香椿、多穗柯復合經營生長效應及涵養水源能力

蔡世鋒

(福建省尤溪國有林場，福建 尤溪 365100)

根據不同物種之間生物學特性進行復合經營，合理利用光能、營養物質、水資源等，從而提高林地生產力，是林業發展的趨向。香椿(Toonasinensis)是中國特有植物，人工栽培歷史悠久，過去多在房前屋后種植，主要傾向于食用和藥用，實際上香椿也是珍貴的用材樹種，速生，主干頂端優勢明顯，端直，少有分叉[1]。木材具光澤，花紋美麗，材色紅潤，堅實又耐腐，素有“中國桃花心木”之美譽，是上等的家具、建筑及室內裝飾優質用材[2-3]。多穗柯(Lithocarpuspolystachyus)是亞熱帶鄉土闊葉樹種，天然分布在長江以南廣大地區，以福建省與江西省交界的武夷山脈分布最廣[4]。福建省建寧縣野生資源較多，當地利用其嫩葉、嫩枝制作甜茶飲用歷史悠久，且蔚然成風。已有研究表明：多穗柯甜味來自天然的根皮苷成分，歸屬于黃酮化合物中的二氫查耳酮，葉中含量高達12.6%[5]。傳統多用于清熱解毒、安神降壓等藥用，還有抗衰老等保健作用，是一種兼備茶、糖、藥的藥食同源植物，具有較高的開發價值和產業化發展前景[5-6]。以往對香椿研究更多關注食用和藥用方面[7-11]，也有一些栽培用材林的報道[12-13]；多穗柯更多報道其化學成分、活性物質、功效等[14-17]，人工栽培研究較少[18-19]；有關香椿多穗柯復合經營尚未見過報道。本試驗以培育香椿用材林木與采收多穗柯嫩葉、嫩枝非木質資源相結合的經營模式，分析其生長效應和水源涵養能力，以豐富本地區復合經營組合，提高林分生產力和增強生態功能。

1 試驗地概況

福建省建寧國有林場位于福建省西北邊陲的建寧縣境內。建寧縣與江西省的南豐、黎川和廣昌縣接壤，處于武夷山脈中段，是福建省最大河流——閩江的源頭，森林肩負著涵養水源的重要責任。建寧縣高聳的武夷山脈阻擋了南下的冷空氣，冷空氣在此與北上暖濕氣流交匯，形成典型的亞熱帶山地季風氣候。冬季氣候寒冷，極端最低氣溫-12.8 ℃，夏季晝夜溫差大，極端最高氣溫39.9 ℃，日較差達11 ℃以上。雨量充沛，年均降水量1822 mm，區域內植被茂密，分布有多種武夷山脈所特有的生物群落，適合林木生長，其地區性森林植被為常綠櫧類半常綠櫟類照葉林區。試驗地設在福建省建寧國有林場嶺頭工區12林班51大班20小班，海拔400～550 m，西南坡，坡度20°左右，土壤為山地紅壤，土層厚度>1 m，pH 5.7，綜合立地質量為較肥沃立地類型(Ⅱ類地)。主要植被有：蕨類(Pteridiumaquilinum)、五節芒(Miscanthusfloridulus)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、淡竹(Phyllostachysglauca)、山蒼子(Litseacubeba)、鹽膚木(Rhuschinensis)等。前茬為杉木林，2012年皆伐。

2 試驗方法

2.1 試驗設計與方法

試驗采用完全隨機區組設計，設3個處理，處理1：單一種植香椿，標記為XY(株行距3.0 m×3.0 m)；處理2：單一種植多穗柯，標記為KY(株行距1.8 m×1.8 m，多穗柯主干達到2 m后，在主干2 m處定干，截去2 m以上主干，控制樹高在3 m以內，通過修剪培育半球形樹冠)；處理3：香椿、多穗柯復合經營林分，標記為XD(鑒于香椿和多穗柯均為喜陽性樹種，為了緩和種間競爭，香椿采取寬行距大規格定向培育用材林，而多穗柯則采取較大密度矮化作業方式，香椿株行距5.4 m×5.4 m，種間種植2株(行)多穗柯，多穗柯株行距1.8 m×1.8 m，多穗柯采取與處理2同樣定干、修剪、整形技術措施)。

2012年采伐跡地經清雜后，選擇立地條件基本一致的同一坡面設置3個區組，每一區組內設置面積均為20 m×20 m的小區3個。按照試驗設計進行塊狀整地，穴規格均為50 cm×40 cm×30 cm，試驗所用苗木均為建寧本地采集種子培育的1年生實生苗，2013年春季造林。幼林撫育均采取同樣的常規方法。

2.2 測定方法

造林當年調查造林成活率，每年測定主要生長因子。2019年底進行全面測定，分樹種每木測定主要生長因子。2018—2019年在春季對多穗柯各進行1次嫩葉、嫩枝采收，現場稱取鮮質量，以測算嫩葉(枝)產量。冠幅面積(S)：S=1/4πab，冠長率(L)：L=h/H，香椿單株材積(V)：V=0.00005276D1.882161H1.009317，

式中：a、b分別為南北向和東北向平均冠幅；h、H分別為平均冠長、全樹高；D為平均木胸徑。

根據每一小區的平均胸徑、平均樹高各選擇1株標準株(相對誤差允許在±5%的范圍內)。采用分層切割法(1 m區分段)測定地上部分干材、枝、葉鮮質量，再分別取一定量置于80 ℃的烘干箱中烘干至恒重，計算出各器官的生物量。另外稱取一定量鮮葉樣品測定冠層最大持水量(W1，24 h浸水法，下同)。

在各標準地按“X”型，建立5個1 m×1 m小樣方，測定林下植被層生物量和最大持水量(W2)，同時測定小樣方內凋落物量，再取一定量樣品測定最大持水量(W3)。

小樣方測定凋落物量后，在每個小區內建立1個土壤剖面，分層(20 cm為1層)取0～60 cm土樣，環刀法測定土壤容重、土壤含水量和孔隙狀況，雙環刀法測定入滲速率，計算土壤貯水量(W4)：W4(t·hm-2)=10000HP，總水源涵養量(Wh)：Wh=W1+W2+W3+W4，式中：H為測定土層厚度(m)；P為非毛管空隙(%)[20]。

3 結果與分析

3.1 林分生長比較

不同處理8年生香椿、多穗柯生長狀況測定結果見表1。由表1可知，XY處理平均樹高9.15 m，平均胸徑9.51 cm，冠幅面積6.18 m2，冠長率0.41，林分郁閉度0.62，單株立木材積為0.0341 m3，林分生長狀況良好，但冠層單薄；DY處理平均樹高3.12 m，平均胸徑6.18 cm，冠幅面積2.31 m2，冠長率0.69，林分郁閉度0.65；XY處理和DY處理均表現為同層林，樹種單一，結構簡單。XD處理林分郁閉度0.79，香椿平均樹高9.21 m，平均胸徑10.34 cm，冠幅面積8.19 m2；多穗柯平均樹高3.14 m，平均胸徑6.53 cm，冠幅面積2.46 m2；林分呈現復層結構，香椿位于林分上層，陽光充裕，多穗柯處于下層，利用了上層香椿樹冠透入光照，可以滿足生長發育過程中所需的光照條件。XD處理復合經營形成的復層結構，林分覆蓋度較高，對降水截留會產生較大影響。

表1 不同處理林分生長狀況

XD處理中香椿單株立木材積可達到0.0403 m3，XY處理香椿單株立木材積僅為0.0341 m3。XY處理中香椿雖然生長迅速，但頂端優勢明顯，極少分叉，枝葉比較稀疏，冠層單薄，林地覆蓋度較小，林下透光度較高，造成光能浪費。另外，雖然香椿是陽性樹種，但樹干如果長時間受強光照射，易遭受日灼傷害，其樹干年輪寬窄也不勻，在縱軸方向出現偏差，致使木材質量下降。復合經營林下生長的多穗柯為上層香椿提供了側方庇蔭，對香椿干材生長和質量有積極影響。

XD處理中多穗柯與DY處理中多穗柯相比，經營密度大致相同，相應增加了上層香椿的株數，形成了復層林分，生長發育并不受到抑制，還有一定體量增加；由于人為控制樹高，兩者間平均樹高差異小，但平均胸徑增加5.7%，冠幅面積增加6.5%。據2018年、2019年春季對多穗柯嫩枝、葉鮮質量的現場測定，XD處理中多穗柯嫩枝、葉平均鮮質量2.54 kg·株-1·a-1，DY處理為2.48 kg·株-1·a-1，經方差分析未達到顯著水平。表明香椿與多穗柯復合經營，未影響多穗柯嫩枝、葉鮮質量。

3.2 地上生物量組成與分配

不同處理8年生林分地上部分生物量的組成與分配見表2。從表2可知，不同處理喬木層、平均木、林下植被層和凋落物層生物量都有差別。

表2 不同處理林分地上部分生物量

3.2.1 喬木層生物量 XY處理喬木層生物量13.22 t·hm-2，DY處理喬木層生物量20.17 t·hm-2。XD處理中，喬木層香椿生物量4.83 t·hm-2，占喬木層生物量的20.2%；多穗柯生物量19.05 t·hm-2，占喬木層生物量的79.8%。香椿、多穗柯復合經營達到培育香椿干材的同時，兼營多穗柯非木質資源的經營目標。

3.2.2 平均木生物量 XD處理中，香椿平均木生物量為12.63 kg·株-1，其中干材、枝、葉分別占75.1%、13.5%、11.5%；XY處理中，香椿平均木生物量為14.22 kg·株-1，其中干材、枝、葉分別占75.2%、13.4%、11.4%；兩者各器官組成與分配比例基本相似，經方差分析，兩者各器官生物量間未達顯著差異。

XD處理中，多穗柯平均木生物量7.51 kg·株-1，其中干材、枝、葉分別占48.5%、32.6%、18.9%，與香椿比，枝葉分配比重增加，這與控制多穗柯樹高有關；DY處理中香椿平均木生物量7.19 kg·株-1，其中干材、枝、葉分別占46.2%、33.8%、20.0%；各器官組成與分配比例基本相似，經方差分析，兩者各器官生物量間未達顯著差異。

綜上表明，復合經營不僅沒有影響香椿或多穗柯單一樹種經營地上部分生物量，而且還提高了林分喬木層生物量，生長效應較好，是一種較理想的復合經營組合。

3.2.3 林下植被層和凋落物層生物量 林下植被和凋落物層都是森林生態系統的組成部分[21]，具有重要的生態學意義[22-23]。從表2可知，3種處理中均以XY處理林下植被層生物量最高，其次是XD處理；凋落物層生物量以DY處理最高，XD處理其次。這與各樹種生物學特性有關，也與經營株數和分解速率有關。XD處理林下植被層生物量和凋落物量都比較高，說明復合經營所形成的異質生物群落能夠容納更多物種和較高的生物量。

3.3 土壤水分物理性質

土壤水分物理性質是土壤肥力的重要因子，也是表達水源涵養能力的關鍵因子。不同處理土壤水分物理性質測定結果見表3。從表3可知，XD處理0～20 cm土層土壤容重1.108 g·cm-3，非毛管孔隙5.47%，總孔隙40.93%，初滲、穩滲分別為5.18、3.45 mm·min-1，均比XY處理、DY處理有所改善；20～40、40～60 cm土層土壤容重、非毛管孔隙、總孔隙度也有一定程度改善。表明香椿、多穗柯復合經營改善了土體結構，土壤緊實度降低，更疏松、多孔，有利于根系生長和蓄水。這與復合經營林地覆蓋度增加，林地更濕潤，有利于根系伸展和擴張有關，也與混合凋落物能夠提高分解速率有關。有利于降低地表徑流，提高水源涵養能力。

表3 不同處理土壤水分物理性質

3.4 水源涵養能力

水源涵養能力是森林重要的生態功能之一。不同處理林分水源涵養能力重要指標的測定結果見表4。從表4可知，XD處理，林冠層、土壤層持水量分別1.91 、279.65 t·hm-2，林下植被層和凋落物層持水量分別為1.07、14.14 t·hm-2，總涵養量296.77 t·hm-2。林冠層、土壤層水源涵養能力高于XY、DY處理，林下植被層水源涵養能力低于XY處理，凋落物層水源涵養能力低于DY處理，總涵養量高于XY和DY處理。經方差分析，總水源涵養量XD處理與XY處理間達到顯著差異水平(P<0.05)，其它處理間差異不顯著。表明復合林分具有較高的水源涵養能力，香椿、多穗柯復合經營不僅有明顯的生長效應，而且有利于發揮林分水源涵養能力。

表4 不同處理水源涵養能力 t·hm-2

4 小結與討論

我國人工林經營走多功能發展道路是一種趨勢。復合經營可以合理利用空間資源，提高生產力，增強生態功能。香椿、多穗柯復合經營通過合理配置和人工調節，可以構建復層林分，在培育香椿用材林的同時，兼營多穗柯非木質資源。8年生復合林分無論是香椿，還是多穗柯生長狀況良好，香椿單株材積可達0.0403 m3，多穗柯嫩葉、嫩枝鮮質量平均達2.54 kg·株-1·a-1，土壤水分物理性質得到改善，具有較高的水源涵養能力，總涵養量296.77 t·hm-2，高于香椿、多穗柯單一經營林分。李婷婷等[24]認為，水源涵養林一般要求具有復層、冠長率高、冠幅圓滿、樹種混交、灌草豐富的森林結構。周東雄[25]在對杉木乳源木蓮混交林研究表明：良好的林分結構和豐富的生物量是固土保水功能的基礎和前提。本試驗表明，單一香椿經營從水源涵養層面分析并不理想，其冠長率只有0.41。一般認為水源涵養林，冠長率>2/3較為理想[24]，雖然復合經營中香椿冠長率0.40，多穗柯冠長率0.68，不及相對應的單一經營樹種，但復合經營形成的鑲嵌結構發揮組合效益，提高整體冠層厚度，增強涵養水源能力。多穗柯屬于中性偏陽樹種，隨著林齡增長對光照強度要求增長，應該采取人為控制樹高，使得香椿冠層與多穗柯冠層間存在空間差，加上復合經營中降低了經營密度，香椿林下透光率可以滿足多穗柯生長發育。