黃紅蘭，蔡軍火，彭 歡，張 露

(1.江西環(huán)境工程職業(yè)學院，江西 贛州 341000；2.江西農業(yè)大學林學院，江西 南昌330045；3.江西特色林木資源培育與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江西 南昌330045)

高效混交林的營造是當代營林發(fā)展的一個重要方向，提倡闊葉樹種和珍貴樹種的多樹種發(fā)展，依據(jù)樹種的生態(tài)位、種間關系與立地條件等因素營建復層混交林[1-2]。我國成功的針闊混交林經驗表明，灰木蓮(MagnoliaglaucaBlume)、毛紅椿[ToonaciliataRoem. var.pubescens(Franch.) Hand.-Mazz.]、火力楠(MicheliamacclureiDandy)、殼菜果(MytilarialaosensisLec)、頂果木(AcrocarpusfraxinifoliusWight ex Arn.)、降香黃檀(DalbergiaodoriferaT. Chen)、觀光木[Micheliaodora(Chun) Nooteboom & B. L. Chen]、紅椎(CastanopsishystrixMiq.)等優(yōu)良闊葉用材樹種，通過合理的混交模式，能消除針葉純林的弊端、明顯提高林分生產力、改善林地土壤肥力、增加物種多樣性、提高立地質量，以及在促進林分的穩(wěn)定、抑制病蟲害、保持水土、森林防火和景觀效果等方面均優(yōu)于針葉純林[3-15]。但是，由于混交林培育需要較長的周期，大多數(shù)混交林還處在試驗性階段，缺乏培育多樹種混交的成熟經驗[2]，尤其對珍貴闊葉樹種間的混交研究[8]。

毛紅椿是我國珍貴的鄉(xiāng)土用材樹種，其人工林及生長特性的研究[16-17]取得初步成果，在福建等地與杉木[Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.]、馬尾松(PinusmassonianaLamb.)的混交效果理想，1 ∶4混交比例佳，林地土壤肥力得到改良，在針葉林闊葉化改造中得到較好的應用[18-20]。然而，我國毛紅椿人工純林、混交林處在幼齡階段，培育技術體系尚不完善，與闊葉樹種的混交尤其少。為此，從2011年起，在江西贛州等地營造毛紅椿復層混交試驗林，定期跟蹤調查幼林生長，分析比較其在與觀光木、火力楠、殼菜果和無患子(SapindussaponariaLinnaeus)等不同闊葉樹種混交后的生長差異，探索適合南方林區(qū)瘠薄土壤山區(qū)的混交經營模式。

1 試驗地概況

試驗地位于江西省贛州市章貢區(qū)湖邊鎮(zhèn)湖邊村下安組(114°54′38″E， 25°53′12″N)，海拔110～125 m。該地屬亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫19.4 ℃，無霜期286 d，年平均日照時間1 888.5 h，年平均降水量1 494.8 mm。試驗林分位于5°～ 15°緩坡的下坡位，西南坡向，土壤為花崗巖發(fā)育的坡積母質黃紅壤，土層厚度60 cm 以上，土壤肥力瘠薄。

試驗地原林分為觀光木×白花泡桐[Paulowniafortunei(Seem.) Hemsl.]、火力楠×中華杜英[Elaeocarpuschinensis(Gardn. et Chanp.) Hook. f. ex Benth]與殼菜果×苦楝(MeliaazedarachL.)的闊葉混交林，林齡均為5 a，株行距 2.5 m×3 m，塊狀分布，每種混交類型各3塊，規(guī)格為(20～ 25) m×30 m，總面積約6 000 m2,林緣區(qū)域為灌叢、草地，面積約2 000 m2。原林分是基于改良土壤肥力而改造造林，改造措施如下：全部伐除針葉樹，保留孤立的鄉(xiāng)土樹種苦楝、白花泡桐、黧蒴錐(CastanopsisfissaRehder et E. H. Wilson)，對飛播的南嶺黃檀(DalbergiaassamicaBenth.)、銀合歡[Leucaenaleucocephala(Lam.) de Wit]實生優(yōu)樹實施間苗；栽植前種植穴施有機肥5 kg· 株-1。

2 研究方法

2.1 林分營造

2010年3月，對原林分進行結構改造，毛紅椿分別與上述優(yōu)勢樹種的闊葉混交林混交造林，帶狀混交，混交比例1 ∶4，株行距 2.5 m×3 m,于原混交林的林緣區(qū)域，新建無患子×毛紅椿同齡混交林(混交比例4 ∶1)與毛紅椿純林(CK)，按塊狀分布依不同林分間隔造林，分別設置3個重復，每塊(10～15) m×(23～ 30) m，約300 m2，共6塊,塊狀林間設置隔離帶，帶寬1.5～2 m，種植紅花檵木(Loropetalumchinensevar. rubrum Yieh)灌叢。毛紅椿、無患子裸根苗造林，苗木均為1年生的Ⅱ級以上實生苗木，株行距 2.5 m×3 m。造林當年，調查成活率，補植死亡苗木，林分的幼林撫育管理按常規(guī)方法。為方便統(tǒng)計，將林分按改造前的原林分與改造后林分予以區(qū)分，改造后林分有毛紅椿純林(CK)及無患子×毛紅椿(SsT)、觀光木×毛紅椿(MoT)、火力楠×毛紅椿(MmT)和殼菜果×毛紅椿(MlT)混交改造林。

2.2 林分調查與土壤取樣

在各塊狀林分中分別選設固定樣地，至少包含1行毛紅椿，規(guī)格10 m×20 m，共計15塊，用于喬木層樹種調查，并對樣地每木調查，起測徑階5 cm。在每個固定樣地的西南角選設5 m×5 m小樣方1個，用于灌木層樹種調查；在每個固定樣地的四個角及其樣地中心分別選設1 m×1 m小樣方1個，用于草本層樹種調查。2010年2月和2018年10月，對樣地、樣方進行林分因子調查與每木調查。

于2010、2019年的3月，連續(xù)晴天1周時取草本層固定小樣方的表層0～ 20 cm土壤，然后分別將同一固定樣地的5個小樣方土樣混均，按四分法取土用于土壤pH值及有機質、全氮、有效磷、有效鉀含量的檢測。2011—2018年10月初，每年觀察各固定樣地林分郁閉度(采用樹冠投影法測算)和毛紅椿的生長情況(實測胸徑、樹高)。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

固定樣地的毛紅椿立木總蓄積為該樣地毛紅椿總株數(shù)與其單株材積的乘積，其單株材積按范建華[19]的公式[V平均單株=0.000 052 76D1.882 161H1.009 317,式中：D為胸徑(cm)；H為樹高(m)]計算，其中,胸徑、樹高為對應樣地的實測平均值。對應計算各類型林分的年平均生長量、連年生長量。固定樣地其他樹種(毛紅椿之外)的立木蓄積采取二元材積法統(tǒng)計，樣地林分立木總蓄積為毛紅椿立木蓄積與其他樹種的累計蓄積之和。固定樣地林分的平均胸徑、樹高按不同樹種的平均胸徑、樹高加權累加計算而得，某樹種加權系數(shù)是該樹種蓄積占林分總蓄積的百分比。固定樣地林分定期總生長量分別為調查年度的平均胸徑、平均樹高和總蓄積，包括改造前的第5年間的總生長量和改造后第8年間的總生長量，其年平均生長量為對應調查年度的定期總生長量除以林齡計算所得，兩次定期總生長量的增加值除以改造時間(8 a)，為其改造林分的平均增長速率。此外，混交林的樹種組成按各樹種立木蓄積占所測林分總蓄積比例的十分法計核，當某樹種立木蓄積占比為2%～5%，該樹種前標記“+”號，而占比小于2%時，則標記“-號”。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析用Excel和SPSS 20.0軟件處理，方差分析的差異顯著水平設置為a=0.05。

3 結果與分析

3.1 不同混交改造林分的結構差異

改造前，原林分的層次結構均較簡單，以喬木層和草本層為主，灌木層樹種少，零星散生桂花[Osmanthusfragrans(Thunb.) Loureiro.]或日本晚櫻[Cerasusserrulatavar.lannesiana(Carri.) Makino]，且長勢極差。MoT原林分的喬木層優(yōu)勢樹種是觀光木、白花泡桐，主要伴生樹種有紅豆杉[Taxuschinensis(Pilger) Rehd.]、南嶺黃檀，樹種組成為9觀+1泡-紅；MmT原林分喬木層優(yōu)勢樹種有火力楠、中華杜英，主要伴生樹種有虎皮楠[Daphniphyllumoldhami(Hemsl.) Rosenth.]、南嶺黃檀，樹種組成為7火+2中+1虎；MlT原林分的喬木層優(yōu)勢樹種有殼菜果、苦楝和白花泡桐，主要伴生樹種有黧蒴椎、南嶺黃檀和銀合歡，樹種組成為4殼+2苦+2白+1黧+1銀。原林分草本層以闊葉雜草為主，種類不多，例如雞眼草[Kummerowiastriata(Thunb.) Schindl.]、鴨跖草(CommelinacommunisL.) 和銹毛莓(RubusreflexusKer) 等，存在一定的種類差異。CK和MmT原林分為草叢，位于上述林分的林緣，種植麥冬[Ophiopogonjaponicus(L. f.) Ker-Gawl]，白茅[Imperatacylindrica(L.) Beauv.]、馬塘[Digitariasanguinalis(L. ) Scop.]和烏蘞莓[Cayratiajaponica(Thunb.) Gagnep.]侵入后，草本層優(yōu)勢種為麥冬和白茅，主要伴生種有馬塘、烏蘞莓。

8 a林齡的混交改造林分，與原林分相比，喬木層樹種組成發(fā)生較大的變化:SsT混交改造林分的樹種組成是6無+4毛;MoT的是6觀+3毛+1泡;MmT的為6火+3毛+中+虎+南;MlT的是6殼+1毛+1苦+1白+1黧。改造后林分的層次、結構趨向復雜，但灌木層與草本層的樹種組成變化不大。

3.2 不同混交改造林分土壤質量的差異

原林分(含草地)的土壤常規(guī)檢測結果顯示，各林分間的各檢測指標未見明顯差異(表1) 。與建議標準相比，林地土壤的氮、磷養(yǎng)分元素均較嚴重缺失，表明原林分5 a間的生長，土壤肥力貧瘠情況未見明顯轉變。混交改造后的 8 a定期檢測中，土壤有機質、全氮、有效磷及有效鉀含量均比原林分明顯提高，其中，MoT和MmT混交模式對林地土壤的改良效果最好，部分樣地土壤的氮、磷含量接近建議標準的范圍?？梢?，經復層混交的8 a間，不同混交林分的土壤質量均得到明顯提高，達到較好的土壤改良效果。對改造前后林地土壤相同指標進行配對檢驗(表2) ，改造前后的差異極顯著(t0.025=18.63～58.75，P=0.000) ，且混交改造后不同林分的土壤有機質、全氮含量間的差異達顯著水平(表3)。

表1 不同林分改造前后的土壤成分Table 1 Soil composition of different forests before and after transformation

表2 林分改造前后的土壤成分配對檢測Table 2 Paired detection of soil composition before and after forest transformation

表 3 林分改造前后的土壤常規(guī)指標方差分析Table 3 Variance analysis of conventional indicators of forest soil before and after forest transformation

3.3 不同混交改造林分對毛紅椿生長的影響

改造前與改造后林分生長變化見表4。改造前,林分立木的平均胸徑、樹高和林分總蓄積分別在3.8～4.2 cm、3.3～3.8 m和5.66～8.45 m3· hm-2之間，混交改造后，林分立木的平均胸徑、樹高和林分總蓄積分別在8.7～11.4 cm、7.8～11.3 m和27.43～81.75 m3· hm-2之間。表明經不同混交改造后，林分的生長得到提高。

表4 林分結構及其生長的變化Table 4 Changes in stand structure and growth

3.3.1 對胸徑生長的影響 與不同闊葉樹種混交改造后，隨林齡的增長，毛紅椿平均胸徑呈“快-慢”的變化趨勢。經方差分析與多重比較，各林分,4～8 a林齡毛紅椿平均胸徑均達顯著差異，但大多未到生長高峰期(表5)。與CK相比，在MoT、MmT混交改造林分中，毛紅椿于5～6 a林齡開始進入主林層，在6～7 a林齡出現(xiàn)了第1個小生長高峰期，各林齡毛紅椿平均胸徑均優(yōu)于CK， 8 a林齡毛紅椿平均胸徑分別達12.1、12.7 cm，比CK分別增長了19.8%、25.7%，毛紅椿胸徑生長明顯。 SsT、MlT混交改造林分中，各林齡毛紅椿平均胸徑均低于CK， 8 a林齡毛紅椿平均胸徑分別比CK低5.9%、30.7%，混交效果差，對毛紅椿胸徑生長有不同程度的抑制作用。其中，SsT混交改造林分中，毛紅椿平均胸徑經由 2～4 a較低的增速至后期趨于同時期CK增速的變化，但因其生長速度快于無患子，毛紅椿基本保持在林分主林層，表明該混交改造模式對毛紅椿生長存在抑制的可能性；MlT混交改造林分中，則先經 2～4 a保持與CK基本一致的增速生長后，5 a 林齡毛紅椿退至亞林層， 5～8 a林齡毛紅椿的胸徑處于慢速增長階段中，后期受殼菜果的嚴重抑制而滯長，胸徑生長尤為緩慢。

表5 毛紅椿胸徑的年生長變化Table 5 Annual growth changes in average breast diameter of T. ciliata

3.3.2 對樹高生長的影響 不同混交改造林分中毛紅椿的樹高生長及其年變化見表6。隨林齡增加，毛紅椿平均樹高的增速基本均呈“快-慢”的變化趨勢，于2～5 a間快速增長，隨后增速不同程度地減慢，各林分，不同林齡的毛紅椿樹高均達顯著差異。MoT、MmT混交改造林分中毛紅椿的樹高生長明顯好于CK，在改造的第5～6年，毛紅椿開始進入主林層，約于5.5、6 a林齡時，林分郁閉度高達0.8，隨后生長緩慢， 8 a林齡毛紅椿平均樹高分別達12.7、12.5 m，比CK分別增長了22.1%、20.2%。而SsT、MlT混交改造林分中毛紅椿的樹高生長則均低于CK，混交受到抑制，隨著林齡增長，差距進一步拉大。其中，SsT混交改造林分中，毛紅椿樹高生長在前期(4～6 a)低于CK同時期的增速，到后期反超 CK同時期的增速， 8 a林齡毛紅椿平均樹高達8.8 m, 比CK降低了15.4%；而MlT混交改造林分則抑制了毛紅椿的樹高生長，改造的3 a 林齡毛紅椿的高生長優(yōu)勢被趕超而退居亞林層，至5 a 林齡毛紅椿林分充分郁閉之后，其高生長幾乎停止，8 a林齡毛紅椿的平均樹高最低，僅7.3 m。

表6 毛紅椿平均樹高的年生長變化Table 6 Annual growth changes in average stand height of T. ciliata

3.3.3 對材積生長的影響 不同混交改造林分中毛紅椿的單株材積生長見表7。各林分，毛紅椿的單株材積生長均處在增長期，但年生長增加趨勢顯現(xiàn)了較大的分異變化。在SsT混交改造林分中，毛紅椿平均單株材積隨林齡呈較平穩(wěn)增速變化，但增速比CK慢， 8 a林齡的毛紅椿單株材積比CK低 24.8%，生長效應表現(xiàn)為抑制可能型。 MlT混交改造林分中， 2～4 a 林齡毛紅椿單株材積保持正常的生長表現(xiàn)，隨后受殼菜果的上層冠層優(yōu)勢壓制而極度滯漲，毛紅椿的生長極差，8 a林齡的毛紅椿平均單株材積比CK低64.9%，即表現(xiàn)為后期明顯抑制型。MoT、MmT混交改造林分中，不同林齡的毛紅椿平均單株材積生長量均優(yōu)于CK，處在所有混交改造林分的前列，對毛紅椿生長表現(xiàn)為促進效應，于4～6 a林齡快速增長，隨后增速略減緩，8 a林齡毛紅椿平均單株材積分別達0.074 9、0.080 7 m3，分別比CK提高了71.8%和85.1%，生長速度較快，年平均生長量達0.009 4 m3以上，比CK高71.8%以上。

表7 毛紅椿平均單株材積的年生長變化Table 7 Annual growth changes of average volume per stand of T. ciliata

3.4 不同混交改造林分對郁閉度的影響

林分郁閉度是指森林中喬木樹冠遮蔽地面的程度，是指示林分光照條件、林分密度及其評價林分質量的主要指標。原林分與混交改造林分郁閉度的年變化見表8。不同混交改造林分的原林分郁閉度程度比較一致， 在0.27～0.28之間；混交改造后，1～8 a林齡混交改造林分的郁閉度分別在0.11～0.72(CK)、0.10～0.56(SsT)、 0.34～0.89(MoT)、0.34～0.85(MmT)、0.32～0.89(MlT)，均值在0.24～0.78之間。表明經不同混交改造后，林分的生長環(huán)境得到改善。

表8 改造前后不同林分的郁閉度Table 8 Canopy densities of different forests before and after forest transformation

試驗林地土壤貧瘠，4 a林齡CK毛紅椿胸徑才達其起測徑階，明顯低于林地質量好的同齡林分生長狀況。1～3 a間，因數(shù)量少和基本處在其余樹種的林冠下，可忽略其對混交林分的郁閉度貢獻。假設混交樹種的生長均穩(wěn)定，與混交效果良好的前提下，4 a 林齡毛紅椿開始進入林分主林層，之后的混交林郁閉度將會有較大的增幅。這一假設在MmT、MoT混交改造林分中有良好的驗證。毛紅椿早期耐陰，混交林林下的遮陰環(huán)境利于毛紅椿幼齡林木早期快速生長，可促進其從更新層進入主林層。然而，在MlT混交改造林分中，殼菜果的前期遮陰下毛紅椿速生優(yōu)勢正常，但當達 5 a及之后， 10 a林齡殼菜果的高生長完全突破毛紅椿冠層層次占據(jù)到了主林層后，一直保持生長的優(yōu)勢，導致毛紅椿的后續(xù)生長受到過度抑制。而SsT改造林中，無患子生長速度慢，毛紅椿因此保持其主冠層的生長優(yōu)勢，但落后于CK的生長表現(xiàn)。這可能因無患子屬落葉樹種，且進入生殖初期，導致該林地枯落物少于CK，從而對土壤的改良效果較差。KOUTIKAetal[21]和GODINHOetal[22]研究也指出大量枯落物歸還可改良土壤。可見，當選擇與毛紅椿種間關系表現(xiàn)良好的闊葉樹種，調整合適的混交時間，與中郁閉度的林分混交，可形成促進毛紅椿成為優(yōu)勢樹種的良好生長效應的有利空間格局。

4 討論與結論

毛紅椿早期速生良好，可作為更新層的先鋒樹種，高優(yōu)先生長特性使其占據(jù)林冠主林層，成為毛紅椿分布區(qū)天然次生闊葉混交林的優(yōu)勢樹種之一[23]。研究中，CK與不同混交改造林分之間的毛紅椿胸徑、樹高生長差異顯著，其中MmT、MoT混交改造林分中毛紅椿生長良好，2～ 8 a林齡的毛紅椿樹高與胸徑生長優(yōu)于CK，且均處在生長表現(xiàn)的前列，隨林齡增加基本呈“快-慢”的變化趨勢，并表現(xiàn)為樹高的生長節(jié)律優(yōu)先(于5～6 a林齡林木達樹高生長高峰)，胸徑生長有一定的滯后性(于6～7 a林齡林木達胸徑生長高峰)。表明了MmT、MoT混交改造林分中毛紅椿種間競爭的主導優(yōu)勢，這一優(yōu)勢同時有利于毛紅椿材積增加。由范建華[19]核算的毛紅椿材積公式可知，因胸徑幕指數(shù)高于樹高幕指數(shù)，隨著毛紅椿占據(jù)主林層，冠幅空間得以充分釋放，胸徑因而加大增速，不僅提高其單株材積，也有利于培育毛紅椿大徑級用材。CK及不同混交改造林分中的毛紅椿單株材積處在增長速率期，這一現(xiàn)象分別與余林等[24]、徐海寧等[25]的研究結果一致。此外，前人研究認為毛紅椿種內競爭促進樹高生長[18-19]，但本研究尚未得到驗證，究其原因，可能是試驗林地土壤貧瘠，在調查年度(2～ 8 a)，8 a林齡CK郁閉度屬中等水平，雖然種內競爭的壓力大，出現(xiàn)了較顯著的林木分化，但還未進入競爭激烈化的狀態(tài)。

國外研究指出，混交林對土壤、根系及其物種多樣性等方面隨林齡、林分結構有不同程度的影響，有正面或負面的影響[26-28]。國內報道毛紅椿與針葉樹種混交林研究中，不利于毛紅椿生長的不多。例如，前人研究杉木×毛紅椿混交林，出現(xiàn)因杉木的側方庇蔭對毛紅椿形成了脅迫，在競爭中促進了杉木、毛紅椿的樹高生長，但因杉木高生長優(yōu)勢明顯，并不利于毛紅椿占據(jù)主林層[18]。研究中MlT混交改造林分出現(xiàn)了物種間的樹高交替競爭后，殼菜果最終進入主林層，出現(xiàn)不利于毛紅椿逆轉的局面。觀察還發(fā)現(xiàn)，MlT混交改造林分會比CK與SsT混交改造林分更早進入首次撫育間伐期。至于撫育間伐，以及間伐后的林分生長表現(xiàn)及種間關系的后續(xù)變化，待繼續(xù)調查研究。