江上喜

(福建省順昌埔上國(guó)有林場(chǎng), 福建 順昌 353205)

林分密度調(diào)控是提高人工林生產(chǎn)力與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要經(jīng)營(yíng)措施之一[1]。合理的造林密度可提高林分養(yǎng)分循環(huán)速率，增強(qiáng)林分生產(chǎn)力，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[2]。林下植被是林分生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，對(duì)林分有效養(yǎng)分分配及林地土壤肥力變化具有重要影響[3]。林分密度是影響林下植被生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素之一。丁凱等[4]研究表明，林分密度與林下植被生物量具有顯著相關(guān)性，而林下植被生物量又顯著影響土壤理化性質(zhì)。林分冠層結(jié)構(gòu)是林分生態(tài)系統(tǒng)在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中為適應(yīng)環(huán)境變化以及提高群體光合效應(yīng)而形成的一種生態(tài)對(duì)策。不同的林分冠層結(jié)構(gòu)會(huì)形成不同的林內(nèi)光環(huán)境，進(jìn)而影響林木生長(zhǎng)和林下植被分布[5]。

杉木(Cunninghamialanceolata)是我國(guó)南方優(yōu)良速生樹(shù)種。不合理的林分管理措施導(dǎo)致杉木林地力日益衰退、土壤酸化。李曉燕等[6]研究表明，杉木生長(zhǎng)不僅與良種水平存在一定關(guān)系，還與造林密度密切相關(guān)。合理的造林密度能夠維持地力、優(yōu)化杉木人工林的生態(tài)功能。近年來(lái)，有關(guān)林分密度對(duì)杉木生長(zhǎng)[7-8]、林下植被多樣性[9-10]、碳儲(chǔ)量[11]等影響的研究已見(jiàn)報(bào)道，但相關(guān)研究多集中在中齡林、近熟林階段，對(duì)幼齡林的研究相對(duì)較少。因此，本文以不同造林密度6年生‘洋020’杉木無(wú)性系幼林為研究對(duì)象，分析其林分生長(zhǎng)、林內(nèi)光環(huán)境及林下植被生物量差異，以期為‘洋020’杉木優(yōu)良無(wú)性系的高效培育提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)林位于福建省順昌埔上國(guó)有林場(chǎng)福介洋管護(hù)站44林班53大班010小班 (117°46′E,26°55′N(xiāo))。該區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年均氣溫18.6 ℃，年均降水量1 882 mm，無(wú)霜期229 d，平均相對(duì)濕度81%，平均海拔150～225 m。研究區(qū)屬低山丘陵地貌，土壤為山地紅壤，土層厚度1 m以上，土壤較肥沃；坡向北，坡位中坡，坡度28°～34°，海拔237 m。試驗(yàn)林林下植被草本層主要有烏蕨(Odontosoriachusana)、芒萁(Dicranopterisdichotoma.)、烏毛蕨(Blechnumorientale)、半邊旗(Pterissemipinnata)和淡竹葉(Lophatherumgracile)等。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置3個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組5個(gè)處理，造林密度分別為833、1 667、2 500、3 333、6 666株·hm-2，株行距分別為3 m×4 m、3 m×2 m、2 m×2 m、2 m×1.5 m、1 m×1.5 m，共計(jì)15塊固定樣地。每塊樣地面積為25 m×25 m，樣地間種植2排火力楠為隔離帶。2017年3月上旬造林，苗木為福建省洋口國(guó)有林場(chǎng)提供的1年生‘洋020’杉木無(wú)性系扦插苗?！?20’杉木無(wú)性系是經(jīng)過(guò)良種審定，并在全國(guó)杉木產(chǎn)區(qū)推廣的優(yōu)良無(wú)性系(審定編號(hào)：閩R-SC-CL-012-2008)。為保證各試驗(yàn)地立地條件基本一致，移除采伐剩余物后挖暗穴造林，穴規(guī)格為40 cm×40 cm×30 cm。造林當(dāng)年5月中旬及10月中旬各鋤草1次，造林第2年及第3年5月中旬及10月中旬各劈草1次。2017年11月下旬對(duì)各樣地進(jìn)行補(bǔ)植，確保林分密度不變。

2.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

2.2.1 生長(zhǎng)指標(biāo) 2022年7月對(duì)各樣地杉木進(jìn)行每木調(diào)查。其中，胸徑采用圍徑尺測(cè)量，樹(shù)高、枝下高采用超聲波測(cè)高測(cè)距儀(Vertex Ⅳ)測(cè)量，冠幅采用伸縮標(biāo)桿測(cè)量。

2.2.2 林下植被生物量 采用5點(diǎn)取樣法，在每塊樣地取左上、右上、左下、右下、中部5個(gè)1 m×1 m的小樣方，通過(guò)全部收獲法獲取小樣方內(nèi)地上部分林下植被，稱(chēng)取鮮物質(zhì)量并記錄；分別采集各樣品500 g，帶回實(shí)驗(yàn)室于85 ℃下烘干至恒重，計(jì)算林下植被單位面積的干物質(zhì)量。

2.2.3 林冠指數(shù) 2022年7月中旬傍晚16：00～18：00，用45°遮蓋帽植物冠層分析儀(LAI-2200C)測(cè)定林冠上、下透射光線。在樣地外空曠無(wú)遮擋環(huán)境下選取1個(gè)A點(diǎn)作為林冠上層數(shù)據(jù)，在每個(gè)樣地內(nèi)以“S”型選取9個(gè)B點(diǎn)作為林冠下層數(shù)據(jù)，A、B兩點(diǎn)高度約1 m。測(cè)定時(shí)確保探頭保持水平，每個(gè)樣地不超過(guò)15 min。通過(guò)儀器輻射轉(zhuǎn)移模型自動(dòng)計(jì)算葉面積指數(shù)(leaf area index, LAI)、天空開(kāi)度(diffuse none-interceptance, DIFN)以及平均葉傾角(mean leafangle, MTA)。

2.3 統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 27.0進(jìn)行單因素方差分析以及Person相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 造林密度對(duì)杉木幼林生長(zhǎng)的影響

從表1可以看出，隨著造林密度的增大，杉木幼林平均胸徑、樹(shù)高、枝下高總體呈先升高后降低的趨勢(shì)，其中3 333株·hm-2林分最大；平均冠幅隨造林密度的增大呈先下降后升高又下降的趨勢(shì)，其中3 333株·hm-2林分最大。單因素方差分析表明，3 333和6 667株·hm-2林分平均胸徑差異顯著(P<0.05)，833、3 333株·hm-2林分與6 667株·hm-2林分平均冠幅差異顯著，833與3 333株·hm-2林分平均枝下高差異顯著，各造林密度林分平均樹(shù)高差異均不顯著(P>0.05)。

表1 不同造林密度下杉木幼林生長(zhǎng)指標(biāo)比較1)

3.2 造林密度對(duì)杉木幼林林下植被生物量的影響

從圖1可以看出，杉木幼林林下植被生物量隨造林密度的增大呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，且除833株·hm-2林分外，其他造林密度林分間差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。其中，1 667株·hm-2林分林下植被生物量最大，達(dá)8.69 t·hm-2；6 666株·hm-2林分最小，僅1.93 t·hm-2。

圖1 不同造林密度下杉木幼林林下植被生物量比較

3.3 造林密度對(duì)杉木幼林冠層結(jié)構(gòu)的影響

LAI、DIFN分別表示林木單位面積的葉片面積及天空被林冠遮擋的面積。LAI和DIFN作為森林冠層結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，均能反映林冠對(duì)光能的利用以及林下光照的分布情況[12]。從表2可以看出，不同造林密度杉木幼林LAI、DIFN和MTA分別在0.70～2.48、0.23～0.59和35.32°～51.85°之間。其中，LAI隨著造林密度的增大呈逐漸升高的趨勢(shì)，且6 666株·hm-2林分LAI顯著高于833、1 667、2 500株·hm-2林分；DIFN隨造林密度的增大呈逐漸降低的趨勢(shì)，其中833株·hm-2林分最高(0.59)，且與3 333、6 666株·hm-2林分差異達(dá)顯著水平；MTA隨造林密度的增大呈先降低后升高再降低的趨勢(shì)，但不同造林密度林分間差異不顯著。

表2 不同造林密度下杉木幼林林冠指數(shù)比較1)

3.4 杉木幼林各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

從表3可以看出，杉木幼林造林密度與LAI呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與DIFN、林下植被生物量呈極顯著負(fù)相關(guān)；LAI與DIFN、林下植被生物量呈極顯著負(fù)相關(guān)； DIFN與林下植被生物量呈極顯著正相關(guān)；胸徑與樹(shù)高呈極顯著正相關(guān)。

表3 杉木幼林各指標(biāo)間的相關(guān)性1)

4 討論與結(jié)論

4.1 不同造林密度下杉木幼林生長(zhǎng)差異

密度管理是人工林高效培育技術(shù)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要措施，合理的造林密度是林木獲取養(yǎng)分資源和生存空間的保證[13]。林分郁閉前，杉木幼林生長(zhǎng)主要取決于苗木質(zhì)量以及立地條件等因素，林分密度的影響相對(duì)較小[14]；而相同立地條件下，郁閉后杉木幼林生長(zhǎng)則會(huì)受到造林密度的直接影響[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，杉木幼林平均樹(shù)高、胸徑隨造林密度的增加總體上呈先升高后降低的趨勢(shì)；平均冠幅則呈先降低后升高再降低的趨勢(shì)。這主要由于低密度林分(833株·hm-2)中杉木與林下植被對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)于激烈，從而抑制樹(shù)高與胸徑的生長(zhǎng)；而高密度杉木林(6 666株·hm-2)因林分過(guò)早郁閉，種內(nèi)對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)增強(qiáng)，資源空間減少，使得杉木對(duì)資源的獲取逐漸不成比例，導(dǎo)致樹(shù)高、胸徑與冠幅的生長(zhǎng)均不佳，該結(jié)論與謝一鵬[16]的研究結(jié)果相似。陶韜等[17]研究表明，林分密度為1 600株·hm-2時(shí)，8年生杉木幼林樹(shù)高、冠幅、胸徑及單株材積表現(xiàn)均最佳。郭光智等[18]研究發(fā)現(xiàn)，初植密度為5 000株·hm-2最有利于36年生杉木林林分蓄積量的積累。本研究發(fā)現(xiàn)，造林密度為1 667、2 500、3 333株·hm-2時(shí)，6年生杉木幼林胸徑、樹(shù)高和冠幅生長(zhǎng)均優(yōu)于833、6 666株·hm-2林分。該結(jié)果與他人研究結(jié)果略有差異，可能是由于立地指數(shù)以及林齡不同，導(dǎo)致造林密度對(duì)杉木生長(zhǎng)的影響不同。

4.2 不同造林密度下杉木幼林林下光環(huán)境及植被生物量差異

林冠通過(guò)光合作用截取一定光輻射，而透過(guò)林冠的有效光輻射使林分形成穩(wěn)定的冠層結(jié)構(gòu)[19]。合理的造林密度可形成對(duì)光資源利用效率較高的冠層結(jié)構(gòu)，不僅喬木層林冠能夠吸收足夠的光能，林下植被也能獲取有利的光照條件，從而提高林分的生物多樣性及穩(wěn)定性，提升其抗逆能力[20-21]。本研究表明，林分LAI隨造林密度增大逐漸升高，DIFN則隨造林密度增大而逐漸降低。當(dāng)造林密度高于3 333株·hm-2時(shí)，由于林分間隙減小，林內(nèi)光輻射減少，導(dǎo)致林分LAI顯著提高，DIFN顯著降低。林分密度是影響冠層結(jié)構(gòu)的原始因素，而冠層結(jié)構(gòu)是林下植被的最佳預(yù)測(cè)因子之一。因此，適宜的林分密度不僅能提高林下植被多樣性，還可改良土壤肥力以及維持人工林的穩(wěn)定性。李玲燕等[22]研究表明，杉木林林下植被生物量隨造林密度升高而逐漸下降。涂育合[23]、舒韋維等[24]研究也認(rèn)為，低造林密度林分林下植被發(fā)育狀況更好。本研究表明，杉木幼林林下植被生物量隨造林密度的增加呈先升高后降低趨勢(shì)，且林分密度高于1 667株·hm-2時(shí)，由于林內(nèi)透光率降低，林下植被生物量顯著減少。因此，適度降低造林密度有利于林下植被的良好發(fā)育。

4.3 杉木幼林各指標(biāo)間的相關(guān)性

王莉等[25]、汪迎利等[26]研究表明，LAI和DIFN與林下植被多樣性及豐富度有極強(qiáng)的相關(guān)性。本研究發(fā)現(xiàn)，LAI、DIFN與林下植被生物量均具有極顯著相關(guān)性(P<0.01)，說(shuō)明林分冠層結(jié)構(gòu)形成的光環(huán)境直接影響林下植被的生長(zhǎng)發(fā)育。相關(guān)性分析還表明，MTA與造林密度、LAI、DIFN、林下植被生物量相關(guān)性均不顯著，這可能是由于MTA受不同樹(shù)種的遺傳特性影響；杉木幼林造林密度與LAI呈極顯著正相關(guān)，與DIFN、林下植被生物量呈極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明造林密度對(duì)杉木幼林冠層結(jié)構(gòu)與林下植被生物量的影響顯著。

總體來(lái)看，造林密度為1 667、2 500、3 333株·hm-2的杉木幼林林木生長(zhǎng)、林下植被生物量積累、林下光環(huán)境三者綜合最佳。但由于本研究?jī)H以6年生杉木幼林為研究對(duì)象，不能完全反映杉木幼林生長(zhǎng)的密度效應(yīng)。隨著試驗(yàn)林的生長(zhǎng)發(fā)育，后期生長(zhǎng)過(guò)程中杉木林林分密度與林下植被組成及生物量、林內(nèi)光環(huán)境變化的關(guān)系有待進(jìn)一步的跟蹤與觀測(cè)。