选地不当致使杉木长成小老树的内在机理探讨

齐明 王海蓉 叶金俊 孙洪刚

摘要：  采用比较分析法，以福建洋口8年生的一片杉木杂交试验林为参照物，确认因选地不当，导致遂昌引进洋口的21年生杉木无性系林分为小老树林。然后对遂昌杉木无性系试验林进行抽样， 每系抽取3株样树，进行养分分析，将分析结果与福建南平同年大小的杉木人工林的养分吸收与利用结果进行比较。结果表明，从福建洋口林场引种的无性系，生长远远低于福建省8年生杉木杂交子代试验林，是地道的小老树;同为福建南平的杉木良种，并且三地试验林的气候条件基本相似，只有土壤环境和植被存在较大不同。遂昌杉木小老树形成的内在机制是土壤缺磷少氮，导致杉木生长差，同时生长势弱的杉木根系吸收与枝叶利用养分能力就差，这种恶性循环是遂昌杉木小老树形成的内在机理。

关键词：  杉木;  土壤养分;  小老树;  内在机制

中图分类号：   S 718. 43               文献标识码：   A                文章编号：1001 - 9499（2020）05 - 0012- 05

1990年代，我国南方营造了1亿亩杉木（Cunninghamia lanceolata）速丰林，但由于忽视了立地条件和优良品种的耐贫瘠特性，致使30%的杉木人工林不能成林，约20%的人工林不能成材，形成了小老树林分[ 1 ]。小老树的形成机理多种多样，我国小老树的形成具有明显的地域特异性，干旱半干旱地区是典型的小老树分布区：其中黄土高原有杨树（Populus simonii）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、油松（Pinus tabulaeformis）等树种;内蒙古中部、东北有辽宁的义县和吉林西部的沙地杨树;南有苏南、浙南等地局部地区的杉木;东有山东等地的刺槐[ 2 - 9 ]。小老树常见于速生树种中，据葛掌兴[ 10 ]报道，江阴市局部营造的杉木速生人工林，由于土层浅薄全部形成了小老树林分，即违背了杉木生存的生态生理所致。

纵观我国关于小老树的成因研究结果，发现小老树的形成大多数是由于违背了适地适树的大原则，但也受树种、气候带和不同立地条件等因素的影响。本研究采用比较分析法，沿用刘桌明[ 12 ]和林宝平等[ 14 ]研究思路，以遂昌杉木引种无性系试验林若干经济性状的差异为切入点，并以该杉木无性系试验林为研究对象，以福建南平洋口林场的一片8年生的杂交试验林[ 11 ]和福建南平峡阳林场21年生的速丰林[ 12 ]为参比对象。采用统计分析，论证本试验林为小老树林分，进而运用比较法，通过分析其体内养分变化，外部土壤环境差异，揭示杉木小老树的形成原因，挖掘小老树形成的机制。并结合我国社会经济发展大势，根据杉木小老树形成的不同原因，提出杉木小老树林不同的处理对策，旨在为合理经营杉木连栽林与规划未来营造杉木速丰林提供科学依据。

1 试验地概况

试验地设在浙江省遂昌县大坪头村。造林地前作是以马尾松为主，并混有杂木林的丘陵林地，立地条件指数12～14，土层厚度约60 cm，经土壤养分分析，发现该地地力贫瘠。该地营造的杉木无性系林分，原是国家造林项目的一部分，造林前炼山，但没有整地，造林密度2 m×2 m，1997年春季造林。由于当时强调森林的生态效果，故造林后没有抚育，也缺乏合理的管理。

遂昌从福建邵武引进的杉木无性系遵循了气候相似性的原理，已有引种成功的范例。

由表1可知，浙江遂昌与福建南平峡阳的气候条件基本相似，满足林木引种气候相似的基本原理，这也是可从浙江引进福建的杉木资源，并在浙江生长成林的一个佐证。

2 材料与方法

2. 1 研究材料与试验设计

1997年选出27个表型突出的杉木无性系，从邵武引进遂昌（邵武的杉木无性系材料来自福建洋口），并以浙江一代种子园中自由授粉家系龙15作对照。随机区组设计，5个区组，4株纵行小区，试验最初目的是筛选适合遂昌栽培的优良品种。但由于人为等因素的干扰，山顶附近的2个区组重复缺株太多，没有参与分析。本研究只选取其中的3个区组重复资料参与分析。

参比杉木试验林有：①福建南平洋口林场8年生的杉木杂交子代试验林[ 11 ];②福建南平峡阳林场的一片21年生的杉木人工试验林[ 12 ]。这些试验林均是福建南平杉木良种营造的试验林。

2. 2 研究方法

采取抽样策略：每系每个区组抽取1株，3个重复。在样株的中上部向阳方位剪取一枝条，于2019年10月10日分别采取同一枝条上的1年生和2年生针叶，送杭州质检中心分析氮、磷含量。同时在3个区组的中心，分别在土壤深30～40 cm范围内挖取土壤0.5 kg，烘干后混均，分别分析有机质、全磷、全氮、全钾、水解性氮、有效磷、速效钾、交换性镁、交换性钙和土壤pH值。

杉木针叶养分内吸收是反映杉木针叶养分内循环状况的重要指标，能反映杉木针叶老叶向新叶转移养分的潜在能力[ 14 - 16 ]。

养分内吸率=（m-n）/n

式中，m为1年生针叶氮（磷）的含量;n为2年生针叶氮（磷）含量;同时还计算了无性系不同株间的氮磷比=氮N含量/磷P含量。

将遂昌县杉木无性系经济性状的平均表现与叶志宏[ 11 ]的研究结果进行比较，目的是论证遂昌从福建引进的速生杉木无性系林分发育成小老树林分;然后将遂昌县杉木无性系试点的土壤分析结果与福建南平峡阳林场试验地的若干指标进行比较，再将遂昌21年生杉木无性系1年生和2年生针叶對养分（氮和磷）吸收与利用能力，与刘桌明[ 12 ]的21年生杉木针叶研究结果加以比较，确定杉木小老树的养分吸收及利用情况，分析遂昌引进的速生杉木无性系林分失败的原因。

2. 3 统计分析

方差分析采用matlab7.0[ 17 ， 18 ]软件分析，多元分析采用DPS软件处理[ 20 ]。

3 结果与分析

3. 1 21年生杉木无性系经济性状间的差异分析

由表2可见，遂昌引进的27个杉木无性系经济性状间存在显著差异，生长表现最佳的是149，其树高为5.55 m，胸径9.71 cm，材积26.92 dm3，比重0.393 8;其次是试验林区组重复间的环境差异并不是十分显著，无性系造林地内环境基本一致，这可从表1计算出的区组重复间的方差分量大小看出：树高的区组重复方差占全部方差的5.72%;胸径的区组重复方差占全部方差的6.62%;材积的区组重复方差占全部方差的6.57%;木芯比重的区组重复方差占全部方差的5.37%，这说明造林地地力分布基本均匀，林地异质性不突出，区组划分得当。基于此，我们在分析林地养分时，仅在每个区组中心抽取1个土壤样品，3个土壤样品充分混合，测量杉木无性系试验林的林地土壤养分含量。

3. 2 杉木无性系试验林的总体情况及其与洋口林场杂交试验林的比较

由表3可见，遂昌21年生的速生杉木无性系生长显著低于福建8年生的杂交试验林，虽然其木芯比重显著大于福建洋口林场，但无法改变这些生长差的无性系的利用价值。综上所述，遂昌这些从福建洋口林场引种的无性系生长远远低于福建洋口，是地道的小老树（注：同一立地条件下的浙江良种造林，也是形成小老树）。

3. 3 遂昌引进杉木无性系的试验地与福建南平试验地的土壤环境异同对比

根据表1可知，遂昌引种杉木无性系在浙南造林是可行的，但与福建闽北山区的杉木试验林的生长差异明显，主要归结于两地在土壤条件和植被分布上的差异较大[ 12 ]。

从表4可知，遂昌杉木无性系试验林地营养十分缺乏，营养元素的含量几乎是福建南平峡阳杉木林的一半，尤其是镁含量严重不足，这会严重影响叶绿素的形成;土壤有机质含量11.9 g/kg，土壤pH值4.61。本研究中的遂昌杉木无性系试验林造林前没有整地，且造林后没有抚育，导致试验林地蕨类植物生长茂盛，高达60 cm，且全林中都有分布，与杉木争养分和水分资源，这使得杉木生长的营养更加缺乏。

3. 4 遂昌引进的杉木无性系试验林与福建南平杉木实生人工林在养分吸收上的差异

由表5可以看出，遂昌无性系试验林，其针叶氮、磷养分元素含量显著低于福建同龄杉木林的养分含量，几乎是福建南平峡阳杉木试验林针叶营养含量的一半，与福建省21年生的杉木林衰老针叶养分含量（N含量=6.473 g/kg;P含量=0.384 g/kg）接近。从N/P的大小看，遂昌杉木无性系试验林针叶N/P大于14，说明杉木磷素比氮素受到的胁迫更大，而福建南平峡阳杉木人工林针叶N/P接近14，说明该杉木林处在最佳生长状态。杉木造林地的立地条件对杉木的生长有着极其重要的作用。

3. 5 遂昌引进的杉木无性系试验林与福建南平杉木实生人工林在养分利用上的差异

由表6可以发现，遂昌杉木无性系试验林针叶氮内吸收率和磷内吸收率均显著低于福建南平峡阳同龄杉木人工林。这说明遂昌杉木无性系林分不仅对养分元素的吸收弱，而且养分运转和利用能力也较弱。

通过对浙江遂昌、福建南平杉木造林地的养分和杉木针叶养分的比较分析发现：杉木林地养分高（低），杉木吸收与利用率也高（低），杉木林分生长就强，反之则生长衰弱;而生長缓慢的杉木又降低了杉木根系对养分的吸收和树体的利用，这种恶性循环是遂昌杉木形成小老树的主要内在机理。同时说明杉木针叶中的氮、磷含量与其土壤中的氮、磷等元素含量存在极其显著的同步正相关，这与卢善土的研究结果一致[ 23 ]。

4 讨 论

4. 1 浙江遂昌引进的杉木无性系生长发育成小老树，其形成机理与侯庆春等人[ 2 - 4 ]的研究结果有相似之处：侯庆春等人认为小老树多发生在速生树种上，干旱和土壤中营养元素的匮乏，是形成小老树林分极其重要的原因。因此提出小老树改造的关键在于增加林地土壤水分和营养元素，提高土壤肥力。这与南京林产工业学院关于苏南杉木小老树成因研究结果[ 21 ]有些不同：1）苏南丘陵岗地常分布有粘盘层，即铁锰结核层，它是一种不透水、不透气、坚硬板结的母质，土壤中粘盘层位置会对杉木生长造成影响;2）土壤的理化性状对杉木生长有影响，苏南丘陵岗地土壤的另一特点是质地粘重板结，物理性状差，养分含量低;3）杉木造林地地下水位过高烂根，致使杉木生长不良;4）整地粗放、抚育管理不善也会降低杉木生长速度。杉木是我国南方主要速生造林用材树种，有些地方由于不讲适地适树，在土壤贫瘠的红壤丘陵种植杉木，以致出现成林不成材的小老树。于智君[ 22 ]认为速生杨树小老树形成的原因是：（1）造林前没有充分考虑土壤因素，违反了适地适树的原则;（2）造林后没有及时抚育管理，使幼林长期生长不良;（3）修枝不科学、病虫害削弱了树势，这与本研究的杉木小老树成因有些相似。

4. 2 改造21年生的小老树林分，代价是很昂贵的，对于遂昌这样已成林的小老树林分，只能转化为生态林，按生态林进行管理，让其发挥生态效益;而对尚处在幼林期的杉木（小老树）林分，要加强管理、合理施肥，或套种绿肥、事先混交、选树适地、重新造林。发展杉木速丰林，特别是我国南方的杉木速丰林的造林地，要严格选地，真正做到适地适树，在连栽地或立地条件偏低的林地上种植杉木速生用材林，首先要及时整地，造林要施足基肥，幼林期要加强管理，及时抚育施肥，以免错过杉木成材速生期的管理[ 25 ]。

5 结 论

5. 1 遂昌引进福建洋口林场的速生无性系，由于造林前没有重视林地立地条件的选择，导致引种失败，形成小老树林分。

5. 2 造林地的养分水平与杉木吸收与利用量间具有同步性，低养分的造林地，杉木吸收与利用养分能力弱，并导致生长缓慢，反过来生长缓慢的杉木，其根系吸收与枝叶养分利用力就弱，这种恶性循环是遂昌杉木无性系试验林变成小老树林分的主要原因。造林后没有抚育，没有进行人工施肥，这是造成贫瘠土地上杉木速生无性系形成小老树林分的又一原因。

5. 3 研究杉木小老树形成的内在机理，是为了改造、更新、管理、利用这些小老树林分。在我国南方山地杉木造林，要遵循“一良种，一造林地，一管理良方理念”。否则会形成杉木小老树林分。而对于错过生长期的杉木小老树，则应转化为生态林，实施生态管理，发挥其生态效益。

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第1作者简介：  齐明（1962-），  男，  硕士，  副研究员，  从事林木生态育种等。

收稿日期： 2020 - 05 -  30

（责任编辑：   张亚楠）

Probe into the Internal Mechanism of Chinese Fir to Grow into

Small Old Trees Due to Improper Selection of Land

QI Ming

（Research Institute of Subtropical Forestry of CAF，  Zhejiang Hangzhou 311400）

Abstract In order to reveal the inner mechanism of Chinese fir to form small and old trees， it provides scientific knowledges for the successful establishment of Chinese fir plantation in the future. By means of comparative analysis， an eight-year-old Chinese fir hybrid experimental forest in Yangkou， Fujian province was used as a reference to confirm that the 21-year old Chinese fir clonal plantation introduced into Suichang from Yangkou was divided into small and old forests due to improper site selection. The results were compared with the results of nutrient absorption and utilization in the plantation forest of China fir of the same age in Nanping， Fujian province， so as to reveal the internal mechanism of Chinese fir clones to become small and old trees. the clones introduced from the Yangkou forest farm in Suichang grew much lower than those from the 8-year-old Chinese fir hybrid test forest in Fujian province. Both of them are fine species of Chinese fir in Nanping， Fujian， and the climate conditions of the three experimental forests are basically similar， except that the soil environment and vegetation are quite different. The internal mechanism of the formation of small and old trees of Chinese fir clonal plantation in Suichang is the lack of phosphorus and nitrogen in the soil， which leads to the poor growth of Chinese fir and the poor ability of its roots to absorb and utilize nutrients in its branches and leaves. This vicious cycle is the internal mechanism of the formation of small and old trees of Suichang fir.

Key words Chinese fir;  Soil nutrient;  Small old tree;  Internal mechanism