沙質(zhì)海岸木麻黃+濕地松林不同混交模式綜合效益評價

林武星，黃雍容，葉功富，聶森

(福建省林業(yè)科學(xué)研究院，350012，福州)

木麻黃(Casuarina equisetifolia)是我國東南沿海地區(qū)沙質(zhì)海岸主要的防護(hù)林樹種，速生且防風(fēng)固沙功能強(qiáng)，在沿海防護(hù)林建設(shè)中具有重要的作用。長期以來，由于木麻黃防護(hù)林多為純林且連栽，存在著地力衰退、更新困難和林分穩(wěn)定性下降等實際問題，制約了防護(hù)林可持續(xù)發(fā)展［1-6］。許多實踐證明，營造混交林可以提高森林生態(tài)系統(tǒng)中樹種多樣性和林分穩(wěn)定性［7-8］。沿海防護(hù)林采取不同樹種混交對于增強(qiáng)林帶的防風(fēng)作用有利，可達(dá)到保持林帶防護(hù)功能連續(xù)性和林地可持續(xù)利用的目的［9-12］。國內(nèi)目前已有較多關(guān)于沿海木麻黃混交林的研究，如通過木麻黃與相思(Acacia confusa)、桉樹(Eucalyptus)等樹種混交以增強(qiáng)沿海防護(hù)林的物種多樣性、改善林帶結(jié)構(gòu)和提高防護(hù)功能［9-14］，這些研究成果對于指導(dǎo)沿海防護(hù)林體系建設(shè)可起到積極的作用。濕地松(Pinus elliottii)是濱海沙地上適應(yīng)性較強(qiáng)的造林樹種［15］，木麻黃+濕地松混交林是沿海沙質(zhì)海岸防護(hù)林中一種主要的林帶類型［16］。有關(guān)木麻黃+濕地松混交林研究已有報道，但僅局限于不同混交模式在生長量或生物量上差異性的比較［17-20］;而綜合考慮生長量、防護(hù)作用和土壤肥力等方面因子進(jìn)行木麻黃+濕地松混交林模式篩選的研究尚不多。由于不同的混交模式在提高生產(chǎn)力、改善生態(tài)環(huán)境、維護(hù)地力和增強(qiáng)林分穩(wěn)定性等方面不盡相同;所以，自2004年以來，筆者通過在福建省東山赤山國有防護(hù)林場沙地開展了木麻黃+濕地松林不同混交模式的試驗研究，并采用層次分析法評價5種8年生木麻黃+濕地松混交林模式，選擇綜合效益最佳的木麻黃+濕地松林混交類型，以期為沿海防護(hù)林可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗點概況

試驗點位于福建省漳州市東山縣赤山國有防護(hù)林場(E117°18′，N23°40′)，地處福建省南部沿海，屬于亞熱帶海洋性氣候，干、濕季節(jié)明顯，每年的11月至翌年2月為旱季，全年無積雪，極少霜凍，主害風(fēng)為東北風(fēng)，年降雨量945 mm，大部分降雨集中在5—9月份，年平均蒸發(fā)量1 056 mm，年平均氣溫20.8℃，絕對最高氣溫36.6℃，絕對最低氣溫3.8℃。經(jīng)常遭受臺風(fēng)危害，臺風(fēng)多發(fā)生在7—8月，年平均5.1次［21］。土壤類型多為潮積或風(fēng)積沙土，養(yǎng)分含量少，海岸前沿風(fēng)口地段土壤pH值＞7，土壤中鹽分濃度高，從基干林帶越往內(nèi)側(cè)，土壤逐漸趨向弱酸性。試驗點主要的鄉(xiāng)土樹種有樸樹(Celtis sinensis)、樟樹(Cinnamomum camphora)、苦楝(Meliaazedarach)和潺槁(Litsea glutinosa)等，主要造林樹種包括木麻黃、濕地松、相思和桉樹等。試驗地設(shè)在林場大帽山工區(qū)前沿沙地，距離潮水線80 m，屬于沿?；闪謳Х秶?，林地土壤為風(fēng)積沙土，肥力低下，天然植被稀少，林下常見有木豆(Cajanus cajan)、鼠刺(Spinifex littoreus)和牡荊(Verbena negando)等［21］。

2 研究方法

2.1 試驗林營造

2003年底，將試驗地上第1代的木麻黃皆伐，挖除樹兜回填土坑后，按2 m×2 m株行距定點后挖穴，穴規(guī)格長、寬、深為50 cm×40 cm×40 cm，穴內(nèi)放紅土(15 kg/穴)，2004年5月雨天種植濕地松和木麻黃容器苗。木麻黃+濕地松混交試驗設(shè)5種模式，模式Ⅰ為2行木麻黃4行濕地松混交(比例2∶4)，帶狀混交;模式Ⅱ為3行木麻黃3行濕地松混交(比例3∶3)，帶狀混交;模式Ⅲ為1行木麻黃3行濕地松混交(比例1∶3)，行帶混交;模式Ⅳ為1行木麻黃2行濕地松混交(比例1∶2)，行帶混交;模式Ⅴ為1行木麻黃1行濕地松混交(比例1∶1)，行間混交。每種混交模式4次重復(fù)，試驗隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每樣地面積30 m×30 m。在試驗林周圍同時營造相同混交林面積5 hm2。造林后每年分樹種調(diào)查保存率和生長量，8年生時混交林主要林分因子見表1。

表1 木麻黃+濕地松林不同混交模式生長狀況Tab．1 Growth condition in the mixed model of C．equisetifolia and P．elliottii

2.2 蓄積量和生物量調(diào)查

根據(jù)8年生時樣地每木調(diào)查結(jié)果，計算各混交林中不同樹種的平均高度和胸徑，求算林分蓄積量。林分生物量按樹種采用平均標(biāo)準(zhǔn)木樹干解析法進(jìn)行，即分樹種每樣地選擇1株平均胸徑大小的標(biāo)準(zhǔn)木，以1 m為區(qū)分段作樹干解析，分樹干、樹皮、樹枝和葉當(dāng)場稱量，對各部分取樣帶回烘干至恒質(zhì)量。地下部分以干基為中心，取營養(yǎng)面積大小的圓作為其調(diào)查范圍，按其深度劃分為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、＞60 cm 4層，分層挖出所有根系，按細(xì)根(根徑＜0.2 cm)、中根(根徑0.2～2.0 cm)、粗根(根徑＞2.0 cm)及根樁稱其鮮質(zhì)量，并對各部分取樣測其干質(zhì)量。

2.3 風(fēng)降率和風(fēng)害率測定

采用DEM-6型風(fēng)向風(fēng)速儀器觀測8年生木麻黃+濕地松混交林內(nèi)距離地面2 m處的風(fēng)速，并同時測定林帶前空曠地相同高度的風(fēng)速，各混交林模式風(fēng)降率為同時同高度測得的林前空曠地風(fēng)速和林內(nèi)風(fēng)速的差值與林前空曠地風(fēng)速的比值［10-12，22］。風(fēng)害率計算通過不同混交模式中2個樹種受風(fēng)害的林木數(shù)量與總數(shù)量的比值求得。

2.4 土壤取樣與分析

在每一樣地中按S形布點法挖5個土壤剖面，每個剖面分0～20 cm和20～40 cm層次取樣，混合后用四分法帶回部分土壤樣品，風(fēng)干后進(jìn)行化學(xué)性質(zhì)測定:有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用重鉻酸鉀氧化法，水解性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用擴(kuò)散法，速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用鹽酸氟化銨-鉬銻抗比色法，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)用原子吸收分光光度計法，詳細(xì)測定方法見文獻(xiàn)［23］。

2.5評價模型建立

1)層次分析結(jié)構(gòu)模型。利用T.L.Saaty提出的層次分析法［24］，建立木麻黃+濕地松混交林模式綜合效益評價體系(圖1)。由生長效益、防護(hù)效益、地力維護(hù)效益等3個因子組成模型的準(zhǔn)則層，指標(biāo)層由各對應(yīng)的因子構(gòu)成。

圖1 混交林綜合效益評價層次結(jié)構(gòu)模型Fig．1 Model of hierarchical structure set for comprehensive evalutation of the mixed forests

2)評價因子權(quán)重的確定。組織林業(yè)專家對木麻黃+濕地松混交林的生長效益、防護(hù)效益和地力維護(hù)效益等因子進(jìn)行權(quán)重打分，按層次結(jié)構(gòu)建立A-B、B-C的判別矩陣，計算矩陣最大特征根及其對應(yīng)的特征向量(權(quán)重)(見表2)。混交林實測值進(jìn)行歸一化處理后成為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

3)評價方法。假設(shè)L層有m個評價項目，每一個項目有n個評價因子，其對應(yīng)的權(quán)重uj可以組成一個權(quán)重矩陣:U=(u1，u2，u3，…，un)。而對于 m個評價項目中的n個評價因子，根據(jù)實測值歸一化轉(zhuǎn)換，可以構(gòu)成一個m×n階的矩陣A=(aij)m×n，那么，m個評價項目中第i個項目的評價值可以由A中第i行元素與權(quán)重矩陣U中對應(yīng)元素的乘積之和來決定;因此，第L層中m個評價項目的評價值即由A至U的乘積U×AT構(gòu)成［24］。所以，從最下層逐層往上進(jìn)行，就可實現(xiàn)混交林模式的多目標(biāo)綜合效益評價，根據(jù)評價值的大小對混交林進(jìn)行排序。

表2 木麻黃+濕地松林不同混交模式各層次指標(biāo)的權(quán)重Tab．2 Weights from Level C to Level A in the mixed models of C．equisetifolia and P．elliottii

3 結(jié)果與分析

3.1 生長效益評價

采用林分蓄積量和生物量2個指標(biāo)作為木麻黃+濕地松混交林生長效益評價的因子，其實測值見表3。根據(jù)評價方法，對表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，得到生長效益評價因子矩陣

從生長效益的評價值可知，模式Ⅱ帶狀混交的木麻黃+濕地松混交林得分最高，為0.245 6，其次是模式Ⅰ，模式Ⅲ的混交林得分最低，只有0.168 7。這是因為在5種木麻黃+濕地松混交林中，模式Ⅱ林分蓄積量和生物量最大，模式Ⅰ林分蓄積量和生物量其次，而模式Ⅲ林分蓄積量最小，生物量也較小，因而生長效益最差?？梢?，木麻黃與濕地松帶狀混交可促進(jìn)林分生長量的提高，而行帶混交對生長不利。這一結(jié)果與王舒鳳等［18］對木麻黃+濕地松混交林生物量研究及沈振洪［25］對木麻黃+馬占相思混交造林研究的結(jié)論基本相似。

3.2 防護(hù)效益評價

沿海防護(hù)林建設(shè)的技術(shù)核心是通過選擇適宜沿海生境的樹種經(jīng)過合理配置和合理的營林措施造林以形成較為穩(wěn)定的防護(hù)林帶，有效降低風(fēng)的危害［2］;所以，在考量木麻黃+濕地松混交模式防護(hù)林時，把降風(fēng)率和風(fēng)害率作為防護(hù)效益的指標(biāo)。由于風(fēng)害率與沿海防護(hù)林的優(yōu)劣呈負(fù)效應(yīng)關(guān)系，因而在對風(fēng)害率實測值進(jìn)行歸一化處理后所得到的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)為負(fù)值。對混交林實測的降風(fēng)率和風(fēng)害率的數(shù)據(jù)(表4)進(jìn)行處理后獲得防護(hù)效益評價因子矩陣

木麻黃+濕地松混交模式防護(hù)效益評價值大小為Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅴ，即木麻黃與濕地松帶狀混交模式防護(hù)效益最高，而木麻黃與濕地松行間混交(1∶1)模式防護(hù)效益最低。這與前人對木麻黃+相思樹不同模式混交林防護(hù)效益的研究結(jié)果相近［25-26］。其原因主要與木麻黃+濕地松混交林結(jié)構(gòu)有關(guān)。木麻黃與濕地松帶狀混交后，由于木麻黃本身抗風(fēng)力強(qiáng)、生長迅速居于主林層，而且木麻黃呈帶狀排列，這種模式對于濕地松減少風(fēng)害有較好的作用，并且整體林帶削弱風(fēng)力的效果明顯。而木麻黃與濕地松單行混交模式雖然木麻黃對濕地松也起到減少風(fēng)害作用;但由于木麻黃呈行狀，對風(fēng)力的降低作用有限，而且樹種間單行混交因木麻黃速生引起濕地松生長受抑制，也影響了林帶的防護(hù)功能。

表4 木麻黃+濕地松林不同混交模式防護(hù)效益評價指標(biāo)的測定值Tab．4 Measured values for each index used in the evaluation on protective benefits of C．equisetifolia and P．elliottii

3.3 地力維護(hù)效益評價

沿海沙岸土壤基本上由純沙土組成，土壤通透性好，但不僅持水性差，而且養(yǎng)分含量極低。木麻黃是東南沿海防護(hù)林主要樹種;但連栽因土壤養(yǎng)分過度消耗致使地力衰退，因此，營造混交防護(hù)林是維持和改善沙地肥力的一個途徑。地力維持效益評價指標(biāo)選擇土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有效養(yǎng)分包括水解性氮、速效磷和速效鉀，通過對木麻黃+濕地松混交模式土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)實測數(shù)據(jù)(表5)標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到地力維護(hù)效益評價因子矩陣

混交林不同模式地力維護(hù)效益評價值順序為Ⅰ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅲ，其中木麻黃與濕地松按2∶4帶狀混交模式土壤肥力最高，其次是樹種間單行混交模式，而木麻黃與濕地松按1∶3行帶狀混交模式土壤肥力最小。這可能與不同混交模式中各樹種凋落物數(shù)量及分解速度有關(guān)。

表5 木麻黃+濕地松林不同混交模式地力維護(hù)評價指標(biāo)的測定值Tab．5 Measured values for each index used in the evaluation on soil fertility maintenance of C．equisetifolia and P．elliottii

3.4 綜合評價

根據(jù)混交林生長效益、防護(hù)效益和地力維護(hù)效益各指標(biāo)的權(quán)重及B1、B2、B3的評價值，得到各模式綜合評價值

由此可知，木麻黃+濕地松混交林各模式綜合值順序為Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅲ，說明沿海沙地木麻黃與濕地松帶狀混交(3∶3)模式為木麻黃+濕地松混交林中最優(yōu)模式，其次是木麻黃與濕地松按2∶4行帶狀混交模式，而木麻黃與濕地松按1∶3混交模式綜合評價值最小。

4 結(jié)論與討論

1)在沙質(zhì)海岸木麻黃與濕地松混交林中，隨著木麻黃和濕地松混交行數(shù)(比例)增大，混交林生長效益和防護(hù)效益呈現(xiàn)增加的規(guī)律，土壤肥力也隨之提高。

2)參試的沙質(zhì)海岸8年生的5種木麻黃+濕地松林綜合效益以木麻黃與濕地松3∶3帶狀混交模式最高，2∶4帶狀混交模式其次，而行帶模式和行間模式綜合效益較低，這一成果可為沙質(zhì)海岸木麻黃+濕地松混交林營造提供依據(jù)。

本研究僅采用層次分析法對不同模式的木麻黃+濕地松混交林進(jìn)行評價，混交林中木麻黃和濕地松樹種間的生態(tài)關(guān)系尚不明確，除此，試驗林僅為8年生，隨林分年齡增長，混交林中樹種間關(guān)系會發(fā)生怎樣的變化，是否需要對混交林進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整以及調(diào)整的時間等，都有待于進(jìn)一步的觀測研究。

［1］ 葉功富，馮澤幸，潘惠忠，等.試論南方木麻黃海岸防護(hù)林的更新改造［J］.浙江林業(yè)科技，1993，13(1):60-63

［2］ 張水松，葉功富，徐俊森，等.木麻黃基干林帶類型劃分和更新造林關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.林業(yè)科學(xué)，2002，38(2):44-53

［3］ 林武星，洪偉，葉功富.木麻黃水浸液對其幼苗生長的影響［J］.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，27(1):46-51

［4］ 鄧蘭桂，孔垂華.木麻黃小枝提取物的分離鑒定及其對幼苗的他感作用［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1996，7(2):145-149

［5］ Puri G S.A contribution to the ecology of Casuarina equisetifolia［J］.Indian Forestry，1958，88:74-90

［6］ Kaupenjohann M.Mineral nutrition on root development in casuarina stands of Benin［J］.West Africa Potash Review，1988(5):5-10

［7］ 俞新妥.混交林營造原理及技術(shù)［M］.北京:中國林業(yè)出版社，1989:5-18

［8］ Worrell R，Hampson A.The influence of some forest operations on the sustainable management of forest soils:a review ［J］.Forestry，1997，70(1):61-86

［9］ 吳錫麟.厚莢相思木麻黃混交林分結(jié)構(gòu)和生物量研究［J］.福建林學(xué)院學(xué)報，2003，23(3):236-239

［10］陳德旺.木麻黃大葉相思混交林生長效果、防護(hù)功能和土壤肥力研究［J］.防護(hù)林科技，2003(3):13-15

［11］游月娥.木麻黃混交林防護(hù)效能和改土效果研究［J］.西北林學(xué)院學(xué)報，2005，20(4):36-38

［12］李茂瑾.濱海沙地后沿幾種木麻黃混交林防護(hù)功能與土壤性質(zhì)研究［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報，2010，16(13):188-189

［13］吳柳清.沙岸木麻黃檸檬桉混交林生態(tài)效應(yīng)研究［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報，2008，14(23):154-155

［14］劉繼龍.沙質(zhì)海岸木麻黃馬占相思混交林生產(chǎn)力和生態(tài)效應(yīng)分析［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報，2007，13(6):111-112

［15］方添源.濱海砂地二代更新樹種選擇的試驗［J］.福建林業(yè)科技，1992，19(2):19-23

［16］林武星，葉功富，洪偉，等.木麻黃-濕地松人工混交林中樹木個體生長的競爭效應(yīng)模型［J］.林業(yè)科學(xué)，2003，39(增刊 l):42-46

［17］葉功富.濱海沙地濕地松與木麻黃混交林構(gòu)建和調(diào)控技術(shù)研究［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2002，15(4):463-468

［18］王舒鳳，鄭郁善，陳雄，等.木麻黃濕地松混交林生物量研究［J］.福建林學(xué)院學(xué)報，2001，21(2):153-156

［19］徐俊森.海岸帶木麻黃濕地松混交林營造效果研究［J］.福建林業(yè)科技，1998，25(2):28-32

［20］游克亮.沙質(zhì)海岸木麻黃與濕地松混交配置造林效果及其種間關(guān)系［J］.海峽科學(xué)，2008(8):31-32

［21］林武星，葉功富，譚芳林，等.沙岸木麻黃防護(hù)林不同更新模式土壤結(jié)構(gòu)分形特征及其效應(yīng)［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2008，16(6):1352-1357

［22］林武星，葉功富，洪偉，等.濱海沙地木麻黃基干林帶不同更新方式綜合效益分析［J］.林業(yè)科學(xué)，2003，39(增刊l):112-116

［23］張萬儒，楊光瀅，屠星南，等.森林土壤分析方法［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000:78-108

［24］樊后保，劉文水，李燕燕，等.應(yīng)用層次分析法評價閩西北馬尾松:闊葉樹混交林的綜合效益［J］.山地學(xué)報，2009，27(3):257-264

［25］沈振洪.海岸內(nèi)側(cè)丘陵山地木麻黃和馬占相思混交造林研究［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報，2011，17(7):143-144

［26］陳青霞.惠安縣沙地木麻黃臺灣相思混交林研究［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報，2011，17(9):158-159