馬尾松林開窗補(bǔ)植乳源木蓮的生長(zhǎng)效應(yīng)研究

許雪英

摘要? ? 本文研究了十五年生馬尾松林中，采用等面積（300 m2）長(zhǎng)方形、正方形和近似橢圓形等3種不同形狀開窗補(bǔ)植乳源木蓮的生長(zhǎng)效應(yīng)。結(jié)果表明，各處理乳源木蓮造林成活率和造林保存率都較高，生長(zhǎng)狀況良好，形成了團(tuán)塊狀鑲嵌的異齡復(fù)合針闊混交林，而且開窗后，由于邊際效應(yīng)，促進(jìn)了馬尾松生長(zhǎng)。總體上開窗形狀以近似橢圓形生長(zhǎng)效應(yīng)較好。

關(guān)鍵詞? ? 馬尾松林;乳源木蓮;開窗補(bǔ)植;生長(zhǎng)效應(yīng)

中圖分類號(hào)? ? S791.248? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）14-0132-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

馬尾松（Pinus massonniana）人工林是南方林區(qū)主要人工造林樹種之一。馬尾松生長(zhǎng)迅速，樹干直立，是優(yōu)良用材樹種，廣泛用于建筑、枕木、紙漿等領(lǐng)域，其松脂是重要的工業(yè)原料。因其適應(yīng)性強(qiáng)、耐瘠薄、耐干旱、易于栽植，在廣大南方林區(qū)是造林先鋒樹種，現(xiàn)存面積大、分布廣，在林業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。但長(zhǎng)期以來，馬尾松人工林栽植的主要模式是大面積純林，由于歷史原因，許多生態(tài)公益林也是馬尾松純林。馬尾松純林樹種單一，冠層薄，林分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，林分穩(wěn)定性和抗逆性較差，容易發(fā)生病蟲害、火災(zāi)等自然災(zāi)害，近幾年松材線蟲病嚴(yán)重威脅了已有馬尾松林的生存、生長(zhǎng)和成材，而且馬尾松凋落物含有油脂，不易分解，不利于林地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，低質(zhì)低效的馬尾松人工林也出現(xiàn)了地力衰退、生物多樣性降低、林分生產(chǎn)力下降等現(xiàn)實(shí)問題，生態(tài)功能也并不理想[1-8]。為了提高馬尾松林的林分生產(chǎn)力、改造林分結(jié)構(gòu)、提高林分生態(tài)功能，對(duì)已有馬尾松純林進(jìn)行適度開窗，擴(kuò)大林隙空間，在林隙中補(bǔ)植乳源木蓮闊葉樹種，試圖構(gòu)建林分組成較為復(fù)雜的團(tuán)塊狀鑲嵌的復(fù)合針闊混交林。

乳源木蓮（Manglietia yuyuanensis）是中亞熱帶常綠闊葉林的建群樹種之一，系木蘭科木蓮屬的常綠闊葉樹種。乳源木蓮經(jīng)馴化后生長(zhǎng)速度較快，樹干通直，木材紋理美觀，結(jié)構(gòu)細(xì)膩致密，是高級(jí)的家具用材和建筑用材樹種[9-10]。值得重視的是，乳源木蓮雖然是常綠闊葉樹種，但葉片大、壽命短，每年都有大量落葉回歸林地。已有研究表明，乳源木蓮凋落葉易于分解，分解速度快，養(yǎng)分含量高，是優(yōu)良的培肥植物[11-13];此外，乳源木蓮長(zhǎng)期系統(tǒng)發(fā)育在低山一帶，具有耐陰的生物學(xué)特性，是杉木、馬尾松等主要造林樹種的優(yōu)良混交樹種[14-17]。利用鄉(xiāng)土珍貴樹種乳源木蓮，在現(xiàn)有的馬尾松林中進(jìn)行栽植具有現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)價(jià)值，而且具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的生態(tài)意義。本文著重研究已有馬尾松林開窗栽植乳源木蓮的生長(zhǎng)效應(yīng)，總結(jié)開窗方式及其開窗面積的大小，以便為現(xiàn)有馬尾松林、杉木林大面積針葉純林改造提供參考。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗(yàn)地概況

馬尾松林開窗補(bǔ)植乳源木蓮試驗(yàn)設(shè)在福建省沙縣水南國(guó)有林場(chǎng)水東工區(qū)29林班53大班1小班。沙縣位于武夷山脈與戴云山脈交界處，地理位置北緯26°06′～26°46′，東經(jīng)117°32′～118°06′，區(qū)域性氣候?yàn)橹衼啛釒Т箨懶约婧Ｑ笮约撅L(fēng)氣候。長(zhǎng)年年均溫19.2 ℃，年降雨量1 780 mm，空氣相對(duì)濕度79%以上。試驗(yàn)地地貌為低丘，土壤為酸性紫色土，試驗(yàn)林系為1997年人工營(yíng)造的馬尾松純林。2010年存留馬尾松密度2 900～3 450株/hm2，平均胸徑12.4～12.8 cm，平均樹高15.2～15.7 m，林木大小分化明顯，樹冠狹窄，枝下高較高，冠長(zhǎng)2.8～3.5 m。主要植被有鐵芒萁（Dicranopteris linea-ris）、中華里白（Hicriopteris chinensis）、檵木（Loropetalum ch-inense）、五節(jié)芒（Miscanthus floridulus）、白茅（Imperata cylin-drica）、苦竹（Pleioblastus amarus）等。

1.2? ? 試驗(yàn)方法

2010年在原有馬尾松林中選擇同一面坡、馬尾松存留密度相似、林分生長(zhǎng)情況基本一致的林分中，進(jìn)行開窗補(bǔ)植乳源木蓮試驗(yàn)。開窗后將砍伐的馬尾松林木及采伐剩余物移出更新區(qū)，在更新區(qū)內(nèi)清理樹樁、雜灌，清除根系、石塊等。

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)面積相同（300 m2）、形狀不同處理。處理KC，林窗形狀為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)20 m，寬15 m，上下長(zhǎng)，左右短，林窗內(nèi)按照株行距1.8 m×1.8 m塊狀整地，穴規(guī)格50 cm×30 cm×30 cm，從中間向外平行種植，與馬尾松保留木相距<1.8 m時(shí)不種植。處理KZ，林窗形狀為正方形，長(zhǎng)、寬均為17.3 m，林窗內(nèi)按照株行距1.8 m×1.8 m進(jìn)行塊狀整地，穴規(guī)格50 cm×30 cm×30 cm，同樣從中間向外平行種植，與馬尾松保留木相距不足1.8 m時(shí)不種植。處理KT，林窗形狀為近似橢圓形，長(zhǎng)軸25.5 m，寬15.0 m（上下軸為長(zhǎng)軸，左右為短軸），林窗內(nèi)按照株行距1.8 m×1.8 m塊狀整地，穴規(guī)格50 cm×30 cm×30 cm，沿長(zhǎng)軸、短軸向外環(huán)狀定點(diǎn)種植，環(huán)形中間原則上視間距1.8 m 左右種植1株乳源木蓮，與馬尾松保留木相距不足1.8 m 時(shí)不種植。處理CK，建立20 m×15 m標(biāo)準(zhǔn)地，不間伐、不種植乳源木蓮作為對(duì)照。試驗(yàn)采用不完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。

1.3? ? 調(diào)查統(tǒng)計(jì)

2010年開窗前后將馬尾松生長(zhǎng)情況作為基數(shù);2011年底調(diào)查測(cè)定造林保存率;2018年底調(diào)查測(cè)定乳源木蓮造林保存率和主要生長(zhǎng)因子。馬尾松分林窗邊界2行（輪）和林內(nèi)2行（輪）林木（株數(shù)相同）2種類型，分別測(cè)定馬尾松林木生長(zhǎng)情況，處理CK馬尾松林調(diào)查測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)所有林木胸徑、樹高，以平均值計(jì)算立木材積。馬尾松和乳源木蓮分別采用式（1）（2）計(jì)算立木材積。乳源木蓮造林成活率和保存率采用平方根公式（式3）變換后進(jìn)行方差分析。方差分析采用Excel軟件進(jìn)行處理。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 乳源木蓮生長(zhǎng)狀況分析

2.1.1? ? 栽植成活率和保存率。造林成活率和保存率在林窗更新中是衡量造林成功與否的重要指標(biāo)，受自身生物學(xué)特性和所處環(huán)境等制約。在已有馬尾松林中，由于馬尾松上層林上方和側(cè)方蔽蔭，林內(nèi)光照與裸地比存在不同程度的降低，對(duì)光照需求程度是保證更新樹種成活的關(guān)鍵。由表1可知，3種不同開窗處理造林成活率和保存率都比較高，成活率在96.5%～97.3%之間，保存率在92.4%～95.2%之間，這與乳源木蓮喜陰特性有關(guān)。結(jié)果表明，在已有馬尾松林分中開窗約300 m2，無論何種形狀栽植乳源木蓮成活率和保存率都比較高，無論是造林成活率還是造林保存率經(jīng)數(shù)值變換后進(jìn)行方差分析，3種處理造林成活率和造林保存率間均未達(dá)到顯著差異。在現(xiàn)有林分中開窗形成林隙的同時(shí)，也是原有林分再郁閉的過程，林隙大小對(duì)套種乳源木蓮具有重要影響。開窗林隙太小，上層林冠層快速擴(kuò)展，在較短時(shí)間內(nèi)又造成空間壓縮，不利于更新樹種的生長(zhǎng);開窗林隙過大，容易造成水土流失和生態(tài)功能暫時(shí)“休克”現(xiàn)象而失去保護(hù)功能，另外，也不利于像乳源木蓮早期比較耐陰樹種利用原有森林環(huán)境進(jìn)行順應(yīng)性生長(zhǎng)的機(jī)緣。無論林隙形狀是正方形、長(zhǎng)方形還是近橢圓形，在馬尾松林開窗形成約300 m2的林窗，乳源木蓮可以較好地生長(zhǎng)發(fā)育。

2.1.2? ? 高徑生長(zhǎng)。高徑生長(zhǎng)是林木生長(zhǎng)的主要指標(biāo)。從表1可知，不同處理乳源木蓮樹高和胸徑生長(zhǎng)存在一定差異。平均樹高從大到小依次為處理KZ>處理KC>處理KT，而平均胸徑從大到小依次為處理KT>處理KC>處理KZ，樹高和胸徑生長(zhǎng)規(guī)律不一致，樹高生長(zhǎng)快，胸徑生長(zhǎng)則較慢。平均樹高最高是處理KZ，這與開窗形狀有關(guān)，雖然林窗面積均為300 m2，但各處理形狀不同，處理KZ為正方形開窗，中心軸交點(diǎn)距邊界僅8.65 m;處理KC為長(zhǎng)方形開窗，中心軸交點(diǎn)距邊界，長(zhǎng)軸10 m，短軸7.5 m;處理KT為近橢圓形開窗，中心軸交點(diǎn)距邊界，長(zhǎng)軸12.75 m，短軸7.5 m，形成了不同形狀尺度隙地異質(zhì)性，上層馬尾松林對(duì)隙地的光照影響是不同的。從總量上分析，處理KT光照比處理KZ數(shù)量更多、時(shí)間更長(zhǎng)。一般認(rèn)為從郁閉的林冠層、到林隙邊緣，再到林隙中心存在一個(gè)光資源梯度。處理KZ受上層馬尾松林脅迫程度大于處理KC、KT，乳源木蓮為爭(zhēng)奪光照，促進(jìn)了樹高生長(zhǎng)，而冠幅生長(zhǎng)相應(yīng)受到了抑制，冠幅生長(zhǎng)與胸徑生長(zhǎng)成正相關(guān)。經(jīng)差異顯著性分析，在0.05水平上，各處理樹高間差異不顯著，但處理KT與處理KZ平均胸徑間差異在0.05水平上存在差異，其他處理胸徑間不顯著。結(jié)果表明，處理KT較處理KZ平均胸徑生長(zhǎng)更快，說明開窗形狀橢圓形比正方形更有利于乳源木蓮胸徑生長(zhǎng)。因此，在開窗面積一致時(shí)，以近似橢圓形開窗較為理想。

2.1.3? ? 形質(zhì)性狀。形質(zhì)性狀是林木作為用材林培育的重要考量指標(biāo)。由表1可知，不同處理乳源木蓮枝下高都較低，在0.54～0.63 m之間，枝高比（枝下高與樹高比值）為7.4%～8.4%，分枝細(xì)較密集，反映出乳源木蓮較耐陰的特性。對(duì)于優(yōu)質(zhì)干材而言，乳源木蓮存在缺陷，其樹干不圓滿，枝干間異速生長(zhǎng)，使樹干形質(zhì)性狀凹凸不平，分枝包裹在樹干中間，導(dǎo)致木材缺陷。已有研究表明，乳源木蓮?fù)ㄟ^修枝技術(shù)可以培育優(yōu)質(zhì)干材[18]。為了培育乳源木蓮優(yōu)質(zhì)干材，適當(dāng)修枝是必要的技術(shù)措施。

闊葉樹大多具有分叉干現(xiàn)象。由表1可知，在馬尾松林開窗補(bǔ)植乳源木蓮的分叉干率在12.5%～13.2%之間。一般認(rèn)為，在丘陵山地栽植的杉木乳源木蓮混交林，乳源木蓮分叉干率在20.7%～33.5%之間[16]，而在馬尾松林下套種乳源木蓮平均分叉干率只有12.5%～13.2%，最高分叉干率也只有18.3%。乳源木蓮長(zhǎng)期系統(tǒng)發(fā)育在低山常綠闊葉林中形成較耐陰的生長(zhǎng)特性，在丘陵山地栽培，幼齡時(shí)主梢由于過強(qiáng)光照的灼傷，容易誘發(fā)副梢生長(zhǎng)而形成分叉干。在丘陵山地馬尾松林中開窗，依靠已有的森林環(huán)境和馬尾松上層林形成的蔽蔭，降低了乳源木蓮分叉干率，表明乳源木蓮在馬尾松林窗中栽植有利于降低乳源木蓮分叉干率，是丘陵山地發(fā)展乳源木蓮的有效途徑。

2.1.4? ? 單株材積。馬尾松開窗補(bǔ)植乳源木蓮實(shí)質(zhì)就是人為干擾形成林隙，繼而進(jìn)行人工填充，直至林分再郁閉的過程。在這一過程中，更新樹種立木材積逐漸形成并擴(kuò)大，具有潛在生產(chǎn)力，也符合現(xiàn)代森林經(jīng)營(yíng)的管理原則。由表1可知，處理KC、KZ、KT乳源木蓮單株立木材積分別為0.014 9、0.013 3、0.017 8 m3/株，處理KT最高，其次是處理KC，處理KZ最小，處理KT比處理KC、KZ分別增加了19.5%和33.8%，處理KC比處理KZ增加了12.0%。經(jīng)方差分析和多重比較發(fā)現(xiàn)，在0.05 水平上，處理KT與處理KZ單株立木材積存在差異，其他處理間未達(dá)到顯著差異，表明處理KT單株立木材積大于處理KZ，這與處理KT長(zhǎng)軸達(dá)25.5 m、透光度增加有關(guān)。

2.2? ? 馬尾松林生長(zhǎng)狀況分析

馬尾松林大面積針葉純林存在諸多弊端，逐漸進(jìn)行改造是林業(yè)發(fā)展中迫切需要解決的問題。通過現(xiàn)有馬尾松林改造，不僅可以改善林分結(jié)構(gòu)，提高林地的生態(tài)功能，而且對(duì)馬尾松生長(zhǎng)也有作用。由表2可知，開窗后9年，處理KC、KZ、KT全林平均胸徑增加量分別為8.0、7.7、8.1 cm，比處理CK分別增加了14.3%、10.0%、15.7%;平均樹高增加量分別是8.0、7.9、8.2 cm，比處理CK分別增加了11.1%、9.7%、13.9%;單株材積增加量分別是0.291 6、0.275 3、0.287 7 m3，比處理CK分別增加了24.2%、17.2%、22.5%。對(duì)全林單株材積增加量進(jìn)行方差分析，處理KC、KT與處理CK在0.05水平存在差異，表明處理KC、KT馬尾松單株材積增加量高于處理CK。結(jié)果表明，開窗促進(jìn)了馬尾松保留木的材積生長(zhǎng)，對(duì)培育馬尾松更大規(guī)格木材有積極作用。這種差異主要是開窗后所形成的邊際效應(yīng)引起的。由表2可知，開窗邊界林緣林木（二行）馬尾松林木處理KC比林內(nèi)馬尾松林木平均胸徑、平均樹高、單株立木材積分別增加了9.2%、9.2%和13.5%，處理KZ分別增加了5.3%、9.3%和9.6%，處理KT分別增加了11.8%、6.2%和17.4%，這與套種乳源木蓮后林分結(jié)構(gòu)的改善、凋落物增加、小氣候改善、植被多樣性增加以及枯枝落葉分解加快密切相關(guān)。

3? ? 結(jié)論

3.1? ? 在馬尾松林中開窗補(bǔ)植乳源木蓮具有較好的生長(zhǎng)效應(yīng)

馬尾松林采取不同形狀開窗大約300 m2后補(bǔ)植乳源木蓮造林成活率和造林保存率都比較高，能夠形成團(tuán)塊狀鑲嵌的異齡復(fù)合針闊混交林。

3.2? ? 不同形狀開窗補(bǔ)植的乳源木蓮生長(zhǎng)存在差異

試驗(yàn)結(jié)果表明，乳源木蓮平均樹高以正方形林窗處理最高，平均胸徑以近似橢圓形林窗處理最大，單株材積也是近似橢圓形林窗處理最大。各處理樹高間差異不顯著，正方形林窗與近似橢圓形林窗處理平均胸徑和單株材積在0.05水平上存在差異。

3.3? ? 開窗后能夠促進(jìn)馬尾松生長(zhǎng)

開窗后，林緣馬尾松林木比林內(nèi)馬尾松林木生長(zhǎng)更好。試驗(yàn)結(jié)果表明，開窗后9年長(zhǎng)方形、正方形、近似橢圓形林窗處理比對(duì)照處理平均胸徑增加值分別提高了14.3%、10.0%和15.7%;平均樹高增加量分別提高了11.1%、9.7%和13.9%;單株材積增加量分別提高了24.2%、17.2%和22.5%。對(duì)全林單株材積增加量進(jìn)行方差分析，長(zhǎng)方形、近似橢圓形林窗處理與對(duì)照處理在0.05水平存在差異。

4? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 何圣嘉，謝錦升，楊智杰，等.南方紅壤丘陵區(qū)馬尾松林下水土流失現(xiàn)狀、成因及防治[J].中國(guó)水土保持科學(xué)，2011，9（6）：65-67.

[2] 馬歸燕.馬尾松天然林病蟲害調(diào)查[J].中國(guó)森林病蟲，2001，20（2）：40-41.

[3] 盛煒彤.人工林地力衰退研究[M].北京：中國(guó)科學(xué)出版社，1971.

[4] 陸元昌，張守政，雷相東，等.人工林近自然化改造的理論基礎(chǔ)和實(shí)施技術(shù)[J].世界林業(yè)研究，2009，22（1）：20-27.

[5] 趙其國(guó)，黃國(guó)勤，馬艷芹.中國(guó)南方紅壤生態(tài)系統(tǒng)面臨的問題及對(duì)策[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（24）：7615-7622.

[6] 史東梅，呂剛，蔣光毅，等.馬尾松林地土壤物理性質(zhì)變化及抗蝕性研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2005，19（6）：35-39.

[7] 陳東立，余新曉，廖邦洪.中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能分析[J].中世界林業(yè)研究，2005，18（1）：49-54.

[8] 雷澤興.馬尾松檫樹混交林生物量及水源涵養(yǎng)研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，25（3）：379-382.

[9] 陳存及，陳伙法.闊葉樹種栽培[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2000.

[10] 郭玉碩.乳源木蓮人工栽培技術(shù)研究[J].林業(yè)勘察設(shè)計(jì)，2006（1）：160-161.

[11] 陳善治，周東雄.杉木乳源木蓮混交對(duì)地力影響的初步研究[J].福建林業(yè)科技，1995，22（2）：44-47.

[12] 周東雄.杉木乳源木蓮混交林凋落物研究[J].生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（6）：595-598.

[13] 周東雄.杉木乳源木蓮混交林分特征與固土保水功能[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，24（1）：68-71.

[14] 周東雄.杉木乳源木蓮混交林林分生產(chǎn)力研究[J].林業(yè)科技開發(fā)，2004，18（5）：23-25.

[15] 謝芳.乳源木蓮優(yōu)質(zhì)干材混交培育的研究[J].林業(yè)科學(xué)，2003，39（2）：84-90.

[16] 王忠平，陳水龍，賴培淼，等.乳源木蓮造林試驗(yàn)研究初報(bào)[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，16（4）：315-318.

[17] 黃茂根.乳源木蓮分枝特性與調(diào)控技術(shù)[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究，2008，4（3）：192-195.