杉木生態(tài)公益林套種半楓荷開隙形狀與大小分析

陳 芬

(福建省三明市三元區(qū)莘口林業(yè)工作站，福建 三明 365001)

由于歷史的原因，福建省現(xiàn)有生態(tài)公益林中約有1/3的林分是以杉木(Cunninghamialanceolata)為優(yōu)勢樹種的林分。杉木是優(yōu)良的用材樹種，但凋落物少，且不易分解，養(yǎng)分循環(huán)受到阻礙，自肥能力差，導致嚴重的地力衰退。另一方面隨著林齡增大，自然整枝激烈，樹冠層薄等等諸多因素的影響，杉木林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，生態(tài)功能與常綠闊葉林相比較有明顯的差距。改造杉木生態(tài)公益林是重要的科研課題，對改變福建省生態(tài)公益林現(xiàn)狀，促進生態(tài)公益林的發(fā)展具有現(xiàn)實意義，同時更好地發(fā)揮生態(tài)公益林的生態(tài)功能。

從森林生態(tài)系統(tǒng)的演替規(guī)律來說，常綠闊葉林最終將替代杉木林，但是杉木林被劃入生態(tài)公益林后，停止采伐作業(yè)，將杉木林自然地演變成混交林仍然不容易[1]，需要漫長的時間。因此，要提高杉木林的生態(tài)效益，適當?shù)母蓴_有積極作用。如何控制干擾程度，做到更新過程中兼顧防止或減少水土流失與更新順利進行的較好結合。在更新樹種確定后，開隙的形狀與大小是主要影響因子之一。為此，在福建省三明市區(qū)進行杉木生態(tài)公益林中套種半楓荷(Semiliquidambarcathayensis)開隙形狀與大小的對比試驗。

半楓荷系國家二級保護植物[2]，分布在中亞熱帶地區(qū)低山至中山，常綠闊葉樹，集用材、藥用、觀賞于一身,是一種多用途的樹種[3],屬于本地區(qū)鄉(xiāng)土珍貴闊葉樹種。本試驗試圖通過對比試驗，選擇適宜的開隙形狀與大小，為杉木生態(tài)公益林改造，提供理論依據(jù)和可借鑒的林業(yè)經(jīng)營實踐經(jīng)驗。

1 試驗地概況

試驗地位于三明市三元區(qū)莘口鎮(zhèn)(26°7＇～26°12＇N，117°24＇～117°29＇E)。莘口鎮(zhèn)位于三明市區(qū)西南郊，有沙溪、漁塘溪、署沙溪等河流穿境而過，是重要的水源涵養(yǎng)地區(qū)。氣候屬中亞熱帶季風區(qū)，年平均氣溫19.1℃，平均降水量1510.1mm，無霜期291d。試驗林位于黃砂村23林班3大班14小班，面積55.21hm2，1998年劃歸為生態(tài)公益林，為1993年營造的人工杉木林，造林密度3000株/hm2，2012年杉木林保留密度2592株/hm2～2736株/hm2，林分為杉木優(yōu)勢單層林，樹冠層較薄，林分已經(jīng)充分郁閉度，林下植被稀少，主要植被為中華鱗毛蕨(Dryopterischinensis)、鐵絨蕨(Adiantumcapillus-veneris)、矩形葉鼠刺(Iteachinensis)、虎耳草(Saxifragastolonifera)等。

2 試驗方法

2.1 試驗設計

2012年11月，在三元區(qū)莘口鎮(zhèn)選擇3組立地條件相似、林分生長狀況基本一致的27年生杉木生態(tài)公益林。在每個組中建立3個標準地，標準地面積25.8m×28.5m，在其中設計3種不同開隙形狀和大小套種半楓荷試驗。即：(1)Z100處理。在其中間擇伐10m×10m，形成100m2正方形人工林隙。在林隙內清雜，把采伐剩余物按照等高線堆積在非更新帶上。在更新帶上按照1.8m×1.8m株行距(距邊界各留1.4m)定點塊狀整地，挖明穴規(guī)格50cm×50cm×40cm，2013年春用1年生半楓荷扦插苗造林，實際種植25株；(2)C270處理。在標準地種間擇伐，形成長18m(左右)，寬15m(上下)長方形人工林隙。清理后，同樣按照1.8m×1.8m株行距塊狀整地(距邊界各留1.2m)，清理、整地、栽植方法與Z100處理相同。實際種植66株。(3)T270處理。在標準地種間擇伐，形成長軸(左右)24m，短軸(上下)14.4m近橢圓形人工林隙。經(jīng)清雜后，由長軸和短軸交叉點為中心，按照1.8m×1.8m株行距向左右、上下定點挖穴種植，距邊界不足1.8m留為空地。實際種植67株。

2.2 調查方法

2018年11月，調查半楓荷保存率，每木檢尺，測量樹高、胸徑、冠幅、枝下高等主要因子。各標準地以平均樹高、平均胸徑(誤差不超過±5%)選擇平均木1株作為標準木進行生物量測定。測定林隙邊緣第一圈杉木胸徑、樹高、冠幅和枝下高等因子。

2018年9月，在各標準地建立樣方各4個，規(guī)格5.0m×5.0m。在樣方內調查灌木、草本的種類、個體數(shù)，并測定生物量。

2.3 統(tǒng)計分析方法

采用Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、DPS軟件進行單因素方差分析，并用LSD法進行多重比較。

3 結果與分析

3.1 林木生長狀況

林木生長是林分生長的基礎和基本組成，準確掌握林木生長狀況對研究林分生長有重要意義[4]。表1是不同處理方式下林木生長狀況的測定結果，從表1中可知，不同處理半楓荷的造林保存率、高徑、樹冠生長均有不同。

表1 不同處理半楓荷林木生長狀況

3.1.1 造林保存率

林隙大小和形狀是研究林隙的重要參數(shù)，影響著林隙內的光照、溫度、濕度等環(huán)境。從表1中可知，3種不同處理中造林保存率以T270處理最高，平均達93.1%，比C270處理增加1.4個百分點，比Z100處理增加7.1%，表明T270處理比C270處理和Z100處理造林保存率高，說明開隙270m2，比100m2有利于提高半楓荷造林保存率。半楓荷雖然在幼齡時可以耐一定庇蔭，但隨著林齡增長要求更高的光照。開隙270m2比100m2林隙大，透光度增加。在同樣開隙270m2時，近橢圓形透光度比規(guī)整長方形更好，周邊杉木對半楓荷的脅迫減少，有利于提高造林保存率。從造林保存率角度分析，在杉木生態(tài)公益林中開隙套種半楓荷以T270處理處理較好。大量調查表明，天然形成的林隙大多形狀表現(xiàn)為近橢圓形。T270處理順應了近自然狀態(tài)。從幾何形狀分析，橢圓形比正方形、長方形徑流長度更短，對更新初期防止或降低水土流失是有好處的。

3.1.2 樹冠生長

3種處理中T270處理和C270處理無論是冠幅，還是冠長生長均比Z100處理大，冠幅分別增加11.8%和7.6%，冠長分別增加12.3%和10.6%。雖然套種的半楓荷經(jīng)營密度相同，但T270處理和C270處理林隙面積比Z100處理擴大2.7倍，受周邊杉木脅迫的范圍小。更新林木接受光照強度大小與光照時間長短對大部分更新林木生長是有影響的。林隙較大，樹冠層減小，太陽光直射到林中，增大光照的強度，延長光照的時間，提高林木光合作用的能力，提高林木的生長量。對于早期比較耐蔭半楓荷而言，早期庇蔭，可能有利于存活，甚至可以促進冠長生長，但隨著林齡增加，來自杉木上方庇蔭和更多側方庇蔭，對半楓荷樹冠生長就會產(chǎn)生抑制。

T270處理與C270處理相比較，冠幅生長和冠長生長也存在差別。T270處理比C270處理冠幅增加4.0%，冠長增加1.6%。兩者之間的差異小于它們與Z100處理間的差異，意味著林隙大小對半楓荷樹冠生長的影響，大于林隙形狀的影響。

3.1.3 地上部分生物量

生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)功能指標之一，對衡量森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效益有著重要意義[5]。從表1中可知，3種處理中，T270處理處理平均木地上部分生物量(7年生)最高。達到17.82kg/株，比C270處理增加17.7%，比Z100處理增加29.8%，經(jīng)方差分析，T270處理與Z100處理平均木地上部分生物量存在顯著差異(P<0.05)，T270處理與C270處理平均木地上部分生物量未達到顯著差異，表明T270處理比C270處理和Z100處理平均木地上部分生物量更高。生物量的積累與光合利用率和土壤養(yǎng)分供給效應是分不開的。T270處理比Z100處理平均木地上部分生物量高更多體現(xiàn)光照尺度上的差異，而T270處理比C270處理平均木地上部分生物量高，可能與土壤肥力有一定聯(lián)系。C270處理開隙垂直距離15m，T270處理開隙垂直距離最大處僅14.4m。徑流距離較短，減少了水土肥流失，土壤養(yǎng)分供給效應較好，當然也與光照條件優(yōu)于C270處理有關。杉木生態(tài)公益林改造性更新不僅要考慮更新的成功與否，也應該考慮減少人為干擾造成的水土流失，避免人為干擾引起的地力衰退，保持林地可持續(xù)的生態(tài)功能。

從地上部分生物量組成分析，無論何種處理，半楓荷地上部分各器官生物量從大到小依次均為干>枝>葉。樹干生物量占地上部分生物量的61.2%～63.3%，占較大比例。半楓荷木材質好，是優(yōu)良的多用途的用材樹種，通直的主干同時也為樹冠構架了良好的基礎，單干型的林木具有較好的資源競爭能力。但從干、枝、葉組成比例分析，3種處理還是有差別。T270處理處理樹干生物量占比與C270處理和Z100處理比略有下降，枝葉生物量占比則略有增加，對于生態(tài)公益林，尤其是水源涵養(yǎng)林，枝葉生物量增加有重要價值，對于降水截留和養(yǎng)分循環(huán)有著重要作用。

3.2 林隙形狀與大小對林分結構的影響

本試驗杉木生態(tài)公益林系同年營造的人工純林，劃歸生態(tài)公益林后撫育停止，林分結構簡單，呈現(xiàn)單層林相，樹冠層單薄。據(jù)測定，27年生林冠層平均冠長只有3.9m，冠層嚴重萎縮，但杉木枝葉又密集分布，林分郁閉度較大，林下植被稀少，植物種類相對單一。開隙后套種半楓荷，在相對連續(xù)的林冠層，人為制造了間斷現(xiàn)象，增大林隙空間，導致林冠層出現(xiàn)明顯的坡形，形成了垂直結構上的鑲嵌體和水平結構上的森林斑塊結構，增加了景觀價值，同時為森林更新提供了場所。從表1中可知，Z100處理半楓荷平均樹高6.22m，平均胸徑5.63cm，與周邊杉木(平均樹高15.67m)相差9.45m。C270處理平均樹高6.53m，平均胸徑6.23cm，與周邊杉木(平均樹高15.43m)相差8.9m。T270處理平均樹高6.88m，平均胸徑6.77cm，與周邊杉木(平均樹高15.71m)相差8.83m。T270處理半楓荷樹高與杉木樹高高度差縮短，受杉木影響減小。從平均樹高和平均胸徑生長量分析，Z100處理，受到了周邊杉木的脅迫，而抑制生長，更新半楓荷生長量減緩，處于受壓狀態(tài)。T270處理高徑生長比較正常，大部分擺脫了杉木脅迫，整合性生理功能增強，與杉木競爭具備了較強的競爭力。干擾所形成的林隙是森林更新的驅動力，但需要一定的空間尺度，林隙過小，容易被迅速生長的側枝所填充，而阻礙更新，T270處理能夠使林分形成正常生長發(fā)育的半楓荷林分結構，可以認為是適宜的形狀和合理的閾值。

3.3 林隙形狀與大小對林下植被的影響

植物群落最基本的特征包括種類組成、數(shù)量組成等，群落形成的基礎是樹種成分。從表2中可知，不同處理林下植被與杉木林下植被比存在差異。杉木林雖然冠層較薄。

表2 不同處理林下植被生長狀況

但枝葉密集分布，林分郁閉度大，林內透光度少，林下植被稀少，灌木層只有6種，草木層10種，蓋度17.5%，而更新半楓荷林分，分枝呈粗疏型，葉片寬大，非勻質分散分布，層間透光度大，灌木層和草本層植被較多，比杉木林有不同程度增加。T270處理林下植被灌木層種類有26種，蓋度達14.3%，草本層有23種，蓋度15.7%，Z100處理林下植被種類有灌木層有21種，蓋度11.7%，草本層有17種，蓋度13.5%。均為半楓荷林，T270處理林下植被與Z100處理比，灌木層種類增加23.8%，蓋度增加22.2%，草本層增加35.3%，蓋度增加16.3%，與C270處理比，灌木層種類增加8.3%，蓋度增加5.9，草本層增加9.5%，蓋度增加2.6%，表明T270處理林下植被生長發(fā)育狀況比C270處理和Z100處理好，說明開隙形狀和大小對林下植被生長發(fā)育有影響。不同處理半楓荷種植密度相同，半楓荷自身形態(tài)特征相同，林下植被生長發(fā)育的差異主要來自于周邊杉木的影響。杉木生態(tài)公益林采取擇伐更新，在林隙形成開始到林隙被填充再郁閉過程中，林隙較小，邊界杉木側枝生長，較快對相鄰半楓荷產(chǎn)生脅迫，抑制其生長，變?yōu)楸粔耗荆婚_隙較大，水土流失程度增大，較大面積頓失植被，對生態(tài)公益林生態(tài)功能產(chǎn)生不良影響，進而破壞生態(tài)公益林的生存環(huán)境，與生態(tài)公益林建設的初衷相違背。因此應該以適宜的空間，換取半楓荷生長的時間，同時科學采用開隙形狀，在同樣開隙大小的前提下，提高林內的透光度，減少徑流。

4 結語

杉木生態(tài)公益林改建時，開隙形狀和大小對更新半楓荷樹種的生長有影響。在27年生杉木生態(tài)公益林中以橢圓形開隙270m2套種半楓荷效果較好。試驗結果表明，T270處理與Z100處理比，造林保存率增加7.1個百分點，冠幅和冠長分別增加11.8%和12.3%，地上部分生物量間存在顯著差異，林分結構更合理，林下植被發(fā)育更好，更新半楓荷林木具備較強的競爭能力，形成了單優(yōu)闊葉林分。T270處理與C270處理比，半楓荷林分生長更好，但變化幅度較小。