杉木生態(tài)公益林套種半楓荷開隙形狀與大小分析

陳 芬

(福建省三明市三元區(qū)莘口林業(yè)工作站，福建 三明 365001)

由于歷史的原因，福建省現(xiàn)有生態(tài)公益林中約有1/3的林分是以杉木(Cunninghamialanceolata)為優(yōu)勢(shì)樹種的林分。杉木是優(yōu)良的用材樹種，但凋落物少，且不易分解，養(yǎng)分循環(huán)受到阻礙，自肥能力差，導(dǎo)致嚴(yán)重的地力衰退。另一方面隨著林齡增大，自然整枝激烈，樹冠層薄等等諸多因素的影響，杉木林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，生態(tài)功能與常綠闊葉林相比較有明顯的差距。改造杉木生態(tài)公益林是重要的科研課題，對(duì)改變福建省生態(tài)公益林現(xiàn)狀，促進(jìn)生態(tài)公益林的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)更好地發(fā)揮生態(tài)公益林的生態(tài)功能。

從森林生態(tài)系統(tǒng)的演替規(guī)律來(lái)說，常綠闊葉林最終將替代杉木林，但是杉木林被劃入生態(tài)公益林后，停止采伐作業(yè)，將杉木林自然地演變成混交林仍然不容易[1]，需要漫長(zhǎng)的時(shí)間。因此，要提高杉木林的生態(tài)效益，適當(dāng)?shù)母蓴_有積極作用。如何控制干擾程度，做到更新過程中兼顧防止或減少水土流失與更新順利進(jìn)行的較好結(jié)合。在更新樹種確定后，開隙的形狀與大小是主要影響因子之一。為此，在福建省三明市區(qū)進(jìn)行杉木生態(tài)公益林中套種半楓荷(Semiliquidambarcathayensis)開隙形狀與大小的對(duì)比試驗(yàn)。

半楓荷系國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物[2]，分布在中亞熱帶地區(qū)低山至中山，常綠闊葉樹，集用材、藥用、觀賞于一身,是一種多用途的樹種[3],屬于本地區(qū)鄉(xiāng)土珍貴闊葉樹種。本試驗(yàn)試圖通過對(duì)比試驗(yàn)，選擇適宜的開隙形狀與大小，為杉木生態(tài)公益林改造，提供理論依據(jù)和可借鑒的林業(yè)經(jīng)營(yíng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于三明市三元區(qū)莘口鎮(zhèn)(26°7＇～26°12＇N，117°24＇～117°29＇E)。莘口鎮(zhèn)位于三明市區(qū)西南郊，有沙溪、漁塘溪、署沙溪等河流穿境而過，是重要的水源涵養(yǎng)地區(qū)。氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)區(qū)，年平均氣溫19.1℃，平均降水量1510.1mm，無(wú)霜期291d。試驗(yàn)林位于黃砂村23林班3大班14小班，面積55.21hm2，1998年劃歸為生態(tài)公益林，為1993年?duì)I造的人工杉木林，造林密度3000株/hm2，2012年杉木林保留密度2592株/hm2～2736株/hm2，林分為杉木優(yōu)勢(shì)單層林，樹冠層較薄，林分已經(jīng)充分郁閉度，林下植被稀少，主要植被為中華鱗毛蕨(Dryopterischinensis)、鐵絨蕨(Adiantumcapillus-veneris)、矩形葉鼠刺(Iteachinensis)、虎耳草(Saxifragastolonifera)等。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2012年11月，在三元區(qū)莘口鎮(zhèn)選擇3組立地條件相似、林分生長(zhǎng)狀況基本一致的27年生杉木生態(tài)公益林。在每個(gè)組中建立3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地，標(biāo)準(zhǔn)地面積25.8m×28.5m，在其中設(shè)計(jì)3種不同開隙形狀和大小套種半楓荷試驗(yàn)。即：(1)Z100處理。在其中間擇伐10m×10m，形成100m2正方形人工林隙。在林隙內(nèi)清雜，把采伐剩余物按照等高線堆積在非更新帶上。在更新帶上按照1.8m×1.8m株行距(距邊界各留1.4m)定點(diǎn)塊狀整地，挖明穴規(guī)格50cm×50cm×40cm，2013年春用1年生半楓荷扦插苗造林，實(shí)際種植25株；(2)C270處理。在標(biāo)準(zhǔn)地種間擇伐，形成長(zhǎng)18m(左右)，寬15m(上下)長(zhǎng)方形人工林隙。清理后，同樣按照1.8m×1.8m株行距塊狀整地(距邊界各留1.2m)，清理、整地、栽植方法與Z100處理相同。實(shí)際種植66株。(3)T270處理。在標(biāo)準(zhǔn)地種間擇伐，形成長(zhǎng)軸(左右)24m，短軸(上下)14.4m近橢圓形人工林隙。經(jīng)清雜后，由長(zhǎng)軸和短軸交叉點(diǎn)為中心，按照1.8m×1.8m株行距向左右、上下定點(diǎn)挖穴種植，距邊界不足1.8m留為空地。實(shí)際種植67株。

2.2 調(diào)查方法

2018年11月，調(diào)查半楓荷保存率，每木檢尺，測(cè)量樹高、胸徑、冠幅、枝下高等主要因子。各標(biāo)準(zhǔn)地以平均樹高、平均胸徑(誤差不超過±5%)選擇平均木1株作為標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行生物量測(cè)定。測(cè)定林隙邊緣第一圈杉木胸徑、樹高、冠幅和枝下高等因子。

2018年9月，在各標(biāo)準(zhǔn)地建立樣方各4個(gè)，規(guī)格5.0m×5.0m。在樣方內(nèi)調(diào)查灌木、草本的種類、個(gè)體數(shù)，并測(cè)定生物量。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、DPS軟件進(jìn)行單因素方差分析，并用LSD法進(jìn)行多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 林木生長(zhǎng)狀況

林木生長(zhǎng)是林分生長(zhǎng)的基礎(chǔ)和基本組成，準(zhǔn)確掌握林木生長(zhǎng)狀況對(duì)研究林分生長(zhǎng)有重要意義[4]。表1是不同處理方式下林木生長(zhǎng)狀況的測(cè)定結(jié)果，從表1中可知，不同處理半楓荷的造林保存率、高徑、樹冠生長(zhǎng)均有不同。

表1 不同處理半楓荷林木生長(zhǎng)狀況

3.1.1 造林保存率

林隙大小和形狀是研究林隙的重要參數(shù)，影響著林隙內(nèi)的光照、溫度、濕度等環(huán)境。從表1中可知，3種不同處理中造林保存率以T270處理最高，平均達(dá)93.1%，比C270處理增加1.4個(gè)百分點(diǎn)，比Z100處理增加7.1%，表明T270處理比C270處理和Z100處理造林保存率高，說明開隙270m2，比100m2有利于提高半楓荷造林保存率。半楓荷雖然在幼齡時(shí)可以耐一定庇蔭，但隨著林齡增長(zhǎng)要求更高的光照。開隙270m2比100m2林隙大，透光度增加。在同樣開隙270m2時(shí)，近橢圓形透光度比規(guī)整長(zhǎng)方形更好，周邊杉木對(duì)半楓荷的脅迫減少，有利于提高造林保存率。從造林保存率角度分析，在杉木生態(tài)公益林中開隙套種半楓荷以T270處理處理較好。大量調(diào)查表明，天然形成的林隙大多形狀表現(xiàn)為近橢圓形。T270處理順應(yīng)了近自然狀態(tài)。從幾何形狀分析，橢圓形比正方形、長(zhǎng)方形徑流長(zhǎng)度更短，對(duì)更新初期防止或降低水土流失是有好處的。

3.1.2 樹冠生長(zhǎng)

3種處理中T270處理和C270處理無(wú)論是冠幅，還是冠長(zhǎng)生長(zhǎng)均比Z100處理大，冠幅分別增加11.8%和7.6%，冠長(zhǎng)分別增加12.3%和10.6%。雖然套種的半楓荷經(jīng)營(yíng)密度相同，但T270處理和C270處理林隙面積比Z100處理擴(kuò)大2.7倍，受周邊杉木脅迫的范圍小。更新林木接受光照強(qiáng)度大小與光照時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)大部分更新林木生長(zhǎng)是有影響的。林隙較大，樹冠層減小，太陽(yáng)光直射到林中，增大光照的強(qiáng)度，延長(zhǎng)光照的時(shí)間，提高林木光合作用的能力，提高林木的生長(zhǎng)量。對(duì)于早期比較耐蔭半楓荷而言，早期庇蔭，可能有利于存活，甚至可以促進(jìn)冠長(zhǎng)生長(zhǎng)，但隨著林齡增加，來(lái)自杉木上方庇蔭和更多側(cè)方庇蔭，對(duì)半楓荷樹冠生長(zhǎng)就會(huì)產(chǎn)生抑制。

T270處理與C270處理相比較，冠幅生長(zhǎng)和冠長(zhǎng)生長(zhǎng)也存在差別。T270處理比C270處理冠幅增加4.0%，冠長(zhǎng)增加1.6%。兩者之間的差異小于它們與Z100處理間的差異，意味著林隙大小對(duì)半楓荷樹冠生長(zhǎng)的影響，大于林隙形狀的影響。

3.1.3 地上部分生物量

生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)功能指標(biāo)之一，對(duì)衡量森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效益有著重要意義[5]。從表1中可知，3種處理中，T270處理處理平均木地上部分生物量(7年生)最高。達(dá)到17.82kg/株，比C270處理增加17.7%，比Z100處理增加29.8%，經(jīng)方差分析，T270處理與Z100處理平均木地上部分生物量存在顯著差異(P<0.05)，T270處理與C270處理平均木地上部分生物量未達(dá)到顯著差異，表明T270處理比C270處理和Z100處理平均木地上部分生物量更高。生物量的積累與光合利用率和土壤養(yǎng)分供給效應(yīng)是分不開的。T270處理比Z100處理平均木地上部分生物量高更多體現(xiàn)光照尺度上的差異，而T270處理比C270處理平均木地上部分生物量高，可能與土壤肥力有一定聯(lián)系。C270處理開隙垂直距離15m，T270處理開隙垂直距離最大處僅14.4m。徑流距離較短，減少了水土肥流失，土壤養(yǎng)分供給效應(yīng)較好，當(dāng)然也與光照條件優(yōu)于C270處理有關(guān)。杉木生態(tài)公益林改造性更新不僅要考慮更新的成功與否，也應(yīng)該考慮減少人為干擾造成的水土流失，避免人為干擾引起的地力衰退，保持林地可持續(xù)的生態(tài)功能。

從地上部分生物量組成分析，無(wú)論何種處理，半楓荷地上部分各器官生物量從大到小依次均為干>枝>葉。樹干生物量占地上部分生物量的61.2%～63.3%，占較大比例。半楓荷木材質(zhì)好，是優(yōu)良的多用途的用材樹種，通直的主干同時(shí)也為樹冠構(gòu)架了良好的基礎(chǔ)，單干型的林木具有較好的資源競(jìng)爭(zhēng)能力。但從干、枝、葉組成比例分析，3種處理還是有差別。T270處理處理樹干生物量占比與C270處理和Z100處理比略有下降，枝葉生物量占比則略有增加，對(duì)于生態(tài)公益林，尤其是水源涵養(yǎng)林，枝葉生物量增加有重要價(jià)值，對(duì)于降水截留和養(yǎng)分循環(huán)有著重要作用。

3.2 林隙形狀與大小對(duì)林分結(jié)構(gòu)的影響

本試驗(yàn)杉木生態(tài)公益林系同年?duì)I造的人工純林，劃歸生態(tài)公益林后撫育停止，林分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，呈現(xiàn)單層林相，樹冠層單薄。據(jù)測(cè)定，27年生林冠層平均冠長(zhǎng)只有3.9m，冠層嚴(yán)重萎縮，但杉木枝葉又密集分布，林分郁閉度較大，林下植被稀少，植物種類相對(duì)單一。開隙后套種半楓荷，在相對(duì)連續(xù)的林冠層，人為制造了間斷現(xiàn)象，增大林隙空間，導(dǎo)致林冠層出現(xiàn)明顯的坡形，形成了垂直結(jié)構(gòu)上的鑲嵌體和水平結(jié)構(gòu)上的森林斑塊結(jié)構(gòu)，增加了景觀價(jià)值，同時(shí)為森林更新提供了場(chǎng)所。從表1中可知，Z100處理半楓荷平均樹高6.22m，平均胸徑5.63cm，與周邊杉木(平均樹高15.67m)相差9.45m。C270處理平均樹高6.53m，平均胸徑6.23cm，與周邊杉木(平均樹高15.43m)相差8.9m。T270處理平均樹高6.88m，平均胸徑6.77cm，與周邊杉木(平均樹高15.71m)相差8.83m。T270處理半楓荷樹高與杉木樹高高度差縮短，受杉木影響減小。從平均樹高和平均胸徑生長(zhǎng)量分析，Z100處理，受到了周邊杉木的脅迫，而抑制生長(zhǎng)，更新半楓荷生長(zhǎng)量減緩，處于受壓狀態(tài)。T270處理高徑生長(zhǎng)比較正常，大部分?jǐn)[脫了杉木脅迫，整合性生理功能增強(qiáng)，與杉木競(jìng)爭(zhēng)具備了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。干擾所形成的林隙是森林更新的驅(qū)動(dòng)力，但需要一定的空間尺度，林隙過小，容易被迅速生長(zhǎng)的側(cè)枝所填充，而阻礙更新，T270處理能夠使林分形成正常生長(zhǎng)發(fā)育的半楓荷林分結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為是適宜的形狀和合理的閾值。

3.3 林隙形狀與大小對(duì)林下植被的影響

植物群落最基本的特征包括種類組成、數(shù)量組成等，群落形成的基礎(chǔ)是樹種成分。從表2中可知，不同處理林下植被與杉木林下植被比存在差異。杉木林雖然冠層較薄。

表2 不同處理林下植被生長(zhǎng)狀況

但枝葉密集分布，林分郁閉度大，林內(nèi)透光度少，林下植被稀少，灌木層只有6種，草木層10種，蓋度17.5%，而更新半楓荷林分，分枝呈粗疏型，葉片寬大，非勻質(zhì)分散分布，層間透光度大，灌木層和草本層植被較多，比杉木林有不同程度增加。T270處理林下植被灌木層種類有26種，蓋度達(dá)14.3%，草本層有23種，蓋度15.7%，Z100處理林下植被種類有灌木層有21種，蓋度11.7%，草本層有17種，蓋度13.5%。均為半楓荷林，T270處理林下植被與Z100處理比，灌木層種類增加23.8%，蓋度增加22.2%，草本層增加35.3%，蓋度增加16.3%，與C270處理比，灌木層種類增加8.3%，蓋度增加5.9，草本層增加9.5%，蓋度增加2.6%，表明T270處理林下植被生長(zhǎng)發(fā)育狀況比C270處理和Z100處理好，說明開隙形狀和大小對(duì)林下植被生長(zhǎng)發(fā)育有影響。不同處理半楓荷種植密度相同，半楓荷自身形態(tài)特征相同，林下植被生長(zhǎng)發(fā)育的差異主要來(lái)自于周邊杉木的影響。杉木生態(tài)公益林采取擇伐更新，在林隙形成開始到林隙被填充再郁閉過程中，林隙較小，邊界杉木側(cè)枝生長(zhǎng)，較快對(duì)相鄰半楓荷產(chǎn)生脅迫，抑制其生長(zhǎng)，變?yōu)楸粔耗?；開隙較大，水土流失程度增大，較大面積頓失植被，對(duì)生態(tài)公益林生態(tài)功能產(chǎn)生不良影響，進(jìn)而破壞生態(tài)公益林的生存環(huán)境，與生態(tài)公益林建設(shè)的初衷相違背。因此應(yīng)該以適宜的空間，換取半楓荷生長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)科學(xué)采用開隙形狀，在同樣開隙大小的前提下，提高林內(nèi)的透光度，減少?gòu)搅鳌?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

杉木生態(tài)公益林改建時(shí)，開隙形狀和大小對(duì)更新半楓荷樹種的生長(zhǎng)有影響。在27年生杉木生態(tài)公益林中以橢圓形開隙270m2套種半楓荷效果較好。試驗(yàn)結(jié)果表明，T270處理與Z100處理比，造林保存率增加7.1個(gè)百分點(diǎn)，冠幅和冠長(zhǎng)分別增加11.8%和12.3%，地上部分生物量間存在顯著差異，林分結(jié)構(gòu)更合理，林下植被發(fā)育更好，更新半楓荷林木具備較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，形成了單優(yōu)闊葉林分。T270處理與C270處理比，半楓荷林分生長(zhǎng)更好，但變化幅度較小。