林地清理方式对桉树人工林生长的影响

于洋洋, 程 飞, 廖博一, 蔡泉星, 林俊平, 刘爱琴

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002;2.国家林业局杉木工程技术研究中心，福建 福州 350002;3.华安县西陂国有林场，福建 漳州 363000)

林地清理是人工林经营中的一道重要工序，利用不同林地清理方式，通过改变林地地表覆盖状况等改善林地卫生环境，影响林地养分循环及土壤肥力，进而影响人工林及林下植被的生长[1].生态型的林地清理方式不仅可以增加林木的材积量，提高木材质量，更能提升林下植被多样性，显著改变林分结构和林下物种的生态演替[2-3].而林下植被的改善不仅能够增强林区表层土壤肥力，减少林地水土流失，促进人工林凋落物分解，还可以有效降低林分病虫害的发生，维护生态系统的稳定，具有重要的生态学功能和群落学作用[4].因此，研究不同林地清理方式对实现人工林的可持续经营意义重大.

目前有关不同林地清理方式对人工林及林下植被生长的研究主要是围绕杉木(Cunninghamialanceolata)和马尾松(Pinusmassoniana)展开的[5]，对桉树(Eucalyptusrobusta)的研究较少.桉树起源于澳大利亚，是桃金娘科(Myrtaceae)桉属(Eucalyplus)植物的统称，具有生长快、抗腐能力强、干形通直、出材率高等优点，被世界各国广泛引种种植，是世界三大速生造林树种之一[6].但桉树人工林经营普遍追求短轮伐期和超短轮伐期，且大多单纯追求经济利益的最大化而过度收获林地木材，大大增加了人工造林对林分地上空间的破坏，减少造林前地被物的覆盖，降低土壤营养物质的积累量，所有这些不合理的经营模式都将加剧桉树人工林地生产力水平的下降，影响人工林生态系统的整体功能[7-8].鉴于此，本研究在福建省漳州市华安县西陂国有林场，对不同林地清理方式对桉树人工林及林下植被生长的影响进行3年研究，以筛选最优的林地清理方式，为桉树人工林经营和管理提供依据.

1 研究地区概况

试验地位于福建省漳州市华安县西陂国有林场(东经117°40′，北纬25°11′)，为亚热带季风气候，温和多雨.年均温21 ℃，无霜期320 d，年平均降水量1 620 mm，年平均蒸发量1 563.3 mm.海拔最高达1 005.8 m，最低在100 m左右.坡度为10°—25°.土壤类型为红壤，土层深厚，肥力中等.成土母岩主要为花岗岩等[1].

2 方法

2.1 试验设计

采用随机区组设计，共设3个区组.第1区组海拔350.5 m，第2区组海拔274.5 m，第3区组海拔262.5 m，3个区组均设置在中坡，坡向为东南方向.每个区组设置5种不同林地清理方式处理，即全面清除处理、全树收获处理、商业收获处理、采伐剩余物加倍处理和常规处理(表1)，共计15个试验小区.样地面积20 m×20 m，2010年底进行不同林地清理方式处理.2011年4月营造尾巨桉无性系林分，造林密度1 660株·hm-2.种植后20 d，待侧根、侧枝新发出后进行第1次施肥，每株施尿素3～5 g，距株15～20 cm.2011年5月20日进行第2次施肥，每株施复合肥250 g；桉树人工林种植第2年，于2012年5月20日每株施45%～48%的复合肥500 g，在树冠滴水位挖长20 cm、宽15 cm、高20 cm的小穴，施肥后盖土踩实.每年幼林抚育2次，分别在6月和10月.

表1 不同林地清理方式试验设计Table 1 Experimental design of different ground clearance methods

2.2 乔木层生长量调查

于2011年10月、2012年4月、2012年10月、2014年4月对标准样地内林木进行每木检尺，实测林木树高、胸径.

材积的计算按照黄建海[9]研制出的漳州市桉树二元立木材积公式：

V=0.000 075 4×(-5.256 314 9+1.591 151 6d)1.449 105×(1.890 976+1.627 500h)0.974 065 95

2.3 林下植被调查

将每块标准地划分5个2 m×2 m的小样方，2012年10月和2014年4月分别进行林下植被调查，调查样方内林下植被种类、数量、平均高度等.

采用Margale丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数以及Pielou均匀度指数[10-12]分析林下植被的数量特征：

Margalef丰富度指数(R)=S-1/lnN

Shannon-Wiener多样性指数(H)=-∑[(Ni/N)ln(Ni/N)]

Pielou均匀度指数(E)=H/lnS

其中，S为物种数；N为全部种的个体总数；Ni为第i个种的个体数.

2.4 数据处理

利用SPSS 20软件对数据进行统计分析，利用单因素方差分析(one-way ANOVA)和最小显著差法(LSD)进行差异显著性检验.采用WPS软件制图.

3 结果与分析

3.1 不同林地清理方式对桉树人工林生长的影响

3.1.1 不同林地清理方式对林分生长的影响 由表2可以看出，不同林地清理方式下桉树人工林树高、胸径和单株材积存在明显差异.造林半年后全面清除处理的桉树人工林树高最高，分别比常规处理、商业收获、全树收获和采伐剩余物加倍提高4.68%、6.87%、6.87%和8.81%，且与另外4种处理的差异性达到显著水平(P<0.05)；胸径也以全面清除处理的桉树人工林最大，分别比全树收获、常规处理、商业收获和采伐剩余物加倍提高1.89%、1.89%、2.87%和3.86%.造林1.5年后商业收获处理下树高和胸径存在明显的生长优势，不同林地清理方式对树高生长的影响表现为：商业收获>采伐剩余物加倍>全树收获>全面清除>常规处理.胸径生长大小表现为：商业处理>全树收获>常规处理>采伐剩余物加倍>全面清除，且商业收获处理均与其他4种处理的差异性达到显著水平(P<0.05).到第3年，商业收获处理的树高分别比全树收获、采伐剩余物加倍、全面清除和常规处理高5.43%、6.59%、11.49%和14.02%；商业收获处理的胸径分别比全树收获、采伐剩余物加倍、全面清除和常规处理提高4.36%、6.90%、8.22%和13.55%.造林前期不同林地清理方式下桉树人工林单株材积差异小，之后材积生长变化明显.到第3年，商业收获处理的单株材积分别比全树收获、采伐剩余物加倍、全面清除和常规处理提高14.89%、21.37%、31.06%和46.35%.

表2 不同林地清理方式对桉树人工林树高、胸径和单株材积生长的影响1)Table 2 Effects of different ground clearance on the tree height, DBH and individual volume of Eucalyptus plantation

1)同行不同小写字母表示在P<0.05水平下达到显著差异.

造林3年间桉树的树高年平均增长情况表现为：商业收获(4.08 m)>全树收获(3.80 m)>采伐剩余物加倍(3.77 m)>全面清除(3.45 m)>常规处理(3.40 m).胸径与树高的年平均增长规律一致，表现为：商业收获(3.64 cm)>全树收获(3.43 cm)>采伐剩余物加倍(3.35 cm)>全面清除(3.25 cm)>常规处理(3.06 cm).桉树人工林单株材积年平均增长量也表现为：商业收获(0.032 4 m3)>全树收获(0.028 1 m3)>采伐剩余物加倍(0.026 6 m3)>全面清除(0.024 5 m3)>常规处理(0.022 0 m3).表明商业收获处理的桉树人工林与其他处理相比具有明显的优势.

3.1.2 不同林地清理方式对桉树人工林净生长量的影响 生长量是确定林木成熟年龄和采伐量的基本依据，也是评价林地生产力、经营方式效果的重要指标，更能反映不同方式清理林地后人工林生长的变化规律[13].由表3可以看出，不同林地清理方式下桉树人工林的树高、胸径和单株材积净生长量存在明显差异.造林半年到第1年，采伐剩余物加倍处理的桉树树高净生长量最高为1.48 m，采伐剩余物加倍>全树收获>商业收获>常规处理>全面清除.采伐剩余物加倍处理的桉树胸径和单株材积净生长量最多，采伐剩余物加倍>商业收获>全树收获>常规处理>全面清除.造林1年到1.5年，桉树人工林树高净生长量最高的是商业收获处理，为5.33 m，分别是采伐剩余物加倍、全树收获、全面清除和常规处理的1.06、1.12、1.15和1.16倍；胸径净生长量最高的是商业收获处理，为5.38 cm，分别是全树收获、常规处理、采伐剩余物加倍和全面清除的1.15、1.22、1.26和1.36倍；单株材积净生长量最高的也是商业收获处理，为0.029 7 m3，分别是全树收获、采伐剩余物加倍、常规处理和全面清除的1.25、1.28、1.35和1.51倍.造林1.5年到第3年，桉树人工林树高净生长量最高的仍是商业收获处理，为4.54 m，分别比全树收获、采伐剩余物加倍、全面清除和常规处理提高5.58%、17.01%、21.72%和30.46%；胸径净生长量最大的是全面清除处理，为3.61 cm，分别比全树收获、采伐剩余物加倍、商业收获和常规处理提高6.38%、8.40%、10.80%和36.52%；单株材积净生长量最多的是商业收获处理，为0.057 5 m3，分别是全树收获、采伐剩余物加倍、全面清除和常规处理的11.22%、20.29%、24.73%和57.53%.

表3 不同林地清理方式对桉树林分树高、胸径和单株材积净生长量的影响1)Table 3 Effects of different ground clearance on the net growth of tree height, DBH and individual volume of Eucalyptus plantation

1)T1：2011年10月—2012年4月.T2：2012年4月—2012年10月.T3：2012年10月—2014年4月.

3.2 不同林地清理方式对桉树人工林林下植被生长的影响

3.2.1 不同林地清理方式对林下植被种类的影响 种类组成是植物群落最基本特征之一，也是群落结构和功能的基础[14].林下植被通常包括林下的灌木、藤本和草本，在森林生态系统的物种多样性、营养物质循环、森林微环境和植被演替等方面起着非常重要的作用[15].由表4、5可知，不同林地清理方式对3年生桉树人工林林下植被种类的影响不同，商业收获处理的林下植被最多，达10种，其中,灌木5种，藤本1种，草本4种，隶属8科10属.群落中含有禾本科、乌毛蕨科、山茶科、苦木科、蔷薇科、鼠李科、葡萄科和菊科.全树收获处理物种共有7种，其中,灌木3种，藤本2种，草本2种，隶属于6科6属.群落中含有乌毛蕨科、葡萄科、鼠李科、蔷薇科、菊科、大戟科.常规处理的群落物种组成共有6种，其中,灌木4种，草本2种，隶属6科6属.群落中含有禾本科、乌毛蕨科、苦木科、蔷薇科、山茶科和大戟科.全面清理处理物种共有5种，其中,灌木2种，草本3种，隶属4科5属.群落中含有禾本科、牧草科、桑科和蔷薇科.采伐剩余物加倍处理群落的物种组成最少，仅4种，其中,灌木3种，藤本1种，隶属4科4属.群落中含有葡萄科、桑科、苦木科和大戟科.可见，商业收获处理的桉树人工林林下植被种类最丰富.

表4 桉树人工林林下植被主要名录Table 4 The composition of understory vegetation of Eucalyptus plantation

表5 桉树人工林林下植被分类Table 5 Classification of Eucalyptus understory vegetation under different ground clearance methods

3.2.2 不同林地清理方式对林下植物多样性的影响 由表6可知，不同林地清理方式对桉树人工林林下植物多样性的影响不同，其中商业收获处理的林下植被丰富度、群落盖度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数均最大.造林1.5年，商业收获处理的林下植被丰富度分别比全树收获、采伐剩余物加倍、常规处理和全面清除提高17.14%、56.01%、84.02%和88.77%；造林第3年，商业收获处理的林下植被丰富度分别比全树收获、采伐剩余物加倍、常规处理和全面清除提高47.53%、75.74%、75.74%和118.76%.造林1.5年，商业收获处理的群落盖度分别比全树收获、全面清除、采伐剩余物加倍和常规处理提高9.88%、11.25%、12.66%和23.61%；造林第3年，商业收获处理的群落盖度分别比全面清除、全树收获、采伐剩余物加倍和常规处理提高7.50%、8.86%、13.16%和14.67%.由Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数可知，商业收获处理群落的多样性和物种分布的均匀度优势明显.

表6 不同林地清理方式对林下植物多样性的影响1)Table 6 Dynamic effects of different ground clearance on the diversity of understory vegetation

1)H1：2012年10月.H2：2014年4月.

造林第3年常规处理的群落盖度、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数与造林1.5年相比有一定的提高；造林第3年全面清除植被处理的Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数与造林1.5年相比也有一定程度的增加.除此之外，其他处理的林下植被丰富度、群落盖度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数出现降低的趋势.

3 讨论

林地清理是营林生产中的一个重要环节[16].本研究发现采用不同林地清理方式对桉树人工林生长有较大影响，造林1.5年商业收获处理的树高、胸径和单株材积存在明显优势，随着时间的增加，优势愈加明显.到第3年，树高、胸径和单株材积的大小依次表现为：商业收获>全树收获>采伐剩余物加倍>全面清除>常规处理.出现这种现象的原因可能是因为商业收获仅取走了商业可以利用的干材和树皮，无商业利用价值的其他有机物均留在原地，随着时间推移，遗留的有机物开始慢慢分解、释放，对地力起到了一定的维持作用，因此采用商业收获处理的桉树人工林生长状况将会超过其他处理的桉树人工林[17].这与林声庆[18]关于不同林地清理方式下马尾松(PinusmassonianaLamb)人工林初期生长量规律一致.常规处理桉树生长最差，可能是炼山时迹地有机体几乎全部被焚毁，只剩下少量的草木灰，土壤丧失采伐剩余物的覆盖，使得生境变得恶劣；另外，土壤被火灼烧后有机质受损，土壤胶体团聚能力下降，水稳性团聚体含量也下降，加上坡度较大，炼山造林后地表松散，土体抗蚀性能大为降低，影响人工林植株的生长[19].张正雄[20]采用火烧法和散铺法2种迹地清理方式对林地生境进行研究，发现火烧法处理后幼树幼苗生长量下降，水土流失严重，不利于林地土壤肥力的维持，这与本研究结果一致.

翁贤权[21]认为加倍采伐剩余物处理的10年生二代杉木林生长最好；何宗明等[22]采用不同的立地管理措施对二代2年生杉木生长进行研究，发现加倍采伐剩余物处理的杉木人工林造林成活率、树高、胸径和单株生物量均最高.本研究采用不同林地清理方式发现3年生桉树人工林树高、胸径和单株材积总生长量大小均变现为：商业收获>全树收获>采伐剩余物加倍>全面清除>常规处理，商业收获处理树高、胸径和单株材积3年总生长量分别是采伐剩余物加倍处理的1.08、1.09、1.22倍.不同林地清理方式下3年生桉树人工林林下植被物种数量不同，其中采伐剩余物加倍处理的林下物种数量最少，仅4种.本研究结果发现采伐剩余物加倍处理的桉树人工林生长情况并没有达到预期的效果，这可能是因为采伐剩余物加倍处理的桉树人工林使地表覆盖度过高，抑制林地灌木草本植物生长，地被物保护的减少导致地表土壤在降雨时侵蚀严重，易造成水土流失，致使采伐物未发挥最大作用[23].

按照传统的林地清理措施，营造人工林前一般先对林地进行全面清理，即炼山后造林[7].虽说这种传统模式对提高造林效率有一定帮助，但该清理方式造成人工林林下植被生态环境的破坏，加剧了水土流失，土壤养分失衡，从而导致植被稀缺，生产力下降，使系统完全处于恶性循环，因此，选择适合的林地清理方式对提高林下植被物种多样性和人工林生态系统的稳定性具有重要意义[24].本研究发现造林1.5年和第3年，商业收获处理的林下植被丰富度、群落盖度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数均表现为最大，这可能是因为商业收获处理无过多人为干扰对林地造成破坏，能有效保存植物的繁殖体，使得原有群落多数物种得以保持.尤其是优势种，它们通常拥有极强的繁殖能力，在生存条件适宜时可快速恢复生长，重新占据林下空间.同时商业收获后大量无商业利用价值的其他有机物全部堆放在原地，腐烂分解后，林地养分充足，有利于林下灌木藤本等的生长[17,25].总体来看，常规处理林下植被丰富度、群落盖度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数均表现为最小，这与许生明[26]的研究结果一致.这可能是因为炼山后地表裸露，使原本受损的灌木、藤本和草本类植被经雨水冲刷后更难恢复，导致林下植被多样性减小[16].

造林3年与造林1.5年相比，林下植被丰富度、群落盖度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数出现降低趋势.余雪标[27]研究发现，随着桉树人工林林龄的增大，林下植被物种丰富度下降，多样性减小，与本研究结果一致.这可能是因为造林1.5年桉树人工林冠层郁闭度较小，随着树龄的增加，冠层郁闭度增大，导致林下透光率减小，物种多样性随之减小[24].仲应喜[28]研究表明，3年生的杉木人工林林下植物多样性指数和均匀度指数与1年生相比均显著下降；杨再鸿[29]研究发现，在桉树幼林时期，由于阳生植物的侵入，林下植被数量逐步增加，到1.5年林下植物多样性指数最高；随着桉树年龄增长，林分慢慢郁闭，林下的阳生植物生长受到抑制，植物多样性指数呈现下降的趋势，这也与本研究结果一致.

通过3年观测和分析，结果表明桉树人工林经营过程中，不同林地清理方式对其生态稳定性有较大影响，其中商业收获处理的桉树林分及林下植被生长最优.因此，今后对人工林进行林地清理时可在树木砍伐后，将砍掉的树冠与枝留在原地，只取走商业上可用的干材和树皮，剩下其它有机物质留在原地，为幼林生长提供良好的环境.