福建柏混交林幼林生长及生物量分配格局

苏宝川

(泉州市国有林场发展中心，福建 泉州 362000)

高效混交林的营造和培育是当代林业可持续发展的一个重要方向，提倡阔叶树种、乡土树种等与珍贵树种的多树种发展，依据树种的生态位、种间关系与立地质量等多种元素营建复层混交林[1-2]。我国成功的针阔混交林培育实践经验表明，杉木、火力楠、红锥、桉树、刨花楠等优良针阔叶用材树种，通过合理的混交模式，能消除针叶纯林的弊端、明显提高林分生产力、改善林地土壤肥力、增加物种多样性、提高立地质量以及在促进林分的稳定、抑制病虫害、水土保持、森林防火和景观效果等方面均优于针叶纯林[3-10]。但是由于混交林培育周期较长，大多数混交林还处于试验性阶段，缺乏培育多树种混交的成熟经验，尤其对重点保护的针叶树种与针叶、阔叶树种间的混交研究[11]。研究表明，营造福建柏纯林的缺点越来越明显，生长效果比混交林差，林木各构件生物量也随之降低，严重影响福建柏林地生产力和林分质量[12-13]，保持南方林区福建柏人工林生态系统的持续生产力和稳定性已成为当前林业生产急需解决的问题。福建柏(Fokieniahodginsii)属柏科(Cupressaceae)福建柏属，是我国二级重点保护的单型属常绿濒危树种，具有树形优美、生长快、适应性强等特点，为优良的园林绿化和造林树种，主要分布在越南及中国西南部、南部至东部的海拔350～700 m的林地，在我国以福建中部最多[14-15]。目前已有一些福建柏混交林的造林效果研究，但大多数都集中在接近中龄林及以上林龄混交林的研究[16-18]，少有新造混交林生长效益研究，而对生物量空间分布的系统研究也较少。本试验选择福建省安溪丰田国有林场的5种福建柏新造混交林为研究对象，对福建柏生长、树体生物量及其各构件生物量分配格局进行比较研究，以期为福建柏混交林营造和提高林地生产力等提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于福建省安溪丰田国有林场(25°16′—25°20′ N、118°1′—118°57′ E)，地处福建省东南沿海，厦、漳、泉闽南金三角西北部，属典型的亚热带季风气候。气候温和，雨量充沛，年均气温19.5 ℃，最高气温37 ℃，最低气温0 ℃；年均降水量1800 mm，夏季降水较多，年无霜期330 d。土壤为黄红壤，花岗岩成土母质，土层较厚，可达60 cm。林下植被主要有芒萁(Dicranopterisdichotoma)、淡竹叶(Lophatherumgracile)、沿阶草(Ophiopogonbodinieri)、杜茎山(Maesajaponica)、五节芒(Miscanthusfloridulus)、乌毛蕨(Blechnumorientale)、菝葜(Smilaxchina)等。

1.2 样地设置

2020年10月，在选取的5种试验林内分别选取15 m×15 m的标准地各3个，共计15个标准地。调查福建柏生长相关指标，并记录海拔、坡度、坡向、坡位等立地因子，样地基本情况见表1。

表1 样地基本情况

1.3 指标测定及方法

对选取的5种福建柏新造林的标准地进行每木调查，测量样地内福建柏的树高、地径、冠幅。选取标准株，连根全部挖取出来，测定根幅、根深，将标准株的叶、枝条、茎干、地下部分分开称取鲜重；再各取样品称取鲜重，然后带回实验室在105 ℃烘箱杀青15 min，80 ℃下烘干至恒重记录干重，计算标准株各构件生物量(干重)。高径比=苗高(cm)/地径(cm)；冠根比=[叶干质量(g)+茎干质量(g)+枝条干质量(g)]/根干质量(g)；苗木质量指数=单株生物量(g)/(高径比+冠根比)[16-18]。

1.4 数据处理与分析

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0软件进行数据统计分析，采用单因素方差分析进行显著性检验(P<0.05)，同时采用LSD最小显著差法进行多重比较，综合评价利用统计学软件进行主成分分析，数据均以平均值±标准误表示。

2 结果与分析

2.1 不同新造混交林的福建柏生长差异性分析

由表2分析可知，T1、T2、T4的福建柏地径和树高均显著大于T3和T5，且T2地径和树高在所有处理中均最大，为3.84 cm和2.58 m；T5树高和地径均最小，为2.63 cm和1.16 m；T3与T5的福建柏树高存在显著差异。T2的福建柏冠幅最大，为1.01 m；T5最小，为0.61 m；T1、T2、T3、T4之间均不存在显著差异，T5与T1、T3也均不存在显著差异，T5与T2、T4差异显著。T2、T4的福建柏根深相对较大，分别为34.67、41 cm，而T1、T5相对较小，分别为25.67、27.33 cm；T2、T3、T4相互间不存在显著差异，T1与T5间也不存在显著差异，T1、T5均与T4差异显著。T2的福建柏根幅最大，为68.83 cm；T5的福建柏根幅最小，为20.33 cm；T2与其它试验处理的福建柏根幅差异显著，T1、T3、T4相互间差异不显著。

表2 不同新造混交林的福建柏生长差异

2.2 不同新造混交林的福建柏生物量分配特征

人工混交林对树种组成、林龄变化的生长适应性在一定程度上是通过树体生物量及其分配特征反映的。由表3分析可知，T2的福建柏叶生物量在所有处理中最大，为0.68 kg；而T5最小，为0.19 kg；T2与其它处理均存在显著差异，T1、T3、T5处理间均不存在显著差异。T2、T4的福建柏枝生物量相对最大，分别为0.29、0.31 kg；T3最小，低至0.09 kg；T1、T3、T5处理间差异不显著，T2与T4间差异也不显著，其它处理间差异达到显著水平。T2的福建柏茎干生物量在所有处理中最大，为1.13 kg，而T5最小，为0.15 kg；T2与其它处理间差异显著，T3与T5间差异不显著，T3、T5与其它处理间差异显著。T2的福建柏根生物量在所有处理中最大，为0.41 kg，而T5最小，为0.07 kg；T2与其它处理间差异显著，T3与T5间差异不显著，T3、T5与其它处理间差异显著，T1、T3、T4相互间差异均显著。T2的福建柏单株生物量在所有处理中最大，为2.26 kg；而T5最小，为0.56 kg；T2与T1、T4差异均不显著，T2与T3、T5间差异显著。

表3 不同新造混交林福建柏单株生物量分配特征 kg

2.3 不同新造混交林的福建柏质量指数特征

由于单个指标只体现了林分生长的某个侧面，而林分各组成部分之间的协调和均衡对林分生长又十分重要，因此，采用多指标的综合指数来反映林分质量具有重要意义。林分质量指数囊括了林分生物量、树高和地径等参数，是评判林分质量的一项主要指标[19-20]。由表4可知，T2的福建柏高径比最大，为6.85；而T5则最小，低至4.41；高径比从大到小依次为：T2>T3>T4>T1>T5；T2与其它处理间差异均显著，T3与T4间差异不显著，其它处理间差异显著。T2的冠根比在所有处理中最大，为11.93；而T1最低，低至2.34；冠根比大小顺序为：T2>T5>T4>T3>T1；不同处理间的福建柏冠根比差异显著。T1的福建柏质量指数最大，为0.1652；T3最小，为0.0431；不同处理福建柏质量指数大小顺序为：T1>T4>T2>T5>T3；T1、T2、T3相互间差异不显著，T3与T5间差异也不显著，其它处理间福建柏质量指数差异均显著。

表4 不同新造混交林的福建柏苗木质量指数

2.4 不同福建柏新造混交林生长状况综合评价

对13个生长及苗木质量指标进行主成分分析，结果见表5。由表5可提取3个综合指标，代表13个单项指标的绝大部分信息，3个综合评价指标分别定义为第1主成分、第2主成分、第3主成分，其特征值分别为8.800、2.442、1.078，方差贡献率分别为67.692%、18.783%、8.293%，累积方差贡献率达94.768%。由表5～表7可知，以每个主成分对应特征值的方差贡献率作为权重建立综合评价模型，其表达式为F=0.6769F1+0.1878F2+0.0829F3，由此表达式可计算5种试验处理的福建柏生长特性及苗木质量的综合得分值，并得出排名(表7)。根据综合得分，5种处理的福建柏生长性状及质量由高到低为：T2>T4>T1>T3>T5。

表5 主成分特征值、方差贡献率及累积贡献率

表6 主成分系数

表7 不同福建柏新造混交林生长状况综合得分值及排名

3 结论与讨论

本研究结果表明，2018年种植的7福建柏2杉木1桉树混交林的福建柏地径、树高、冠幅、根幅、叶生物量、茎干生物量、根生物量和单株生物量等形态生长指标均为所有处理中最大，根深、枝生物量也相对较大；而2019年种植的4福建柏4杉木2红锥混交林的福建柏地径、树高、冠幅、根幅、叶生物量、茎干生物量、根生物量和单株生物量均在所有处理中最小，根深也相对较小；2018年种植的7福建柏2杉木1桉树混交林的福建柏高径比和冠根比在所有处理中最大；2019年种植的4福建柏4杉木2红锥混交林的福建柏高径比和质量指数在所有处理中相对较小。对13个生长及苗木质量指标进行主成分分析得出，5种试验处理的福建柏生长性状及质量由高到低为：7福建柏2杉木1桉树(T2)>4福建柏4杉木2红锥(T4)>7福建柏2红锥1桉树(T1)>4福建柏4刨花楠2杉木(T3)>4福建柏4杉木2红锥(T5)。

树种组成和混交比例不同表征的森林类型不同，导致林下生物多样性及枯枝落叶组成、储量存在差异，林木根系生长发育和枯枝落叶分解速率也不同，造成不同林分土壤理化性质的差异，进而影响福建柏人工林的生长发育[21-23]。目前有研究表明[24]，福建柏人工林的立地因子影响程度排序为：坡度>坡向>海拔>坡位，因此，福建柏人工林生长受到多种立地因子的综合影响，可选择坡度和坡向作为主导因子。由于安溪地区福建柏人工林在坡度分布上具有一定的规律性，坡度对于降水的分配作用直接影响土壤入渗水分，因此坡度作为影响福建柏生长的主导因子之一；不同坡向会导致日照时间和太阳辐射强度存在差异，进而影响到土壤的水热状况，因此坡向也成为其中一个主导因子。而坡位、海拔的影响不显著主要是因为福建柏林分分布的无规律性。林龄作为指示林木生物量累积的可靠参数，是研究林木生长过程及情况，制定各种经营措施不可缺少的主要参数[25-26]。由于本研究中各处理存在多种试验条件不同，各处理福建柏生长受到树种组成、混交比例以及坡度、坡向等立地因子的综合影响，形态指标是评判苗木生长状况最有效的指标。