杉木中龄林间伐后套种4种阔叶树的效果分析

王利艳，徐 睿，赵铭臻，李 明，郑 宏，范福金

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002； 2.国家林业局杉木工程技术研究中心，福建 福州 350002； 3.福建省洋口国有林场，福建 南平 353211)

杉木(CunninghamaLanceolata)是我国南方特有的速生用材树种，其栽培面积、蓄积量分别约占中国人工乔木林主要优势树种的五分之一、四分之一，在我国商品材生产中具有重要地位[1]。目前，杉木人工林栽培模式以多代连栽的纯林为主，导致杉木人工林面临林分结构单一、林地地力衰退，生产力下降，景观生态效果较差等一系列问题，严重制约了杉木人工林可持续经营[2]。研究表明，通过在杉木人工林中套种阔叶树种，可以显著改善上述一系列的生态问题，起到修复杉木人工纯林脆弱生态系统的效果[3]。在低密度的中龄以及近成熟杉木人工林下套种阔叶树，能够营造生态位有差异的多层次垂直结构的异龄复层林，可充分利用空间利用率，在有限的土地资源上提高林分生物量产量和物种多样性，增强林分抗逆性，保持生态稳定[4]。因此，杉木林下套种阔叶树可最大化的发挥林地的经济、社会和生态价值，对于解决杉木纯林化多代连栽引起的生产力下降问题具有重要意义。

近年来，杉木人工林林下套种阔叶树的研究日益增多，其套种树种主要有闽楠(Phoebebournei(Hemsl.) Yang)、火力楠(Micheliamacclurel)、木荷(Schimasuperba)、枫香(Liquidambarformosana)、观光木(Tsoongiodenodorum)、马褂木(Liriodendronchinense)、三叶青(TetrastigmahemsleyanumDiels et Gilg)等，但研究结果大多集中于一种间伐密度下套种一种阔叶树的生长效益分析，而缺乏对不同林分密度下套种多种阔叶树种生长的影响的定位对比研究[5]。在同一林分的不同间伐密度样地内套种多种阔叶树，能够更为清晰、准确地分析不同阔叶树的生长差异，比较出不同林分密度下的最优套种树种。在本研究中，火力楠喜温暖湿润气候及土层深厚的酸性土壤，耐旱耐瘠，萌芽力强[6]；木荷对土壤适应性较强，木荷易天然下种更新[7]；观光木喜温暖湿润气候及深厚肥沃的土壤[8]；闽楠喜湿耐阴，对立地要求高[9]。4个树种均具有耐阴的特性，能够充分利用种间互生关系促进生长。通过连续3 a对杉木林下套种的木荷、闽楠、火力楠、观光木4种阔叶树的生长状况调查，揭示不同强度间伐下4种阔叶树种的生长动态差异，以期为筛选适宜杉木中龄林套种的阔叶树种类及杉木大径材培育和混交林经营提供重要借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于福建省南平市顺昌县的福建省洋口国有林场，土层深厚，气候温和，雨量充沛，年平均温度18.5 ℃，年均降水量1880.2 mm，年无霜期280 d。土壤0～10、10～20、20～40、40～60 cm土层的最大持水量分别为177.4、185.1、197.7、189.5 g·kg-1，毛管持水量分别为170.2、182.1、190.4、186.2 g·kg-1。该试验地林下灌木有粗叶榕(FicushirtaVahl)、紫麻(Oreocnidefrutescens(Thunb.) Miq)、臭辣吴萸(EvodiafargesiiDode)、山茶花(CamelliajaponicaL.)，草本有深绿卷柏(SelaginelladoederleiniiHieron.)、江南短肠蕨(Allantodiametteniana(Miq.) Ching)、金星蕨(Parathelypterisglanduligera)、檧木(AraliachinensisL.)、观音坐莲(Sempervivumtectorum)、黑足鳞毛蕨(DryopterisfuscipesC.Chr.)等。

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计 本试验的杉木人工林于2002年造林，间伐试验处理前密度约为1080～1920株·hm-2，郁闭度为0.6～0.7，样地立地指数均大于22。2016年11月，在14年生的杉木人工纯林中，选择立地条件相对一致的林地进行间伐试验。采用完全随机区组设计，设置间伐保留密度分别为900、1200株·hm2，3次重复，共6块20 m×20 m的标准样地。2017年3月在每块样地内分别按照4 m×4 m株行距随机均匀套种闽楠、火力楠、木荷、观光木4种阔叶树，每个样地内套种36株苗，造林苗木均采用2年生容器苗，其育苗袋的规格为12 cm×18 cm。

1.2.2 生长观测 2018—2020年，每年12月下旬对样地内的阔叶树进行定株生长调查；2017—2020年，每年8月下旬对各个样地的杉木进行标记号牌管理和每木检尺。采用激光haglof Vertex IV超声波树木测高仪测量杉木树高，用围径尺测量地径(精确到0.1 cm)，测高杆测量阔叶树树高和东西、南北冠幅(精确到0.1 m)。

1.2.3 数据处理 采用Excel 2007和SPSS 23进行数据分析，利用Origin 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 地径生长动态

就地径(表1)来看，4种阔叶树种植后第2年、第3年地径增量及2 a地径总增量，在间伐保留密度900株·hm-2处理下，整体表现为火力楠>观光木>木荷>闽楠；而在间伐保留密度1200株·hm-2处理下，整体表现[10]为观光木>火力楠>闽楠>木荷。因此，在较低间伐保留密度下更适合套种火力楠，较高间伐保留密度下更适合套种观光木，说明在幼苗期观光木比火力楠更耐阴。2种间伐保留密度相比，低间伐保留密度更适宜4种阔叶树的地径生长。总体来看，火力楠和观光木的地径增量均显著高于木荷和闽楠，杉木中龄林下更适套种火力楠和观光木。

表1 不同间伐保留密度处理下套种阔叶树种地径生长情况

2.2 树高生长动态

由表2可知，4种阔叶树树高生长与地径生长有些差异，在间伐保留密度900株·hm-2处理下，树高增量整体表现为火力楠>观光木>木荷>闽楠，而在间伐保留密度1200株·hm-2处理下，树高增量整体表现为火力楠>观光木>闽楠>木荷，火力楠和观光木的树高增量均显著高于木荷和闽楠。说明杉木中龄林下更适合火力楠和观光木树高生长，较高间伐保留密度下闽楠生长增量大于木荷生长增量，因此相对于木荷来说闽楠更耐阴。

表2 不同间伐保留密度处理下套种阔叶树种树高生长情况

2.3 冠幅生长动态

对于冠幅生长(表3)，4个阔叶树种在间伐保留密度900株·hm-2处理下，冠幅增量整体表现为火力楠>观光木>闽楠>木荷，在间伐保留密度1200株·hm-2处理下，冠幅增量整体表现为火力楠>观光木>木荷>闽楠。相对于木荷来说，较高间伐保留密度抑制了闽楠冠幅生长。2种间伐保留密度相比，低间伐保留密度更适宜4种阔叶树冠幅生长。总体来看，火力楠、观光木的冠幅生长增量均显著高于木荷、闽楠，杉木中龄林下更适火力楠、观光木冠幅生长。

表3 不同间伐保留密度处理下套种阔叶树种冠幅生长情况

2.4 林下套种对杉木中龄林生长量的影响

由表4可知，不同强度间伐后套种阔叶林，对杉木中龄林的平均胸径、平均树高、平均单株材积和平均单株材积增量均有影响，但2种间伐保留密度之间相比，差异并不明显。间伐保留密度为1200、900株·hm-2的杉木平均胸径增量分别为2.64、2.75 cm，间伐保留密度为900株·hm-2的林分平均树高增量为1.13 m，比间伐保留密度为1200株·hm-2的林分高0.02 m；间伐保留密度为900株·hm-2的林分平均单株材积增量为0.1044 m3·hm-2，比间伐保留密度为1200株·hm-2的林分高0.0081 m3·hm-2，说明间伐保留密度过大并不利于杉木的单株材积生长。间伐保留密度为1200株·hm-2的林分蓄积量增量最大，其4 a蓄积量增加了115.6119 m3·hm-2。

表4 林下套种后杉木生长量分析

3 结论与讨论

火力楠、木荷、观光木、闽楠都是福建省优良的乡土树种，从4种阔叶树的生态学特性来看，火力楠喜温暖湿润、阳光充足的环境，生长较快，幼苗期能耐阴[10]；木荷幼苗期忌水湿，喜光、耐阴，趋肥性强[11]；观光木幼苗期耐阴，长大喜光，生长速度较快[12]；闽楠幼年期耐阴蔽，但幼苗生长缓慢[13]。火力楠、木荷、观光木都是阳性树种，闽楠为中性偏阴树种，它们苗期在一定程度上都能耐阴，在幼苗期甚至需要一定程度的遮荫才有利于生长，但耐阴程度有所不同。从14年生杉木林下套种4个阔叶树种的生长情况来看，火力楠幼苗不管是在900株·hm-2或1200株·hm-2密度下种植，地径、树高、冠幅长势均最好，生长速度也最快；观光木生长速度也较快，而木荷和闽楠生长较慢。总体上，4种阔叶树幼苗在900株·hm-2间伐保留密度下的生长情况好于1200株·hm-2间伐保留密度。王俊男等[14]研究发现，杉木林下套种楠木，杉木林冠层光辐射对林下楠木的生长影响较大，其中较低密度的杉木林冠层光辐射有利于林下楠木生长。合理的林分密度，让林下套种阔叶树能得到充足的光照，才能形成合理的林分结构，营造生态系统更为稳定的异龄复层混交林[15]。栽植后，木荷在900株·hm-2间伐保留密度下的长势比闽楠好，而与张运根等[16]研究结果不一致，可能是因为杉木树龄不一致，杉木成熟林的郁闭度大于中龄林，郁闭度越大的林分越潮湿，而木荷在较潮湿的林分生长更加缓慢。这不仅是由阔叶树自身生物学特性和林学特性造成的，主要是因为间伐改变林分结构，从而影响套种阔叶树的生长变化，才产生的生长差异[17]。

杉木中龄林下套种火力楠、楠木、木荷、观光木后的混交林分不仅生长良好，并且还在混交林分中形成一个复层型的林分，随着间伐保留密度的增加，杉木中龄林4 a平均胸径增量、平均树高增量、平均单株材积增量均减少，而蓄积量增量呈现相反趋势。说明伴生阔叶树种火力楠、楠木、木荷、观光木均能正常生长，同时对杉木的生长也都具有明显的促进作用，有利于促进杉木林的土壤地力保持和可持续生产经营。陈杰[18]研究表明，杉木林下套种楠木增加了杉木的胸径和蓄积量，对杉木生长有积极的影响。黄章平等[19]研究发现马尾松林间伐后套种阔叶树，即能促进马尾松保留木的生长，阔叶树也能生长良好。这表明间伐和套种可作为促进杉木中林龄林大径材培育及阔叶树生长的经营作业措施。