焦?jié)崫?，盛衛(wèi)星，蘇光浪，徐永宏，吳初平，王志高，姚良錦，朱錦茹，江波，李領(lǐng)寰

（1.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；2.建德市林業(yè)局，浙江 杭州 311600；3.慶元縣實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)，浙江 麗水 323800；4.建德市壽昌林場(chǎng)，浙江 杭州 311600；5.國(guó)家林業(yè)和草原局 華東調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310019）

杉木Cunninghamia l anceolata因其木材用途廣、產(chǎn)量高，在我國(guó)亞熱帶地區(qū)被廣泛種植。杉木林是浙江省主要的人工林類型之一，其面積和蓄積量占全省森林的21.43%和28.76%[1]。然而，大部分杉木人工林以純林的形式培育，導(dǎo)致地力衰退，生產(chǎn)力降低，生物多樣性下降，碳氮固持能力減弱，嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2-6]。近年來(lái)，森林近自然經(jīng)營(yíng)、森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升等經(jīng)營(yíng)實(shí)踐表明，杉闊混交造林可以大大提高杉木林的生態(tài)服務(wù)功能[7-8]，杉木人工林林下補(bǔ)植闊葉樹種可增加物種多樣性，改善林下環(huán)境對(duì)更新幼苗具有保護(hù)作用，有利于促進(jìn)林下幼苗、幼樹的生長(zhǎng)，同時(shí)有助于改良林地土壤，提高林分生物量。

珍貴樹種主要指珍貴用材樹種，其木材密度高、硬度大、紋理美觀且具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也是國(guó)家寶貴的自然資源[9]。目前，已有相關(guān)學(xué)者對(duì)杉木林下種植珍貴樹種開展了研究，如劉雨暉[10]對(duì)細(xì)葉青岡Cyclobalanopsis gr acili與杉木混交林生物量與林下植物多樣性研究表明，混交造林可以提高杉木與闊葉樹林分的凈生產(chǎn)力；田曉等[11]通過(guò)不同混交比例的楠木Phoebezhennan-杉木混交林凈生產(chǎn)力和碳儲(chǔ)量的時(shí)空分析，表明混交造林可以提高喬木碳儲(chǔ)量，同時(shí)可以降低土壤退化趨勢(shì)。但大部分研究主要集中在單一樹種與杉木的混交造林成果上，針對(duì)不同樹種或不同配置模式的研究較少，而杉木林內(nèi)如何科學(xué)合理地配置樹種，對(duì)有效提高森林經(jīng)營(yíng)成效具有重要意義。因此，本文通過(guò)研究分析杉木人工林珍貴化改造中5 種不同配置模式下的杉木和珍貴樹種生長(zhǎng)狀況及物種多樣性，旨在為杉木人工林珍貴化改造及林下樹種優(yōu)選提供理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于建德市林業(yè)總場(chǎng)，地理坐標(biāo)為118°54′ E，29°47′ N，屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，年均氣溫為16.9℃，年均降水量為1 504 mm，平均相對(duì)濕度為82%，土壤類型以紅壤為主。該區(qū)域植被類型多樣，層次明顯，因人類活動(dòng)頻繁，原生植被較少；從20 世紀(jì)70 年代開始，建德市大力開展?fàn)I建杉木用材林基地，至2018 年全市有杉木林基地逾4.67 萬(wàn)hm2。自2016 年起，開始大面積實(shí)施森林近自然經(jīng)營(yíng)，開展杉木林下不同類型珍貴樹種造林，以此促進(jìn)杉木人工林向珍貴硬闊葉林演替[12-13]。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

2016 年3 月，在杉木中齡林（21～ 23 年生）下補(bǔ)植不同珍貴樹種，杉木保留密度為900 株·hm-2，珍貴樹種補(bǔ)植密度同樣為900 株·hm-2，珍貴樹種均為2 年生優(yōu)質(zhì)容器苗，造林當(dāng)年撫育2 次，第2、第3 年各撫育1次。2021 年10 月，以選擇海拔、坡度、坡位等立地條件相似為原則，選取杉木-紅豆樹Ormosia hos iei（A）、杉木-浙江楠Phoebe chekiangensis（B）、杉木-楠木（C）、杉木-南方紅豆杉Taxus wallichianavar.mairei-浙江楠-天竺桂Cinnamomum japonicum（D）、杉木-樟C.camphora-浙江楠-紫楠Ph.sheareri（E）5 種配置模式的杉木林設(shè)置固定樣地，每種類型各設(shè)3 次重復(fù)，每個(gè)樣地面積為30 m×30 m，同時(shí)選取未補(bǔ)植杉木純林為對(duì)照（CK）樣地，各林分特征見(jiàn)表1。將所有樣地分割為5 m×5 m 的喬木層樣方進(jìn)行調(diào)查，記錄樣方內(nèi)所有樹種位置（坐標(biāo)）、胸徑、冠幅、樹高及干形質(zhì)量等因子。在各樣地內(nèi)按梅花形設(shè)置5 個(gè)2 m×2 m 的小樣方，記錄小樣方內(nèi)全部灌木和草本的種類、蓋度、株數(shù)及平均高度。干形質(zhì)量分為通直完滿、輕度彎曲（樹干有1～ 2 個(gè)不顯著彎曲）、分叉或重度彎曲（二分叉樹干、多分枝或存在兩個(gè)以上顯著的彎曲）三種類型。

表1 各樣地林分特征Table 1 Stand characteristics of sample plots

2.2 數(shù)據(jù)分析

利用調(diào)查數(shù)據(jù)，分析不同樹種的生長(zhǎng)狀態(tài)（平均胸徑、樹高、冠幅、高徑比、干形質(zhì)量）以及林下植被豐富度、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、Simpson 生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)等方面的差異，利用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan 多重比較法比較差異，顯著性水平設(shè)為α=0.05。

2.2.1 樹種生長(zhǎng)狀況 計(jì)算各樹種平均胸徑、樹高、冠幅、高徑比以及干形質(zhì)量占比情況。

2.2.2 林下植被重要值 因?yàn)闃拥鼐鶠樯寄炯兞盅a(bǔ)植珍貴樹種，喬木層基本為杉木及補(bǔ)植樹種，所以對(duì)喬木層樹種重要值不做分析。針對(duì)灌木層、草本層重要值的計(jì)算公式如下：

2.2.3 林下物種多樣性α多樣性可以反映群落中物種豐富和個(gè)體在各物種中分布的均勻程度，本研究采用豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener 指數(shù)、Simpson 指數(shù)、Pielou 指數(shù)進(jìn)行林下植被多樣性測(cè)度[14-15]。由于不同種類植物的個(gè)體所占據(jù)的空間具有較大差異，為避免個(gè)體數(shù)作為多樣性指數(shù)的測(cè)度指標(biāo)可能引起的誤差，本文采用重要值作為測(cè)度指標(biāo)[16]。

群落豐富度指數(shù)（S）：

物種多樣性指數(shù)Shannon-wiener（H′）：

生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Simpson（D）：

均勻度指數(shù)Pielou（J）：

式中，Pi=Ni/N，N表示林地樣方中植物重要值的總和；Ni表示樣方中第i種植物的重要值；Pi表示重要值比例（相對(duì)重要值）。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同配置模式對(duì)杉木生長(zhǎng)的影響

由表2 可知，珍貴化改造樣地的杉木各生長(zhǎng)指標(biāo)均優(yōu)于純林樣地杉木的生長(zhǎng)指標(biāo)，在5 種改造模式中，模式D中杉木的胸徑、樹高和冠幅生長(zhǎng)量均值均為最大，分別為12.6 cm、1.5 m、0.6 m，模式D 和模式C 中杉木的冠幅生長(zhǎng)量最大且水平相近，均為0.6 m，模式A 中杉木的胸徑生長(zhǎng)量最小為8.19 cm，模式E 中杉木的樹高生長(zhǎng)量最小為1.1 m。各模式間胸徑、樹高生長(zhǎng)量均表現(xiàn)顯著差異（P<0.05），冠幅生長(zhǎng)量則表現(xiàn)無(wú)顯著差異。

表2 不同改造樣地中杉木的生長(zhǎng)狀況Table 2 Growth of C.lanceolata in different sample plots

3.2 不同配置模式對(duì)珍貴樹種生長(zhǎng)的影響

杉木林下不同珍貴樹種胸徑生長(zhǎng)量、樹高生長(zhǎng)量、冠幅生長(zhǎng)量及高徑比見(jiàn)表3。

表3 不同改造樣地中各珍貴樹種生長(zhǎng)狀況Table 3 Growth of rate tree species in sample plots

不同配置模式之間，模式C、模式E 中珍貴樹種的平均胸徑生長(zhǎng)量表現(xiàn)最大，分別為4.57 cm、3.79 cm，高于其他樹種62%～ 69%，模式A 中紅豆樹的胸徑生長(zhǎng)量最小為1.42 cm。樹高生長(zhǎng)方面，模式C、模式E 中珍貴樹種的樹高生長(zhǎng)量表現(xiàn)最大，分別為5.69 m、3.82 m，高于其他樹種31%～ 54%，模式B 生長(zhǎng)量最小。冠幅生長(zhǎng)方面，模式C、模式E 中珍貴樹種的平均冠幅生長(zhǎng)量表現(xiàn)最大，分別為2.14 m、2.08 m，高于其他樹種69%～ 70%，模式A 中紅豆樹的冠幅生長(zhǎng)量最低，為0.65 m。高徑比方面，模式A 中紅豆樹的高徑比表現(xiàn)最高，為1.72，是其他樹種的1.5～ 2.0 倍。

不同樹種之間，楠木、樟、天竺桂的胸徑和樹高生長(zhǎng)量最大，分別為4.57 cm、5.58 cm、3.81 cm 和5.69 m、5.39 m、4.65 m，紅豆樹的胸徑生長(zhǎng)量最小，為1.42 cm，南方紅豆杉和浙江楠的樹高生長(zhǎng)量最低，分別為2.26 m、2.67 m；樟的冠幅生長(zhǎng)量最大，為2.30 m，其次是楠木和紫楠，分別為2.14 m、2.03 m。浙江楠在與不同樹種配置模式下，胸徑、冠幅生長(zhǎng)量的差異不明顯（P＞0.05）。

從林木干形質(zhì)量看（見(jiàn)圖1），各樹種干形質(zhì)量完滿程度表現(xiàn)為南方紅豆杉 ＞ 天竺桂 ＞ 浙江楠 ＞ 楠木 ＞紫楠 >樟 ＞ 紅豆樹，其中，南方紅豆杉干形通直完滿的株數(shù)達(dá)100%，其次是天竺桂，干形通直完滿的株數(shù)達(dá)90%以上，浙江楠較優(yōu)（通直完滿和輕度彎曲），干形通直完滿的株數(shù)達(dá)94%，紅豆樹幾乎沒(méi)有干形通直完滿的植株。

圖1 各珍貴樹種干形質(zhì)量株數(shù)占比Figure 1 Proportion of different stem forms of rare tree species

3.3 林下物種多樣性

3.3.1 林下植被物種組成 科屬分類采用分子系統(tǒng)學(xué)最新系統(tǒng)，從林下物種調(diào)查可得（表4、表5），不同樹種配置模式下的林下灌木和草本物種組成存在一定的差異，以模式D 混交林下植被最多，共計(jì)30 科36 屬45 種，其次是模式E 混交林下植被，共計(jì)30 科40 屬44 種，杉木純林林下植被最少，共計(jì)11 科12 屬12 種。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)多樹種混交的樣地內(nèi)杉木幼樹的樹種重要值占比較單樹種的更高，分別高出9.19%～ 17.26%。

表4 杉木林珍貴化改造樣地灌木層物種重要值Table 4 Importance value of shrub layer species in sample plots

表5 杉木林珍貴化改造樣地草本層物種重要值Table 5 Important value of herbaceous layer species in sample plots

3.3.2 林下物種多樣性 由表6 可知，灌木層各多樣性指數(shù)在不同配置模式之間存在一定的差異，但在同一個(gè)群落類型中表現(xiàn)出相似的趨勢(shì)，這與物種組成的結(jié)果一致。模式E 在物種豐富度、Shannon-Wiener 指數(shù)、Simpson指數(shù)、Pielou 指數(shù)4 個(gè)指數(shù)上表現(xiàn)均為最大，其次為模式D，模式C 最低。各混交模式中林下物種的多樣性指標(biāo)均高于CK 樣地。

表6 杉木林珍貴化改造樣地林下物種多樣性Table 6 Understory species diversity in sample plots

草本層各多樣性指數(shù)在不同配置模式之間也存在一定的差異，模式D 的物種豐富度最大，模式A 的Shannon-Winner 指數(shù)、Simpson 指數(shù)最大，模式B 的Pielou 指數(shù)最大，CK 樣地各指數(shù)均為最小。

綜合灌草多樣性指標(biāo)，不同樹種配置模式在物種豐富度指數(shù)、Shannon-Winner 指數(shù)、Pielou 指數(shù)、Simpson指數(shù)上均表現(xiàn)為D ＞ E ＞ A ＞ B ＞ C ＞ CK。

4 結(jié)論與討論

本研究中，在各改造樣地杉木的胸徑、樹高、冠幅生長(zhǎng)量均高于純林樣地杉木的，雖未設(shè)置珍貴樹種純林對(duì)照樣地，但已有研究表明杉木林闊葉化改造不僅可以促進(jìn)杉木生長(zhǎng)，也可提高闊葉樹的生長(zhǎng)量[17-18]，如鄒圭碧[18]等對(duì)26 年生杉木-紅錐Castanopsis hystrix混交林生長(zhǎng)量的研究表明，結(jié)合間伐、撫育等措施，不僅使下層杉木的平均樹高和胸徑較豐產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)提高了3.33%和4.67%，紅錐的平均樹高和胸徑較豐產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)也提高了16.90%和10.36%。模式C、E 中珍貴樹種的胸徑、樹高、冠幅生長(zhǎng)均為最優(yōu)，這是因?yàn)檎痢㈤?、天竺桂等作為深根性闊葉樹，與淺根性針葉樹種杉木混交造林，兩種根系相互促進(jìn)，根系發(fā)達(dá)，從而改善土壤結(jié)構(gòu)，提升肥力，促進(jìn)林木生長(zhǎng)[19]，這鄭雙全[20]的研究結(jié)果一致。浙江楠在不同樹種配置模式下胸徑、樹高生長(zhǎng)量差異不顯著，表現(xiàn)水平為中庸?fàn)顟B(tài)，這是由于浙江楠具有與杉木、木荷、紫楠等相似的生態(tài)位，可以合理資源共享，建立建群優(yōu)勢(shì)種群[21]，同時(shí)，有研究表明，浙江楠與杉木混交可以解決杉木根系在氮沉降下受磷限制的問(wèn)題，改善杉木純林地力衰退，因此可以選擇浙江楠與杉木或者其他樹種林進(jìn)行大面積的混交造林[22]。

林木干形是衡量林木質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，干形質(zhì)量的好壞直接影響林木的出材率以及生產(chǎn)效益[23-24]，南方紅豆杉、天竺桂、浙江楠樹干通直完滿或輕度彎曲的林木株數(shù)占比明顯高于其他樹種，因此，可選擇杉木林下補(bǔ)植南方紅豆杉、天竺桂、浙江楠等以培育優(yōu)質(zhì)珍貴用材。紅豆樹樹高生長(zhǎng)量明顯優(yōu)于其他樹種，但是樹干分叉嚴(yán)重，分叉或重度彎曲的林木占80%以上，這與駱文堅(jiān)、張煌城等的研究結(jié)果相似[25-26]，可定期開展人工整枝，有利于培育優(yōu)良無(wú)節(jié)材。

林下物種多樣性分析結(jié)果表明，多樹種樣地的物種多樣性均高于純林樣地的物種多樣性，且多樹種配置模式的物種多樣性指標(biāo)均高于單樹種配置模式的，這是因?yàn)闃浞N類型多樣，冠層結(jié)構(gòu)更豐富，林地更新潛力就會(huì)大大提高[27]，混交林同時(shí)具備了闊葉林和針葉林的林分特征，增加了生境的異質(zhì)性，為更多林下物種的生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件[6]。另外，從今后發(fā)展看，南方紅豆杉、樟、紅豆樹等果實(shí)顏色鮮艷且具有較高的淀粉含量，更容易吸引鳥類及嚙齒類動(dòng)物的取食，從而攜帶其他物種的種子[28]，增加林內(nèi)物種多樣性。

綜上所述，在開展杉木林珍貴化改造時(shí)可根據(jù)不同林分區(qū)位和造林要求選擇不同樹種和配置模式，如注重快速提高林分生產(chǎn)力可選擇樟、天竺桂、楠木等生長(zhǎng)較快的珍貴樹種，注重林下植被和地力恢復(fù)可選擇浙江楠等多樹種配置模式，如注重培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)干材可選擇南方紅豆杉、浙江樟、浙江楠等干形優(yōu)良的樹種。同時(shí)，可通過(guò)定期間伐、撫育、整枝等調(diào)控措施，促進(jìn)林木生長(zhǎng)，提高經(jīng)營(yíng)效果。另外，不同立地條件、光照、密度等因素也會(huì)對(duì)樹種生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，后期應(yīng)開展不同環(huán)境影響下的研究。