馬尾松純林闊葉化改造試驗研究

摘要：為增加馬尾松人工林的穩定性，以馬尾松純林為研究對象，在林分內分別補植本土的闊葉樹種，進行馬尾松補植楓香（C1）、馬尾松補植木荷（C2）、馬尾松補植楓香+木荷（C3）及馬尾松純林（CK）處理，對比分析各種處理對馬尾松純林林木生長因子（平均胸徑、平均樹高、平均單株材積、公頃蓄積量）、林分結構因子（平均枝下高、平均冠幅、灌木層高、草本層高）、林內小氣候（溫度、濕度）、灌草多樣性（物種豐富度、物種多樣性指數、物種均勻度指數、優勢度指數）、林下凋落物和植被生物量指標（覆蓋率、厚度、單位面積存量、單位面積生物量）及松材線蟲病罹病株率的影響，為馬尾松純林闊葉化改造經營提供科學參考。結果表明：（1）馬尾松純林補植闊葉樹可以促進馬尾松生長，優化林分結構。（2）補闊處理能夠有效降低林內溫度和增加林內濕度，改善林內小氣候，補植常綠闊葉樹比補植落葉闊葉樹對改善林內小氣候作用明顯，同時補闊處理還可以增加林內灌草層物種多樣性和豐富度。（3）補種闊葉樹（特別是落葉闊葉樹）有利于增加林下凋落物和林下植被生物量，同時對防治馬尾松感染松材線蟲病具有一定的影響，隨著補種闊葉樹種類增多，防治效果有提升的趨勢。

關鍵詞：馬尾松純林；闊葉化改造；試驗研究

Experimental study on broad-leaved transformation of pure Masson pine forest

Abstract：The pure Masson pine forests in zhengping town， Xinfeng County and Xiaojiangzhen were selected for study. Native broad-leaved tree species were replanted in selected experimental plots in 2016， the treatments of Pinus massoniana replanting liquidambar formosana （c 1） ， Pinus massoniana replanting schima superba （c 2） ， Pinus massoniana replanting liquidambar formosana + Schima superba （c 3） and pure Pinus massoniana forest （CK） were carried out， the effects of different treatments on growth factors （average diameter at breast height， average tree height， average volume per tree， volume per hectare） ， stand structure factors （average height under branches， average canopy width， shrub layer height， herb layer height） ， forest microclimate （temperature and humidity） ， shrub and grass diversity （species richness， species diversity index， species evenness index， dominance index） ， litter and vegetation biomass （coverage， thickness， stock per unit area， biomass per unit area） and Bursaphelenchus xylophilus rate were analyzed， it provides scientific reference for the broad-leaved transformation management of Masson Pine Pure Forest. The results showed that： （1） replanting broad-leaved trees could promote the growth of Masson pine and optimize the stand structure. （2） the replanting of broad-leaved evergreen trees was more effective than the replanting of deciduous broad-leaved trees in improving the microclimate of the forest， at the same time， the species diversity and richness of shrub and grass layer were increased. （3） replanting broad-leaved trees， especially deciduous broad-leaved trees， is beneficial to increase the litter and undergrowth biomass， and has some effect on the control of Bursaphelenchus xylophilus disease of Masson pine， the control effect has the tendency of improvement.

Keywords：Masson pine pure forest;Broad-leaved transformation;Experimental study

馬尾松（Pinus massoniana）是我國南方常見的造林和用材樹種，贛州作為我國南方紅壤丘陵山地生態脆弱區和南嶺山地森林及生物多樣性生態功能區的重要組成部分，受特殊的地質條件和歷史、人為等因素影響，至20世紀80年代初期，全市森林覆蓋率降至43.6%，荒山面積達111.9萬hm²，1984年市委、市政府做出了“十年綠化贛南”的決定，大面積實施滅荒造林和人工飛播馬尾松造林，雖然提高了森林覆蓋率，但是森林質量不高，仍然存在大量馬尾松純林^[1]。因馬尾松純林林分結構單一、多樣性及穩定性差，抵御病蟲害能力弱，容易發生森林火災，尤其是近年來，松材線蟲病呈蔓延態勢，給馬尾松純林帶來了致命打擊，目前全市發生面積達10.1萬hm²，疫點區域土地肥力衰退，生物產量和碳貯量下降^[2]。眾多研究表明，馬尾松闊葉樹混交林優勢明顯，有助于增加森林生產力，豐富林分結構，增加林分多樣性和穩定性，提高土壤的保水保肥能力，對于病蟲害及森林火災的抵御能力也能大幅度提高。基于上述原因，林業工作者意識到對馬尾松純林進行闊葉化改造已迫在眉睫。

本研究旨在通過實踐與對比試驗，開展馬尾松純林闊葉化改造，利用鄉土闊葉樹種進行林間補植的方式修復馬尾松純林，分析對比不同改造類型對林木生長和林分結構、林內小氣候和灌草多樣性、林下凋落物和植被生物量、馬尾松林感染松材線蟲病的影響差異情況，為馬尾松純林闊葉化改造經營提供科學參考，探索南方丘陵紅壤山地保護和開發利用模式，對筑牢我國南方地區重要生態屏障和如期實現“雙碳”目標都具有非常重要的意義。

1材料與方法

1.1試驗區域

項目試驗地設在贛州市信豐縣，信豐縣位于江西省贛州中部，居貢水支流桃江中游，面積2878平方公里，東鄰安遠縣，南靠龍南市、定南縣、全南縣，西連廣東南雄市，西北接大余縣，北界南康區、贛縣區。地處東亞季風區，氣候溫和、光照充足、熱量豐富、雨量充沛，屬中亞熱帶季風濕潤氣候，具有四季變化分明，春秋短夏冬長，冰雪期短，無霜期長，夏少酷暑冬少嚴寒等特點。信豐有國家重點保護野生植物7種，其中一級保護為：南方紅豆杉、銀杏；二級保護為：杜仲、香樟、半楓荷、花櫚木、金毛狗。全縣森林覆蓋率70.33%。

在信豐縣境內選擇樹齡、立地條件、氣候條件、水熱條件大致一致且郁閉度在0.5左右馬尾松純林作為試驗地，原馬尾松純林平均年齡12a，于2016年在林分內分別補植本土的闊葉樹種（楓香、木荷、楓香+木荷），并對林分進行了撫育處理。補植闊葉樹苗采用帶狀補植方式，在間伐的帶寬內所有植物全部割除，留在帶內，穴狀整地，穴的規格為40×40×30 cm，補植密度平均為900株·hm²，苗木為2～3年生的容器苗。為全面了解馬尾松純林闊葉改造情況，共設置4種處理（馬尾松純林不補闊（CK）、馬尾松純林補種楓香（C1）、馬尾松純林補種木荷（C2）、馬尾松純林補種木荷+楓香（C3））。

1.2試驗方法

1.2.1試驗樣地設置

分別在不同處理措施的林分中設立3塊20m×20m的標準地（按上、下坡各設置一個標準地，另外再隨機布設1塊標準地），共布設12塊20m×20m 標準地。在每塊標準地四角設立4個2m×2m的樣方，同時在每個樣方中設置1個1m×1m的小樣方用于凋落物及林下植被生物量的調查。

1.2.2林木生長及林分結構情況調查

對每個標準地內的林木進行每木檢尺，測定胸徑、樹高、冠幅、枝下高；測定樣方內的灌木層高、草層高等因子，計算相應因子的平均值（保留兩位小數）。按照江西省各樹種二元材積公式，計算每個樹種的平均單株林木材積（保留四位小數）及每公頃蓄積量。

1.2.3林內小氣候和灌草多樣性調查

2023年1月至12月，每月固定15日12：00-13：00到各試驗樣地林中在隨機布設的三個點的林木1.5米高處，測定一次溫度和濕度。在每塊標準地的四角各設置4個2m×2m的樣方，在每塊樣方中調查灌木層和草本層所有植物的名稱、高度、株數和蓋度，計算物種豐富度、物種多樣性指數、物種均勻度指數、優勢度指數^[3]。

物種豐富度（R）：R=S

物種多樣性指數Shannon-Wiener（H）：

物種均勻度指數Pielou（J）^[4]：

1.2.4林下凋落物和植被生物量調查

在每個2m×2m的樣方對角線中間設置1個1m×1m的小樣方，在小樣方中調查凋落物現存量（包括：枯枝落葉、花果、雜屑等）、厚度、覆蓋度和林下植被生物量，即收集林下植被（包含灌木、草本等）地上部分和地下部分。取樣后，分別將凋落物及林下植被放置于80℃下烘干，計算干質量。

1.2.5松材線蟲病調查

每年9月份對試驗樣地涉及地塊林分進行全查，調查統計表現出松材線蟲病典型癥狀的罹病株數和松樹總株數，計算罹病株率。

罹病株率（%）=罹病株數/松樹總株數×100。

內業數據分析采用SPSS19.0、EXCEL等軟件進行數據處理與統計分析^[5-7]。

2結果與分析

2.1不同改造模式對林木生長和林分結構的影響

從表2可以看出，不同處理間林分林木生長的各項因子（平均胸徑、平均樹高、平均單株材積、公頃蓄積量）均存在差異，整體呈現出C3>C1>C2>CK的規律。說明馬尾松純林補植闊葉樹可以促進馬尾松生長，提高馬尾松純林的林木生產力，增加林分蓄積量，松闊混交模式要優于馬尾松純林經營模式。馬尾松純林補植不同闊葉樹之間對比，補植“楓香+木荷”要優于單一補植“楓香”或“木荷”，且補植“楓香+木荷”、“楓香”與補植“木荷”之間比較，除平均單株材積外其余3項因子（平均胸徑、平均樹高、公頃蓄積量）均存在顯著差異。

不同處理間林分結構因子（平均枝下高、平均冠幅、灌木層高、草本層高）也存在一定的差異，處理組均大于對照組，整體呈現出C3>C1>C2>CK的規律。說明馬尾松純林補植闊葉樹后，多樹種生長速度不同，利用水肥光照不同，能夠最大限度地進行光合作用，促進林分自然整枝，進而在林分層次結構上要優于單一的馬尾松純林。不同處理組之間比較可以發現，在四項因子（平均枝下高、平均冠幅、灌木層高、草本層高）上補植“楓香+木荷”、“楓香”與補植“木荷”之間均存在顯著差異。

2.2不同改造模式對林內小氣候和灌草多樣性的影響

從表3可以看出，馬尾松補植闊葉樹后對降低林內溫度和增加林內濕度上均表現出一定的優勢，根據總平均值計算，處理組（補植“楓香”、補植“木荷”、補植“楓香+木荷”）相對對照組在降溫方面分別降低了3.56%、3.60%、5.08%，在增濕方面分別提升了2.60%、2.26%、4.23%，在調節林內小氣候的效果表現上均呈現出C3＞C1＞C2＞CK的規律，說明補植闊葉樹后林分層次結構趨于合理，陽光直射被林冠層截留，進而達到調節林內小氣候的效果。另外對比C1和C2我們可以發現C2在冬季月份（12月、1月、2月）降溫增濕的效果優于C1，說明補植的楓香在冬季落葉后林內蒸騰作用會增強，保濕作用減弱，陽光直射地表面，微生物分解地表面腐殖質速度加快，進而影響度林內的溫度。

從表4可以看出，處理組的豐富度指數、多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數均高于對照組，說明馬尾松純林補植闊葉樹有助于灌草層物種多樣性和豐富度的增加，各物種的分布也更加均勻。灌木層的豐富度指數、多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數均表現為C3＞C1＞C2＞CK，草本層的豐富度指數、多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數均呈現出C1＞C2＞C3＞CK的趨勢。灌木層與草本層比較，草本層的豐富度指數、多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數均低于灌木層，且差異顯著，這可能與芒萁在草本層占絕對優勢，芒萁的侵占力強，能迅速形成大面積草地有關。

2.3不同改造模式對林下凋落物和植被生物量的影響

凋落物包括枯枝落葉、花果、雜屑等，從表5可以看出，處理組的林下凋落物覆蓋率、林下凋落物厚度和林下凋落物單位面積存量均顯著高于對照組，說明在馬尾松純林中補種闊葉樹（特別是落葉闊葉樹）有利于增加林下凋落物，進而提高土壤肥力，林下凋落物覆蓋率、林下凋落物厚度和林下凋落物單位面積存量都顯示出C3＞C1＞C2＞CK的規律。從林下植被單位面積生物量看，處理組均顯著大于對照組，各處理組之間也成呈現出C3＞C1＞C2＞CK的規律，說明馬尾松純林補植闊葉樹增加了灌草多樣性，改善了土壤理化性質，進而有效增加了林下植被生物量。

2.4不同改造模式對馬尾松林感染松材線蟲病的影響

從表6可以看出，處理組的畝均馬尾松罹病株數和罹病株率均低于對照組，但差異不明顯，說明馬尾松純林補植闊葉樹對松樹感染松材線蟲病有一定的影響，但效果不是很明顯，預防效果整體呈現出C3＞C2＞C1＞CK的規律。各處理組之間對比可以看出補植“楓香+木荷”要好于單一補種“楓香”或“木荷”，說明補種的闊葉樹越多，林內生物多樣性就越復雜，可能是隨著生物多樣性的增加對松材線蟲病起到了一定的生物防治作用。

3結論

1. 馬尾松純林補植闊葉樹可以促進馬尾松生長，提高馬尾松純林的林木生產力，增加林分蓄積量，增加林分層次，提高光能利用率，優化林分結構；
2. 馬尾松純林補植闊葉樹后對降低林內溫度和增加林內濕度上均表現出一定的優勢，同時可以有效增加林內灌草層物種多樣性和豐富度，補植常綠闊葉樹比補植落葉闊葉樹對改善林內小氣候作用明顯；
3. 馬尾松純林中補種闊葉樹（特別是落葉闊葉樹）有利于增加林下凋落物，進而提高土壤肥力、改善土壤理化性質，增加林下植被生物量；
4. 馬尾松純林補種闊葉樹對防治馬尾松感染松材線蟲病具有一定的影響，隨著補種闊葉樹種類的增多，防治效果有提升的趨勢。

參考文獻

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