馬尾松幼林中套種觀光木的生長效應(yīng)

吳成忠

(福建省明溪國有林場，福建 明溪365200)

1 引言

馬尾松(Pinusmassonniana)天然更新能力強(qiáng)，耐干旱瘠薄 ，是荒山綠化造林的先鋒樹種[1]，在我國的南方林區(qū)廣為分布。其生長迅速，用途廣泛，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。然而，馬尾松純林容易發(fā)生森林火災(zāi)，病蟲危害大[2～4]，尤其是在松材線蟲病肆虐下，無論是天然飛籽成林，還是人工林，生存空間受到天然和人為的雙重夾擊。對現(xiàn)有馬尾松林進(jìn)行預(yù)防性改造，合理利用其幼林的生長環(huán)境，引入闊葉樹種，構(gòu)建松闊混交林，是林業(yè)生產(chǎn)中客觀存在的現(xiàn)實(shí)問題和亟待解決的科技攻關(guān)重點(diǎn)。這種預(yù)防性改造方式具有現(xiàn)實(shí)的利用價(jià)值和長期的生態(tài)意義。為此，在福建省明溪國有林場胡坊管護(hù)站已有的馬尾松幼林中進(jìn)行了人為套種觀光木(Tsoongiodendronodorum)試驗(yàn)研究。觀光木是木蘭科單種屬常綠喬木，由于野生資源稀少和種群數(shù)量不斷減少，被列為國家珍稀瀕危二級保護(hù)植物[5]。其樹干通直，木材結(jié)構(gòu)細(xì)微，紋理通直、是家具、建筑和細(xì)木工等優(yōu)良用材；樹形挺拔、整齊，枝繁葉茂，花朵大，果實(shí)奇特,具芳香味。觀光木既是用材樹種，也是優(yōu)良的觀賞樹種[6～7]，是福建省主要倡導(dǎo)發(fā)展的珍貴鄉(xiāng)土樹種之一。選用觀光木在馬尾松幼林中套種，是基于觀光木幼齡林比較耐蔭的生物學(xué)特性，利用“時(shí)間差”在馬尾松形成的森林環(huán)境庇護(hù)下套種觀光木，兼顧預(yù)防性改造馬尾松純林，培育構(gòu)建馬尾松觀光木復(fù)合林分，達(dá)到促進(jìn)林木生長、有效保護(hù)珍稀樹種和改善生態(tài)小環(huán)境的多種效益。

2 試驗(yàn)地概況

福建省明溪國有林場位于福建省中部的明溪縣(116°47＇～117°35＇E，26°8＇～26°39＇N)行政區(qū)域，明溪縣屬于中亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)。年平均氣溫17.4 ℃，日照時(shí)數(shù)1788.6 h/a，平均空氣相對濕度80%，平均降水量1755 mm，無霜期228 d，實(shí)際霜日25～32 d；地帶性頂極群落為常綠闊葉林。試驗(yàn)用馬尾松幼林位于福建省明溪國有林場胡坊管護(hù)站的16林班4大班5.6小班，小班面積15.4 hm2，海拔370 m左右，坡度20～23°，土壤為山地紅壤，土層厚度>200 cm，立地類型為肥沃類型Ⅱ類地。林分前茬為杉木純林。為了避免杉木連栽，2005年春改種馬尾松。馬尾松種子來自福建省漳平五一國有林場馬尾松改良代種子園，苗木為自育1年生實(shí)生苗。2012年底測定，7年生馬尾松幼林，現(xiàn)存平均株數(shù)2475株/hm 2,系單層同齡林，平均胸徑6.12 m，平均樹高5.75 m，林分郁閉度0.7左右。主要植被有中華里白(Hicriopterischinensis)、冬青(Ilexchinensis)、柃木(Euryajaponica)、山礬(Symplocossumuntia)、赤楠(Syzygiumbuxifolium)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、茶稈竹(Pseudosasaamabilis)等。

3 試驗(yàn)方法

2012年年底在馬尾松幼林中選擇同一坡面建立標(biāo)準(zhǔn)地，標(biāo)準(zhǔn)地面積20 m×20 m，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每一處理三重復(fù)。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理:

(1)JG處理：疏伐原有馬尾松幼林，保留馬尾松林木1500株/hm2,以株行距4 m×4 m，套種觀光木。疏伐時(shí)，先按照觀光木株行距定點(diǎn)疏伐(相近馬尾松植株)，之后在遵循總體均勻分布的原則下，按照砍小留大、砍劣留優(yōu)、砍密留稀、砍彎留直方式疏伐。疏伐后，在定點(diǎn)位進(jìn)行塊狀整地，穴規(guī)格50 cm×50 cm×30 cm。

(2)MG處理：在馬尾松幼林中以株行距4 m×4 m，套種觀光木，僅砍伐定點(diǎn)相近的馬尾松林木，其余不疏伐。同樣在定點(diǎn)位，進(jìn)行塊狀整地，穴規(guī)格50 cm×50 cm×30 cm。

(3)CK處理：保留原有馬尾松林分，不疏伐，不套種觀光木。以上個(gè)處理均采用同樣的幼林撫育措施：每年5～6月劈草1次，8～9月進(jìn)行1次林木周圍局部鋤草。

種植后調(diào)查觀光木造林成活率，每年測定馬尾松和觀光木的主要生長因子。2019年進(jìn)行全面調(diào)查，測定馬尾松和觀光木只要生長因子。分別采用式(1)、式(2)計(jì)算馬尾松和觀光木立木材積。

V馬尾松=0.00006234D1.855150H0.956825

(1)

V觀光木=0.0000685634D1.933221H0.867885

(2)

徑級和高度級按照蘇建苗[8]劃分。即：徑級結(jié)構(gòu)：1徑級 DBH<5.0 cm,2徑級DBH 5.0～10.0 cm,3徑級 DBH 10.0～15.0 cm,4徑級 DBH 15.0～20.0 cm,5徑級 DBH 20.0～25.0 cm,6徑級 DBH 25.0～30.0 cm,7徑級 DBH 30.0～35.0 cm,8徑級 DBH>35.0 cm。高度級：1高度級 H<5.0 cm，2高度級 H 5.0～10.0 m，3高度級 H 10.0～15.0 m，4高度級H 15.0～20.0m，5高度級 H 20.0～25.0 m，6高度級H>25.0 m。

采用Excel和DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析。造林成活率和保存率經(jīng)公式X-1/2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行方差分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 不同處理對林分結(jié)構(gòu)的影響

林分結(jié)構(gòu)與林分穩(wěn)定、生態(tài)功能發(fā)揮以及林木生長有密切相關(guān)[9]。表1是不同處理2019年底林分結(jié)構(gòu)主要因子的測定結(jié)果。從表1中可以看出，JG處理喬木層主要由馬尾松和觀光木二樹種組成，JG處理馬尾松個(gè)體數(shù)1500株/hm2,占喬木層中個(gè)體數(shù)72.2%，觀光木個(gè)體數(shù)577株/hm2，占喬木層中個(gè)體數(shù)27.8%。馬尾松林齡14年生，樹高主要分布在11.2～15.42 m，占據(jù)喬木層的上層。觀光木林齡7年生，樹高主要分布在4.72～5.64 m，處于喬木層的亞林層，與馬尾松樹冠密集分布層錯(cuò)開，呈層分布，在垂直空間與馬尾松基本上銜接，連續(xù)分布，在水平空間上表現(xiàn)為鑲嵌格局，總體結(jié)構(gòu)為異齡復(fù)層林分。

表1 不同處理林分結(jié)構(gòu)主要因子測定結(jié)果(2019年)

MG處理林分結(jié)構(gòu)與JG處理相近，總體呈現(xiàn)為異齡復(fù)層林，但無論是馬尾松還是觀光木樹高和胸徑都比JG處理低矮，樹種組成馬尾松所占比例增加。

CK處理全部由同齡馬尾松組成，樹高分布在7.85～15.61 m之間，平均枝下高在7.31m，馬尾松林冠層比JG處理中馬尾松林冠層減少了39.6%，喬木層與灌木層間出現(xiàn)斷層，表明CK處理與MG處理、JG處理林分結(jié)構(gòu)存在差異，說明JG處理、MG處理與CK處理比較。林分結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出異質(zhì)的空間群落結(jié)構(gòu)，這對于提高林分穩(wěn)定性，合理利用光能，促進(jìn)林木生長有積極作用。

4.2 觀光木生長狀況分析

4.2.1 造林成活率和保存率

造林成活率和保存率是造林成功與否的基礎(chǔ)性指標(biāo)[10]。表2是不同處理觀光木林木生長狀況測定結(jié)果。從表2中可知，JG處理和MG處理中套種的觀光木在93.6%～95.2%(2013年春)，造林成活率較高。在馬尾松幼林中利用“時(shí)間差”套種觀光木，已有的馬尾松為觀光木提供了較好的庇蔭條件，這有利于幼齡比較喜蔭的觀光木成活。MG處理比JG處理造林成活率提高了1.6%，但造林保存率則是JG處理比MG處理提高了5.1%。這種變化表明隨著林齡增長觀光木對光照的要求逐漸增大，而較高經(jīng)營密度的馬尾松林分內(nèi)光照強(qiáng)度減少，影響了觀光木的保存率。反映了觀光木生長發(fā)育不同階段與生長環(huán)境的耦合性。經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，方差分析結(jié)果表明，JG處理和MG處理造林成活率和保存率間在0.05水平上沒有達(dá)到顯著差異，但存在一定差異，而且會影響林木生長量。

表2 不同處理觀光木生長情況

4.2.2 高徑生長

高徑生長量是衡量林木生長強(qiáng)弱常用指標(biāo)。從表2中可知，JG處理和MG處理觀光木高徑生長狀況不同。平均樹高M(jìn)G處理>JG處理,平均胸徑則是JG處理>MG處理。MG處理馬尾松保留密度較大，對隨著林齡增長需光量逐漸增多的觀光木產(chǎn)生了脅迫，處于脅迫的觀光木，為了生存，獲得足夠的光照條件，加快了樹高生長，而這種樹高增長，卻是以犧牲胸徑生長為代價(jià)。經(jīng)方差分析，二處理觀光木平均樹高生長量在0.05水平上未達(dá)到顯著水平，而平均胸徑生長量存在顯著差異(p<0.05)，而且從高徑比上分析，JG處理高徑比為98∶1，高徑生長比較協(xié)調(diào)，MG處理高徑比為123∶1，林木生長顯得細(xì)長，表明JG處理高徑生長比MG處理較為協(xié)調(diào)。利用“時(shí)間差”在馬尾松幼齡中套種觀光木，適當(dāng)疏伐是必要的技術(shù)措施。7年生馬尾松上層林以保留1500株/hm2比較合適。當(dāng)然，經(jīng)營密度與諸多因素有關(guān)，隨著林齡增大，在上層林馬尾松還影響觀光木生長時(shí)，可以繼續(xù)間伐，或通過修枝，釋放生長空間，以期獲得更好的經(jīng)營效益。

4.3 馬尾松生長狀況

4.3.1 樹冠生長

樹冠生長是林分生長的重要組成部分，而且是林木有機(jī)物生產(chǎn)和供應(yīng)的加工場所，馬尾松傳統(tǒng)人工林經(jīng)營密度大多數(shù)較大，不利于培育馬尾松大徑材。隨著我國人工林培育的大面積增長，中小徑材資源供給較為充足，而大徑材資源嚴(yán)重匱乏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足市場的需求。表3是不同處理馬尾松林木生長狀況測定結(jié)果。從表3中可知，JG處理、MG處理和CK處理中的馬尾松樹冠幅生長從大到小依次為JG處理>MG處理>CK處理,樹冠長從大到小同樣為：JG處理>MG處理>CK處理，無論是樹冠幅還是樹冠長均隨著經(jīng)營密度增加而降低。CK處理樹冠生長處于擁擠生長狀態(tài)。馬尾松是強(qiáng)陽性樹種，其頂端優(yōu)勢明顯，分枝多，側(cè)枝粗大，樹冠稀疏，郁閉后自然整枝迅速。在擁擠的生長空間，由于光照不足，樹冠層將急劇上升，枝下高抬高，冠長退縮，而且樹冠一旦退縮，難以恢復(fù)。從表3中可知，CK處理枝下高達(dá)到7.31 m，占全高的67.1%。當(dāng)馬尾松枝下高達(dá)到樹高的2/3時(shí)，表明林分生長空間非常擁擠，不利于林木生長。

表3 不同處理馬尾松生長狀況

經(jīng)方差分析，JG處理與CK處理冠幅在0.05水平上存在顯著差異，JG處理與MG處理、CK處理冠長在0.01水平上存在顯著差異。表明JG處理樹冠幅和樹冠長均比MG處理和CK處理生長發(fā)育好，對馬尾松高徑生長和林分蓄積的積累有利。采取疏伐降低經(jīng)營密度，不僅有利于馬尾松樹冠生長，培育大徑材，同時(shí)可以為林下更新提供有利條件，從而達(dá)到培育馬尾松大徑材和預(yù)防性改造馬尾松純林，構(gòu)建松闊異齡復(fù)層林分的目的。

4.3.2 高徑生長及高徑結(jié)構(gòu)

從表3中可知，JG處理現(xiàn)存馬尾松株數(shù)比MG處理和CK處理分別降低了18.6%和37.9%，保留的林木能夠獲得更多光照、營養(yǎng)物質(zhì)和水分，促進(jìn)了保留木的高徑生長。JG處理樹高生長與MG處理和CK處理分別增加4.5%和7.3%，樹高分布區(qū)間相對集中，高度級主要分布在第3高度級，第3高度級株數(shù)占馬尾松總個(gè)體數(shù)89.4%，CK處理樹高分布離散程度大，從第2高度級-第4高度級均有分布，第2、3、4高度級分別占馬尾松總個(gè)體數(shù)的16.0%、74.5%和9.5%；JG處理徑級結(jié)構(gòu)主要分布在3徑級，占94.7%，MG處理雖然主要分布也在2徑級，所占比例降為86.1%，2徑級占11.4%，CK處理2徑級增加到18.7%，表明CK處理由于經(jīng)營密度大，個(gè)體間爭奪光照、營養(yǎng)物質(zhì)和水分加劇，產(chǎn)生分化。在競爭中處于劣勢的個(gè)體增多，淪為下木，但也有部分個(gè)體擺脫了脅迫，樹高生長加快。MG處理在套種觀光木時(shí)，疏伐了部分馬尾松林木，與CK處理比現(xiàn)存株數(shù)減少了23.7%，與JG處理比株數(shù)增加22.9%，其平均樹高生長居于JG處理和CK處理之間。但據(jù)方差分析：不同處理平均樹高間在0.05水平上不存在顯著差異。

從表3馬尾松平均胸徑可知，不同處理平均胸徑生長與平均樹高生長存在同樣規(guī)律，JG處理平均胸徑最大，比MG處理和CK處理分別增加13.2%和21.7%，其次是MG處理，CK處理處于末位，而且經(jīng)方差分析，JG處理與CK處理在0.05水平上存在顯著差異，其它處理間不存在顯著差異，說明疏伐，減少了馬尾松上層林株數(shù)，提高了平均胸徑的生長量，同時(shí)套種觀光木也有利于馬尾松保留木的生長。馬尾松雖然耐干旱瘠薄，但要達(dá)到速生豐產(chǎn)，培育大徑材，需要濕潤、肥沃、疏松的生長環(huán)境。在馬尾松幼齡中套種觀光木，提高了林地覆蓋度，增加了林內(nèi)濕度和含水率，其凋落物數(shù)量多，易于分解，加快了林內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)。

4.4 林分蓄積生長與組成

材積是林木生物產(chǎn)量積累的重要表現(xiàn)[11]。表4是不同處理林分蓄積生長及組成。從表4中可知：林分總蓄積從大到小依次為：CK處理>JG處理>MG處理,經(jīng)方差分析林分蓄積總量間，不同處理間未存在顯著差異，但馬尾松單株材積，JG處理與CK處理在0.01水平上存在顯著差異，比CK處理增加JG處理與MG處理在0.05水平上存在顯著差異。

從表4中也可以看出，不同林分蓄積組成不同，JG處理和MG處理由馬尾松和觀光木二個(gè)部分組成，而CK處理為單純的馬尾松林木蓄積。進(jìn)一步比較JG處理和MG處理的蓄積組成。JG處理林分蓄積中馬尾松蓄積占96.5%，觀光木蓄積占3.5%；MG處理林分蓄積中馬尾松蓄積占97.3%，觀光木蓄積占2.7%；JG處理中觀光木林木蓄積所占比例增加。由于較長一段時(shí)間，大量肆意砍伐闊葉樹資源，許多珍貴樹種，包括觀光木資源越來越少，保護(hù)和培育闊葉樹資源，具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益，而且有著長遠(yuǎn)的生態(tài)意義。為此，在現(xiàn)有的馬尾松幼齡中套種觀光木不僅可行，而且意義重大。

表4 不同處理林分蓄積及組成

5 結(jié)論

馬尾松適應(yīng)性強(qiáng)，是南方林區(qū)造林綠化的先鋒樹種，但馬尾松抗逆性和穩(wěn)定性較差，尤其是受到松材線蟲病的極大威脅。在保護(hù)造林成果的同時(shí)，預(yù)防性改造馬尾松純林，套種珍貴闊葉樹是林業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。利用“時(shí)間差”，在馬尾松幼林中套種觀光木可以構(gòu)建馬尾松觀光木異齡復(fù)層林，經(jīng)營效果顯著，復(fù)合林林分結(jié)構(gòu)在垂直方向可以形成連續(xù)樹冠層，在水平方向呈現(xiàn)鑲嵌分布。JG處理與CK處理比冠幅、冠長增大，樹高增加7.3%，胸徑增加21.7%，單株材積增加54.2%。林分總蓄積差異未達(dá)到顯著水平，但單株材積在0.01水平上存在顯著差異。在馬尾松幼林中，經(jīng)疏伐套種觀光木(JG處理)7年生觀光木造林保存率達(dá)到92.3%，平均胸徑5.29 cm，平均樹高達(dá)到5.11 m，林分中觀光木蓄積達(dá)到4.0803 m3/hm2，其生長效應(yīng)比不疏伐、直接套種觀光木(MG處理)經(jīng)營模式好。不僅有利于培育馬尾松大徑材，也保護(hù)和積累了觀光木珍貴資源，而且有利于提高林分的穩(wěn)定性和生態(tài)功能。

致謝:參加本試驗(yàn)的還有賴建明、林洪錦、蘇秀福等，在此表示感謝。