杉木林下套种丝栗栲复层经营生长效应

中亚热带地区地带性植被是常绿阔叶林。长期以来，由于人类的肆意砍伐导致常绿阔叶林面积不断减少。据统计，中亚热带地区各省阔叶林面积所占比重都较少。如：浙江省阔叶林仅占林分面积的13.5%，江西省占27.5%，湖南省占21.7%，福建省占15.8%，且多为零星、破碎分布，大多为频繁干扰利用的天然次生林，林分生产力较低。丝栗栲(Castunopsis fargesii)是我国中亚热带地带性群落常绿阔叶林的重要组成树种之一。随着大面积常绿阔叶林被破坏，丝栗栲资源越来越少。丝栗栲是优质的用材树种，木材红褐色，有纹理，端面硬度高，是Ⅰ级槠栲类木材，也是优良的乡土阔叶树种和食用菌原料树种，同时对地力恢复与改善有着十分积极的作用。人工栽培丝栗栲具有经济、生态、社会多重价值，但有关丝栗栲人工栽培研究较少。杉木(Cunninghamia lanceolata)生长快，主干通直，材质好，用途广泛，是明溪县主要造林树种，人工造林面积大。由于传统经营习惯，现有杉木林大多存在过纯、过密的问题，林分结构简单，容易导致病虫害蔓延和生物多样性下降，加上杉木自肥能力较差，多代连栽还会使次生代谢酚类有害物质积累，导致地力衰退，引起林地生产力下降[1-4]。经营密度较高的杉木林也不利于培育大径材。为了维持杉木林地可持续经营，培育杉木大径材，有人采用降低经营密度，利用空间差培育复层林分的方式，取得了一些成效[5-8]。本试验试图在现有杉木纯林中，通过抚育间伐，在杉木林下套种丝栗栲，构建杉木丝栗栲复层林分，分析其生长效应，为杉木林分结构调控、培育杉木大径材、保护和利用丝栗栲乡土阔叶树种，提供林业生产实践经验和经营模式。

1 试验地概况

试验地位于福建省西北部的明溪县盖洋镇。明溪县地理坐标为东经116°47′～117°35′、北纬26°8′～26°39′，属中亚热带季风气候，气候温和湿润，雨量充沛，水热条件较好，是杉木中心产区。明溪县年平均气温15.5～18.4℃，极端最高气温39.2℃，极端最低气温-10.9℃，全年日照时数1 788.6 h，无霜期227～229 d，年均雾日36 d，平均空气相对湿度81%，年均降雨量1 600～2 000 mm，年降雨天数130～150 d，主要集中在5-6月。试验杉木林为2003年春造林的林分，造林密度3 000 株/hm2,苗木为1年生实生苗，常规经营管理。试验地为土壤较肥沃的Ⅱ类地，主要原生植被有杨桐(Adinandra millettii)、单耳柃(Eurya weissiae)、百两金(Ardisia crispa)、乌饭(Vaccinium bracteatum)、乌毛蕨(Blechnum orientale)等。

2 试验方法

试验地设在盖洋镇林地村增坑，面积20.8 hm2。2013年在12年生杉木林中分别采用不同强度进行抚育间伐，间伐后于当年冬季套种1年生丝栗栲实生苗。试验采用4种处理。SS1处理：间伐后保留上层杉木1 575株/hm2；SS2处理：间伐后保留上层杉木1 350株/hm2；SS3处理：间伐后保留上层杉木1 125株/hm2。以上3种处理在间伐后均需进行林下林地清理，原则上以株行距2.5 m×2.5 m块状整地，套种丝栗栲，穴规格60 cm×60 cm×40 cm。另设不间伐不套种的CK处理做为对照。试验采用不完全随机区组试验设计，设3次重复。每小区20 m×20 m，各小区采取同样的抚育经营措施。2013-2015年，每年全面劈草1次。对套种丝栗栲小区，以丝栗栲种植株为中心，在周围1 m范围内进行松土、培土。培土高度至原土痕处，呈馒头状。间伐后调查测定郁闭度和主要生长因子，采用LAI2000植物冠层分析仪测算林分郁闭度。2018年底分别杉木和丝栗栲树种进行全面调查，测定主要生长因子，并采用公式分别计算杉木、丝栗栲立木材积。

V杉=0.00005806D1.955335H0.894033

(1)

V栲=0.00005276D1.882161H1.009317

基于BIM模型，进行空调系统的自动设计。主要由三步组成：（1）空调分区与负荷计算。由BIM模型通过计算导出轻量化模型，进行自动分区与负荷计算，输出房间负荷计算结果、空调系统分区结果、建筑基本几何信息；（2）理想系统的生成。输出理想系统描述文件（包含设备明细，连接关系）；（3）实际系统的生成。修正理想系统描述文件，生成实际空调系统图。在BIM大力发展的时代，通过空调系统的自动设计，来减轻工程师在设计中的繁重劳动，能将更多精力投入在方案的选择上。在实际工程中，减少与建筑、结构设计的时间滞后性，促使各部门之间及时地互联互通。

(2)

3 结果与分析

3.1 林分结构

以国家土壤环境质量标准为评价标准，单因子污染指数评价法可用于评价土壤重金属污染程度，分析土壤环境质量对农业生产的影响程度。具体分级指标为：P综≤0.7，土壤环境质量处于清洁安全状态；P综   1时，表明土壤重金属含量超标污染，对作物生长发育有影响，进而会通过食物链影响人体的健康；1     3为重度污染。   

林分结构是指林分组成、年龄分布、直径树高分布、个体数和空间配置等。林冠合理分层是充分利用光能，促进林分高产的一个重要条件。林冠层是森林群落的形态特征指标和生态结构指标[9]。杉木人工纯林由单层林组成，林分结构简单。间伐后，在人为干扰下形成了大小不同的林间空地，为林下丝栗栲更新创造了生长空间。套种丝栗栲后，林分树种组成发生了变化，从而影响了林分结构，对杉木和丝栗栲生长发育都有影响(表1)。杉木纯林抚育间伐并在林下栽植套种丝栗栲5 a后，2018年底测定复层林分生长状况。从测定结果可以看出，原有的杉木单层林转变形成了层次明显、林分结构较为复杂的复层林分。复层林分中的杉木平均树高15.5～16.4 m，枝下高7.2～8.0 m。杉木林冠层位于上层，丝栗栲位于杉木林冠层之下，树高3.7～4.7 m。林龄较大、较喜光的杉木位于林分上层，光照充裕，林分生长良好；林龄较小、早期较耐荫的丝栗栲位于中下层，生长在杉木林的上层庇护和侧方庇荫形成的较为阴湿的林下生长环境中，能够正常生长发育。6年生丝栗栲平均树高3.7～4.7 m，平均胸径3.1～4.3 cm。经过套种，杉木由纯林转变为混交林，复层林分地上部分呈分层分布，有效地利用了不同的光照条件，相互促进了两种树种的生长。

 

表1 不同处理复合林分生长状况

  

处理杉木现存株数(株/hm2)平均胸径(cm)平均树高(m)枝下高(cm)丝栗栲现有株数(株/hm2)平均胸径(cm)平均树高(m)枝下高(cm)SS11 56016.615.58.01 2453.13.738SS21 35017.215.77.51 3803.74.236SS31 11019.416.47.21 4404.34.731CK2 20514.813.68.2----

J油田沙二段为构造油藏，纵向上可以划分为4个小层。第一个小层可采用12井油底作为油水界面，第二个小层在12井钻遇了油水界面，所以这两个小层油水界面是确定的，但是第3个小层，11井钻遇油底-1968m，12井钻遇水顶-2046m(图5)，真实的油水界面应该在这两个深度之间，所以确定其油水界面变化范围-2046m～-1968m。

 

表2 不同处理杉木直径分布 %

  

处理径阶(cm)≤1012141618202224≥26SS1-15.419.236.523.12.92.9--SS2-8.911.128.930.012.25.63.3-SS3--6.213.523.027.017.610.02.7CK10.222.532.023.19.52.7---

3.2 丝栗栲高径生长状况比较

郁闭度是反映林分结构和密度的重要指标[10]。从不同处理林分郁闭度的测定结果(表3)可知：由于人为干扰与控制，不同处理林分郁闭度不同。2013年杉木林间伐后，SS3处理郁闭度仅为0.53，SS2处理为0.58，SS1处理为0.63，而CK处理郁闭度高达0.82。到2018年，SS3处理郁闭度为0.82，SS2处理为0.76，SS1处理为0.70，而CK处理郁闭度高达0.90。杉木林下套种丝栗栲5 a后，不同郁闭度条件下丝栗栲生长状况存在差异(表1)。SS1、SS2和SS3三种处理比较，间伐后林分郁闭度差异较大，随着郁闭度降低林下丝栗栲胸径生长量逐渐提高，胸径大小排列为SS3>SS2>SS1，SS2、SS3处理与SS1处理比，平均胸径分别增加19.4%和38.7%。平均树高生长量与平均胸径生长量规律相同，树高生长量依序为SS3>SS2>SS1，SS2、SS3处理与SS1处理比，平均树高分别增加13.5%和27.0%。SS3处理的丝栗栲平均胸径和平均树高生长量均为最高，说明SS3处理抚育间伐后上层林分郁闭度在0.53左右时，有利于林下丝栗栲生长。丝栗栲虽然早期比较耐荫，可以在相对荫蔽的生长环境中生长，但随着林龄增长，丝栗栲对光照要求也随之提高。在杉木林下种植丝栗栲以SS3处理为宜，即间伐后上层杉木郁闭度控制在0.53左右较为合适。

直径分布是林分结构的重要表征值之一。由杉木胸径分布状况(表2)可知，复层林分中SS1、SS2和SS3处理抚育间伐后16 cm以上杉木株数占杉木个体总数的比例分别为65.4%、80.0%和93.8%，而CK处理中杉木胸径16 cm以上的株数仅占35.3%，表明套种后一方面改变了生长环境，释放了杉木生长空间，保留的杉木个体，可以获得更多的光照，养分和水分，为杉木大径材培育提供了有利条件；另一方面套种丝栗栲后，有效改善了立地条件和生长环境，能够更有效地实现杉木较高规格材种培育目标。

3.3 套种丝栗栲对杉木林生长的影响

在杉木纯林中采取抚育间伐的方法，释放林内空间，形成不同异质性的生长环境，腾出了生态位，为林下更新丝栗栲提供了良好的生长环境。由于丝栗栲介入，改善了原有杉木纯林生长环境，对杉木生长有着促进作用(表1)。从表1中可知：不同处理保留杉木生长量存在差异。抚育间伐后种植丝栗栲的三种处理，杉木林平均胸径、平均树高均高于不间伐、不套种CK处理，平均胸径增加12.2%～31.1%，平均树高增加14.0%～20.6%，表明间伐和套种丝栗栲能够有效促进保留杉木高径生长。这与抚育间伐后，释放了生长空间，保留的杉木个体能够获得较为充裕的生长空间，减少了杉木种内竞争，同时在套种丝栗栲的整地、种植和幼林抚育过程中，改善了土壤肥力状况有关。

3.4 林木蓄积量差异显著性分析

林分蓄积是林木生物量积累的重要表现。由2018年底不同处理林木蓄积量的测定与计算结果(表3)可知，SS1、SS2、SS3和CK处理比较，林分蓄积量依次为SS3>SS1>CK>SS2，SS3处理林分蓄积量比CK处理增加3.2%，在杉木株数大量减少的情况下，林分立木材积还高于CK处理，显然SS3处理单株材积增加明显，但经方差分析各处理林分蓄积量间差异不显著。17年生保留杉木单株立木材积为：SS3>SS2>SS1>CK。对单株材积的方差分析和多重比较结果显示：SS3、SS2、SS1处理与CK处理差异极显著，SS3与SS1处理差异极显著，与SS2处理单株材积差异显著，SS2与SS1处理差异不显著。

 

表4 不同处理林分蓄积量和单株材积方差分析

  

处理杉木现存株数(株/hm2)平均胸径(cm)平均树高(m)单株材积(m3/株)林分蓄积量(m3/hm2)丝栗栲现存株数(株/hm2)平均胸径(cm)平均树高(m)单株材积(m3/株)林分蓄积量(m3/hm2)林分总蓄积量(m3/hm2)SS11 56016.615.50.163 6 Ba255.221 71 2453.13.70.001 72.069 1257.290 8 aSS21 35017.215.70.177 4 Ba239.473 01 3803.74.20.002 63.636 5243.109 5 aSS31 11019.416.40.233 4 Ab259.056 41 4404.34.70.003 95.616 0264.672 4 aCK2 20514.813.60.116 3 C256.425 1-----256.425 1 a

4 小结

杉木纯林经抚育间伐，套种乡土阔叶树种，丝栗栲生长状况良好。杉木林下套种丝栗栲，6年生丝栗栲平均树高3.7～4.7 m，平均胸径3.1～4.3 m，与上层杉木林形成层次明显的复层林分。密度较大的杉木林经抚育间伐后栽植丝栗栲，对保留杉木生长有利，平均胸径增加12.2%～31.1%，平均树高增加14.0%～20.6%。研究结果表明：SS3、SS2、SS1处理与CK处理，SS3处理与SS1处理，杉木单株材积间差异达到极显著水平，SS3处理与SS2处理单株材积间差异达到显著水平。杉木丝栗栲复层林分杉木单株立木材积增长明显，有利于培育杉木大径材，且保育了一定数量的乡土阔叶树种丝栗栲。

参考文献

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[2] 俞新妥.杉木连栽林地土壤生物特性及土壤肥力的研究 [J].福建林学院学报，1989，9(3)：263-271.

[3] 杨承栋.杉人工林地力衰退的原因机制及其防治措施 [J].世界林业研究，1997，10(4)：34-39

[4] 方奇.杉木连栽对土壤肥力及其杉木生长的影响 [J].林业科学，1987，23(4)：389-397.

[5] 廖世水.杉木南方红豆杉人工异龄林林分生长状况与林分研究 [J].林业勘察设计，2011(1)：29-32.

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[9] 俞新妥主编.混交林营造原理及技术 [M].北京,中国林业出版社：1989.

[10] 李永宁，张宾兰，奏淑英,等.郁闭度及其测定方法研究与应用 [J].世界林业研究，2008，21(1)：40-46.