萌芽杉木、擬赤楊混交效應(yīng)及生物量分布格局研究

陳清堤

(大田縣桃源國(guó)有林場(chǎng),福建大田 366101)

1 引言

擬赤楊(A lniphy llum fortunei)是安息香科優(yōu)良速生落葉闊葉樹(shù)種,生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)、落葉豐富且枯枝落葉極易腐爛分解,對(duì)地力的改善具有顯著的促進(jìn)作用,也是一種上等的食用菌及特種用材(如木材用于制造火柴梗、鉛筆等)樹(shù)種[1]。

杉木(Cunningham ia Lanceolata)是我國(guó)南方亞熱帶地區(qū)特有的優(yōu)良速生鄉(xiāng)土用材樹(shù)種,樹(shù)形整齊、冠幅較小、干形通直圓滿、木材產(chǎn)量高,用途廣等特點(diǎn)。在杉木人工林采伐跡地更新過(guò)程中,出現(xiàn)杉木生長(zhǎng)量普遍下降,甚至一代比一代差,嚴(yán)重制約了杉木人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)[2]。為了維護(hù)林地的可持續(xù)經(jīng)營(yíng),維護(hù)生物和生態(tài)多樣性,人們開(kāi)始營(yíng)造針闊混交林和利用杉木萌芽能力強(qiáng)的特點(diǎn)開(kāi)展大面積萌芽更新或人工促進(jìn)天然更新。為此,筆者探索研究杉木萌芽更新套種擬赤楊鄉(xiāng)土闊葉樹(shù)種混交造林試驗(yàn),旨在探索針闊混交林結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、生長(zhǎng)狀況及混交林對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,為多樹(shù)種、多模式混交造林提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于大田桃源國(guó)有林場(chǎng)桃源森林保護(hù)站橋山生產(chǎn)點(diǎn),小班面積14.47hm2。地理位置為東經(jīng)117℃33′,北緯 25℃48′,位于戴云山脈西側(cè),海拔570～610m,屬中亞熱帶季風(fēng)氣候,平均氣溫18.6℃,年平均降水量 1674mm,年蒸發(fā)量度1486mm,無(wú)霜期264d,土壤以花崗巖巖發(fā)育的紅壤,土層深厚肥沃,分布在中下坡,坡向東北,半陰坡,坡度18～25°,林下植被灌木以黃瑞木(Ad inand ramillettii)、烏藥(Linderaaggregate)、山胡椒(Lindera glauca)、烏 飯 (Vacciniumbracteatum Thunb)等為主,草本以狗脊蕨(Woodw ardia japonica)、烏蕨(Stenoloma chusana)、砂仁(Amomum villosum Lour)、五節(jié)芒(M iscanthusf loridulus)芒萁(Dicranopteris d ichotoma)[3]等為主,屬Ⅱ類地。前茬為1973年造杉木林分。

2.2 試驗(yàn)方案

在14地位級(jí)[4]杉木采伐后進(jìn)行跡地清理,保留杉木萌芽條2505株/hm2作為對(duì)照;萌芽杉木與擬赤楊混交林按3∶1配置,按植穴規(guī)格 50cm×40cm×30cm全面整地,1995年春用1年生擬赤楊實(shí)生苗上山造林,造林密度為625株/hm2,留萌芽杉木條1880株/hm2。造林后撫育3年,前2年采用擴(kuò)穴、鋤草撫育每年各1次,第3年鋤草撫育1次,2004年進(jìn)行首次撫育間伐并結(jié)合撫育進(jìn)行適當(dāng)修枝,?，F(xiàn)林分保留株數(shù)1860株/hm2。

2009年9月分別在杉木萌芽林及杉木萌芽、擬赤楊混交林分中,選擇具有代表性地段設(shè)置20m×20m標(biāo)準(zhǔn)地3塊,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)全林每木調(diào)查其胸徑、樹(shù)高、郁閉度,計(jì)算林分平均胸徑、平均樹(shù)高值,采用福建省二元立木材積公式分別計(jì)算萌芽杉木、擬赤楊平均木立木材積,根據(jù)林分密度計(jì)算林分蓄積量。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地采伐1～2株(混交林2株)平均木,共選擇平均木9株,采用M onsi分層切割法,區(qū)分段為1m,現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定干(帶皮)、枝、葉鮮重;采用壕溝全挖法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定平均木根系分布、根樁、粗根、細(xì)根鮮重,分別取樣各器官,用恒溫干燥法測(cè)定樣品含水量(80℃烘干);用浸水稱重法測(cè)定樣本持水率(本文所指持水率為濕重持水率);在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)分別設(shè)置2m×2m樣方各5個(gè),共計(jì)樣方15個(gè),記載林下植被種類、蓋度,收集,稱鮮重,取樣測(cè)定含水量,用樣方收獲法測(cè)定地上部分生物量。在每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)設(shè)置1個(gè)小氣候觀察點(diǎn),記錄小氣候變化值。附福建省杉木、闊葉樹(shù)二元立木材積公式[5]。

3 結(jié)果與分析

3.1 萌芽杉木擬赤楊混交林生長(zhǎng)狀況

擬赤楊屬喜光樹(shù)種,幼年時(shí)期較耐蔭,喜上方光照,由于萌芽杉木早期生長(zhǎng)快,對(duì)擬赤楊樹(shù)身起庇蔭作用,使林分中杉木、擬赤楊都能快速生長(zhǎng)。從表1可以看出,16年生時(shí),不論是混交林還是萌芽杉木純林,杉木高度都在13.45m以上,查福建省杉木地位指數(shù)表,該生長(zhǎng)立地地位級(jí)指數(shù)達(dá)到16級(jí),高于前茬杉木地位級(jí)指數(shù)14。混交林中杉木胸高直徑、樹(shù)高、單材材積生長(zhǎng)分別比杉木萌芽純林增加了5.8%、8.5%、19.3%;林分蓄積量混交林比杉木純林增加了22.5%;林分郁閉度增加了35.9%,抑制林下雜草叢生,發(fā)揮闊葉樹(shù)改良地力作用。混交林中擬赤楊也生長(zhǎng)良好,16年生時(shí),胸徑生長(zhǎng)達(dá)14.20cm,與杉木比較略小一點(diǎn),而樹(shù)高生長(zhǎng)達(dá)15.53m高于杉木,能充分利用林分上方光照。表明萌芽杉木擬赤楊混交種間關(guān)系協(xié)調(diào),是混交造林較好的模式之一,值得推廣和運(yùn)用。

表1 萌芽杉木擬赤楊混交林生長(zhǎng)狀況

3.2 萌芽杉木擬赤楊混交林水源涵養(yǎng)功能

森林水源涵養(yǎng)功能主要體現(xiàn)在森林地上部分的林冠層、林下植被層、枯枝落葉層對(duì)降雨的截持及地下土壤層的持水性能[6]。不同森林類型,不同的林種組成,由于林分生長(zhǎng)狀況林分結(jié)構(gòu)等多因素差異,對(duì)降水的攔蓄能力不同,其持水能力也有一定的差異。從表2可知,不論是萌芽杉木擬赤楊混交林還是杉木純林,其地上部分持水量由大到小依次為林冠層、枯枝落葉層、林下植被層?；旖涣峙c純林比較,地上部分持水量增加了32%,主要是混交林郁閉度高于杉木純林,林冠層枝葉生物量大截持一部分降水,減緩了雨水到達(dá)地面時(shí)間,有利于枯枝落葉和土壤對(duì)雨水的蓄持,同時(shí)混交林中枯枝落葉量大,相對(duì)于針葉有較大的吸附和持水性能;地下部分根系土壤層持水量增加了20.6%,主要是營(yíng)造混交林改善了結(jié)構(gòu)有關(guān),混交林土壤滲透性能好,有利于降雨的吸收,并以潛流方式慢慢下泄。土壤層持水量占林分總持水量的98%以上,而地上部分僅占林分總持水量的一小部分,說(shuō)明森林是涵養(yǎng)水源的主體,兩種林分總持水量混交林大于杉木純林,高出20.78%。由此可見(jiàn),萌芽杉木擬赤楊混交林有利于提高林分涵養(yǎng)水源功能。

表2 萌芽杉木擬赤楊混交林水源涵養(yǎng)功能

3.3 萌芽杉木擬赤楊混交林小氣候特征

混交林分結(jié)構(gòu)復(fù)雜,冠層厚,樹(shù)冠多層次鑲嵌,形成水平垂直郁閉,而純林只呈單層次枝葉交替相接郁閉。由于林分結(jié)構(gòu)差異,林內(nèi)小氣候特征也發(fā)生變化。與純林相比,混交林形成獨(dú)特的林內(nèi)小氣候,為林木的生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造有利條件。通過(guò)觀測(cè),萌芽杉木、擬赤楊混交林與杉木純林比較在相對(duì)濕度、空氣溫度、地表溫度、林內(nèi)光照強(qiáng)度等氣候因子有較大差異,見(jiàn)表3。

表3 萌芽杉木擬赤楊混交林小氣候特征比較

從表3可知,萌芽杉木、擬赤楊混交林全天候林內(nèi)光照強(qiáng)度比杉木純林降低了12.7%;平均空氣溫度降低了 2.4℃,降幅8.9%;平均地表溫度降低1.8℃,降幅7.5%;平均相對(duì)濕度提高了7.9%。由此可見(jiàn),萌芽杉木、擬赤楊混交林由于林分結(jié)構(gòu)復(fù)雜,使進(jìn)入林內(nèi)太陽(yáng)輻射量減少,同時(shí)混交林內(nèi)凋落物量及林冠層葉量較大,持水能力強(qiáng),能通過(guò)生理蒸騰和物理蒸發(fā)擴(kuò)散較大量的水分,較好地調(diào)節(jié)了林內(nèi)空氣溫度、濕度,降低了森林火險(xiǎn)等級(jí),促進(jìn)了林木生長(zhǎng)發(fā)育。

3.4 萌芽杉木擬赤楊混交林生物量分布格局

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)木采用Monsi分層切割法、壕溝全挖法測(cè)定混交林、純林地上部分、地下部分生物量,采用樣方收獲法測(cè)定林下植被層生物量。各層次各部位生物量干重詳見(jiàn)表4。從表4可知,杉擬混交林中干材部分總生物量達(dá)72.11t/hm2,占林分總生物量114.79t/hm2的62.8%,杉木純林中干材生物量達(dá)50.51t/hm2,占林分總生物量 82.60t/hm2的61.2%;杉擬混交林中枝葉總生物量達(dá) 27.08t/hm2,占林分總生物量 114.79t/hm2的23.6%,杉木純林中枝葉生物量達(dá)18.26t/hm2,占林分總生物量82.60t/hm2的22.1%;混交林喬木層生物量達(dá)99.19t/hm2,比純林68.77t/hm2增加了44.2%。地下部分生物量,杉擬混交林達(dá)11.97t/hm2,比杉木純林9.06t/hm2增加了32.1%。林下植被層生物量因郁閉度差異,杉木純林大于杉擬混交林,純林中植被層生物量達(dá)4.77t/hm2,比杉擬混交林植被層生物量3.63t/hm2增加了31.4%。但林下植被層生物量在不同林分中占總生物量比例很小。不同林分不同部位生物量分布格局見(jiàn)圖1。從圖1可以看出,不論是杉擬混交林分還是杉木純林,各部位生物量總體格局由大到小為喬木層生物量、地下部分生物量、林下植被層生物量。但各層次生物量在總生物量中所占的比重差異卻很大,混交林中地上部分生物量占總生物量的86.4%,純林占83.3%;混交林地下部分生物量占總生物量的10.4%,純林占11.0%;林下植被層生物量混交林占3.2%,純林占5.7%。與對(duì)照萌芽杉木純林相比,杉擬混交林(3∶1)總生物量增加了38.97%。

圖1 16年生混交林與杉木純林生物量分布格局

表4 萌芽杉木擬赤楊混交林生物量分布格局 t/hm2

4 結(jié)語(yǔ)

(1)14地位級(jí)杉木采伐跡地營(yíng)造擬赤楊與杉木萌芽混交,16年生時(shí)擬赤楊生長(zhǎng)良好,樹(shù)高生長(zhǎng)超過(guò)杉木,處于林冠上層。杉木樹(shù)高達(dá)14.59m,杉木地位級(jí)指數(shù)達(dá)成16級(jí)。林分總蓄積量混交林比杉木純林增加了22.5%。結(jié)果表明杉木、擬赤楊混交是較好的造林模式之一。

(2)林分涵養(yǎng)水源功能主要體現(xiàn)在調(diào)節(jié)降雨的分配和增加林地蓄水能力上。杉木、擬赤、楊混交林(3∶1)具有成層性,林地持水功能得到改善,因此表現(xiàn)為杉擬混交林比萌芽杉木純林更好的水源涵養(yǎng)功能。

(3)林內(nèi)小氣候改善有利于林木生長(zhǎng)發(fā)育?；旖涣钟捎诹址纸Y(jié)構(gòu)復(fù)雜,使進(jìn)入林內(nèi)太陽(yáng)輻射量減少,同時(shí)混交林內(nèi)凋落物量及林冠層葉量較大,持水能力強(qiáng),能通過(guò)生理蒸騰和物理蒸發(fā)擴(kuò)散較大量的水分,較好地調(diào)節(jié)了林內(nèi)光照強(qiáng)度、空氣溫度、濕度等氣象因子。

(4)各器官生物量研究及不同類型林分總生物量分析表明:不論是杉木、擬赤楊混交林分還是杉木純林,各部位生物量總體格局由大到小為喬木層生物量、地下部分生物量、林下植被層生物量。杉木、擬赤楊混交林的比例為86.4∶10.4∶3.2,萌芽杉木純林比例為83.3∶11.0∶5.7。林分總生物量杉木、擬赤楊混交林比杉木純林增加了38.97%。

(5)杉木、擬赤楊混交是一種較為成功的人工林經(jīng)營(yíng)模式,種間關(guān)系協(xié)調(diào),根系生長(zhǎng)互不穿透,又不盤結(jié)現(xiàn)象,能充分利用地力;空間徑高生長(zhǎng)相互促進(jìn),擬赤楊處于林冠上層,杉木徑生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。因此,杉木、擬赤楊混交造林中,擬赤楊所占比例不宜過(guò)高,選擇最適宜的混交比例需進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)。

[1]陳文龍.擬赤楊人工林地上部分凈生產(chǎn)力動(dòng)態(tài)變化研究[J].福建林業(yè)科技,2000,27(3):31～34.

[2]杜國(guó)堅(jiān),盧 剛.杉木跡地更新經(jīng)營(yíng)技術(shù)探討[J].浙江林業(yè)科技,2001,21(4):94～97.

[3]中國(guó)科學(xué)院編輯委員會(huì)主編.中國(guó)植物志[M].北京:科學(xué)出版社出版,2010.

[4]孟憲宇.測(cè)樹(shù)學(xué)[M].中國(guó)林業(yè)出版社,1995.

[5]福建省林業(yè)廳.福建省森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)規(guī)定[R].福州:福建省林業(yè)廳,2006.

[6]阮傳成,李振問(wèn).木荷生物工程——防火機(jī)理及應(yīng)用[M].西安:電子科技大學(xué)出版社,1995.