蔡世鋒

(福建省尤溪國(guó)有林場(chǎng)，福建 尤溪 365100)

根據(jù)不同物種之間生物學(xué)特性進(jìn)行復(fù)合經(jīng)營(yíng)，合理利用光能、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水資源等，從而提高林地生產(chǎn)力，是林業(yè)發(fā)展的趨向。香椿(Toonasinensis)是中國(guó)特有植物，人工栽培歷史悠久，過(guò)去多在房前屋后種植，主要傾向于食用和藥用，實(shí)際上香椿也是珍貴的用材樹(shù)種，速生，主干頂端優(yōu)勢(shì)明顯，端直，少有分叉[1]。木材具光澤，花紋美麗，材色紅潤(rùn)，堅(jiān)實(shí)又耐腐，素有“中國(guó)桃花心木”之美譽(yù)，是上等的家具、建筑及室內(nèi)裝飾優(yōu)質(zhì)用材[2-3]。多穗柯(Lithocarpuspolystachyus)是亞熱帶鄉(xiāng)土闊葉樹(shù)種，天然分布在長(zhǎng)江以南廣大地區(qū)，以福建省與江西省交界的武夷山脈分布最廣[4]。福建省建寧縣野生資源較多，當(dāng)?shù)乩闷淠廴~、嫩枝制作甜茶飲用歷史悠久，且蔚然成風(fēng)。已有研究表明：多穗柯甜味來(lái)自天然的根皮苷成分，歸屬于黃酮化合物中的二氫查耳酮，葉中含量高達(dá)12.6%[5]。傳統(tǒng)多用于清熱解毒、安神降壓等藥用，還有抗衰老等保健作用，是一種兼?zhèn)洳琛⑻?、藥的藥食同源植物，具有較高的開(kāi)發(fā)價(jià)值和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景[5-6]。以往對(duì)香椿研究更多關(guān)注食用和藥用方面[7-11]，也有一些栽培用材林的報(bào)道[12-13]；多穗柯更多報(bào)道其化學(xué)成分、活性物質(zhì)、功效等[14-17]，人工栽培研究較少[18-19]；有關(guān)香椿多穗柯復(fù)合經(jīng)營(yíng)尚未見(jiàn)過(guò)報(bào)道。本試驗(yàn)以培育香椿用材林木與采收多穗柯嫩葉、嫩枝非木質(zhì)資源相結(jié)合的經(jīng)營(yíng)模式，分析其生長(zhǎng)效應(yīng)和水源涵養(yǎng)能力，以豐富本地區(qū)復(fù)合經(jīng)營(yíng)組合，提高林分生產(chǎn)力和增強(qiáng)生態(tài)功能。

1 試驗(yàn)地概況

福建省建寧國(guó)有林場(chǎng)位于福建省西北邊陲的建寧縣境內(nèi)。建寧縣與江西省的南豐、黎川和廣昌縣接壤，處于武夷山脈中段，是福建省最大河流——閩江的源頭，森林肩負(fù)著涵養(yǎng)水源的重要責(zé)任。建寧縣高聳的武夷山脈阻擋了南下的冷空氣，冷空氣在此與北上暖濕氣流交匯，形成典型的亞熱帶山地季風(fēng)氣候。冬季氣候寒冷，極端最低氣溫-12.8 ℃，夏季晝夜溫差大，極端最高氣溫39.9 ℃，日較差達(dá)11 ℃以上。雨量充沛，年均降水量1822 mm，區(qū)域內(nèi)植被茂密，分布有多種武夷山脈所特有的生物群落，適合林木生長(zhǎng)，其地區(qū)性森林植被為常綠櫧類(lèi)半常綠櫟類(lèi)照葉林區(qū)。試驗(yàn)地設(shè)在福建省建寧國(guó)有林場(chǎng)嶺頭工區(qū)12林班51大班20小班，海拔400～550 m，西南坡，坡度20°左右，土壤為山地紅壤，土層厚度>1 m，pH 5.7，綜合立地質(zhì)量為較肥沃立地類(lèi)型(Ⅱ類(lèi)地)。主要植被有：蕨類(lèi)(Pteridiumaquilinum)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、淡竹(Phyllostachysglauca)、山蒼子(Litseacubeba)、鹽膚木(Rhuschinensis)等。前茬為杉木林，2012年皆伐。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3個(gè)處理，處理1：?jiǎn)我环N植香椿，標(biāo)記為XY(株行距3.0 m×3.0 m)；處理2：?jiǎn)我环N植多穗柯，標(biāo)記為KY(株行距1.8 m×1.8 m，多穗柯主干達(dá)到2 m后，在主干2 m處定干，截去2 m以上主干，控制樹(shù)高在3 m以?xún)?nèi)，通過(guò)修剪培育半球形樹(shù)冠)；處理3：香椿、多穗柯復(fù)合經(jīng)營(yíng)林分，標(biāo)記為XD(鑒于香椿和多穗柯均為喜陽(yáng)性樹(shù)種，為了緩和種間競(jìng)爭(zhēng)，香椿采取寬行距大規(guī)格定向培育用材林，而多穗柯則采取較大密度矮化作業(yè)方式，香椿株行距5.4 m×5.4 m，種間種植2株(行)多穗柯，多穗柯株行距1.8 m×1.8 m，多穗柯采取與處理2同樣定干、修剪、整形技術(shù)措施)。

2012年采伐跡地經(jīng)清雜后，選擇立地條件基本一致的同一坡面設(shè)置3個(gè)區(qū)組，每一區(qū)組內(nèi)設(shè)置面積均為20 m×20 m的小區(qū)3個(gè)。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行塊狀整地，穴規(guī)格均為50 cm×40 cm×30 cm，試驗(yàn)所用苗木均為建寧本地采集種子培育的1年生實(shí)生苗，2013年春季造林。幼林撫育均采取同樣的常規(guī)方法。

2.2 測(cè)定方法

造林當(dāng)年調(diào)查造林成活率，每年測(cè)定主要生長(zhǎng)因子。2019年底進(jìn)行全面測(cè)定，分樹(shù)種每木測(cè)定主要生長(zhǎng)因子。2018—2019年在春季對(duì)多穗柯各進(jìn)行1次嫩葉、嫩枝采收，現(xiàn)場(chǎng)稱(chēng)取鮮質(zhì)量，以測(cè)算嫩葉(枝)產(chǎn)量。冠幅面積(S)：S=1/4πab，冠長(zhǎng)率(L)：L=h/H，香椿單株材積(V)：V=0.00005276D1.882161H1.009317，

式中：a、b分別為南北向和東北向平均冠幅；h、H分別為平均冠長(zhǎng)、全樹(shù)高；D為平均木胸徑。

根據(jù)每一小區(qū)的平均胸徑、平均樹(shù)高各選擇1株標(biāo)準(zhǔn)株(相對(duì)誤差允許在±5%的范圍內(nèi))。采用分層切割法(1 m區(qū)分段)測(cè)定地上部分干材、枝、葉鮮質(zhì)量，再分別取一定量置于80 ℃的烘干箱中烘干至恒重，計(jì)算出各器官的生物量。另外稱(chēng)取一定量鮮葉樣品測(cè)定冠層最大持水量(W1，24 h浸水法，下同)。

在各標(biāo)準(zhǔn)地按“X”型，建立5個(gè)1 m×1 m小樣方，測(cè)定林下植被層生物量和最大持水量(W2)，同時(shí)測(cè)定小樣方內(nèi)凋落物量，再取一定量樣品測(cè)定最大持水量(W3)。

小樣方測(cè)定凋落物量后，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)建立1個(gè)土壤剖面，分層(20 cm為1層)取0～60 cm土樣，環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、土壤含水量和孔隙狀況，雙環(huán)刀法測(cè)定入滲速率，計(jì)算土壤貯水量(W4)：W4(t·hm-2)=10000HP，總水源涵養(yǎng)量(Wh)：Wh=W1+W2+W3+W4，式中：H為測(cè)定土層厚度(m)；P為非毛管空隙(%)[20]。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分生長(zhǎng)比較

不同處理8年生香椿、多穗柯生長(zhǎng)狀況測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，XY處理平均樹(shù)高9.15 m，平均胸徑9.51 cm，冠幅面積6.18 m2，冠長(zhǎng)率0.41，林分郁閉度0.62，單株立木材積為0.0341 m3，林分生長(zhǎng)狀況良好，但冠層單??；DY處理平均樹(shù)高3.12 m，平均胸徑6.18 cm，冠幅面積2.31 m2，冠長(zhǎng)率0.69，林分郁閉度0.65；XY處理和DY處理均表現(xiàn)為同層林，樹(shù)種單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。XD處理林分郁閉度0.79，香椿平均樹(shù)高9.21 m，平均胸徑10.34 cm，冠幅面積8.19 m2；多穗柯平均樹(shù)高3.14 m，平均胸徑6.53 cm，冠幅面積2.46 m2；林分呈現(xiàn)復(fù)層結(jié)構(gòu)，香椿位于林分上層，陽(yáng)光充裕，多穗柯處于下層，利用了上層香椿樹(shù)冠透入光照，可以滿(mǎn)足生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所需的光照條件。XD處理復(fù)合經(jīng)營(yíng)形成的復(fù)層結(jié)構(gòu)，林分覆蓋度較高，對(duì)降水截留會(huì)產(chǎn)生較大影響。

表1 不同處理林分生長(zhǎng)狀況

XD處理中香椿單株立木材積可達(dá)到0.0403 m3，XY處理香椿單株立木材積僅為0.0341 m3。XY處理中香椿雖然生長(zhǎng)迅速，但頂端優(yōu)勢(shì)明顯，極少分叉，枝葉比較稀疏，冠層單薄，林地覆蓋度較小，林下透光度較高，造成光能浪費(fèi)。另外，雖然香椿是陽(yáng)性樹(shù)種，但樹(shù)干如果長(zhǎng)時(shí)間受強(qiáng)光照射，易遭受日灼傷害，其樹(shù)干年輪寬窄也不勻，在縱軸方向出現(xiàn)偏差，致使木材質(zhì)量下降。復(fù)合經(jīng)營(yíng)林下生長(zhǎng)的多穗柯為上層香椿提供了側(cè)方庇蔭，對(duì)香椿干材生長(zhǎng)和質(zhì)量有積極影響。

XD處理中多穗柯與DY處理中多穗柯相比，經(jīng)營(yíng)密度大致相同，相應(yīng)增加了上層香椿的株數(shù)，形成了復(fù)層林分，生長(zhǎng)發(fā)育并不受到抑制，還有一定體量增加；由于人為控制樹(shù)高，兩者間平均樹(shù)高差異小，但平均胸徑增加5.7%，冠幅面積增加6.5%。據(jù)2018年、2019年春季對(duì)多穗柯嫩枝、葉鮮質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，XD處理中多穗柯嫩枝、葉平均鮮質(zhì)量2.54 kg·株-1·a-1，DY處理為2.48 kg·株-1·a-1，經(jīng)方差分析未達(dá)到顯著水平。表明香椿與多穗柯復(fù)合經(jīng)營(yíng)，未影響多穗柯嫩枝、葉鮮質(zhì)量。

3.2 地上生物量組成與分配

不同處理8年生林分地上部分生物量的組成與分配見(jiàn)表2。從表2可知，不同處理喬木層、平均木、林下植被層和凋落物層生物量都有差別。

表2 不同處理林分地上部分生物量

3.2.1 喬木層生物量 XY處理喬木層生物量13.22 t·hm-2，DY處理喬木層生物量20.17 t·hm-2。XD處理中，喬木層香椿生物量4.83 t·hm-2，占喬木層生物量的20.2%；多穗柯生物量19.05 t·hm-2，占喬木層生物量的79.8%。香椿、多穗柯復(fù)合經(jīng)營(yíng)達(dá)到培育香椿干材的同時(shí)，兼營(yíng)多穗柯非木質(zhì)資源的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。

3.2.2 平均木生物量 XD處理中，香椿平均木生物量為12.63 kg·株-1，其中干材、枝、葉分別占75.1%、13.5%、11.5%；XY處理中，香椿平均木生物量為14.22 kg·株-1，其中干材、枝、葉分別占75.2%、13.4%、11.4%；兩者各器官組成與分配比例基本相似，經(jīng)方差分析，兩者各器官生物量間未達(dá)顯著差異。

XD處理中，多穗柯平均木生物量7.51 kg·株-1，其中干材、枝、葉分別占48.5%、32.6%、18.9%，與香椿比，枝葉分配比重增加，這與控制多穗柯樹(shù)高有關(guān)；DY處理中香椿平均木生物量7.19 kg·株-1，其中干材、枝、葉分別占46.2%、33.8%、20.0%；各器官組成與分配比例基本相似，經(jīng)方差分析，兩者各器官生物量間未達(dá)顯著差異。

綜上表明，復(fù)合經(jīng)營(yíng)不僅沒(méi)有影響香椿或多穗柯單一樹(shù)種經(jīng)營(yíng)地上部分生物量，而且還提高了林分喬木層生物量，生長(zhǎng)效應(yīng)較好，是一種較理想的復(fù)合經(jīng)營(yíng)組合。

3.2.3 林下植被層和凋落物層生物量 林下植被和凋落物層都是森林生態(tài)系統(tǒng)的組成部分[21]，具有重要的生態(tài)學(xué)意義[22-23]。從表2可知，3種處理中均以XY處理林下植被層生物量最高，其次是XD處理；凋落物層生物量以DY處理最高，XD處理其次。這與各樹(shù)種生物學(xué)特性有關(guān)，也與經(jīng)營(yíng)株數(shù)和分解速率有關(guān)。XD處理林下植被層生物量和凋落物量都比較高，說(shuō)明復(fù)合經(jīng)營(yíng)所形成的異質(zhì)生物群落能夠容納更多物種和較高的生物量。

3.3 土壤水分物理性質(zhì)

土壤水分物理性質(zhì)是土壤肥力的重要因子，也是表達(dá)水源涵養(yǎng)能力的關(guān)鍵因子。不同處理土壤水分物理性質(zhì)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可知，XD處理0～20 cm土層土壤容重1.108 g·cm-3，非毛管孔隙5.47%，總孔隙40.93%，初滲、穩(wěn)滲分別為5.18、3.45 mm·min-1，均比XY處理、DY處理有所改善；20～40、40～60 cm土層土壤容重、非毛管孔隙、總孔隙度也有一定程度改善。表明香椿、多穗柯復(fù)合經(jīng)營(yíng)改善了土體結(jié)構(gòu)，土壤緊實(shí)度降低，更疏松、多孔，有利于根系生長(zhǎng)和蓄水。這與復(fù)合經(jīng)營(yíng)林地覆蓋度增加，林地更濕潤(rùn)，有利于根系伸展和擴(kuò)張有關(guān)，也與混合凋落物能夠提高分解速率有關(guān)。有利于降低地表徑流，提高水源涵養(yǎng)能力。

表3 不同處理土壤水分物理性質(zhì)

3.4 水源涵養(yǎng)能力

水源涵養(yǎng)能力是森林重要的生態(tài)功能之一。不同處理林分水源涵養(yǎng)能力重要指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可知，XD處理，林冠層、土壤層持水量分別1.91 、279.65 t·hm-2，林下植被層和凋落物層持水量分別為1.07、14.14 t·hm-2，總涵養(yǎng)量296.77 t·hm-2。林冠層、土壤層水源涵養(yǎng)能力高于XY、DY處理，林下植被層水源涵養(yǎng)能力低于XY處理，凋落物層水源涵養(yǎng)能力低于DY處理，總涵養(yǎng)量高于XY和DY處理。經(jīng)方差分析，總水源涵養(yǎng)量XD處理與XY處理間達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，其它處理間差異不顯著。表明復(fù)合林分具有較高的水源涵養(yǎng)能力，香椿、多穗柯復(fù)合經(jīng)營(yíng)不僅有明顯的生長(zhǎng)效應(yīng)，而且有利于發(fā)揮林分水源涵養(yǎng)能力。

表4 不同處理水源涵養(yǎng)能力 t·hm-2

4 小結(jié)與討論

我國(guó)人工林經(jīng)營(yíng)走多功能發(fā)展道路是一種趨勢(shì)。復(fù)合經(jīng)營(yíng)可以合理利用空間資源，提高生產(chǎn)力，增強(qiáng)生態(tài)功能。香椿、多穗柯復(fù)合經(jīng)營(yíng)通過(guò)合理配置和人工調(diào)節(jié)，可以構(gòu)建復(fù)層林分，在培育香椿用材林的同時(shí)，兼營(yíng)多穗柯非木質(zhì)資源。8年生復(fù)合林分無(wú)論是香椿，還是多穗柯生長(zhǎng)狀況良好，香椿單株材積可達(dá)0.0403 m3，多穗柯嫩葉、嫩枝鮮質(zhì)量平均達(dá)2.54 kg·株-1·a-1，土壤水分物理性質(zhì)得到改善，具有較高的水源涵養(yǎng)能力，總涵養(yǎng)量296.77 t·hm-2，高于香椿、多穗柯單一經(jīng)營(yíng)林分。李婷婷等[24]認(rèn)為，水源涵養(yǎng)林一般要求具有復(fù)層、冠長(zhǎng)率高、冠幅圓滿(mǎn)、樹(shù)種混交、灌草豐富的森林結(jié)構(gòu)。周東雄[25]在對(duì)杉木乳源木蓮混交林研究表明：良好的林分結(jié)構(gòu)和豐富的生物量是固土保水功能的基礎(chǔ)和前提。本試驗(yàn)表明，單一香椿經(jīng)營(yíng)從水源涵養(yǎng)層面分析并不理想，其冠長(zhǎng)率只有0.41。一般認(rèn)為水源涵養(yǎng)林，冠長(zhǎng)率>2/3較為理想[24]，雖然復(fù)合經(jīng)營(yíng)中香椿冠長(zhǎng)率0.40，多穗柯冠長(zhǎng)率0.68，不及相對(duì)應(yīng)的單一經(jīng)營(yíng)樹(shù)種，但復(fù)合經(jīng)營(yíng)形成的鑲嵌結(jié)構(gòu)發(fā)揮組合效益，提高整體冠層厚度，增強(qiáng)涵養(yǎng)水源能力。多穗柯屬于中性偏陽(yáng)樹(shù)種，隨著林齡增長(zhǎng)對(duì)光照強(qiáng)度要求增長(zhǎng)，應(yīng)該采取人為控制樹(shù)高，使得香椿冠層與多穗柯冠層間存在空間差，加上復(fù)合經(jīng)營(yíng)中降低了經(jīng)營(yíng)密度，香椿林下透光率可以滿(mǎn)足多穗柯生長(zhǎng)發(fā)育。