選地不當致使杉木長成小老樹的內在機理探討

齊明 王海蓉 葉金俊 孫洪剛

摘要：? 采用比較分析法，以福建洋口8年生的一片杉木雜交試驗林為參照物，確認因選地不當，導致遂昌引進洋口的21年生杉木無性系林分為小老樹林。然后對遂昌杉木無性系試驗林進行抽樣， 每系抽取3株樣樹，進行養分分析，將分析結果與福建南平同年大小的杉木人工林的養分吸收與利用結果進行比較。結果表明，從福建洋口林場引種的無性系，生長遠遠低于福建省8年生杉木雜交子代試驗林，是地道的小老樹;同為福建南平的杉木良種，并且三地試驗林的氣候條件基本相似，只有土壤環境和植被存在較大不同。遂昌杉木小老樹形成的內在機制是土壤缺磷少氮，導致杉木生長差，同時生長勢弱的杉木根系吸收與枝葉利用養分能力就差，這種惡性循環是遂昌杉木小老樹形成的內在機理。

關鍵詞：? 杉木;? 土壤養分;? 小老樹;? 內在機制

中圖分類號：? ?S 718. 43? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2020）05 - 0012- 05

1990年代，我國南方營造了1億畝杉木（Cunninghamia lanceolata）速豐林，但由于忽視了立地條件和優良品種的耐貧瘠特性，致使30%的杉木人工林不能成林，約20%的人工林不能成材，形成了小老樹林分[ 1 ]。小老樹的形成機理多種多樣，我國小老樹的形成具有明顯的地域特異性，干旱半干旱地區是典型的小老樹分布區：其中黃土高原有楊樹（Populus simonii）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、油松（Pinus tabulaeformis）等樹種;內蒙古中部、東北有遼寧的義縣和吉林西部的沙地楊樹;南有蘇南、浙南等地局部地區的杉木;東有山東等地的刺槐[ 2 - 9 ]。小老樹常見于速生樹種中，據葛掌興[ 10 ]報道，江陰市局部營造的杉木速生人工林，由于土層淺薄全部形成了小老樹林分，即違背了杉木生存的生態生理所致。

縱觀我國關于小老樹的成因研究結果，發現小老樹的形成大多數是由于違背了適地適樹的大原則，但也受樹種、氣候帶和不同立地條件等因素的影響。本研究采用比較分析法，沿用劉桌明[ 12 ]和林寶平等[ 14 ]研究思路，以遂昌杉木引種無性系試驗林若干經濟性狀的差異為切入點，并以該杉木無性系試驗林為研究對象，以福建南平洋口林場的一片8年生的雜交試驗林[ 11 ]和福建南平峽陽林場21年生的速豐林[ 12 ]為參比對象。采用統計分析，論證本試驗林為小老樹林分，進而運用比較法，通過分析其體內養分變化，外部土壤環境差異，揭示杉木小老樹的形成原因，挖掘小老樹形成的機制。并結合我國社會經濟發展大勢，根據杉木小老樹形成的不同原因，提出杉木小老樹林不同的處理對策，旨在為合理經營杉木連栽林與規劃未來營造杉木速豐林提供科學依據。

1 試驗地概況

試驗地設在浙江省遂昌縣大坪頭村。造林地前作是以馬尾松為主，并混有雜木林的丘陵林地，立地條件指數12～14，土層厚度約60 cm，經土壤養分分析，發現該地地力貧瘠。該地營造的杉木無性系林分，原是國家造林項目的一部分，造林前煉山，但沒有整地，造林密度2 m×2 m，1997年春季造林。由于當時強調森林的生態效果，故造林后沒有撫育，也缺乏合理的管理。

遂昌從福建邵武引進的杉木無性系遵循了氣候相似性的原理，已有引種成功的范例。

由表1可知，浙江遂昌與福建南平峽陽的氣候條件基本相似，滿足林木引種氣候相似的基本原理，這也是可從浙江引進福建的杉木資源，并在浙江生長成林的一個佐證。

2 材料與方法

2. 1 研究材料與試驗設計

1997年選出27個表型突出的杉木無性系，從邵武引進遂昌（邵武的杉木無性系材料來自福建洋口），并以浙江一代種子園中自由授粉家系龍15作對照。隨機區組設計，5個區組，4株縱行小區，試驗最初目的是篩選適合遂昌栽培的優良品種。但由于人為等因素的干擾，山頂附近的2個區組重復缺株太多，沒有參與分析。本研究只選取其中的3個區組重復資料參與分析。

參比杉木試驗林有：①福建南平洋口林場8年生的杉木雜交子代試驗林[ 11 ];②福建南平峽陽林場的一片21年生的杉木人工試驗林[ 12 ]。這些試驗林均是福建南平杉木良種營造的試驗林。

2. 2 研究方法

采取抽樣策略：每系每個區組抽取1株，3個重復。在樣株的中上部向陽方位剪取一枝條，于2019年10月10日分別采取同一枝條上的1年生和2年生針葉，送杭州質檢中心分析氮、磷含量。同時在3個區組的中心，分別在土壤深30～40 cm范圍內挖取土壤0.5 kg，烘干后混均，分別分析有機質、全磷、全氮、全鉀、水解性氮、有效磷、速效鉀、交換性鎂、交換性鈣和土壤pH值。

杉木針葉養分內吸收是反映杉木針葉養分內循環狀況的重要指標，能反映杉木針葉老葉向新葉轉移養分的潛在能力[ 14 - 16 ]。

養分內吸率=（m-n）/n

式中，m為1年生針葉氮（磷）的含量;n為2年生針葉氮（磷）含量;同時還計算了無性系不同株間的氮磷比=氮N含量/磷P含量。

將遂昌縣杉木無性系經濟性狀的平均表現與葉志宏[ 11 ]的研究結果進行比較，目的是論證遂昌從福建引進的速生杉木無性系林分發育成小老樹林分;然后將遂昌縣杉木無性系試點的土壤分析結果與福建南平峽陽林場試驗地的若干指標進行比較，再將遂昌21年生杉木無性系1年生和2年生針葉對養分（氮和磷）吸收與利用能力，與劉桌明[ 12 ]的21年生杉木針葉研究結果加以比較，確定杉木小老樹的養分吸收及利用情況，分析遂昌引進的速生杉木無性系林分失敗的原因。

2. 3 統計分析

方差分析采用matlab7.0[ 17 ， 18 ]軟件分析，多元分析采用DPS軟件處理[ 20 ]。

3 結果與分析

3. 1 21年生杉木無性系經濟性狀間的差異分析

由表2可見，遂昌引進的27個杉木無性系經濟性狀間存在顯著差異，生長表現最佳的是149，其樹高為5.55 m，胸徑9.71 cm，材積26.92 dm3，比重0.393 8;其次是試驗林區組重復間的環境差異并不是十分顯著，無性系造林地內環境基本一致，這可從表1計算出的區組重復間的方差分量大小看出：樹高的區組重復方差占全部方差的5.72%;胸徑的區組重復方差占全部方差的6.62%;材積的區組重復方差占全部方差的6.57%;木芯比重的區組重復方差占全部方差的5.37%，這說明造林地地力分布基本均勻，林地異質性不突出，區組劃分得當。基于此，我們在分析林地養分時，僅在每個區組中心抽取1個土壤樣品，3個土壤樣品充分混合，測量杉木無性系試驗林的林地土壤養分含量。

3. 2 杉木無性系試驗林的總體情況及其與洋口林場雜交試驗林的比較

由表3可見，遂昌21年生的速生杉木無性系生長顯著低于福建8年生的雜交試驗林，雖然其木芯比重顯著大于福建洋口林場，但無法改變這些生長差的無性系的利用價值。綜上所述，遂昌這些從福建洋口林場引種的無性系生長遠遠低于福建洋口，是地道的小老樹（注：同一立地條件下的浙江良種造林，也是形成小老樹）。

3. 3 遂昌引進杉木無性系的試驗地與福建南平試驗地的土壤環境異同對比

根據表1可知，遂昌引種杉木無性系在浙南造林是可行的，但與福建閩北山區的杉木試驗林的生長差異明顯，主要歸結于兩地在土壤條件和植被分布上的差異較大[ 12 ]。

從表4可知，遂昌杉木無性系試驗林地營養十分缺乏，營養元素的含量幾乎是福建南平峽陽杉木林的一半，尤其是鎂含量嚴重不足，這會嚴重影響葉綠素的形成;土壤有機質含量11.9 g/kg，土壤pH值4.61。本研究中的遂昌杉木無性系試驗林造林前沒有整地，且造林后沒有撫育，導致試驗林地蕨類植物生長茂盛，高達60 cm，且全林中都有分布，與杉木爭養分和水分資源，這使得杉木生長的營養更加缺乏。

3. 4 遂昌引進的杉木無性系試驗林與福建南平杉木實生人工林在養分吸收上的差異

由表5可以看出，遂昌無性系試驗林，其針葉氮、磷養分元素含量顯著低于福建同齡杉木林的養分含量，幾乎是福建南平峽陽杉木試驗林針葉營養含量的一半，與福建省21年生的杉木林衰老針葉養分含量（N含量=6.473 g/kg;P含量=0.384 g/kg）接近。從N/P的大小看，遂昌杉木無性系試驗林針葉N/P大于14，說明杉木磷素比氮素受到的脅迫更大，而福建南平峽陽杉木人工林針葉N/P接近14，說明該杉木林處在最佳生長狀態。杉木造林地的立地條件對杉木的生長有著極其重要的作用。

3. 5 遂昌引進的杉木無性系試驗林與福建南平杉木實生人工林在養分利用上的差異

由表6可以發現，遂昌杉木無性系試驗林針葉氮內吸收率和磷內吸收率均顯著低于福建南平峽陽同齡杉木人工林。這說明遂昌杉木無性系林分不僅對養分元素的吸收弱，而且養分運轉和利用能力也較弱。

通過對浙江遂昌、福建南平杉木造林地的養分和杉木針葉養分的比較分析發現：杉木林地養分高（低），杉木吸收與利用率也高（低），杉木林分生長就強，反之則生長衰弱;而生長緩慢的杉木又降低了杉木根系對養分的吸收和樹體的利用，這種惡性循環是遂昌杉木形成小老樹的主要內在機理。同時說明杉木針葉中的氮、磷含量與其土壤中的氮、磷等元素含量存在極其顯著的同步正相關，這與盧善土的研究結果一致[ 23 ]。

4 討 論

4. 1 浙江遂昌引進的杉木無性系生長發育成小老樹，其形成機理與侯慶春等人[ 2 - 4 ]的研究結果有相似之處：侯慶春等人認為小老樹多發生在速生樹種上，干旱和土壤中營養元素的匱乏，是形成小老樹林分極其重要的原因。因此提出小老樹改造的關鍵在于增加林地土壤水分和營養元素，提高土壤肥力。這與南京林產工業學院關于蘇南杉木小老樹成因研究結果[ 21 ]有些不同：1）蘇南丘陵崗地常分布有粘盤層，即鐵錳結核層，它是一種不透水、不透氣、堅硬板結的母質，土壤中粘盤層位置會對杉木生長造成影響;2）土壤的理化性狀對杉木生長有影響，蘇南丘陵崗地土壤的另一特點是質地粘重板結，物理性狀差，養分含量低;3）杉木造林地地下水位過高爛根，致使杉木生長不良;4）整地粗放、撫育管理不善也會降低杉木生長速度。杉木是我國南方主要速生造林用材樹種，有些地方由于不講適地適樹，在土壤貧瘠的紅壤丘陵種植杉木，以致出現成林不成材的小老樹。于智君[ 22 ]認為速生楊樹小老樹形成的原因是：（1）造林前沒有充分考慮土壤因素，違反了適地適樹的原則;（2）造林后沒有及時撫育管理，使幼林長期生長不良;（3）修枝不科學、病蟲害削弱了樹勢，這與本研究的杉木小老樹成因有些相似。

4. 2 改造21年生的小老樹林分，代價是很昂貴的，對于遂昌這樣已成林的小老樹林分，只能轉化為生態林，按生態林進行管理，讓其發揮生態效益;而對尚處在幼林期的杉木（小老樹）林分，要加強管理、合理施肥，或套種綠肥、事先混交、選樹適地、重新造林。發展杉木速豐林，特別是我國南方的杉木速豐林的造林地，要嚴格選地，真正做到適地適樹，在連栽地或立地條件偏低的林地上種植杉木速生用材林，首先要及時整地，造林要施足基肥，幼林期要加強管理，及時撫育施肥，以免錯過杉木成材速生期的管理[ 25 ]。

5 結 論

5. 1 遂昌引進福建洋口林場的速生無性系，由于造林前沒有重視林地立地條件的選擇，導致引種失敗，形成小老樹林分。

5. 2 造林地的養分水平與杉木吸收與利用量間具有同步性，低養分的造林地，杉木吸收與利用養分能力弱，并導致生長緩慢，反過來生長緩慢的杉木，其根系吸收與枝葉養分利用力就弱，這種惡性循環是遂昌杉木無性系試驗林變成小老樹林分的主要原因。造林后沒有撫育，沒有進行人工施肥，這是造成貧瘠土地上杉木速生無性系形成小老樹林分的又一原因。

5. 3 研究杉木小老樹形成的內在機理，是為了改造、更新、管理、利用這些小老樹林分。在我國南方山地杉木造林，要遵循“一良種，一造林地，一管理良方理念”。否則會形成杉木小老樹林分。而對于錯過生長期的杉木小老樹，則應轉化為生態林，實施生態管理，發揮其生態效益。

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第1作者簡介：? 齊明（1962-），? 男，? 碩士，? 副研究員，? 從事林木生態育種等。

收稿日期： 2020 - 05 -? 30

（責任編輯：? ?張亞楠）

Probe into the Internal Mechanism of Chinese Fir to Grow into

Small Old Trees Due to Improper Selection of Land

QI Ming

（Research Institute of Subtropical Forestry of CAF，? Zhejiang Hangzhou 311400）

Abstract In order to reveal the inner mechanism of Chinese fir to form small and old trees， it provides scientific knowledges for the successful establishment of Chinese fir plantation in the future. By means of comparative analysis， an eight-year-old Chinese fir hybrid experimental forest in Yangkou， Fujian province was used as a reference to confirm that the 21-year old Chinese fir clonal plantation introduced into Suichang from Yangkou was divided into small and old forests due to improper site selection. The results were compared with the results of nutrient absorption and utilization in the plantation forest of China fir of the same age in Nanping， Fujian province， so as to reveal the internal mechanism of Chinese fir clones to become small and old trees. the clones introduced from the Yangkou forest farm in Suichang grew much lower than those from the 8-year-old Chinese fir hybrid test forest in Fujian province. Both of them are fine species of Chinese fir in Nanping， Fujian， and the climate conditions of the three experimental forests are basically similar， except that the soil environment and vegetation are quite different. The internal mechanism of the formation of small and old trees of Chinese fir clonal plantation in Suichang is the lack of phosphorus and nitrogen in the soil， which leads to the poor growth of Chinese fir and the poor ability of its roots to absorb and utilize nutrients in its branches and leaves. This vicious cycle is the internal mechanism of the formation of small and old trees of Suichang fir.

Key words Chinese fir;? Soil nutrient;? Small old tree;? Internal mechanism