汪燕明 周世水 喬衛(wèi)陽(yáng) 虞木奎

（1浙江省開(kāi)化縣林場(chǎng) 324300；2中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所 浙江杭州 311400）

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國(guó)南方地區(qū)重要的商品用材樹(shù)種，其生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高、材質(zhì)好，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益[1]。據(jù)第七次全國(guó)森林資源清查數(shù)據(jù)，全國(guó)杉木人工林面積為854萬(wàn)hm2，占全國(guó)造林面積的21.35%，其中集約經(jīng)營(yíng)的純林仍有較大比重[2]。盡管杉木純林經(jīng)營(yíng)管理方便，但杉木連栽導(dǎo)致的土壤質(zhì)量退化、林分生產(chǎn)力降低等問(wèn)題日益突出[3-5]。許多研究表明，改變純林單一林分結(jié)構(gòu)，營(yíng)造混交林或者構(gòu)建復(fù)層異齡林對(duì)改善林地土壤肥力，提高林地生產(chǎn)力和水源涵養(yǎng)功能發(fā)揮了重要作用[6-9]。

光是影響林木生長(zhǎng)的最重要生態(tài)因素之一。黃德龍等[10]指出，不同密度成熟杉木林下光照強(qiáng)度只有空地的3.4-6.6%。因此，構(gòu)建杉木復(fù)層林需根據(jù)林下弱光環(huán)境選擇適宜的伴生樹(shù)種，這對(duì)于整個(gè)林分綜合效益的發(fā)揮至關(guān)重要。林德喜等[11]也發(fā)現(xiàn)，在馬尾松林下栽植 5種不同樹(shù)種，只有套種苦櫧和格氏栲林地比馬尾松純林土壤理化性質(zhì)得到顯著改善。這表明不同樹(shù)種對(duì)林下弱光環(huán)境的適應(yīng)能力存在較大差異，伴生樹(shù)種生長(zhǎng)狀況與其對(duì)土壤環(huán)境的影響密切相關(guān)。盡管近年來(lái)杉木復(fù)層林建設(shè)日益受到重視，但相關(guān)的研究仍相對(duì)貧乏，不同伴生樹(shù)種在林下生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，選擇8個(gè)樹(shù)種栽植于杉木林下，構(gòu)建杉木復(fù)層異齡林，連續(xù)8年動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)這些伴生樹(shù)種的生長(zhǎng)狀況，同時(shí)分析了這些復(fù)層林的水源涵養(yǎng)效益，以期為杉木人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于浙江省開(kāi)化縣林場(chǎng)城關(guān)分場(chǎng)（東經(jīng) 118°25′，北緯 29°08′）。開(kāi)化縣林場(chǎng)經(jīng)營(yíng)山林面積1.27萬(wàn)hm2，森林蓄積量126萬(wàn)m3，森林覆蓋率91．8%?，F(xiàn)有人工林70%左右是杉木用材林。試驗(yàn)區(qū)年平均氣溫 16.4℃，年平均降雨量1814 mm，無(wú)霜期252d，年日照總時(shí)數(shù)1334.1h，氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候。土壤為紅黃壤，pH值4.0～4.9。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和林分調(diào)查

試驗(yàn)林分為1992年選用杉木優(yōu)良無(wú)性系容器苗造林，初植密度為2500株·hm-2。2007年6月采用下層間伐法進(jìn)行林分疏伐，間伐強(qiáng)度20%，主要伐去平均木以下的個(gè)體，間伐后及時(shí)運(yùn)出間伐木，間伐后林分郁閉度0.7。2008年春季，選擇紅茴香（Illiciumhenryi）、欏木石楠（Photinia davidsoniae）、蚊母樹(shù)（Distylium racemosum）、楊桐（Adinandra millettii）、紅豆杉（Taxus chinensis）、紅葉石楠（Photinia fraseri）、茶花（Camellia japonica）和麻櫟（Quercus acutissima）共8個(gè)樹(shù)種分別塊狀栽植在杉木林下，構(gòu)建復(fù)層林。所有苗木均為1年生實(shí)生苗，其中紅豆杉為容器苗，其余為裸根苗。每個(gè)樹(shù)種試驗(yàn)小區(qū)面積約0.15hm2，沿等高線(xiàn)栽植，株間距1m，行間距2m。本試驗(yàn)按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)設(shè)置10m×30m的固定樣地，2008-2015年每年12月份進(jìn)行林分生長(zhǎng)調(diào)查，其中2014年未調(diào)查。

在每種復(fù)層林內(nèi)，隨機(jī)選擇3個(gè)樣點(diǎn)，去除表層凋落物，采用環(huán)刀取土樣，用于測(cè)定土壤容重、毛管持水量、非毛管持水量和飽和持水量，這些參數(shù)參考張萬(wàn)儒等[12]編寫(xiě)的“森林土壤水分-物理性質(zhì)的測(cè)定”方法進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算。

所有數(shù)據(jù)采用Excel2013和SPSS19.0軟件處理，不同伴生樹(shù)種林下土壤持水性能的差異通過(guò)單因素方差（ANOVA）分析進(jìn)行檢驗(yàn)，并進(jìn)行Tukey多重比較；土壤飽和持水量與苗高和地徑的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 林下伴生樹(shù)種成活率與保存率

對(duì)林下8個(gè)伴生樹(shù)種造林當(dāng)年成活率的調(diào)查表明，所有樹(shù)種成活率較高，均大于96%，其中紅茴香和蚊母樹(shù)成活率達(dá) 100%（圖 1）。造林后第8年，8個(gè)樹(shù)種的保存率呈現(xiàn)較大差異，紅茴香、欏木石楠、蚊母樹(shù)和楊桐保存率超過(guò)90%，紅豆杉的保存率在82%，紅葉石楠、茶花和麻櫟的保存率在63%～72%之間（圖2）。

圖1 8個(gè)伴生樹(shù)種的成活率Figure 1 Survival rate of 8 associated tree species

圖2 8個(gè)伴生樹(shù)種的保存率Figure 2Preserving rate of 8 associated tree species

2.2 林下伴生樹(shù)種樹(shù)高生長(zhǎng)

8個(gè)樹(shù)種高生長(zhǎng)的調(diào)查顯示，造林后前2年，不同樹(shù)種之間高生長(zhǎng)差異較??；第3年開(kāi)始，樹(shù)種之間差異逐漸增大（圖3）。8年生紅豆杉樹(shù)高最大，其次為紅茴香和欏木石楠，茶花生長(zhǎng)相對(duì)緩慢。

圖3 8個(gè)伴生樹(shù)種的樹(shù)高變化Figure 3Change of stem height of 8 associated tree species

通過(guò)8個(gè)樹(shù)種樹(shù)高連年生長(zhǎng)量的分析，這些樹(shù)種樹(shù)高生長(zhǎng)模式大致可以分為 4類(lèi)（圖4）。第一類(lèi)為樹(shù)高連年生長(zhǎng)量持續(xù)增長(zhǎng)型，如紅豆杉；第二類(lèi)為樹(shù)高連年生長(zhǎng)量持續(xù)降低型，如欏木石楠、楊桐、蚊母樹(shù)、紅茴香和紅葉石楠；第三類(lèi)為樹(shù)高連年生長(zhǎng)量先增加后降低型，如麻櫟；第四類(lèi)為樹(shù)高連年生長(zhǎng)量相對(duì)穩(wěn)定型，如茶花，隨林齡增大，連年生長(zhǎng)量變幅較小。

圖48 個(gè)伴生樹(shù)種樹(shù)高連年生長(zhǎng)量Figure 4Annual growth of stem height of 8 associated tree species

樹(shù)高年均生長(zhǎng)量較高的前3個(gè)樹(shù)種分別為紅豆杉（38.9 cm）、紅茴香（27.7cm）和欏木石楠（26.1 cm），茶花樹(shù)高年均生長(zhǎng)量最小，僅為 9.0 cm（圖 5）。樹(shù)種本身的生長(zhǎng)特性也有顯著影響，如速生樹(shù)種高生長(zhǎng)量顯著高于慢生樹(shù)種。

圖5 8個(gè)伴生樹(shù)種樹(shù)高年均生長(zhǎng)量Figure 5Mean annual growth of stem height of 8associated tree species

2.3 林下伴生樹(shù)種地徑生長(zhǎng)

8個(gè)樹(shù)種地徑生長(zhǎng)的調(diào)查表明，造林后前3年，不同樹(shù)種之間地徑生長(zhǎng)差異較小，第4年開(kāi)始，不同樹(shù)種之間差異逐漸增大（圖6）。8年生紅茴香和紅豆杉的地徑生長(zhǎng)量較大，分別為36.9 mm和35.2 mm；茶花地徑生長(zhǎng)量最低，僅為14.6 mm；其他5個(gè)樹(shù)種地徑在15.6～20.6 mm之間。由此可見(jiàn)，不同樹(shù)種地徑生長(zhǎng)出現(xiàn)分異的時(shí)間比樹(shù)高生長(zhǎng)晚1年。

圖6 8個(gè)伴生樹(shù)種地徑變化Figure 6 Change of ground diameter of 8 associated tree species

8個(gè)樹(shù)種地徑連年生長(zhǎng)模式大致可以分為2類(lèi)（圖7）。第一類(lèi)為地徑連年生長(zhǎng)量持續(xù)降低型，如茶花；第二類(lèi)為地徑連年生長(zhǎng)量先增加后降低型，其他7個(gè)樹(shù)種基本均屬于這種類(lèi)型。

圖7 8個(gè)伴生樹(shù)種地徑連年生長(zhǎng)量Figure 7Annual growth of ground diameter of 8 associated tree species

地徑年均生長(zhǎng)量較高的前3個(gè)樹(shù)種分別為紅茴香（4.0mm）、紅豆杉（3.9 mm）和欏木石楠（2mm），茶花地徑年均生長(zhǎng)量最?。▓D8）。

圖8 8個(gè)伴生樹(shù)種地徑年均生長(zhǎng)量Figure 8 Mean annual growth of ground diameter of 8 associated tree species

2.4 復(fù)層林土壤持水量

森林土壤是水分儲(chǔ)蓄的主要場(chǎng)所。林地土壤持水量作為評(píng)價(jià)森林涵養(yǎng)水源能力的重要指標(biāo)之一，其與土壤結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)含量等密切相關(guān)[9,13]。土壤飽和持水量是反映土壤蓄水能力的主要指標(biāo)。從表1可以看出，復(fù)層林飽和持水量比純林增加了2.8%～11.7%，尤其是杉木林下套種紅豆杉和紅茴香的飽和持水量顯著增大（P＜0.05）（表1）。經(jīng)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，土壤持水性能與這些樹(shù)種的生長(zhǎng)狀況密切相關(guān)，與樹(shù)高復(fù)相關(guān)系數(shù)（R2）為 0.867（P=0.005），與地徑的 R2為0.921（P=0.001）。由此可見(jiàn)，對(duì)林下環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的樹(shù)種其水源涵養(yǎng)效果也較好。

表1 不同復(fù)層林土壤持水量（0～20 cm）Table 1 Soil water holding capacity (0～20 cm) indifferent multi-storied stands

3 討論與結(jié)論

本研究對(duì)8個(gè)伴生樹(shù)種進(jìn)行連續(xù)8年的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，紅茴香、欏木石楠、蚊母樹(shù)、楊桐和紅豆杉的保存率超過(guò)80%，而紅葉石楠、茶花和麻櫟的保存率較低。樹(shù)種保存率的高低部分反映了植物對(duì)林下環(huán)境的適應(yīng)性，保存率較高的樹(shù)種通常具有較好的適應(yīng)性[14]。

這些伴生樹(shù)種樹(shù)高生長(zhǎng)在第3年出現(xiàn)較大差異，地徑出現(xiàn)較大分異的時(shí)間滯后1年，這可能受弱光環(huán)境的影響，林木優(yōu)先分配較多的資源用于高生長(zhǎng)，以獲取較多的光能[15]。這與Valladares和Niinemets[16]的研究結(jié)果一致。

杉木林下套種的不同樹(shù)種前5年樹(shù)高和地徑生長(zhǎng)呈現(xiàn)不同生長(zhǎng)模式，但5年后，多數(shù)樹(shù)種生長(zhǎng)量顯著降低。這主要是間伐后隨著林木生長(zhǎng)，冠層郁閉度逐漸恢復(fù)到間伐前水平，林下光照強(qiáng)度減弱，顯著影響了伴生樹(shù)種的生長(zhǎng)。在郁閉度為0.7的杉木林下套種的草珊瑚Sarcandra glabra苗高和地徑生長(zhǎng)顯著高于郁閉度為0.9的杉木林分[17]。為了盡快取得較好的生態(tài)效益，本試驗(yàn)伴生樹(shù)種初始造林密度較高，目前，紅豆杉、紅茴香和蚊母樹(shù)冠幅較大，郁閉度已超過(guò)0.8。因此，必須間伐或者移除部分苗木，確保林下伴生樹(shù)種獲得必要的生存空間。本文僅對(duì)伴生樹(shù)種前期生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行初步探索，伴生樹(shù)種和主栽樹(shù)種和關(guān)系以及經(jīng)營(yíng)技術(shù)措施還有待于進(jìn)一步研究。

復(fù)層林構(gòu)建不同程度增加了土壤飽和持水量，其主要與伴生樹(shù)種的引入導(dǎo)致枯落物和根系生物量增大有關(guān)。一方面凋落物輸入增加了土壤有機(jī)質(zhì)；另一方面，根系生物量增加，增大了土壤的穿插作用，非毛管孔隙增加。不同復(fù)層林土壤持水量的差異主要與伴生樹(shù)種生長(zhǎng)和保存率密切相關(guān)。其他一些研究也表明，杉木混交林改善了土壤的物理結(jié)構(gòu)，增加了土壤的持水能力，具有更好的水源涵養(yǎng)效益[9,18]。本文僅研究了杉木林下伴生樹(shù)種幼林期生長(zhǎng)特征，整個(gè)杉木培育周期內(nèi)伴生樹(shù)種生長(zhǎng)及其生態(tài)效益動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)尚需深入研究。

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