杉木[Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.]为我国南方特有的速生用材树种，具有生长速度快，抗逆性强，适生范围广等特点，其干材材质优良，用途广泛，经济价值高，因此一直以来都是我国南方地区营造商品用材林的热门树种^[1-3]。根据第八次全国森林资源清查结果，全国现有杉木人工林面积约893.33万hm²，约占全国乔木人工林总面积的1/5，杉木人工林总蓄积量可达6.25亿m³，占全国乔木人工林总蓄积量的1/4。自20世纪50年代以来，我国南方地区为了提升林地利用率，大面积连片营造杉木人工林纯林，但在长期经营杉木过程中，由于部分地方盲目追求经济效益，在经营过程中采用炼山、长期偏施氮肥、单一化连栽、过度采伐等不合理的经营方式^[4]，引发了杉木人工林地力衰退、土壤酸化、林下生物多样性下降等问题^[4-6]。近年来，随着社会、经济的发展以及人们生态意识的提高，各级政府及民众对森林生态功能以及林地可持续发展等相关问题愈加关注。大量研究表明，混交比例适宜的杉阔混交林可以通过杉木与阔叶树在树种生长速度、凋落物种类及数量、根系生长发育、林冠遮光遮雨、需光需肥等多方面的差异，对林木生长、林地腐殖质层、土壤质量、土壤动物等产生影响^[7-12]，进而改善杉木纯林经营过程中引起的生态问题。陈清根^[7]研究发现杉木和桉树混交造林4 a后，相比杉木纯林，混交林林下植被多样性、林地生产力及土壤物理性质均得到不同程度改善。肖石红等^[8]研究指出杉木和红锥混交可以显著改善土壤肥力、提升林地生产力。王奕茹等^[9]研究显示相比杉木纯林，闽楠和杉木混交可以显著提升林下植被多样性。康希睿等^[10]研究表明不同比例杉木混交林可以不同程度提高林内优势种更新潜力、林下植被丰富度和生物量以及林分稳定性。灰木莲(Manglietia conifera Dandy)原产于东南亚地区，属南亚热带地区潜在优良速生珍贵用材树种，由于其良好的速生性和抗逆性，种植面积逐年增加^[13-14]。灰木莲早期耐荫性较强、凋落物量大，是极为优秀的混交树种^[15-16]，已有研究表明灰木莲和桉树^[16-17]、马尾松^[18-19]、西南桦^[20]等树种混交造林均产生较好效果。为改善经营杉木纯林过程中产生的生态问题、丰富杉木混交林经营模式，本研究以2008年营造的不同混交比例杉木灰木莲混交林为研究对象，对比分析13年生不同混交比例混交林生长情况及土壤理化性质，并进行综合评价，探讨杉木灰木莲混交林的可行性以及林分生长情况和土壤理化性质对混交比例的响应规律，以期为杉木可持续发展及混交林经营提供理论基础和实践参考。

试验林位于福建省漳州市华安县金山国有林场打铁坑工区13-04小班，地处东经117°34′58″，北纬24°40′59″。试验林所在坡面海拔325~570 m，坡向西北，坡度约14°，土壤为花岗岩发育的山地红壤，土层厚度约80 cm，地表腐殖质层厚度约6 cm，立地质量等级Ⅱ级。当地属南亚热带与中亚热带过渡区域，年均气温20.9 ℃，极端最低温-2.4 ℃，极端最高温40.5 ℃，年平均降雨量约1 700 mm，雨水主要集中于夏季，年平均蒸发量约1 450 mm，年无霜期可达357 d。林地前茬为杉木采伐迹地，林下植被主要有乌毛蕨(Blechnum orientale L.)、铁芒萁[Dicranopteris linearis (Burm.) Underw.]、粗叶榕(Ficus hirta Vahl)、野牡丹(Melastoma candidum D. Don)、葛藤[Pueraria lobata (Willd.) Ohwi]、鹅掌柴[Schefflera octophylla (Lour.) Harms]、马唐[Digitaria sanguinalis (L.) Scop.]、凤尾蕨(Pteris cretica L.)等。

试验采用随机区组设计，设置3个重复，每个重复内在坡面上延水平方向设置4种林分(表 1)，每种林分面积约0.8 hm²。

2007年下半年对前茬杉木纯林进行采伐，林地经清杂、炼山、块状整地、挖穴(穴规格60 cm×40 cm×30 cm)后，于2008年4月分别营造杉木纯林以及3种混交比例的杉木灰木莲混交林。不同林分造林密度均为2 270株·hm^-2左右(株行距约为2.0 m×2.2 m)，林分基本情况如表 1所示。造林后抚育、施肥等技术措施均参照闽南地区杉木人工林常规抚育方法^[21]。造林所用杉木苗木为1年生裸根苗，苗高 > 25 cm，地径 > 0.4 cm；灰木莲苗木为1年生容器苗，苗高 > 25 cm，地径 > 0.2 cm。

2020年8月，在每片林分中选取典型地段设置20 m×20 m样地，4种林分3个重复共设置样地12个。分别调查各样地内林木保存率(preservation rate，PR)、树高(height，H)、胸径(diameter at breast height，DBH)、立木材积(volume，V)和总蓄积量(total volume，TV)，采用福建省二元立木材积公式^[22]计算立木材积：

式中：V为立木材积(m³)，D为胸径(cm)，H为树高(m)。

每个样地内分别设置5个点挖掘土壤剖面并采集0~40 cm土层的混合土样，用作测定土壤化学指标，包括：土壤水解性氮(hydrolytic nitrogen，HN)、有效磷(available phosphorus，APH)、速效钾(available potassium，APO)、有效硼(available boron，AB)、全氮(total nitrogen，TN)、有机质(organic matter，OM)和pH值；选择一个有代表性的剖面，利用环刀分0~20和20~40 cm分别采集原状土，带回室内测定土壤水分物理性质指标，包括：最大持水量(maximum water holding capacity，MC)、毛管持水量(capillary capacity，CC)、田间持水量(field capacity，FC)、毛管孔隙(capillary porosity，CP)、非毛管孔隙(noncapillary porosity，NP)、总孔隙度(total porosity，TP)、通气度(ventilation degree，VD)和土壤容重(bulk density，BD)(土壤水分物理性质各指标数值为2个土层均值)，土壤样品采集以及各指标测定方法均参照行业标准《森林土壤分析方法》^[23]中规定方法。

以不同林分的生长情况指标(灰木莲及杉木的保存率、树高、胸径等9个指标，其中杉木纯林由于缺少灰木莲保存率、树高、胸径和立木材积4个指标，因此以3种混交林灰木莲各项指标均值作为杉木纯林相应指标值)，以及土壤理化性质指标(土壤持水量、孔隙度、养分含量等15个指标)，共计24个评价指标进行主成分分析综合评价^[24]，计算公式：

式中：T_i为第i主成分得分；Z_ij为第i主成分下j指标对应的特征向量；X_j为j指标的值(X₁、X₂、X₃、X₄分别表示各林分中灰木莲保存率、树高、胸径和立木材积；X₅、X₆、X₇、X₈、X₉分别表示各林分中杉木的保存率、树高、胸径、立木材积以及林分总蓄积量；X₁₀、X₁₁、X₁₂、X₁₃、X₁₄、X₁₅、X₁₆、X₁₇分别表示各林分林地土壤最大持水量、毛管持水量、田间持水量、毛管孔隙、非毛管孔隙、总孔隙度、通气度以及土壤容重；X₁₈、X₁₉、X₂₀、X₂₁、X₂₂、X₂₃分别表示各林分林地土壤的水解性氮、有效磷、速效钾、全氮、有效硼、有机质含量；X₂₄表示各林分林地土壤pH值)；T为综合评分；β_i为第i主成分方差贡献率。

采用Excel 2003和SPSS 20.0软件对各项指标数据进行方差分析、多重比较(Duncans)及主成分分析。

表 2显示，不同混交林中，灰木莲的保存率、树高、胸径和立木材积最大的均为M2林分，最小的均为M3林分。M2林分灰木莲的各项指标与M1林分均未表现显著差异。M2和M1林分灰木莲胸径和立木材积均显著大于M3林分，比M3林分分别高25.79%、72.06%和22.63%、61.98%。各混交林灰木莲的保存率和树高虽然均差异不显著，但也表现出M1林分和M2林分较为接近，略高于M3林分的特点。各林分中，杉木树高、胸径和立木材积最高的均为M1林分，最低的均为M3林分。M1林分杉木的各项指标与M2林分均未表现显著差异。M1林分杉木的树高、胸径和立木材积均显著大于M3林分和杉木纯林(CK)，3项指标比M3林分分别高35.07%、38.60%和143.08%，比杉木纯林分别高16.23%、18.06%和56.71%；M2林分杉木的树高、胸径和立木材积也均显著大于M3林分和杉木纯林，3项指标比M3林分分别高30.17%、36.46%和127.79%，比杉木纯林分别高12.01%、16.24%和46.86%；另外杉木纯林中杉木树高和胸径均显著大于M3林分，比M3林分分别高16.21%和17.40%。整体表现为M1和M2林分最优，杉木纯林次之，M3林分较差。另外随灰木莲比例上升，不同混交林中杉木生长量表现出明显的下降趋势。各林分总蓄积量表现最优的是M2林分, 显著大于杉木纯林(CK)，比杉木纯林高171.45%。

表 3显示，最大持水量、毛管持水量和总孔隙度3项指标表现最优的均为M3林分，其次为M2林分，M3林分的上述3项指标均显著大于M1林分和CK，比M1林分分别提高18.90%、18.57%和9.76%，比CK分别提高38.94%、38.13%和20.61%。M2林分田间持水量最大，显著大于M1林分和CK，比M1林分和CK分别高19.16%和36.76%。M3林分的毛管孔隙度最大，显著大于CK，比CK提高20.65%。不同林分非毛管孔隙度和通气度均表现为差异不显著。M3林分土壤容重最小，显著小于M1林分和CK，比M1林分和CK分别降低6.90%和11.82%。

表 4显示，不同林分林地土壤化学性质，林地土壤水解性氮、全氮和有机质含量最高的林分均为M3，M3林分的上述3项指标均显著大于M1林分和CK，3项指标比M1林分分别提高17.56%、22.22%和44.65%，比CK分别提高29.57%、41.94%和69.17%。有效磷和速效钾含量最高的均为M2林分，其2项指标均显著大于M1林分和CK，比M1林分分别提高32.68%和31.64%，比CK分别提高81.25%和53.66%。不同林分土壤有效硼含量和pH值差异不显著。整体来看土壤理化性质最优的林分是M3和M2林分，其次为M1林分，CK相对表现较差。

以不同比例杉木灰木莲混交林以及杉木纯林的生长情况(9个指标)、土壤理化性质(15个指标)共计24个评价指标进行主成分分析(表 5)，提取主成分2个，累计贡献率达96.749 1%，可以反应指标整体情况，使用2个主成分对不同比例杉木灰木莲混交林进行综合评价可行。从因子负荷量来看，第1主成分主要反映的是土壤理化性质相关的信息，第2主成分主要反映的是林木生长情况相关信息。以主成分对应的方差贡献率为权重可得2个主成分评分及综合评分计算公式。

各林分综合评分如表 6，各林分中综合评分最高的为M2，综合评分为56.45，比M3、M1及CK林分分别高19.34%、21.82%和74.98%；其次为M3和M1林分，2种林分综合评分较为接近，分别为47.30和46.34；评分最低的为CK(杉木纯林)。

参试各林分中，M2林分的林木生长情况和林地土壤理化性质均较好，整体表现最优，表明以70%杉木30%灰木莲的比例营造混交林具有较强可行性，且可以起到促进林木生长、提升林分蓄积量、改善土壤质量的作用，该混交比例及其配套造林抚育技术可以进一步在生产实践中中试推广。

水分、热量、空气、光照以及土壤是影响林木生长最重要的几个条件，不同林分生长量的差异必然是上述条件中的一或多个不同造成的^[25-26]。本研究中，不同林分位于同一坡面上，在水分、热量、空气条件方面差异较小，林木生长差异主要来自于林分中个体间在光照、空间以及养分方面的竞争以及林木自肥作用对林地土壤质量的影响。本次参试3种混交林中灰木莲树高均高出杉木5~7 m，林冠分层明显，形成灰木莲在上层，杉木在下层的复层混交结构。灰木莲比例较小(占比15%~30%)时，灰木莲株与株间距较大，相互间在空间、阳光、养分等方面几乎不存在竞争；但当比例较高(占比50%)时，灰木莲相互间枝条交叉现象常见，在空间、光照方面存在明显竞争，多数植株与其他混交林分中灰木莲生长量接近，少量植株出现被压现象，造成整体生长量低于其他灰木莲占比较低的混交林分。有研究指出杉木为中性偏阴的浅根性树种，具有一定的耐荫性，一定程度的遮光可能更有利于杉木的生长^[7-8]。但随着遮光程度的上升，杉木的生长量也会受到影响。这与本研究结果基本一致，本研究中灰木莲混交比例较低时(灰木莲比例15%~30%)，下层杉木在灰木莲遮荫、空间条件改善以及林地土壤质量改善的共同作用下，其树高、胸径和立木材积均显著大于纯林杉木；而在灰木莲混交比例达到50%的林分中，灰木莲遮光作用过强，造成靠近灰木莲的部分杉木获得的光照条件较差，生长量较低，林分整体生长表现不如其他林分。此外，漳州华安属杉木边缘产区(漳州厦门一带区县多数为边缘产区)^[21]，当地热量和平均气温明显高于杉木中心产区的南平、三明等地，适当的遮光势必造成林下温度的降低，为杉木生长创造接近中心产区的温度条件，这可能有利于下层杉木的生长

相比纯林，混交林改善土壤理化性质一个最主要原因是凋落物种类、数量的不同^[27]。一般认为针叶树的凋落物中含有较大比例难分解、疏水性强的芳香族化合物，造成凋落物分解速度较慢，而阔叶树的凋落物种则含有较大比例易变性、亲水性小分子化合物^[28-29]。本研究中，相比杉木纯林，杉木灰木莲混交林的凋落物种类发生了变化，其中含有较大比例亲水性小分子化合物的“高质量凋落物”^[29]数量增多，从侧面影响了微生物生物量及相关酶活性，加快了凋落物的分解速度，也加快了林分归还土壤养分的速度，进而改善了土壤理化性质，使树体获得更优渥的林地土壤条件^[28]。而不同混交比例下，灰木莲产生的凋落物量随着灰木莲比例的提高而增多，对林地的改善作用也随之增大。

本研究中M1林分杉木与灰木莲的各项生长指标与M2林分均未表现显著差异，但M2林分土壤理化性质指标明显优于M1，同时土壤条件最优的M3林分，其林木生长情况却不如M1和M2，这说明在林分郁闭度较大的情况下(本研究中各林分郁闭度均达95%以上)，林木种间种内竞争压力较大，光照和空间条件成为林木生长的关键因素，此时土壤条件的改善对林木生长的促进作用较小。此外，从综合评分来看，M3林分综合评分与M1较为接近，虽然M3林分由于其林木在光照、空间等方面竞争压力更大，林木生长情况不如其他林分，其杉木的生长情况甚至不如杉木纯林，但其林地土壤条件更为优渥，其林分生长潜力明显更大。目前各林分的郁闭度均达95%以上，不只M3林分，其它林分林木生长也已明显受到林木种间、种内竞争的负面影响，因此在未来1~2 a要实施间伐，通过间伐对林木种间、种内关系进行调整。间伐后，林木间相互遮光、枝干交错等现象减少，林内光照和空间条件改善，M3和M2林分林地土壤对林木生长的促进作用才会进一步表现出来，至于间伐后林分生长及土壤相关指标的变化情况还有待于进一步跟踪调查分析。