歐建德 吳志莊

(福建省明溪縣林業(yè)局，三明，365200) (國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心浙江省竹子高效加工重點實驗室)

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林下套種及坡位和弱光環(huán)境對南方紅豆杉人工林早期生長及林分分化的影響1)

歐建德 吳志莊

(福建省明溪縣林業(yè)局，三明，365200) (國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心浙江省竹子高效加工重點實驗室)

為高效栽培南方紅豆杉人工林，采用方差分析、徑階分布擬合和林木分級等方法，在福建省明溪縣進行林下套種及不同坡位和弱光環(huán)境的南方紅豆杉人工林早期生長及林分分化研究。結(jié)果表明:林下套種模式的12年生南方紅豆杉林分的胸徑、樹高、冠幅顯著大于跡地更新造林，其胸徑、樹高、冠幅變異系數(shù)較小。10年生林下套種南方紅豆杉林分生長有著顯著的坡位效應(yīng)，除下坡與中坡間冠幅無顯著差異外，其它均有著顯著性差異，3個生長性狀生長量和變異系數(shù)從大到小依次為下坡、中坡、上坡。在相同林分密度條件下，馬尾松林下弱光環(huán)境10年生南方紅豆杉林分的胸徑、樹高、冠幅顯著大于杉木林下，但馬尾松林下弱光環(huán)境南方紅豆杉的胸徑、樹高、冠幅變異系數(shù)較小。不同培育模式及林下套種時，不同坡位和弱光環(huán)境的南方紅豆杉人工林徑階分布采用Weibull分布函數(shù)擬合，效果較好；林下套種模式及其不同坡位和弱光環(huán)境均呈倒J型分布，即其林分結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，競爭較合理；而跡地更新造林的林分徑階呈單峰左偏山狀分布，表明其處于競爭的自然稀疏后期。南方紅豆杉林分林木分級顯示，除跡地純林造林和林下套種的上坡位出現(xiàn)Ⅴ級木外，其它尚未出現(xiàn)Ⅴ級木。因此，營建南方紅豆杉人工林應(yīng)該進行培育模式、坡位和弱光環(huán)境選擇，其培育模式宜選擇林下套種，并在林下套種時優(yōu)先選擇馬尾松林下弱光環(huán)境和中下坡。

南方紅豆杉；人工林；林下套種；坡位；弱光環(huán)境；生長；林分分化

In order to realize the efficient cultivation ofTaxuswallichinavar.maireiplantation, the early growth and structure differentiation ofT.wallichinavar.maireiplantation with intercropping pattern, different slope positions and weak light environments were studied by using variance analysis, diameter distribution fitting and tree classification method in Mingxi of Fujian Province. The DBH, tree height, and crown width of 12-yearT.chinensisvar.maireiplantation of intercropping pattern was significantly greater than that of reforestation, and the variation coefficient of the DBH, tree height, and crown diameter were smaller. There were significant slope effects on the growth of 10-yearT.wallichinavar.maireiplantation of intercropping pattern. DBH, tree height, crown width were significant differences except for crown width of downhill slope and middle slope, and the growth and variation coefficient descending order was lower slope, middle slope, and upper slope. In the condition of the same stand densities, the DBH, tree height, crown width of 10-yearT.wallichinavar.maireiplantation under the stand ofPinusmassonianawas significantly greater than that ofCunninghamialanceolataweak light environments. DBH, tree height, and crown width variation coefficient under the stand ofPinusmassonianaweak light environments were much less. The model fitting diameter distribution ofT.wallichinavar.mairei. plantation for different cultivation modes, slope positions and weak light environments of intercropping pattern with cumulative distribution function of Weibull distribution were good. The diameter distribution for plantation with intercropping mode, different slope positions and weak light environments of intercropping pattern were the reverse “J” type which meant the stands had been undergoing stable stand structure and reasonable competition. However, the diameter distribution for plantation of reforestation mode took single hump with left avertence shape which indicated that the stands were in the late stage of natural thinning of competition period. The forest classification ofT.wallichinavar.maireiplantation with different cultivation patterns, slope positions and weak light environments of intercropping pattern showed that there was not V grade wood except for reforestation mode and uphill of intercropping pattern. Thus, it is necessary to select cultivation mode, slope position and weak light environment forT.wallichinavar.maireiplantation,T.wallichinavar.maireiplantation cultivation should be planted with intercropping mode, and optimally chose under the stand ofPinusmassonianaweak light environment and middle and downhill slope position with intercropping mode.

南方紅豆杉(Taxuswallichinavar.mairei)作為我國重要的藥用、材用和觀賞利用樹種[1-3]，其干形通直、木材紋理致密、削面光滑，是高級建筑、家具等上等用材，是我國亞熱帶地區(qū)重點發(fā)展的珍貴用材樹種之一。近年來，福建、浙江、江西等南方各地已營建數(shù)萬公頃的南方紅豆杉人工林，但因培育模式等因素的影響，造林成效差異顯著。優(yōu)化種植模式是提高南方紅豆杉造林成效的重要基礎(chǔ)性研究工作。現(xiàn)有研究結(jié)果表明，南方紅豆杉人工林生長有著顯著性的坡位效應(yīng)[4]。近年來，林業(yè)工作者基于南方紅豆杉幼齡期偏陰的生物學(xué)特性，更多在速生樹種杉木、馬尾松林下進行套種，以期以空間換時間，達到促進生長、縮短培育周期的目標(biāo)。前人的研究結(jié)果表明，林下生境有利于南方紅豆杉幼苗的生長[5]，不同弱光環(huán)境生長差異顯著[6-7]。然而，有關(guān)培育模式及林下套種時坡位、弱光環(huán)境對南方紅豆杉人工林生長、林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及分化的影響研究迄今未見報道，難以科學(xué)指導(dǎo)南方紅豆杉人工林的高效經(jīng)營。

徑階分布是林分結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律之一[8]，其特征是林分生長穩(wěn)定性及林分株間競爭的主要指標(biāo)[9-10]。了解林分徑階分布能夠掌握其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度，能夠為林分經(jīng)營管理提供理論依據(jù)[11]。本研究基于現(xiàn)有培育模式及林下套種時不同坡位、同等林分密度下不同弱光環(huán)境的南方紅豆杉人工林，分析其對生長、徑階分布特征及林分林木分級等影響，以期為南方紅豆杉珍貴用材高效培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

南方紅豆杉試材生長于福建省明溪縣，造林地均處在低山丘陵，土質(zhì)為山地紅壤，較肥沃，期間撫育管理措施一致。培育模式設(shè)林下套種和跡地純林造林兩種模式，樣地號分別為Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3。林下套種坡位設(shè)上坡、中坡、下坡3個處理，樣地號分別為Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3、Ⅴ-1、Ⅴ-2、Ⅴ-3。同等林分密度條件下的弱光環(huán)境設(shè)杉木林下與馬尾松林下兩個處理，樣地號分別為Ⅴ-1、Ⅴ-2、Ⅴ-3、Ⅵ-1、Ⅵ-2、Ⅵ-3(見表1)。

表1 不同處理南方紅豆杉樣地概況

1.2 樣地調(diào)查、指標(biāo)計算及參數(shù)擬合

于2015年11月份采用常規(guī)方法進行南方紅豆杉每木調(diào)查，分別調(diào)查樹高、胸徑、冠幅。徑階分布采用Weibull分布函數(shù)F(x)=1-e-(((x-a)/b)^c)進行參數(shù)擬合，x≥a，a>0，b>0。其中：a為位置參數(shù)；b為尺度參數(shù)；c為形狀指數(shù)；x為組中值[12-13]；徑階寬度分別為1、2 cm。Weibull分布的3個參數(shù)與林分特征因子有關(guān)，a是林分最小直徑；b是林分直徑分布范圍；c決定林分直徑分布的偏度。c值在1.0～3.6，為單峰左偏山狀分布；當(dāng)c<1.0時為倒J型分布；當(dāng)c=1時為指數(shù)分布；當(dāng)c=2時為x2分布；當(dāng)c=3.6時近似正態(tài)分布；當(dāng)c→∞時變?yōu)閱吸c分布[14]。

在調(diào)查樣地每木檢尺的基礎(chǔ)上，對樣地林木進行分級：據(jù)d=r/R公式(r為每株樣木胸徑；R為樣地林分平均胸徑)，求得每株樣木的d值，按分級木(Ⅰ—Ⅴ級木)歸類，統(tǒng)計各樣地分級木比例。分級標(biāo)準為：Ⅰ級木，d≥1.336；Ⅱ級木，1.026≤d<1.336；Ⅲ級木，0.712≤d<1.026；Ⅳ級木，0.383≤d<0.712；V級木，d<0.383[12-14]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用t檢驗進行培育模式、弱光環(huán)境間南方紅豆杉生長的差異分析，用方差分析林下南方紅豆杉坡位生長差異，在方差顯著水平下采用Duncan’s法進行多重比較。數(shù)據(jù)基本處理及制圖采用Excel2003軟件，差異顯著性分析運用SPSS18.0軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 林下套種及不同坡位和弱光環(huán)境的南方紅豆杉人工林早期生長及變異

2.1.1 不同培育模式南方紅豆杉人工林的生長狀況

林下套種的南方紅豆杉胸徑、樹高、冠幅分別為10.30 cm、5.33 m、3.75 m，分別較跡地純林造林的大20.19%、30.96%、28.42%，且模式間的胸徑、樹高、冠幅圴有著顯著性差異(P<0.05)(表2)，表明林下套種模式可顯著促進南方紅豆杉生長。究其原因，林下套種模式能有效削弱光照強度，并極大提高土壤濕度，形成弱光、高濕的復(fù)層林生境，適應(yīng)南方紅豆杉早期喜陰喜濕的生物學(xué)特性。

表2 不同培育模式、坡位和弱光環(huán)境下南方紅豆杉人工林生長及變異

注：表中同列小寫字母不同表示相互間差異顯著。

林下套種的南方紅豆杉胸徑、樹高、冠幅變異系數(shù)分別為3.63%、6.20%、5.67%，變異系數(shù)均較小，表明其林分生長較整齊、單株間分化不明顯，總體較穩(wěn)定。跡地純林造林的胸徑、樹高、冠幅變異系數(shù)分別為8.19%、8.02%、12.10%，其變異系數(shù)較林下套種相應(yīng)性狀明顯擴大，說明跡地純林造林的林分分化更明顯，且以冠幅性狀的變異系數(shù)較大，為12.10%。究其原因，一是跡地純林造林時外部生境較惡劣，加速其林分分化；二是冠幅性狀更容易受到外部環(huán)境影響，從而表現(xiàn)出更大的變異。

2.1.2 不同坡位林下套種南方紅豆杉人工林的早期生長

下坡生長的南方紅豆杉胸徑為3.69 cm，分別較中坡、上坡的大25.94%、53.11%，且坡位間均有顯著性差異；下坡生長的南方紅豆杉樹高為5.24 m，分別較中坡、上坡的大21.02%、65.30%，且坡位間均有顯著性差異；下坡生長的南方紅豆杉冠幅為2.75 m，分別較中坡、上坡的大14.11%、63.69%，除下坡與中坡間無統(tǒng)計學(xué)顯著差異外，坡位間的冠幅均有顯著性差異。

南方紅豆杉坡位間性狀變異系數(shù)結(jié)果顯示，其3個生長性狀變異系數(shù)從大到小依次均為上坡、中坡、下坡，表明隨著坡位下降，南方紅豆杉林分生長更整齊，變異更小，林分更穩(wěn)定。

2.1.3 不同弱光環(huán)境南方紅豆杉人工林的早期生長

杉木、馬尾松是我國南方用材栽培和林下套種南方紅豆杉的主要樹種，進行林冠層采伐，保持合理林分密度，以形成適宜南方紅豆杉生長所需的弱光環(huán)境，是林下套種的關(guān)鍵技術(shù)。鑒于杉木、馬尾松自身特性的差異，杉木樹冠致密、窄小，且伐后樹冠恢復(fù)相對較慢，馬尾松樹冠針葉稀疏[13]、寬大，且伐后樹冠恢復(fù)較快，形成截然不同的弱光環(huán)境。為合理、優(yōu)化弱光環(huán)境，本研究在通常的900株·hm-2林分保留密度條件下，比較分析了杉木林下與馬尾松林下兩類弱光環(huán)境對南方紅豆杉生長的影響。

研究結(jié)果顯示，馬尾松林下10年生南方紅豆杉的胸徑、樹高、冠幅分別為4.38 cm、6.29 m、3.53 m，分別是杉木林下的118.70%、120.01%、128.36%，且差異達到顯著性水平，表明馬尾松林下弱光環(huán)境較杉木林下更適宜南方紅豆杉生長，生長更好。馬尾松林下3個生長性狀變異系數(shù)均較杉木林下更小，表明馬尾松林下弱光環(huán)境的南方紅豆杉生長更整齊，林分結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定(表2)。究其原因，可能是杉木林冠層郁閉度較低，整體林內(nèi)透光度較高；林下微生境間(林冠下與林隙)光照差異較大，且南方紅豆杉生長光抑制明顯；一方面杉木林冠下受致密冠層遮擋而光照過于微弱，另一方面較大林隙導(dǎo)致抑制其生長的直射光強烈且時間長。馬尾松林冠層郁閉度較高，整體林內(nèi)透光度較低；林下微生境間(林冠下與林隙)光照差異較小，且有利于南方紅豆杉生長；一方面馬尾松林冠下因其樹冠針葉稀疏，既能遮陽又不致使光照不足[13]，另一方面較小林隙導(dǎo)致抑制其生長的直射光照較弱，且時間短。

2.2 林下套種及不同坡位和弱光環(huán)境的南方紅豆杉人工林徑階分布

2.2.1 不同培育模式南方紅豆杉人工林徑階分布

兩種培育模式南方紅豆杉人工林徑階分布的擬合方程的r2值符合統(tǒng)計分析的要求[13]，擬合結(jié)果良好(表3)。徑階分布形態(tài)參數(shù)和徑階中值與徑階分布累積散點圖結(jié)果顯示(表3、圖1)，林下套種模式南方紅豆杉徑階分布為倒J型，林分處于競爭穩(wěn)定期；跡地純林造林模式為單峰左偏山狀，處于競爭期的自然稀疏后期[15]。相同分布累積頻率范圍對應(yīng)的徑階中值表明[13]：林下套種的南方紅豆杉徑階較跡地純林造林的更大，再次驗證了前面得出的采用林下套種模式可顯著促進生長的結(jié)論(圖1)。

林木分級結(jié)果顯示，跡地純林造林南方紅豆杉林分出現(xiàn)Ⅴ級，比例為3.00%，而林下套種模式尚未出現(xiàn)Ⅴ級木，表明跡地純林造林的林分分化較林下套種的嚴重(見表3)。這與從模式間的徑階分布形狀參數(shù)值與性狀變異系數(shù)表現(xiàn)得出的結(jié)論相互佐證，即林下套種南方紅豆杉林分競爭較穩(wěn)定。

表3 林下套種及不同坡位和弱光環(huán)境下南方紅豆杉人工林林分徑階分布參數(shù)及林木分級

2.2.2 不同坡位林下套種南方紅豆杉人工林徑階分布

坡位間南方紅豆杉人工林徑階分布擬合方程的r2值符合統(tǒng)計分析的要求[13](表3)，擬合結(jié)果良好。坡位間南方紅豆杉人工林徑階中值與徑階分布累積散點圖(圖1)及徑階分布形態(tài)參數(shù)分別為0.886、0.894、0.914，均小于1，顯示其林木徑階分布為倒J型，林分處于競爭穩(wěn)定期。坡位間相同分布累積頻率范圍對應(yīng)的徑階中值表明[13]：下坡生長南方紅豆杉徑階較中坡的大，中坡較上坡的更大，驗證了前面得出的坡位間胸徑生長顯著性差異的結(jié)論(圖1)。

圖1 培育模式間和林下套種不同坡位的南方紅豆杉人工林徑階分布累積

林木分級結(jié)果顯示，上坡林分出現(xiàn)Ⅴ級，比例為2.90%，而中坡與下坡的尚未出現(xiàn)Ⅴ級木，表明南方紅豆杉上坡林分分化較中、下坡的嚴重(表3)。這與中下坡林分徑階分布形狀參數(shù)值與胸徑變異系數(shù)指標(biāo)更小的結(jié)果相互驗證。

2.2.3 不同林下套種弱光環(huán)境的南方紅豆杉人工林徑階分布

弱光環(huán)境間人工林徑階分布擬合方程的r2值符合統(tǒng)計分析的要求(表3)[13]，擬合結(jié)果良好。兩種弱光環(huán)境的徑階分布形態(tài)參數(shù)與徑階中值與徑階分布累積散點圖顯示，其徑階分布為倒J型，處于競爭穩(wěn)定期，這可能與試驗樣地均布設(shè)在下坡有關(guān)(圖2)。

圖2 不同林下套種弱光環(huán)境的南方紅豆杉人工林徑階分布累積

相同分布累積頻率范圍對應(yīng)的徑階中值表明[13]：馬尾松林下弱光環(huán)境南方紅豆杉徑階較杉木林下的更大，這與馬尾松林下形態(tài)有利于其生長的弱光環(huán)境有關(guān)，并驗證了2.1.3中弱光環(huán)境間胸徑生長顯著性差異的結(jié)論(圖2)。林木分級結(jié)果顯示，兩種弱光環(huán)境南方紅豆杉林分尚未出現(xiàn)Ⅴ級木，林分分化不明顯，進一步佐證了林下套種南方紅豆杉林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的結(jié)論(表3)。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)論認為，林下套種較純林造林模式能夠顯著促進南方紅豆杉人工林胸徑、樹高和冠幅早期生長(P<0.05)，且林分生長整齊、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是一種較理想栽培模式。林下套種南方紅豆杉人工林的胸徑、樹高、冠幅均有著顯著性坡位效應(yīng)(P<0.05)，生長量從大到小排序為下坡、中坡、上坡(但冠幅性狀，下坡與中坡間無統(tǒng)計學(xué)顯著差異)，馬尾松林下較杉木林下弱光環(huán)境顯著促進南方紅豆杉生長(P<0.05)。林下套種的10年生南方紅豆杉人工林坡位間、弱光環(huán)境間的林分徑階分布均為倒J型分布，處于競爭穩(wěn)定期。

研究結(jié)論認為，林下套種較跡地造林模式顯著促進南方紅豆杉生長，這與劉建福等[5]研究結(jié)果一致。林下套種的南方紅豆杉生長有著顯著性坡位效應(yīng)，生長量從大到小排序為下坡、中坡、上坡，驗證了余榕然[4]、楚秀麗等[12-13]、王秀花等[21]研究結(jié)果，即下坡更適于南方紅豆杉、閩楠、木荷人工林生長。不同弱光環(huán)境南方紅豆杉人工林生長存在著顯著性差異(P<0.05)，這與張學(xué)武等[6]、林亦曦[7]的研究結(jié)果一致。馬尾松林下較杉木林下弱光環(huán)境更能促進南方紅豆杉生長，因為馬尾松樹冠針葉稀疏，既能遮陽又不致使光照不足[13]，另一方面樹冠恢復(fù)較快，林隙較小導(dǎo)致抑制其生長的直射光照較弱且時間短，從而為其冠下南方紅豆杉生長提供較適宜的光照條件[13]；在杉木林下弱光環(huán)境南方紅豆杉人工林生長較差，可能主要受伴生樹種杉木樹體特點的影響，一方面杉木林冠下受致密冠層遮擋而光照過于微弱，另一方面較大林隙導(dǎo)致抑制其生長的直射光強烈且時間長，進而使其生長受到光抑制[13]。

林分徑階倒J型分布是林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的必要特征之一[16]，也是原始雨林的理想結(jié)構(gòu)[17]及異齡林常有結(jié)構(gòu)[18-20]。綜合林下套種南方紅豆杉人工林表現(xiàn)、徑級分布的倒J型分布，以及林下套種的坡位和弱光環(huán)境生長和林木分化表現(xiàn)，建議采用林下套種模式培育南方紅豆杉珍貴用材林，且林下套種時優(yōu)先選擇立地較好的中、下坡和馬尾松林下弱光環(huán)境。而目前杉木是林下套種南方紅豆杉的主要林分樹種，如何進一步優(yōu)化調(diào)控林分保留密度、林隙大小，分析微生境間生長差異與合理種植配置等方面顯得十分重要，這有待于進一步深入研究。

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Effects of Intercropping Pattern, Different Slope and Weak Light on Early Growth and Structure Differentiation ofTaxuswallichinavar.maireiPlantation//

Ou Jiande

(Mingxi Forestry Bureau, Mingxi 365200, P. R. China);

Wu Zhizhuang

(Key Laboratory of High Efficient Processing of Bamboo of Zhejiang Province, China National Bamboo Research Center)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(10)：12-16.

Taxuswallichinavar.mairei； Plantation； Intercropping； Slope position； Weak light environments； Growth； Stand differentiation

歐建德，男，1970年1月生，福建省明溪縣林業(yè)局，教授級高級工程師。E-mail:smmxojd@163.com。

2016年3月18日。

S725.7

1)中央財政林業(yè)科技推廣示范資金項目(閩[2015]TG05號)。

責(zé)任編輯：戴芳天。