闽南山地杉木混交林生态效应研究

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摘要：在德化县九仙山森林公园开展了杉木分别与秃杉、柳杉混交林的试验，对18年生的试验林进行了调查研究。结果表明：杉木分别与秃杉、柳杉混交后，杉木的平均树高、平均胸径、平均单株材积和林分单位面积蓄积量都有所提高，而且混交林中杉木与杉木纯林的平均胸径、平均单株材积和林分单位面积蓄积量差异均达到显著水平；杉木混交林中植物多样性指数大于杉木纯林；杉木混交林土壤的肥力状况优于杉木纯林。

关键词：杉木；秃杉；柳杉；混交林；生长量；植物多样性

中图分类号：S725

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12017203

1引言

杉木（Cunninghamia lanceolate）是我国南方山地主要的用材树种，由于该树种生长较为迅速，树干通直圆满，材质好，在家具、建筑等方面得到广泛的应用，因此，杉木深受山区林农和林业生产单位的青睐[1]。但是，经生产实践和科学研究均发现，杉木纯林在经营中存在病虫危害，自毒物质在土壤累积以及连栽造成地力下降等问题[2]。许多学者研究认为，通过杉木与合适的树种混交可以改善林分结构和土壤状况，而且对于促进林木的生长以及减轻病虫危害均有利[3]。秃杉（Taiwania cryptomerioides）是杉科台湾杉属的常绿乔木，生长较快，树干通直，树形优美，是优良的用材和绿化树种[4]。柳杉（Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr）是杉科柳杉属常绿乔木树种，树体高大挺拔，树干通直，树形优美，可用于造材和庭院、道路绿化。笔者于2000年在德化的九仙山森林公园开展了杉木与秃杉、杉木与柳杉混交试验，通过研究旨在探索闽南山地杉木合理的混交途径，从而为闽南山地杉木人工林可持续经营提供依据。

2试验地概况

试验地设在德化九仙山森林公园3林班4大班15小班，地理坐标为东经118°6′40″，北纬25°41′53″。试验地气候属于中亚热带季风气候，年平均气温18℃，最高气温32.3℃，最低气温-8.0℃，年降雨量1800～2000 mm，坡向朝西，海拔1300～1350 m，土壤类型为山地黄壤，立地类型为Ⅲ类地，造林地前茬为灌木林地。

3研究方法

3.1试验设计

2000年春，在九仙山森林公园3林班4大班15小班开展杉木分别与秃杉、柳杉混交试验，杉木纯林作为对照，杉木与秃杉混交比例为3∶1，杉木与柳杉混交比例为3∶1。试验随机区组设计，3次重复，每个重复3块试验小区，每个小区的面积20 m×20 m。造林前对林地进行整地，整地规格40 cm×40 cm×40 cm，造林株行距2 m×2 m。实生苗雨天种植。

3.2试验林调查

造林后，每年进行试验林常规调查。2017年3月，对试验林进行全面调查，每块试验小区分树种逐株调查树高、胸径，统计平均值，计算单株材积和蓄积量。

在每个试验小区内采取“品”字型设置5个2 m×2 m的小样方，在每个小样方中调查灌木和草本的种类、数量，计算植物多样性指数，其中物种丰富度S为物种总的种数，物种均匀度J=N（N/S-1）/∑Ni（Ni-1）。Shannon-Wiener指数H=-∑Ni/Nlog2Ni/N，Simpson指数D=N（N-1）/∑Ni（Ni-1），式中Ni表示某个种的个体数目，N表示所有种个体树木总和。

在每个试验小区内沿“S”型线路随机设置4个土壤采样点，挖土壤垂直剖面，分0～20 cm和20～40 cm两个土壤层次用自封袋采集土壤约1 kg用于土壤化学性质测定[5，6]

4结果与分析

4.1杉木混交林与杉木纯林生长量比较

通过对杉木-秃杉混交林、杉木-柳杉混交林和杉木纯林的生长情况调查，结果见表1。从表1看出，杉木混交林中杉木的平均树高、平均胸径、平均单株材积与杉木纯林相比都有所增加，杉木-秃杉混交林中杉木的平均树高、平均胸径、平均单株材积与杉木纯林相比分别增加了14.1%、16.9%、52.6%，杉木-柳杉混交林中杉木的平均树高、平均胸径、平均单株材积与杉木纯林相比分别增加了10.6%、11.5%、35.3%。林分蓄积量也是杉木混交林大于杉木纯林，其中杉木-秃杉混交林单位面积蓄积量与杉木纯林相比增加了63.3%，杉木-柳杉混交林单位面积蓄积量与杉木纯林相比增加了29.6%。经过方差分析，杉木混交林中杉木与杉木纯林的平均胸径、平均单株材积和单位面积蓄积量均存在显著差异。可见，杉木与秃杉、柳杉混交均可以促进杉木生长，也就是秃杉、柳杉可以作为杉木的伴生树种。这可能是因为杉木与秃杉、柳杉生态位存在一定的差异，使得树种间的关系较为协调，进行混交从而利于主要树种生长。

4.2杉木混交林与杉木纯林植物多样性特征

林分植物多样性可以侧面反映出林分稳定性和结构的优劣。从对杉木混交林和杉木纯林林下灌木、草本调查结果（表2）看出，杉木混交林林下植物的种类比杉木纯林多，杉木混交林多样性指数高于杉木纯林。其中，杉木-秃杉混交林中草本层的丰富度、均匀度、Simpson指数和Shannon-Wiener指数与杉木纯林相比分别提高了55.6%、4.8%、2.5%、5.8%，杉木-柳杉混交林中草本层的丰富度、均匀度、Simpson指数和Shannon-Wiener指涤肷寄敬苛窒啾确直鹛岣吡33.3%、2.4%、2.7%、3.7%；杉木-秃杉混交林中灌木层的丰富度、均匀度、Simpson指数和Shannon-Wiener指数与杉木纯林相比分别提高了37.5%、4.3%、1.4%和4.7%，杉木-柳杉混交林中灌木层的丰富度、均匀度、Simpson指数和Shannon-Wiener指数与杉木纯林相比分别提高了12.5%、1.5%、1.0%和4.2%。说明杉木与秃杉、柳杉混交后，林下植物变得愈加丰富，林分结构更加稳定。

4.3杉木混交林与杉木纯林土壤肥力状况对比

土壤中的有机质、水解性氮、速效磷、速效钾等有效养分是反映土壤肥力的主要指标。从杉木混交林和杉木纯林中采集的土样进行化学性质测定可知（表3），杉木-秃杉混交林、杉木-柳杉混交林土壤的有机质、水解性氮、速效磷、速效钾的含量均大于杉木纯林。以0～20 cm土层为例，杉木-秃杉混交林土壤的有机质、水解性氮、速效磷、速效钾含量与杉木纯林相比分别提高了30.3%、22.9%、15.3%、24.5%，杉木-柳杉混交林土壤的有机质、水解性氮、速效磷、速效钾含量与杉木纯林相比分别提高了21.6%、6.5%、6.8%、12.8%。可见，杉木混交林土壤的肥力高于杉木纯林。这可能是因为杉木混交林枯枝落叶量比较大，而且分解比较快，有机质等有效养分及时回到土壤中，而杉木纯林中凋落物多为杉木针叶，杉木针叶因含单宁较多而不易分解，养分回归土壤较慢。

5结论

通过对18年生的杉木-秃杉混交林、杉木-柳杉混交林和杉木纯林的调查，表明杉木与秃杉、柳杉混交后其生长要比杉木纯林快，杉木混交林的单位面积蓄积量也大于杉木纯林，杉木与秃杉、柳杉混交可以促进杉木生长。杉木-秃杉混交林和杉木-柳杉混交林林下植物种类、植物多样性指数均大于杉木纯林。杉木与秃杉、柳杉混交后土壤的肥力状况优于杉木纯林。试验结果说明杉木与秃杉、柳杉混交对于促进杉木生长、保持林分结构的相对稳定以及维持和改善地力均有利。

杉木是福建山区主要的造林树种，该树种在林业建设中发挥了重要的经济、社会和生态作用。但杉木纯林模式以及多代连栽等作业方式又不可避免存在着生态问题，通过混交途径可以有效缓解诸如地力下降、病虫害等问题。

参考文献：

[1]

俞新妥.杉木栽培学[M].福州：福建科学技术出版社，1997.322～335.

[2]方奇.杉木连栽对土壤肥力及杉木生长影响[J].林业科学，1987，23（4）：384～391.

[3]俞新妥.混交林营造原理与技术[M].北京：中国林业出版社，1989.5～18.

[4]连勇机.不同海拔高度引种秃杉试验初报[J].福建林业科技，2013，36（4）：139～141，152

[5]中科学院南京土壤研究所编.土壤理化性状[M].上海：上海科学技术出版社，1987.

[6]张万儒.森林土壤定位研究方法[M].北京：中国林业出版社，1984.