闽楠不同规格容器苗造林效果分析

黄 宇，林智勇，张 娟，汤行昊，陈 恩，范辉华

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；2.福建省古田黄田国有林场，福建 古田 352251)

闽楠(Phoebebournei)为樟科常绿大乔木，分布于福建、江西、广东、浙江南部、广西北部及东北部、湖北、湖南、贵州等地，被列为国家二级保护植物[1-3]。它是一种珍贵的用材树种，其木材坚硬，结构细密，纹理淡雅文静，质地温润柔和，为上等建筑、家具、造船及工艺雕刻等良好木材[4]。近年来，闽楠人工造林已引起人们的极大兴趣与关注，闽楠育苗数量不断增加。目前对闽楠的研究多集中在生理生态、种源选择和种苗繁育等方面，关于闽楠容器苗造林的研究甚少[5-10]。已有对闽楠容器苗和裸根苗苗木质量分级进行研究，但未见有对不同年龄分级苗木造林成效的研究[8，11]。本文于2016年2月开展闽楠不同苗龄和规格苗木的造林试验，研究不同规格容器苗对闽楠造林成活率、林分生长、根系性状、光合作用以及造林成本的影响，利用综合评价法筛选出今后珍贵树种造林较适宜的容器苗规格，以期为闽楠造林和快速大面积培育楠木林提供基础数据，为珍贵用材树种闽楠资源培育提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于福建省宁德市古田县黄田国有林场黄田工区，东经118°36′、北纬26°44′，海拔约170 m，年均气温18.5 ℃，最高气温38.6 ℃，最低气温-3 ℃，年均降水量1609.7 mm。地形属低丘山地，坡度平缓，山坡中下部。土壤为山地红壤，立地条件Ⅱ级。试验地造林前茬为杉木林采伐迹地，坡向南。

1.2 试验方法

将闽楠1～3年生的苗木划分为I级苗和Ⅱ级苗，6种规格容器苗(即6种处理)的容器规格及分级标准见表1。试验采用完全随机区组设计，3次重复，每个小区5列×10株，面积200 m2(10 m×20 m)，重复区间种植2行1年生木荷轻基质容器苗作为隔离带。造林时间为2016年2月底，株行距为2 m×2 m，穴规50 cm×50 cm×40 cm，每穴底施基肥钙镁磷250 g。造林当年和第2年全面锄除草培土2次，造林第3年1年生容器苗全面锄除草培土2次，2年生和3年生容器苗全面锄除草培土1次。

表1 闽楠不同规格容器苗基质及分级标准

1.3 幼林调查

2016年12月，调查造林当年闽楠的成活率。2016年12月、2017年12月、2019年1月，采用钢卷尺、麦思德电子数显游标卡尺(精度0.01 mm)对各试验小区闽楠的地径、树高进行调查，每个试验小区随机调查30株。

1.4 根系性状的测定

2018年4月，每个试验小区挖取3株，水平方向上以闽楠树干为中心，按0.5～1 m为半径进行全株挖掘，取到无明显根系为止，根深和平均根幅现场测量后带回实验室。将植株根系鲜样充分洗净晾干，将大的分支剪开后扫描，输出的图片使用Win-RHIZO根系分析系统软件进行分析。

1.5 闽楠不同规格容器苗造林幼林光响应曲线测定

2018年8月，选择典型晴天9∶30—11∶30，以Li-6800(美国)便携式光合测定系统配备的红蓝光源为光源，使用开放系统，设定光合有效辐射(PAR)梯度值：0、20、40、60、80、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000 μmol·m-2·s-1，参比室CO2浓度为400 μmol·mol-1进行测定，获得各Pn值。用叶子飘光合计算软件对曲线进行直线双曲线修正模型[12-13]拟合，得到曲线方程，并计算各光响应参数值：光补偿点(Lc)、光饱和点(Ls)、最大净光合速率(Pmax)、表观量子效率(AQY)。

1.6 造林成本评估方法

1.7 数据分析

采用SPSS(V18.0)软件对数据进行统计分析，利用Duncan法进行多重比较。将闽楠造林生长指标、根系指标、光合指标和造林成本进行标准化，使其转化为无量纲单位，便于比较。生长指标按照升型分布函数进行计算：(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)[16]；Tr和造林成本按照降型分布函数进行计算：(Xmax-Xi)/(Xmax-Xmin)[17]。最后根据各评价样本的综合得分y的高低进行排序。

2 结果与分析

2.1 闽楠不同规格容器苗造林生长情况比较

由表2可知，3年生Ⅰ、Ⅱ级苗和2年生Ⅰ级苗造林的当年成活率最高，达100%；1年生Ⅰ、Ⅱ级苗造林成活率最小，为98.67%；不同规格容器苗平均造林成活率为99.44%。闽楠不同规格容器苗造林后的地径和树高随着苗龄的增大呈现上升趋势，其中1～3年生的Ⅰ级苗造林后地径和树高均高于Ⅱ级苗，3年生Ⅰ级苗在2016年12月、2017年12月、2019年1月的地径和地径生长量均最大，分别达21.24 mm、28.33 mm、42.28 mm和5.86 mm、12.94 mm、26.89 mm；3年生Ⅱ级苗次之。1年生Ⅱ级苗的地径增长倍数最大，造林3 a后高出苗木地径的5.68倍；1年生Ⅰ级苗次之，造林3 a后高出苗木地径5.46倍，但3 a后的地径生长量最小，仅16.80 mm。1年生Ⅱ级苗造林，树高第1年生长量(达20.15 cm)及3年后增长倍数均最高(高出苗高4.17倍)；2年生Ⅰ级苗造林2 a及3 a树高生长量均最高，分别达91.53 cm、116.04 cm。3年生Ⅱ级苗造林1 a、2 a树高年生长量最小，仅6.56 cm、38.17 cm。不同规格容器苗造林对闽楠的地径和树高差异达到极显著水平，对闽楠造林成活率的影响不显著。

表2 闽楠不同规格容器苗造林生长情况分析

表2(续)

*：同行不同大、小写字母分别为0.01水平、0.05水平差异显著，下同。

2.2 闽楠不同规格容器苗造林根系性状分析

不同规格容器苗造林对闽楠单株总根长、总表面积、平均直径、根系总体积、根深和平均根幅的影响均达到极显著差异。由表3可见，3年生Ⅰ级苗闽楠造林的单株总根长、总表面积、平均直径、根系总体积、根深和平均根幅均最大，依次为5100.84 cm、2064.22 cm2、1.40 mm、73.56 cm3、93.00 cm、90.83 cm，分别比最小值高出3.61倍、4.48倍、0.37倍、6.89倍、1.71倍、0.97倍。闽楠1年生Ⅰ级苗造林的单株总根长和平均根幅均最小，分别为1106.15 cm、46.00 cm；闽楠1年生Ⅱ级苗造林的单株根系总表面积、平均直径、根系总体积均最小，分别为376.75 cm2、1.02 mm、9.32 cm3；闽楠2年生Ⅱ级苗造林的根深最小，为34.33 cm。

表3 闽楠不同规格容器苗造林根系性状分析

2.3 闽楠不同规格容器苗造林幼林光曲线特征响应参数分析

运用双曲线修正模型对6个规格容器苗造林后闽楠光合作用的光响应值进行拟合，计算各光响应参数值，并绘制光响应曲线图(图1～图6)，达到了良好的效果(为0.9754～0.9970)。在PAR为0～200 μmol·m-2·s-1时，Pn随PAR值的增加呈线性相关，对其进行线性回归，直线的斜率即为表观量子效率。由表4可以看出：最大净光合速率(Pmax)的范围在3.67～8.30 μmol·m-2·s-1，越大表明该规格容器苗造林的光合作用潜力越大，不同规格容器苗造林的光合潜力大小排序为：2年生Ⅱ>2年生Ⅰ>3年生Ⅰ>1年生Ⅱ>3年生Ⅱ>1年生Ⅰ。

表观量子效率就是植物对CO2同化的表观量子效率，即光合机构每吸收一个光量子所固定的CO2或释放的O2的分子数[18]，反映了植物光合作用对光能的利用效率[19-20]，是构建冠层光合作用模拟模型和C循环模型的重要生理指标，值越高，则说明叶片转化光能的效率越高。不同规格容器苗造林表观量子效率(AQY)范围在0.0430～0.0830 μmol·μmol-1，从大到小的顺序为：3年生Ⅱ>2年生Ⅱ>2年生Ⅰ>3年生Ⅰ>1年生Ⅱ>1年生Ⅰ。

呼吸速率小，有机物代谢效率高[21]。不同规格容器苗造林后幼林的暗呼吸速率(Rd)范围在0.7936～1.8979 μmol·m-2·s-1，暗呼吸速率值从大到小排序为：1年生Ⅰ>1年生Ⅱ>2年生Ⅱ>2年生Ⅰ>3年生Ⅱ>3年生Ⅰ。

不同规格容器苗造林后幼林光饱和点(Ls)的范围在985.88～1813.20 μmol·m-2·s-1，由高到低依次为3年生Ⅰ>2年生Ⅱ>2年生Ⅰ>3年生Ⅱ>1年生Ⅱ>1年生Ⅰ，光饱合点均值在1266.43 μmol·m-2·s-1左右。光补偿点(Lc)的范围在9.56～37.54 μmol·m-2·s-1，从大到小排序为1年生Ⅰ>1年生Ⅱ>2年生Ⅱ>3年生Ⅱ>2年生Ⅰ>3年生Ⅰ。

图1 闽楠1 年生Ⅰ-光响应曲线图2 闽楠1年生Ⅱ-光响应曲线图3 闽楠2年生 Ⅰ-光响应曲线图4 闽楠2年生Ⅱ-光响应曲线图5 闽楠3年生Ⅰ-光响应曲线图6 闽楠3年生Ⅱ-光响应曲线

Ls反映植株对强光的适应能力，Pmax反映植株对强光的利用能力；Lc反映植株弱光的适应能力，AQY反映植株强光利用效率。较其他规格相比，1年生闽楠幼林的Ls偏低、Lc偏高，这说明1年生闽楠幼林对强光的适应能力较弱，对弱光的适应能力较强；2年生闽楠幼林Pmax偏高、AQY偏高，说明植株对强光的利用能力较强，闽楠幼苗光合潜力高。可见，对于1～3年生的闽楠幼苗，随着苗龄的增长，种植年限的增加，对强光的适应能力由弱变强再变弱。说明闽楠具耐阴性，但又能忍受一定的光强，这与盛杰等[22]的结论较为一致。

2.4 闽楠不同规格容器苗造林成本比较

2.4.1 造林当年成本分析 根据当地种植的综合成本，不同规格容器苗造林种植当年成本主要包含运输费、整地费、栽植费、苗木费、抚育费和肥料费，其中每种规格容器苗造林株数均为150株，种植株行距为2 m×2 m，种植面积均为0.06 hm2，具体成本见表5。

表4 闽楠不同规格容器苗光曲线响应特征参数

表5 不同规格容器苗造林当年成本分析

2.4.2 造林3 a成本比较 幼龄林木资产采用重置成本法，比较不同规格容器苗造林3 a的成本，其中造林第2年和第3年主要支出抚育费。同时根据马尾松投资收益率6%，杉木投资收益率10%，闽楠收获价格高，但成熟周期长，主伐年龄长达50 a，故投资收益率采用8%，介于马尾松与杉木之间，具体分析见表6。3年生Ⅰ级苗的重置成本最高，为60603.24元·hm-2，3年生Ⅱ级苗次之，1年生Ⅱ级苗的重置成本最低，为40663.11元·hm-2。

表6 不同规格容器苗造林3 a成本比较

2.5 筛选最优的闽楠造林容器苗规格

将闽楠造林生长指标、根系指标、光合指标和造林成本等指标进行标准化后加权平均并排名，结果见表7，3年生Ⅰ级苗的综合评分最高，达0.7040，3年生Ⅱ级苗次之，得分为0.5969；1年生Ⅰ、Ⅱ级苗的综合评分排名较后，1～3年生的Ⅰ级容器苗造林后的各指标综合评分均高于同苗龄Ⅱ级苗。综合各指标分析可见，Ⅰ级苗造林效果普遍优于Ⅱ级苗；虽然3年生容器苗的造林成本较高，但选用2年生Ⅰ级苗和3年生闽楠容器苗造林效果好。

表7 闽楠不同规格容器苗造林综合评分

表7(续)

3 结论与讨论

苗木质量是提高造林成活率的基础，苗木质量主要体现在苗木规格上，因此造林苗木一定要达到所要求的规格，否则就会影响造林成活率。本研究以闽楠6种规格容器苗营造的试验林为对象，比较造林成活率、林分生长、根系生长、光合作用以及造林成本。结果表明，闽楠不同规格容器苗造林的幼林地径和树高随着时间的推迟呈现上升趋势，选用容器苗1～3年生的Ⅰ级苗造林，其地径和树高生长量均高于Ⅱ级苗造林。3年生Ⅰ级苗造林的幼林1～3 a地径生长量均最大，分别达5.86、12.94、26.89 mm；2年生Ⅰ级苗造林2～3 a的幼林树高生长量均最高，分别达91.53、116.04 cm。1年生Ⅰ、Ⅱ级苗的3 a幼林树高生长量分别达到109.91、108.951 cm，高于3年生Ⅰ、Ⅱ级苗和2年生Ⅱ级苗造林，说明1年生苗造林，树高生长具有潜力，抽稍快，但成林慢。3年生Ⅰ级苗闽楠造林的单株总根长、总表面积、平均直径、根系总体积、根深和平均根幅均最大，依次为5100.84 cm、2064.22 cm2、1.40 mm、73.56 cm3、93.00 cm、90.83 cm。6种规格容器苗造林后闽楠最大净光合速率范围在3.67～8.30 μmol·m·-2·s-1，表观量子效率(AQY)范围在0.0430～0.0830 μmol·μmol-1，光饱和点(Ls)范围在985.88～1813.20 μmol·m-2·s-1；光补偿点(Lc)范围在9.56～37.54 μmol·m-2·s-1。

闽楠3年生Ⅰ级苗的综合评分最高，达0.7040，3年生Ⅱ级苗次之，得分为0.5969；1年生Ⅰ、Ⅱ级苗的综合评分排名较后，1～3年生的Ⅰ级容器苗造林后的各指标综合评分均高于同苗龄Ⅱ级苗。可见，综合各指标分析，Ⅰ级苗造林效果普遍优于Ⅱ级苗；虽然3年生容器苗的苗木和种植成本较高，但抚育用工相对减少，林分生长好，造林成效好，尤其利于林下种植、杉木萌芽更新套种、混交造林及林分修复改造等，引导作用明显、推广前景较好。故建议选用2年生Ⅰ级苗和3年生容器苗进行造林，效果好。本研究从植物生理的光合作用，并结合根系生长情况来研究闽楠造林成效，为传统意义上研究造林成效的方法手段提供了新的方向。但由于该项目才造林3 a，今后可以结合造林保存率、生长生理指标等对闽楠不同规格容器苗造林成效进行持续观测研究。