湿地松和火炬松纯林和混交林生长比较

杨代贵 王晓荣 许业洲 赵荣海 唐万鹏

摘 要：以湖北省荆门市彭山林场不同林龄的湿地松纯林、火炬松纯林和湿地松+火炬松混交林为研究对象，采用木材解析法，比较研究了湿地松、火炬松两个树种在纯林和混交林的生长特性，以了解两树种混交效果是否具有明显的增产效果。结果表明：与纯林相比，在15年时，湿地松和火炬松在混交林中直径分别增加了12.05%和10.60%，材积分别增加38.91%和24.25%。在所有5个混交林中，湿地松和火炬松的相对产量均大于1。湿地松和火炬松混交在生长量和材积上表现出正效应。在混交林中，湿地松获得更多的效应，但无论在纯林还是在混交林中，火炬松均比湿地松生长得好。

关键词：纯林;混交林;相对产量;混交效果;湿地松;火炬松

中图分类号：S727.1  文献标识码：A  文章编号：1004-3020（2019）03-0016-08

Abstract：Pure Pinus elliottii stands， pure P. taeda stands， and mixed stands of P. elliottii and P. taeda of different forest ages in Pengshan forest farm of Jingmen city were chosen as research object， the growth characteristics of P. elliottii and P. taeda in pure stands and mixed stands were studied by wood analysis method， so as to find out whether mixed tree species had obvious effect on increasing yield. The results showed that positive mixing effects of growth and volume yield occurred in mixed stands of the two pine species. Compared to the corresponding pure stands， the total diameter increased 12.05% and 10.60% for P. elliottii and P. taeda in mixed stands at tree age of 15 years， respectively， and total volume of P. elliottii increased 38.91%， 24.25% for P. taeda. Although P. elliottii obtained more benefits in the mixed stands， but P. taeda showed better growth in pure and mixed stands than P. elliottii. Relative yield of P. elliottii in all the five mixed stands was greater than 1.0. Mixed stands of P. elliottii/P. taeda showed positive effects of growth and volume yield， and P. elliottii obtained more benefits in the mixed stands， but P. taeda showed better growth， no matter where it was in pure and mixed stands.

Key words：pure stand; mixed stand; relative yield; mixing effect; Pinus elliottii; Pinus taeda

众所周知，混交林较纯林往往存在许多优势特征，如在木材生产、病虫害控制、全球气候变化引起的不确定因素等方面[1，2]。以往在人工林营造方面，由于混交林的材积产量和生态稳定性直接影响了混交林的经济特性，人们更关注混交林材积大小。混交林的生长和材积产量被认为是可持续的森林经营的重要指标[3]。但是与相应的纯林比较，由于混交林的产量强烈依赖于林分立地条件、混交林中两个树种的生态位的差异程度、混交林树种组成、林分管理以及混交比例等[4，5]。目前，关于混交林树种生长和材积方面存在四种结果，包括混交林总材积产量未增加[6]、总产量增加[7]、总材积产量下降[8]、混交林中一个树种的生产力增加而另一个树种则减少[9]。可见，不同的树种混交、不同物种特征、竞争力以及抗病能力的差异往往会产生较大的差异，一个混交模式在局部地区进行推广前，需要对混交林生产力和病虫害抗性等方面开展大量研究。

湿地松Pinus elliottii和火炬松Pinus taeda均属于速生针叶树种，原产于美国东南部，是重要的木材和林化产品来源。因其速生、良好的木材性质以及产脂量高而被广泛栽植，我国于20世纪30年代开始引入湿地松和火炬松，在长江流域和珠江流域广泛栽培，成为重要的商品材树种。目前，国内外许多学者對这两个树种展开广泛研究，主要包括生理生态学[10]、分子生物学[11]、杂交育种和分子育种[12]、营养响应[13]、起源和家系变异[14]、林分管理[15]、大小-密度关系[16]，以及气候变化对树种生长的预测[17]等方面。然而，很少有人对这两个树种混交林生产力进行调查研究，特别是大面积的纯林栽培，导致病虫害严重发生，建立湿地松与火炬松的混交林或与其它树种的混交林可能成为一种较好选择[18]。

本文以栽植于湖北省荆门市地区的湿地松纯林、火炬松纯林、湿地松+火炬松混交林为研究对象，比较研究混交林和纯林生产力差异性，旨在检验湿地松和火炬松混交模式在长江流域是否具有显著增产效果以及增产幅度，可为长江流域地区湿地松和火炬松造林模式提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于湖北省荆门市彭场林场，地理位置为北纬30°25′，东经112°56′，地处鄂中腹地，属江汉平原北缘低丘岗地。气候属北亚热带季风气候，年均气温为15.5 ℃，年均有效积温为5 050～5 100 ℃，无霜期为206 d，年均降雨量为1 160 mm。土壤为第四纪粘土母质发育的黄褐土，土层厚度超过1m，其质地较为粘重而肥沃，pH为5.6～6.8。该林场种植湿地松和火炬松长达50余年。

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计

在彭场林场选择立地条件相对一致，随机设置13个试验样地，其中湿地松+火炬松的混交林5个，湿地松和火炬松纯林各设置4个，样地面积为20 m×20 m。混交林中两个树种的混交比例为1∶1，随机混交。各样地基本特征见表1。

1.2.2 林分生长调查和解析木采样分析

对所有样地活立木进行每木检尺，实测树木的胸径、树高、枝下高，其中胸径采用胸径尺测量，树高和枝下高采用超声波测高仪测量。在湿地松和火炬松纯林中，于每个样地中选择1株优势木作为解析木。在混交林中，湿地松和火炬松各选择1株解析木。解析木伐倒后，进行常规检测（表2），然后获得相应的圆盘，厚度2 cm。圆盘的年轮采用数字游标卡尺测量。年轮数据采用中国林业科学研究院开发的软件ForStat处理。

1.2.3 相对产量和相对总产量的计算

对于由两个树种（A和B树种），每个树种的相对產量（relative yield， RY）和混交林的相对总产量（relative yield total， RYT）Condé[19]的方法进行：

RYA=混交林中A树种的产量/A树种纯林的产量

RYB =混交林中B树种的产量/B树种纯林的产量

RYT = A树种的相对产量 + B树种的相对产量

根据混交林（1～5号样地）和相应纯林（湿地松7号和9号样地，火炬松12号和13号样地）在15年的材积产量，RY和RYT分别计算。

1.2.4 数据处理与统计分析

采用SPSS16.0软件对纯林和混交林的湿地松和火炬松的胸径、树高、材积进行方差分析，且进行LSD多重比较，以检验数据之间的差异显著性（P=0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同林分类型中湿地松和火炬松的胸径变化

在湿地松和火炬松纯林中，两个树种的胸径（去树皮，下同）无显著性差异，且对于同一树种，纯林和混交林的胸径虽未明显出差异（P>0.05），但无论是纯林还是混交林，火炬松的胸径均大于湿地松的胸径（图1A）。在林龄15年时，纯林中的湿地松和火炬松的胸径没有显著差异，但混交林中的湿地松和火炬松的胸径仍分别增加12.05%和10.60%。林龄15年以前，在纯林中，火炬松的年平均胸径生长高于湿地松，而混交林中火炬松的年平均胸径生长高于湿地松（图1B）。同时，每个树种的连年胸径生长在不同年龄时变化很大，且这种变化没有规律性（图1C）。在年龄10年后，其胸径生长速率似乎恒定，在年龄15年时，胸径生长速率均没有显著差异（图1D）。

2.2 不同林分类型中湿地松和火炬松的树高变化

在10年前林龄时，无论是纯林还是混交林，湿地松树高均低于火炬松，在15年时，湿地松的树高也显著高于其纯林树高（图2A），增加22.43%，而混交林中的火炬松的树高只增加5.09%。但20年以后，无论是在纯林中还是在混交林中，这两个树种的树高均没有差异。在不同林分类型中，湿地松和火炬松的年平均生长量和连年生长量均没有规律性的变化，而在15年时，湿地松纯林的年平均高生长量低于火炬松纯林，也低于二者在混交林中的年平均生长量。在所有纯林和混交林中，在15年以后，湿地松和火炬松的高生长速率几乎保持恒定。

2.3 不同林分类型中湿地松和火炬松的材积变化

在15年时，纯林中的湿地松和火炬松的材积没有显著差异，在混交林中的湿地松材积增加38.91%，火炬松材积增加24.25%。而在20年时，湿地松纯林的材积小于火炬松纯林的材积，也小于二者在混交林中的材积（图3A）。在20年以前，在纯林中，湿地松的年平均材积生长量小于火炬松，也小于二者在混交林中的年平均材积生长量（图3B）。在15年以前，湿地松纯林的连年材积生长量小于火炬松纯林，且小于二者在混交林中的连年材积生长量（图3C）。在15年时，湿地松和火炬松的连年材积生长量没有显著差异，从20年开始，在各类型的林分中湿地松和火炬松的材积生长速率几乎保持不变（图3D）。

2.4 湿地松和火炬松混交林相对产量和相对总产量分析

如图4所示，在所有5个混交林林分中，除了第4个林分火炬松相对产量小于1.0外，湿地松和火炬松的相对产量均大于1.0，且混交林的相对总产量也均大于1.0。可见，湿地松+火炬松混交林相较各自纯林，对树种产量具有明显的促进作用。

3 讨论

在所有13个实验样地中，只有第8和第10样地的林分密度不同于其它样地（表1），因此具有相同林分密度（2 m×3 m）的样地的数据用来比较纯林和混交林的产量效应，其中5个样地来自混交林，纯林各2个样地。为了更好地比较混交林和纯林的产量，对15年的数据做特别比较。在湿地松/火炬松混交林中，湿地松和火炬松的三个重要参数（即胸径、树高和材积）都增加，这表明湿地松/火炬松混交林具有正效应。这个结果与先前的报道一致[19]，其发现湿地松家系S2和火炬松家系L4在混交林中具有更大的胸径和材积。混交林的混交效应依赖于以下几个方面的因素：立地条件、混交树种的生态位差异程度、森林培育活动以及混交比例[4，5]，但是如果立地条件和林分密度相同，混交林的材积产量是可以和相应的纯林进行比较的。在本研究中，同纯林相比，在15年时，混交林中的湿地松的胸径、树高和材积增加量均比混交林中的火炬松的增加量大，表明在混交林中湿地松表现出更高的混交效应。无论是纯林还是混交林，火炬松的平均胸径、树高、材积均大于湿地松，表明火炬松显示了更好的经济效益。火炬松较快的生长与其生理特征有关，因为在不同的林分密度下，湿地松和火炬松具有不同的生理活动，火炬松的特定叶面积显著大于火炬松[16]。同时，由于混交林的材积产量受到林分密度的影响[20]。在本研究中，两个树种的混交比例为50∶50，如果在混交林中增加火炬松的比例，混交林的材积产量将会更大，因为混交林中的火炬松具有更大的胸径生长量和更大的材积生长量。

在混交林中，两种类型的树种之间的相互作用可以改善林分水平上的生产力，其一，两个树种之间的资源互补利用：树冠的分层和可能的根系分层;其二，混交林中一个树种具有固氮能力，养分状况得到改善[21]。在本研究中，除了第4个林分，其它4个湿地松/火炬松混交林中的两个树种的相对产量均大于1.0，且5个林分的相对总产量均大于1.0。由此可以看出，在湿地松/火炬松混交林中，湿地松和火炬松要么具有不同的生态位特性，要么具有直接的利益关系，同纯林相比，混交林具有一种潜在的生产力优势[20]。同时，已有研究发现森林培育活动也影响混交林的材积产量[5]，对湿地松/火炬松混交林的经营管理也应该予以重视，因为很多混交林的效果经过長期的研究才得以证实。

4 结论

湿地松/火炬松的混交林具有正的混交效应。在混交林中，湿地松比火炬松获得更多的效益，但无论在混交林中还是在纯林中，火炬松表现出更高的生长速度。如果火炬松在混交林中的比例增加，混交林的经济效益将会更大。同时，由于树木生长周期较长，人为管理措施的差异也会增加混交林生长效益发生较大变化，下一步有必要进一步对湿地松/火炬松混交林的经营管理措施加强研究。

参 考 文 献

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（责任编辑：夏剑萍）