閩楠人工林林下植物和土壤理化性質(zhì)對密度的響應(yīng)

張 莉

(三明市三元區(qū)林業(yè)局，福建 三明 365001)

1 引言

閩楠(Phoebebournei(Hemsl.) Yang)是樟科楠屬的常綠喬木樹種，屬于國家Ⅱ級重點保護野生植物，主要分布在廣西、廣東、浙江、江西、貴州、湖北、湖南和福建等地。閩楠干形通直，木材致密堅韌，紋理美觀，是制造船舶和工藝雕刻的上等木材[1～4]。閩北山區(qū)主要的人工林樹種是杉木、馬尾松，針葉化較為嚴重，通過發(fā)展閩楠可以改善林種結(jié)構(gòu)和人工林樹種單一的狀況，增強林分的生態(tài)穩(wěn)定性和優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)。密度是影響森林生態(tài)系統(tǒng)的一個重要因素，密度的變化改變了森林生態(tài)系統(tǒng)中各種植物的生長空間和光照、溫度、濕度等，從而影響著系統(tǒng)中植物的變化以及土壤的性質(zhì)。通過不同密度的閩楠人工林林下植物以及土壤理化性質(zhì)變化研究，探索密度對閩楠人工林林下植物多樣性和土壤肥力的影響，可為閩楠人工林的科學經(jīng)營提供參考。

2 試驗地概況

試驗地設(shè)在三明市三元區(qū)巖前鎮(zhèn)下寨村(東經(jīng)117°40′， 北緯26°15′)，氣候條件屬于中亞熱帶山地氣候，年平均氣溫19.8 ℃，年平均降水量1400～1780 mm, 年平均日照1950 h，海拔170～200m, 坡度24°～30°，土壤為紅壤。主要林下植被有芒萁、狗脊、毛冬青等。

3 研究方法

3.1 試驗林造林設(shè)計和營造

1997年秋對巖前鎮(zhèn)下寨村杉木林采伐，經(jīng)煉山后進行挖穴，穴規(guī)格60 cm×40 cm×40 cm，第2年春進行閩楠造林。初值密度設(shè)4種，分別為3088株/hm2、2067株/hm2、2001株/hm2和1668株/hm2。試驗隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復，試驗林沿山坡的上、中、下坡排列，每一種密度3塊試驗小區(qū)，每個小區(qū)的面積400 m2。造林后連續(xù)3年全面除草，每年兩次。造林后沒有進行間伐。

3.2 野外資料收集

2017年6月對試驗林進行全面調(diào)查，在每塊試驗小區(qū)中測定每株閩楠活立木的樹高、胸徑，計算現(xiàn)存密度和蓄積量。在每塊試驗小區(qū)中隨機設(shè)置5個2 m×2 m的小樣方，在每個樣方內(nèi)分灌木和草本調(diào)查其種類、數(shù)量、高度、覆蓋度，定性描述其生活力的強弱。在每塊試驗小區(qū)中隨機設(shè)置5個土壤剖面，按0～20 cm和20～40 cm土層分別采集土樣進行物理化學性質(zhì)的測定[5，6]。

4 結(jié)果與分析

4.1 不同密度閩楠人工林林下植物的變化

研究表明，密度不僅影響人工林生長，而且對林下植物的種類、數(shù)量和生長狀況產(chǎn)生影響[7]。從不同密度閩楠林下植物的種類、生長情況、覆蓋度、生活力和多樣性情況的調(diào)查可知(表1)，造林密度為1668株/hm2的閩楠人工林，其林下植物的種類、多樣性指數(shù)、平均高和覆蓋度在4種密度的林分中都是最大，隨著造林密度的逐漸增大，林下植物的種類、多樣性指數(shù)、平均高和覆蓋度均下降。以造林密度為1668株/hm2的閩楠人工林林下植物與造林密度為3088株/hm2的閩楠人工林相比較為例，林下植物的種類、灌木層多樣性指數(shù)、草本層多樣性指數(shù)、平均高和覆蓋度分別提高了69.2%、15.5%、16.0%、40.2%和32.7%。說明密度越大的閩楠林分，林下植物越少，而且在現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，隨著密度的增大，林下陽性植物的數(shù)量逐漸減少，陰性植物的數(shù)量逐漸增加，高密度閩楠林林下植物的生活力比低密度的林分弱，這是因為隨著密度的增加，林分郁閉度加大，林內(nèi)的光照強度減弱，林下大部分植物因光照不足引起生長緩慢、生活力降低，只有少量的陰生的植物還生長正常。林下植物對維護森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和地力維持、改善均有重要的作用，因此，閩楠人工林經(jīng)營中，密度不能過大。

表1 不同密度閩楠人工林林下植物特征

4.2 不同密度閩楠人工林土壤理化性質(zhì)的變化

4.2.1 不同密度閩楠人工林土壤物理性質(zhì)

4.2.1.1不同密度閩楠人工林土壤孔隙情況

從不同密度閩楠人工林土壤容重、孔隙度和通氣度測定的結(jié)果(表2)可知，低密度的閩楠林土壤容重較小、土壤孔隙度和通氣度較大，隨著密度的增大，閩楠林土壤容重加大、土壤孔隙度和通氣度變小。如造林密度為1668株/hm2的閩楠林在0～20 cm土層的土壤容重與造林密度為3088株/hm2的閩楠林在0～20 cm土層的土壤容重相比降低了8.9%，在20～40 cm土層的土壤容重降低了3.1%；造林密度為1668株/hm2的閩楠林在0～20 cm土層的土壤總孔隙度和通氣度與造林密度為3088株/hm2的閩楠林在0～20 cm土層的土壤總孔隙度和通氣度相比分別提高了19.7%和15.1%，在20～40 cm土層的土壤總孔隙度和通氣度分別提高了14.6%和22.8%。土壤容重、孔隙度和通氣度均是表示土壤通透能力強弱的指標，土壤容重小、孔隙度和通氣度大說明土壤通氣性好。由此可見，閩楠林的密度越低，土壤通氣透水性越強。山區(qū)土壤的通透性強，有利于土壤保水、林木的根系生長和土壤微生物的活動。

表2 不同密度閩楠人工林土壤的孔隙情況

3.2.1.2 不同密度閩楠人工林土壤水分情況

根據(jù)不同密度閩楠林土壤的水分情況測定結(jié)果(表3)看出，高密度的閩楠林土壤的自然含水量、最大持水量、最小持水量和毛管持水量較小，隨著密度的降低，閩楠林土壤的自然含水量、最大持水量、最小持水量和毛管持水量增加。這是由于密度大的閩楠林，其土壤容重大、孔隙度和通氣度小(表2)，因而土壤持水能力較弱。

表3 不同密度閩楠人工林土壤的水分情況

4.2.2 不同密度閩楠人工林土壤化學性質(zhì)

通過對4種密度的閩楠林土壤的有機質(zhì)、水解性N、速效P和速效K的測定(表4)，表明密度低的閩楠林土壤中有機質(zhì)、水解性N、速效P和速效K含量高于密度高的閩楠林土壤，如造林密度為1668株/hm2的閩楠林0～20cm土層中有機質(zhì)、水解性N、速效P和速效K含量與造林密度為3088株/hm2的閩楠林相比分別提高了27.3%、23.0%、14.3%和26.7%，說明低密度的閩楠林土壤肥力高于高密度的閩楠林。這是因為密度低的林分，土壤通氣透水性好，有利于土壤中各種動物、微生物活動，促進地表枯落物的分解，而且低密度林分林下植物茂盛且落葉量豐富，經(jīng)分解后營養(yǎng)回歸土壤的量較大，因此低密度林分的土壤肥力高。

表4 不同密度閩楠人工林土壤化學性質(zhì)

5 結(jié)語

通過對造林密度分別為3088株/hm2、2067株/hm2、2001株/hm2和1668株/hm2的閩楠人工林的林下植物種類、數(shù)量、生長情況、覆蓋度和生活力的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)隨著密度的增大，林下植物生長降低、生活力減弱，植物多樣性指數(shù)減少，林下植物的種類、數(shù)量變少。閩楠人工林的土壤容重隨密度的增大而增加，而孔隙度、通氣度、持水量降低，有機質(zhì)、水解性N、速效P、速效K含量減少，土壤肥力下降。在本試驗中，閩楠人工林造林密度以1668株/hm2比較合適。