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摘要:為探討杉木林林內(nèi)光環(huán)境對林下套種楠木的生長和冠層結(jié)構(gòu)的影響，通過對不同林分密度、不同坡向的杉木林冠層光輻射因子(冠下總輻射PPFD、天空開度DIFN、葉面積指數(shù)LAI)進(jìn)行分析，研究杉木林冠層光輻射因子對林下楠木生長和冠層結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明:低林分密度樣地的杉木林冠層光輻射相較于高林分密度樣地更有利于林下楠木的生長和冠層結(jié)構(gòu)的提高，其中，林下楠木的各項(xiàng)生長指標(biāo)(樹高、地徑)分別比高林分密度樣地高出5．4%和22．1%，地徑增量差異達(dá)顯著水平(P＜0．05);林下楠木的冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)(冠幅、樹冠率、樹冠體積、樹冠圓滿度)分別比高林分密度樣地高出了11．3%、2．3%、22．2%和1．6%，但均無顯著性差異。不同坡向的杉木林冠層光輻射對林下楠木的生長和冠層結(jié)構(gòu)也有較大的影響，陽坡樣地的杉木林冠層光輻射對林下楠木生長指標(biāo)(樹高、地徑)的影響與陰坡樣地相比，分別高出了23．7%和15．4%，其中樹高增量差異顯著(P＜0．05);而林下楠木的冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)與陰坡樣地相比，除了樹冠圓滿度降低了8．2%，其余楠木冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)(冠幅、樹冠率、樹冠體積)分別高出5．6%、3．4%和28．6%，均無顯著差異。

關(guān)鍵詞:杉木;楠木;套種;光輻射;生長;冠層結(jié)構(gòu)

杉木［Cunninghamialanceolata(Lamb．)Hook．］是我國南方重要的造林樹種，具有生長快、經(jīng)濟(jì)效益高，材質(zhì)好等特點(diǎn)［1－2］。長期以來，杉木人工林多以純林經(jīng)營為主，林分結(jié)構(gòu)單一，導(dǎo)致連栽杉木人工林出現(xiàn)生產(chǎn)力下降等地力衰退問題［3－5］，嚴(yán)重影響杉木人工林的可持續(xù)經(jīng)營。通過不同森林培育措施提高林分質(zhì)量、生態(tài)功能和維護(hù)林地可持續(xù)經(jīng)營，已成為當(dāng)今杉木人工林經(jīng)營亟待解決的重大課題。楠木［Phoebebournei(Hemsl．)Yang］是我國特有的樟科常綠喬木［6］，為國家二級瀕危保護(hù)植物和珍貴用材樹種，具有速生、抗性強(qiáng)、材質(zhì)堅(jiān)硬且耐腐、色澤美觀等優(yōu)良特性，同時(shí)作為闊葉樹種楠木與其他常綠闊葉樹一樣，每年有大量的更新落葉回歸土壤，可增加土壤養(yǎng)分，改良土壤物理性質(zhì)，是緩解杉木連栽地力衰退的理想樹種之一。有研究表明，杉木與楠木混交有利于楠木生長，且光照是制約楠木生長的主要因子之一［7－8］。杉木林冠層結(jié)構(gòu)不僅客觀地反映杉木占有生長空間的狀況及競爭能力，而且直接影響林分下層的透光性，影響下層套種植物能夠利用的光照總量。目前，已有大量關(guān)于樹木林冠層特性的研究報(bào)道，但多數(shù)研究是從林冠層結(jié)構(gòu)、葉生物量等進(jìn)行分析［9－10］，缺乏對林分光環(huán)境的詳細(xì)分析，特別是不同林分密度、不同坡度杉木林下套種楠木對林冠層光輻射、林冠結(jié)構(gòu)及林下套種植物的冠層結(jié)構(gòu)等研究更少。鑒于此，文中在福建省邵武衛(wèi)閩國有林場22年生杉木人工林內(nèi)，設(shè)置不同林分密度和不同坡向的林下套種楠木樣地，通過分析其林冠層光輻射因子、楠木生長、冠層結(jié)構(gòu)等指標(biāo)，篩選杉木林下套種楠木的較好措施，為緩解杉木人工林連栽地力衰退問題提供科學(xué)依據(jù)。

1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)置在福建省南平市邵武衛(wèi)閩國有林場，地處武夷山山脈東南側(cè)山區(qū)，位于東經(jīng)117°43'，北緯27°05'，為杉木主產(chǎn)區(qū)之一。該區(qū)主要地貌為低山、高丘，海拔250～700m，坡度25°～35°。氣候溫和濕潤，年平均氣溫17．7℃，1月平均氣溫6．8℃，7月平均氣溫28℃，極端低溫－7．9℃，全年日照時(shí)間1740．7h，年平均霜期95d，最長達(dá)132d，年平均降水量1768mm，年平均相對溫度82%，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，地理氣候條件適宜杉木生長。土壤以發(fā)育在花崗巖等母質(zhì)上的紅壤為主，土層較深厚，腐殖質(zhì)含量豐富。

2試驗(yàn)方法

2．1樣地設(shè)置試驗(yàn)地前期為杉木采伐跡地，1994年采伐后進(jìn)行煉山，小塊狀整地，定植塘規(guī)格為40cm×40cm×30cm，回表土，株行距3m×3m。1995年2月采用本場1代種子園所產(chǎn)杉木種子的1級苗造林，此后，每年進(jìn)行2次除草(鏟除)撫育。2013年7月經(jīng)過1次撫育間伐，保留密度分別為900和600株•hm－2，當(dāng)年12月進(jìn)行間伐后深翻。2014年3月在不同林分密度(600、900株•hm－2)、不同坡向(陰坡、陽坡)的22年生杉木近成熟林內(nèi)套種楠木，楠木密度為1350株•hm－2。試驗(yàn)于立地條件基本一致的地段，按密度和坡向設(shè)置樣地，3次重復(fù)，共計(jì)9塊標(biāo)準(zhǔn)地，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地面積400m2(20m×20m)，標(biāo)準(zhǔn)地的4個(gè)角點(diǎn)埋設(shè)木樁作為標(biāo)志。

2．2調(diào)查方法2017年6月，每木檢尺測定標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)所有杉木的胸徑、樹高，楠木的地徑、樹高等指標(biāo)。以平均胸徑、平均樹高為準(zhǔn)，選擇標(biāo)準(zhǔn)木。標(biāo)準(zhǔn)木與平均木誤差在5%范圍內(nèi)。對標(biāo)準(zhǔn)木冠高、冠幅等進(jìn)行測定，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地選擇6株標(biāo)準(zhǔn)木，測算樹冠率、樹冠圓滿度等復(fù)合指標(biāo)。其中，冠高為樹高與枝下高的差值;冠幅為樹冠東西向與南北向的平均值;樹冠率是冠長與樹高之比;樹冠圓滿度是冠幅與冠長之比;樹冠體積參照楠木人工林預(yù)估模型進(jìn)行估算［11］:V=0．2750L×2．253H×0．0770(1)式中:V為體積(m3);L為冠幅(m);H為冠長(m)。2017年6月初，選擇晴朗天氣的上午8:00—10:00，采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LAI-2200C植物冠層分析儀配帶的高分辨率數(shù)碼相機(jī)和180°魚眼鏡頭，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地按照“S”字形選擇5個(gè)點(diǎn)。每次觀測時(shí)，先將植物冠層分析儀探頭放置于植物冠層的上方，并保持探頭水平泡的水平，按下Log按鈕聽到兩聲蜂鳴后，然后將探頭放入植物群體林冠層下部，仍保持探頭水平泡水平，按下Log按鈕聽到兩聲蜂鳴聲后，分別在每個(gè)測點(diǎn)的植物群體林冠層下部進(jìn)行測量，重復(fù)測量5次，儀器將自動(dòng)測算出植物群體的葉面積指數(shù)(leafareaindex，LAI)。同時(shí)，儀器自身也從5個(gè)不同的天頂角環(huán)形區(qū)域測定植物的冠層狀況，并統(tǒng)計(jì)給出林冠層的天空開度(diffusenon-interceptance，DIFN)、冠下總輻射(photosyntheticphotonfluxdensity，PPFD)。

2．3數(shù)據(jù)處理采用Excel2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS19．0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析和獨(dú)立性T檢驗(yàn)，并用Origin9．1軟件作圖。

3結(jié)果與分析

3．1杉木套種楠木對林內(nèi)光輻射的影響

3．1．1不同林分密度杉木套種楠木對林內(nèi)光輻射的影響不同林分密度杉木林下套種楠木對杉木林林內(nèi)冠下總輻射、林冠層天空開度、葉面積指數(shù)有較大的影響，表現(xiàn)為隨林分密度降低，杉木林林內(nèi)冠下總輻射增大，其中T1樣地顯著高于T2樣地(P＜0．05)，增幅達(dá)45．4%，說明低林分密度的杉木林冠層透光率較強(qiáng);低林分密度有利于提高杉木林冠層天空開度，其中，T1樣地的杉木林冠層天空開度相較于T2樣地高出了50．0%，且差異達(dá)顯著水平(P＜0．05);與T2樣地比較，T1樣地的杉木林冠層葉面積指數(shù)降低了37．5%，差異顯著(P＞0．05)，說明葉面積指數(shù)與林分密度呈正相關(guān)性，即林分密度越高，林冠層葉面積指數(shù)越大。

3．1．2不同坡向杉木套種楠木對林內(nèi)光輻射的影響不同坡向杉木人工林的土壤養(yǎng)分組成和吸收都具有明顯的差異［12］。不同坡向杉木林下套種楠木對杉木林林內(nèi)冠下總輻射影響不同，表現(xiàn)為陽坡樣地有利于提高杉木林林內(nèi)冠下總輻射，T2樣地相較于T3樣地，杉木林林內(nèi)冠下總輻射高出2．1%，但差異不顯著;陰坡樣地的杉木林冠層天空開度較大，與T2樣地相比，T3樣地的林冠層天空開度高出20．0%，差異未達(dá)顯著水平;陽坡樣地有利于杉木林冠層葉面積指數(shù)的提高，在兩樣地中，T2樣地的杉木林冠層葉面積指數(shù)相較于T3樣地高出8．3%，無顯著差異。

3．2杉木套種楠木對楠木生長及冠層結(jié)構(gòu)的影響

3．2．1不同林分密度杉木套種楠木對楠木生長的影響不同林分密度樣地對杉木林林內(nèi)光輻射總量影響不同，其對林下套種楠木的生長影響也有差異。在兩樣地中，低林分密度樣地的杉木林林內(nèi)光輻射有利于林下楠木平均樹高和地徑的生長，與T2樣地相比，T1樣地楠木的平均樹高和地徑分別高出5．4%和22．1%，且地徑增長差異達(dá)顯著水平(P＜0．05)。

3．2．2不同坡向杉木套種楠木對楠木生長的影響不同坡向樣地的杉木林林內(nèi)光輻射對林下楠木的平均樹高和地徑生長也有一定的影響。陽坡樣地的杉木林林內(nèi)光輻射有利于林下楠木平均樹高和地徑的生長，與T3樣地相比，T2樣地的楠木平均樹高和地徑分別高出23．7%和15．4%，且樹高增長差異達(dá)顯著水平(P＜0．05)，說明陽坡樣地的杉木林林內(nèi)光輻射有利于林下楠木樹高和地徑的生長。

3．2．3不同林分密度杉木套種楠木對楠木冠層結(jié)構(gòu)的影響不同林分密度樣地的杉木林林內(nèi)光輻射對林下楠木的冠層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定影響，表現(xiàn)為隨林分密度降低，林下楠木的冠層結(jié)構(gòu)增大。在兩樣地中，林下楠木的冠幅、樹冠率、樹冠體積和樹冠圓滿度均以T1樣地較好，與T2樣地相比，分別高出11．3%、2．3%、22．2%和1．6%，但差異均未達(dá)顯著水平。

3．2．4不同坡向杉木套種楠木對楠木冠層結(jié)構(gòu)的影響陽坡樣地的杉木林林內(nèi)光輻射對林下楠木的冠幅、樹冠率和樹冠體積均起到了一定促進(jìn)作用。與T3樣地相比，T2樣地的楠木冠幅、樹冠率和樹冠體積分別高出5．6%、3．4%和28．6%，但在樹冠圓滿度上反而有所減小，相較T3樣地，T2樣地的楠木樹冠圓滿度降低了8．2%，但差異均不顯著。

4結(jié)論與討論

林分密度是杉木人工林在培育過程的主要影響因子，也是形成一定林分水平結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，林分密度是否合適直接影響杉木林冠層下光輻射的分布。冠下總輻射可表明林冠層透光率的大小，也可表示林冠層截獲光照量的能力，光輻射在冠層內(nèi)的分布，直接影響下層植被能夠利用的光照總量［13－14］。天空開度也稱為冠層開度、林隙開度，是用來表示沒有被冠層枝葉遮擋的天空部分的比例，也可以間接指示天空面積被林冠層遮擋的大小，它對林冠下光輻射的分布、林冠層的郁閉度、林窗及林隙的大小范圍等級以及對林下植被更新能力評估有極大的指示作用［15－16］。文中試驗(yàn)表明，不同林分密度樣地對杉木林冠層冠下總輻射和天空開度的影響均表現(xiàn)為低促高抑的規(guī)律，即低密度樣地對杉木林冠層冠下總輻射和天空開度起到促進(jìn)作用，高密度樣地起到抑制作用，這與張?zhí)鸬龋?7］研究結(jié)果相似，間伐導(dǎo)致林分密度降低，林分郁閉度也隨之降低，使得被冠層枝葉遮擋的天空部分的比例減少，所以天空開度變大，透過樹冠到達(dá)冠層下方的光輻射量增加，冠下總輻射隨之增加。葉面積指數(shù)表示為綠葉的總面積占單位水平種植面積的比值，它代表了森林生態(tài)系統(tǒng)中植物葉片生長水平的結(jié)構(gòu)參數(shù)，葉片的葉面積大小對植物光輻射的截取、植物蒸騰作用和光合作用強(qiáng)度等都有著很密切的相關(guān)性［18－21］，因此葉面積指數(shù)已經(jīng)成為研究植物種群和林下光環(huán)境分析時(shí)的重要參數(shù)。文中試驗(yàn)中，不同樣地對杉木林冠層葉面積指數(shù)的影響與對冠下總輻射、林冠層天空開度的影響呈相反趨勢，即隨著林分密度降低，林冠層葉面積指數(shù)呈減小趨勢，這是由于低密度樣地的杉木林冠層葉片覆蓋率較低，所以單位面積的葉片面積也較小［17，22］。坡向是杉木人工林生長過程中一個(gè)重要的立地條件，可用來評價(jià)林分生長環(huán)境的優(yōu)劣程度。

文中試驗(yàn)中，陽坡樣地的杉木林冠層冠下總輻射高于陰坡樣地，這是因?yàn)殛柶聵拥氐纳寄玖止趯涌色@取更多的光照量，而陰坡樣地所獲取的光照量相對較少，冠層內(nèi)部分配的光照總量就相對較少［23］;同時(shí)，陽坡樣地相較于陰坡樣地的杉木林冠層冠幅較大，葉片覆蓋率相對增加，由此導(dǎo)致陽坡樣地的林冠層天空開度較小，葉面積指數(shù)較高，何婷婷［24］在不同坡地對棗樹(ZiziphusjujubaMill．)冠層結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究中也有類似結(jié)論。文中試驗(yàn)表明，低林分密度(陽坡)樣地的杉木林冠層對林下楠木的生長指標(biāo)(樹高、地徑)和冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)(冠幅、樹冠率、樹冠體積)都有一定程度的促進(jìn)作用，這與鄭濤［25］關(guān)于林下套種草珊瑚［Sarcandraglabra(Thunb．)Nakai］對杉木人工林生長影響的研究結(jié)果相似。低林分密度(陽坡)樣地的杉木林冠層光輻射量較為充足，而高林分密度(陰坡)樣地的林冠層光輻射量相對貧乏，林下輻射量充足能改善林分內(nèi)水、肥、氣、熱等小氣候因子，促進(jìn)林分土壤養(yǎng)分循環(huán)、改善土壤肥力，進(jìn)而對林下楠木的生長和冠層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的促進(jìn)作用［26－27］。綜上所述，低林分密度(陽坡)樣地的杉木林冠層光輻射因子可顯著促進(jìn)林下楠木的生長(P＜0．05)，而對楠木冠層結(jié)構(gòu)的生長影響有一定促進(jìn)作用，但差異不顯著。此外，林下楠木不同生長階段對光照的需求量不同，杉木林冠層結(jié)構(gòu)也應(yīng)隨楠木的不同生長階段進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以促進(jìn)林下楠木更好的生長。

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作者：王俊男1，2，于洋洋1，2，林柳興3，莊正1，2，鄒顯花1，2，劉愛琴1，2(1．福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，2．國家林業(yè)局杉木工程技術(shù)研究中心，3．福建邵武衛(wèi)閩國有林場