劉憲釗, 薛楊, 王小燕, 林之盼, 宿少鋒

1. 中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息所, 北京 100091 2. 海南省林業(yè)科學(xué)研究所, ?？?571100

海南省東北部沿海地區(qū)更新造林實(shí)驗(yàn)研究

劉憲釗1, 薛楊2,*, 王小燕2, 林之盼2, 宿少鋒2

1. 中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息所, 北京 100091 2. 海南省林業(yè)科學(xué)研究所, ?？?571100

為研究熱帶海岸地區(qū)不同更新方式的造林效果，選取3種陽性樹種、3種中性樹種和2種陰性樹種在木麻黃沿海防護(hù)林內(nèi)進(jìn)行冠下更新造林，同時(shí)在鄰近海防林的人工林采伐跡地進(jìn)行植苗造林，并對(duì)2年后兩種更新方式下不同造林樹種的保存率、苗高和地徑的生長情況進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果顯示：3個(gè)陽性樹種冠下更新造林和跡地更新造林均有較高保存率，其中除馬占相思、苦楝在高郁閉度林冠下更新造林保存率分別為68%和76%，非洲楝跡地造林保存率76%，其他造林方式保存率均在80%以上。中生樹種和陰性樹種只有林冠更新造林能保證其存活和生長，跡地造林條件下僅小葉欖仁保存率達(dá)到15%，其余4種保存率均不足10%。對(duì)更新造林保存率最高的非洲楝、苦楝、馬占相思和鴨腳木的生長進(jìn)行分析得到，除馬占相思高(2.16 m·a–1)、地徑(3.05 cm·a–1)的年生長量跡地更新造林顯著高于林冠下更新造林，其他3個(gè)樹種均在中度郁閉(40%—55%)的林冠下更新造林生長效果最佳。以上研究為熱帶沿海地區(qū)更新造林方式和造林樹種的選擇提供依據(jù)。

木麻黃海防林; 更新造林; 光特性

1 前言

在世界每個(gè)氣候帶內(nèi), 內(nèi)陸森林和林地均可能延伸到海域, 從而成為沿海地區(qū)的一部分。由于受氣候因素控制的原因, 與自然界中其他森林生態(tài)系統(tǒng)相比, 沿海森林生態(tài)系統(tǒng)多樣性簡單、森林抗逆性較弱[1]。沿海人工森林群落主要指在沿海地區(qū)建立的以防護(hù)為目的的喬木、灌木人工森林群落, 主要以適應(yīng)沿海生境的耐旱、抗風(fēng)和生長效果優(yōu)良的先鋒樹種為主, 以實(shí)現(xiàn)抗御臺(tái)風(fēng)、風(fēng)沙等自然災(zāi)害等目的。

作為耐旱、抗風(fēng)和生長效果優(yōu)良的先鋒樹種,木麻黃的引種造林曾經(jīng)被認(rèn)為是海岸帶植被恢復(fù)和重建的希望。然而, 由于其小枝單寧含量高, 阻礙了凋落物在林下的快速分解, 影響林地土壤養(yǎng)分歸并抑制其它物種的萌芽和生長, 并提高了林火災(zāi)害的危險(xiǎn), 對(duì)于海岸帶生物多樣性和生境完整性形成巨大的威脅[2–3]。考慮到混交造林在植被動(dòng)態(tài)和群落穩(wěn)定性上的重要作用, 近些年來以恢復(fù)沿海木麻黃人工森林群落生態(tài)功能的研究逐漸開展。廖清江[4]和吳錫麟[5]研究得到木麻黃林下套種巨尾桉、厚莢相思后林分生長效果優(yōu)于木麻黃純林, 且混交林能有效降低風(fēng)速, 提高沿海防護(hù)林的防護(hù)功能。此外, 木麻黃林下多樹種套種可以改善土壤的肥力狀況[6]。由于研究地域和海岸帶的氣候差異性, 木麻黃混交群落生態(tài)功能和效益在不同人的研究中的結(jié)果不盡相同。但一個(gè)共識(shí)是: 營造沿海人工混交林已成為木麻黃沿海防護(hù)林建設(shè)中一個(gè)勢在必行的工作。

長期以來, 熱帶海岸地帶森林培育和經(jīng)營采用單一樹種短周期輪伐或防護(hù)更新造林模式, 樹種組成和空間結(jié)構(gòu)單一, 在植被多樣性、林分生產(chǎn)力和土壤養(yǎng)分條件等多方面影響著海岸群落的發(fā)展[6]。為此, 開展以多樹種混交為主的更新造林工作, 對(duì)于海岸林生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等多種功能的發(fā)揮都有積極的促進(jìn)作用[7–8]。然而, 不同特性樹種對(duì)海岸帶氣候環(huán)境的適應(yīng)性存在差異, 開展不同樹種、不同更新造林方式的實(shí)驗(yàn)研究對(duì)營建多樹種海岸混交林有重要的指導(dǎo)意義。

2 研究區(qū)概況

本研究位于海南省東北部的文昌市, 總面積2488 km2, 屬于低丘臺(tái)地平原地帶, 平均海拔高度42.55 m, 地勢由西南內(nèi)陸向東北沿海傾斜。東北部地勢平坦屬于平原階地, 面積達(dá)19.95×104hm2, 占土地總面積的84.8%。具體實(shí)施地點(diǎn)位于文昌市公坡鎮(zhèn)和東鳳鎮(zhèn)(E: 110°55′—110°58′, N: 19°50′—19°52′),屬熱帶海洋季風(fēng)氣候, 少嚴(yán)寒, 日照充足, 年均氣溫 23 ℃—25 ℃, 年降雨量 1529 mm—1949 mm,研究區(qū)地帶性土壤為幼磚紅壤。

3 研究方法

3.1 不同光環(huán)境條件下的造林設(shè)計(jì)

2011年 8月在文昌市島東林場東風(fēng)作業(yè)區(qū)(N:19°52′; E: 110°57′)海岸帶防護(hù)林內(nèi)開展以林下混交為主的人工更新造林。為研究不同光環(huán)境下的更新造林效果, 在不同郁閉程度的木麻黃(Casuarina equisetifolia)防護(hù)林下套種適于該地區(qū)生長、具有不同光生態(tài)特性的鄉(xiāng)土樹種苦楝(Melia azedarach)、降香黃檀(Dalbergia odorifera)、瓊崖海棠(Calophyllum inophyllum)、小葉欖仁(Terminalia mantaly)、紅花天料木(Homalium hainanense)和鴨腳木(Schefflera octophylla), 引種樹種馬占相思(Acacia mangium)和非洲楝(Khaya senegalensis)。同時(shí), 為了對(duì)比說明海岸環(huán)境下冠下更新造林的效果, 在臺(tái)風(fēng)影響較小的鄰近的木麻黃人工林采伐跡地, 選擇以上樹種進(jìn)行更新造林。具體設(shè)計(jì)見表1:

表1 不同環(huán)境條件下更新造林實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab. 1 Experimental design for reforestation in different environment condition

為檢驗(yàn)以上3種方式的造林效果, 2013年8月對(duì)不同樹種的保留株數(shù)、苗高和地徑生長進(jìn)行調(diào)查分析。選擇單因素方差分析、雙因素方差分析研究不同光環(huán)境下、不同樹種 3個(gè)調(diào)查指標(biāo)的差異, 數(shù)據(jù)處理通過SPSS16.0完成。

3.1 光環(huán)境調(diào)查

目前大量的光環(huán)境對(duì)林下植被影響的研究主要以郁閉度作為分類變量(水平)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì), 而在實(shí)際的調(diào)查中郁閉度的獲取往往具有很大的主觀性。冠層分析系統(tǒng)(Hemiview)能夠通過對(duì)全視角下的天空照片分析快速獲取冠層上、下的多種光參數(shù),較為客觀的反映林分疏透度[9]。本研究在符合冠層相片獲取的天氣狀況下, 在相同時(shí)間段對(duì)不同郁閉程度的林分采集 5幅全天空照片, 并對(duì)林分冠層透光情況進(jìn)行分析。選取直射光立地系數(shù)(DSF)和冠層下的直接輻射(DirBe)作為光環(huán)境因子對(duì)不同更新造林實(shí)驗(yàn)中的苗木存活率進(jìn)行比較分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 不同光環(huán)境下造林成活率比較分析

表2為不同光環(huán)境信息情況, 冠層下直接輻射、直射光立地系數(shù)和總透光比隨著上層喬木株數(shù)密度的降低而增加。選擇冠層下直接輻射作為林分光環(huán)境參數(shù)的分級(jí)指標(biāo), 按照其值＜2000、[2000, 4000]和＞4000的標(biāo)準(zhǔn)分為弱光區(qū)、中光區(qū)和強(qiáng)光區(qū)3個(gè)等級(jí)。同樣, 根據(jù)直射光立地系數(shù)(DSF)＜0.4、[0.4, 0.70]和＞0.70標(biāo)準(zhǔn)也能獲得結(jié)果相同的光環(huán)境分級(jí)結(jié)果。根據(jù)該分級(jí)結(jié)果對(duì)苗木造林保存率進(jìn)行比較分析。

表3和下圖2為不同光特性樹種在有林冠遮蔽的弱光區(qū)、中光區(qū)和上層無遮蔽的強(qiáng)光區(qū)造林2年后苗木保存情況。

喜光樹種: 馬占相思和非洲楝在郁閉度高、中、低三個(gè)條件下保存率差異極顯著(馬占相思: F=125.44, P＜0.01; 非洲楝: F=12.80, P=0.07), 多重比較(LSD)得到馬占相思在不同光環(huán)境下保存率差異極顯著, 非洲楝跡地造林(全光照)其保存率會(huì)極顯著的低于中等光環(huán)境下的冠下更新造林(P=0.002),顯著低于郁閉度高的冠下更新造林的效果。

鄉(xiāng)土樹種苦楝3個(gè)不同的光環(huán)境條件下保存率差異不顯著(F=3.904, P=0.082)。

早期喜蔭樹種: 小葉欖仁、鴨腳木和瓊崖海棠在不同郁閉度條件下保存率差異極顯著(小葉欖仁:F=336.366, P＜0.001; 鴨腳木: F=318.048, P＜0.001;瓊崖海棠: F=480.077, P＜0.001), 全光下造林保存率遠(yuǎn)低于冠下造林。多重比較(LSD)得到, 瓊崖海棠和鴨腳木冠下造林保存率差異不顯著。

喜蔭樹種: 紅花天料木和降香黃檀全光下造林與不同光條件的冠下造林保存率存在極顯著差異(紅花天料木: F=377.176, P＜0.001; 花梨: F=1263,P＜0.001), 而兩樹種在不同郁閉度的林冠下造林后保存率差異不顯著。

將樹種光特性和造林苗木生存的光環(huán)境作為 2個(gè)因素分析它們對(duì)不同樹種保存率的影響, 得到兩個(gè)因素對(duì)與造林后苗木保存率均存在極顯著性的影響, 兩個(gè)因素的交互作用對(duì)苗木保存率的影響極顯著(P＜0.001)。

不考慮樹種光特性, 跡地更新造林苗木保存率最低, 僅為 36.63%, 中等郁閉程度的冠下更新造林苗木保存率最高(87.5%), 苗木在郁閉度高的林冠下的保存率也較高(80.5%)。

不考慮造林苗木的生存光環(huán)境, 造林 2年后不同樹種之間保存率差異不顯著(F=1.230, P=0.299＞0.05)。非洲楝保存率最高達(dá)到 84%, 其次為苦楝(82%)和馬占相思(78.7%)。由于喜蔭樹種對(duì)外部光環(huán)境更為敏感, 所以降香黃檀(54.7%)和紅花天料木(59.3%)保存率在8種樹種中最低。

表2 不同造林模式的光環(huán)境信息表Tab. 2 Information of luminous environment in different density stand

表3 不同樹種冠下更新造林和跡地更新造林幼苗死亡率表Tab. 3 Seedling mortality in different types’ stand, interplant, afforestation

圖1 不同樹種在高、中、低郁閉程度環(huán)境下2年保存率 (%)Fig. 1 Preserving rate of 8 tree species in different luminous environment (%)

4.2 不同處理中苗木生長效果分析

對(duì)造林苗木保存率最高的非洲楝、馬占相思、苦楝和鴨腳木的地徑和高的年生長量進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 比較分析以上4個(gè)樹種在不同更新造林處理下生長情況。

表4 給出了海岸帶混交造林保存率最高4個(gè)樹種在造林后兩年內(nèi)的生長效果, 非洲楝在不同光照條件下生長差異性不顯著, 但中度光照下生長效果明顯高于強(qiáng)度光照, 也稍優(yōu)于弱度光照條件。馬占相思則表現(xiàn)為全光下造林高、徑生長效果好, 年平均地徑生長量達(dá)到 3.05 cm 為弱光條件下的 5倍,平均高生長為 2.16 m, 極顯著高于另外兩種光照條件。鴨腳木和苦楝在不同光照條件下生長效果差異性顯著, 均表現(xiàn)為中度光照條件下生長效果最佳,而全光照條件下生長效果最差。

5 結(jié)論與討論

本研究按照樹種對(duì)光需求程度的強(qiáng)弱選擇苦楝、馬占相思、非洲楝、鴨腳木、小葉欖仁、紅花天料木和降香黃檀 8個(gè)樹種進(jìn)行跡地更新造林和冠下更新造林實(shí)驗(yàn), 并對(duì)保存率較高樹種的早期生長情況調(diào)查研究。

表4 四種主要混交造林樹種的生長效果分析Tab. 4 Growth effect of four tree species in the afforestation experiment

在苗木保存率方面, 由于缺少木麻黃的機(jī)械庇護(hù), 跡地更新造林實(shí)驗(yàn)中有 5個(gè)樹種保存率極低,陰性樹種降香黃檀保存率為0, 而紅花天料木、小葉欖仁、鴨腳木、瓊崖海棠在內(nèi)的鄉(xiāng)土樹種, 2年后保存率均小于 15%, 不能滿足更新造林的要求。陽性樹種馬占相思、苦楝和非洲楝能夠在跡地造林, 且具有較高的保存率, 但調(diào)查顯示以上樹種干形和林冠均出現(xiàn)不同程度的傾斜和損傷, 后續(xù)的成活和生長存在很大的不確定性。

由于受上層木麻黃林木的機(jī)械庇護(hù), 具有不同光特性的樹種冠下更新造林2年后都能具有較好的保存率, 除馬占相思、苦楝和小葉欖仁保存率不足80%外, 其他樹種在不同郁閉程度的林冠下更新造林2年后都能達(dá)到80%上的保存率, 中度郁閉的條件下的冠下更新造林苗木保存率最高。

在不同樹種的高、徑生長上, 全光照條件下紅花天料木、小葉欖仁和瓊崖海棠的生長效果不佳,高、徑的年生長量不足10%, 且苗木活力差, 冠下更新造林的生長優(yōu)于全光跡地造林。保存率最高的 4個(gè)樹種中, 馬占相思苗高和地徑的生長與所受的外部光照強(qiáng)度成正比外, 非洲楝、苦楝和鴨腳木均在中等光照強(qiáng)度(郁閉度0.5左右)下具有最大的高、徑生長量, 冠下更新造林苗木的生長量優(yōu)于全光跡地造林。

對(duì)選取的8個(gè)樹種在不同光環(huán)境條件的造林效果分析得到, 冠下更新造林苗木的保存率和生長均明顯優(yōu)于全光下造林, 且中等郁閉度的冠下更新造林效果最佳。而海岸帶環(huán)境下苗木的早期生存主要依賴光環(huán)境還是上層木的機(jī)械庇護(hù)作用還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。

[1] FAO. Integrated coastal area management and agriculture,forestry and fisheries [M]. FAO GUIDELINES. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome,1998.

[2] BATISH D R, SINGH H P, KOHLI R K. Vegetation exclusion under Casuarina equisetifolia L.: does allelopathy play a role [J]? Community Ecology, 2001(2):93–100.

[3] HAMMERTON J. Casuarinas in the Bahamas: a clear and present danger [J]. Bahamas Journal of Science, 2001(9):2–14.

[4] 廖清江. 海岸帶木麻黃林窗套種巨尾桉生長與降風(fēng)效果分析[J]. 防護(hù)林科技, 2007(4): 22–23.

[5] 吳錫麟. 厚莢相思木麻黃混交林分結(jié)構(gòu)和生物量的研究[J]. 福建林學(xué)院學(xué)報(bào), 2003, 23(3): 236–239.

[6] 劉憲釗. 熱帶海岸木麻黃人工林近自然經(jīng)營模式研究[D]. 中國林業(yè)科學(xué)研究院, 博士論文, 2011.

[7] LIU X Z, LU Y C, XUE Y, et al. Testing the importance of native plants in facilitation the restoration of coastal plant communities dominated by exotics [J]. Forest Ecology and Management, 2014(322):19–26.

[8] LIU X, LU Y C, XUE Y, et al. The positive interaction between two nonindigenous species, Casuarina (Casuarina equisetifolia) and Acacia (Acacia mangium), in the tropical coastal zone of south China: stand dynamic and soil nutrient [J]. Tropical Conservation Science, 2015, 8(3):598–609.

[9] 陳繼東, 紀(jì)曉林, 屈柏林. 應(yīng)用 hemiview冠層分析系統(tǒng)估測人工復(fù)層林郁閉度[J]. 河北林業(yè)科技, 2007(4): 5–7.

Analysis of different reforestation experiment in the northeast tropical coast of Hainan province

LIU Xianzhao1, XUE Yang2,*,WANG Xiaoyan2, LIN Zhipan2, SU Shaofeng2
1. Institute of Forest Resource Information Techniques, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China 2. Hainan Forestry Institute , Haikou, Hainan 571100, China

In order to investigate the effects of different regeneration ways on afforestation, 3 light-demanding tree species, 3 neutral ree species and 2 shade-tolerant species were selected and planted in Casuarina equisetifolia coastal shelterbelt of different canopy density as well as in the logging slash in the northeast tropical coast of Hainan province. The comparative analysis of the survival rate and the growth of height and ground diameter after two years by different means of regeneration was taken. The result showed that the 3 light-demanding tree species could adapt to different environment condition with relatively high survival rates both in slash and under canopy. In most cases, the survival rates were over 80% except Acacia mangium (68%) and Melia azedarach (76%) in high canopy density and Khaya senegalensis (76%) in slash regeneration afforestation. As neutral tree species and shade-tolerant species got better survival rates under the canopy, only Terminalia mantaly had 15% survival rates when planted in slash, the survival rates of other 4 tree species were less than 10%. The results of growth of four tree species (Khaya senegalensis, Melia azedarach, Acacia mangium and Schefflera octophylla) showed that except that the annual height growth (2.16 m·a–1) and base diameter growth (3.05 cm·a–1) of Acacia mangium planted in the slash were significantly higher than those under canopy, the optimum growth effects of other hree tree species were observed under the canopy with medium closure (40%-50%).This study could provide the theoretical basis forthe selection of tree species and the method of reforestation and regeneration in the tropical coastal area.

Casuarina equisetifolia coast protection forest; afforestation; light character

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.03.018

S75

A

1008-8873(2017)03-130-05

劉憲釗, 薛楊, 王小燕, 等. 海南省東北部沿海地區(qū)更新造林實(shí)驗(yàn)研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2017, 36(3): 130-134.

LIU Xianzhao, XUE Yang, WANG Xiaoyan, et al. Analysis of different reforestation experiment in the northeast tropical coast of Hainan province[J]. Ecological Science, 2017, 36(3): 130-134.

2015-12-09;

2016-02-25

本研究由林業(yè)公益行業(yè)專項(xiàng)“海南島東北部沿海防護(hù)林生物量與碳儲(chǔ)量監(jiān)測與評(píng)價(jià)研究”(201304320); 國家自然科學(xué)基金“熱帶木麻黃海防林近自然更新正相互作用機(jī)理”(31400538)和院基金(CAFYBB2014QB044)的資助完成。

劉憲釗(1981—)男, 博士, 助理研究員, 主要從事海岸林近自然經(jīng)營技術(shù)和模式研究, E-mail: lxz9179@163.com

*通信作者:E-mail: xue13307539989@163.com