陳清根
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桉樹采伐后改造成桉杉混交林的效應(yīng)研究
陳清根
(福建省華安金山國(guó)有林場(chǎng),福建 華安 363800)
桉樹采伐后分別改成桉樹二代萌芽純林、桉杉混交林和杉木純林,對(duì)3種林分4.5 a生的生長(zhǎng)量、林下植被多樣性、凋落物存量、土壤水分物理性質(zhì)進(jìn)行調(diào)查與對(duì)比分析,結(jié)果表明:桉杉混交林中的桉樹平均樹高、胸徑和單株材積比桉樹純林分別提高4.00%、8.68%和22.12%(<0.05),但杉木與杉木純林的生長(zhǎng)指標(biāo)無顯著性差異。同時(shí),混交林促進(jìn)了桉樹個(gè)體生長(zhǎng),有利于培育桉樹中、大徑材;桉樹純林林下植被多樣性更明顯,分布更為均勻,而杉木純林的林下植被多樣性最差;枯枝落葉量呈現(xiàn)桉樹純林>混交林>杉木純林;桉樹純林表層土壤(0 ~ 20 cm)的水分物理性質(zhì)優(yōu)于桉杉混交林和杉木純林,但隨著土層加深,這一優(yōu)勢(shì)逐漸消失。桉杉混交林的土壤性狀比杉木純林更好,這與它們的林內(nèi)光照、水分條件以及凋落物及其分解等差異有關(guān)。
桉樹杉木混交;生長(zhǎng)量;植被多樣性;凋落物存量;土壤物理性質(zhì)
桉樹()是我國(guó)南方主要速生豐產(chǎn)用材外來樹種,其種植面積占全國(guó)林地面積約2%,木材產(chǎn)量占全國(guó)木材產(chǎn)量的26.9%。桉樹的發(fā)展一方面提高了森林覆蓋率,另一方面對(duì)解決我國(guó)木材供需矛盾起到重要作用[1-2]。由于對(duì)桉樹生長(zhǎng)速度和經(jīng)濟(jì)利益的片面追求,我國(guó)的桉樹多為集中連片栽植,且品種和經(jīng)營(yíng)方式單一,導(dǎo)致地力衰退、生產(chǎn)力下降和物種多樣性減少等問題,嚴(yán)重影響桉樹林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)和林地持續(xù)利用[3-4]。為解決上述問題,福建省政府辦公廳曾出臺(tái)政策,限制桉樹純林面積增加,鼓勵(lì)發(fā)展桉樹混交林以及培育大徑級(jí)桉樹用材林[5]。
杉木()是我國(guó)重要的速生豐產(chǎn)用材鄉(xiāng)土樹種,在我國(guó)南方大面積種植[6]。杉木為中性偏陰、淺根性樹種,且生長(zhǎng)相對(duì)較慢,而桉樹是陽性、深根、速生樹種,樹體高大。理論上,營(yíng)造桉樹和杉木的混交復(fù)層林,在改變桉樹當(dāng)前人工林結(jié)構(gòu)單一、生態(tài)功能低下現(xiàn)狀的同時(shí),可提高林木生長(zhǎng)量和木材質(zhì)量,對(duì)整個(gè)森林資源質(zhì)量的提升有重要的意義[7]。近年來對(duì)于桉樹混交林的報(bào)道較多[8-13],但對(duì)桉樹采伐后利用桉樹萌芽改成桉杉混交林的相關(guān)研究尚未見報(bào)道。本研究通過對(duì)桉樹二代萌芽林改造成桉杉混交林的生長(zhǎng)量、林下植被多樣性、凋落物存量以及土壤物理性質(zhì)等效應(yīng)的分析,為科學(xué)營(yíng)造桉樹豐產(chǎn)混交林,促進(jìn)桉樹人工林可持續(xù)發(fā)展提供參考。
試驗(yàn)地位于福建省漳州市華安金山國(guó)有林場(chǎng),地處北緯24°56′,東經(jīng)117°29′。該區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,年平均氣溫20.4℃,最冷月(1月)平均氣溫12.4℃,最熱月(7月)平均氣溫26.9℃,極端最低溫-2.4℃,極端最高溫40.5℃,日平均氣溫≥10℃的活動(dòng)積溫7 300℃;平均相對(duì)濕度80%,年平均降水量1 896 mm,年平均蒸發(fā)量1 587 mm,年日照時(shí)數(shù)1 670 h,無霜期305 d左右。
試驗(yàn)地為尾巨桉(品種DH3229,以下簡(jiǎn)稱桉樹)一代林采伐跡地(001林班1-1小班),小班面積11.3 hm2,海拔110 ~ 160 m,坡度19°~ 25°,坡向東北。土壤為花崗巖發(fā)育的山地紅壤,土層厚度80 ~ 100 cm,腐殖質(zhì)層厚度5 ~ 10 cm,立地質(zhì)量等級(jí)Ⅱ級(jí)。林下植被主要有淡竹葉()、鐵芒萁()、東方烏毛蕨()、華南鱗蓋蕨()、金毛狗()、野牡丹()、苦竹()、葛()、山莓()、紫珠()、毛果算盤子()、粗葉榕()等。
2013年7月對(duì)桉樹一代林進(jìn)行采伐,2014年3月對(duì)桉樹采伐后的伐樁萌芽條(原造林密度1 600株·hm-2)進(jìn)行處理,以地形走勢(shì)劃分3個(gè)地塊(每塊面積3 ~ 4 hm2):其中留著二代萌芽更新的純林每個(gè)伐樁保留1株健壯的萌芽條,密度控制在1 600株·hm-2左右;用來改建混交林的保留桉樹萌芽株數(shù)750株·hm-2(相對(duì)均勻地選擇萌芽條長(zhǎng)勢(shì)健壯的伐樁保留1株萌芽條,其他伐樁進(jìn)行催腐、劈除),并套種杉木實(shí)生苗,形成桉杉混交林(桉樹占25%,杉木占75%,總株數(shù)3 000株·hm-2,杉木間距2.0 m × 2.2 m)。用來改造杉木純林的,對(duì)桉樹伐根全部催腐、壓萌芽條,并改種杉木純林,穴規(guī)格60 cm × 30 cm × 30 cm,株行距為1.6 m × 1.6 m,種植密度為3 900株·hm-2。造林情況見表1。
表1 不同林分造林基本情況
造林后采取撫育措施均一致,造林后1 ~ 3 a每年全面鋤草撫育2次,分別在5—6月和9—10月進(jìn)行。營(yíng)造林后前2 a結(jié)合撫育在5—6份施肥一次,桉樹每株施復(fù)合肥500 g (N-P2O5-K2O=16-16-16)+農(nóng)用硼砂50 g(含B 0.6%),杉木(包括杉木純林)每株施肥量復(fù)合肥為100 g(肥料與桉樹施用一致)。
2018年8月上旬,在3種林分地塊中每種林分沿上、中、下坡各設(shè)置20 m × 20 m樣地3個(gè),共設(shè)9塊調(diào)查樣地。對(duì)每個(gè)樣地進(jìn)行每木測(cè)定樹高、胸徑、保存率,計(jì)算單株材積量和蓄積;在每個(gè)樣地內(nèi)的上、下、左、右各設(shè)置1個(gè)4 m × 4 m樣方(共設(shè)置36個(gè)樣方)進(jìn)行灌木層、草本層植被調(diào)查。并在每個(gè)“樣方”內(nèi)設(shè)置1 m × 1 m小樣方采集地表凋落物,按樹枝、葉片、樹皮(少量其他凋落物歸為枝一類)分別烘干并稱重;在每個(gè)樣地內(nèi)按S型路線選取3個(gè)點(diǎn)挖掘土壤剖面,用環(huán)刀法按照0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土層分別采集土樣,測(cè)定土壤物理水分性質(zhì)。
2.2.1 生長(zhǎng)量指標(biāo)計(jì)算
依據(jù)福建省桉樹二元材積公式:
桉樹=0.000035461.782514957·1.256710514、
福建省杉木二元材積公式:
杉木=0.000058061.955335·0.894033,
分別計(jì)算兩個(gè)樹種的單株材積。其中,-單株材積(m3);-胸徑(cm);-樹高(m)。林分蓄積量(m3·hm-2) =單株材積(株·m-3)×保存密度(株·hm-2)
2.2.2 植物多樣性指標(biāo)及重要值的計(jì)算
Margalef 植物豐富度指數(shù);=(-1) /ln;
Simpson 指數(shù):=1-∑A2
Shannon-Weiner 指數(shù):=-∑AlnA;
Pielou 均勻度指數(shù):=/max。
式中:為樣地中某一層次的總植物數(shù);為樣地內(nèi)某一層次所有植物總個(gè)體數(shù);A是第種植物的個(gè)體數(shù)N占總個(gè)體數(shù)的比例(=/);H為最大的植物多樣性指數(shù)(max=ln)。
2.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析
采用Microsoft excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制,采用SPSS19.0進(jìn)行方差分析,其中,數(shù)據(jù)的差異顯著性分析采用檢驗(yàn)、單因素方差分析與多重比較(Duncan)方法。
桉樹采伐跡地上不同林分的生長(zhǎng)情況見表2。4.5 a生林分,無論是純林或是混交林,各樹種的林分保存率均在90%以上,其中混交林中桉樹的保存率最高,達(dá)到了97.33%,但不同林分間樹種保存率無顯著性差異,由此表明在桉樹占據(jù)上層空間后,林下層的杉木個(gè)體存活并未受到影響。同時(shí),混交林中,桉樹的平均樹高、胸徑和單株材積相較于桉樹純林分別提高了4.00%、8.66%和22.12%。杉木的平均樹高、胸徑和單株材積與杉木純林相當(dāng),僅比杉木純林提高了3.77%、0.94%和4.95%。檢驗(yàn)結(jié)果顯示,桉樹樹高、胸徑和單株材積的值分別為3.209、4.782、7.217(T0.05(4)=2.772),混交林中桉樹的樹高、胸徑和單株材積均顯著大于桉樹純林;混交林中杉木的以上3個(gè)指標(biāo)與杉木純林差異則不顯著(3個(gè)指標(biāo)值分別為1.085、0.428和0.796)。這一結(jié)果表明,混交林桉樹的生長(zhǎng)要優(yōu)于其純林,尤其能明顯促進(jìn)桉樹胸徑生長(zhǎng),有利于培育桉樹大徑材。另外,對(duì)比林分蓄積量發(fā)現(xiàn),混交林蓄積量是杉木純林的3.1倍,混交林蓄積量達(dá)到桉樹純林分的76%,這表明這種桉樹采伐后改造成桉杉混交林的林分產(chǎn)量必然比杉木純林高,顯示出充分利用林地資源的優(yōu)勢(shì),隨著杉木進(jìn)入速生期后,生長(zhǎng)的快速生長(zhǎng),混交林分的生產(chǎn)量估計(jì)可以超過桉樹純林。
表2 4.5 a生3種林分生長(zhǎng)情況
通常在生態(tài)環(huán)境中,主要通過植物的多樣性來評(píng)價(jià)其林下植被豐富度和均勻性,為了更好地體現(xiàn)桉杉混交林與杉木、桉樹純林之間的植物群落的種類結(jié)構(gòu)與數(shù)量的差別,利用物種豐富度、Margalef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)和Pielou均勻性指數(shù)對(duì)其進(jìn)行了對(duì)比分析(表4)。結(jié)果表明,物種豐富度和Margalef指數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo),均為桉樹純林>桉杉混交林>杉木純林,但以上兩個(gè)指標(biāo),桉樹純林與桉杉混交林之間的差距很小,而杉木純林與以上兩種林分的差距則較為明顯。Shannon-Wiener指數(shù)變化與物種豐富度、Margalef指數(shù)變化具有一致性,其中,桉樹純林的指數(shù)為2.602 2,分別比杉木純林和桉杉混交林提高了15.7%和13.4%。這一結(jié)果表明,桉樹純林林下植被多樣性更明顯,其次為桉杉混交林,但桉杉混交林下的植被多樣性與桉樹純林間的差距較小,植被多樣性最差的為杉木純林。
Simpson指數(shù)變化與前三者有所不同,為桉杉混交林>杉木純林>桉樹純林,其中桉樹純林為0.126 3,相較于桉杉混交林和杉木純林分別降低了32.5%和31.3%;Pielou均勻性指數(shù)排序?yàn)殍駱浼兞?杉木純林>桉杉混交林,分別為0.765 1、0.739 0和0.688 6,說明桉樹純林下植被分布更為均勻。
林下植被的多樣性、豐富度主要與林分郁閉度和林內(nèi)光照、溫濕度等微環(huán)境因子有關(guān),進(jìn)而對(duì)林下灌木層和草本層的物種多樣性產(chǎn)生不同的影響[14]。桉樹純林林下植被多樣性高于混交林和杉木純林,主要與桉樹純林的林冠稀疏且已進(jìn)入自然整枝階段、林內(nèi)光照強(qiáng)度相對(duì)高有關(guān)。而混交林、杉木純林郁閉度較高,尤其是杉木種植密度較大,其樹冠緊密且少有自然整枝現(xiàn)象發(fā)生,林地光照環(huán)境較差,對(duì)林下植被生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響。
表3 4.5 a生3種林分林下植被多樣性指數(shù)
表4結(jié)果顯示,桉樹純林的葉片凋落量、樹枝凋落量、樹皮凋落量和總凋落物量相較于混交林分別提高了242.76%、235.93%、67.81%和234.38%,而混交林的枯枝落葉量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于杉木純林。從樹種的單株生物量來看,混交林中杉木單株各成分平均凋落物量與杉木純林相當(dāng),混交林中桉樹單株各凋落物成分量除樹皮生物量外,其他凋落物成分量也低于桉樹純林。這表明,營(yíng)造桉杉混交林減少了桉樹單株凋落物的產(chǎn)生,可能是混交林中桉樹株數(shù)少而營(yíng)養(yǎng)空間大、光照充足、樹冠大、自然整枝速度慢,因此產(chǎn)生的凋落物相對(duì)較少,也顯示其生長(zhǎng)后勁強(qiáng)。
表4 4.5 a生3種林分凋落物現(xiàn)存量
3種林分的土壤土壤水分物理性質(zhì)測(cè)定結(jié)果顯示(表5),3個(gè)林分的0 ~ 20 cm土層的土壤容重、最大持水量、毛管持水量和田間持水量均顯著或極顯著大于20 ~ 40 cm土層。其中,桉杉混交林的0 ~ 20 cm土壤容重相較于同土層桉樹純林增加了14.67%(<0.01),而比杉木純林則降低了0.2%,但3個(gè)林分間20 ~ 40 cm土壤容重?zé)o顯著性差異;桉樹純林0 ~ 20 cm土壤最大持水量、毛管持水量和田間持水量均顯著或極顯著大于混交林和杉木純林,呈現(xiàn)出桉樹純林>混交林>杉木純林的趨勢(shì)。但桉樹純林20 ~ 40 cm土壤最大持水量相較于混交林降低了3.6%,二者之間呈極顯著性差異(<0.01),桉樹純林和混交林的20 ~ 40 cm土壤毛管持水量和田間持水量間無顯著性差異。此外,杉木純林0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土壤最大持水量、毛管持水量和田間持水量均顯著低于混交林(<0.05)。
表5 4.5 a生3種林分土壤容重和持水能力
注:同一列不同小寫字母和不同大寫字母分別表示差異達(dá)0.05和0.01顯著水平,下同。
從土壤孔隙、通氣狀況看,0 ~ 20 cm土層中,土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度和通氣度均呈現(xiàn)出桉樹純林>混交林>杉木純林的變化趨勢(shì)(表6)。桉樹純林0 ~ 20 cm土壤的毛管孔隙和總孔隙度均極顯著高于混交林和杉木純林(<0.01),而在20 ~ 40 cm土層中,桉樹純林總孔隙度極顯著低于混交林(<0.01),而毛管孔隙度相較于混交林無顯著性差異。杉木純林的0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土壤毛管孔隙度均顯著低于混交林(<0.05),而總孔隙度則均極顯著低于混交林(<0.01)。無論是0 ~ 20 cm或20 ~ 40 cm土層,3個(gè)林分間的非毛管孔隙和通氣度未呈現(xiàn)出顯著性差異。
表6 不同林分土壤孔隙度和通氣度
以上結(jié)果表明,0 ~ 20 cm土層中,無論是土壤持水力或是疏松透氣度,桉樹純林土壤均要略優(yōu)于桉杉混交林和杉木純林。但隨著土層深入,這一優(yōu)勢(shì)逐漸消失。相比之下,桉杉混交林土壤比杉木純林疏松透氣,持水能力強(qiáng),土壤結(jié)構(gòu)更好,這主要與樹種的根系分布、林內(nèi)光照、水分、植被等條件以及凋落物的分解密切相關(guān)。
在桉樹采伐跡地分別營(yíng)造桉樹萌芽純林、桉杉混交林和杉木純林4.5 a后,混交林中桉樹的平均樹高、胸徑和單株材積均顯著大于桉樹純林(<0.05),混交林中杉木的存活率、樹高、胸徑和單株材積與杉木純林之間差異不顯著,混交林對(duì)杉木生長(zhǎng)并未產(chǎn)生明顯的影響,但混交林林分蓄積量是杉木純林的3.1倍;同時(shí),營(yíng)造桉杉混交林減少了桉樹單株凋落物的產(chǎn)生,這一結(jié)果表明,營(yíng)造桉杉混交林促進(jìn)了桉樹個(gè)體生長(zhǎng),生長(zhǎng)后勁更強(qiáng),有利于形成以培育桉樹中、大徑材為目標(biāo)的高質(zhì)量林分;桉樹純林林下植被多樣性更明顯,分布更為均勻,而杉木純林的林下植被多樣性最差;枯枝落葉量呈現(xiàn)桉樹純林>混交林>杉木純林;桉樹純林、桉杉混交林的土壤物理性狀優(yōu)于杉木純林,但桉樹純林與混交林的土壤物理性質(zhì)總體上差別不大。
相較于桉樹純林,桉樹采伐后改成桉杉混交林,短期內(nèi)并未明顯改善林下植被多樣性和林地土壤質(zhì)量。主要原因是混交林中杉木年齡小而未自然整枝,而且混交林比桉樹純林郁閉度高(樹冠稀疏林內(nèi)光照較強(qiáng)),因此混交林枯枝落葉量、林下植被多樣性不如桉樹純林。隨著林齡的增加,杉木自然整枝力度的加大以及兩樹種的根系、林分結(jié)構(gòu)、種間關(guān)系的變化,混交效應(yīng)可能才會(huì)顯現(xiàn)。此外,從另一個(gè)角度看,南方山地植被豐富,改套種成混交林后,鑒于上述原因反而減少了造林后前3 a的除草撫育和施肥費(fèi)用,營(yíng)林投入成本降低了;混交林與純林比,因?yàn)殍駱涞闹陻?shù)少直接導(dǎo)致短期內(nèi)蓄積量不如桉樹純林,但隨著林齡增加,杉木進(jìn)入速生期后生長(zhǎng)量快速增加,則混交林的生長(zhǎng)量就有可能超過桉樹純林。因此,有關(guān)混交林的林下植被多樣性、土壤質(zhì)量變化、林分結(jié)構(gòu)、種間關(guān)系等情況有待進(jìn)一步調(diào)查研究。
此外,混交林的土壤化學(xué)性質(zhì)是林分微環(huán)境、樹種根系分布及其分必物、土壤微生物、林下植被、凋落物情況等多因素綜合結(jié)果,是一個(gè)相對(duì)比較慢的變化過程,短期內(nèi)土壤化學(xué)性質(zhì)未必會(huì)有明顯變化,因此,此次沒有對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定分析,有待下一步跟蹤調(diào)查研究。
[1] 殷亞方,姜笑梅,呂建雄,等.我國(guó)桉樹人工林資源和木材利用現(xiàn)狀[J].木材工業(yè),2001,15(5):3-5.
[2] 謝耀堅(jiān).我國(guó)桉樹種質(zhì)資源現(xiàn)狀及育種目標(biāo)探討[J].桉樹科技,2012,29(2):33-39.
[3] 王志超,杜阿朋,陳少雄.我國(guó)桉樹人工林現(xiàn)狀及可持續(xù)經(jīng)營(yíng)對(duì)策研究[J].桉樹科技,2012,29(4):58-62.
[4] 任忠秀,包雪梅,于家伊,等.我國(guó)桉樹人工林施肥現(xiàn)狀、存在問題及對(duì)策[J].桉樹科技,2013,30(4):52-59.
[5] 李寶福.福建省桉樹人工林發(fā)展態(tài)勢(shì)與持續(xù)經(jīng)營(yíng)對(duì)策[J]. 林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,2006,31(4): 98-102.
[6] 盛煒彤,楊承棟,范少輝.杉木人工林的土壤性質(zhì)變化[J].林業(yè)科學(xué)研究,2003,16(4): 377-385.
[7] 楊瑞德.桉樹人工混交復(fù)層林生長(zhǎng)及生態(tài)效應(yīng)研究[J].福建林業(yè)科技,2007,34(3): 36-39.
[8] 楊曾獎(jiǎng),徐大平,陳文平,等.華南地區(qū)桉樹/相思混交種植的林木生長(zhǎng)效應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2009,20(10):2339-2344.
[9] 肖文光,王尚明,陳孝,等.桉樹與厚莢相思混交林經(jīng)濟(jì)效益分析[J].廣東林業(yè)科技,1999,15(2):2-8.
[10] 姚瑞玲,項(xiàng)東云,陳健波.桉樹與鄉(xiāng)土闊葉樹種混交林的初期生長(zhǎng)效應(yīng)[J].廣西林業(yè)科學(xué),2012,41(1): 9-11.
[11] 肖文光,王尚明,陳孝,等.桉樹與厚莢相思混交林生物量及對(duì)土壤影響研究[J].桉樹科技,1999(1):20-30.
[12] 張文元.尾巨桉杉木混交林早期生長(zhǎng)分析[J].福建林業(yè),2016(3):33-35.
[13] 鄒國(guó)明,洪長(zhǎng)福,馬蘭濤.漳州桉樹可持續(xù)發(fā)展五種模式調(diào)查研究[J].華東森林經(jīng)理,2011,25(4): 5-8.
Growth and Environmental Conditions in MixedChinese Fir Plantations Established after Harvesting PurePlantations
CHEN Qinggen
(,,,)
Three plantation types were established following harvesting of a plantation ofspp: pure eucalypt plantation established using coppice regeneration from the preceding plantation (i.e. pure speciesplantation); mixed Chinese fir () andwith the latter established as coppice regeneration; and, pure species plantation of Chinese fir. After 4.5 years the growth of the three plantation stands, undergrowth vegetation diversity, litter stock and also the soil water and physical properties were assessed. Height, DBH and average tree volume of thetrees in the mixed plantation were 4.4% ~ 23.1% significantly higher than trees in the pureplantation (<0.05). However, there was no significant difference in the growth index of Chinese fir in the mixed plantation compared to the trees in the pure Chinese fir plantation. The mixed species plantation proved conducive to the cultivation of larger diametertrees. Diversity of understory vegetation diversity in the purepure plantation was higher than other two plantation types, with the poorest understory vegetation diversity being found in the pureplanation. For physical properties of the surface soil layers (0 ~ 20 cm), the pureplantation proved superior to both the mixed plantation and the pure Chinese fir plantation, but with increasing soil depth, the advantage of the pureplantation gradually disappeared. The soil properties of the mixed plantation of Chinese fir andwere better than those of pure Chinese fir, and this difference might be related to the differences of light, water conditions and litter decomposition in these plantations.
and Chinese fir mixed forest; Growth amount; vegetation diversity; litter stock; soil physical properties
S756
A
國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“桉樹混交栽培技術(shù)”(2016YFD0600504)。
陳清根(1974— ),男,大學(xué)本科,高級(jí)工程師,主要從事森林培育技術(shù)研究,E-mail:444848026@qq.com.