濕地松和火炬松純林和混交林生長比較

楊代貴 王曉榮 許業洲 趙榮海 唐萬鵬

摘?要：以湖北省荊門市彭山林場不同林齡的濕地松純林、火炬松純林和濕地松+火炬松混交林為研究對象，采用木材解析法，比較研究了濕地松、火炬松兩個樹種在純林和混交林的生長特性，以了解兩樹種混交效果是否具有明顯的增產效果。結果表明：與純林相比，在15年時，濕地松和火炬松在混交林中直徑分別增加了12.05%和10.60%，材積分別增加38.91%和24.25%。在所有5個混交林中，濕地松和火炬松的相對產量均大于1。濕地松和火炬松混交在生長量和材積上表現出正效應。在混交林中，濕地松獲得更多的效應，但無論在純林還是在混交林中，火炬松均比濕地松生長得好。

關鍵詞：純林;混交林;相對產量;混交效果;濕地松;火炬松

中圖分類號：S727.1??文獻標識碼：A??文章編號：1004-3020（2019）03-0016-08

Abstract：Pure Pinus elliottii stands， pure P. taeda stands， and mixed stands of P. elliottii and P. taeda of different forest ages in Pengshan forest farm of Jingmen city were chosen as research object， the growth characteristics of P. elliottii and P. taeda in pure stands and mixed stands were studied by wood analysis method， so as to find out whether mixed tree species had obvious effect on increasing yield. The results showed that positive mixing effects of growth and volume yield occurred in mixed stands of the two pine species. Compared to the corresponding pure stands， the total diameter increased 12.05% and 10.60% for P. elliottii and P. taeda in mixed stands at tree age of 15 years， respectively， and total volume of P. elliottii increased 38.91%， 24.25% for P. taeda. Although P. elliottii obtained more benefits in the mixed stands， but P. taeda showed better growth in pure and mixed stands than P. elliottii. Relative yield of P. elliottii in all the five mixed stands was greater than 1.0. Mixed stands of P. elliottii/P. taeda showed positive effects of growth and volume yield， and P. elliottii obtained more benefits in the mixed stands， but P. taeda showed better growth， no matter where it was in pure and mixed stands.

Key words：pure stand; mixed stand; relative yield; mixing effect; Pinus elliottii; Pinus taeda

眾所周知，混交林較純林往往存在許多優勢特征，如在木材生產、病蟲害控制、全球氣候變化引起的不確定因素等方面[1，2]。以往在人工林營造方面，由于混交林的材積產量和生態穩定性直接影響了混交林的經濟特性，人們更關注混交林材積大小。混交林的生長和材積產量被認為是可持續的森林經營的重要指標[3]。但是與相應的純林比較，由于混交林的產量強烈依賴于林分立地條件、混交林中兩個樹種的生態位的差異程度、混交林樹種組成、林分管理以及混交比例等[4，5]。目前，關于混交林樹種生長和材積方面存在四種結果，包括混交林總材積產量未增加[6]、總產量增加[7]、總材積產量下降[8]、混交林中一個樹種的生產力增加而另一個樹種則減少[9]。可見，不同的樹種混交、不同物種特征、競爭力以及抗病能力的差異往往會產生較大的差異，一個混交模式在局部地區進行推廣前，需要對混交林生產力和病蟲害抗性等方面開展大量研究。

濕地松Pinus elliottii和火炬松Pinus taeda均屬于速生針葉樹種，原產于美國東南部，是重要的木材和林化產品來源。因其速生、良好的木材性質以及產脂量高而被廣泛栽植，我國于20世紀30年代開始引入濕地松和火炬松，在長江流域和珠江流域廣泛栽培，成為重要的商品材樹種。目前，國內外許多學者對這兩個樹種展開廣泛研究，主要包括生理生態學[10]、分子生物學[11]、雜交育種和分子育種[12]、營養響應[13]、起源和家系變異[14]、林分管理[15]、大小-密度關系[16]，以及氣候變化對樹種生長的預測[17]等方面。然而，很少有人對這兩個樹種混交林生產力進行調查研究，特別是大面積的純林栽培，導致病蟲害嚴重發生，建立濕地松與火炬松的混交林或與其它樹種的混交林可能成為一種較好選擇[18]。

本文以栽植于湖北省荊門市地區的濕地松純林、火炬松純林、濕地松+火炬松混交林為研究對象，比較研究混交林和純林生產力差異性，旨在檢驗濕地松和火炬松混交模式在長江流域是否具有顯著增產效果以及增產幅度，可為長江流域地區濕地松和火炬松造林模式提供科學依據。

1?材料與方法

1.1?研究區概況

試驗地位于湖北省荊門市彭場林場，地理位置為北緯30°25′，東經112°56′，地處鄂中腹地，屬江漢平原北緣低丘崗地。氣候屬北亞熱帶季風氣候，年均氣溫為15.5 ℃，年均有效積溫為5 050～5 100 ℃，無霜期為206 d，年均降雨量為1 160 mm。土壤為第四紀粘土母質發育的黃褐土，土層厚度超過1m，其質地較為粘重而肥沃，pH為5.6～6.8。該林場種植濕地松和火炬松長達50余年。

1.2?研究方法

1.2.1?試驗設計

在彭場林場選擇立地條件相對一致，隨機設置13個試驗樣地，其中濕地松+火炬松的混交林5個，濕地松和火炬松純林各設置4個，樣地面積為20 m×20 m。混交林中兩個樹種的混交比例為1∶1，隨機混交。各樣地基本特征見表1。

1.2.2?林分生長調查和解析木采樣分析

對所有樣地活立木進行每木檢尺，實測樹木的胸徑、樹高、枝下高，其中胸徑采用胸徑尺測量，樹高和枝下高采用超聲波測高儀測量。在濕地松和火炬松純林中，于每個樣地中選擇1株優勢木作為解析木。在混交林中，濕地松和火炬松各選擇1株解析木。解析木伐倒后，進行常規檢測（表2），然后獲得相應的圓盤，厚度2 cm。圓盤的年輪采用數字游標卡尺測量。年輪數據采用中國林業科學研究院開發的軟件ForStat處理。

1.2.3?相對產量和相對總產量的計算

對于由兩個樹種（A和B樹種），每個樹種的相對產量（relative yield， RY）和混交林的相對總產量（relative yield total， RYT）Condé[19]的方法進行：

RYA=混交林中A樹種的產量/A樹種純林的產量

RYB =混交林中B樹種的產量/B樹種純林的產量

RYT = A樹種的相對產量 + B樹種的相對產量

根據混交林（1～5號樣地）和相應純林（濕地松7號和9號樣地，火炬松12號和13號樣地）在15年的材積產量，RY和RYT分別計算。

1.2.4?數據處理與統計分析

采用SPSS16.0軟件對純林和混交林的濕地松和火炬松的胸徑、樹高、材積進行方差分析，且進行LSD多重比較，以檢驗數據之間的差異顯著性（P=0.05）。

2?結果與分析

2.1?不同林分類型中濕地松和火炬松的胸徑變化

在濕地松和火炬松純林中，兩個樹種的胸徑（去樹皮，下同）無顯著性差異，且對于同一樹種，純林和混交林的胸徑雖未明顯出差異（P>0.05），但無論是純林還是混交林，火炬松的胸徑均大于濕地松的胸徑（圖1A）。在林齡15年時，純林中的濕地松和火炬松的胸徑沒有顯著差異，但混交林中的濕地松和火炬松的胸徑仍分別增加12.05%和10.60%。林齡15年以前，在純林中，火炬松的年平均胸徑生長高于濕地松，而混交林中火炬松的年平均胸徑生長高于濕地松（圖1B）。同時，每個樹種的連年胸徑生長在不同年齡時變化很大，且這種變化沒有規律性（圖1C）。在年齡10年后，其胸徑生長速率似乎恒定，在年齡15年時，胸徑生長速率均沒有顯著差異（圖1D）。

2.2?不同林分類型中濕地松和火炬松的樹高變化

在10年前林齡時，無論是純林還是混交林，濕地松樹高均低于火炬松，在15年時，濕地松的樹高也顯著高于其純林樹高（圖2A），增加22.43%，而混交林中的火炬松的樹高只增加5.09%。但20年以后，無論是在純林中還是在混交林中，這兩個樹種的樹高均沒有差異。在不同林分類型中，濕地松和火炬松的年平均生長量和連年生長量均沒有規律性的變化，而在15年時，濕地松純林的年平均高生長量低于火炬松純林，也低于二者在混交林中的年平均生長量。在所有純林和混交林中，在15年以后，濕地松和火炬松的高生長速率幾乎保持恒定。

2.3?不同林分類型中濕地松和火炬松的材積變化

在15年時，純林中的濕地松和火炬松的材積沒有顯著差異，在混交林中的濕地松材積增加38.91%，火炬松材積增加24.25%。而在20年時，濕地松純林的材積小于火炬松純林的材積，也小于二者在混交林中的材積（圖3A）。在20年以前，在純林中，濕地松的年平均材積生長量小于火炬松，也小于二者在混交林中的年平均材積生長量（圖3B）。在15年以前，濕地松純林的連年材積生長量小于火炬松純林，且小于二者在混交林中的連年材積生長量（圖3C）。在15年時，濕地松和火炬松的連年材積生長量沒有顯著差異，從20年開始，在各類型的林分中濕地松和火炬松的材積生長速率幾乎保持不變（圖3D）。

2.4?濕地松和火炬松混交林相對產量和相對總產量分析

如圖4所示，在所有5個混交林林分中，除了第4個林分火炬松相對產量小于1.0外，濕地松和火炬松的相對產量均大于1.0，且混交林的相對總產量也均大于1.0。可見，濕地松+火炬松混交林相較各自純林，對樹種產量具有明顯的促進作用。

3?討論

在所有13個實驗樣地中，只有第8和第10樣地的林分密度不同于其它樣地（表1），因此具有相同林分密度（2 m×3 m）的樣地的數據用來比較純林和混交林的產量效應，其中5個樣地來自混交林，純林各2個樣地。為了更好地比較混交林和純林的產量，對15年的數據做特別比較。在濕地松/火炬松混交林中，濕地松和火炬松的三個重要參數（即胸徑、樹高和材積）都增加，這表明濕地松/火炬松混交林具有正效應。這個結果與先前的報道一致[19]，其發現濕地松家系S2和火炬松家系L4在混交林中具有更大的胸徑和材積。混交林的混交效應依賴于以下幾個方面的因素：立地條件、混交樹種的生態位差異程度、森林培育活動以及混交比例[4，5]，但是如果立地條件和林分密度相同，混交林的材積產量是可以和相應的純林進行比較的。在本研究中，同純林相比，在15年時，混交林中的濕地松的胸徑、樹高和材積增加量均比混交林中的火炬松的增加量大，表明在混交林中濕地松表現出更高的混交效應。無論是純林還是混交林，火炬松的平均胸徑、樹高、材積均大于濕地松，表明火炬松顯示了更好的經濟效益。火炬松較快的生長與其生理特征有關，因為在不同的林分密度下，濕地松和火炬松具有不同的生理活動，火炬松的特定葉面積顯著大于火炬松[16]。同時，由于混交林的材積產量受到林分密度的影響[20]。在本研究中，兩個樹種的混交比例為50∶50，如果在混交林中增加火炬松的比例，混交林的材積產量將會更大，因為混交林中的火炬松具有更大的胸徑生長量和更大的材積生長量。

在混交林中，兩種類型的樹種之間的相互作用可以改善林分水平上的生產力，其一，兩個樹種之間的資源互補利用：樹冠的分層和可能的根系分層;其二，混交林中一個樹種具有固氮能力，養分狀況得到改善[21]。在本研究中，除了第4個林分，其它4個濕地松/火炬松混交林中的兩個樹種的相對產量均大于1.0，且5個林分的相對總產量均大于1.0。由此可以看出，在濕地松/火炬松混交林中，濕地松和火炬松要么具有不同的生態位特性，要么具有直接的利益關系，同純林相比，混交林具有一種潛在的生產力優勢[20]。同時，已有研究發現森林培育活動也影響混交林的材積產量[5]，對濕地松/火炬松混交林的經營管理也應該予以重視，因為很多混交林的效果經過長期的研究才得以證實。

4?結論

濕地松/火炬松的混交林具有正的混交效應。在混交林中，濕地松比火炬松獲得更多的效益，但無論在混交林中還是在純林中，火炬松表現出更高的生長速度。如果火炬松在混交林中的比例增加，混交林的經濟效益將會更大。同時，由于樹木生長周期較長，人為管理措施的差異也會增加混交林生長效益發生較大變化，下一步有必要進一步對濕地松/火炬松混交林的經營管理措施加強研究。

參?考?文?獻

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（責任編輯：夏劍萍）