萌芽杉木、拟赤杨混交效应及生物量分布格局研究

陈清堤

(大田县桃源国有林场,福建大田 366101)

1 引言

拟赤杨(A lniphy llum fortunei)是安息香科优良速生落叶阔叶树种,生长快、适应性强、落叶丰富且枯枝落叶极易腐烂分解,对地力的改善具有显著的促进作用,也是一种上等的食用菌及特种用材(如木材用于制造火柴梗、铅笔等)树种[1]。

杉木(Cunningham ia Lanceolata)是我国南方亚热带地区特有的优良速生乡土用材树种,树形整齐、冠幅较小、干形通直圆满、木材产量高,用途广等特点。在杉木人工林采伐迹地更新过程中,出现杉木生长量普遍下降,甚至一代比一代差,严重制约了杉木人工林可持续经营[2]。为了维护林地的可持续经营,维护生物和生态多样性,人们开始营造针阔混交林和利用杉木萌芽能力强的特点开展大面积萌芽更新或人工促进天然更新。为此,笔者探索研究杉木萌芽更新套种拟赤杨乡土阔叶树种混交造林试验,旨在探索针阔混交林结构稳定性、生长状况及混交林对生态环境的影响,为多树种、多模式混交造林提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 试验地概況

试验地位于大田桃源国有林场桃源森林保护站桥山生产点,小班面积14.47hm2。地理位置为东经117℃33′,北纬 25℃48′,位于戴云山脉西侧,海拔570～610m,属中亚热带季风气候,平均气温18.6℃,年平均降水量 1674mm,年蒸发量度1486mm,无霜期264d,土壤以花岗岩岩发育的红壤,土层深厚肥沃,分布在中下坡,坡向东北,半阴坡,坡度18～25°,林下植被灌木以黄瑞木(Ad inand ramillettii)、乌药(Linderaaggregate)、山胡椒(Lindera glauca)、乌 饭 (Vacciniumbracteatum Thunb)等为主,草本以狗脊蕨(Woodw ardia japonica)、乌蕨(Stenoloma chusana)、砂仁(Amomum villosum Lour)、五节芒(M iscanthusf loridulus)芒萁(Dicranopteris d ichotoma)[3]等为主,属Ⅱ类地。前茬为1973年造杉木林分。

2.2 试验方案

在14地位级[4]杉木采伐后进行迹地清理,保留杉木萌芽条2505株/hm2作为对照;萌芽杉木与拟赤杨混交林按3∶1配置,按植穴规格 50cm×40cm×30cm全面整地,1995年春用1年生拟赤杨实生苗上山造林,造林密度为625株/hm2,留萌芽杉木条1880株/hm2。造林后抚育3年,前2年采用扩穴、锄草抚育每年各1次,第3年锄草抚育1次,2004年进行首次抚育间伐并结合抚育进行适当修枝,。现林分保留株数1860株/hm2。

2009年9月分别在杉木萌芽林及杉木萌芽、拟赤杨混交林分中,选择具有代表性地段设置20m×20m标准地3块,对标准地内全林每木调查其胸径、树高、郁闭度,计算林分平均胸径、平均树高值,采用福建省二元立木材积公式分别计算萌芽杉木、拟赤杨平均木立木材积,根据林分密度计算林分蓄积量。每个标准地采伐1～2株(混交林2株)平均木,共选择平均木9株,采用M onsi分层切割法,区分段为1m,现场直接测定干(带皮)、枝、叶鲜重;采用壕沟全挖法现场测定平均木根系分布、根桩、粗根、细根鲜重,分别取样各器官,用恒温干燥法测定样品含水量(80℃烘干);用浸水称重法测定样本持水率(本文所指持水率为湿重持水率);在标准地内分别设置2m×2m样方各5个,共计样方15个,记载林下植被种类、盖度,收集,称鲜重,取样测定含水量,用样方收获法测定地上部分生物量。在每块标准地内设置1个小气候观察点,记录小气候变化值。附福建省杉木、阔叶树二元立木材积公式[5]。

3 结果与分析

3.1 萌芽杉木拟赤杨混交林生长状况

拟赤杨属喜光树种,幼年时期较耐荫,喜上方光照,由于萌芽杉木早期生长快,对拟赤杨树身起庇荫作用,使林分中杉木、拟赤杨都能快速生长。从表1可以看出,16年生时,不论是混交林还是萌芽杉木纯林,杉木高度都在13.45m以上,查福建省杉木地位指数表,该生长立地地位级指数达到16级,高于前茬杉木地位级指数14。混交林中杉木胸高直径、树高、单材材积生长分别比杉木萌芽纯林增加了5.8%、8.5%、19.3%;林分蓄积量混交林比杉木纯林增加了22.5%;林分郁闭度增加了35.9%,抑制林下杂草丛生,发挥阔叶树改良地力作用。混交林中拟赤杨也生长良好,16年生时,胸径生长达14.20cm,与杉木比较略小一点,而树高生长达15.53m高于杉木,能充分利用林分上方光照。表明萌芽杉木拟赤杨混交种间关系协调,是混交造林较好的模式之一,值得推广和运用。

表1 萌芽杉木拟赤杨混交林生长状况

3.2 萌芽杉木拟赤杨混交林水源涵养功能

森林水源涵养功能主要体现在森林地上部分的林冠层、林下植被层、枯枝落叶层对降雨的截持及地下土壤层的持水性能[6]。不同森林类型,不同的林种组成,由于林分生长状况林分结构等多因素差异,对降水的拦蓄能力不同,其持水能力也有一定的差异。从表2可知,不论是萌芽杉木拟赤杨混交林还是杉木纯林,其地上部分持水量由大到小依次为林冠层、枯枝落叶层、林下植被层。混交林与纯林比较,地上部分持水量增加了32%,主要是混交林郁闭度高于杉木纯林,林冠层枝叶生物量大截持一部分降水,减缓了雨水到达地面时间,有利于枯枝落叶和土壤对雨水的蓄持,同时混交林中枯枝落叶量大,相对于针叶有较大的吸附和持水性能;地下部分根系土壤层持水量增加了20.6%,主要是营造混交林改善了结构有关,混交林土壤渗透性能好,有利于降雨的吸收,并以潜流方式慢慢下泄。土壤层持水量占林分总持水量的98%以上,而地上部分仅占林分总持水量的一小部分,说明森林是涵养水源的主体,两种林分总持水量混交林大于杉木纯林,高出20.78%。由此可见,萌芽杉木拟赤杨混交林有利于提高林分涵养水源功能。

表2 萌芽杉木拟赤杨混交林水源涵养功能

3.3 萌芽杉木拟赤杨混交林小气候特征

混交林分结构复杂,冠层厚,树冠多层次镶嵌,形成水平垂直郁闭,而纯林只呈单层次枝叶交替相接郁闭。由于林分结构差异,林内小气候特征也发生变化。与纯林相比,混交林形成独特的林内小气候,为林木的生长发育创造有利条件。通过观测,萌芽杉木、拟赤杨混交林与杉木纯林比较在相对湿度、空气温度、地表温度、林内光照强度等气候因子有较大差异,见表3。

表3 萌芽杉木拟赤杨混交林小气候特征比较

从表3可知,萌芽杉木、拟赤杨混交林全天候林内光照强度比杉木纯林降低了12.7%;平均空气温度降低了 2.4℃,降幅8.9%;平均地表温度降低1.8℃,降幅7.5%;平均相对湿度提高了7.9%。由此可见,萌芽杉木、拟赤杨混交林由于林分结构复杂,使进入林内太阳辐射量减少,同时混交林内凋落物量及林冠层叶量较大,持水能力强,能通过生理蒸腾和物理蒸发扩散较大量的水分,较好地调节了林内空气温度、湿度,降低了森林火险等级,促进了林木生长发育。

3.4 萌芽杉木拟赤杨混交林生物量分布格局

对标准木采用Monsi分层切割法、壕沟全挖法测定混交林、纯林地上部分、地下部分生物量,采用样方收获法测定林下植被层生物量。各层次各部位生物量干重详见表4。从表4可知,杉拟混交林中干材部分总生物量达72.11t/hm2,占林分总生物量114.79t/hm2的62.8%,杉木纯林中干材生物量达50.51t/hm2,占林分总生物量 82.60t/hm2的61.2%;杉拟混交林中枝叶总生物量达 27.08t/hm2,占林分总生物量 114.79t/hm2的23.6%,杉木纯林中枝叶生物量达18.26t/hm2,占林分总生物量82.60t/hm2的22.1%;混交林乔木层生物量达99.19t/hm2,比纯林68.77t/hm2增加了44.2%。地下部分生物量,杉拟混交林达11.97t/hm2,比杉木纯林9.06t/hm2增加了32.1%。林下植被层生物量因郁闭度差异,杉木纯林大于杉拟混交林,纯林中植被层生物量达4.77t/hm2,比杉拟混交林植被层生物量3.63t/hm2增加了31.4%。但林下植被层生物量在不同林分中占总生物量比例很小。不同林分不同部位生物量分布格局见图1。从图1可以看出,不论是杉拟混交林分还是杉木纯林,各部位生物量总体格局由大到小为乔木层生物量、地下部分生物量、林下植被层生物量。但各层次生物量在总生物量中所占的比重差异却很大,混交林中地上部分生物量占总生物量的86.4%,纯林占83.3%;混交林地下部分生物量占总生物量的10.4%,纯林占11.0%;林下植被层生物量混交林占3.2%,纯林占5.7%。与对照萌芽杉木纯林相比,杉拟混交林(3∶1)总生物量增加了38.97%。

图1 16年生混交林与杉木纯林生物量分布格局

表4 萌芽杉木拟赤杨混交林生物量分布格局 t/hm2

4 结语

(1)14地位级杉木采伐迹地营造拟赤杨与杉木萌芽混交,16年生时拟赤杨生长良好,树高生长超过杉木,处于林冠上层。杉木树高达14.59m,杉木地位级指数达成16级。林分总蓄积量混交林比杉木纯林增加了22.5%。结果表明杉木、拟赤杨混交是较好的造林模式之一。

(2)林分涵养水源功能主要体现在调节降雨的分配和增加林地蓄水能力上。杉木、拟赤、杨混交林(3∶1)具有成层性,林地持水功能得到改善,因此表现为杉拟混交林比萌芽杉木纯林更好的水源涵养功能。

(3)林内小气候改善有利于林木生长发育。混交林由于林分结构复杂,使进入林内太阳辐射量减少,同时混交林内凋落物量及林冠层叶量较大,持水能力强,能通过生理蒸腾和物理蒸发扩散较大量的水分,较好地调节了林内光照强度、空气温度、湿度等气象因子。

(4)各器官生物量研究及不同类型林分总生物量分析表明:不论是杉木、拟赤杨混交林分还是杉木纯林,各部位生物量总体格局由大到小为乔木层生物量、地下部分生物量、林下植被层生物量。杉木、拟赤杨混交林的比例为86.4∶10.4∶3.2,萌芽杉木纯林比例为83.3∶11.0∶5.7。林分总生物量杉木、拟赤杨混交林比杉木纯林增加了38.97%。

(5)杉木、拟赤杨混交是一种较为成功的人工林经营模式,种间关系协调,根系生长互不穿透,又不盘结现象,能充分利用地力;空间径高生长相互促进,拟赤杨处于林冠上层,杉木径生长优势。因此,杉木、拟赤杨混交造林中,拟赤杨所占比例不宜过高,选择最适宜的混交比例需进一步进行试验。

[1]陈文龙.拟赤杨人工林地上部分净生产力动态变化研究[J].福建林业科技,2000,27(3):31～34.

[2]杜国坚,卢 刚.杉木迹地更新经营技术探讨[J].浙江林业科技,2001,21(4):94～97.

[3]中国科学院编辑委员会主编.中国植物志[M].北京:科学出版社出版,2010.

[4]孟宪宇.测树学[M].中国林业出版社,1995.

[5]福建省林业厅.福建省森林资源规划设计调查技术规定[R].福州:福建省林业厅,2006.

[6]阮传成,李振问.木荷生物工程——防火机理及应用[M].西安:电子科技大学出版社,1995.