胡秋艷 莫羅堅(jiān) 陳紅躍 葉永昌 林 艷

(1.東莞市林業(yè)科學(xué)研究所/廣東珠江口城市群森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，廣東 東莞 523106；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642；3.東莞市林業(yè)事務(wù)中心，廣東 東莞 523003）

我國(guó)人工林面積約占全球人工林面積的1/4[1]。人工林是人為控制下形成的生物群落，與天然林相比具有不穩(wěn)定﹑群落結(jié)構(gòu)單一﹑林下植被發(fā)育差等特點(diǎn)[2]。隨著人工林的生長(zhǎng)，人工林過(guò)度郁閉會(huì)限制林下植被的生長(zhǎng)。因此，人工林改造和研究成為面臨的問(wèn)題。東莞市是廣東荔枝Litchi chinensis的傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)，素有“荔枝之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。20 世紀(jì)90 年代開(kāi)始，東莞人工荔枝林面積迅速增長(zhǎng)，至2005 年面積達(dá)26 000 hm2，近全市森林總面積的1/2。由于種植面積擴(kuò)張迅速，導(dǎo)致整個(gè)荔枝產(chǎn)業(yè)進(jìn)入低迷期，價(jià)格走低[3-4]。果農(nóng)生產(chǎn)積極性受挫，大量荔枝林被砍伐或處于撂荒狀態(tài)，其經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益也難以得到很好的發(fā)展。同時(shí)，撂荒荔枝林會(huì)帶來(lái)了一些生態(tài)問(wèn)題以及景觀問(wèn)題[3,5-6]：相對(duì)于地帶性的植物群落，荔枝林樹(shù)種單一，林分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生物多樣性低，生態(tài)功能不強(qiáng)。由于長(zhǎng)期的耕作，果園內(nèi)灌木和草本植物保留相對(duì)較少，地表裸露嚴(yán)重，易受徑流沖刷，造成水土流失，果樹(shù)施肥也對(duì)水庫(kù)水質(zhì)造成污染[7-9]。此外，荔枝園在失管狀態(tài)下，易受到薇甘菊等外來(lái)有害生物的入侵，威脅生態(tài)安全；荔枝林林冠低矮，形成極不協(xié)調(diào)的外貌景觀，群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅喬木層和草本層，灌木層植物僅有少量分布，林木稀疏，層間植物缺少。群落組成物種色澤單調(diào)，林相單一[10]，且失管的荔枝林缺少精細(xì)的肥水管理，多數(shù)生長(zhǎng)不良，缺乏觀賞價(jià)值。因此，通過(guò)林分改造提高撂荒荔枝林的生態(tài)功能和景觀功能是迫切需要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

研究表明，間伐和套種樹(shù)種是實(shí)施林分改造最基本的方法，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的多功能性和可持續(xù)性具有顯著促進(jìn)作用[11-13]。間伐使林冠稀疏，擴(kuò)大保留木的生長(zhǎng)空間，促進(jìn)林分生長(zhǎng)；套種闊葉樹(shù)種是改善林分結(jié)構(gòu)﹑提高土壤肥力和實(shí)現(xiàn)森林多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)的重要措施[14]。目前，荔枝研究主要集中在高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種育種﹑采后貯藏保鮮技術(shù)提升及多樣性分析等，尚未有疏伐和套種對(duì)林分改造樹(shù)種及荔枝林生長(zhǎng)影響的研究。本文研究以東莞人工荔枝林為研究對(duì)象，采用不同疏伐處理進(jìn)行林分改造，探索荔枝林林分改造的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，以期為亞熱帶果樹(shù)林﹑人工林林分改造和生態(tài)功能恢復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

東莞地處廣東省中南部，珠江口東岸，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫21～28 °C，年均降雨量2 042.6 mm。試驗(yàn)地位于東莞市大嶺山森林公園內(nèi)，為撂荒荔枝果園（N22°51’，E113°47’），面積約3.5 hm2，荔枝林樹(shù)齡為15 年，株行距約為4.0 m×6.0 m，平均高度3.68 m，平均冠幅4.3 m，平均地徑13.4 cm。林下灌木主要分布在行間，以崗茶Eurya chinensis﹑粗葉榕Ficus hirta﹑野牡丹Melastoma candidum﹑九節(jié)Psychotria rubra為主，草本植物以耳草Hedyotis auricularia﹑扛板歸Persicaria perfoliata﹑薇甘菊Mikania micrantha為主。

1.2 試驗(yàn)方法

為了研究不同疏伐處理和套種方式對(duì)林分改造樹(shù)種生長(zhǎng)的影響，2007 年對(duì)該荔枝林進(jìn)行改造。選擇立地條件基本相近的荔枝林進(jìn)行疏伐處理，疏伐處理包括：回縮，鋸除離地面1.3 m 以上的枝條，保留樹(shù)冠直徑約1.0 m；修剪，將50%的荔枝進(jìn)行回縮處理，50%進(jìn)行4～5 級(jí)分枝修剪，保留直徑3.0 m 左右的樹(shù)冠；全砍，將果樹(shù)及3.0 m 以下的雜樹(shù)全部砍除；保留（對(duì)照，CK），完全保留原有果樹(shù)。

疏伐處理后，選擇7 種喬木和2 種灌木，采用株間和行間均勻混交的方式進(jìn)行套種（表1）。

表1 套種樹(shù)種的基本信息Table 1 Information of the interplanting tree species

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)將改造樹(shù)種均勻分布到每個(gè)處理中，相鄰的樹(shù)種不為同一樹(shù)種。改造樹(shù)種的平均種植密度為2.0 m×1.5 m，其中，黧蒴Castanopsis fissa﹑黃桐Endospermum chinense﹑嶺南酸棗Spondias lakonensis﹑山杜英Elaeocarpus sylvestris﹑樟樹(shù)Cinnamomum camphora﹑土沉香Aquilaria sinensis樹(shù)種的平均種植密度為4.0 m×3.0 m，鐵冬青Ilex rotunda﹑鴨腳木Schefflera octophylla﹑九節(jié)樹(shù)均根據(jù)實(shí)地情況種植于上述樹(shù)種和原有果林之間。

栽植前進(jìn)行穴狀整地，種植穴規(guī)格為40 cm×40 cm×40 cm，基肥每穴施干雞糞2.5 kg。栽植一個(gè)月后全面檢查成活情況，發(fā)現(xiàn)死株及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)植，確保植株成活率在95%以上。連續(xù)撫育3年，主要工作是鏟草﹑松土﹑施肥和補(bǔ)植。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定

于2013 年10 月，即林分改造6 年后，在每種改造類(lèi)型林地各選擇具有代表性的地段，建立3 個(gè)20 m×20 m 的標(biāo)準(zhǔn)地，對(duì)各改造林林地的標(biāo)準(zhǔn)樣地進(jìn)行調(diào)查。用鋼尺測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)地中荔枝以及林分改造樹(shù)種的樹(shù)高和冠幅，用胸徑尺測(cè)量胸徑，記錄并計(jì)算樹(shù)種的平均生長(zhǎng)量。

物種多樣性的調(diào)查采用徐小牛等[14]的方法，在各標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)按梅花形機(jī)械設(shè)置5 個(gè)2 m×2 m 的小樣方，調(diào)查﹑記錄小樣方內(nèi)全部灌木和草本的種類(lèi)﹑蓋度﹑株數(shù)及平均高度。計(jì)算多樣性的指標(biāo)如下。

（1）物種豐富度指數(shù)：物種豐富度指數(shù)（S）是表示一個(gè)種群在群落中的個(gè)體數(shù)目的多少或豐富程度。這里是指某物種在標(biāo)準(zhǔn)地中的總數(shù)[15]。

（2）物種多樣性指數(shù)：多樣性指數(shù)通常用來(lái)測(cè)量群落中物種的豐富程度及均勻性。測(cè)量的公式有很多，其中以Simpson 指數(shù)和Shannon-Wiener 指數(shù)用的最廣泛[16]。其計(jì)算公式為：

（3）群落均勻度：

上述公式（2）和（3）中N為所有物種的總個(gè)體數(shù)。ni：第i種的個(gè)體數(shù)；Pi：第i種的個(gè)體數(shù)ni占總個(gè)體數(shù)N的比例，即Pi＝ni/N；S：標(biāo)準(zhǔn)地中物種總數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，采用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同疏伐處理對(duì)林分生長(zhǎng)比較

通過(guò)對(duì)荔枝林進(jìn)行生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示，改造6 年后，不同疏伐處理下荔枝林生長(zhǎng)存在一定的差異。不同處理下的荔枝平均胸徑在8.42～12.53 cm之間，平均樹(shù)高在5.35～7.62 m 之間，平均冠幅在3.72～4.00 m 之間，總體來(lái)看，修剪套種處理的平均生長(zhǎng)量最高，回縮套種處理次之（表2）。方差分析結(jié)果表明，修剪套種處理的平均胸徑顯著高于全砍套種處理，與回縮套種﹑保留套種處理的差異不大。修剪套種處理的平均樹(shù)高顯著高于回縮套種和保留套種處理，與全砍套種處理的差異未達(dá)到顯著水平，4 個(gè)處理間的平均冠幅差異較小。

表2 不同疏伐處理下林分生長(zhǎng)的比較Table 2 Comparison of stand growth under different conversion treatments

表3 不同疏伐處理下荔枝生長(zhǎng)量的比較Table 3 Comparison of litchi growth under different conversion treatments

2.2 不同疏伐處理對(duì)荔枝生長(zhǎng)量比較

對(duì)不同疏伐處理下荔枝生長(zhǎng)量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，荔枝的平均胸徑﹑平均樹(shù)高和平均冠幅均以修剪套種處理最高，分別為8.19 cm﹑4.97 m 和4.20 m，保留套種處理的生長(zhǎng)量次之，回縮套種處理最低。方差分析結(jié)果表明，在P<0.05 水平下，修剪套種和保留套種處理的樹(shù)高﹑冠幅生長(zhǎng)量均顯著高于回縮套種處理，3 個(gè)處理間的平均胸徑生長(zhǎng)量均未達(dá)到顯著水平。

2.3 不同疏伐處理對(duì)套種樹(shù)種生長(zhǎng)量的影響

對(duì)改造6 年后的套種樹(shù)種的生長(zhǎng)量進(jìn)行比較，結(jié)果表明，不同疏伐方式對(duì)套種樹(shù)種的生長(zhǎng)量也存在一定影響。套種樹(shù)種胸徑生長(zhǎng)量范圍在9.04～14.14 cm 之間，樹(shù)高生長(zhǎng)量范圍在5.72～7.96 m 之間，冠幅生長(zhǎng)量范圍在3.61～4.16 m 之間（表4）。套種樹(shù)種的平均胸徑﹑樹(shù)高和冠幅均以修剪套種組最高，回縮套種組次之，全砍套種組最低，分別為14.14 cm﹑7.96 m 和4.16 m。方差分析結(jié)果顯示，修剪套種組的平均胸徑和樹(shù)高顯著高于其它3 個(gè)處理，4 個(gè)處理間的平均冠幅差異最小。

表4 不同疏伐處理對(duì)套種樹(shù)種的生長(zhǎng)量的影響Table 4 Comparison of tree growth under different conversion treatments

表5 不同疏伐處理下灌木層植物多樣性對(duì)比Table 5 Comparison of plant diversity in the shrub layers under different conversion treatments

2.4 不同疏伐處理林下植物多樣性比較

對(duì)荔枝林林下植物多樣性進(jìn)行調(diào)查并統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)各樣地灌木層林下植物種類(lèi)數(shù)量均有所差異，以全砍套種處理種類(lèi)最豐富，保留套種﹑修剪套種﹑回縮套種處理次之。在灌木層物種多樣性指數(shù)方面，辛普森指數(shù)最大的是回縮套種處理，為0.83，其豐富度指數(shù)為3。全砍套種處理的辛普森指數(shù)雖然不是最大，為0.76，但其豐富度最高，有4 種，種間相遇機(jī)率也最大。保留套種和修剪套種處理的辛普森指數(shù)分別為0.77 和0.65。Shannon-Winer 指數(shù)最大的為全砍套種處理，為1.75，其灌木層優(yōu)勢(shì)度不明顯，種類(lèi)較為豐富。保留套種﹑修剪套種﹑回縮套種處理的Shannon-Winer 指數(shù)分別為1.34﹑1.13﹑1.28，處于中等水平。從群落均勻度來(lái)看，全砍套種和回縮套種處理最大，均為1.14，表明其各植物種類(lèi)個(gè)體數(shù)目最為均勻，修剪套種和保留套種處理的群落均勻度分別為1.12 和1.09。

綜上，從豐富度看，全砍套種>保留套種=修剪套種=回縮套種；從Simpson 指數(shù)看，回縮>保留套種>全砍套種>修剪套種；從Shannon-Winer 指數(shù)，全砍套種>保留套種>回縮套種>修剪套種；從群落均勻度看，全砍套種=回縮套種>修剪套種>保留套種。綜合灌木層各多樣性和均勻度指標(biāo)來(lái)看，全砍套種最好，其次為保留套種﹑回縮套種﹑修剪套種處理。

對(duì)不同改造林地草本層植物多樣性進(jìn)行比較，從表6 可以看出，各標(biāo)準(zhǔn)地草本層林下植物種類(lèi)數(shù)量具有所差異，保留套種﹑修剪套種和回縮套種處理的豐富度最大，均為6 種；全砍套種處理次之，有5 種。辛普森指數(shù)和種間相遇機(jī)率最大的是回縮套種和修剪套種處理，均為0.65，它們的豐富度指數(shù)均為6；全砍套種處理的辛普森指數(shù)和種間相遇機(jī)率偏低，僅為0.42；保留套種處理的辛普森指數(shù)和種間相遇機(jī)率最低，僅為0.41。Shannon-Winer 指數(shù)最大的為回縮，為1.85；修剪套種處理的Shannon-Winer 指數(shù)也較高，為1.82；保留套種處理的Shannon-Winer 指數(shù)分別為1.25﹑1.27，處于中等水平；全砍套種處理的Shannon-Winer 指數(shù)最低，僅為1.17。群落均勻度方面，修剪套種處理的最大，為1.08，表明其各植物種類(lèi)個(gè)體數(shù)目最為均勻；回縮套種處理次之，為1.04，說(shuō)明種類(lèi)個(gè)體數(shù)量差異較小，保留套種處理的群落均勻度分別為0.95 和0.72，全砍套種處理的群落均勻度最低，僅為0.71。

表6 不同疏伐處理下草本層植物多樣性比較Table 6 Comparison of plant diversity in the herbaceous layers under different conversion treatments

綜上，從豐富度看，保留套種=修剪套種=回縮套種>全砍套種；從辛普森指數(shù)看，修剪套種=回縮套種>全砍套種>保留套種。從Shannon-Winer 指數(shù)看，回縮套種>修剪套種>保留套種>全砍套種。從群落均勻度看，修剪套種>回縮套種>保留套種>全砍套種。綜合來(lái)看，修剪套種和回縮套種處理草本植物多樣性最高，其次為保留套種處理，全砍套種處理多樣性最低。

3 結(jié)論與討論

本研究采用不同疏伐處理進(jìn)行林分改造，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同疏伐處理下撂荒荔枝林對(duì)改造樹(shù)種的平均樹(shù)高生長(zhǎng)量﹑冠幅生長(zhǎng)量和胸徑生長(zhǎng)量均存在影響?；乜s套種和修剪套種處理的林分樹(shù)高和胸徑生長(zhǎng)量均高于其它處理，表明這兩種疏伐處理有利于改善林分的生長(zhǎng)空間，促進(jìn)套種樹(shù)種的生長(zhǎng)。撂荒荔枝林改造6 年后，套種樹(shù)種在不同疏伐處理下的生長(zhǎng)量存在較大差異，回縮套種和修剪套種處理的樹(shù)種生長(zhǎng)量高于全砍套種和保留套種處理，說(shuō)明適當(dāng)?shù)男藜魧?duì)套種樹(shù)種的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，與保留套種處理比，全砍套種處理的樹(shù)高﹑胸徑以及冠幅指標(biāo)都較低，說(shuō)明過(guò)度砍除不僅不能促進(jìn)樹(shù)種生長(zhǎng)，反而對(duì)樹(shù)種生長(zhǎng)起到抑制作用?？傮w來(lái)看，修剪處理對(duì)荔枝林以及套種樹(shù)種的生長(zhǎng)促進(jìn)作用最好。

林下植物的多樣性和群落結(jié)構(gòu)的恢復(fù)是生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中重要的特征。林下植物作為生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，它在促進(jìn)人工林養(yǎng)分循環(huán)和維護(hù)地力中起不可忽視的作用[17-18]。植物多樣性是群落生態(tài)系統(tǒng)中具有獨(dú)特性和可測(cè)定性的特征指標(biāo)之一，它能度量一個(gè)群落的結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜性，研究林下植物多樣性可以更好地認(rèn)識(shí)群落的組成﹑變化和發(fā)展[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，4 種疏伐處理均不同程度地提高了灌木層植物多樣性，以全砍套種的灌木層植物多樣性最高。說(shuō)明適當(dāng)?shù)幕乜s或修剪有利于草本的遷入和定居，4 種疏伐處理的草本層植物多樣性也有不同程度的增加，以修剪套種和回縮套種的植物多樣性較高。通過(guò)4 種疏伐處理改造荔枝林有利于灌木層和草本層植物多樣性的恢復(fù)。綜合草本層灌木層的各項(xiàng)指標(biāo)得出：回縮套種樣地的林下植物多樣性最好，其次是修剪套種樣地和全砍套種樣地，保留套種的林下植物多樣性相對(duì)較差。綜上，對(duì)撂荒荔枝林的改造可以促進(jìn)自然演替，豐富植物多樣性，以使荔枝林充分發(fā)揮其效益。

研究表明，合理引入林下物種, 能加速物種多樣性的恢復(fù), 提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)，對(duì)不同的樹(shù)種配置效果進(jìn)行科學(xué)篩選有助于促進(jìn)人工林物種和功能多樣性的恢復(fù)[20-21]。本研究在撂荒荔枝林下進(jìn)行不同疏伐處理和樹(shù)種套種，該荔枝林隨著時(shí)間的推移可形成復(fù)層林，可以促進(jìn)荔枝純林和林下樹(shù)種生長(zhǎng)，同時(shí)有利于植物多樣性恢復(fù)。此外，影響樹(shù)種生長(zhǎng)的因素還包括生物學(xué)特性﹑光照﹑溫度和土壤水分等。本試驗(yàn)林林齡為6年生，改造的生態(tài)效益仍有待進(jìn)一步觀測(cè)。