马尾松间伐强度对林下套种格木和木荷存活的影响

左宗贵,左松源

(国家林业和草原局华东调查规划设计院,杭州 310019)

人工针叶纯林在世界范围内广泛分布,并在木材和其他林产品生产中发挥着重要作用[1]。然而,越来越多的研究证明,单一针叶纯林种植会对当地的生态环境带来负面影响且无法充分发挥森林的多种功能[2-3]。相反,混交林被认为是提供更多更好的森林生态服务和林产品等多种功能的最佳选择[4]。近年来,重建混交林越来越受到世界各国的重视和拥护,有关学者对如何将单一人工纯林有效地改造为多功能混交林进行了大量的研究和探索[5-9]。目前,比较常见的做法是在原有林分中人工套种乡土阔叶树种来丰富树种多样性,并使林分结构复杂化[10],从而转化为多功能混交林。这种做法也被广泛认为是较快地将纯林转化为多功能混交林的有效途径,成为世界各国一种重要的森林经营管理策略[11]。

本文以马尾松(Pinusmassoniana)纯林为对象,开展混交化改造实验,对其不同间伐强度后的林下套种林木生存情况进行长期监测和差异分析,以期为人工纯林混交化改造过程中最优间伐强度的确定提供参考。

1 研究区概况

研究区位于浙江省慈溪市林场,地理位置北纬30°41′,东经121°21′。该区属中亚热带湿润季风型气候,四季分明、光照充足、雨水充沛,年均气温16.1℃,年降水量1 260.4mm,年蒸发量1 472.6mm,年相对湿度81%,年平均日照时数2 101.4h,年有效积温5 092.5℃。林地土壤为黄红壤,pH值为4.8～5.5,土层厚度大多在90～180cm。

2 研究方法

2.1 间伐实验设计

选择种植在相同环境和立地条件下的14a生马尾松人工纯林,采用随机区组设计,共4个区组,每个区组3个实验单元(即3个重复),总共12个实验单元。每个区组中的4个实验单元随机分配给4个间伐处理中的1个。1)T0,未间伐(对照处理,即0%间伐强度)；2)T1,轻度间伐(大约25%的株数被移除,保留株数为750株/hm2左右)；3)T2,中度间伐(大约45%株数被移除,保留株数500株/hm2左右)；4)T3,重度间伐(大约65%的株数被移除,保留株数为350株/hm2左右)。间伐于2008年秋冬季节树木生长休眠期完成,从下层进行,优先伐除生长不良、干形较差的劣质林木,同时尽可能使保留林木均匀分布。间伐前,在各实验单元中远离林缘处各设置1个400m2(20m×20m)的固定监测样地,对林木的株数、树高、胸径等情况进行调查记载。

2.2 林下阔叶树种引入及存活率监测

在经过间伐处理的林分下,以套种方式引入生物学特性不同的2种当地常见乡土阔叶树种,即格木(Erythrophleumfordii)、木荷(Schimasuperba)。这2个树种都是当地的主要建群种及群落顶级种,其中木荷是中等光需求速生树种,格木是较喜光的慢生树种,幼龄时期稍耐荫,中龄期以后需要充足的光照。套种树种采用苗圃移栽的方式种植,于苗龄1a左右时移栽到马尾松林下,种植穴规格为30cm×30cm×40cm,套种株数约为1 668株/hm2,种植密度约为2m×3m,不同树种随机间隔种植,尽量使不同树种均匀分布。种植后对固定监测样地中的苗木均进行编号,并从2009年开始每隔2年定期调查1次存活率,至2019年共完成了6次存活率调查。

2.3 数据处理与统计分析

各年度的监测调查数据采用Excel 2019软件汇总和初步分析,并对监测调查数据进行单因素方差分析,采用Tukey法多重比较进行两两差异性检验,方差分析采用SPSS软件。

3 结果与分析

3.1 林下套种树种存活动态

林下套种树种存活率动态变化情况如图1所示。2009年木荷总体平均存活率由高到低顺序为T2(96.91%)>T1(95.43%)>T3(95.39%)>T0(93.56%)；2011年木荷总体平均存活率由高到低顺序为T2(88.01%)>T1(84.58%)>T3(82.09%)>T0(80.70%)。2013—2019年木荷总体平均存活率从高到低顺序始终维持在T2>T3>T1>T0状态。显而易见,T0,T1,T2和T3四种间伐处理以中度间伐(T2)木荷总体平均存活率最高。

图1 不同间伐强度林下套种树种存活率的年动态变化Fig.1 The annual dynamics of the survival rates of interplanting tree species under different thinning intensities

2009年格木总体平均存活率由高到低顺序依次为T1(96.74%)>T2(95.87%)>T3(95.09%)>T0(94.49%)；2011年格木总体平均存活率由高到低顺序依次为T1(87.67%)>T2(86.64%)>T0(83.51%)>T3(79.35%)。2013—2019年格木总体平均存活率从高到低顺序始终维持在T2>T1>T3>T0状态。

种植11年后,不同间伐处理下木荷的总体平均存活率从高到低依次为T2(73.60%)>T3(67.06%)>T1(64.27%)>T0(54.31%)；不同间伐处理下格木的总体平均存活率从高到低依次为:T2(75.31%)>T1(68.76%)>T3(64.10%)>T0(56.64%)。

3.2 不同间伐强度林下套种树种存活率差异

2个套种树种总体平均存活率变化差异情况如图2所示,总体上,2个林下套种树种的存活率都是随种植后时间的增加而不断降低。在T0和T1间伐处理下,从种植后第1年至种植后第11年,格木的存活率均要略高于木荷；在T2间伐处理下,种植后第1年至种植后第3年,木荷的存活率略高于格木的存活率,但从种植后第5年到第11年,格木的存活率又略高于木荷；在T3间伐处理下,从种植后第1年至种植后第11年,木荷的存活率均要略高于格木。

3.3 间伐强度对林下套种林木存活率的影响

由单因素方差分析及Tukey多重比较结果得出(表1,表2),不同间伐强度下木荷和格木的存活率均随时间的推移差异逐渐增大。马尾松人工林间伐种植后第1年,4个间伐处理的木荷、格木存活率与对照组(T0)差异不显著。

1) 种植后第3年到种植后第5年,木荷率在T0与T2之间有显著差异,种植后第7年到种植后第9年,木荷存活率在T0与T2之间、T0与T1之间、T0与T3之间、T1与T2之间有显著差异,种植后第11年,木荷存活率在各个处理之间均有显著差异。

图2 不同间伐强度林下套种树种存活率动态对比情况Fig.2 Dynamic comparison of survival rates of interplanting tree species under different thinning intensities

2) 种植后第3年,格木存活率在T0与T1之间有显著差异,种植后第5年到种植后第7年,格木存活率在T0与T1之间、T0与T2之间、T2与T3之间有显著差异,种植后第9年,格木存活率在T0与T1之间、T0与T2之间、T2与T3之间、T0和T3之间、T1和T3之间有显著差异,种植后第9年,格木存活率除T1与T3之间无显著差异,其余均有显著差异。

表1 不同间伐强度林下套种树种存活率方差分析结果Tab.1 Results of variance analysis of survival rates of interplanting tree species

(续表)

表2 不同间伐强度下存活率多重比较结果Tab.2 Multiple comparison results of the survival rates of under different thinning intensities

4 讨论

4.1 间伐对套种树种存活的影响

马尾松是一种优质用材树种,占中国全部林地的13.2%,但90%以上的马尾松林是人工纯林,“间伐 + 补阔”已经成为其营建针阔混交林的主要方式[12]。本研究发现,不同间伐处理下林下套种树种存活率之间存在显著差异(P<0.05),且总体上均以中度间伐(T2)下的存活率最高,Deng等[13]和周志春等[14]研究均证实了这一点。木荷存活率一直以中度间伐(T2)下的存活率最高,格木存活率在生长前期以轻度间伐(T1)下的存活率最高,成林之后以中度间伐(T2)下的存活率最高,这种存活率的动态变化表明了阔叶树种对间伐后林分环境条件(如光照)的适应有所差异,套种林木最适宜生长的间伐强度会随其与剩余树木的生长而发生改变,因此延长间伐时间间隔是促进马尾松人工林套种树种生长的重要经营作业措施。

4.2 不同间伐强度林下套种树种林木存活率差异

通过对马尾松人工林进行林下套种阔叶树种,实施阔叶化改造,形成针阔混交林,树种选择极其关键[15-16]。在不间伐(T0)和轻度间伐(T1)下,格木比木荷更易生存,在中度间伐(T3)下,木荷比格木更易存活,而在中度间伐(T2)下,树木生长前期木荷的存活率较高,但之后格木的存活率又略高于木荷,这是因为上层马尾松的间伐,林冠打开,林下光照条件增加,刺激了马尾松和林下阔叶树的生长,保留木与套种木争夺资源,而2种套种阔叶树种的生物学特性不一样,两者对光的需求不同,生长速率不同,因此,对不同间伐强度的适应能力也不一样。

4.3 间伐强度对林下套种林木存活率的影响

套种3年后,2个阔叶树在4个间伐处理下存活率差异显著,其生长动态差异与其耐荫性以及林分生长动态密切相关[17]。由于木荷是中等光需速生树种,在中度间伐(T2)下,伐除了干扰树,保留了生长势头较好的林木,林木竞争减少,林内光、水、热条件改善,使林下套种树木得到更多的生长资源[18]。而T0对照样地未伐除干扰树,林分密度高,林分内株数过多,压缩挤占了单株林木可获得的生长空间和资源,林木之间竞争强度大,导致间伐后在T0和T2间伐处理下,木荷的存活率率先出现极显著差异。

格木为慢生树种,幼树较耐庇荫,适合于木荷生长的中度间伐强度(T2),可能会使林下光照较强导致土壤水分蒸发加速,不利于格木幼树生长,因此格木存活率率先出现极显著差异的是T0和T1之间。木荷生长前期最快,快速占据林分的中层空间,3～5年成林后,随着林下光照的减弱,格木对光、水、热等需求增大,适宜其生长的间伐强度变为T2,此时,T0和T2间伐处理出现极显著差异。间伐处理11年后,木荷、格木存活率与不间伐处理之间均有显著差异,表明对马尾松人工林进行“间伐+套种阔叶树”是提高林分质量的有效经营措施。

5 结论

间伐强度对马尾松人工林下套种树种的存活有着显著的影响,但随间伐后时间的推移,不同阔叶树种的生存会因环境条件的变化和自身树种特性存在差异。木荷和格木的存活率均在中度间伐强度下最高,且在混交化过程中,套种木存活和生长随着林分密度降低到中间水平而改善,中度间伐更能创造适宜木荷和格木生长的条件。最佳间伐强度取决于具体引入的树种,喜光树种可能比耐荫树种需要更高的间伐强度,若采用2个生物学特性完全不同的树种,最佳间伐强度或需在存活率、树高、直径生长方面折中处理。因此,在实际纯林向混交林的改造过程中,应充分重视间伐强度和套种树种的生物学特性对最终改造效果的影响,间伐强度与套种树种的合理配置可以减少种间竞争,充分利用林内的光、水、热等资源,形成更丰富、更稳定的异龄复层混交林。