于洋洋 廖博一 程 飛 林俊平 蔡泉星 劉愛琴

(1. 福建農(nóng)林大學林學院，福建 福州 350002；2. 國家林業(yè)局杉木工程技術研究中心，福建 福州 350002；3. 華安西陂國有林場，福建 漳州 363800)

林下植被主要由灌木和草本組成，是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，越來越多的研究證明林下植被在維持養(yǎng)分循環(huán)、能量流動、水土保持、提高林地生產(chǎn)力及促進森林更新和演替等方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。另外，林下植被多樣性和生態(tài)系統(tǒng)復原能力密切相關，即物種多樣性越高、有效生態(tài)位空間越廣泛，群落越能更好地適應干擾和抵抗入侵，維持林內(nèi)小環(huán)境的穩(wěn)定[3]。林下植被通過控制局部人工林小氣候和調(diào)節(jié)水、氣、肥、熱的競爭而影響上層林木的生長，同時能夠為傳播種子的動物提供棲息地和食物來源。因此，林下植被一直是森林持續(xù)經(jīng)營、生物多樣性保護和森林功能維持的關鍵，成為衡量林內(nèi)生態(tài)因子對生態(tài)環(huán)境影響的重要指標[4]。

桉樹起源于澳大利亞，是桃金娘科 (Myrtaceae) 桉屬 (Eucalyptus) 植物的統(tǒng)稱，隨著桉樹木材被選用為造紙的優(yōu)質(zhì)原材料，20世紀中、后期桉樹人工林在熱帶和亞熱帶地區(qū)得到快速發(fā)展，目前桉樹人工林已成為世界上單位面積森林生產(chǎn)力最大的森林生態(tài)系統(tǒng)[5]。另外，桉樹具有生長快、抗腐能力強、干形通直，出材率高等優(yōu)良特點而被世界各國廣泛引種種植，已成為我國南方速生豐產(chǎn)林的主要造林樹種[6]。但桉樹人工林連作易造成地力衰退、群落結構單一、物種多樣性減少等一系列生態(tài)問題，導致林地生產(chǎn)力下降[7]。因此，研究不同營林措施下的桉樹人工林喬木層及林下植被的生長，對桉樹可持續(xù)經(jīng)營具有重要意義。

幼林撫育是營林措施中的一個重要環(huán)節(jié)，適當?shù)挠琢謸嵊龑﹁駱渖L、林下植被多樣性具有重要作用[8]，常見的幼林撫育措施包括塊狀撫育和擴穴連帶撫育[9]。塊狀撫育不受地形條件限制，保土力強，且省工省時，多用于土壤沖刷嚴重的地區(qū)。擴穴連帶撫育的優(yōu)點及其適用范圍與塊狀撫育相似，撫育范圍較寬，對苗木生長影響更好，但使用勞動力較多。目前有關撫育措施對人工林及林下植被生長影響的研究已有很多。如林聲慶[10]采用不同撫育措施研究發(fā)現(xiàn)，擴穴連帶撫育處理下的桉樹人工林生長狀況優(yōu)于塊狀撫育和不撫育處理。林開敏等[11]研究認為塊狀撫育處理能夠提高杉木 (Cunninghamialanceolata) 的保存率, 有利于林木的生長，且比帶狀撫育處理省時省工，節(jié)省費用。馬祥慶等[12]采用不同撫育措施研究發(fā)現(xiàn)，擴穴連帶撫育改善了林地的水分物理性質(zhì)，其林地土壤水分物理性質(zhì)略好于塊狀撫育。已有的研究多將重點放在不同撫育后林木生長、林地土壤持水性和經(jīng)濟效益等方面，而對林木和林下植被生長動態(tài)變化的研究則較少。鑒于此，本研究選擇福建省華安縣的尾巨桉 (Eucalyptusurophylla×E.grandis) 人工林對采用不同撫育措施處理后3年生的尾巨桉人工林喬木層及林下植被生長進行調(diào)查，并對尾巨桉生長動態(tài)、林下植被種類、物種豐富度、群落蓋度、多樣性和均勻度等進行比較分析，選出最優(yōu)的撫育措施，為尾巨桉人工林的生產(chǎn)實踐提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省漳州市華安縣西陂國有林場，地處北緯25°11′，東經(jīng)117°40′。氣候類型屬南亞熱帶氣候，溫和多雨，夏季有暖濕的海洋性季風入侵。年平均氣溫20.4～21.3 ℃，極端最高氣溫39.5 ℃，極端最低氣溫-3.8 ℃。年日照時數(shù)為1 889.2 h，無霜期320 d，多年平均降雨量1 656 mm。地貌以山地、丘陵為主，地勢西北高，東南低，由西北向東南呈階梯狀遞減。土壤類型一般為紅壤和磚紅壤，成土母巖主要為花崗巖、閃長巖等。林業(yè)用地106 667 hm2，有林地92 000 hm2，天然林面積29 333 hm2，木材蓄積量380萬m3，森林覆蓋率達72%。主要植被有原生亞熱帶季雨林、常綠闊葉林、稀樹灌草叢等。

2 研究方法

2.1 試驗設計

試驗樣地選擇在華安縣西陂國有林場尾巨桉2代人工林林地，樣地的成土母質(zhì)、土層厚度、植被、坡度等立地條件一致，新造林的樹種一致。于2010年底經(jīng)過煉山，2011年4月營造尾巨桉無性系林分，造林密度1 660株/hm2。本試驗采用隨機區(qū)組設計，共設3個區(qū)組，第1區(qū)組海拔299 m、第2區(qū)組海拔308 m、第3區(qū)組海拔317 m，且3個區(qū)組均設置在中坡，坡向為東南方向。每個區(qū)組設置2種不同撫育措施，分別是塊狀撫育和擴穴連帶撫育。以不撫育為對照，共計9個試驗小區(qū)，樣地面積20 m × 20 m，具體見表1。

表1 不同撫育措施試驗設計Table 1 Experimental design of different tending measures

2.2 樣地調(diào)查

2.2.1喬木層生長量調(diào)查

在2011年10月、2012年4月、2012年10月、2014年4月對標準樣地內(nèi)林木進行每木檢尺，實測尾巨桉樹高 (h) 和胸徑 (DBH)。

林分材積量是林業(yè)生產(chǎn)單位最為關注的測樹指標，是林分平均樹高、平均胸徑等的綜合體現(xiàn)[13]。材積 (V) 按照黃建海[14]2006年編制出的漳州市桉樹二元立木材積公式進行計算，其方法見公式 (1)。

V=0.000 075 4

(-5.256 314 9+1.591 151 6DBH)1.449 105

(1.890 976+1.627 500h)0.974 065 95

(1)

生長量是指一段時期內(nèi)林地木材增長量，是評價林地生產(chǎn)力、經(jīng)營方式效果的重要指標，它能反應不同撫育措施后人工林生長的變化規(guī)律[15]。本試驗生長量依據(jù)前后2次調(diào)查的數(shù)值差得出。

2.2.2林下植被調(diào)查

對每塊標準地分別劃分5個2 m × 2 m的小樣方作為灌木樣方和草本樣方。2012年10月和2014年4月進行林下植被調(diào)查，調(diào)查樣方內(nèi)林下植被種類、數(shù)量、蓋度、頻度、平均高度等。

采用Margale豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)以及Pielou均勻度指數(shù)[16-18]來分析林下植被的數(shù)量特征，計算方法見公式 (2)～(4)。

Margalef豐富度指數(shù)(M)：

M=(S-1)/lnN

(2)

Shannon-Wiener多樣性指數(shù) (H)：

H=-∑[(Ni/N)ln(Ni/N)]

(3)

Pielou均勻度指數(shù) (J)：

J=H/lnS

(4)

式中：S為物種數(shù)；N為全部物種的個體總數(shù)；Ni為第i個物種的個體數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，應用單因素方差分析和最小顯著差法 (LSD) 進行差異顯著性檢驗。采用Origin 9.0軟件制圖。

3 結果與分析

3.1 不同撫育措施對尾巨桉人工林喬木層生長的動態(tài)影響

3.1.1不同撫育措施對林分生長量的動態(tài)影響

不同撫育措施對尾巨桉人工林喬木層生長影響見表2。由表2可知，不同撫育措施下尾巨桉人工林樹高存在顯著差異 (P< 0.05)。2011年10月，擴穴連帶撫育處理的尾巨桉樹高最高為3.58 m，與塊狀撫育和對照的差異均顯著 (P< 0.05)，分別比塊狀撫育和對照高4.07%和4.68%；2012年4月和2012年10月，擴穴連帶撫育處理的尾巨桉樹高依舊高于塊狀撫育和對照；到第3年，擴穴連帶撫育處理的尾巨桉樹高為13.49 m，與塊狀撫育和對照的差異均顯著 (P< 0.05)，分別比塊狀撫育和對照的高1.35%和7.40%。

不同撫育措施下尾巨桉人工林胸徑存在顯著差異 (P< 0.05)。2011年10月擴穴連帶撫育處理的尾巨桉胸徑最大為3.43 cm，與塊狀撫育和對照的差異也均顯著 (P< 0.05)，分別比塊狀撫育和對照大6.52%和7.19%。2012年4月和2012年10月，擴穴連帶撫育處理的尾巨桉胸徑依舊高于塊狀撫育和對照；到第3年，擴穴連帶撫育處理的尾巨桉胸徑為12.94 cm，與塊狀撫育和對照的差異均顯著 (P< 0.05)，分別比塊狀撫育和對照的大5.03%和9.66%。

不同撫育措施下尾巨桉人工林單株材積存在顯著差異 (P< 0.05)。造林前期2012年4月2種撫育措施下的尾巨桉人工林單株材積差異較小；2012年10月單株材積生長變化明顯，其中擴穴連帶撫育處理的尾巨桉單株材積最大為0.024 6 m3，分別比塊狀撫育和對照多13.36%和41.38%；到第3年，擴穴連帶撫育處理的單株材積為0.076 0 m3，分別比塊狀撫育和對照的單株材積多15.68%和31.26%。2011年10月—2014年10月尾巨桉人工林擴穴連帶撫育處理的林分生長量均高于其他撫育方式，具體生長量排序為：擴穴連帶撫育 > 塊狀撫育 > 對照，可見擴穴連帶撫育方式對尾巨桉人工林生長具有明顯促進作用。

表2 不同撫育措施尾巨桉人工林的生長量Table 2 Growth of E.urophylla × E.grandis plantation by different tending measures

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著 (P< 0.05)。

3.1.2不同撫育措施對尾巨桉人工林凈生長量的動態(tài)影響

由表3可知，不同撫育措施下的尾巨桉人工林樹高、胸徑和單株材積凈生長量存在明顯差異。2011年10月—2012年4月，除了塊狀撫育處理的尾巨桉樹高凈生長量略占優(yōu)勢外，尾巨桉胸徑和單株材積凈生長量最多的均為擴穴連帶撫育處理。2012年4月—2012年10月，尾巨桉人工林樹高和單株材積凈生長量最高的均是擴穴連帶撫育。2012年10月—2014年4月，擴穴連帶撫育處理的尾巨桉人工林胸徑和單株材積凈生長量依舊最高，胸徑分別比塊狀撫育和對照大10.09%和10.61%；單株材積分別比塊狀撫育和對照大16.82%和26.91%。

從2011年10月—2014年4月尾巨桉人工林樹高年平均增長情況表現(xiàn)為擴穴連帶撫育 > 塊狀撫育 > 對照，擴穴連帶撫育處理的樹高年平均增長量分別比塊狀撫育和對照的大0.28%和8.43%；尾巨桉人工林在3 a間的胸徑年平均增長規(guī)律與樹高一致，表現(xiàn)為擴穴連帶撫育 > 塊狀撫育 > 對照，擴穴連帶撫育處理的胸徑年平均增長量分別比塊狀撫育和對照的大4.53%和10.54%；單株材積年平均增長情況表現(xiàn)為擴穴連帶撫育 > 塊狀撫育 > 對照，擴穴連帶撫育處理的材積年平均增長量分別比塊狀撫育和對照大15.81%和31.55%。

表3 不同撫育措施尾巨桉林分的凈生長量Table 3 Net growth of E.urophylla × E.grandis plantation by different tending measures

3.2 不同撫育措施對尾巨桉人工林林下植被生長的動態(tài)影響

3.2.1不同撫育措施對林下植被種類的影響

林下植被主要由灌木、草本組成，灌草植物不僅以凋落物的形式為林地提供養(yǎng)分，而且還能為野生動物提供食物和棲息地，在促進整個系統(tǒng)物種多樣性方面發(fā)揮重大作用[3]。由表4可知，2種撫育措施對3年生尾巨桉人工林林下植被物種種類的影響不同，其中塊狀撫育處理的林下植被數(shù)量最大，為8種，灌木6種、草本2種，隸屬6科7屬；群落中含有禾本科 (Poaceae)，烏毛蕨科 (Blechnaceae)，山茶科 (Theaceae)，薔薇科 (Rosaceae)，鼠李科 (Rhamnaceae)，大戟科 (Euphorbiaceae)。擴穴連帶撫育處理尾巨桉人工林林下植被為7種，灌木2種、草本5種，隸屬于5科6屬；群落中含有禾本科，烏毛蕨科，山茶科，百合科 (Liliaceae)，菊科 (Asteraceae)。對照群落物種組成最少，僅為5種，灌木3種、草本2種，隸屬5科5屬；群落中含有禾本科，?？?(Moraceae)，薔薇科，苦木科 (Simaroubaceae)，葡萄科，菊科?？偟膩砜矗瑝K狀撫育處理林下植被數(shù)量最豐富。

表4 尾巨桉人工林林下植被名錄Table 4 List of undergrowth vegetation of E.urophylla × E. grandis plantation

3.2.2不同撫育措施對林下植被多樣性的動態(tài)影響

植被多樣性指標一般包括物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)，其中不同指數(shù)從不同角度體現(xiàn)物種多樣性的變化，成為衡量林內(nèi)生態(tài)因子對生態(tài)環(huán)境影響的重要指標[4]。由表5可以看出，2種撫育措施對尾巨桉人工林林下植被物種多樣性影響不同。2012年10月和2014年4月林下植被豐富度、群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)最大的均是塊狀撫育處理，擴穴連帶撫育次之，對照最低。這說明適度撫育有利于林地植被物種多樣性的提高。

表5 不同撫育措施下林下植被多樣性的動態(tài)變化Table 5 Dynamic of different tending measures on plant diversity under forest

2012年10月2種撫育措施的植被豐富度、群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)與第3年相比指數(shù)基本上保持原來的大小，只有小范圍的上下浮動。

4 結論與討論

撫育能給幼樹創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，滿足幼樹對水、氣、肥、熱的需求，從而促進幼樹的生長[19]。本研究采用2種撫育措施對尾巨桉林地進行處理，半年后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，擴穴連帶撫育處理的尾巨桉人工林生長狀況與塊狀撫育處理和對照相比具有明顯優(yōu)勢，且差異性達到了顯著水平 (P< 0.05)。從生長初期到第3年，擴穴連帶撫育處理的尾巨桉人工林生長均優(yōu)于其他撫育方式，樹高、胸徑和材積大小排序均為：擴穴連帶撫育 > 塊狀撫育 > 對照。造成這種現(xiàn)象的原因，一方面可能是由于擴穴連帶撫育可以很好地清除林地的雜灌和野草，減少養(yǎng)分的損失，另一方面撫育過程中將樹周圍的土壤全部松動，利于土壤肥力的釋放和水肥的下滲，便于尾巨桉根系伸展和發(fā)育，形成龐大的根系網(wǎng)，大大增強根系的呼吸作用，從而促進了尾巨桉植株的生長；塊狀撫育因撫育強度較小，僅除去苗木周圍70 cm × 70 cm的雜草，由于灌木、草本等的干擾及水肥的消耗，延緩幼樹生長[20]。徐明華[21]采用不同撫育技術措施研究發(fā)現(xiàn)，造林2 a后，擴穴連帶撫育處理下馬尾松 (Pinusmassoniana) 樹高和胸徑最大；6 a后，生長規(guī)律和2 a基本相同；到第10年，依舊是擴穴連帶撫育處理下的馬尾松人工林分生長最好，塊狀撫育處理次之，不撫育最差，也印證了本研究的觀點。

林下植被在人工林循環(huán)系統(tǒng)中充當一個庫源的角色，一方面對林地營養(yǎng)元素進行吸收和積累，以有機物的形式歸還給土壤，另一方面，有助于上層林木枯枝落葉的分解，提升養(yǎng)分歸還速率[2]。本試驗結果表明，2種撫育措施林下植被豐富度、群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)最大的均是塊狀撫育處理，其次是擴穴連帶撫育，對照最低。這可能是由于塊狀撫育處理后，絕大多數(shù)灌木、草本植物的地上部分被除去，其根系完好的保存在土壤中，因此灌草植物能快速恢復，形成喬灌草多層次分布的結構，提升人工林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[22]；擴穴連帶撫育經(jīng)過松土，多數(shù)灌木、草本連根除去，失去再生能力[23]。這與林開敏等[11]研究不同撫育措施對杉木林下植被的影響相似，即塊狀撫育林下植被的Shannon-wiener多樣性指數(shù) 、Simpson 多樣性指數(shù)均最高，帶狀撫育次之，不撫育最低。

本研究發(fā)現(xiàn)，擴穴連帶撫育林下植被多樣性不如塊狀撫育，但林分生長最優(yōu)，可能是因為擴穴連帶撫育林下植被的草本數(shù)量較多，占總數(shù)的71.43%。由于擴穴連帶撫育需要帶狀鋤草松土，在松土4 cm左右時，會切斷土壤表層的毛細管，提高土壤透氣性和透水性，加速地表層腐殖質(zhì)分解，便于釋放養(yǎng)分，提升水肥條件，有利于草本層生長，而草本植物吸收營養(yǎng)的95%以凋落物的形式歸還給土壤，大部分養(yǎng)分當年就可以歸還，且草本植物的凋落物很容易分解，因此養(yǎng)分歸還速度較快，利于尾巨桉人工林林分生長[24-25]。而塊狀撫育的林下植被以灌木為主，占植被總數(shù)的75.00%，灌木旺盛生長的同時會抑制草本植物生長，不利于養(yǎng)分的積累，同時由于灌木特有的鞭、根系統(tǒng)，扎根較深，會與目的樹種競爭水肥，與草本相比會抑制尾巨桉人工林的生長[26]。

通過對2種撫育措施下3年生尾巨桉人工林及林下植被生長的各項指標評價可以得出，以尾巨桉生長量為主因子時，擴穴連帶撫育最好，塊狀撫育次之，對照最低；以林下植被為主因子時，塊狀撫育最好，擴穴連帶撫育次之，對照最低。本試驗結論僅是基于撫育后3 a的調(diào)查數(shù)據(jù)得出的，只能說明不同撫育措施對尾巨桉人工林林分和林下植被生長的短期動態(tài)變化，可為其他樹種的相關研究提供參考，或為長期動態(tài)變化的研究提供基礎的試驗數(shù)據(jù)。但撫育對整個人工林生態(tài)系統(tǒng)的影響是復雜、持久的，需要進行長期、系統(tǒng)的觀測才能探究更為科學的機理。