马尾松人工林强度采伐后套种阔叶树种的生长动态

曾 冀 ，雷渊才 ，唐继新 ，贾宏炎 ，蔡道雄

（1. 中国林业科学研究院 热带林业实验中心，广西 凭祥 532600；2. 中国林业科学研究院 资源信息研究所，北京 100091）

马尾松Pinus massoniana是我国南方主要造林树种，具有适应性强、速生丰产、用途广、经济价值高等特点，在林业建设中发挥着重要作用[1]。然而，由于大面积成片纯林经营，导致马尾松人工林病虫害、火灾频发，林分生产力下降，严重制约其可持续经营[2]。因此，选择适宜的混交树种进行阔叶化改造，形成针阔混交林，增加群落结构层次和生物多样性，对提高其林分稳定性、维持林地生产力具有重要意义[3-5]。

我国有关马尾松林下套种阔叶树种已有较多的研究报道，如，樊后保等[6-7]开展了25年生马尾松林下套种6个阔叶树种的试验研究，发现16年后6种马尾松-阔叶树混交林的生物量显著高于马尾松纯林，与套种阔叶树增加了林分光能利用率有关。丁敏等[8]比较了24年生的马尾松林下套种4个栲属树种16年生时的生长表现，认为马尾松林下套种的4个栲属树种的树高、胸径连年生长量高峰值出现年龄因树种而异，生长速度以格氏栲Castanopsis kawakamii最快，拉氏栲Castanopsis lamontii最慢。楚秀丽等[9]在40年生马尾松林下套种闽楠，第8年的观测结果表明，上层马尾松形成的弱光环境对闽楠生长有促进作用。王良衍等[10]应用木荷、小叶青冈和红楠对次生马尾松林进行了改造，10年后形成了较为稳定的针阔复层林结构，林下植被由阳性向阴性或中性转变。然而，对于马尾松林下套种阔叶树种缺乏较长期的动态研究，且尚未见有关马尾松系列强度采伐后套种阔叶树种的研究报道。

自2005年以来，中国林业科学研究院热带林业实验中心 （以下简称“热林中心”）陆续开展了马尾松人工林近自然化改造的探索。借鉴全国马尾松林下套种阔叶树的经验，本研究于2008年初在14年生马尾松林系列强度采伐后，开展套种乡土阔叶树种试验，通过定期生长观测，揭示不同强度采伐条件下5种阔叶树种的生长动态，为完善马尾松人工林阔叶化改造与近自然经营提供理论依据。

1 试验地概况

试验地位于广西凭祥市热林中心伏波实验场（22°03′N，106°51′E），海拔为 400 m。该地属于南亚热带季风气候，年平均气温20.5～21.7 ℃，年降雨量1 200～1 500 mm，主要集中在4— 9月，年日照时数1 218～1 620 h，年蒸发量1 261～1 388 mm，有霜期3～5 d；土壤为砖红壤，由花岗岩发育而成的。

参试马尾松人工纯林营建于1993年2月，种源为宁明桐棉，采用一年生裸根苗造林，株行距为2 m×2.5 m，未施肥。1999年底和2003年底分别进行了透光伐（强度约20%）和抚育性采伐（强度约30%）。

2 研究方法

2.1 试验设计

2007年10月，选择立地条件和马尾松生长表现基本一致的地段，实施系列强度采伐后开展林下套种阔叶树试验。试验采用完全随机区组设计，设置80%（Ⅰ）、73%（Ⅱ）、66%（Ⅲ）和59%（Ⅳ）4个采伐强度，其保留木密度分别为225、300、375和450株/hm2，4次重复，共16个小区，小区面积为1 500 m2。2008年2月按照4 m×5 m株行距均匀随机套种大叶栎Castanopsis fi ssa、红椎C. hystrix、格木Erythrophleum fordii、灰木莲Manglietia glauca和香梓楠Michelia hedyosperma等阔叶树种，穴规格为30 cm×30 cm×40 cm，采用1年生苗造林，由于马尾松保留密度不同，套种阔叶树的株数为450～525株/hm2，5个树种在每个小区是随机排列，尽量保证每个小区内各树种数量基本一致。

2.2 生长观测

2008年12月，于每个小区内每个阔叶树种进行挂牌标记、每木检尺，应用VERTEX 超声波测高器调查树高，分东、南、西、北4个方向测定冠幅。此后每隔两年于年底（2016年为8月）进行生长观测。

2.3 数据处理

采用单因素方差分析和Duncan多重比较检验系列强度采伐的马尾松林下套种阔叶树的胸径、树高和冠幅生长变化，应用SPSS 16.0 软件进行数据分析。

3 结果与分析

3.1 胸径生长动态

方差分析结果表明（见表1）：在同一采伐强度处理下，大叶栎、格木、红椎、灰木莲、香梓楠5个树种间各年龄的胸径生长均差异显著（P＜0.05）。大叶栎胸径生长高峰出现在第3年，其连年生长量为1.93 cm，此后逐年减缓。格木胸径生长量则逐年增大，第9年的连年生长量为1.51 cm。红椎、灰木莲、香梓楠的胸径生长高峰出现在第5年，连年生长量分别为1.48、1.65和0.97 cm。马尾松林下套种的阔叶树胸径生长速度为大叶栎＞灰木莲＞红椎＞香梓楠＞格木。

表1 马尾松林下套种阔叶树种的胸径生长表现†Table 1 DbH growth performance (mean±SD) of five tree species inter-planted under Pinus massoniana

4个采伐强度处理间比较，大叶栎和灰木莲在套种当年地径生长差异不显著；在套种后第3、5、7和9年，胸径生长差异显著，呈现采伐强度越大，胸径生长越快的规律。格木在套种当年处理Ⅲ的地径显著高于处理Ⅰ、Ⅱ；随着时间的推移，到第3、5、7年时4个采伐处理对格木胸径生长无显著影响；而到第9年时，采伐处理Ⅲ的格木胸径生长显著高于处理Ⅳ。红椎在套种当年处理Ⅰ、Ⅳ的地径显著高于处理Ⅱ；第3年时，处理Ⅰ的红椎胸径显著大于其余3个处理；而到第5、7、9年时，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的红椎胸径较处理Ⅳ生长显著增大。香梓楠在套种当年和第3年，采伐强度Ⅳ的胸径 （地径）生长显著高于其余3个处理；套种第5、7、9年时，采伐强度Ⅲ、Ⅳ的胸径生长显著高于处理Ⅰ、Ⅱ。

同一年龄比较，采伐强度处理显著影响各树种的胸径生长。大叶栎在套种后第3、5、9年，采伐处理Ⅰ显著优于Ⅳ；第7年，采伐处理Ⅱ显著优于Ⅳ。格木套种后第5年，处理Ⅱ显著优于处理Ⅳ；第9年，处理Ⅲ显著优于处理Ⅳ。红椎在套种后第3年，处理Ⅰ显著优于其他3个处理；第5年，处理Ⅰ、Ⅲ显著优于处理Ⅱ、Ⅳ；第7、9年，处理Ⅲ显著优于其他3个处理。灰木莲套种后第3、5、7、9年，处理Ⅳ显著低于其他3个处理。香梓楠在套种后第3年，处理Ⅳ显著优于其他3个处理；第5年，处理Ⅳ显著优于处理Ⅰ、Ⅱ；第7年，处理Ⅲ、Ⅳ显著优于处理Ⅱ；第9年，处理Ⅲ、Ⅳ显著优于处理Ⅰ、Ⅱ。

3.2 树高生长动态

由表2可知，大叶栎、红椎、灰木莲前期树高生长较快，第3年即达生长高峰，其连年生长量分别为2.17、1.36和1.12 m，此后逐年减缓；格木、香梓楠第7年之后树高生长较快，第9年达生长最大值，其连年生长量分别为1.50 m和0.98 m。5个阔叶树种的树高生长速度表现为大叶栎＞红椎＞灰木莲＞香梓楠＞格木。

表2 马尾松林下套种阔叶树的树高生长表现Table 2 Height growth performance of five tree species inter-planted under Pinus massoniana

比较4个采伐强度处理的林分，其套种的5个阔叶树的树高生长亦存在显著差异 （见表2）。大叶栎在套种当年时各处理树高生长差异不显著；第3和9年时，采伐处理Ⅰ的树高显著大于其余3个处理；第5、7年时，采伐处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的树高显著高于处理Ⅳ。格木在套种当年时处理Ⅲ的树高显著大于处理Ⅱ；随着时间的推移，到第3、5、7和9年时，采伐处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的树高显著大于处理Ⅳ。红椎在套种当年时处理Ⅰ的树高显著大于处理Ⅱ；第3年时，处理Ⅰ下套种红椎的树高显著大于处理Ⅲ、Ⅳ；而第5、7、9年时，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ下套种红椎的树高较处理Ⅳ生长显著增大。灰木莲树高生长动态与大叶栎相似，在套种后9年间，采伐处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的树高显著大于处理Ⅳ。香梓楠在套种当年时，采伐强度Ⅳ的树高生长显著高于其余3个处理；第3年时，各处理间没有显著差异；第5、7、9年时，采伐强度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的树高生长显著大于处理Ⅳ。

3.3 冠幅生长动态

同一采伐强度下，林下套种阔叶树种间冠幅生长的比较，其表现为大叶栎＞红椎＞灰木莲＞香梓楠＞格木 （见表3）。大叶栎和灰木莲的冠幅生长高峰都在第3年，其生长量分别为1.14和0.86 m；而格木、红椎、香梓楠的冠幅生长高峰出现在第9年，其生长量分别为1.31、1.04、0.73 m。

马尾松采伐后林下套种的阔叶树，由于树种的特性差异，冠幅生长受不同采伐保留密度影响显著 （见表3）。大叶栎属于速生宽冠型先锋树种，对光照要求高，套种当年以及第3和9年，采伐处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的大叶栎冠幅显著大于处理Ⅳ，第5、7年，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均大于处理Ⅳ。格木属于地带性顶极树种，前期适度遮荫环境更利于其生长；套种当年和第3年，格木冠幅在4个采伐处理下差异不显著，而第5、7年，采伐处理Ⅰ、Ⅱ格木的冠幅显著大于处理Ⅳ，第9年，采伐处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ格木的冠幅显著大于处理Ⅳ。红椎是速生宽冠型顶极树种，前期生长需要足够的光照，套种当年红椎冠幅在4个采伐处理下无明显差异，随着时间的推移，其冠幅随着采伐强度的加大而增大。灰木莲属于速生宽冠形树种，套种当年时其冠幅随采伐强度的加大而减小；第3年以后，采伐处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ灰木莲的冠幅显著大于处理Ⅳ。香梓楠属于慢生窄冠型树种，套种当年和第3年，采伐处理Ⅳ下香梓楠的冠幅大于其余3个处理，第5、7年时，4个处理对香梓楠的冠幅无显著影响，第9年时，采伐处理Ⅰ下香梓楠的冠幅显著大于处理Ⅳ。

表3 马尾松林下套种阔叶树的冠幅生长表现Table 3 Crown width growth of five tree species inter-planted under Pinus massoniana

4 结论与讨论

马尾松人工林通过林下套种阔叶树种实施阔叶化改造，形成针阔混交林，树种选择是其关键所在[11-13]。本研究中，从马尾松中龄林下套种的5个阔叶树种的生长表现可以看出，先锋种大叶栎生长最快，地带性顶极种格木生长最慢。大叶栎、灰木莲、红椎的胸径、树高和冠幅生长随着采伐强度的增大而增大，而格木、香梓楠的生长则与采伐强度相关性不大。

欧建德等[14-15]对马尾松林下套种南方红豆杉的研究表明，林下套种有利于红豆杉形成圆锥形树冠和通直的树干；马尾松保持合理的林分密度，形成适宜红豆杉的弱光环境，是林下套种成功的关键。周志春等[16]对马尾松次生林经40%～50%强度的择伐利用6年后，林分密度达250株/hm2，林下套种的地带性常绿阔叶树种快速生长。

大叶栎为阳性树种，在光照条件充足的情况下生长快；其胸径、树高、冠幅的年均生长量高峰出现在套种后第1～3年。红椎和灰木莲属于中度耐荫树种，其胸径、树高、冠幅的年均生长量高峰出现在套种后第3～5年。格木、香梓楠为耐荫树种，而且生长相对缓慢[17]；格木的胸径、树高、冠幅年均生长量以及香梓楠树高、冠幅年均生长量在观测的第7～9年为最大，尚不知其是否达到生长高峰；香梓楠的胸径年均生长量则相对复杂，采伐强度处理I和II在套种后第3～5年达到生长高峰，而处理III和IV在第3～5和7～9年均生长量约1.0 cm/a，亦无法判断其生长高峰是否出现。这些树种间的生长动态差异与其耐荫性以及强度采伐后上层马尾松的树冠生长动态密切相关。马尾松树冠在采伐后第1～3年即呈现快速生长，林冠层逐渐得到恢复[18-19]，林下光照减弱，从而导致阳性树种大叶栎在套种后第1～3年生长最快，中度耐荫树种红椎和灰木莲在套种后第3～5年生长最快，而格木和香梓楠则整体上在7～9年生长快。这与5树种生长随采伐强度的变化规律是一致的，即随着马尾松采伐强度的增大，大叶栎、红椎和灰木莲各年龄段的生长均加快，而格木、香梓楠则减慢。

套种树种的生长差异除了树种本身的遗传品质外，林下光环境也对树木的生长具有重要影响[20]。王希华等通过研究认为，选择适生的接近演替顶极的优势树种对马尾松人工纯林进行改造，能够加速植被的演替进程，实现常绿阔叶林的快速恢复[21]。上层马尾松和下层阔叶树都需要适时间伐，让下层阔叶树得到充足的光照，下层阔叶树保留长势好的树木，使林分结构趋于合理[22-23]。本研究经过强度采伐马尾松纯林，套种阔叶树后采用近自然经营，是构造马尾松复层林的一种尝试。从胸径、树高和冠幅生长表现看，其表现为大叶栎＞红椎＞灰木莲＞香梓楠＞格木。结合其生长动态分析可知，大叶栎、红椎、灰木莲在采伐处理Ⅰ（225株/hm2）下生长较好，香梓楠则在采伐处理Ⅳ（450株/hm2）下生长较好，采伐强度对格木前期生长影响不显著，格木生长后期需光量逐渐增强，则在采伐处理Ⅰ下生长较好。桂西南15年生的马尾松人工林在采伐强度（Ⅰ、Ⅱ）中选择大叶栎、红椎、灰木莲套种，而在采伐强度（Ⅲ、Ⅳ）中宜选择香梓楠、格木作为套种树种。本研究的观测时间有限，套种阔叶树大多还未进入林冠层，固定样地观测将继续每两年一次，随着阔叶树进入马尾松林冠层后会产生种间竞争，种间关系和林内小环境的变化将是下一步研究的重点。

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