許忠坤， 徐清乾， 郭文清， 顧揚(yáng)傳， 楊建華

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.會(huì)同縣林業(yè)科學(xué)研究所， 湖南 會(huì)同 418300)

生態(tài)型造林與傳統(tǒng)造林的杉木林鄰體干擾效應(yīng)比較

許忠坤1， 徐清乾1， 郭文清1， 顧揚(yáng)傳2， 楊建華2

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.會(huì)同縣林業(yè)科學(xué)研究所， 湖南 會(huì)同 418300)

為了比較杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林鄰體對(duì)杉木基株干擾效應(yīng)的差異，闡明生態(tài)型造林的優(yōu)越性，避免造林地滋生大量五節(jié)芒，在不影響杉木生長(zhǎng)的前提下解決傳統(tǒng)造林中出現(xiàn)的煉山和撫育造成的水土流失、地力衰退、生物多樣性減少和人工成本高等問(wèn)題，為今后造林工作提供技術(shù)支撐。本研究選用生態(tài)型造林與傳統(tǒng)造林兩種類(lèi)型造林8年生生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，采用鄰體干擾指數(shù)模型的方法，研究?jī)煞N造林類(lèi)型鄰體對(duì)杉木的干擾效應(yīng)。結(jié)果表明：生態(tài)型造林地中有灌木植物22種、草本植物4種；傳統(tǒng)造林地中五節(jié)芒占草本植物總數(shù)量的91.8%，僅有灌木植物7種、其它草本植物1種，前者林地灌木層和草本層的豐富度指數(shù)和香農(nóng)維納指數(shù)均大于后者。測(cè)得兩者初始個(gè)體高第1、2年平均生長(zhǎng)速度分別為86.8 cm/a、31.9 cm/a和94.2 cm/a、51.9 cm/a，灌木植物第1、2年的平均生長(zhǎng)速度分別為48.7 cm/a和53.3 cm/a，草本植物的平均生長(zhǎng)速度為55.7 cm/a；兩者8年生杉木平均高和平均胸徑分別為6.4 m、5.8 m和7.9 cm、8.7 cm。生態(tài)型造林地中灌木層干擾效應(yīng)強(qiáng)于傳統(tǒng)造林，主要干擾物種有4種，平均干擾指數(shù)為2.40；后者林地中草本層干擾效應(yīng)強(qiáng)于前者，主要干擾物種有1種，平均干擾指數(shù)為0.42。生態(tài)型造林初始個(gè)體高較大，第1、2年平均生長(zhǎng)速度大于灌、草植物，無(wú)緩苗期，造林后快速生長(zhǎng)，對(duì)造林初期生長(zhǎng)速度促進(jìn)作用明顯；傳統(tǒng)造林初始個(gè)體高較小，有緩苗期，第1、2年平均生長(zhǎng)速度小于灌、草植物，林地必需進(jìn)行撫育。分別擬合兩者總干擾指數(shù)與杉木基株大小、基株生長(zhǎng)速度唐守正樹(shù)高曲線，知其均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，前者抵抗鄰體干擾能力強(qiáng)于后者，個(gè)體大小受鄰體的影響較小，鄰體對(duì)基株生長(zhǎng)的整體干擾作用要小于后者。生態(tài)型造林不撫育促使杉木個(gè)體高生長(zhǎng)較快，傳統(tǒng)造林由于頻繁撫育杉木個(gè)體胸徑生長(zhǎng)較快。生態(tài)型造林煉山為五節(jié)芒提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境，前者無(wú)煉山撫育，生物多樣性豐富，抑制五節(jié)芒生長(zhǎng)。

杉木； 煉山； 干擾指數(shù)； 鄰體； 基株； 生物多樣性； 生態(tài)型造林； 傳統(tǒng)造林

杉木(Cunninghamialanceolata)傳統(tǒng)造林中煉山是人工造林在采伐跡地或宜林地上用火燒低成本來(lái)清理林地的一種營(yíng)林措施，該方法使造林地干凈，便于開(kāi)展杉木造林施工活動(dòng)，清理林地初期易于管理；但是此方法易引起水土流失、破壞生物多樣性等[1]，在亞熱帶地區(qū)滋生大量的五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)，煉山后林地裸露為五節(jié)芒的生長(zhǎng)提供了最佳的生長(zhǎng)環(huán)境，而林地?fù)嵊笪骞?jié)芒則會(huì)持續(xù)大量生長(zhǎng)，直到林分達(dá)到郁閉狀態(tài)，對(duì)目的樹(shù)種生長(zhǎng)極為不利，人工林幼林撫育的目的是抑制其它物種與目的樹(shù)種競(jìng)爭(zhēng)，為目的樹(shù)種創(chuàng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境[2]，撫育的同時(shí)帶來(lái)水土流失、地力衰退、破壞生物多樣性，且耗費(fèi)大量人工，撫育成本高等問(wèn)題。由于植物的相對(duì)不移動(dòng)性和表型可塑性，使得鄰體及其行為對(duì)其個(gè)體的形態(tài)和生產(chǎn)力產(chǎn)生了強(qiáng)烈的負(fù)相互作用影響，即所謂的干擾效應(yīng)[3]，這種從個(gè)體水平出發(fā)來(lái)研究鄰體競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型稱(chēng)為鄰體干擾指數(shù)模型[4]。由于灌木和草本植物與杉木幼齡之間以及杉木幼齡種內(nèi)之間存在著生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，故本文從維護(hù)林地肥力、減少水土流失、降低撫育成本、保護(hù)生物多樣性、提高杉木幼林的競(jìng)爭(zhēng)力目的出發(fā)，采用生態(tài)型造林與傳統(tǒng)造林比較個(gè)體競(jìng)爭(zhēng)力，并采用前人研究的鄰體干擾指數(shù)模型來(lái)研究杉木人工幼林、灌木以及草本之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系與干擾效應(yīng)，比較生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林鄰體對(duì)杉木干擾效應(yīng)的差異，進(jìn)而指導(dǎo)該地區(qū)杉木人工林的造林工作。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于杉木中心產(chǎn)區(qū)湖南省會(huì)同縣林科所，其地理坐標(biāo)為109°45′E、26°50′N(xiāo)，亞熱帶地區(qū)氣候濕潤(rùn)，年均溫度16.5 ℃，極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為36.4 ℃和-4.4 ℃，年均降水量為1200～1400 mm，年均相對(duì)濕度在80%以上，年均日照1445.4 h，全年無(wú)霜期304天，海拔350～380 m，坡度10°～15°，土壤為紅壤[5]，前作為杉木次生林。

2 研究方法

2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

生態(tài)型造林與傳統(tǒng)造林在同一造林地進(jìn)行，試驗(yàn)地立地指數(shù)為14，造林密度2 m×2 m，穴墾整地規(guī)格為50 cm×50 cm×40 cm，面積3000 m2。生態(tài)型造林比傳統(tǒng)造林推遲1年，其營(yíng)林措施只是伐倒林地上的植被，不煉山，采用同一批1年生裸根苗在容器中培育1年后造林(苗齡2年)，在整個(gè)幼林期只伐除對(duì)杉木有干擾的藤本植物，不撫育；傳統(tǒng)造林煉山清理林地，采用同一批1年生裸根苗比生態(tài)型造林提前1年，其營(yíng)林措施是連續(xù)撫育4年，每年刀撫2次。兩種類(lèi)型造林8年生生長(zhǎng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 杉木人工林林分特征Tab1 ThestandsfeatureofChinesefirplantation造林方式營(yíng)林措施苗齡(a)樹(shù)齡(a)造林初始個(gè)體平均高(cm)基株平均胸徑(cm)基株平均樹(shù)高(m)傳統(tǒng)造林煉山、刀撫4年8次183078758生態(tài)型造林不煉山、只伐除藤本植物278107964

2.2數(shù)據(jù)分析

2.2.1 基株選擇和計(jì)算 本研究調(diào)查了杉木196株、灌木303株和草本植物5156株，為研究杉木與其周?chē)仓旮蓴_效應(yīng)，以一株杉木為圓心，3 m為半徑，圓內(nèi)所有喬木、灌木和草本被定義為鄰體，該株杉木為基株[3]，選擇28株杉木作為基株(生態(tài)型杉木林與傳統(tǒng)杉木林各14株)，測(cè)定基株的樹(shù)高、胸徑，并以造林后樹(shù)高連年生長(zhǎng)量來(lái)作為基株的生長(zhǎng)速度。根據(jù)所測(cè)的鄰體大小、基株大小和鄰體到基株距離，計(jì)算鄰體干擾指數(shù)，采用ForStat軟件求出生長(zhǎng)速度和鄰體干擾指數(shù)間的回歸方程。

2.2.2 鄰體干擾指數(shù)模型 以Harper和Mack為首的植物生態(tài)學(xué)家提出了鄰體效應(yīng)(neighborhood effect)，他們摒棄了傳統(tǒng)的采用密度效應(yīng)來(lái)探討競(jìng)爭(zhēng)的方法[6]。Weiner通過(guò)建立一年生植物(Polygonumminimun和P.Casadense)的鄰體干擾模型，確定鄰體干擾指數(shù)是鄰體的數(shù)目、鄰體到基株的距離和鄰體中物種數(shù)量的函數(shù)；張大勇[7]、石培禮[3]等通過(guò)改進(jìn)模型比較發(fā)現(xiàn)把Weiner模型中距離負(fù)二次冪式改成了負(fù)一次冪式，并在公式中加入了基株的個(gè)體大小S(通常用生物量表示[8])，最后擬合效果更好。指數(shù)模型為：

(1)

因此，本研究采用鄰體到基株距離的負(fù)一次冪式來(lái)解釋杉木人工林的鄰體干擾效應(yīng)。

2.2.3 生物量計(jì)算

(1) 喬木層生物量計(jì)算

杉木生物量計(jì)算模型參照李燕、張建國(guó)等《杉木生物量生物量估算模型的選擇》中最優(yōu)模型[9]。杉木全樹(shù)生物量模型公式為：

W=0.093 0(D2H)0.803 0

(2)

(2)灌木層生物量計(jì)算

直接收獲法和樣方法是當(dāng)前大多學(xué)者研究灌木層生物量多采用的方法，這些方法需消耗太多時(shí)間和精力，并且嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)，最重要的是存在著樣本量和均勻性都很難滿(mǎn)足統(tǒng)計(jì)學(xué)要求這一很大的不確定性。陶冶、張?jiān)鞯萚10]采用模型來(lái)估算生物量的方法解決了這一問(wèn)題。宋于洋和胡曉靜[11]、趙成義、宋郁東等[12]都把基徑平方乘株高(D2H)作為生物量估測(cè)的形態(tài)指標(biāo)，分別研究了梭梭(Haloxylonammodendron)單株地上生物量(aboveground biomass ，AGB)和其構(gòu)件生物量。根據(jù)陶冶等[10]的研究結(jié)果可知地上生物量與地下生物量(belowground biomass，BGB)的關(guān)系公式為BGB=0.8737×AGB0.939 4，本研究選擇宋于洋和胡曉靜研究的地上生物量計(jì)算模型來(lái)作為計(jì)算灌木層生物量的方程。計(jì)算模型如下：

AGB=0.057 754(D2H)0.849 941

(3)

BGB=0.873 7(AGB)0.939 4

(4)

(3) 草本層生物量計(jì)算

林下草本層生物量的測(cè)定采用“單株收獲法”，在基株3 m范圍內(nèi)按不同草本種類(lèi)稱(chēng)取鮮重(草本種類(lèi)極少)，采集樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，在80～85 ℃恒溫下烘干至恒重并稱(chēng)重，求出干鮮重之比，最后將鮮重?fù)Q算成干重，最后根據(jù)草本種類(lèi)的株數(shù)估算各草本的生物量。

2.2.4 林下生物多樣性 在樣方內(nèi)分灌木層、草本層和藤本植物，對(duì)其植物種類(lèi)進(jìn)行仔細(xì)調(diào)查記錄，對(duì)灌木層、草本層和藤本植物按種類(lèi)測(cè)定其高度、株數(shù)、蓋度等信息，對(duì)林下生物多樣性動(dòng)態(tài)特征(物種豐富度指數(shù)、香農(nóng)維納多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù))進(jìn)行調(diào)查與分析。生物多樣性動(dòng)態(tài)特征值計(jì)算方法：

物種豐富度指數(shù)=S/ln(A)

(5)

香農(nóng)維納多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener多樣性指數(shù))

(6)

式中：P——物種在全部個(gè)體中的比例；

均勻度指數(shù):

(7)

3 結(jié)果與分析

3.1杉木基株生長(zhǎng)指標(biāo)及鄰體干擾指數(shù)比較

根基調(diào)查數(shù)據(jù)分別計(jì)算杉木基株生長(zhǎng)速度、個(gè)體大小以及各干擾指數(shù)的均值(圖1)，可以看出，生態(tài)型造林基株個(gè)體大小平均值(11.90 kg/m2)和傳統(tǒng)造林基株個(gè)體大小平均值(12.23 kg/m2)相差不大，比較兩者基株平均生長(zhǎng)速度發(fā)現(xiàn)前者(0.93 m/a)要大于后者(0.78 m/a)，說(shuō)明杉木基株高生長(zhǎng)前者要快于后者；對(duì)于總干擾指數(shù)平均值卻是生態(tài)型造林(4.13)明顯大于傳統(tǒng)造林(2.50)；比較兩者林地中各部分干擾指數(shù)平均值發(fā)現(xiàn)喬木層和草本層差別不大，傳后者均大于前者，而灌木層差別明顯(2.40>0.05)，后者可忽略不計(jì)，說(shuō)明前者鄰體對(duì)基株的干擾效應(yīng)主要來(lái)自喬木層和灌木層，后者鄰體對(duì)基株的干擾效應(yīng)則主要來(lái)自喬木層和草本層。

圖1 杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林各指標(biāo)均值Fig.1 The mean of each index between the ecological afforestation and traditional afforestation of Chinese fir

3.2杉木基株個(gè)體大小、生長(zhǎng)速度與鄰體干擾指數(shù)間相互關(guān)系比較

采用ForStat軟件分別擬合兩者杉木鄰體總干擾指數(shù)與基株個(gè)體大小、生長(zhǎng)速度的回歸關(guān)系，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，選擇相關(guān)系數(shù)較高的擬合曲線，比較兩者杉木鄰體總干擾指數(shù)與基株個(gè)體大小、生長(zhǎng)速度回歸關(guān)系間的差異。

3.2.1 杉木基株個(gè)體大小和鄰體干擾指數(shù)回歸關(guān)系比較 擬合鄰體總干擾指數(shù)與杉木基株個(gè)體大小間的回歸曲線，可知生態(tài)型造林(S1)和傳統(tǒng)造林(S2)中杉木基株個(gè)體大小和干擾指數(shù)的唐守正樹(shù)高曲線[13-15]分別為：

S1=1.27+58.89/(2.0+I總)，

S2=3.19+44.19/(2.0+I總)

由回歸方程可知，杉木個(gè)體大小與干擾指數(shù)存在著顯著的負(fù)相關(guān)，其在抵抗鄰體干擾上發(fā)揮著重要的作用，即基株個(gè)體越大，受到鄰體的干擾程度就越小，生長(zhǎng)也就越快。比較兩個(gè)回歸曲線(圖2)可知，曲線S1的回歸系數(shù)b1(58.89)>曲線S2的回歸系數(shù)b2(44.19)、c1(2.0)=c2(2.0)，隨著杉木基株個(gè)體的增大，生態(tài)型造林受鄰體干擾的趨勢(shì)快速下降，傳統(tǒng)造林受鄰體干擾趨勢(shì)下降緩慢，說(shuō)明前者在抵抗鄰體干擾能力強(qiáng)于后者。

圖2 杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林中個(gè)體大小與干擾指數(shù)回歸曲線Fig.2 The regression curve between individual size and disturbance index in ecological afforestation and traditional afforestation of Chinese fir

3.2.2 杉木基株生長(zhǎng)速度和鄰體干擾指數(shù)回歸關(guān)系比較 模擬杉木基株生長(zhǎng)速度與鄰體干擾指數(shù)間的回歸曲線，可得出生態(tài)型造林(Y1)和傳統(tǒng)造林(Y2)中杉木的生長(zhǎng)速度和鄰體干擾指數(shù)的唐守正[13]樹(shù)高曲線分別為：

Y1=0.49+2.48/(2.0+I總)，

Y2=0.67+0.40/(0.52+I總)

石培禮等[3]研究表明鄰體的數(shù)量、大小和距離基株的距離均對(duì)基株的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在鄰體越多，個(gè)體越大，離基株越近，基株受鄰體干擾程度越大，生長(zhǎng)速度相應(yīng)的就越慢。研究杉木基株的生長(zhǎng)速度和鄰體干擾指數(shù)的回歸關(guān)系，可知生長(zhǎng)速度和干擾指數(shù)之間呈負(fù)相關(guān)。比較兩個(gè)回歸曲線(圖3)，曲線Y1回歸系數(shù)b1(2.48)>曲線Y2回歸系數(shù)b2(0.40)、b1/c1(1.24)>b2/c2(0.77)，可知隨著基株生長(zhǎng)速度的增快，生態(tài)型造林受鄰體干擾指數(shù)的影響下降明顯，傳統(tǒng)造林受影響趨勢(shì)下降平緩。因此表明生態(tài)型造林鄰體對(duì)基株生長(zhǎng)的整體干擾作用要小于傳統(tǒng)造林，表明前者林地中杉木基株生長(zhǎng)速度快于后者。

圖3 杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林中基株生長(zhǎng)速度與干擾指數(shù)回歸曲線Fig.3 The regression curve between growth rate and disturbance index in ecological afforestation and traditional afforestation of Chinese fir

3.3杉木基株第1、2年生長(zhǎng)速度和初始個(gè)體高的回歸關(guān)系比較

采用ForStat軟件擬合杉木第1、2年生長(zhǎng)速度和杉木初始個(gè)體高的回歸曲線，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，選擇相關(guān)系數(shù)較高的擬合曲線，可得出杉初始個(gè)體高和第1年、第2年生長(zhǎng)速度的唐守正樹(shù)高曲線分別為：

Y1=122-2883/(2.0+H1)，

Y2=121.3-2219.3/(2.0+H2)

從回歸方程可知，杉木第1、2年生長(zhǎng)速度和初始個(gè)體高之間呈顯著正相關(guān)，表明初始個(gè)體越高生長(zhǎng)速度越快，在競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)的可能越大。圖4、圖5左邊部分分別代表傳統(tǒng)造林初始個(gè)體高對(duì)第1、2年生長(zhǎng)速度的促進(jìn)趨勢(shì)，圖4、圖5右邊部分分別代表生態(tài)型造林初始個(gè)體高對(duì)第1、2年生長(zhǎng)速度的促進(jìn)趨勢(shì)，生態(tài)型造林地中杉木生長(zhǎng)速度在造林初期明顯大于傳統(tǒng)造林，傳統(tǒng)造林第1年生長(zhǎng)速度較小，第2年開(kāi)始快速生長(zhǎng)，這也符合杉木的生長(zhǎng)特性，即傳統(tǒng)造林是采用1年生裸根苗造林，有緩苗期，造林后第1年生長(zhǎng)緩慢，第2～3年開(kāi)始進(jìn)入快速生長(zhǎng)期，初始個(gè)體高對(duì)生長(zhǎng)速度的促進(jìn)作用不明顯；生態(tài)型造林是2年生容器苗造林，初始個(gè)體較高，無(wú)緩苗期，杉木苗上山造林后即進(jìn)入迅速生長(zhǎng)階段，初始個(gè)體高對(duì)生長(zhǎng)速度促進(jìn)作用明顯。測(cè)得兩種類(lèi)型造林地杉木第1、2年平均生長(zhǎng)速度分別為86.8 cm/a、31.9 cm/a和94.2 cm/a、51.9 cm/a，灌木植物第1、2年的生長(zhǎng)速度分別為48.7 cm/a和53.3 cm/a，草本植物的平均生長(zhǎng)速度為55.7 cm/a，前者第1、2年平均生長(zhǎng)速度大于灌木植物和草本植物，后者小于灌木植物和草本植物，為了使杉木生長(zhǎng)不受影響傳統(tǒng)造林需不斷撫育，生態(tài)型造林則不需撫育。綜合以上可知，生態(tài)型造林初始個(gè)體高對(duì)杉木第1、2年生長(zhǎng)速度的促進(jìn)作用強(qiáng)于傳統(tǒng)造林。

圖4 杉木第1年生長(zhǎng)速度與初始個(gè)體高回歸曲線Fig.4 The regression curve between the first year of growth rate and initial individual high of Chinese fir

圖5 杉木第2年生長(zhǎng)速度與初始個(gè)體高回歸曲線Fig.5 The regression curve between the second year of growth rate and initial individual high of Chinese fir

3.4灌木層、草本層對(duì)杉木基株的鄰體干擾效應(yīng)比較

3.4.1 灌木層對(duì)杉木基株鄰體干擾效應(yīng)比較 通過(guò)計(jì)算灌木層各個(gè)物種對(duì)基株的干擾指數(shù)的大小，找出各個(gè)基株灌木層的主要干擾物種，確定灌木層對(duì)杉木基株干擾效應(yīng)的主要物種。最后比較生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林中灌木層對(duì)杉木基株干擾效應(yīng)的強(qiáng)弱，如表2所示。

表2 杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林灌木層對(duì)基株干擾效應(yīng)比較Tab2 ContrastedtheinterferenceeffecttothegenetbetweenecologicalafforestationandtraditionalafforestationofChi?nesefir造林類(lèi)型干擾物種數(shù)(種)物種總株數(shù)(株)干擾物種(物種總干擾值)對(duì)基株平均干擾指數(shù)生態(tài)型造林22285木姜子(1044)、油桐(728)、鹽膚木(478)、楓香(327)、杉木(119)、大青樹(shù)(114)、樟樹(shù)(090)、柿樹(shù)(078)、紅木荷(069)、光皮樺(066)、豆腐木(057)、板栗(039)、五倍子(037)、拐棗(033)、檵木(030)、白櫟(020)、潤(rùn)楠(015)、油茶(007)、青岡(006)、楊梅(004)、刺楸(0036)、刺桐(003)240傳統(tǒng)造林718板栗(0111)、泡桐(0063)、白櫟(0056)、杉木(0048)、馬尾松(0045)、木姜子(0040)、豆腐木(0016)005 注：表內(nèi)干擾物種按干擾值大小排列，括號(hào)內(nèi)數(shù)值代表該物種總干擾值。拐棗(HoveniaacerbaLindl)、油桐(Verniciafordii)、板栗(Casta?neamollissima)、柿樹(shù)(Diospyros)、楓香(Liquidambarformosana)、木姜子(Litseacubeba)、樟樹(shù)(Cinnamomumcamphora)、紅木荷(SchimaReinwexBl)、鹽膚木(RhuschinensisMill)、光皮樺(Betulaluminifera)、豆腐木(PremnamicrophyllaTurcz)、白櫟(QuercusfabriHance)、泡桐(Pau?lownia)、大青樹(shù)(FicushookerianaCorner)、五倍子(RhuschinensisMill)、檵木(Loropetalumchinensis(RBr)Oliv)、潤(rùn)楠(MachiluspingiiChengexYang)、油茶(CamelliaoleiferaAbel)、青岡(Cyclobalanopsisglauca(Thunb)Oerst)、楊梅(Myricarubra(Lour)SetZucc)、刺楸(Kalopanaxseptemlobus(Thunb)Koidz)、刺桐(ErythrinaindicaLam)、馬尾松(Pinusmassoniana)。

由表2可以發(fā)現(xiàn)，生態(tài)型造林林地中干擾物種共22種285株，傳統(tǒng)造林干擾物種僅有7種18株，可見(jiàn)前者林地中灌木植物在種類(lèi)和數(shù)量上均比后者豐富； 其中前者中干擾強(qiáng)度較大的物種有木姜子、油桐、鹽膚木、楓香、杉木和大青樹(shù)等陽(yáng)性樹(shù)種，灌木植物平均干擾指數(shù)為2.40；而后者中灌木植物干擾指數(shù)較小，平均干擾指數(shù)僅為0.05。

綜合以上分析可知，生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林中灌木層對(duì)基株的干擾效應(yīng)強(qiáng)弱不同，前者林地中灌木層干擾效應(yīng)較強(qiáng)，后者灌木層干擾效應(yīng)極弱，可以忽略不計(jì)。

3.4.2 草本層對(duì)杉木基株鄰體干擾效應(yīng)比較 通過(guò)計(jì)算草本層各個(gè)物種對(duì)基株的干擾指數(shù)的大小，確定草本層對(duì)杉木基株的主要干擾物種。最后比較生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林林地中草本層對(duì)杉木基株干擾效應(yīng)的強(qiáng)弱，如表3所示。

表3 杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林草本層對(duì)基株干擾效應(yīng)比較Tab3 ContrastedtheinterferenceeffecttothegenetbetweenecologicalafforestationandtraditionalafforestationofChi?nesefir造林類(lèi)型干擾物種數(shù)(種)物種總株數(shù)(株)干擾物種(物種總干擾值)對(duì)基株平均干擾指數(shù)生態(tài)型造林42454五節(jié)芒(30)、鐵線蕨(122)、鐵芒萁(072)、辣蓼(003)025傳統(tǒng)造林22702五節(jié)芒(56)、鐵線蕨(05)042 注：表內(nèi)干擾物種按干擾值大小排列，括號(hào)內(nèi)數(shù)值代表該物種總干擾值。辣蓼(Polygonumflaccidum(Meissn．)Steward)、鐵線蕨(Adiantumcapillus-veneris)、鐵芒萁(Dicranopterislinearis)。

由表3可知，生態(tài)型造林林地中草本植物種類(lèi)多于傳統(tǒng)造林，但總株數(shù)少于傳統(tǒng)造林，其中五節(jié)芒數(shù)量占生態(tài)型造林草本植物數(shù)量的58%，占傳統(tǒng)造林草本植物的91.8%；比較草本植物對(duì)杉木人工林的干擾指數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩者林中干擾強(qiáng)度較大的均為五節(jié)芒，分別為3.0和5.6，其它草本植物干擾強(qiáng)度相對(duì)較弱；草本植物對(duì)基株平均干擾指數(shù)后者大于前者(0.42>0.25)。

綜合3.4.1和3.4.2分析其原因發(fā)現(xiàn)五節(jié)芒為風(fēng)媒介進(jìn)行種子傳播的植物，生長(zhǎng)發(fā)育需要開(kāi)闊的空間，傳統(tǒng)造林由于采用了煉山造林并且每年定期撫育兩次，為五節(jié)芒的生長(zhǎng)提供了有利的生長(zhǎng)環(huán)境，使得五節(jié)芒的生長(zhǎng)高度直逼杉木高度，同時(shí)也抑制了灌木和其它草本植物的生長(zhǎng)，故傳統(tǒng)造林地灌木植物數(shù)量稀疏，草本植物種類(lèi)較少，五節(jié)芒對(duì)基株的干擾效應(yīng)起到了極其重要的作用，在一定程度上減緩了杉木基株的生長(zhǎng)速度；生態(tài)型造林由于未煉山未撫育，生物多樣性保留較為豐富，五節(jié)芒種子無(wú)法落地進(jìn)行生長(zhǎng)，同時(shí)林地內(nèi)保留的大量灌木植物的生長(zhǎng)也相對(duì)的抑制了林地內(nèi)少量殘存五節(jié)芒的快速生長(zhǎng)，故灌木植物種類(lèi)和數(shù)量較多，五節(jié)芒較少，鄰體對(duì)基株的干擾效應(yīng)主要體現(xiàn)在灌木植物，而草本植物的干擾極弱。

3.5林下生物多樣性比較

杉木林下植物群落組成成分在群落中所占空間不同，對(duì)群落層次結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能、動(dòng)態(tài)變化等方面作用有差異。本文主要從草本和灌木植物對(duì)杉木生態(tài)型造林地和傳統(tǒng)造林地的影響進(jìn)行生物多樣性分析比較。

3.5.1 草本層生物多樣性比較 采用公式(5)～(7)分別計(jì)算杉木生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林地中草本植物生物多樣性指標(biāo)，豐富度指數(shù)和香農(nóng)維納指數(shù)反映了草本植物的種類(lèi)豐富程度，均勻度指數(shù)則反映了草本植物的分布情況，比較兩者間的草本生物多樣性差異，發(fā)現(xiàn)兩者林地中草本層的主要干擾物種均為五節(jié)芒，可見(jiàn)草本層中五節(jié)芒對(duì)杉木基株的干擾作用起到了關(guān)鍵作用；具體結(jié)果如圖6所示。

圖6 兩種杉木林下草本植物多樣性變化Fig.6 Contrasted the changes in biodiversity of two types Chinese fir herbaceous layer

由圖6可以看出，兩種類(lèi)型豐富度指數(shù)分別為1.407和0.782、香農(nóng)維納指數(shù)分別為1.855和0.995，生態(tài)型造林均大于傳統(tǒng)造林，可知前者草本植物種類(lèi)豐富，相比均勻度指數(shù)知前者(0.687)小于后者林(0.733)，故在傳統(tǒng)造林地中草本植物的均勻度比較明顯，分析原因知傳統(tǒng)造林中草本植物種類(lèi)較少且數(shù)量很多。

3.5.2 灌木層生物多樣性比較 計(jì)算兩者林下灌木層生物多樣性指標(biāo)并比較兩者間的灌木植物生物多樣性差異，發(fā)現(xiàn)生態(tài)型造林地中灌木植物種類(lèi)有22種，明顯多于傳統(tǒng)造林(7種)，主要干擾物種為木姜子、鹽膚木和油桐，后者林地中灌木層由于受到草本植物長(zhǎng)芒草的抑制，灌木植物稀疏，對(duì)基株的干擾作用較弱；計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖7 兩種杉木林下灌木植物多樣性變化Fig.7 Contrasted the changes in biodiversity of two types Chinese fir shrub layer

由圖7可以看出，兩者林地中豐富度指數(shù)分別為2.189和0.469、香農(nóng)維納指數(shù)分別為1.847和0.349，生態(tài)型造林均明顯大于傳統(tǒng)造林，可知前者林地中灌木植物種類(lèi)豐富，在后者林地中灌木植物種類(lèi)較少，數(shù)量較小，故后者均勻度指數(shù)(0.617)大于前者(0.540)。

4 結(jié)論與討論

(1) 杉木初始個(gè)體大小與造林后第1、2年樹(shù)高生長(zhǎng)速度呈正相關(guān)關(guān)系，測(cè)得生態(tài)型造林第1、2年平均生長(zhǎng)速度分別為86.8 cm/a、 94.2 cm/a，傳統(tǒng)造林為31.9 cm/a 、51.9 cm/a ，灌木植物第1、2年的平均生長(zhǎng)速度分別為48.7 cm/a、53.3 cm/a，草本植物的平均生長(zhǎng)速度為55.7 cm/a，生態(tài)型造林第1、2年平均生長(zhǎng)速度大于灌木植物和草本植物，傳統(tǒng)造林小于灌木植物和草本植物，造林初期為使杉木生長(zhǎng)不受影響后者需不斷撫育，生態(tài)型造林則不需撫育；生態(tài)型造林是2年生容器苗造林，初始個(gè)體高較大，無(wú)緩苗期，杉木苗上山后即進(jìn)入迅速生長(zhǎng)階段，初始個(gè)體高對(duì)生長(zhǎng)速度促進(jìn)作用明顯；傳統(tǒng)造林杉木基株是采用1年生裸根苗造林，初始個(gè)體高較小，有緩苗期，前期生長(zhǎng)緩慢，抗其它物種干擾能力弱，需要進(jìn)行撫育才能正常生長(zhǎng)。杉木基株個(gè)體大小與鄰體總干擾指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著基株個(gè)體的增大，生態(tài)型造林受鄰體干擾的趨勢(shì)快速下降，傳統(tǒng)造林受鄰體干擾趨勢(shì)下降緩慢，前者抵抗鄰體總干擾能力強(qiáng)于后者；基株生長(zhǎng)速度與鄰體總干擾指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著基株生長(zhǎng)速度的增快，前者受鄰體總干擾指數(shù)的影響下降明顯，后者受影響趨勢(shì)下降平緩，前者鄰體對(duì)基株生長(zhǎng)的整體干擾作用要小于后者。

(2) 生態(tài)型造林地中生物多樣性豐富，有灌木植物22種、草本植物4種，傳統(tǒng)造林地中由于經(jīng)過(guò)了煉山，為五節(jié)芒創(chuàng)造了適生條件，五節(jié)芒數(shù)量占草本植物總數(shù)量的91.8%，抑制了其它物種的生長(zhǎng)，僅有灌木植物7種、其它草本植物1種；前者灌木層和草本層的豐富度指數(shù)和香農(nóng)維納指數(shù)分別為2.189、1.407和1.847、1.855，均大于后者(0.469、0.782和0.349、0.955)。

(3) 灌木植物對(duì)兩者林地中基株的干擾效應(yīng)強(qiáng)弱不同，生態(tài)型造林地內(nèi)物種豐富多樣，灌木種類(lèi)齊全，數(shù)量較多，基株受灌木干擾效應(yīng)較強(qiáng)，主要干擾物種有木姜子、油桐、鹽膚木、楓香、杉木和大青樹(shù)等陽(yáng)性樹(shù)種，灌木植物平均干擾指數(shù)為2.40；傳統(tǒng)造林地內(nèi)灌木植物對(duì)鄰體的平均干擾指數(shù)僅為0.05，基株受灌木的干擾效應(yīng)可忽略不計(jì)。

(4) 草本植物對(duì)兩者林地中基株干擾效應(yīng)強(qiáng)弱差異明顯，生態(tài)型造林草本植物雖種類(lèi)較多，但數(shù)量少，基株所受干擾效應(yīng)較弱，主要來(lái)自五節(jié)芒和鐵線蕨，草本植物對(duì)基株平均干擾指數(shù)為0.25；傳統(tǒng)造林草本植物種類(lèi)少數(shù)量多，五節(jié)芒數(shù)量占總數(shù)的91.8%，基株所受干擾效應(yīng)主要來(lái)自五節(jié)芒，其它可忽略不計(jì)，對(duì)基株平均干擾指數(shù)為0.42。傳統(tǒng)造林煉山后地面裸露，給五節(jié)芒種子提供了良好生長(zhǎng)環(huán)境，使原來(lái)沒(méi)有雜草的造林地中大量生長(zhǎng)五節(jié)芒，要讓杉木苗成活、良好生長(zhǎng)，必需進(jìn)行除草撫育，撫育后又使林地裸露，更有利于五節(jié)芒生長(zhǎng)，反復(fù)撫育，形成惡性循環(huán)，這樣惡性循環(huán)要持續(xù)到林分郁閉。生態(tài)型造林造林前不煉山，只將砍伐的剩余物，均勻鋪在地面上，草種落在剩余物上面，不能與土壤直接接觸，不能發(fā)芽，相比之下，雜草較少，林地上只有灌木萌芽條等植被?？梢?jiàn)生態(tài)型造林可以抑制五節(jié)芒的生長(zhǎng)，傳統(tǒng)造林則為五節(jié)芒創(chuàng)造了有利的適生條件。

(5) 生態(tài)型造林和傳統(tǒng)造林基株平均高分別為6.4 m和5.8 m，平均胸徑分別為7.9 cm和8.7 cm，前者由于不撫育，促使杉木個(gè)體高生長(zhǎng)相對(duì)較快，后者由于煉山和頻繁撫育，使杉木個(gè)體胸徑生長(zhǎng)相對(duì)較快。

(6) 生態(tài)型造林生物多樣性豐富，能夠減少水土流失、維護(hù)土壤肥力、減少人工成本，解決了傳統(tǒng)造林中五節(jié)芒大量生長(zhǎng)的弊端，初始個(gè)體高較大，抗周?chē)忬w干擾能力強(qiáng)，造林初期生長(zhǎng)速度快。

[1] 龍昌松.煉山造林的利與弊[J].園林生態(tài)，2014，15:73-74.

[2] 李春明，杜紀(jì)山，張會(huì)儒.撫育間伐對(duì)森林生長(zhǎng)的影響及其模型研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2003，16(5):636-641.

[3] 石培禮.馬尾松香樟人工混交林中的鄰體干擾效應(yīng)[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1993，18(1):69-74.

[4] 藍(lán)斌，洪偉，吳承禎，等.馬尾松幼齡林干擾指數(shù)的研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，17(3):263-267.

[5] 肖復(fù)明，范少輝，汪思龍，等.湖南會(huì)同毛竹林土壤碳循環(huán)特征[J].林業(yè)科學(xué)，2009，45(6):11-15.

[6] Weiner J. A neighborhood model of annual-plant interference[J]. Ecol，1982，63(5): 1237-1241.

[7] 張大勇，趙松嶺，張鵬云,等.青杄林恢復(fù)演替過(guò)程中的鄰體競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)及鄰體干擾指數(shù)的改進(jìn)模型[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1989，9(1):52-58.

[8] 張強(qiáng).植物光合-呼吸速率與個(gè)體大小以及氮元素含量間異速生長(zhǎng)規(guī)律研究[D].蘭州：蘭州大學(xué),2011.

[11] 宋于洋，胡曉靜.古爾班通古特沙漠不同生態(tài)類(lèi)型梭梭地上生物量估算模型[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，26(2):31-37.

[12] 趙成義，宋郁東，王玉潮，等.幾種荒漠植物地上生物量估算的初步研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2004,15(1):49-52.

[13] 唐守正，郎奎建，李?？?統(tǒng)計(jì)和生物數(shù)學(xué)模型計(jì)算(ForStat教程)[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[14] 唐守正.長(zhǎng)白山區(qū)樹(shù)高曲線的配制[J].林業(yè)勘查設(shè)計(jì)，1980(3):26-27.

[15] 趙俊卉，亢新剛，劉燕.長(zhǎng)白山主要針葉樹(shù)種最優(yōu)樹(shù)高曲線研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(4)：13-18.

ComparedtheinterferenceeffectfromtheneighborhoodofChineseFirbetweentheecologicalafforestationandtraditionalafforestation

XU Zhongkun1, XU Qingqian1， GUO Wenqing1,GU Yangchuan2, YANG Jianhua2

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China;2.Forestry Research Institute of Huitong Country, Huitong 418300, China)

In order to compare the difference interference effect from the neighborhood of Chinese fir between the ecological afforestation and traditional afforestation, clarified the superiority of the ecological afforestation, avoided the massive growth ofMiscanthusfloridulusin the afforestation, solved the problems caused by controlled burning and upbringing under the premise of without affecting the growth of Chinese fir, for example the soil and water erosion, fertility waning, loss of biodiversity and artificial high cost etc, provide technical support for the future afforestation work. The researchSelected two kinds of plantation types of the ecological afforestation and the traditional afforestation, adopted the growth data of 8-year-old plantation and using the method of neighborhood interference index model, researched the interference effects of Chinese fir plantation from the neighborhood in the two kinds of plantation types. The results showed that:there were 22 kinds of shrubs and 4 kinds of herbs in the ecological afforestation woodland,M.floridulusaccounted for 91.8% of the total number of herbs in the traditional afforestation woodland, and there were 7 kinds of shrubs and 1 kinds of other herbs; the Richness index and Shannon-Wiener index of shrub layer and herbaceous layer in the former woodland were more than the latter woodland. Measured the initial individual height of the average growth rate in the first and second years were 86.8 cm/a, 31.9 cm/a and 94.2 cm/a, 51.9 cm/a in the former and latter respectively, the average growth rate of the first and second years were 48.7 cm/a and 53.3 cm/a in the shrubs respectively, the average growth rate were 55.7 cm/a in the herbs; the average height of the genet and the average DBH of 8-year-old Chinese fir were 6.4 m, 5.8 m and 7.9 m, 8.7 m respectively in the ecological afforestation and traditional afforestation. The interference effect of shrub layer was stronger in the ecological afforestation woodland than the traditional afforestation woodland, there were 4 kinds of the key interfering species, the average interference index of the shrub layer was 2.40; The interference effect of herbaceous layer was stronger in the latter woodland than in the former woodland, the key interfering species was 1 kind, the average interference index of the herb was 0.42. The initial individual height were higher in the ecological afforestation, the average growth rate of the first and second years were more than the shrubs and herbs, without the buffer period, rapid growth after planting, obvious improved on the growth rate in early planting period; The initial individual height were smaller in the traditional afforestation, presence the buffer period, the average growth rate of the first and second years were less than the shrubs and herbs, the woodland must be tending. Simulated the Tang Shouzheng height-diameter model between the individual size, the relationship of the curves were obviously negative correlation, the growth rate of the genet and the total interference index, the results showed that to the former woodland, the abilities to resist interference of Chinese fir were stronger, the individual size got less influences by the neighborhood, the interference effect from the neighborhood was weaker. The height growth of Chinese fir was faster because of no tending in the ecological afforestation; the growth was faster because of frequent tending in the traditional afforestation. After controlled burning the latter woodland was created the suitable conditions for the growth ofM.floridulus, and the ecological afforestation was no tending and controlled burning, the biodiversity was abundant, could inhibit the growth ofM.floridulus.

Chinese fir; controlled burning； interference index; neighborhood; genet; biodiversity; ecological afforestation; traditional afforestation

2016-06-15

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃，杉木速生豐產(chǎn)林定向培育技術(shù)研究(2015BAD09B0101)。

許忠坤(1955 — )，男，湖南省慈利縣人，研究員，主要從事林木栽培與育種研究工作。

S 791.27; S 72

A

1003 — 5710(2016)04 — 0028 — 09

10.3969/j.issn. 1003 — 5710.2016.04.007

(文字編校：楊 駿)