马尾松中龄林下生长环境特征及套种乳源木莲生长效应分析

李金祥

（福建省三明市林业局，福建 三明 365000）

1 引言

马尾松是我国东南部湿润亚热带地区分布最广，资源最大的森林群落［1］，繁殖容易，生长迅速，材质好，用途广泛，耐干旱瘠薄，是造林先锋树种［2］。无论是天然飞播的马尾松林，还是人工马尾松林，面积均较大，往往形成单优群落。马尾松纯林林分结构简单，树种单一，林分的抗逆性和稳定性较差，容易发生森林火灾和病虫害蔓延，造成重大的经济损失和生态环境恶化。另一方面，近段以来由于森林皆伐后对水土流失的影响明显［3］，为此，森林更新方式引起了人们关注。鉴于此，笔者在福建省沙县杉口采育场马尾松中龄林下进行了生长环境调查测定分析，同时开展了林下套种乳源木莲试验，分析了生长效应。试图在马尾松林分进入主伐之前就提前在林下更新，在林分更新层形成后，再在适当的时机，选择适当方法采伐利用上层马尾松林木，实现林地不裸露更新。

2 实验地概况

福建省沙县杉口采育场位于福建省沙县（26°6′～26°46′N，117°32′～118°6′E）西北部。区域性气候系大陆性兼海洋性季风气候区。年平均气温19.2℃左右，年降水量1780mm，空气相对湿度81%，霜期79～84d，霜日18～24d。试验林位于福建省沙县杉口采育场上坑工区15林班7大班12小班，海拔280～450m的丘陵林地，林地属较肥沃立地类型。为1984年春营造的马尾松人工林，穴规格40cm×40cm×30cm，造林密度440株／hm2。造林后前3年，每年抚育2次，4～5年抚育1次，1996年间伐一次，保留密度约2775株／hm2左右。

3 实验方法

在2003年选择福建省沙县杉口采育场上坑工区15林班7大班12小班，1984年人工营造的马尾松林（21年 生），造 林 密 度 4440 株／hm2，株 行 距 1.5m×1.5m，现存密度2775株／hm2左右，建立固定标准地（20m×20m）9个，按照随机区组试验设计，三重复进行设立。标准地建立后对标准地主要生长因子进行测定，调查测定胸径、树高、冠幅、枝下高等，再按照试验设计进行间伐。间伐后进行生长环境中光照强度、土壤肥力等测定。2004年按照试验设计在相对应的标准地采用1年生乳源木莲实生苗进行套种。套种试验地经林地清理后，在保留木中间挖穴（穴规格40cm×40cm×30cm），套种乳源木莲密度均为2500株／hm2。2012年进行马尾松、乳源木莲生长量测定分析。试验设:未间伐、不套种马尾松纯林（Mck）、马尾松间伐后保留1380株／hm2、不套种（Mjc），马尾松间伐后保留1380株／hm2，套种乳源木莲2500株／hm2（Mtk）三个水平。光照强度用ZF－2型照度计，分别在林分外、林冠层下灌木层上方和灌木层下草本层上方随机若干测定，所有测值均依序往复观测一次，用其平均值。

土壤肥力测定。在各标准地按“S”形布点（4点），分别取0～20cm，20～40cm、40～60cm采集土样，各处理土样带回室内按不同层次混合后供测定分析。土壤容重和水分物理性质用容重圈法，土壤有机质用硫酸重铬酸钾法；全氮用蒸馏法；水解性氮用扩散法；全磷用钼锑抗比色法；速效磷用盐酸——氟化铵消化法；速效钾用四苯硼钠比浊法；pH值用电位法［4］。

以下式分别计算马尾松、乳源木莲的立木材积，并进行统计分析。其中:D、H分别为胸径、树高。

4 结果与分析

4.1 马尾松林下生长环境

4.1.1 光照强度

在有机物形成过程中光照强度是重要因子，对植物群落的平衡、光合作用，蒸腾过程以及对林分水、肥、气、热等因子都有重要的意义［5］。表1是21年生马尾松不同密度林分光照强度测定结果。从表1中可知，无论何种密度林分从林冠层、灌木层和草本层，在1d中光照强度均呈递减。表1是连续10d上午10点测定光照强度的平均值。从表1中可以看出。到达林冠层之下灌木层之上的第二层光照强度的平均量只有林冠层上方（全光照）（第三层）相应平均值的7.8%。到达灌木层之下草本层之上（第一层）光照强度的平均量只有第二层相应平均值的37.2%。表明林下光照强度较低，培育更新树种要关注树种的耐荫性。但不同处理光照强度的平均值存在差异。

Mck处理第一层光照强度为3770lux，Mjc处理第一层光照强度为4670lux，提高了40.2%，表明 Mjc处理增加第一层光照强度，无疑增加了林下更新树种选择范围，更多树种随着光照强度的增加而适宜林下生长且具有一定的生长量。光环境发生了变化，说明上层木的调控，对林外光线的进入减少了吸收与反射，到达森林群落内的光照增加，这无疑对改变森林结构，在林下培育更新层树种选择提供了更宽的选择空间。乳源木莲虽然早期较耐荫，在较低光照强度下可以生长，但生物量积累有限。笔者认为，要实现马尾松林主伐前形成更新层需要再一次间伐，密度调控在1300～1500株／hm2，在条件允许时密度可以调控更低些。

表1 马尾松林分不同高度光照强度

4.1.2 土壤肥力状况

表2是杉木定向间伐及其对照实施间伐一年后土壤结构的测定结果。从表2中可知:土壤结构中最重要的因素——容重，Mjc处理容重值大于 Mck，表层土壤容重变化高于底层土壤容重。表明间伐后土壤容重值的增大，土壤容重大小取决于土壤结构和垒结状况，表明该土壤结构和垒结状况变差，紧密度增加。

表2 不同林分土壤肥力状况

从表2中还可以看出土壤非毛管空隙和总毛管空隙表现为Mjc小于Mck，表明间伐作业造成了林地表层土壤的移动、压实，许多有机质被重新分配、搅动等，引起土壤结构一定程度的破坏，增加了土壤容重和土壤机械阻力，减少土壤的空隙度，影响了水分渗透和林木根系的生长。为此，在林下培育更新层，采取间伐后应该采取适度经营措施（如块状整地），为更新树种提供适宜的生长环境。

从表2中可知:Mjc和Mck处理表土层有机质，全N、全P及水解氮、速效磷、速效钾等速效养分较好，能够为林下更新树种生长提供营养物质。Mck和Mjc处理比较，前者土壤养分略高，这可能是因为间伐后采伐凋落物增加，在土壤微生物作用下，转化为土壤养分，促进了营养物质的循环。为了促进更新层林木的生长，在有条件的地方可以施用基肥或适当追肥，为更新层树种提供更多的物质基础。

4.2 生长效应分析

4.2.1 马尾松生长状况分析

在现有马尾松中龄林林中套种乳源木莲作为更新层树种，改变了林分结构，对马尾松、乳源木莲的生长都有影响。马尾松造林密度较大，林木间的竞争剧烈，树冠上移，对水、肥、气、热的竞争趋于狭窄的空间，而严重不足。间伐释放了空间，为保留的马尾松提供了良好的营养空间。而套种乳源木莲填补了空闲的生态位形成了异龄复层林，共同促进了保留马尾松的生长。从表3中可知，经营密度降低后的林分。21年生马尾松林分Mck、Mjc和Mtk处理试验前后各处理林分生长量列于表3。

从表3中可以看出，马尾松林间伐前，各处理间主要生长因子无显著差异（胸径、树高、立木材积F值分别为0.312，0.468，1.706均小于 F0.05（2.4）＝6.94。

间伐后10年各主要生长因子量间存在差异。经营密度降低后，30年生马尾松林分Mjc和 Mtk处理平均胸径分别达22.1cm和22.0cm，比 Mck处理分别提高24.2%和23.6%；平均胸径增加量 Mjc、Mtk处理比Mck处理提高45.7%和56.5%；而且间伐后胸径分化小，林相整齐，不间伐胸径林分分化明显，表明间伐套种后促进了马尾松胸径生长，林分个体发育正常、均匀，有利于大径材培育。Mtk与Mjc相比胸径提高了7.5%，表明:套种乳源木莲有利于保留马尾松林木的生长，这与乳源木莲凋落物量大，易分解有关［6，7］，也与套种乳源木莲，填补了间伐马尾松后腾出的生长空间，林分结构得到改善，林内生长环境趋好有关。

表3 不同处理马尾松生长量调查

从表3中可知，各处理间平均树高 Mtk＞Mjc＞Mck，Mtk处理比Mck处理高23.8%，而且增加量也存在同样的趋势。表明林分密度对优势木高度影响不如平均木高度影响大。说明间伐对保留木的树高生长有利的。

各处理间单株立木材积，Mtk＞Mjc＞Mck，M tk处理比Mck处理增加47.9%，单位面积立木材积则M ck＞Mtk＞Mjc，Mck处理仅比 Mtk处理高1.5%。林分单位面积立材材积增加量Mtk处理比Mck处理还要高。

套种乳源木莲与未套种乳源木莲比较，立木材积增加量提高了5.1%。表明套种乳源木莲有利于上层马尾松林材积生长，而且套种乳源木莲构建异龄复层林分从更高层次上改变了林分结构，已经或正在影响林木的生长。这可能与套种乳源木莲等阔叶树种后，对林层结构、土壤肥力以及小气候环境的改善与提高有关。

虽然间伐后林分株数减少，林分株数仅为不间伐的49.7%，但材积生长量相差甚少，材积增加量还略有提高。表明间伐和套种乳源木莲并未影响林木材积生长，事实上，促进了马尾松材积生长。从单株材积生长量分析（表4、表5），Mtk与 Mck间单株材积生长量存在极显著差异。Mjc与Mck间单株材积生长量存在显著差异。

表4 不同处理单株立木材积方差分析

表5 不同处理单株立木材积多重比较表

间伐后套种阔叶树，不仅以获取间伐材积57.51m3／hm2，又有乳源木莲立木蓄积18.22m3／hm2，同时可以可实现马尾松林地主伐时，有提前更新层存在，保障林地在不裸露条件下完成更新。不仅有明显的生长效应，而且有防治水土流失的生态效益。

4.2.2 乳源木莲生长状况分析

在现有马尾松林中套种乳源木莲。马尾松林已经形成的森林环境适合乳源木莲的生长。乳源木莲原产于海拔600～1000m山地常绿阔叶林或竹林中较荫蔽的生态环境。在低丘谷地栽植，光照强度和日照时数较大、气温高、空气相对湿度低，土壤干燥，乳源木莲纯林生长不尽理想。表6是在21年生马尾松林下栽植的乳源木莲（10年生）生长情况。

表6 不同处理乳源木莲生长状况

从表6中可知，在马尾松林下套种的乳源木莲（10年生）:平均胸径、平均树高分别达到5.2cm和6.3m，年平均树高、平均胸径生长量分别达到0.52m／年和0.61cm／年，马尾松与乳源木莲形成了层次明显的合理林分结构，喜阳性的马尾松位于林分上层，光照充足，光合作用强，生长迅速。

在马尾松中龄林下栽植的乳源木莲，由于利用时间差造林，马尾松高大，但又自然疏开的树冠，为林下套种的乳源木莲提供了上方和侧方庇荫，这对于幼龄时较耐荫的乳源木莲生长十分有利。笔者认为在马尾松中龄林下栽植乳源木莲，改善了林分结构，两树种间相互利用、彼此促进，生长效应明显，是可以推广的经营模式，而且也是林地不裸露更新的一种有效尝试。

5 结语

（1）在马尾松中林龄林林下利用现有森林环境栽植乳源木莲，能够在马尾松主伐时，提前培育更新层树种，有着宽广应用前景。

（2）马尾松中龄林林下环境经过适当的调控可以形成适宜种植乳源木莲的生长环境。研究结果表明:经间伐后的马尾松中龄林，与不间伐马尾松林比较，林下光照强度增加40.2%，土壤肥力较好，有利于早期较耐荫乳源木莲生长。但间伐土壤结构受到一定程度破坏，垒结状况变差，紧实度增加，应该采取适当经营措施，为更新树种提供适宜的生长环境。

（3）在马尾松中龄林林下栽植乳源木莲生长效应明显。研究结果表明:间伐后套种乳源木莲（Mtk）。10年间马尾松增加量与对照（Mck）比，平均胸径、平均树高、单株立木材积分别增加45.7%、56.5%和47.9%。经方差分析和多重比较:Mtk与Mck处理间单株立木材积间差异达到极显著水平，Mjc与Mck处理间单株立木材积间差异达到极显著水平。

［1］林 鹏.福建省闽江源自然保护区综合科学考察报告［M］.厦门:厦门大学出版社，2004.

［2］安徽农学院林学系.马尾松［M］.北京:中国林业出版社，1982.

［3］康文星，田大伦.杉木人工林采伐后水源涵养和固土保肥效益损失的评定［J］.林业科学，2002，38（1）:111～115.

［4］中科院南京土壤研究所.土壤理化分析［M］.上海:上海科技出版社，1981.

［5］斯波系.森林生态学［M］.赵克绳，译.北京:中国林业出版社，1982.

［6］周东雄.杉木乳源木莲混交林凋落物研究［J］.生态学杂志，2005，24（6）:595～598.

［7］周东雄.杉木乳源木莲混交林分特征与固土保水功能［J］.福建林学院学报，2004，24（1）:68～71.