萌芽杉木、擬赤楊混交效應及生物量分布格局研究

陳清堤

(大田縣桃源國有林場,福建大田 366101)

1 引言

擬赤楊(A lniphy llum fortunei)是安息香科優良速生落葉闊葉樹種,生長快、適應性強、落葉豐富且枯枝落葉極易腐爛分解,對地力的改善具有顯著的促進作用,也是一種上等的食用菌及特種用材(如木材用于制造火柴梗、鉛筆等)樹種[1]。

杉木(Cunningham ia Lanceolata)是我國南方亞熱帶地區特有的優良速生鄉土用材樹種,樹形整齊、冠幅較小、干形通直圓滿、木材產量高,用途廣等特點。在杉木人工林采伐跡地更新過程中,出現杉木生長量普遍下降,甚至一代比一代差,嚴重制約了杉木人工林可持續經營[2]。為了維護林地的可持續經營,維護生物和生態多樣性,人們開始營造針闊混交林和利用杉木萌芽能力強的特點開展大面積萌芽更新或人工促進天然更新。為此,筆者探索研究杉木萌芽更新套種擬赤楊鄉土闊葉樹種混交造林試驗,旨在探索針闊混交林結構穩定性、生長狀況及混交林對生態環境的影響,為多樹種、多模式混交造林提供理論依據。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況

試驗地位于大田桃源國有林場桃源森林保護站橋山生產點,小班面積14.47hm2。地理位置為東經117℃33′,北緯 25℃48′,位于戴云山脈西側,海拔570～610m,屬中亞熱帶季風氣候,平均氣溫18.6℃,年平均降水量 1674mm,年蒸發量度1486mm,無霜期264d,土壤以花崗巖巖發育的紅壤,土層深厚肥沃,分布在中下坡,坡向東北,半陰坡,坡度18～25°,林下植被灌木以黃瑞木(Ad inand ramillettii)、烏藥(Linderaaggregate)、山胡椒(Lindera glauca)、烏 飯 (Vacciniumbracteatum Thunb)等為主,草本以狗脊蕨(Woodw ardia japonica)、烏蕨(Stenoloma chusana)、砂仁(Amomum villosum Lour)、五節芒(M iscanthusf loridulus)芒萁(Dicranopteris d ichotoma)[3]等為主,屬Ⅱ類地。前茬為1973年造杉木林分。

2.2 試驗方案

在14地位級[4]杉木采伐后進行跡地清理,保留杉木萌芽條2505株/hm2作為對照;萌芽杉木與擬赤楊混交林按3∶1配置,按植穴規格 50cm×40cm×30cm全面整地,1995年春用1年生擬赤楊實生苗上山造林,造林密度為625株/hm2,留萌芽杉木條1880株/hm2。造林后撫育3年,前2年采用擴穴、鋤草撫育每年各1次,第3年鋤草撫育1次,2004年進行首次撫育間伐并結合撫育進行適當修枝,。現林分保留株數1860株/hm2。

2009年9月分別在杉木萌芽林及杉木萌芽、擬赤楊混交林分中,選擇具有代表性地段設置20m×20m標準地3塊,對標準地內全林每木調查其胸徑、樹高、郁閉度,計算林分平均胸徑、平均樹高值,采用福建省二元立木材積公式分別計算萌芽杉木、擬赤楊平均木立木材積,根據林分密度計算林分蓄積量。每個標準地采伐1～2株(混交林2株)平均木,共選擇平均木9株,采用M onsi分層切割法,區分段為1m,現場直接測定干(帶皮)、枝、葉鮮重;采用壕溝全挖法現場測定平均木根系分布、根樁、粗根、細根鮮重,分別取樣各器官,用恒溫干燥法測定樣品含水量(80℃烘干);用浸水稱重法測定樣本持水率(本文所指持水率為濕重持水率);在標準地內分別設置2m×2m樣方各5個,共計樣方15個,記載林下植被種類、蓋度,收集,稱鮮重,取樣測定含水量,用樣方收獲法測定地上部分生物量。在每塊標準地內設置1個小氣候觀察點,記錄小氣候變化值。附福建省杉木、闊葉樹二元立木材積公式[5]。

3 結果與分析

3.1 萌芽杉木擬赤楊混交林生長狀況

擬赤楊屬喜光樹種,幼年時期較耐蔭,喜上方光照,由于萌芽杉木早期生長快,對擬赤楊樹身起庇蔭作用,使林分中杉木、擬赤楊都能快速生長。從表1可以看出,16年生時,不論是混交林還是萌芽杉木純林,杉木高度都在13.45m以上,查福建省杉木地位指數表,該生長立地地位級指數達到16級,高于前茬杉木地位級指數14。混交林中杉木胸高直徑、樹高、單材材積生長分別比杉木萌芽純林增加了5.8%、8.5%、19.3%;林分蓄積量混交林比杉木純林增加了22.5%;林分郁閉度增加了35.9%,抑制林下雜草叢生,發揮闊葉樹改良地力作用。混交林中擬赤楊也生長良好,16年生時,胸徑生長達14.20cm,與杉木比較略小一點,而樹高生長達15.53m高于杉木,能充分利用林分上方光照。表明萌芽杉木擬赤楊混交種間關系協調,是混交造林較好的模式之一,值得推廣和運用。

表1 萌芽杉木擬赤楊混交林生長狀況

3.2 萌芽杉木擬赤楊混交林水源涵養功能

森林水源涵養功能主要體現在森林地上部分的林冠層、林下植被層、枯枝落葉層對降雨的截持及地下土壤層的持水性能[6]。不同森林類型,不同的林種組成,由于林分生長狀況林分結構等多因素差異,對降水的攔蓄能力不同,其持水能力也有一定的差異。從表2可知,不論是萌芽杉木擬赤楊混交林還是杉木純林,其地上部分持水量由大到小依次為林冠層、枯枝落葉層、林下植被層。混交林與純林比較,地上部分持水量增加了32%,主要是混交林郁閉度高于杉木純林,林冠層枝葉生物量大截持一部分降水,減緩了雨水到達地面時間,有利于枯枝落葉和土壤對雨水的蓄持,同時混交林中枯枝落葉量大,相對于針葉有較大的吸附和持水性能;地下部分根系土壤層持水量增加了20.6%,主要是營造混交林改善了結構有關,混交林土壤滲透性能好,有利于降雨的吸收,并以潛流方式慢慢下泄。土壤層持水量占林分總持水量的98%以上,而地上部分僅占林分總持水量的一小部分,說明森林是涵養水源的主體,兩種林分總持水量混交林大于杉木純林,高出20.78%。由此可見,萌芽杉木擬赤楊混交林有利于提高林分涵養水源功能。

表2 萌芽杉木擬赤楊混交林水源涵養功能

3.3 萌芽杉木擬赤楊混交林小氣候特征

混交林分結構復雜,冠層厚,樹冠多層次鑲嵌,形成水平垂直郁閉,而純林只呈單層次枝葉交替相接郁閉。由于林分結構差異,林內小氣候特征也發生變化。與純林相比,混交林形成獨特的林內小氣候,為林木的生長發育創造有利條件。通過觀測,萌芽杉木、擬赤楊混交林與杉木純林比較在相對濕度、空氣溫度、地表溫度、林內光照強度等氣候因子有較大差異,見表3。

表3 萌芽杉木擬赤楊混交林小氣候特征比較

從表3可知,萌芽杉木、擬赤楊混交林全天候林內光照強度比杉木純林降低了12.7%;平均空氣溫度降低了 2.4℃,降幅8.9%;平均地表溫度降低1.8℃,降幅7.5%;平均相對濕度提高了7.9%。由此可見,萌芽杉木、擬赤楊混交林由于林分結構復雜,使進入林內太陽輻射量減少,同時混交林內凋落物量及林冠層葉量較大,持水能力強,能通過生理蒸騰和物理蒸發擴散較大量的水分,較好地調節了林內空氣溫度、濕度,降低了森林火險等級,促進了林木生長發育。

3.4 萌芽杉木擬赤楊混交林生物量分布格局

對標準木采用Monsi分層切割法、壕溝全挖法測定混交林、純林地上部分、地下部分生物量,采用樣方收獲法測定林下植被層生物量。各層次各部位生物量干重詳見表4。從表4可知,杉擬混交林中干材部分總生物量達72.11t/hm2,占林分總生物量114.79t/hm2的62.8%,杉木純林中干材生物量達50.51t/hm2,占林分總生物量 82.60t/hm2的61.2%;杉擬混交林中枝葉總生物量達 27.08t/hm2,占林分總生物量 114.79t/hm2的23.6%,杉木純林中枝葉生物量達18.26t/hm2,占林分總生物量82.60t/hm2的22.1%;混交林喬木層生物量達99.19t/hm2,比純林68.77t/hm2增加了44.2%。地下部分生物量,杉擬混交林達11.97t/hm2,比杉木純林9.06t/hm2增加了32.1%。林下植被層生物量因郁閉度差異,杉木純林大于杉擬混交林,純林中植被層生物量達4.77t/hm2,比杉擬混交林植被層生物量3.63t/hm2增加了31.4%。但林下植被層生物量在不同林分中占總生物量比例很小。不同林分不同部位生物量分布格局見圖1。從圖1可以看出,不論是杉擬混交林分還是杉木純林,各部位生物量總體格局由大到小為喬木層生物量、地下部分生物量、林下植被層生物量。但各層次生物量在總生物量中所占的比重差異卻很大,混交林中地上部分生物量占總生物量的86.4%,純林占83.3%;混交林地下部分生物量占總生物量的10.4%,純林占11.0%;林下植被層生物量混交林占3.2%,純林占5.7%。與對照萌芽杉木純林相比,杉擬混交林(3∶1)總生物量增加了38.97%。

圖1 16年生混交林與杉木純林生物量分布格局

表4 萌芽杉木擬赤楊混交林生物量分布格局 t/hm2

4 結語

(1)14地位級杉木采伐跡地營造擬赤楊與杉木萌芽混交,16年生時擬赤楊生長良好,樹高生長超過杉木,處于林冠上層。杉木樹高達14.59m,杉木地位級指數達成16級。林分總蓄積量混交林比杉木純林增加了22.5%。結果表明杉木、擬赤楊混交是較好的造林模式之一。

(2)林分涵養水源功能主要體現在調節降雨的分配和增加林地蓄水能力上。杉木、擬赤、楊混交林(3∶1)具有成層性,林地持水功能得到改善,因此表現為杉擬混交林比萌芽杉木純林更好的水源涵養功能。

(3)林內小氣候改善有利于林木生長發育。混交林由于林分結構復雜,使進入林內太陽輻射量減少,同時混交林內凋落物量及林冠層葉量較大,持水能力強,能通過生理蒸騰和物理蒸發擴散較大量的水分,較好地調節了林內光照強度、空氣溫度、濕度等氣象因子。

(4)各器官生物量研究及不同類型林分總生物量分析表明:不論是杉木、擬赤楊混交林分還是杉木純林,各部位生物量總體格局由大到小為喬木層生物量、地下部分生物量、林下植被層生物量。杉木、擬赤楊混交林的比例為86.4∶10.4∶3.2,萌芽杉木純林比例為83.3∶11.0∶5.7。林分總生物量杉木、擬赤楊混交林比杉木純林增加了38.97%。

(5)杉木、擬赤楊混交是一種較為成功的人工林經營模式,種間關系協調,根系生長互不穿透,又不盤結現象,能充分利用地力;空間徑高生長相互促進,擬赤楊處于林冠上層,杉木徑生長優勢。因此,杉木、擬赤楊混交造林中,擬赤楊所占比例不宜過高,選擇最適宜的混交比例需進一步進行試驗。

[1]陳文龍.擬赤楊人工林地上部分凈生產力動態變化研究[J].福建林業科技,2000,27(3):31～34.

[2]杜國堅,盧 剛.杉木跡地更新經營技術探討[J].浙江林業科技,2001,21(4):94～97.

[3]中國科學院編輯委員會主編.中國植物志[M].北京:科學出版社出版,2010.

[4]孟憲宇.測樹學[M].中國林業出版社,1995.

[5]福建省林業廳.福建省森林資源規劃設計調查技術規定[R].福州:福建省林業廳,2006.

[6]阮傳成,李振問.木荷生物工程——防火機理及應用[M].西安:電子科技大學出版社,1995.