不同造林密度下深山含笑人工林生长和生态效应分析

摘 要 为探索不同造林密度深山含笑人工林生长量、林下植物多样性及土壤理化性质的变化情况，开展密度分别为2 001、1 600、1 334、1 112株·hm-2的造林试验，进行人工林生长量和林下植物调查及土壤理化性质测定。研究结果表明，造林密度影响林分生产力，随着造林密度增大，林分的平均树高、平均胸径和平均单株材积均降低，林分蓄积量先增加后降低；造林密度影响林下植物的多样性和生长，随着林分密度增大，林下植物的种类、数量、生物量和盖度减少；造林密度影响林分土壤的结构和肥力，随着林分密度的增大，土壤黏性增强，通透性降低，土壤结构变差，土壤中各种营养物质含量减少。本试验中，深山含笑的造林密度以1 112·hm-2和1 334·hm-2更优。

关键词 深山含笑；造林密度；生长量；林下植物多样性；土壤理化性质

中图分类号：S725.6 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.17.062

造林密度是影响人工林生长的一个主要因素，对林分的生产力起着决定性作用，确定合理的造林密度是营造人工林的关键技术[1-2]。密度通过改变林分地上和地下生长空间、林内光照条件、土壤养分和水分的分配等，促进或降低林分生长，影响林下植物种类、数量以及植物根系分布、土壤理化性状等。有学者研究认为，黑木相思、尾巨桉等树种的树高、胸径和单株材积均随着造林密度的增大而降低[3-4]；林开敏等研究发现，杉木人工林密度增加，林下植物的生物量和土壤肥力降低[5]；娄清等研究表明，马尾松低密度人工林中林下植物丰富度和多样性指数，以及土壤有机质、全氮等营养指标均高于高密度的林分[6]。

深山含笑（Michelia maudiae）是木兰科含笑属常绿乔木树种，具有生长快、材质好等特点，木材是建筑和家具上等的原料[7]。深山含笑树型美观，春天满树白花，是优良的观赏树种[8]。因此，深山含笑是闽北山区广大林农乐于栽培的树种。目前，深山含笑的研究集中在育苗技术[9-11]、人工林生长规律[12]和混交造林[13-14]等方面，而造林密度对深山含笑人工林的生长和生态效应研究鲜有文献报道。为给深山含笑人工林经营管理提供参考，探讨了不同造林密度对深山含笑生长量，林下植物的种类、数量，土壤物理性质、化学性质等的影响。

1  材料与方法

1.1  试验地概况

试验地位于明溪县瀚仙镇石珩村景成坑山场。亚热带山地气候类型，多年平均气温18.5 ℃，多年平均降雨量1 850 mm，年有霜的天数约100 d。试验地海拔约600 m，坡向朝东，坡度在22°左右，土壤类型属于山地红壤，立地类型为Ⅱ类地，土层厚度约110 cm。林下植被有盐麸木（Rhus chinensis）、乌饭（Vaccinium bracteatum）、桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）、铁线蕨（Adiantum capillus-veneris）、山苍子（Litsea cubeba）、狗脊（Cibotium barometz）、菝葜（Smilax china）、黃瑞木（Adinandra millettii）、芒萁（Dicranopteris dichotoma）等。

1.2  研究方法

1.2.1  试验林建立

2014年春，在石珩村景成坑营造深山含笑不同密度的试验林，造林密度分别为2 001、1 600、1 334、1 112株·hm-2。密度试验的小区在山场随机布设，重复3次，共12块试验小区，各小区面积均为400 m2。造林前种植穴规格为60 cm×40 cm×40 cm，春天雨季植苗，苗木为2年生的容器苗。

1.2.2  试验资料收集

试验林建成后，每年进行试验林生长情况调查。2021年10月，对试验林进行全面调查，调查内容包括生长量、林下植物多样性和土壤理化性质。生长量调查方法：对试验小区内每株深山含笑活立木测定其胸径、树高，统计平均值。林下植物多样性调查：在各试验小区内随机布设2 m×2 m的样方5个，在各样方内调查灌木和草本的种类、数量、高度、盖度并挖取称重。土壤样品采集：在各试验小区内随机选取3～4个土壤采样点，挖垂直剖面并用环刀在土层10 cm处取土用于土壤物理性质测定，同时在0～20 cm土层取土样用于土壤化学性质测定[15-16]。

2  结果与分析

2.1  不同造林密度深山含笑人工林生长变化分析

2021年10月，对7.5年生不同造林密度深山含笑的生长量进行调查（见表1），从中可知，随着造林密度的降低，深山含笑林分的平均树高、平均胸径、平均单株材积均呈现出增加的变化规律，造林密度为1 112株/hm2林分的平均树高、平均胸径和平均单株材积均最大，造林密度为2 001株·hm-2林分的平均树高、平均胸径和平均单株材积均最小。与造林密度为2 001、1 600、1 334株·hm-2的林分相比，造林密度为1 112株·hm-2林分的平均树高分别增加50.9%、31.1%和8.1%，平均胸径分别增加33.9%、20.3%和5.1%，平均单株材积分别增加140.3%、71.3%和12.6%。方差分析表明，不同造林密度林分的平均树高、平均胸径和平均单株材积均存在显著差异（FH=5.59*，FD=6.31*，FV=6.80**）。这与陈德相[17]、李荣珍等[18]、黄彩霞等[19]及林开敏等[20]对造林密度影响人工林生长的研究结果相一致。随着造林密度的降低，深山含笑林分的平均蓄积量先增加后减少，造林密度为1 334株·hm-2林分的平均蓄积量最大，与造林密度为2 001、1 600、1 112株·hm-2的林分相比，蓄积量分别增加了52.3%、32.6%和11.4%。方差分析显示，不同造林密度林分的平均蓄积量差异达到显著水平（FG=7.25*）。可见，深山含笑造林密度为1 334、1 112株·hm-2的林分生长最快，生长量和蓄积量最大。

2.2  不同造林密度深山含笑人工林下植物变化分析

林内植物种类和生长发育状况主要受林内小生境的影响，在光照条件充足、土壤肥沃的林下环境中，阳性植物占据主导地位，不仅种类多，而且生长茂盛，相反，在阴暗潮湿的环境，阴生植物发育良好。对不同造林密度的深山含笑林下植物的调查结果表明（见表2），林分密度不同，林下植物的种类、数量、高度、盖度和生物量随之发生变化，总的变化规律是林分密度降低，林下植物生长繁茂，种类和数量增多，盖度增大，生物量提高。其中，造林密度1 112株·hm-2的林分中林下植物的种类、数量最多，高度、盖度和生物量最大，而造林密度2 001株·hm-2的林分中林下植物的种类、数量最少，高度、盖度和生物量最小；造林密度1 112株·hm-2的林分中林下植物的种类、数量、高度、盖度和生物量与造林密度2 001株·hm-2的林分中林下植物相比，分別提高了66.7%、39.1%、50.2%、24.0%和19.1%。随着林分密度的增大，深山含笑林下植物的生长减弱，植物的种类也发生变化，阳性植物减少，阴生植物增多。这种结果与黄登银[21]、娄清等[6]、林开敏等[5]对马尾松、杉木林下植物研究结果基本一致。林下植物是森林生态系统中不可或缺的组成部分，对涵养水源、降低地表径流和增加土壤肥力等均有重要作用。人工林经营中，通过合理的密度调节控制，不仅可提高乔木层生长量，而且由于改善了林下生境条件，能促进林下植物的生长发育。

2.3  不同造林密度深山含笑人工林土壤物理性质变化分析

将不同造林密度深山含笑试验地用环刀取得土样测定土壤含水量、土壤密度和孔隙度、通气度，结果见表3。土壤密度即容重表现为随林分密度增大而增加，如造林密度为2 001株·hm-2的林分与造林密度分别为1 112、1 334、1 600株·hm-2的林分相比，土壤容重分别增加14.8%、15.6%、11.3%。土壤孔隙度、通气度和含水量则表现为随林分造林密度增大而降低，即不同造林密度林分的土壤中这些指标表现为2 001株·hm-2<1 600株·hm-2<1 334株·hm-2<1 112株·hm-2，如造林密度为2 001株·hm-2的林分与造林密度分别为1 600、1 334、1 112株·hm-2的林分相比，土壤总孔隙度分别减少7.3%、13.5%、17.6%，土壤通气度分别减少6.9%、13.4%、17.3%，自然含水量分别减少1.9%、4.3%、8.2%，毛管持水量分别减少10.3%、18.5%、22.7%。可见，深山含笑林分密度增大，土壤粘性增强，土壤的通透性和持水能力降低。这是由于密度大的林分中，林内光照条件差，林下环境阴暗潮湿，林下植物种类、数量少，主要是偏阴的植物生长，土壤粘重，土壤孔隙度和通气度小。

2.4  不同造林密度深山含笑人工林土壤化学性质变化分析

对不同造林密度深山含笑人工林0～20 cm土层的有机质和氮、磷、钾等营养元素进行测定（见表4），总体表现为低密度林分的土壤中各营养物质含量高于高密度林分的土壤。如造林密度为1 112株·hm-2的林分与造林密度为1 334、1 600、2001株·hm-2的林分相比，土壤中有机质含量分别增加2.8%、10.3%、10.0%，水解性氮含量分别增加1.5%、5.4%、8.3%，速效磷含量分别增加4.0%、10.2%、5.3%，速效钾含量分别增加2.5%、5.0%、7.1%。这可能是因为密度低的林分林木数量少，从土壤中吸收的养分总量少；另一方面是低密度林分内光照充足，林下植物新陈代谢旺盛，林下植物的凋落物和干枯器官腐烂分解对土壤的肥力起到一定的补充。

3  结论与讨论

造林密度影响深山含笑人工林的生长，随着造林密度的增大，深山含笑的平均树高、平均胸径和平均单株材积均下降，这与以往学者研究造林密度对台湾峦大杉、西南桦、新疆杨和杉木等树种生长影响所得出的结果基本一致[17-20]。深山含笑的蓄积量是随造林密度的增大表现为先增加后减少。本试验中，造林密度为1 334、1 112株·hm-2的林分生长最快，生长量和蓄积量最大。

林下植物对森林生态系统的水分、养分循环有重要作用，林下植物的丰富度和多样性间接反映了森林生长发育和土壤肥力的状况。不同造林密度深山含笑人工林下植物的种类和数量随着乔木层密度的增大而减少，生物量和覆盖度均降低，土壤趋于黏重，土壤透气性和持水能力减弱，土壤肥力呈下降的变化规律。

深山含笑是优良的用材和美化树种，具有很高的经济和观赏价值。在深山含笑人工林经营中，需要根据经营目的和林分的生长状况适时进行密度调节，通过抚育间伐的手段控制林分密度，一方面提高林分生长量，另一方面改善林分生长环境，促进林下植物新陈代谢，改良土壤结构和肥力状况，确保深山含笑人工林较高的生产力和生态系统健康发展。

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（责任编辑：敬廷桃）

收稿日期：2023-03-24

作者简介：冯淑琴（1972—），女，福建明溪人，本科，林业工程师，从事森林培育研究和经营。E-mail：13605992186@163.com，smmxhx@163.com。