Bursaphelenchus xylophilus rate were analyzed， it provides scientific reference for the broad-leaved transformation management of Masson Pine Pure Forest. The results showed that： （1） replanting broad-leaved trees could promote the growth of Masson pine and optimize the stand structure. （2） the replanting of broad-leaved evergreen trees was more effective than the replanting of deciduous broad-leaved trees in improving the microclimate of the forest， at the same time， the species diversity and richness of shrub and grass layer were increased. （3） replanting broad-leaved trees， especially deciduous broad-leaved trees， is beneficial to increase the litter and undergrowth biomass， and has some effect on the control of Bursaphelenchus xylophilus disease of Masson pine， the control effect has the tendency of improvement.

Keywords：Masson pine pure forest;Broad-leaved transformation;Experimental study

马尾松（Pinus massoniana）是我国南方常见的造林和用材树种，赣州作为我国南方红壤丘陵山地生态脆弱区和南岭山地森林及生物多样性生态功能區的重要组成部分，受特殊的地质条件和历史、人为等因素影响，至20世纪80年代初期，全市森林覆盖率降至43.6%，荒山面积达111.9万hm²，1984年市委、市政府做出了“十年绿化赣南”的决定，大面积实施灭荒造林和人工飞播马尾松造林，虽然提高了森林覆盖率，但是森林质量不高，仍然存在大量马尾松纯林^[1]。因马尾松纯林林分结构单一、多样性及稳定性差，抵御病虫害能力弱，容易发生森林火灾，尤其是近年来，松材线虫病呈蔓延态势，给马尾松纯林带来了致命打击，目前全市发生面积达10.1万hm²，疫点区域土地肥力衰退，生物产量和碳贮量下降^[2]。众多研究表明，马尾松阔叶树混交林优势明显，有助于增加森林生产力，丰富林分结构，增加林分多样性和稳定性，提高土壤的保水保肥能力，对于病虫害及森林火灾的抵御能力也能大幅度提高。基于上述原因，林业工作者意识到对马尾松纯林进行阔叶化改造已迫在眉睫。

本研究旨在通过实践与对比试验，开展马尾松纯林阔叶化改造，利用乡土阔叶树种进行林间补植的方式修复马尾松纯林，分析对比不同改造类型对林木生长和林分结构、林内小气候和灌草多样性、林下凋落物和植被生物量、马尾松林感染松材线虫病的影响差异情况，为马尾松纯林阔叶化改造经营提供科学参考，探索南方丘陵红壤山地保护和开发利用模式，对筑牢我国南方地区重要生态屏障和如期实现“双碳”目标都具有非常重要的意义。

1材料与方法

1.1试验区域

项目试验地设在赣州市信丰县，信丰县位于江西省赣州中部，居贡水支流桃江中游，面积2878平方公里，东邻安远县，南靠龙南市、定南县、全南县，西连广东南雄市，西北接大余县，北界南康区、赣县区。地处东亚季风区，气候温和、光照充足、热量丰富、雨量充沛，属中亚热带季风湿润气候，具有四季变化分明，春秋短夏冬长，冰雪期短，无霜期长，夏少酷暑冬少严寒等特点。信丰有国家重点保护野生植物7种，其中一级保护为：南方红豆杉、银杏；二级保护为：杜仲、香樟、半枫荷、花榈木、金毛狗。全县森林覆盖率70.33%。

在信丰县境内选择树龄、立地条件、气候条件、水热条件大致一致且郁闭度在0.5左右马尾松纯林作为试验地，原马尾松纯林平均年龄12a，于2016年在林分内分别补植本土的阔叶树种（枫香、木荷、枫香+木荷），并对林分进行了抚育处理。补植阔叶树苗采用带状补植方式，在间伐的带宽内所有植物全部割除，留在带内，穴状整地，穴的规格为40×40×30 cm，补植密度平均为900株·hm²，苗木为2～3年生的容器苗。为全面了解马尾松纯林阔叶改造情况，共设置4种处理（马尾松纯林不补阔（CK）、马尾松纯林补种枫香（C1）、马尾松纯林补种木荷（C2）、马尾松纯林补种木荷+枫香（C3））。

1.2试验方法

1.2.1试验样地设置

分别在不同处理措施的林分中设立3块20m×20m的标准地（按上、下坡各设置一个标准地，另外再随机布设1块标准地），共布设12块20m×20m 标准地。在每块标准地四角设立4个2m×2m的样方，同时在每个样方中设置1个1m×1m的小样方用于凋落物及林下植被生物量的调查。

1.2.2林木生长及林分结构情况调查

对每个标准地内的林木进行每木检尺，测定胸径、树高、冠幅、枝下高；测定样方内的灌木层高、草层高等因子，计算相应因子的平均值（保留两位小数）。按照江西省各树种二元材积公式，计算每个树种的平均单株林木材积（保留四位小数）及每公顷蓄积量。

1.2.3林内小气候和灌草多样性调查

2023年1月至12月，每月固定15日12：00-13：00到各试验样地林中在随机布设的三个点的林木1.5米高处，测定一次温度和湿度。在每块标准地的四角各设置4个2m×2m的样方，在每块样方中调查灌木层和草本层所有植物的名称、高度、株数和盖度，计算物种丰富度、物种多样性指数、物种均匀度指数、优势度指数^[3]。

物种丰富度（R）：R=S

物种多样性指数Shannon-Wiener（H）：

物种均匀度指数Pielou（J）^[4]：

1.2.4林下凋落物和植被生物量调查

在每个2m×2m的样方对角线中间设置1个1m×1m的小样方，在小样方中调查凋落物现存量（包括：枯枝落叶、花果、杂屑等）、厚度、覆盖度和林下植被生物量，即收集林下植被（包含灌木、草本等）地上部分和地下部分。取样后，分别将凋落物及林下植被放置于80℃下烘干，计算干质量。

1.2.5松材线虫病调查

每年9月份对试验样地涉及地块林分进行全查，调查统计表现出松材线虫病典型症状的罹病株数和松树总株数，计算罹病株率。

罹病株率（%）=罹病株数/松树总株数×100。

内业数据分析采用SPSS19.0、EXCEL等软件进行数据处理与统计分析^[5-7]。

2结果与分析

2.1不同改造模式对林木生长和林分结构的影响

从表2可以看出，不同处理间林分林木生长的各项因子（平均胸径、平均树高、平均单株材积、公顷蓄积量）均存在差异，整体呈现出C3>C1>C2>CK的规律。说明马尾松纯林补植阔叶树可以促进马尾松生长，提高马尾松纯林的林木生产力，增加林分蓄积量，松阔混交模式要优于马尾松纯林经营模式。马尾松纯林补植不同阔叶树之间对比，补植“枫香+木荷”要優于单一补植“枫香”或“木荷”，且补植“枫香+木荷”、“枫香”与补植“木荷”之间比较，除平均单株材积外其余3项因子（平均胸径、平均树高、公顷蓄积量）均存在显著差异。

不同处理间林分结构因子（平均枝下高、平均冠幅、灌木层高、草本层高）也存在一定的差异，处理组均大于对照组，整体呈现出C3>C1>C2>CK的规律。说明马尾松纯林补植阔叶树后，多树种生长速度不同，利用水肥光照不同，能够最大限度地进行光合作用，促进林分自然整枝，进而在林分层次结构上要优于单一的马尾松纯林。不同处理组之间比较可以发现，在四项因子（平均枝下高、平均冠幅、灌木层高、草本层高）上补植“枫香+木荷”、“枫香”与补植“木荷”之间均存在显著差异。

2.2不同改造模式对林内小气候和灌草多样性的影响

从表3可以看出，马尾松补植阔叶树后对降低林内温度和增加林内湿度上均表现出一定的优势，根据总平均值计算，处理组（补植“枫香”、补植“木荷”、补植“枫香+木荷”）相对对照组在降温方面分别降低了3.56%、3.60%、5.08%，在增湿方面分别提升了2.60%、2.26%、4.23%，在调节林内小气候的效果表现上均呈现出C3＞C1＞C2＞CK的规律，说明补植阔叶树后林分层次结构趋于合理，阳光直射被林冠层截留，进而达到调节林内小气候的效果。另外对比C1和C2我们可以发现C2在冬季月份（12月、1月、2月）降温增湿的效果优于C1，说明补植的枫香在冬季落叶后林内蒸腾作用会增强，保湿作用减弱，阳光直射地表面，微生物分解地表面腐殖质速度加快，进而影响度林内的温度。

从表4可以看出，处理组的丰富度指数、多样性指数、均匀度指数和优势度指数均高于对照组，说明马尾松纯林补植阔叶树有助于灌草层物种多样性和丰富度的增加，各物种的分布也更加均匀。灌木层的丰富度指数、多样性指数、均匀度指数和优势度指数均表现为C3＞C1＞C2＞CK，草本层的丰富度指数、多样性指数、均匀度指数和优势度指数均呈现出C1＞C2＞C3＞CK的趋势。灌木层与草本层比较，草本层的丰富度指数、多样性指数、均匀度指数和优势度指数均低于灌木层，且差异显著，这可能与芒萁在草本层占绝对优势，芒萁的侵占力强，能迅速形成大面积草地有关。

2.3不同改造模式对林下凋落物和植被生物量的影响

凋落物包括枯枝落叶、花果、杂屑等，从表5可以看出，处理组的林下凋落物覆盖率、林下凋落物厚度和林下凋落物单位面积存量均显著高于对照组，说明在马尾松纯林中补种阔叶树（特别是落叶阔叶树）有利于增加林下凋落物，进而提高土壤肥力，林下凋落物覆盖率、林下凋落物厚度和林下凋落物单位面积存量都显示出C3＞C1＞C2＞CK的规律。从林下植被单位面积生物量看，处理组均显著大于对照组，各处理组之间也成呈现出C3＞C1＞C2＞CK的规律，说明马尾松纯林补植阔叶树增加了灌草多样性，改善了土壤理化性质，进而有效增加了林下植被生物量。

2.4不同改造模式对马尾松林感染松材线虫病的影响

从表6可以看出，处理组的亩均马尾松罹病株数和罹病株率均低于对照组，但差异不明显，说明马尾松纯林补植阔叶树对松树感染松材线虫病有一定的影响，但效果不是很明显，预防效果整体呈现出C3＞C2＞C1＞CK的规律。各处理组之间对比可以看出补植“枫香+木荷”要好于单一补种“枫香”或“木荷”，说明补种的阔叶树越多，林内生物多样性就越复杂，可能是随着生物多样性的增加对松材线虫病起到了一定的生物防治作用。

3结论

1. 马尾松纯林补植阔叶树可以促进马尾松生长，提高马尾松纯林的林木生产力，增加林分蓄积量，增加林分层次，提高光能利用率，优化林分结构；
2. 马尾松纯林补植阔叶树后对降低林内温度和增加林内湿度上均表现出一定的优势，同时可以有效增加林内灌草层物种多样性和丰富度，补植常绿阔叶树比补植落叶阔叶树对改善林内小气候作用明显；
3. 马尾松纯林中补种阔叶树（特别是落叶阔叶树）有利于增加林下凋落物，进而提高土壤肥力、改善土壤理化性质，增加林下植被生物量；
4. 马尾松纯林补种阔叶树对防治马尾松感染松材线虫病具有一定的影响，随着补种阔叶树种类的增多，防治效果有提升的趋势。

参考文献

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