于洋洋, 程 飛, 廖博一, 蔡泉星, 林俊平, 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.華安縣西陂國有林場，福建 漳州 363000)

林地清理是人工林經(jīng)營中的一道重要工序，利用不同林地清理方式，通過改變林地地表覆蓋狀況等改善林地衛(wèi)生環(huán)境，影響林地養(yǎng)分循環(huán)及土壤肥力，進而影響人工林及林下植被的生長[1].生態(tài)型的林地清理方式不僅可以增加林木的材積量，提高木材質(zhì)量，更能提升林下植被多樣性，顯著改變林分結構和林下物種的生態(tài)演替[2-3].而林下植被的改善不僅能夠增強林區(qū)表層土壤肥力，減少林地水土流失，促進人工林凋落物分解，還可以有效降低林分病蟲害的發(fā)生，維護生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，具有重要的生態(tài)學功能和群落學作用[4].因此，研究不同林地清理方式對實現(xiàn)人工林的可持續(xù)經(jīng)營意義重大.

目前有關不同林地清理方式對人工林及林下植被生長的研究主要是圍繞杉木(Cunninghamialanceolata)和馬尾松(Pinusmassoniana)展開的[5]，對桉樹(Eucalyptusrobusta)的研究較少.桉樹起源于澳大利亞，是桃金娘科(Myrtaceae)桉屬(Eucalyplus)植物的統(tǒng)稱，具有生長快、抗腐能力強、干形通直、出材率高等優(yōu)點，被世界各國廣泛引種種植，是世界三大速生造林樹種之一[6].但桉樹人工林經(jīng)營普遍追求短輪伐期和超短輪伐期，且大多單純追求經(jīng)濟利益的最大化而過度收獲林地木材，大大增加了人工造林對林分地上空間的破壞，減少造林前地被物的覆蓋，降低土壤營養(yǎng)物質(zhì)的積累量，所有這些不合理的經(jīng)營模式都將加劇桉樹人工林地生產(chǎn)力水平的下降，影響人工林生態(tài)系統(tǒng)的整體功能[7-8].鑒于此，本研究在福建省漳州市華安縣西陂國有林場，對不同林地清理方式對桉樹人工林及林下植被生長的影響進行3年研究，以篩選最優(yōu)的林地清理方式，為桉樹人工林經(jīng)營和管理提供依據(jù).

1 研究地區(qū)概況

試驗地位于福建省漳州市華安縣西陂國有林場(東經(jīng)117°40′，北緯25°11′)，為亞熱帶季風氣候，溫和多雨.年均溫21 ℃，無霜期320 d，年平均降水量1 620 mm，年平均蒸發(fā)量1 563.3 mm.海拔最高達1 005.8 m，最低在100 m左右.坡度為10°—25°.土壤類型為紅壤，土層深厚，肥力中等.成土母巖主要為花崗巖等[1].

2 方法

2.1 試驗設計

采用隨機區(qū)組設計，共設3個區(qū)組.第1區(qū)組海拔350.5 m，第2區(qū)組海拔274.5 m，第3區(qū)組海拔262.5 m，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5種不同林地清理方式處理，即全面清除處理、全樹收獲處理、商業(yè)收獲處理、采伐剩余物加倍處理和常規(guī)處理(表1)，共計15個試驗小區(qū).樣地面積20 m×20 m，2010年底進行不同林地清理方式處理.2011年4月營造尾巨桉無性系林分，造林密度1 660株·hm-2.種植后20 d，待側根、側枝新發(fā)出后進行第1次施肥，每株施尿素3～5 g，距株15～20 cm.2011年5月20日進行第2次施肥，每株施復合肥250 g；桉樹人工林種植第2年，于2012年5月20日每株施45%～48%的復合肥500 g，在樹冠滴水位挖長20 cm、寬15 cm、高20 cm的小穴，施肥后蓋土踩實.每年幼林撫育2次，分別在6月和10月.

表1 不同林地清理方式試驗設計Table 1 Experimental design of different ground clearance methods

2.2 喬木層生長量調(diào)查

于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，實測林木樹高、胸徑.

材積的計算按照黃建海[9]研制出的漳州市桉樹二元立木材積公式：

V=0.000 075 4×(-5.256 314 9+1.591 151 6d)1.449 105×(1.890 976+1.627 500h)0.974 065 95

2.3 林下植被調(diào)查

將每塊標準地劃分5個2 m×2 m的小樣方，2012年10月和2014年4月分別進行林下植被調(diào)查，調(diào)查樣方內(nèi)林下植被種類、數(shù)量、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)[10-12]分析林下植被的數(shù)量特征：

Margalef豐富度指數(shù)(R)=S-1/lnN

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)=-∑[(Ni/N)ln(Ni/N)]

Pielou均勻度指數(shù)(E)=H/lnS

其中，S為物種數(shù)；N為全部種的個體總數(shù)；Ni為第i個種的個體數(shù).

2.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 20軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，利用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著差法(LSD)進行差異顯著性檢驗.采用WPS軟件制圖.

3 結果與分析

3.1 不同林地清理方式對桉樹人工林生長的影響

3.1.1 不同林地清理方式對林分生長的影響 由表2可以看出，不同林地清理方式下桉樹人工林樹高、胸徑和單株材積存在明顯差異.造林半年后全面清除處理的桉樹人工林樹高最高，分別比常規(guī)處理、商業(yè)收獲、全樹收獲和采伐剩余物加倍提高4.68%、6.87%、6.87%和8.81%，且與另外4種處理的差異性達到顯著水平(P<0.05)；胸徑也以全面清除處理的桉樹人工林最大，分別比全樹收獲、常規(guī)處理、商業(yè)收獲和采伐剩余物加倍提高1.89%、1.89%、2.87%和3.86%.造林1.5年后商業(yè)收獲處理下樹高和胸徑存在明顯的生長優(yōu)勢，不同林地清理方式對樹高生長的影響表現(xiàn)為：商業(yè)收獲>采伐剩余物加倍>全樹收獲>全面清除>常規(guī)處理.胸徑生長大小表現(xiàn)為：商業(yè)處理>全樹收獲>常規(guī)處理>采伐剩余物加倍>全面清除，且商業(yè)收獲處理均與其他4種處理的差異性達到顯著水平(P<0.05).到第3年，商業(yè)收獲處理的樹高分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、全面清除和常規(guī)處理高5.43%、6.59%、11.49%和14.02%；商業(yè)收獲處理的胸徑分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、全面清除和常規(guī)處理提高4.36%、6.90%、8.22%和13.55%.造林前期不同林地清理方式下桉樹人工林單株材積差異小，之后材積生長變化明顯.到第3年，商業(yè)收獲處理的單株材積分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、全面清除和常規(guī)處理提高14.89%、21.37%、31.06%和46.35%.

表2 不同林地清理方式對桉樹人工林樹高、胸徑和單株材積生長的影響1)Table 2 Effects of different ground clearance on the tree height, DBH and individual volume of Eucalyptus plantation

1)同行不同小寫字母表示在P<0.05水平下達到顯著差異.

造林3年間桉樹的樹高年平均增長情況表現(xiàn)為：商業(yè)收獲(4.08 m)>全樹收獲(3.80 m)>采伐剩余物加倍(3.77 m)>全面清除(3.45 m)>常規(guī)處理(3.40 m).胸徑與樹高的年平均增長規(guī)律一致，表現(xiàn)為：商業(yè)收獲(3.64 cm)>全樹收獲(3.43 cm)>采伐剩余物加倍(3.35 cm)>全面清除(3.25 cm)>常規(guī)處理(3.06 cm).桉樹人工林單株材積年平均增長量也表現(xiàn)為：商業(yè)收獲(0.032 4 m3)>全樹收獲(0.028 1 m3)>采伐剩余物加倍(0.026 6 m3)>全面清除(0.024 5 m3)>常規(guī)處理(0.022 0 m3).表明商業(yè)收獲處理的桉樹人工林與其他處理相比具有明顯的優(yōu)勢.

3.1.2 不同林地清理方式對桉樹人工林凈生長量的影響 生長量是確定林木成熟年齡和采伐量的基本依據(jù)，也是評價林地生產(chǎn)力、經(jīng)營方式效果的重要指標，更能反映不同方式清理林地后人工林生長的變化規(guī)律[13].由表3可以看出，不同林地清理方式下桉樹人工林的樹高、胸徑和單株材積凈生長量存在明顯差異.造林半年到第1年，采伐剩余物加倍處理的桉樹樹高凈生長量最高為1.48 m，采伐剩余物加倍>全樹收獲>商業(yè)收獲>常規(guī)處理>全面清除.采伐剩余物加倍處理的桉樹胸徑和單株材積凈生長量最多，采伐剩余物加倍>商業(yè)收獲>全樹收獲>常規(guī)處理>全面清除.造林1年到1.5年，桉樹人工林樹高凈生長量最高的是商業(yè)收獲處理，為5.33 m，分別是采伐剩余物加倍、全樹收獲、全面清除和常規(guī)處理的1.06、1.12、1.15和1.16倍；胸徑凈生長量最高的是商業(yè)收獲處理，為5.38 cm，分別是全樹收獲、常規(guī)處理、采伐剩余物加倍和全面清除的1.15、1.22、1.26和1.36倍；單株材積凈生長量最高的也是商業(yè)收獲處理，為0.029 7 m3，分別是全樹收獲、采伐剩余物加倍、常規(guī)處理和全面清除的1.25、1.28、1.35和1.51倍.造林1.5年到第3年，桉樹人工林樹高凈生長量最高的仍是商業(yè)收獲處理，為4.54 m，分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、全面清除和常規(guī)處理提高5.58%、17.01%、21.72%和30.46%；胸徑凈生長量最大的是全面清除處理，為3.61 cm，分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、商業(yè)收獲和常規(guī)處理提高6.38%、8.40%、10.80%和36.52%；單株材積凈生長量最多的是商業(yè)收獲處理，為0.057 5 m3，分別是全樹收獲、采伐剩余物加倍、全面清除和常規(guī)處理的11.22%、20.29%、24.73%和57.53%.

表3 不同林地清理方式對桉樹林分樹高、胸徑和單株材積凈生長量的影響1)Table 3 Effects of different ground clearance on the net growth of tree height, DBH and individual volume of Eucalyptus plantation

1)T1：2011年10月—2012年4月.T2：2012年4月—2012年10月.T3：2012年10月—2014年4月.

3.2 不同林地清理方式對桉樹人工林林下植被生長的影響

3.2.1 不同林地清理方式對林下植被種類的影響 種類組成是植物群落最基本特征之一，也是群落結構和功能的基礎[14].林下植被通常包括林下的灌木、藤本和草本，在森林生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、森林微環(huán)境和植被演替等方面起著非常重要的作用[15].由表4、5可知，不同林地清理方式對3年生桉樹人工林林下植被種類的影響不同，商業(yè)收獲處理的林下植被最多，達10種，其中,灌木5種，藤本1種，草本4種，隸屬8科10屬.群落中含有禾本科、烏毛蕨科、山茶科、苦木科、薔薇科、鼠李科、葡萄科和菊科.全樹收獲處理物種共有7種，其中,灌木3種，藤本2種，草本2種，隸屬于6科6屬.群落中含有烏毛蕨科、葡萄科、鼠李科、薔薇科、菊科、大戟科.常規(guī)處理的群落物種組成共有6種，其中,灌木4種，草本2種，隸屬6科6屬.群落中含有禾本科、烏毛蕨科、苦木科、薔薇科、山茶科和大戟科.全面清理處理物種共有5種，其中,灌木2種，草本3種，隸屬4科5屬.群落中含有禾本科、牧草科、桑科和薔薇科.采伐剩余物加倍處理群落的物種組成最少，僅4種，其中,灌木3種，藤本1種，隸屬4科4屬.群落中含有葡萄科、桑科、苦木科和大戟科.可見，商業(yè)收獲處理的桉樹人工林林下植被種類最豐富.

表4 桉樹人工林林下植被主要名錄Table 4 The composition of understory vegetation of Eucalyptus plantation

表5 桉樹人工林林下植被分類Table 5 Classification of Eucalyptus understory vegetation under different ground clearance methods

3.2.2 不同林地清理方式對林下植物多樣性的影響 由表6可知，不同林地清理方式對桉樹人工林林下植物多樣性的影響不同，其中商業(yè)收獲處理的林下植被豐富度、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)均最大.造林1.5年，商業(yè)收獲處理的林下植被豐富度分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、常規(guī)處理和全面清除提高17.14%、56.01%、84.02%和88.77%；造林第3年，商業(yè)收獲處理的林下植被豐富度分別比全樹收獲、采伐剩余物加倍、常規(guī)處理和全面清除提高47.53%、75.74%、75.74%和118.76%.造林1.5年，商業(yè)收獲處理的群落蓋度分別比全樹收獲、全面清除、采伐剩余物加倍和常規(guī)處理提高9.88%、11.25%、12.66%和23.61%；造林第3年，商業(yè)收獲處理的群落蓋度分別比全面清除、全樹收獲、采伐剩余物加倍和常規(guī)處理提高7.50%、8.86%、13.16%和14.67%.由Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)可知，商業(yè)收獲處理群落的多樣性和物種分布的均勻度優(yōu)勢明顯.

表6 不同林地清理方式對林下植物多樣性的影響1)Table 6 Dynamic effects of different ground clearance on the diversity of understory vegetation

1)H1：2012年10月.H2：2014年4月.

造林第3年常規(guī)處理的群落蓋度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)與造林1.5年相比有一定的提高；造林第3年全面清除植被處理的Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)與造林1.5年相比也有一定程度的增加.除此之外，其他處理的林下植被豐富度、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)出現(xiàn)降低的趨勢.

3 討論

林地清理是營林生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)[16].本研究發(fā)現(xiàn)采用不同林地清理方式對桉樹人工林生長有較大影響，造林1.5年商業(yè)收獲處理的樹高、胸徑和單株材積存在明顯優(yōu)勢，隨著時間的增加，優(yōu)勢愈加明顯.到第3年，樹高、胸徑和單株材積的大小依次表現(xiàn)為：商業(yè)收獲>全樹收獲>采伐剩余物加倍>全面清除>常規(guī)處理.出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因為商業(yè)收獲僅取走了商業(yè)可以利用的干材和樹皮，無商業(yè)利用價值的其他有機物均留在原地，隨著時間推移，遺留的有機物開始慢慢分解、釋放，對地力起到了一定的維持作用，因此采用商業(yè)收獲處理的桉樹人工林生長狀況將會超過其他處理的桉樹人工林[17].這與林聲慶[18]關于不同林地清理方式下馬尾松(PinusmassonianaLamb)人工林初期生長量規(guī)律一致.常規(guī)處理桉樹生長最差，可能是煉山時跡地有機體幾乎全部被焚毀，只剩下少量的草木灰，土壤喪失采伐剩余物的覆蓋，使得生境變得惡劣；另外，土壤被火灼燒后有機質(zhì)受損，土壤膠體團聚能力下降，水穩(wěn)性團聚體含量也下降，加上坡度較大，煉山造林后地表松散，土體抗蝕性能大為降低，影響人工林植株的生長[19].張正雄[20]采用火燒法和散鋪法2種跡地清理方式對林地生境進行研究，發(fā)現(xiàn)火燒法處理后幼樹幼苗生長量下降，水土流失嚴重，不利于林地土壤肥力的維持，這與本研究結果一致.

翁賢權[21]認為加倍采伐剩余物處理的10年生二代杉木林生長最好；何宗明等[22]采用不同的立地管理措施對二代2年生杉木生長進行研究，發(fā)現(xiàn)加倍采伐剩余物處理的杉木人工林造林成活率、樹高、胸徑和單株生物量均最高.本研究采用不同林地清理方式發(fā)現(xiàn)3年生桉樹人工林樹高、胸徑和單株材積總生長量大小均變現(xiàn)為：商業(yè)收獲>全樹收獲>采伐剩余物加倍>全面清除>常規(guī)處理，商業(yè)收獲處理樹高、胸徑和單株材積3年總生長量分別是采伐剩余物加倍處理的1.08、1.09、1.22倍.不同林地清理方式下3年生桉樹人工林林下植被物種數(shù)量不同，其中采伐剩余物加倍處理的林下物種數(shù)量最少，僅4種.本研究結果發(fā)現(xiàn)采伐剩余物加倍處理的桉樹人工林生長情況并沒有達到預期的效果，這可能是因為采伐剩余物加倍處理的桉樹人工林使地表覆蓋度過高，抑制林地灌木草本植物生長，地被物保護的減少導致地表土壤在降雨時侵蝕嚴重，易造成水土流失，致使采伐物未發(fā)揮最大作用[23].

按照傳統(tǒng)的林地清理措施，營造人工林前一般先對林地進行全面清理，即煉山后造林[7].雖說這種傳統(tǒng)模式對提高造林效率有一定幫助，但該清理方式造成人工林林下植被生態(tài)環(huán)境的破壞，加劇了水土流失，土壤養(yǎng)分失衡，從而導致植被稀缺，生產(chǎn)力下降，使系統(tǒng)完全處于惡性循環(huán)，因此，選擇適合的林地清理方式對提高林下植被物種多樣性和人工林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義[24].本研究發(fā)現(xiàn)造林1.5年和第3年，商業(yè)收獲處理的林下植被豐富度、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)均表現(xiàn)為最大，這可能是因為商業(yè)收獲處理無過多人為干擾對林地造成破壞，能有效保存植物的繁殖體，使得原有群落多數(shù)物種得以保持.尤其是優(yōu)勢種，它們通常擁有極強的繁殖能力，在生存條件適宜時可快速恢復生長，重新占據(jù)林下空間.同時商業(yè)收獲后大量無商業(yè)利用價值的其他有機物全部堆放在原地，腐爛分解后，林地養(yǎng)分充足，有利于林下灌木藤本等的生長[17,25].總體來看，常規(guī)處理林下植被豐富度、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)均表現(xiàn)為最小，這與許生明[26]的研究結果一致.這可能是因為煉山后地表裸露，使原本受損的灌木、藤本和草本類植被經(jīng)雨水沖刷后更難恢復，導致林下植被多樣性減小[16].

造林3年與造林1.5年相比，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)出現(xiàn)降低趨勢.余雪標[27]研究發(fā)現(xiàn)，隨著桉樹人工林林齡的增大，林下植被物種豐富度下降，多樣性減小，與本研究結果一致.這可能是因為造林1.5年桉樹人工林冠層郁閉度較小，隨著樹齡的增加，冠層郁閉度增大，導致林下透光率減小，物種多樣性隨之減小[24].仲應喜[28]研究表明，3年生的杉木人工林林下植物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)與1年生相比均顯著下降；楊再鴻[29]研究發(fā)現(xiàn)，在桉樹幼林時期，由于陽生植物的侵入，林下植被數(shù)量逐步增加，到1.5年林下植物多樣性指數(shù)最高；隨著桉樹年齡增長，林分慢慢郁閉，林下的陽生植物生長受到抑制，植物多樣性指數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢，這也與本研究結果一致.

通過3年觀測和分析，結果表明桉樹人工林經(jīng)營過程中，不同林地清理方式對其生態(tài)穩(wěn)定性有較大影響，其中商業(yè)收獲處理的桉樹林分及林下植被生長最優(yōu).因此，今后對人工林進行林地清理時可在樹木砍伐后，將砍掉的樹冠與枝留在原地，只取走商業(yè)上可用的干材和樹皮，剩下其它有機物質(zhì)留在原地，為幼林生長提供良好的環(huán)境.