闽东地区不同海拔浙江红花油茶林全伐改造效果比较

李俊伟，吴玲娇，孙维红，邹小兴，黄 维，吴佐春，邹双全

（1.福建农林大学 林学院，福建 福州 350002；2.自然生物资源保育利用福建省高校工程研究中心，福建 福州 350002；3.霞浦县强民油茶专业合作社，福建 霞浦 355100）

浙江红花油茶Camella chekiangoleosa，又名浙江红山茶，为山茶科Theaceae山茶属Camellia常绿灌木或小乔木，是我国南方特有树种[1]。浙江红花油茶主要分布于浙江、福建、安徽、江西等地的高山地区，喜温暖湿润气候。野生浙江红花油茶分布在海拔较高的山坡杂木林内、谷地林中、林缘或溪涧两旁，在海拔600 m以下开花数量较少，甚至不结果[2-7]。因其具有较高的油用价值、药用价值、观赏价值而备受青睐。浙江红花油茶是我国特有的食用油料树种[8]，其油茶籽油是一种优质的食用油。关于浙江红花油茶的研究主要集中在国内，国外对浙江红花油茶的研究报道较少见[9]。为了比较浙江红花油茶在不同海拔地区的改造效果，从而为维持浙江红花油茶林地力和提高其林分的生产力和经济效益提供参考，在项目组前期研究工作的基础上，笔者以天然籽播的浙江红花油茶混交林为试验对象，在宁德市寿宁县和霞浦县不同海拔的天然籽播林中设置标准地，测定林分生长指标、花果数量、果实产量、环境因子等，应用隶属函数法对浙江红花油茶改造效果进行综合分析。

1 材料与方法

1.1 样地概况

试验地设在宁德市寿宁县鳌阳镇白鹇墓（简称“白鹇墓”）和霞浦县水门乡八斗丘（简称“八斗丘”）。白鹇墓位于119°20′E，27°27′N，海拔高度900～1 000 m，坡度25°～40°，全年平均降水量1 500～2 300 mm；全年平均气温13～19 ℃，平均日照时长1 743 h，夏季湿度较高，平均相对湿度70.28%；土壤pH为4.41～4.67，为酸性土壤。八斗丘位于119°58′E，26°54′N，海拔高度约700 m，坡度10°～13°，年平均气温15～20 ℃，平均日照时长1 819 h，全年平均降水1 100～1 800 mm，夏半年平均相对湿度为82.7%，冬半年平均相对湿度为75.6%。八斗丘试验地土壤pH为4.39～4.74，为酸性土壤。试验林地均为天然籽播浙江红花油茶混交林。白鹇墓、八斗丘的浙江红花油茶为自然萌发更新，林内树龄、树体大小不一，参差不齐，并且疏于管理，整个林分基本处于低产状态。

1.2 林分改造

分别在白鹇墓和八斗丘的浙江红花油茶林进行同种林分改造。采取保留浙江红花油茶，伐除全部上层木（全伐）的措施进行改造，对林分中的毛竹、杉木、马尾松等其他树种进行伐除，改造总面积分别为1.67、1.33 hm2。在收集与整理已有资料的基础上，根据改造方式、海拔、坡位、坡度和坡向等因子[10]，设置白鹇墓试验地对照（1号）、白鹇墓试验地全伐（2号）、八斗丘试验地对照（3号）、八斗丘试验地全伐（4号），共4个处理，并在每个样地内设置10 m×10 m样方，调查各样地基本情况。

1.3 测定方法

2017年5—12月，每样地随机选取生长状态基本一致的10株植株，从东西南北四个方位随机测量各样株的生长指标，结果取平均值。将采集回来的新鲜叶片用蒸馏水洗净，测定叶片养分指标[11-12]。在每块样地中进行土壤性质测定[13]，测定土壤容重、pH、速效P含量、速效K含量等指标。采用温湿光三参数记录仪，观测每个样地林内温度、湿度和光照度的日变化[14-17]，并对其果实性状指标进行测定。各指标每月测1次。

1.4 数据处理

1.4.1 数据转换

将整理好的数据根据相关性分析结果选取有代表性的指标，应用模糊数学隶属函数法进行定量转换，再将各指标的隶属函数值取平均值进行位列排序。公式为：

式中：U(Xi)为第i项指标的隶属函数值，Xi为第i项指标的测定值，Xmax和Xmin分别为所有参试样株第i项指标的最大值和最小值。

若某一指标与评判结果为负相关，则用反隶属函数进行定量转换。公式为：

式中：U'(Xi)为第i项指标的反隶属函数值。

1.4.2 数据分析

日变化倍数=(全伐处理最高值-全伐处理最低值)/(对照最高值-对照最低值)。

采用Microsoft Excel进行数据整理和图表制作，采用IBM SPSS Statistics 19进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同海拔浙江红花油茶林分改造效果的比较

2.1.1 改造前后树体生长的比较

各处理中不同海拔浙江红花油茶树体的生长量见表1。由表1可知，全伐改造后白鹇墓试验地与八斗丘试验地树高和冠幅均有增长。经过方差分析可知，2个试验地全伐后树高和冠幅生长量与对照相比均具有显著性差异（P＜0.05），2个试验地改造后树高和冠幅生长量均不具有显著性差异。白鹇墓试验地的树高和冠幅生长量分别为对照的1.76、2.15倍，八斗丘试验地的树高和冠幅生长量分别为对照的1.71、2.41倍。2个试验地的树高生长量相差不大，但八斗丘的冠幅生长量是白鹇墓的1.12倍，说明八斗丘试验地改造后浙江红花油茶接触到更多的阳光照射，油茶树长势更加明显。

表1 各处理中不同海拔浙江红花油茶树体的生长量†Table 1 Tree increments of C.chekiangoleosa at different altitudes in different treatments

2.1.2 改造前后叶片养分含量的比较

各处理中不同海拔浙江红花油茶叶片养分的含量见表2。由表2可知，全伐改造前后，白鹇墓试验地浙江红花油茶叶片N含量具有显著差异，P和K含量不具有显著差异，改造后N、P、K含量分别增长了3.68、0.03、-0.11 g/kg；全伐改造前后，八斗丘试验地浙江红花油茶叶片N、P、K含量均具有显著差异，改造后N和P含量分别增长了2.66、0.43 g/kg，而K含量比对照减少了0.58 g/kg。说明除了K元素外，2个试验地改造后叶片养分含量分别在不同程度上得以提高。白鹇墓试验地浙江红花油茶叶片N和K含量的增长量高于八斗丘试验地，P含量增长量低于八斗丘试验地。白鹇墓试验地浙江红花油茶叶片的整体养分含量高于八斗丘试验地。

表2 各处理中不同海拔浙江红花油茶叶片养分的含量Table 2 Nutrient contents in C.chekiangoleosa leaf at different altitudes in different treatments g/kg

2.1.3 改造前后林地环境的比较

2.1.3.1 空气温度日变化

各处理中不同海拔浙江红花油茶林空气温度的日变化如图1所示。由图1可见，白鹇墓试验地和八斗丘试验地林地空气温度的日变化大致呈现出先上升、后下降的趋势，约在14:00空气温度达到最高，之后呈下降趋势。改造后空气温度均明显高于对照，说明改造效果明显达到预期，去除毛竹等上层木的遮挡，给予了浙江红花油茶林适宜的温度。全伐后，八斗丘试验地空气温度明显高于白鹇墓试验地，油茶为喜光树种，促进了八斗丘试验地油茶的生长。

图1 各处理中不同海拔浙江红花油茶林空气温度的日变化Fig.1 Diurnal variations of air temperatures in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.3.2 空气湿度日变化

各处理中不同海拔浙江红花油茶林空气湿度的日变化如图2所示。由图2可见，白鹇墓试验地和八斗丘试验地空气湿度的日变化大致呈现出先下降、后上升的趋势，约在14:00空气湿度达到最低，之后随空气温度的降低，空气湿度开始相应升高。改造后，八斗丘试验地的空气湿度降低了7%，白鹇墓试验地降低了4.6%。在高温高湿的情况下，白鹇墓试验地更加容易出现病虫害的情况，从而导致产量的降低。

图2 各处理中不同海拔浙江红花油茶林空气湿度的日变化Fig.2 Diurnal variations of air humidity in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.3.3 光照强度日变化

各处理中不同海拔浙江红花油茶林光照强度的日变化如图3所示。由图3可见，白鹇墓试验地和八斗丘试验地光照强度的日变化大致呈现出先上升、后下降的趋势，2个试验地对照处理的光照强度明显较弱。改造后，2个试验地的光照强度发生变化，在12:00光照强度达到最高，随后开始下降。由于对照中上层木遮挡林内部分日光的射入，改造后，白鹇墓试验地日变化是对照的15.36倍，八斗丘试验地日变化是对照的10.47倍。全伐改造后，白鹇墓试验地是八斗丘试验地的1.47倍。可见全伐改造对林地内林分光照强度影响较大，因为白鹇墓试验地处高海拔地区，所受阳光照射强度要高于八斗丘试验地。

图3 各处理中不同海拔浙江红花油茶林光照强度的日变化Fig.3 Diurnal variations of light intensities in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.3.4 土壤温度日变化

各处理中不同海拔浙江红花油茶林土壤温度的日变化如图4所示。由图4可见，2个试验地林下土壤温度变化趋势大体一致，均是从6:00开始缓慢上升，至16:00时土壤温度最高。这可能是因为受到太阳辐射和温度迟滞效应的影响[18]，土壤温度与空气温度日变化不一致。全伐改造后，由于没有了上层林对日光的遮挡，各试验地土壤温度也相应升高。全伐改造后，八斗丘试验地的土壤温度是对照的1.2倍，白鹇墓试验地的土壤温度是对照的1.02倍，八斗丘试验地土温增长是白鹇墓试验地的1.18倍。

图4 各处理中不同海拔浙江红花油茶林土壤温度的日变化Fig.4 Diurnal variations of soil temperatures in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.3.5 土壤湿度日变化

各处理中不同海拔浙江红花油茶林土壤湿度的日变化如图5所示。由图5可见，土壤湿度日变化幅度较小，各处理变化趋势基本一致。均在10:00达到最低值，改造后白鹇墓试验地土壤湿度是八斗丘试验地的2.12倍。足够的水分能够保证浙江红花油茶树体更好地生长。

图5 各处理中不同海拔浙江红花油茶林土壤湿度的日变化Fig.5 Diurnal variations of soil moisture in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.3.6 土壤理化性质

土壤的理化性质会对植物的生长造成重要的影响。各处理中不同海拔浙江红花油茶林土壤的理化性质见表3。由表3可知，2个试验地林下土壤pH差别不大，白鹇墓试验地土壤pH为4.41～4.67，八斗丘试验地土壤pH为4.39～4.74，均为酸性土壤。

改造前后各试验地0～20 cm土层的土壤容重相差不大，不具有显著性差异。最佳的土壤容重范围1.1～1.4 g/cm3。改造后白鹇墓试验地土壤容重0.99～1.17 g/cm3，八斗丘试验地土壤容重1.17～1.19 g/cm3。总体来看，2个试验地林下土壤的结构相差不大，但八斗丘试验地土壤容重在最佳土壤容重范围内。就改造效果来看，改造后白鹇墓试验地各土层土壤容重增大，八斗丘试验地10～20 cm土层土壤容重减小0.07 g/cm3，所以八斗丘试验地改造效果较好。

各试验地0～20 cm土层土壤中，各元素按照含量由高到低排列依次为速效K、速效P、速效N。改造后，白鹇墓试验地0～20 cm土层中除速效P含量下降，其余均有所增加，八斗丘试验地0～20 cm土层中速效N、速效P、速效K含量分别增加了7.85、20.44、57.12 mg/kg。N、P、K元素是植物生长发育过程中所必需的元素，八斗丘试验地的土壤肥力明显优于白鹇墓试验地，且改造效果更好，更有利于植株生长和果实产量的增长。

表3 各处理中不同海拔浙江红花油茶林土壤的理化性质Table 3 Soil physicochemical properties in C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.1.4 改造前后果实性状和产量的比较

各处理中不同海拔浙江红花油茶的果实性状见表4。由表4可知，改造后浙江红花油茶的果形指数、鲜出籽率、出仁率、种仁含油率与对照均有显著差异，鲜果质量、果皮厚度与对照不具有显著性差异。白鹇墓试验地油茶果形指数、鲜出籽率、出仁率、种仁含油率依次增长0.27、0.13百分点、0.10百分点、4.85百分点，八斗丘试验地油茶各指标依次增长0.04、0.06百分点、0.03百分点、3.10百分点。经比较发现，白鹇墓试验地浙江红花油茶产出果实的果形指数、鲜出籽率、出仁率、种仁含油率均高于八斗丘试验地。

各处理中不同海拔浙江红花油茶的产量性状见表5。由表5可知，改造后白鹇墓试验地和八斗丘试验地的结果量、果实产量、产油量与对照均具有显著差异。改造后，八斗丘试验地浙江红花油茶的结果量比对照增长33个/株，果实产量增长4 326 kg/hm2，产油量增长292.05 kg/hm2。改造后，白鹇墓试验地浙江红花油茶的结果量比对照增长20个/株，果实产量增长2 587.5 kg/hm2，产油量增长239.25 kg/hm2。改造后八斗丘试验地浙江红花油茶的结果量增长量、果实产量增长量、产油量增长量分别是改造后白鹇墓试验地各指标增长量的1.65、1.67、1.22倍，可见浙江红花油茶更适合生长在海拔700 m的八斗丘试验地。

表4 各处理中不同海拔浙江红花油茶林的果实性状Table 4 Fruit characteristics of C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

表5 各处理中不同海拔浙江红花油茶林的产量性状Table 5 Yield characteristics of C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

2.2 不同海拔浙江红花油茶林分各指标的相关性分析

白鹇墓试验地浙江红花油茶生长和产量与环境因子的相关性见表6。由表6可知，白鹇墓试验地土壤速效N含量与树高和冠幅具有显著正相关关系。土壤速效K含量与单株结果量具有极显著正相关关系。光照强度与树高和冠幅具有显著正相关关系，与单株结果量和含油率具有极显著正相关关系。空气温度与单株结果量、含油率和光照强度具有极显著正相关关系。空气湿度与单株结果量和含油率具有极显著负相关关系。土壤温湿度与结果量和含油率均具有极显著正相关关系。

八斗丘试验地浙江红花油茶生长和产量与环境因子的相关性见表7。由表7可知，八斗丘试验地土壤速效N含量与树高和冠幅具有极显著正相关关系。土壤速效K含量与单株结果量具有显著正相关关系，与含油率具有极显著正相关关系。光照强度与树高、冠幅、单株结果量、含油率具有极显著正相关关系。空气温度与树高冠幅具有显著正相关关系，与结果量、含油率和光照具有极显著正相关关系。空气湿度与单株结果量、含油率、光照、温度具有极显著负相关关系。土壤温湿度与单株结果量和含油率均具有极显著正相关关系。

表7 八斗丘试验地浙江红花油茶生长和产量与环境因子的相关性Table 7 Correlation of growth and yield of C.chekiangoleosa forest in Badouqiu test site with environmental factors

由此可以看出，树高、冠幅、单株结果量、含油率、土壤速效N含量、土壤速效K含量、光照强度、空气温度、土壤温度、土壤湿度、空气湿度等因子与浙江红花油茶林产量关系密切。

2.3 不同海拔浙江红花油茶林分改造效果的综合评价

由于指标较多，并且各指标间存在一定的相关性，所得数据在一定的程度上有所重叠[19]。因此，将与浙江红花油茶林关系密切的因子用模糊数学隶属函数法进行分析[20]，即将各指标的平均值运用公式转换成隶属值，再将各隶属函数值取隶属平均值，将隶属平均值作为浙江红花油茶林改造效果的综合鉴定指标。平均隶属值越大，改造效果越好。

各处理中不同海拔浙江红花油茶林各指标的隶属函数值及排序见表8。由表8可知，改造效果最好的是4号处理，即八斗丘试验地全伐，其平均隶属函数值最大（0.79），白鹇墓试验地全伐处理的平均隶属函数值为0.65，所以八斗丘试验地全伐的改造效果优于白鹇墓试验地。

3 结论与讨论

通过相关分析可以看出，浙江红花油茶产量与环境因子具有显著或者极显著相关性。土壤速效钾含量、光照强度、土壤温湿度、空气温度均与2个试验地的结果量具有极显著相关性；光照强度、土壤温湿度、空气温度均与2个试验地的果实含油率具有极显著相关性；空气湿度与2个试验地的单株结果量和果实含油率均极显著负相关。说明在改造过程中应适当增施钾肥，及时浇水，增加光照强度，减少空气湿度，以促进浙江红花油茶产量的提高。使用隶属函数法进行改造效果的综合评价，结果表明八斗丘试验地全伐改造效果最好，其平均隶属函数值为0.79。

表8 各处理中不同海拔浙江红花油茶林各指标的隶属函数值及排序Table 8 Membership function values and order of each index of C.chekiangoleosa forests at different altitudes in different treatments

环境条件对浙江红花油茶的生长具有显著影响。环境条件主要包括空气温湿度、光照强度、土壤温湿度等。改造后，2个试验地林内环境得到改善，更加适宜浙江红花油茶生长和结果，特别是光照强度的增高使林内温度增加，产量和茶油品质得以提升。2个试验地树高生长量相差不大，但八斗丘试验地冠幅生长量是白鹇墓的1.12倍。八斗丘试验地的结果量、果实产量、产油量的增长量分别是白鹇墓试验地各指标增长量的1.65、1.67、1.22倍，可见浙江红花油茶更适合生长在海拔700 m的八斗丘试验地。

环境因素对植物的生长发育具有显著影响，光照、温度、水分、空气均能够对植物的生长造成影响。浙江红花油茶有喜光的特性，过于荫蔽会导致植株长势较弱，枝干细弱，枝叶稀疏，结果量少或者不结果，有的甚至整株枯死，相反，在全日照和半荫蔽的环境中植株长势较好，枝叶生长茂盛，结果多，果实色泽亮丽，所以在改造时要注意营造合适的林分密度。杨开宝等[21]在对腾冲红花油茶低产林抚育改造试验中，发现伐除非油茶林木特别是高大的上层林木对于改善林内通风透光条件尤为重要，同时也要伐除过密油茶植株，或对油茶植株移密补稀。毛竹、杉木等上层木对浙江红花油茶的遮挡，阻止了阳光的照射，降低了浙江红花油茶叶片的光合效率，无法大量合成营养物质供给植物生长。植物的光合作用决定了植物的总生产力[22]。所以，在浙江红花油茶低产林改造中，伐除上层木尤为重要。白鹇墓试验地海拔高于八斗丘试验地，使其光强高于八斗丘试验地，光照强度的增高使林内温度增加，其产量和茶油品质得以提升。这可能是白鹇墓试验地的果实品质优于八斗丘试验地的原因。边秀芝等[23]、卢碧林等[24]认为生态环境是决定玉米、水稻生长发育和品质的重要因素之一，与本文中的研究结果一致。

氮磷钾是植物生长发育过程中所必需的营养元素，其中氮素是促进合成氨基酸、蛋白质的主要物质，油茶的高产更是离不开氮素的供应。胡玉玲等[25]的研究结果表明，氮素处理后油茶的成花结实率更高。本文中八斗丘试验地土壤中的氮、磷、钾含量在改造前后均明显高于白鹇墓试验地，充足的养分为红花油茶的高产提供了必要的条件，这可能是八斗丘试验地的结果量、果实产量、产油量高于白鹇墓试验地的重要原因之一。刘伟等[26]认为，油茶土壤养分含量直接影响油茶养分的供应，并进一步影响油茶的生长和产量，这也与本文中的观点相同。

低产林的成因较多，如原生混交、品种混杂、管理粗放等，导致林分老化，基本处于半野生状态。本试验中参试浙江红花油茶林同样存在品种混杂、管理粗放等问题，通过对油茶林地进行全伐改造，土壤性质得到了有效改善，经改造后白鹇墓试验地土壤N含量上升，八斗丘试验地土壤N、P、K含量均有所提高。可能是因为在伐除毛竹等上层木后对林地进行了清理，林内光照充足，加快了林地凋落物的分解，减少了其他树种对养分和水分的吸收，使得养分含量升高，土壤性质得到改善。何钢等[27]经研究发现，采取林地清理和垦复的方式对油茶林地进行低产改造，能够改善土壤物理性状，增加土壤养分含量，同时能够促进土壤养分的有效功能的释放，这与本文中的观点相互印证。

本试验中因为试验对象是天然籽播更新林分，林内油茶长势不尽相同，尽管在选择标准地时尽量选择树体一致的油茶树进行调查研究，但在取样方面仍存在一定的不足。且改造时仅对油茶林上层木进行了伐除，未采取施肥、修剪等措施，还须进行深入研究。