杉木（Cunninghamia lanceolata）是南方山地主要的用材林树种，在长江流域、秦岭以南地区栽培较为广泛。福建北部山区是杉木的中心产区，该地种植的杉木生长速度快、产量高[1]。杉木人工林在生产中多采用纯林模式营造，该模式能简化经营管理流程、提升作业效率，但也存在诸多问题，例如，林分群落结构单一，对病虫害、风害、冻害等自然灾害的抵御能力较弱；连续经营对土壤肥力的过度消耗会造成地力退化，以及林分生产力下降[2-3]。研究发现，杉木与闽粤栲[4]、火力楠[5]、木荷[6]、檫树[7]、拟赤杨[8]、福建含笑[9]、观光木[10]等阔叶树混交，均能提高杉木的产量，改善土壤理化性质。枫香（Liquidambar formosana）是金缕梅科枫香树属的落叶乔木，分布于秦岭及淮河以南地区，生长速度快，适合生长在干旱贫瘠的土壤中，抗风性能强。本试验开展了杉木与枫香混交造林研究，测定了3种造林模式下的杉木、枫香高度、胸径、生物量，林内小气候和土壤理化性质，为杉木人工林可持续经营提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验地设置在福建省连江国有林场马陀工区05211042小班（26°19′05″ N，119°24′36″ E），该地属中亚热带海洋性季风气候区，年平均气温24.3 ℃，年均降水量1 800 mm，土壤立地类型为Ⅲ类地，土壤类型属于山地红壤，海拔在400～500 m。试验地原先是杉木人工纯林，2011年采伐后对该地进行清除杂草，挖穴整地，按照穴规格40 cm×30 cm×30 cm进行杉木、枫香行状混交造林。造林模式分为杉木、枫香混交比例3∶2（模式A），杉木、枫香混交比例4∶2（模式B），杉木纯林（模式C），造林株行距为2 m×3 m，造林密度为1 665株/hm2。
1.2 试验方法
1.3 数据分析
采用Microsoft Excel和SPSS 17.0软件进行试验数据处理及方差分析。
2 结果与分析
2.1 不同造林模式的杉木、枫香生长情况
表1 不同造林模式中杉木、枫香的胸径、树高 |
| 造林 模式 | 树种 | 胸径/cm | 树高/m | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | 平均 | Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | 平均 | ||
| 模式A | 杉木 | 9.8 | 9.0 | 8.5 | 9.1 | 10.5 | 9.7 | 9.3 | 9.8 |
| 枫香 | 11.8 | 11.0 | 10.2 | 11.0 | 12.0 | 11.2 | 10.5 | 11.2 | |
| 模式B | 杉木 | 8.8 | 8.0 | 7.3 | 8.0 | 9.5 | 9.2 | 8.7 | 9.1 |
| 枫香 | 11.0 | 10.5 | 9.5 | 10.3 | 11.5 | 11.0 | 10.0 | 10.8 | |
| 模式C | 杉木 | 7.7 | 7.3 | 6.5 | 7.2 | 8.3 | 8.0 | 7.5 | 7.9 |
表2 不同造林模式中杉木胸径、树高的方差分析 |
| 变差 来源 | 胸径离差平方和 | 树高离差平方和 | 自由度 | F值 | F（fA，fe） |
|---|---|---|---|---|---|
| 不同 林分 | 8.36 | 13.26 | 2 | F 胸径=7.89* F 树高=7.44* | F 0.05（2，6）=5.14 F 0.01（2，6）=10.90 |
| 相同 林分 | 3.18 | 5.35 | 6 | ||
| 总和 | 11.54 | 18.61 | 8 |
|
2.2 不同造林模式杉木、枫香的生物量
由表3可知，不同造林模式中，杉木的各器官生物量由高到低依次为干>根桩>叶>根>枝，枫香的各器官生物量由高到低依次为干>根桩>枝>根>叶。不同树种的生物量均表现为地上部分>地下部分。各林分的生物量存在差异，模式A的林分总生物量较模式B增加13.8%，其中地上部分增加10.1%，地下部分增加27.8%；模式B的林分总生物量较模式C增加7.1%，其中地上部分增加7.7%，地下部分增加4.8%。由此说明，杉木与枫香混交林的总生物量有所提高，以杉木与枫香3∶2混交林的总生物量更高。
表3 不同造林模式中杉木、枫香的生物量单位：（t/hm2） |
| 造林 模式 | 树种 | 总生 物量 | 地上部分 | 地下部分 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 干 | 枝 | 叶 | 小计 | 根桩 | 根 | 小计 | |||
| 模式A | 杉木 | 115.05 | 76.57 | 5.51 | 7.85 | 89.93 | 18.35 | 6.77 | 25.12 |
| 枫香 | 135.60 | 83.43 | 11.15 | 7.52 | 102.10 | 24.50 | 9.00 | 33.50 | |
| 小计 | 250.65 | 160.00 | 16.66 | 15.37 | 192.03 | 42.85 | 15.77 | 58.62 | |
| 模式B | 杉木 | 102.36 | 72.23 | 4.20 | 6.22 | 82.65 | 14.36 | 5.35 | 19.71 |
| 枫香 | 117.88 | 77.13 | 8.58 | 6.02 | 91.73 | 19.17 | 6.98 | 26.15 | |
| 小计 | 220.24 | 149.36 | 12.78 | 12.24 | 174.38 | 33.53 | 12.36 | 45.86 | |
| 模式C | 杉木 | 205.58 | 140.71 | 7.59 | 13.54 | 161.84 | 32.85 | 10.89 | 43.74 |
2.3 不同造林模式杉木、枫香的小气候因子
森林小气候因子的变化直接影响植物生长发育、土壤动物与微生物活动节律，以及枯落物的分解进程。林内较强的光照、较高的土温、气温和较低的湿度对林内植物生长、土壤动物和微生物活动以及枯落物的分解有促进作用。由表4可知，模式A中的林内气温、土温和相对光照强度较模式C分别提高了8.7%、8.7%和7.9个百分点，林内湿度降低了2.0个百分点；模式B中林内气温、土温和相对光照强度较模式C分别提高了4.6%、3.6%和4.6个百分点，林内湿度降低了0.9个百分点。可见，杉木与枫香混交林内的光照强度、气温和土温更高，湿度更低，这种小气候有利于加快林下枯枝落叶的分解，土壤中动物和微生物活动，进而改善土壤结构，形成较好的土壤理化性状。
表4 不同造林模式的小气候因子 |
| 造林模式 | 林内气温/℃ | 林内湿度/% | 林内土温/℃ | 林内相对光照强度/% |
|---|---|---|---|---|
| 模式A | 18.8 | 84.6 | 15.0 | 64.6 |
| 模式B | 18.1 | 85.7 | 14.3 | 61.3 |
| 模式C | 17.3 | 86.6 | 13.8 | 56.7 |
2.4 不同造林模式杉木、枫香的土壤理化性质
由表5可知，杉木与枫香混交林的土壤容重较杉木纯林小，土壤通气度较杉木纯林高，其中，模式A和模式B的土壤容重较模式C分别减少了14.6%、10.7%，土壤通气度较模式C分别增加了2.57、1.48个百分点。说明杉木与枫香混交林林地土壤疏松透气，可能与两种树木根系在土壤中分布的深度不一，以及混交林土壤中各种动物、微生物活动旺盛有关。杉木与枫香混交林土壤的有机质、速效磷和速效钾含量均高于杉木纯林土壤，其中，模式A的土壤有机质、速效磷和速效钾含量较模式C分别提高了9.5%、13.2%、12.5%，模式B的土壤有机质、速效磷和速效钾含量较模式C分别提高了6.2%、5.6%、7.7%。混交林中枫香属于落叶阔叶树种，其凋落物量多且易腐烂，凋落物分解后的营养物质归还土壤，提高了土壤肥力。
表5 不同造林模式的土壤理化性质 |
| 造林模式 | 土壤容重/（g/cm3） | 通气 度/% | 有机质/（g/kg） | 速效磷/（mg/kg） | 速效钾/（mg/kg） |
|---|---|---|---|---|---|
| 模式A | 0.88 | 30.15 | 25.89 | 6.25 | 96.42 |
| 模式B | 0.92 | 29.06 | 25.12 | 5.83 | 92.30 |
| 模式C | 1.03 | 27.58 | 23.65 | 5.52 | 85.68 |