閩東地區不同海拔浙江紅花油茶林全伐改造效果比較

李俊偉，吳玲嬌，孫維紅，鄒小興，黃 維，吳佐春，鄒雙全

（1.福建農林大學 林學院，福建 福州 350002；2.自然生物資源保育利用福建省高校工程研究中心，福建 福州 350002；3.霞浦縣強民油茶專業合作社，福建 霞浦 355100）

浙江紅花油茶Camella chekiangoleosa，又名浙江紅山茶，為山茶科Theaceae山茶屬Camellia常綠灌木或小喬木，是我國南方特有樹種[1]。浙江紅花油茶主要分布于浙江、福建、安徽、江西等地的高山地區，喜溫暖濕潤氣候。野生浙江紅花油茶分布在海拔較高的山坡雜木林內、谷地林中、林緣或溪澗兩旁，在海拔600 m以下開花數量較少，甚至不結果[2-7]。因其具有較高的油用價值、藥用價值、觀賞價值而備受青睞。浙江紅花油茶是我國特有的食用油料樹種[8]，其油茶籽油是一種優質的食用油。關于浙江紅花油茶的研究主要集中在國內，國外對浙江紅花油茶的研究報道較少見[9]。為了比較浙江紅花油茶在不同海拔地區的改造效果，從而為維持浙江紅花油茶林地力和提高其林分的生產力和經濟效益提供參考，在項目組前期研究工作的基礎上，筆者以天然籽播的浙江紅花油茶混交林為試驗對象，在寧德市壽寧縣和霞浦縣不同海拔的天然籽播林中設置標準地，測定林分生長指標、花果數量、果實產量、環境因子等，應用隸屬函數法對浙江紅花油茶改造效果進行綜合分析。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

試驗地設在寧德市壽寧縣鰲陽鎮白鷴墓（簡稱“白鷴墓”）和霞浦縣水門鄉八斗丘（簡稱“八斗丘”）。白鷴墓位于119°20′E，27°27′N，海拔高度900～1 000 m，坡度25°～40°，全年平均降水量1 500～2 300 mm；全年平均氣溫13～19 ℃，平均日照時長1 743 h，夏季濕度較高，平均相對濕度70.28%；土壤pH為4.41～4.67，為酸性土壤。八斗丘位于119°58′E，26°54′N，海拔高度約700 m，坡度10°～13°，年平均氣溫15～20 ℃，平均日照時長1 819 h，全年平均降水1 100～1 800 mm，夏半年平均相對濕度為82.7%，冬半年平均相對濕度為75.6%。八斗丘試驗地土壤pH為4.39～4.74，為酸性土壤。試驗林地均為天然籽播浙江紅花油茶混交林。白鷴墓、八斗丘的浙江紅花油茶為自然萌發更新，林內樹齡、樹體大小不一，參差不齊，并且疏于管理，整個林分基本處于低產狀態。

1.2 林分改造

分別在白鷴墓和八斗丘的浙江紅花油茶林進行同種林分改造。采取保留浙江紅花油茶，伐除全部上層木（全伐）的措施進行改造，對林分中的毛竹、杉木、馬尾松等其他樹種進行伐除，改造總面積分別為1.67、1.33 hm2。在收集與整理已有資料的基礎上，根據改造方式、海拔、坡位、坡度和坡向等因子[10]，設置白鷴墓試驗地對照（1號）、白鷴墓試驗地全伐（2號）、八斗丘試驗地對照（3號）、八斗丘試驗地全伐（4號），共4個處理，并在每個樣地內設置10 m×10 m樣方，調查各樣地基本情況。

1.3 測定方法

2017年5—12月，每樣地隨機選取生長狀態基本一致的10株植株，從東西南北四個方位隨機測量各樣株的生長指標，結果取平均值。將采集回來的新鮮葉片用蒸餾水洗凈，測定葉片養分指標[11-12]。在每塊樣地中進行土壤性質測定[13]，測定土壤容重、pH、速效P含量、速效K含量等指標。采用溫濕光三參數記錄儀，觀測每個樣地林內溫度、濕度和光照度的日變化[14-17]，并對其果實性狀指標進行測定。各指標每月測1次。

1.4 數據處理

1.4.1 數據轉換

將整理好的數據根據相關性分析結果選取有代表性的指標，應用模糊數學隸屬函數法進行定量轉換，再將各指標的隸屬函數值取平均值進行位列排序。公式為：

式中：U(Xi)為第i項指標的隸屬函數值，Xi為第i項指標的測定值，Xmax和Xmin分別為所有參試樣株第i項指標的最大值和最小值。

若某一指標與評判結果為負相關，則用反隸屬函數進行定量轉換。公式為：

式中：U'(Xi)為第i項指標的反隸屬函數值。

1.4.2 數據分析

日變化倍數=(全伐處理最高值-全伐處理最低值)/(對照最高值-對照最低值)。

采用Microsoft Excel進行數據整理和圖表制作，采用IBM SPSS Statistics 19進行方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同海拔浙江紅花油茶林分改造效果的比較

2.1.1 改造前后樹體生長的比較

各處理中不同海拔浙江紅花油茶樹體的生長量見表1。由表1可知，全伐改造后白鷴墓試驗地與八斗丘試驗地樹高和冠幅均有增長。經過方差分析可知，2個試驗地全伐后樹高和冠幅生長量與對照相比均具有顯著性差異（P＜0.05），2個試驗地改造后樹高和冠幅生長量均不具有顯著性差異。白鷴墓試驗地的樹高和冠幅生長量分別為對照的1.76、2.15倍，八斗丘試驗地的樹高和冠幅生長量分別為對照的1.71、2.41倍。2個試驗地的樹高生長量相差不大，但八斗丘的冠幅生長量是白鷴墓的1.12倍，說明八斗丘試驗地改造后浙江紅花油茶接觸到更多的陽光照射，油茶樹長勢更加明顯。

表1 各處理中不同海拔浙江紅花油茶樹體的生長量?Table 1 Tree increments of C.chekiangoleosa at different altitudes in different treatments

2.1.2 改造前后葉片養分含量的比較

各處理中不同海拔浙江紅花油茶葉片養分的含量見表2。由表2可知，全伐改造前后，白鷴墓試驗地浙江紅花油茶葉片N含量具有顯著差異，P和K含量不具有顯著差異，改造后N、P、K含量分別增長了3.68、0.03、-0.11 g/kg；全伐改造前后，八斗丘試驗地浙江紅花油茶葉片N、P、K含量均具有顯著差異，改造后N和P含量分別增長了2.66、0.43 g/kg，而K含量比對照減少了0.58 g/kg。說明除了K元素外，2個試驗地改造后葉片養分含量分別在不同程度上得以提高。白鷴墓試驗地浙江紅花油茶葉片N和K含量的增長量高于八斗丘試驗地，P含量增長量低于八斗丘試驗地。白鷴墓試驗地浙江紅花油茶葉片的整體養分含量高于八斗丘試驗地。

表2 各處理中不同海拔浙江紅花油茶葉片養分的含量Table 2 Nutrient contents in C.chekiangoleosa leaf at different altitudes in different treatments g/kg

2.1.3 改造前后林地環境的比較

2.1.3.1 空氣溫度日變化

各處理中不同海拔浙江紅花油茶林空氣溫度的日變化如圖1所示。由圖1可見，白鷴墓試驗地和八斗丘試驗地林地空氣溫度的日變化大致呈現出先上升、后下降的趨勢，約在14:00空氣溫度達到最高，之后呈下降趨勢。改造后空氣溫度均明顯高于對照，說明改造效果明顯達到預期，去除毛竹等上層木的遮擋，給予了浙江紅花油茶林適宜的溫度。全伐后，八斗丘試驗地空氣溫度明顯高于白鷴墓試驗地，油茶為喜光樹種，促進了八斗丘試驗地油茶的生長。

圖1 各處理中不同海拔浙江紅花油茶林空氣溫度的日變化Fig.1 Diurnal variations of air temperatures in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.3.2 空氣濕度日變化

各處理中不同海拔浙江紅花油茶林空氣濕度的日變化如圖2所示。由圖2可見，白鷴墓試驗地和八斗丘試驗地空氣濕度的日變化大致呈現出先下降、后上升的趨勢，約在14:00空氣濕度達到最低，之后隨空氣溫度的降低，空氣濕度開始相應升高。改造后，八斗丘試驗地的空氣濕度降低了7%，白鷴墓試驗地降低了4.6%。在高溫高濕的情況下，白鷴墓試驗地更加容易出現病蟲害的情況，從而導致產量的降低。

圖2 各處理中不同海拔浙江紅花油茶林空氣濕度的日變化Fig.2 Diurnal variations of air humidity in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.3.3 光照強度日變化

各處理中不同海拔浙江紅花油茶林光照強度的日變化如圖3所示。由圖3可見，白鷴墓試驗地和八斗丘試驗地光照強度的日變化大致呈現出先上升、后下降的趨勢，2個試驗地對照處理的光照強度明顯較弱。改造后，2個試驗地的光照強度發生變化，在12:00光照強度達到最高，隨后開始下降。由于對照中上層木遮擋林內部分日光的射入，改造后，白鷴墓試驗地日變化是對照的15.36倍，八斗丘試驗地日變化是對照的10.47倍。全伐改造后，白鷴墓試驗地是八斗丘試驗地的1.47倍。可見全伐改造對林地內林分光照強度影響較大，因為白鷴墓試驗地處高海拔地區，所受陽光照射強度要高于八斗丘試驗地。

圖3 各處理中不同海拔浙江紅花油茶林光照強度的日變化Fig.3 Diurnal variations of light intensities in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.3.4 土壤溫度日變化

各處理中不同海拔浙江紅花油茶林土壤溫度的日變化如圖4所示。由圖4可見，2個試驗地林下土壤溫度變化趨勢大體一致，均是從6:00開始緩慢上升，至16:00時土壤溫度最高。這可能是因為受到太陽輻射和溫度遲滯效應的影響[18]，土壤溫度與空氣溫度日變化不一致。全伐改造后，由于沒有了上層林對日光的遮擋，各試驗地土壤溫度也相應升高。全伐改造后，八斗丘試驗地的土壤溫度是對照的1.2倍，白鷴墓試驗地的土壤溫度是對照的1.02倍，八斗丘試驗地土溫增長是白鷴墓試驗地的1.18倍。

圖4 各處理中不同海拔浙江紅花油茶林土壤溫度的日變化Fig.4 Diurnal variations of soil temperatures in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.3.5 土壤濕度日變化

各處理中不同海拔浙江紅花油茶林土壤濕度的日變化如圖5所示。由圖5可見，土壤濕度日變化幅度較小，各處理變化趨勢基本一致。均在10:00達到最低值，改造后白鷴墓試驗地土壤濕度是八斗丘試驗地的2.12倍。足夠的水分能夠保證浙江紅花油茶樹體更好地生長。

圖5 各處理中不同海拔浙江紅花油茶林土壤濕度的日變化Fig.5 Diurnal variations of soil moisture in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.3.6 土壤理化性質

土壤的理化性質會對植物的生長造成重要的影響。各處理中不同海拔浙江紅花油茶林土壤的理化性質見表3。由表3可知，2個試驗地林下土壤pH差別不大，白鷴墓試驗地土壤pH為4.41～4.67，八斗丘試驗地土壤pH為4.39～4.74，均為酸性土壤。

改造前后各試驗地0～20 cm土層的土壤容重相差不大，不具有顯著性差異。最佳的土壤容重范圍1.1～1.4 g/cm3。改造后白鷴墓試驗地土壤容重0.99～1.17 g/cm3，八斗丘試驗地土壤容重1.17～1.19 g/cm3。總體來看，2個試驗地林下土壤的結構相差不大，但八斗丘試驗地土壤容重在最佳土壤容重范圍內。就改造效果來看，改造后白鷴墓試驗地各土層土壤容重增大，八斗丘試驗地10～20 cm土層土壤容重減小0.07 g/cm3，所以八斗丘試驗地改造效果較好。

各試驗地0～20 cm土層土壤中，各元素按照含量由高到低排列依次為速效K、速效P、速效N。改造后，白鷴墓試驗地0～20 cm土層中除速效P含量下降，其余均有所增加，八斗丘試驗地0～20 cm土層中速效N、速效P、速效K含量分別增加了7.85、20.44、57.12 mg/kg。N、P、K元素是植物生長發育過程中所必需的元素，八斗丘試驗地的土壤肥力明顯優于白鷴墓試驗地，且改造效果更好，更有利于植株生長和果實產量的增長。

表3 各處理中不同海拔浙江紅花油茶林土壤的理化性質Table 3 Soil physicochemical properties in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.4 改造前后果實性狀和產量的比較

各處理中不同海拔浙江紅花油茶的果實性狀見表4。由表4可知，改造后浙江紅花油茶的果形指數、鮮出籽率、出仁率、種仁含油率與對照均有顯著差異，鮮果質量、果皮厚度與對照不具有顯著性差異。白鷴墓試驗地油茶果形指數、鮮出籽率、出仁率、種仁含油率依次增長0.27、0.13百分點、0.10百分點、4.85百分點，八斗丘試驗地油茶各指標依次增長0.04、0.06百分點、0.03百分點、3.10百分點。經比較發現，白鷴墓試驗地浙江紅花油茶產出果實的果形指數、鮮出籽率、出仁率、種仁含油率均高于八斗丘試驗地。

各處理中不同海拔浙江紅花油茶的產量性狀見表5。由表5可知，改造后白鷴墓試驗地和八斗丘試驗地的結果量、果實產量、產油量與對照均具有顯著差異。改造后，八斗丘試驗地浙江紅花油茶的結果量比對照增長33個/株，果實產量增長4 326 kg/hm2，產油量增長292.05 kg/hm2。改造后，白鷴墓試驗地浙江紅花油茶的結果量比對照增長20個/株，果實產量增長2 587.5 kg/hm2，產油量增長239.25 kg/hm2。改造后八斗丘試驗地浙江紅花油茶的結果量增長量、果實產量增長量、產油量增長量分別是改造后白鷴墓試驗地各指標增長量的1.65、1.67、1.22倍，可見浙江紅花油茶更適合生長在海拔700 m的八斗丘試驗地。

表4 各處理中不同海拔浙江紅花油茶林的果實性狀Table 4 Fruit characteristics of C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

表5 各處理中不同海拔浙江紅花油茶林的產量性狀Table 5 Yield characteristics of C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.2 不同海拔浙江紅花油茶林分各指標的相關性分析

白鷴墓試驗地浙江紅花油茶生長和產量與環境因子的相關性見表6。由表6可知，白鷴墓試驗地土壤速效N含量與樹高和冠幅具有顯著正相關關系。土壤速效K含量與單株結果量具有極顯著正相關關系。光照強度與樹高和冠幅具有顯著正相關關系，與單株結果量和含油率具有極顯著正相關關系。空氣溫度與單株結果量、含油率和光照強度具有極顯著正相關關系。空氣濕度與單株結果量和含油率具有極顯著負相關關系。土壤溫濕度與結果量和含油率均具有極顯著正相關關系。

八斗丘試驗地浙江紅花油茶生長和產量與環境因子的相關性見表7。由表7可知，八斗丘試驗地土壤速效N含量與樹高和冠幅具有極顯著正相關關系。土壤速效K含量與單株結果量具有顯著正相關關系，與含油率具有極顯著正相關關系。光照強度與樹高、冠幅、單株結果量、含油率具有極顯著正相關關系。空氣溫度與樹高冠幅具有顯著正相關關系，與結果量、含油率和光照具有極顯著正相關關系。空氣濕度與單株結果量、含油率、光照、溫度具有極顯著負相關關系。土壤溫濕度與單株結果量和含油率均具有極顯著正相關關系。

表7 八斗丘試驗地浙江紅花油茶生長和產量與環境因子的相關性Table 7 Correlation of growth and yield of C.chekiangoleosa forest in Badouqiu test site with environmental factors

由此可以看出，樹高、冠幅、單株結果量、含油率、土壤速效N含量、土壤速效K含量、光照強度、空氣溫度、土壤溫度、土壤濕度、空氣濕度等因子與浙江紅花油茶林產量關系密切。

2.3 不同海拔浙江紅花油茶林分改造效果的綜合評價

由于指標較多，并且各指標間存在一定的相關性，所得數據在一定的程度上有所重疊[19]。因此，將與浙江紅花油茶林關系密切的因子用模糊數學隸屬函數法進行分析[20]，即將各指標的平均值運用公式轉換成隸屬值，再將各隸屬函數值取隸屬平均值，將隸屬平均值作為浙江紅花油茶林改造效果的綜合鑒定指標。平均隸屬值越大，改造效果越好。

各處理中不同海拔浙江紅花油茶林各指標的隸屬函數值及排序見表8。由表8可知，改造效果最好的是4號處理，即八斗丘試驗地全伐，其平均隸屬函數值最大（0.79），白鷴墓試驗地全伐處理的平均隸屬函數值為0.65，所以八斗丘試驗地全伐的改造效果優于白鷴墓試驗地。

3 結論與討論

通過相關分析可以看出，浙江紅花油茶產量與環境因子具有顯著或者極顯著相關性。土壤速效鉀含量、光照強度、土壤溫濕度、空氣溫度均與2個試驗地的結果量具有極顯著相關性；光照強度、土壤溫濕度、空氣溫度均與2個試驗地的果實含油率具有極顯著相關性；空氣濕度與2個試驗地的單株結果量和果實含油率均極顯著負相關。說明在改造過程中應適當增施鉀肥，及時澆水，增加光照強度，減少空氣濕度，以促進浙江紅花油茶產量的提高。使用隸屬函數法進行改造效果的綜合評價，結果表明八斗丘試驗地全伐改造效果最好，其平均隸屬函數值為0.79。

表8 各處理中不同海拔浙江紅花油茶林各指標的隸屬函數值及排序Table 8 Membership function values and order of each index of C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

環境條件對浙江紅花油茶的生長具有顯著影響。環境條件主要包括空氣溫濕度、光照強度、土壤溫濕度等。改造后，2個試驗地林內環境得到改善，更加適宜浙江紅花油茶生長和結果，特別是光照強度的增高使林內溫度增加，產量和茶油品質得以提升。2個試驗地樹高生長量相差不大，但八斗丘試驗地冠幅生長量是白鷴墓的1.12倍。八斗丘試驗地的結果量、果實產量、產油量的增長量分別是白鷴墓試驗地各指標增長量的1.65、1.67、1.22倍，可見浙江紅花油茶更適合生長在海拔700 m的八斗丘試驗地。

環境因素對植物的生長發育具有顯著影響，光照、溫度、水分、空氣均能夠對植物的生長造成影響。浙江紅花油茶有喜光的特性，過于蔭蔽會導致植株長勢較弱，枝干細弱，枝葉稀疏，結果量少或者不結果，有的甚至整株枯死，相反，在全日照和半蔭蔽的環境中植株長勢較好，枝葉生長茂盛，結果多，果實色澤亮麗，所以在改造時要注意營造合適的林分密度。楊開寶等[21]在對騰沖紅花油茶低產林撫育改造試驗中，發現伐除非油茶林木特別是高大的上層林木對于改善林內通風透光條件尤為重要，同時也要伐除過密油茶植株，或對油茶植株移密補稀。毛竹、杉木等上層木對浙江紅花油茶的遮擋，阻止了陽光的照射，降低了浙江紅花油茶葉片的光合效率，無法大量合成營養物質供給植物生長。植物的光合作用決定了植物的總生產力[22]。所以，在浙江紅花油茶低產林改造中，伐除上層木尤為重要。白鷴墓試驗地海拔高于八斗丘試驗地，使其光強高于八斗丘試驗地，光照強度的增高使林內溫度增加，其產量和茶油品質得以提升。這可能是白鷴墓試驗地的果實品質優于八斗丘試驗地的原因。邊秀芝等[23]、盧碧林等[24]認為生態環境是決定玉米、水稻生長發育和品質的重要因素之一，與本文中的研究結果一致。

氮磷鉀是植物生長發育過程中所必需的營養元素，其中氮素是促進合成氨基酸、蛋白質的主要物質，油茶的高產更是離不開氮素的供應。胡玉玲等[25]的研究結果表明，氮素處理后油茶的成花結實率更高。本文中八斗丘試驗地土壤中的氮、磷、鉀含量在改造前后均明顯高于白鷴墓試驗地，充足的養分為紅花油茶的高產提供了必要的條件，這可能是八斗丘試驗地的結果量、果實產量、產油量高于白鷴墓試驗地的重要原因之一。劉偉等[26]認為，油茶土壤養分含量直接影響油茶養分的供應，并進一步影響油茶的生長和產量，這也與本文中的觀點相同。

低產林的成因較多，如原生混交、品種混雜、管理粗放等，導致林分老化，基本處于半野生狀態。本試驗中參試浙江紅花油茶林同樣存在品種混雜、管理粗放等問題，通過對油茶林地進行全伐改造，土壤性質得到了有效改善，經改造后白鷴墓試驗地土壤N含量上升，八斗丘試驗地土壤N、P、K含量均有所提高。可能是因為在伐除毛竹等上層木后對林地進行了清理，林內光照充足，加快了林地凋落物的分解，減少了其他樹種對養分和水分的吸收，使得養分含量升高，土壤性質得到改善。何鋼等[27]經研究發現，采取林地清理和墾復的方式對油茶林地進行低產改造，能夠改善土壤物理性狀，增加土壤養分含量，同時能夠促進土壤養分的有效功能的釋放，這與本文中的觀點相互印證。

本試驗中因為試驗對象是天然籽播更新林分，林內油茶長勢不盡相同，盡管在選擇標準地時盡量選擇樹體一致的油茶樹進行調查研究，但在取樣方面仍存在一定的不足。且改造時僅對油茶林上層木進行了伐除，未采取施肥、修剪等措施，還須進行深入研究。