香椿、多穗柯复合经营生长效应及涵养水源能力

蔡世锋

(福建省尤溪国有林场，福建 尤溪 365100)

根据不同物种之间生物学特性进行复合经营，合理利用光能、营养物质、水资源等，从而提高林地生产力，是林业发展的趋向。香椿(Toonasinensis)是中国特有植物，人工栽培历史悠久，过去多在房前屋后种植，主要倾向于食用和药用，实际上香椿也是珍贵的用材树种，速生，主干顶端优势明显，端直，少有分叉[1]。木材具光泽，花纹美丽，材色红润，坚实又耐腐，素有“中国桃花心木”之美誉，是上等的家具、建筑及室内装饰优质用材[2-3]。多穗柯(Lithocarpuspolystachyus)是亚热带乡土阔叶树种，天然分布在长江以南广大地区，以福建省与江西省交界的武夷山脉分布最广[4]。福建省建宁县野生资源较多，当地利用其嫩叶、嫩枝制作甜茶饮用历史悠久，且蔚然成风。已有研究表明：多穗柯甜味来自天然的根皮苷成分，归属于黄酮化合物中的二氢查耳酮，叶中含量高达12.6%[5]。传统多用于清热解毒、安神降压等药用，还有抗衰老等保健作用，是一种兼备茶、糖、药的药食同源植物，具有较高的开发价值和产业化发展前景[5-6]。以往对香椿研究更多关注食用和药用方面[7-11]，也有一些栽培用材林的报道[12-13]；多穗柯更多报道其化学成分、活性物质、功效等[14-17]，人工栽培研究较少[18-19]；有关香椿多穗柯复合经营尚未见过报道。本试验以培育香椿用材林木与采收多穗柯嫩叶、嫩枝非木质资源相结合的经营模式，分析其生长效应和水源涵养能力，以丰富本地区复合经营组合，提高林分生产力和增强生态功能。

1 试验地概况

福建省建宁国有林场位于福建省西北边陲的建宁县境内。建宁县与江西省的南丰、黎川和广昌县接壤，处于武夷山脉中段，是福建省最大河流——闽江的源头，森林肩负着涵养水源的重要责任。建宁县高耸的武夷山脉阻挡了南下的冷空气，冷空气在此与北上暖湿气流交汇，形成典型的亚热带山地季风气候。冬季气候寒冷，极端最低气温-12.8 ℃，夏季昼夜温差大，极端最高气温39.9 ℃，日较差达11 ℃以上。雨量充沛，年均降水量1822 mm，区域内植被茂密，分布有多种武夷山脉所特有的生物群落，适合林木生长，其地区性森林植被为常绿槠类半常绿栎类照叶林区。试验地设在福建省建宁国有林场岭头工区12林班51大班20小班，海拔400～550 m，西南坡，坡度20°左右，土壤为山地红壤，土层厚度>1 m，pH 5.7，综合立地质量为较肥沃立地类型(Ⅱ类地)。主要植被有：蕨类(Pteridiumaquilinum)、五节芒(Miscanthusfloridulus)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、淡竹(Phyllostachysglauca)、山苍子(Litseacubeba)、盐肤木(Rhuschinensis)等。前茬为杉木林，2012年皆伐。

2 试验方法

2.1 试验设计与方法

试验采用完全随机区组设计，设3个处理，处理1：单一种植香椿，标记为XY(株行距3.0 m×3.0 m)；处理2：单一种植多穗柯，标记为KY(株行距1.8 m×1.8 m，多穗柯主干达到2 m后，在主干2 m处定干，截去2 m以上主干，控制树高在3 m以内，通过修剪培育半球形树冠)；处理3：香椿、多穗柯复合经营林分，标记为XD(鉴于香椿和多穗柯均为喜阳性树种，为了缓和种间竞争，香椿采取宽行距大规格定向培育用材林，而多穗柯则采取较大密度矮化作业方式，香椿株行距5.4 m×5.4 m，种间种植2株(行)多穗柯，多穗柯株行距1.8 m×1.8 m，多穗柯采取与处理2同样定干、修剪、整形技术措施)。

2012年采伐迹地经清杂后，选择立地条件基本一致的同一坡面设置3个区组，每一区组内设置面积均为20 m×20 m的小区3个。按照试验设计进行块状整地，穴规格均为50 cm×40 cm×30 cm，试验所用苗木均为建宁本地采集种子培育的1年生实生苗，2013年春季造林。幼林抚育均采取同样的常规方法。

2.2 测定方法

造林当年调查造林成活率，每年测定主要生长因子。2019年底进行全面测定，分树种每木测定主要生长因子。2018—2019年在春季对多穗柯各进行1次嫩叶、嫩枝采收，现场称取鲜质量，以测算嫩叶(枝)产量。冠幅面积(S)：S=1/4πab，冠长率(L)：L=h/H，香椿单株材积(V)：V=0.00005276D1.882161H1.009317，

式中：a、b分别为南北向和东北向平均冠幅；h、H分别为平均冠长、全树高；D为平均木胸径。

根据每一小区的平均胸径、平均树高各选择1株标准株(相对误差允许在±5%的范围内)。采用分层切割法(1 m区分段)测定地上部分干材、枝、叶鲜质量，再分别取一定量置于80 ℃的烘干箱中烘干至恒重，计算出各器官的生物量。另外称取一定量鲜叶样品测定冠层最大持水量(W1，24 h浸水法，下同)。

在各标准地按“X”型，建立5个1 m×1 m小样方，测定林下植被层生物量和最大持水量(W2)，同时测定小样方内凋落物量，再取一定量样品测定最大持水量(W3)。

小样方测定凋落物量后，在每个小区内建立1个土壤剖面，分层(20 cm为1层)取0～60 cm土样，环刀法测定土壤容重、土壤含水量和孔隙状况，双环刀法测定入渗速率，计算土壤贮水量(W4)：W4(t·hm-2)=10000HP，总水源涵养量(Wh)：Wh=W1+W2+W3+W4，式中：H为测定土层厚度(m)；P为非毛管空隙(%)[20]。

3 结果与分析

3.1 林分生长比较

不同处理8年生香椿、多穗柯生长状况测定结果见表1。由表1可知，XY处理平均树高9.15 m，平均胸径9.51 cm，冠幅面积6.18 m2，冠长率0.41，林分郁闭度0.62，单株立木材积为0.0341 m3，林分生长状况良好，但冠层单薄；DY处理平均树高3.12 m，平均胸径6.18 cm，冠幅面积2.31 m2，冠长率0.69，林分郁闭度0.65；XY处理和DY处理均表现为同层林，树种单一，结构简单。XD处理林分郁闭度0.79，香椿平均树高9.21 m，平均胸径10.34 cm，冠幅面积8.19 m2；多穗柯平均树高3.14 m，平均胸径6.53 cm，冠幅面积2.46 m2；林分呈现复层结构，香椿位于林分上层，阳光充裕，多穗柯处于下层，利用了上层香椿树冠透入光照，可以满足生长发育过程中所需的光照条件。XD处理复合经营形成的复层结构，林分覆盖度较高，对降水截留会产生较大影响。

表1 不同处理林分生长状况

XD处理中香椿单株立木材积可达到0.0403 m3，XY处理香椿单株立木材积仅为0.0341 m3。XY处理中香椿虽然生长迅速，但顶端优势明显，极少分叉，枝叶比较稀疏，冠层单薄，林地覆盖度较小，林下透光度较高，造成光能浪费。另外，虽然香椿是阳性树种，但树干如果长时间受强光照射，易遭受日灼伤害，其树干年轮宽窄也不匀，在纵轴方向出现偏差，致使木材质量下降。复合经营林下生长的多穗柯为上层香椿提供了侧方庇荫，对香椿干材生长和质量有积极影响。

XD处理中多穗柯与DY处理中多穗柯相比，经营密度大致相同，相应增加了上层香椿的株数，形成了复层林分，生长发育并不受到抑制，还有一定体量增加；由于人为控制树高，两者间平均树高差异小，但平均胸径增加5.7%，冠幅面积增加6.5%。据2018年、2019年春季对多穗柯嫩枝、叶鲜质量的现场测定，XD处理中多穗柯嫩枝、叶平均鲜质量2.54 kg·株-1·a-1，DY处理为2.48 kg·株-1·a-1，经方差分析未达到显著水平。表明香椿与多穗柯复合经营，未影响多穗柯嫩枝、叶鲜质量。

3.2 地上生物量组成与分配

不同处理8年生林分地上部分生物量的组成与分配见表2。从表2可知，不同处理乔木层、平均木、林下植被层和凋落物层生物量都有差别。

表2 不同处理林分地上部分生物量

3.2.1 乔木层生物量 XY处理乔木层生物量13.22 t·hm-2，DY处理乔木层生物量20.17 t·hm-2。XD处理中，乔木层香椿生物量4.83 t·hm-2，占乔木层生物量的20.2%；多穗柯生物量19.05 t·hm-2，占乔木层生物量的79.8%。香椿、多穗柯复合经营达到培育香椿干材的同时，兼营多穗柯非木质资源的经营目标。

3.2.2 平均木生物量 XD处理中，香椿平均木生物量为12.63 kg·株-1，其中干材、枝、叶分别占75.1%、13.5%、11.5%；XY处理中，香椿平均木生物量为14.22 kg·株-1，其中干材、枝、叶分别占75.2%、13.4%、11.4%；两者各器官组成与分配比例基本相似，经方差分析，两者各器官生物量间未达显著差异。

XD处理中，多穗柯平均木生物量7.51 kg·株-1，其中干材、枝、叶分别占48.5%、32.6%、18.9%，与香椿比，枝叶分配比重增加，这与控制多穗柯树高有关；DY处理中香椿平均木生物量7.19 kg·株-1，其中干材、枝、叶分别占46.2%、33.8%、20.0%；各器官组成与分配比例基本相似，经方差分析，两者各器官生物量间未达显著差异。

综上表明，复合经营不仅没有影响香椿或多穗柯单一树种经营地上部分生物量，而且还提高了林分乔木层生物量，生长效应较好，是一种较理想的复合经营组合。

3.2.3 林下植被层和凋落物层生物量 林下植被和凋落物层都是森林生态系统的组成部分[21]，具有重要的生态学意义[22-23]。从表2可知，3种处理中均以XY处理林下植被层生物量最高，其次是XD处理；凋落物层生物量以DY处理最高，XD处理其次。这与各树种生物学特性有关，也与经营株数和分解速率有关。XD处理林下植被层生物量和凋落物量都比较高，说明复合经营所形成的异质生物群落能够容纳更多物种和较高的生物量。

3.3 土壤水分物理性质

土壤水分物理性质是土壤肥力的重要因子，也是表达水源涵养能力的关键因子。不同处理土壤水分物理性质测定结果见表3。从表3可知，XD处理0～20 cm土层土壤容重1.108 g·cm-3，非毛管孔隙5.47%，总孔隙40.93%，初渗、稳渗分别为5.18、3.45 mm·min-1，均比XY处理、DY处理有所改善；20～40、40～60 cm土层土壤容重、非毛管孔隙、总孔隙度也有一定程度改善。表明香椿、多穗柯复合经营改善了土体结构，土壤紧实度降低，更疏松、多孔，有利于根系生长和蓄水。这与复合经营林地覆盖度增加，林地更湿润，有利于根系伸展和扩张有关，也与混合凋落物能够提高分解速率有关。有利于降低地表径流，提高水源涵养能力。

表3 不同处理土壤水分物理性质

3.4 水源涵养能力

水源涵养能力是森林重要的生态功能之一。不同处理林分水源涵养能力重要指标的测定结果见表4。从表4可知，XD处理，林冠层、土壤层持水量分别1.91 、279.65 t·hm-2，林下植被层和凋落物层持水量分别为1.07、14.14 t·hm-2，总涵养量296.77 t·hm-2。林冠层、土壤层水源涵养能力高于XY、DY处理，林下植被层水源涵养能力低于XY处理，凋落物层水源涵养能力低于DY处理，总涵养量高于XY和DY处理。经方差分析，总水源涵养量XD处理与XY处理间达到显著差异水平(P<0.05)，其它处理间差异不显著。表明复合林分具有较高的水源涵养能力，香椿、多穗柯复合经营不仅有明显的生长效应，而且有利于发挥林分水源涵养能力。

表4 不同处理水源涵养能力 t·hm-2

4 小结与讨论

我国人工林经营走多功能发展道路是一种趋势。复合经营可以合理利用空间资源，提高生产力，增强生态功能。香椿、多穗柯复合经营通过合理配置和人工调节，可以构建复层林分，在培育香椿用材林的同时，兼营多穗柯非木质资源。8年生复合林分无论是香椿，还是多穗柯生长状况良好，香椿单株材积可达0.0403 m3，多穗柯嫩叶、嫩枝鲜质量平均达2.54 kg·株-1·a-1，土壤水分物理性质得到改善，具有较高的水源涵养能力，总涵养量296.77 t·hm-2，高于香椿、多穗柯单一经营林分。李婷婷等[24]认为，水源涵养林一般要求具有复层、冠长率高、冠幅圆满、树种混交、灌草丰富的森林结构。周东雄[25]在对杉木乳源木莲混交林研究表明：良好的林分结构和丰富的生物量是固土保水功能的基础和前提。本试验表明，单一香椿经营从水源涵养层面分析并不理想，其冠长率只有0.41。一般认为水源涵养林，冠长率>2/3较为理想[24]，虽然复合经营中香椿冠长率0.40，多穗柯冠长率0.68，不及相对应的单一经营树种，但复合经营形成的镶嵌结构发挥组合效益，提高整体冠层厚度，增强涵养水源能力。多穗柯属于中性偏阳树种，随着林龄增长对光照强度要求增长，应该采取人为控制树高，使得香椿冠层与多穗柯冠层间存在空间差，加上复合经营中降低了经营密度，香椿林下透光率可以满足多穗柯生长发育。