间伐套种对杉木林物种丰富度及栽培效果的影响

郑开林

（福建省建阳范桥国有林场，福建 南平 354204）

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国特有针叶树种，由于生长快，抗虫性强和材质优良等特点，已成为我国亚热带地区用材林的主栽树种，也是我国的重要森林资源之一[1]。据统计，杉木在我国的栽培面积已达1138.66 万hm2，占我国人工林总面积的26.5%和世界人工林总面积的5%[2]。根据第9 次全国森林资源清查，福建省现有针叶林275.17 万hm2，占乔木总面积的44.28%，其中杉木林135.67 万hm2，占乔木林总面积的21.83%。杉木林为满足全国的经济发展和木材需求作出了巨大贡献，更是成为了福建的绿色名片。但有研究指出，长期的高强度集约化经营、营林措施不合理、纯林种植以及杉木自身生物学特性等原因，杉木人工林连栽会引起地力衰退和生态系统抗逆性差等问题，最终导致杉木人工林生产力的下降[3，4]。

间伐是我国森林经营的主要措施之一，对提高森林生态系统生物多样性起着重要作用[5]。研究表明，对杉木人工林进行适当的抚育间伐并套种阔叶树种，逐步营造针阔混交林可以改善地力，增加物种多样性，提高林分质量[6，7]。高荣等[8]研究发现，杉木林下植物种类随间伐强度增大而增加。尤业明等[9]进一步得出，对杉木林采取50%～70%强度间伐可显著改变灌草层物种组成及多样性，对杉木人工林的生态过程和林木生长产生显著影响。王利艳等[10]比较了杉木林下间伐套种不同乡土阔叶树的栽培效果，得出了有利于杉木中龄林近自然经营的最适间伐保留密度为900 株/ hm2。已有研究虽然报道了间伐对林下植物组成以及套种效果的影响，但因为不同套种树种的生物学特性存在差异，并且随着套种树种生长和林分密度的增大，与未间伐针叶人工林相比，杉木林下植被组成及物种多样性对间伐套种的响应仍是需要进一步探讨的问题。鉴于此，本研究对闽北山地杉木中龄林采用相同强度间伐后，分别单独套种闽楠（Phoebe bournei）、鄂西红豆（Ormosia hosiei）、火力楠（Michelia macclurei）和赤皮青冈（Quercus gilva），研究了6 年后不同经营模式的植物组成与物种丰富度，以及对杉木和套种树种的影响，以期为杉木人工林的多功能经营和林分质量提升提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于福建省南平市建阳范桥国有林场，位于建阳区西部，地理坐标117°43ˊ35″—118°6ˊE，44″E，27°16ˊ2″—27°29ˊ43″N 之间。气候类型为中亚热带季风气候，年平均气温18.1℃，无霜期322 天，年平均降雨量1742 mm，年日照平均1802 h，适宜动植物生殖繁衍，有“嘉禾之乡”美称。土壤类型有红壤、黄壤，土层深厚、肥沃。

2 材料与方法

2.1 间伐与套种措施

选择范桥国有林场范桥管护站两个小班，班号分别为117-53-071 和117-53-072，两小班均为杉木人工林，林龄18a，初始造林密度为2250 株/ hm2。根据已有研究，2017 年对071 小班进行最适强度为60%的株间间伐，保留最适密度为900 株/hm2，2018 年进行林下套种，套种树种分别为闽楠、鄂西红豆、火力楠和赤皮青冈2 年生幼苗，地径0.7 cm，苗高50cm，套种方式为每个树种单独套种，每个树种1 hm2，共4 hm2，套种密度为450 株/ hm2。套种当年抚育2 次，措施为扩穴、培土、除草、施肥，随后两年每年抚育2 次，措施为培土、除草。对照为072 小班：未间伐杉木纯林，面积9 hm2。

2.2 间伐套种效果调查

2023 年4 月分别对间伐套种小班和对照小班进行林分调查，每个套种树种分别设置3 个20 m×20 m 的样地，对样地内杉木和套种树种的树高、胸径（地径）进行每木调查，并记录样地内所有出现的灌木和草本种类、数量、地径、高度，盖度等数据。

2.3 物种丰富度计算

式中：A 为调查面积，S 为群落中的物种数目，N 为群落中总的物种个体数。

2.4 杉木单株生物量估算

采用康文星等[11]基于162 个样本数提出的杉木单株生物量模型估算不同栽培模式对杉木单株生物量的影响（表1）：

表1 杉木单株生物量模型

2.5 数据统计分析

统计林下植被的个体数和物种数，计算物种丰富度。在SPSS 22.0 中采用单因素方差分析和Duncan 多种检验比较不同套种模式对林木生长和林下植被多样性的影响，显著水平为α=0.05。在Origin 8.5 中进行制图。

3 结果与分析

3.1 间伐套种对林下植物种类与数量的影响

由表2 可见，在1200m2的调查面积内，杉木林间伐套种赤皮青冈模式的林下灌木、草本和藤本植物的物种数和个体数最多，其Gleason 指数和Margalef 指数分别为3.39 和4.29，说明该模式对林下植被多样性的保育效果最好。其次为套种火力楠和闽楠模式，套种鄂西红豆模式的各层次物种数和个体数相对较少，其Gleason 指数和Margalef 指数分别为2.54 和3.59。而未间伐的杉木纯林模式其物种数明显较少，灌木层仅出现8 种，草本层仅为2 种，藤本层有5 种，以树莓、粗叶悬钩子、蕨管茅和菝葜为主，其Gleason 指数和Margalef 指数分别为2.12 和3.23。总的来说，间伐套种阔叶树均不同程度的提高了林下植物丰富度和多样性，其中套种赤皮青冈、闽楠和火力楠的效果较好。

表2 间伐套种对林下植物种类与数量的影响

3.2 不同经营模式套种树种的生长差异

由图1 可见，在相同间伐强度的杉木林内套种4 种阔叶树种，经过6 年的培育，不同套种树种的生长呈现明显差异，且胸径和树高的生长表现一致。不同套种树种间，胸径和树高生长均以火力楠为最高，平均胸径达到4.3 cm，平均树高达4.5 m，显著高于其他树种，其次为闽楠和赤皮青冈，鄂西红豆的胸径和树高生长最弱，平均胸径仅为2.2 cm，平均树高仅为1.9 m。

图1 不同经营模式套种树种的生长差异

3.3 套种不同树种对杉木生长的影响

由图2 可见，套种不同树种后对杉木林的生长均产生了显著影响。套种鄂西红豆、火力楠和闽楠后，显著促进了杉木的胸径生长，以套种鄂西红豆效果最好，平均胸径达到23.05 cm，树高生长方面则以套种闽楠效果最高，平均树高达到15.5 m，但套种赤皮青冈模式杉木的胸径和树高生长均显著低于对照，平均胸径仅为13.05 cm，平均树高仅为8.5 m。

图2 套种不同树种对杉木生长的影响

3.4 套种不同树种对杉木单株生物量及碳储量的影响

由表3 可见，间伐套种不同树种后对杉木不同器官的干物质积累产生了显著影响，其中套种鄂西红豆和闽楠显著增加了树干、树叶和树根生物量，但在树枝生物量方面，除套种赤皮青冈模式杉木树枝生物量较小外，其他模式和对照均无显著差异。在单株总生物量和碳储量方面，套种鄂西红豆和闽楠的杉木单株生物量和碳储量最高，其次为套种火力楠模式，套种赤皮青冈模式杉木的生物量和碳储量最小。

表3 不同间伐套种模式杉木单株生物量及碳储量/kg

4 结论与讨论

林下植被组成及其数量在森林生态系统养分循环过程中发挥了重要作用[1，5]。本研究中，在杉木林下采取强度为60%的间伐后套种阔叶树种，均不同程度的提高了林下植物丰富度和多样性，其中以套种赤皮青冈、闽楠和火力楠的效果较好。王利艳等采用杉木保留密度为900 株/ hm2的间伐强度后套种火力楠、观光木、木荷和闽楠，经过3a 的培育后，认为火力楠的生长量显著高于其他树种[10]。本研究采用同样的杉木保留密度套种4 种不同阔叶树种，经过6 年培育，同样得出火力楠的胸径和树高生长最优，且显著高于其他树种。在套种阔叶树后对杉木的生长产生了一定的影响，其中套种鄂西红豆、火力楠和闽楠均显著促进了杉木的生长和生物量积累，而套种赤皮青冈一定程度上抑制了杉木生长。

综合林下植被保育、套种树种的生长和套种后对杉木林生长的影响，对杉木人工林采取60%的间伐强度，保留密度为900 株/ hm2并套种火力楠，可以获得最佳培育效果。