不同造林密度下深山含笑人工林生長和生態(tài)效應(yīng)分析

馮淑琴

（明溪縣瀚仙林業(yè)站，福建明溪 365201）

造林密度是影響人工林生長的一個主要因素，對林分的生產(chǎn)力起著決定性作用，確定合理的造林密度是營造人工林的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]。密度通過改變林分地上和地下生長空間、林內(nèi)光照條件、土壤養(yǎng)分和水分的分配等，促進或降低林分生長，影響林下植物種類、數(shù)量以及植物根系分布、土壤理化性狀等。有學(xué)者研究認(rèn)為，黑木相思、尾巨桉等樹種的樹高、胸徑和單株材積均隨著造林密度的增大而降低[3-4]；林開敏等研究發(fā)現(xiàn)，杉木人工林密度增加，林下植物的生物量和土壤肥力降低[5]；婁清等研究表明，馬尾松低密度人工林中林下植物豐富度和多樣性指數(shù)，以及土壤有機質(zhì)、全氮等營養(yǎng)指標(biāo)均高于高密度的林分[6]。

深山含笑（Michelia maudiae）是木蘭科含笑屬常綠喬木樹種，具有生長快、材質(zhì)好等特點，木材是建筑和家具上等的原料[7]。深山含笑樹型美觀，春天滿樹白花，是優(yōu)良的觀賞樹種[8]。因此，深山含笑是閩北山區(qū)廣大林農(nóng)樂于栽培的樹種。目前，深山含笑的研究集中在育苗技術(shù)[9-11]、人工林生長規(guī)律[12]和混交造林[13-14]等方面，而造林密度對深山含笑人工林的生長和生態(tài)效應(yīng)研究鮮有文獻報道。為給深山含笑人工林經(jīng)營管理提供參考，探討了不同造林密度對深山含笑生長量，林下植物的種類、數(shù)量，土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于明溪縣瀚仙鎮(zhèn)石珩村景成坑山場。亞熱帶山地氣候類型，多年平均氣溫18.5 ℃，多年平均降雨量1 850 mm，年有霜的天數(shù)約100 d。試驗地海拔約600 m，坡向朝東，坡度在22°左右，土壤類型屬于山地紅壤，立地類型為Ⅱ類地，土層厚度約110 cm。林下植被有鹽麩木（Rhus chinensis）、烏飯（Vaccinium bracteatum）、桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）、鐵線蕨（Adiantum capillus-veneris）、山蒼子（Litsea cubeba）、狗脊（Cibotium barometz）、菝葜（Smilax china）、黃瑞木（Adinandra millettii）、芒萁（Dicranopteris dichotoma）等。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗林建立

2014 年春，在石珩村景成坑營造深山含笑不同密度的試驗林，造林密度分別為2 001、1 600、1 334、1 112 株·hm-2。密度試驗的小區(qū)在山場隨機布設(shè)，重復(fù)3 次，共12 塊試驗小區(qū)，各小區(qū)面積均為400 m2。造林前種植穴規(guī)格為60 cm×40 cm×40 cm，春天雨季植苗，苗木為2年生的容器苗。

1.2.2 試驗資料收集

試驗林建成后，每年進行試驗林生長情況調(diào)查。2021年10月，對試驗林進行全面調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括生長量、林下植物多樣性和土壤理化性質(zhì)。生長量調(diào)查方法：對試驗小區(qū)內(nèi)每株深山含笑活立木測定其胸徑、樹高，統(tǒng)計平均值。林下植物多樣性調(diào)查：在各試驗小區(qū)內(nèi)隨機布設(shè)2 m×2 m 的樣方5 個，在各樣方內(nèi)調(diào)查灌木和草本的種類、數(shù)量、高度、蓋度并挖取稱重。土壤樣品采集：在各試驗小區(qū)內(nèi)隨機選取3～4個土壤采樣點，挖垂直剖面并用環(huán)刀在土層10 cm 處取土用于土壤物理性質(zhì)測定，同時在0～20 cm 土層取土樣用于土壤化學(xué)性質(zhì)測定[15-16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同造林密度深山含笑人工林生長變化分析

2021 年10 月，對7.5 年生不同造林密度深山含笑的生長量進行調(diào)查（見表1），從中可知，隨著造林密度的降低，深山含笑林分的平均樹高、平均胸徑、平均單株材積均呈現(xiàn)出增加的變化規(guī)律，造林密度為1 112 株/hm2林分的平均樹高、平均胸徑和平均單株材積均最大，造林密度為2 001 株·hm-2林分的平均樹高、平均胸徑和平均單株材積均最小。與造林密度為2 001、1 600、1 334 株·hm-2的林分相比，造林密度為1 112 株·hm-2林分的平均樹高分別增加50.9%、31.1%和8.1%，平均胸徑分別增加33.9%、20.3% 和5.1%，平均單株材積分別增加140.3%、71.3%和12.6%。方差分析表明，不同造林密度林分的平均樹高、平均胸徑和平均單株材積均存在顯著差 異（FH=5.59*，F(xiàn)D=6.31*，F(xiàn)V=6.80**）。這與陳德相[17]、李榮珍等[18]、黃彩霞等[19]及林開敏等[20]對造林密度影響人工林生長的研究結(jié)果相一致。隨著造林密度的降低，深山含笑林分的平均蓄積量先增加后減少，造林密度為1 334 株·hm-2林分的平均蓄積量最大，與造林密度為2 001、1 600、1 112 株·hm-2的林分相比，蓄積量分別增加了52.3%、32.6% 和11.4%。方差分析顯示，不同造林密度林分的平均蓄積量差異達到顯著水平（FG=7.25*）?？梢?，深山含笑造林密度為1 334、1 112 株·hm-2的林分生長最快，生長量和蓄積量最大。

表1 不同造林密度深山含笑人工林生長變化

2.2 不同造林密度深山含笑人工林下植物變化分析

林內(nèi)植物種類和生長發(fā)育狀況主要受林內(nèi)小生境的影響，在光照條件充足、土壤肥沃的林下環(huán)境中，陽性植物占據(jù)主導(dǎo)地位，不僅種類多，而且生長茂盛，相反，在陰暗潮濕的環(huán)境，陰生植物發(fā)育良好。對不同造林密度的深山含笑林下植物的調(diào)查結(jié)果表明（見表2），林分密度不同，林下植物的種類、數(shù)量、高度、蓋度和生物量隨之發(fā)生變化，總的變化規(guī)律是林分密度降低，林下植物生長繁茂，種類和數(shù)量增多，蓋度增大，生物量提高。其中，造林密度1 112株·hm-2的林分中林下植物的種類、數(shù)量最多，高度、蓋度和生物量最大，而造林密度2 001 株·hm-2的林分中林下植物的種類、數(shù)量最少，高度、蓋度和生物量最??；造林密度1 112 株·hm-2的林分中林下植物的種類、數(shù)量、高度、蓋度和生物量與造林密度2 001 株·hm-2的林分中林下植物相比，分別提高了66.7%、39.1%、50.2%、24.0%和19.1%。隨著林分密度的增大，深山含笑林下植物的生長減弱，植物的種類也發(fā)生變化，陽性植物減少，陰生植物增多。這種結(jié)果與黃登銀[21]、婁清等[6]、林開敏等[5]對馬尾松、杉木林下植物研究結(jié)果基本一致。林下植物是森林生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，對涵養(yǎng)水源、降低地表徑流和增加土壤肥力等均有重要作用。人工林經(jīng)營中，通過合理的密度調(diào)節(jié)控制，不僅可提高喬木層生長量，而且由于改善了林下生境條件，能促進林下植物的生長發(fā)育。

表2 不同造林密度深山含笑人工林下植物變化

2.3 不同造林密度深山含笑人工林土壤物理性質(zhì)變化分析

將不同造林密度深山含笑試驗地用環(huán)刀取得土樣測定土壤含水量、土壤密度和孔隙度、通氣度，結(jié)果見表3。土壤密度即容重表現(xiàn)為隨林分密度增大而增加，如造林密度為2 001 株·hm-2的林分與造林密度分別為1 112、1 334、1 600 株·hm-2的林分相比，土壤容重分別增加14.8%、15.6%、11.3%。土壤孔隙度、通氣度和含水量則表現(xiàn)為隨林分造林密度增大而降低，即不同造林密度林分的土壤中這些指標(biāo)表現(xiàn)為2 001株·hm-2<1 600株·hm-2<1 334株·hm-2<1 112株·hm-2，如造林密度為2 001 株·hm-2的林分與造林密度分別為1 600、1 334、1 112株·hm-2的林分相比，土壤總孔隙度分別減少7.3%、13.5%、17.6%，土壤通氣度分別減少6.9%、13.4%、17.3%，自然含水量分別減少1.9%、4.3%、8.2%，毛管持水量分別減少10.3%、18.5%、22.7%。可見，深山含笑林分密度增大，土壤粘性增強，土壤的通透性和持水能力降低。這是由于密度大的林分中，林內(nèi)光照條件差，林下環(huán)境陰暗潮濕，林下植物種類、數(shù)量少，主要是偏陰的植物生長，土壤粘重，土壤孔隙度和通氣度小。

表3 不同造林密度深山含笑人工林土壤物理性質(zhì)變化

2.4 不同造林密度深山含笑人工林土壤化學(xué)性質(zhì)變化分析

對不同造林密度深山含笑人工林0～20 cm 土層的有機質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素進行測定（見表4），總體表現(xiàn)為低密度林分的土壤中各營養(yǎng)物質(zhì)含量高于高密度林分的土壤。如造林密度為1 112 株·hm-2的林分與造林密度為1 334、1 600、2001 株·hm-2的林分相比，土壤中有機質(zhì)含量分別增加2.8%、10.3%、10.0%，水解性氮含量分別增加1.5%、5.4%、8.3%，速效磷含量分別增加4.0%、10.2%、5.3%，速效鉀含量分別增加2.5%、5.0%、7.1%。這可能是因為密度低的林分林木數(shù)量少，從土壤中吸收的養(yǎng)分總量少；另一方面是低密度林分內(nèi)光照充足，林下植物新陳代謝旺盛，林下植物的凋落物和干枯器官腐爛分解對土壤的肥力起到一定的補充。

表4 不同造林密度深山含笑人工林土壤化學(xué)性質(zhì)變化

3 結(jié)論與討論

造林密度影響深山含笑人工林的生長，隨著造林密度的增大，深山含笑的平均樹高、平均胸徑和平均單株材積均下降，這與以往學(xué)者研究造林密度對臺灣巒大杉、西南樺、新疆楊和杉木等樹種生長影響所得出的結(jié)果基本一致[17-20]。深山含笑的蓄積量是隨造林密度的增大表現(xiàn)為先增加后減少。本試驗中，造林密度為1 334、1 112株·hm-2的林分生長最快，生長量和蓄積量最大。

林下植物對森林生態(tài)系統(tǒng)的水分、養(yǎng)分循環(huán)有重要作用，林下植物的豐富度和多樣性間接反映了森林生長發(fā)育和土壤肥力的狀況。不同造林密度深山含笑人工林下植物的種類和數(shù)量隨著喬木層密度的增大而減少，生物量和覆蓋度均降低，土壤趨于黏重，土壤透氣性和持水能力減弱，土壤肥力呈下降的變化規(guī)律。

深山含笑是優(yōu)良的用材和美化樹種，具有很高的經(jīng)濟和觀賞價值。在深山含笑人工林經(jīng)營中，需要根據(jù)經(jīng)營目的和林分的生長狀況適時進行密度調(diào)節(jié)，通過撫育間伐的手段控制林分密度，一方面提高林分生長量，另一方面改善林分生長環(huán)境，促進林下植物新陳代謝，改良土壤結(jié)構(gòu)和肥力狀況，確保深山含笑人工林較高的生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。