桉树采伐后改造成桉杉混交林的效应研究

陈清根



桉树采伐后改造成桉杉混交林的效应研究

陈清根

(福建省华安金山国有林场，福建 华安 363800)

桉树采伐后分别改成桉树二代萌芽纯林、桉杉混交林和杉木纯林，对3种林分4.5 a生的生长量、林下植被多样性、凋落物存量、土壤水分物理性质进行调查与对比分析，结果表明：桉杉混交林中的桉树平均树高、胸径和单株材积比桉树纯林分别提高4.00%、8.68%和22.12%(<0.05)，但杉木与杉木纯林的生长指标无显著性差异。同时，混交林促进了桉树个体生长，有利于培育桉树中、大径材；桉树纯林林下植被多样性更明显，分布更为均匀，而杉木纯林的林下植被多样性最差；枯枝落叶量呈现桉树纯林＞混交林＞杉木纯林；桉树纯林表层土壤(0 ~ 20 cm)的水分物理性质优于桉杉混交林和杉木纯林，但随着土层加深，这一优势逐渐消失。桉杉混交林的土壤性状比杉木纯林更好，这与它们的林内光照、水分条件以及凋落物及其分解等差异有关。

桉树杉木混交；生长量；植被多样性；凋落物存量；土壤物理性质

桉树()是我国南方主要速生丰产用材外来树种，其种植面积占全国林地面积约2%，木材产量占全国木材产量的26.9%。桉树的发展一方面提高了森林覆盖率，另一方面对解决我国木材供需矛盾起到重要作用[1-2]。由于对桉树生长速度和经济利益的片面追求，我国的桉树多为集中连片栽植，且品种和经营方式单一，导致地力衰退、生产力下降和物种多样性减少等问题，严重影响桉树林可持续经营和林地持续利用[3-4]。为解决上述问题，福建省政府办公厅曾出台政策，限制桉树纯林面积增加，鼓励发展桉树混交林以及培育大径级桉树用材林[5]。

杉木()是我国重要的速生丰产用材乡土树种，在我国南方大面积种植[6]。杉木为中性偏阴、浅根性树种，且生长相对较慢，而桉树是阳性、深根、速生树种，树体高大。理论上，营造桉树和杉木的混交复层林，在改变桉树当前人工林结构单一、生态功能低下现状的同时，可提高林木生长量和木材质量，对整个森林资源质量的提升有重要的意义[7]。近年来对于桉树混交林的报道较多[8-13]，但对桉树采伐后利用桉树萌芽改成桉杉混交林的相关研究尚未见报道。本研究通过对桉树二代萌芽林改造成桉杉混交林的生长量、林下植被多样性、凋落物存量以及土壤物理性质等效应的分析，为科学营造桉树丰产混交林，促进桉树人工林可持续发展提供参考。

1 试验区概况

试验地位于福建省漳州市华安金山国有林场，地处北纬24°56′，东经117°29′。该区属南亚热带海洋性季风气候，年平均气温20.4℃，最冷月(1月)平均气温12.4℃，最热月(7月)平均气温26.9℃，极端最低温-2.4℃，极端最高温40.5℃，日平均气温≥10℃的活动积温7 300℃；平均相对湿度80%，年平均降水量1 896 mm，年平均蒸发量1 587 mm，年日照时数1 670 h，无霜期305 d左右。

试验地为尾巨桉(品种DH3229，以下简称桉树)一代林采伐迹地(001林班1-1小班)，小班面积11.3 hm2，海拔110 ~ 160 m，坡度19°~ 25°，坡向东北。土壤为花岗岩发育的山地红壤，土层厚度80 ~ 100 cm，腐殖质层厚度5 ~ 10 cm，立地质量等级Ⅱ级。林下植被主要有淡竹叶()、铁芒萁()、东方乌毛蕨()、华南鳞盖蕨()、金毛狗()、野牡丹()、苦竹()、葛()、山莓()、紫珠()、毛果算盘子()、粗叶榕()等。

2 材料与方法

2.1 试验林分概况

2013年7月对桉树一代林进行采伐，2014年3月对桉树采伐后的伐桩萌芽条(原造林密度1 600株·hm-2)进行处理，以地形走势划分3个地块(每块面积3 ~ 4 hm2)：其中留着二代萌芽更新的纯林每个伐桩保留1株健壮的萌芽条，密度控制在1 600株·hm-2左右；用来改建混交林的保留桉树萌芽株数750株·hm-2(相对均匀地选择萌芽条长势健壮的伐桩保留1株萌芽条，其他伐桩进行催腐、劈除)，并套种杉木实生苗，形成桉杉混交林(桉树占25%，杉木占75%，总株数3 000株·hm-2，杉木间距2.0 m × 2.2 m)。用来改造杉木纯林的，对桉树伐根全部催腐、压萌芽条，并改种杉木纯林，穴规格60 cm × 30 cm × 30 cm，株行距为1.6 m × 1.6 m，种植密度为3 900株·hm-2。造林情况见表1。

表1 不同林分造林基本情况

造林后采取抚育措施均一致，造林后1 ~ 3 a每年全面锄草抚育2次，分别在5—6月和9—10月进行。营造林后前2 a结合抚育在5—6份施肥一次，桉树每株施复合肥500 g (N-P2O5-K2O=16-16-16)+农用硼砂50 g(含B 0.6%)，杉木(包括杉木纯林)每株施肥量复合肥为100 g(肥料与桉树施用一致)。

2.2 调查与数据处理

2018年8月上旬，在3种林分地块中每种林分沿上、中、下坡各设置20 m × 20 m样地3个，共设9块调查样地。对每个样地进行每木测定树高、胸径、保存率，计算单株材积量和蓄积；在每个样地内的上、下、左、右各设置1个4 m × 4 m样方(共设置36个样方)进行灌木层、草本层植被调查。并在每个“样方”内设置1 m × 1 m小样方采集地表凋落物，按树枝、叶片、树皮(少量其他凋落物归为枝一类)分别烘干并称重；在每个样地内按S型路线选取3个点挖掘土壤剖面，用环刀法按照0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土层分别采集土样，测定土壤物理水分性质。

2.2.1 生长量指标计算

依据福建省桉树二元材积公式：

桉树=0.000035461.782514957·1.256710514、

福建省杉木二元材积公式：

杉木=0.000058061.955335·0.894033，

分别计算两个树种的单株材积。其中，-单株材积(m3)；-胸径(cm)；-树高(m)。林分蓄积量(m3·hm-2) =单株材积(株·m-3)×保存密度(株·hm-2)

2.2.2 植物多样性指标及重要值的计算

Margalef 植物丰富度指数；=(-1) /ln；

Simpson 指数：=1－∑A2

Shannon-Weiner 指数：=－∑AlnA；

Pielou 均匀度指数：=/max。

式中：为样地中某一层次的总植物数；为样地内某一层次所有植物总个体数；A是第种植物的个体数N占总个体数的比例(=/)；H为最大的植物多样性指数(max=ln)。

2.2.3 数据处理与分析

采用Microsoft excel 2007进行数据分析和图表绘制，采用SPSS19.0进行方差分析，其中，数据的差异显著性分析采用检验、单因素方差分析与多重比较(Duncan)方法。

3 结果与分析

3.1 桉树采伐迹地上不同林分生长情况

桉树采伐迹地上不同林分的生长情况见表2。4.5 a生林分，无论是纯林或是混交林，各树种的林分保存率均在90%以上，其中混交林中桉树的保存率最高，达到了97.33%，但不同林分间树种保存率无显著性差异，由此表明在桉树占据上层空间后，林下层的杉木个体存活并未受到影响。同时，混交林中，桉树的平均树高、胸径和单株材积相较于桉树纯林分别提高了4.00%、8.66%和22.12%。杉木的平均树高、胸径和单株材积与杉木纯林相当，仅比杉木纯林提高了3.77%、0.94%和4.95%。检验结果显示，桉树树高、胸径和单株材积的值分别为3.209、4.782、7.217(T0.05(4)=2.772)，混交林中桉树的树高、胸径和单株材积均显著大于桉树纯林；混交林中杉木的以上3个指标与杉木纯林差异则不显著(3个指标值分别为1.085、0.428和0.796)。这一结果表明，混交林桉树的生长要优于其纯林，尤其能明显促进桉树胸径生长，有利于培育桉树大径材。另外，对比林分蓄积量发现，混交林蓄积量是杉木纯林的3.1倍，混交林蓄积量达到桉树纯林分的76%，这表明这种桉树采伐后改造成桉杉混交林的林分产量必然比杉木纯林高，显示出充分利用林地资源的优势，随着杉木进入速生期后，生长的快速生长，混交林分的生产量估计可以超过桉树纯林。

表2 4.5 a生3种林分生长情况

3.2 桉树采伐迹地上不同林分的林下植被多样性分析

通常在生态环境中，主要通过植物的多样性来评价其林下植被丰富度和均匀性，为了更好地体现桉杉混交林与杉木、桉树纯林之间的植物群落的种类结构与数量的差别，利用物种丰富度、Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou均匀性指数对其进行了对比分析(表4)。结果表明，物种丰富度和Margalef指数两项指标，均为桉树纯林>桉杉混交林>杉木纯林，但以上两个指标，桉树纯林与桉杉混交林之间的差距很小，而杉木纯林与以上两种林分的差距则较为明显。Shannon-Wiener指数变化与物种丰富度、Margalef指数变化具有一致性，其中，桉树纯林的指数为2.602 2，分别比杉木纯林和桉杉混交林提高了15.7%和13.4%。这一结果表明，桉树纯林林下植被多样性更明显，其次为桉杉混交林，但桉杉混交林下的植被多样性与桉树纯林间的差距较小，植被多样性最差的为杉木纯林。

Simpson指数变化与前三者有所不同，为桉杉混交林>杉木纯林>桉树纯林，其中桉树纯林为0.126 3，相较于桉杉混交林和杉木纯林分别降低了32.5%和31.3%；Pielou均匀性指数排序为桉树纯林>杉木纯林>桉杉混交林，分别为0.765 1、0.739 0和0.688 6，说明桉树纯林下植被分布更为均匀。

林下植被的多样性、丰富度主要与林分郁闭度和林内光照、温湿度等微环境因子有关，进而对林下灌木层和草本层的物种多样性产生不同的影响[14]。桉树纯林林下植被多样性高于混交林和杉木纯林，主要与桉树纯林的林冠稀疏且已进入自然整枝阶段、林内光照强度相对高有关。而混交林、杉木纯林郁闭度较高，尤其是杉木种植密度较大，其树冠紧密且少有自然整枝现象发生，林地光照环境较差，对林下植被生长产生一定的影响。

表3 4.5 a生3种林分林下植被多样性指数

3.3 桉树采伐迹地上不同林分的林下凋落物存量分析

表4结果显示，桉树纯林的叶片凋落量、树枝凋落量、树皮凋落量和总凋落物量相较于混交林分别提高了242.76%、235.93%、67.81%和234.38%，而混交林的枯枝落叶量也远远高于杉木纯林。从树种的单株生物量来看，混交林中杉木单株各成分平均凋落物量与杉木纯林相当，混交林中桉树单株各凋落物成分量除树皮生物量外，其他凋落物成分量也低于桉树纯林。这表明，营造桉杉混交林减少了桉树单株凋落物的产生，可能是混交林中桉树株数少而营养空间大、光照充足、树冠大、自然整枝速度慢，因此产生的凋落物相对较少，也显示其生长后劲强。

表4 4.5 a生3种林分凋落物现存量

3.4 桉树采伐迹地上不同林分土壤物理性质分析

3种林分的土壤土壤水分物理性质测定结果显示(表5)，3个林分的0 ~ 20 cm土层的土壤容重、最大持水量、毛管持水量和田间持水量均显著或极显著大于20 ~ 40 cm土层。其中，桉杉混交林的0 ~ 20 cm土壤容重相较于同土层桉树纯林增加了14.67%(<0.01)，而比杉木纯林则降低了0.2%，但3个林分间20 ~ 40 cm土壤容重无显著性差异；桉树纯林0 ~ 20 cm土壤最大持水量、毛管持水量和田间持水量均显著或极显著大于混交林和杉木纯林，呈现出桉树纯林>混交林>杉木纯林的趋势。但桉树纯林20 ~ 40 cm土壤最大持水量相较于混交林降低了3.6%，二者之间呈极显著性差异(<0.01)，桉树纯林和混交林的20 ~ 40 cm土壤毛管持水量和田间持水量间无显著性差异。此外，杉木纯林0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土壤最大持水量、毛管持水量和田间持水量均显著低于混交林(<0.05)。

表5 4.5 a生3种林分土壤容重和持水能力

注：同一列不同小写字母和不同大写字母分别表示差异达0.05和0.01显著水平，下同。

从土壤孔隙、通气状况看，0 ~ 20 cm土层中，土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度和通气度均呈现出桉树纯林>混交林>杉木纯林的变化趋势(表6)。桉树纯林0 ~ 20 cm土壤的毛管孔隙和总孔隙度均极显著高于混交林和杉木纯林(<0.01)，而在20 ~ 40 cm土层中，桉树纯林总孔隙度极显著低于混交林(<0.01)，而毛管孔隙度相较于混交林无显著性差异。杉木纯林的0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土壤毛管孔隙度均显著低于混交林(<0.05)，而总孔隙度则均极显著低于混交林(<0.01)。无论是0 ~ 20 cm或20 ~ 40 cm土层，3个林分间的非毛管孔隙和通气度未呈现出显著性差异。

表6 不同林分土壤孔隙度和通气度

以上结果表明，0 ~ 20 cm土层中，无论是土壤持水力或是疏松透气度，桉树纯林土壤均要略优于桉杉混交林和杉木纯林。但随着土层深入，这一优势逐渐消失。相比之下，桉杉混交林土壤比杉木纯林疏松透气，持水能力强，土壤结构更好，这主要与树种的根系分布、林内光照、水分、植被等条件以及凋落物的分解密切相关。

4 结论与讨论

在桉树采伐迹地分别营造桉树萌芽纯林、桉杉混交林和杉木纯林4.5 a后，混交林中桉树的平均树高、胸径和单株材积均显著大于桉树纯林(<0.05)，混交林中杉木的存活率、树高、胸径和单株材积与杉木纯林之间差异不显著，混交林对杉木生长并未产生明显的影响，但混交林林分蓄积量是杉木纯林的3.1倍；同时，营造桉杉混交林减少了桉树单株凋落物的产生，这一结果表明，营造桉杉混交林促进了桉树个体生长，生长后劲更强，有利于形成以培育桉树中、大径材为目标的高质量林分；桉树纯林林下植被多样性更明显，分布更为均匀，而杉木纯林的林下植被多样性最差；枯枝落叶量呈现桉树纯林＞混交林＞杉木纯林；桉树纯林、桉杉混交林的土壤物理性状优于杉木纯林，但桉树纯林与混交林的土壤物理性质总体上差别不大。

相较于桉树纯林，桉树采伐后改成桉杉混交林，短期内并未明显改善林下植被多样性和林地土壤质量。主要原因是混交林中杉木年龄小而未自然整枝，而且混交林比桉树纯林郁闭度高(树冠稀疏林内光照较强)，因此混交林枯枝落叶量、林下植被多样性不如桉树纯林。随着林龄的增加，杉木自然整枝力度的加大以及两树种的根系、林分结构、种间关系的变化，混交效应可能才会显现。此外，从另一个角度看，南方山地植被丰富，改套种成混交林后，鉴于上述原因反而减少了造林后前3 a的除草抚育和施肥费用，营林投入成本降低了；混交林与纯林比，因为桉树的株数少直接导致短期内蓄积量不如桉树纯林，但随着林龄增加，杉木进入速生期后生长量快速增加，则混交林的生长量就有可能超过桉树纯林。因此，有关混交林的林下植被多样性、土壤质量变化、林分结构、种间关系等情况有待进一步调查研究。

此外，混交林的土壤化学性质是林分微环境、树种根系分布及其分必物、土壤微生物、林下植被、凋落物情况等多因素综合结果，是一个相对比较慢的变化过程，短期内土壤化学性质未必会有明显变化，因此，此次没有对土壤化学性质进行测定分析，有待下一步跟踪调查研究。

[1] 殷亚方,姜笑梅,吕建雄,等.我国桉树人工林资源和木材利用现状[J].木材工业,2001,15(5):3-5.

[2] 谢耀坚.我国桉树种质资源现状及育种目标探讨[J].桉树科技,2012,29(2):33-39.

[3] 王志超,杜阿朋,陈少雄.我国桉树人工林现状及可持续经营对策研究[J].桉树科技,2012,29(4):58-62.

[4] 任忠秀,包雪梅,于家伊,等.我国桉树人工林施肥现状、存在问题及对策[J].桉树科技,2013,30(4):52-59.

[5] 李宝福.福建省桉树人工林发展态势与持续经营对策[J]. 林业调查规划,2006,31(4): 98-102.

[6] 盛炜彤,杨承栋,范少辉.杉木人工林的土壤性质变化[J].林业科学研究,2003,16(4): 377-385.

[7] 杨瑞德.桉树人工混交复层林生长及生态效应研究[J].福建林业科技,2007,34(3): 36-39.

[8] 杨曾奖,徐大平,陈文平,等.华南地区桉树/相思混交种植的林木生长效应[J].应用生态学报,2009,20(10):2339-2344.

[9] 肖文光,王尚明,陈孝,等.桉树与厚荚相思混交林经济效益分析[J].广东林业科技,1999,15(2):2-8.

[10] 姚瑞玲,项东云,陈健波.桉树与乡土阔叶树种混交林的初期生长效应[J].广西林业科学,2012,41(1): 9-11.

[11] 肖文光,王尚明,陈孝,等.桉树与厚荚相思混交林生物量及对土壤影响研究[J].桉树科技,1999(1):20-30.

[12] 张文元.尾巨桉杉木混交林早期生长分析[J].福建林业,2016(3):33-35.

[13] 邹国明,洪长福,马兰涛.漳州桉树可持续发展五种模式调查研究[J].华东森林经理,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

国家重点研发计划课题“桉树混交栽培技术”(2016YFD0600504)。

陈清根(1974— )，男，大学本科，高级工程师，主要从事森林培育技术研究，E-mail:444848026@qq.com.