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现有杉木林等高线更新性砍伐及营建效果研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-15  浏览次数:481
  摘 要:通过对现有杉木林采取等高线循序渐进砍伐套种细柄阿丁枫的经营技术措施,探讨了不同更新方式对更新树种细柄阿丁枫、保留树种杉木的生长效应,同时分析了不同更新方式形成的复合林分的土壤养分和物种多样性。结果表明,在现有杉木林中采取等高线循序渐进砍伐,套种细柄阿丁枫,培养更新层是有效、可行的途径,既可达到逐步更新的目的,又可以提高林分的抗逆性和稳定性,从而起到防止或减少水土流失的作用,值得在林业生产中进一步推广应用。
  关键词:更新造林;杉木;细柄阿丁枫;经营效果
  中图分类号 S79 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2015)10-116-04
  中国是世界上人工造林面积最大的国家,据联合国粮农组织(FAO)统计,2000年全球人工林面积为18 673.3万hm2,其中中国人工林面积为4 508.3万hm2,占世界人工林总面积的24.1%,居各国之首。1990-2000年世界人工林面积每年以445.8hm2的速度在增加,特别是亚洲国家的人工林增长的速度最快,对减缓森林面积的减少起到了很大的作用[1]。但长期以来,由于造林多采取大面积皆伐方式,造成了严重的水土流失。据俞新妥等研究:人工大面积皆伐后,采取炼山造林引起严重水土流失,第一年径流量和泥沙量分别为2 743.29m3/hm2和24.81t/hm2,但随着时间推移,林地覆盖状况变化,水土流失逐渐减少,至第3年年径流量及冲涮量分别降至1 757.38m3/hm2和1.871t/hm2,有林地覆盖下的水土流失明显下降[2]。如何科学地经营人工林,持续地发挥人工林的多种效益是目前迫切需要解决的问题。为了防止或减少大面积皆伐引起的水土流失的现实问题,同时能够顺利进行更新,有学者提出了有林覆盖下更新造林方式[3],引起了广泛的重视。为此,笔者在福建省沙县官庄国有林场现有杉木林中开展了水平等高线间伐及更新宽度的试验研究,以期探索一条有林覆盖下更新及有效防止或一定程度上减少水土流失的造林方式,为现有林更新提供有价值的理论依据和可借鉴的林业生产实践经验。
  1 试验地概况
  试验林建立在福建省沙县官庄国有林场白溪工区14林班27大班6小班。位于福建省沙县(26°6′~26°46′N,117°32′~118°6′E)境内。沙县属中热带大陆性兼海洋性季风气侯区,年平均气温19.2℃左右,年平均降水量1 780mm,空气相对湿度81%左右,霜日16~23d,霜期79~84d。林地属较肥沃立地类型。试验地海拔160~380m的丘陵地,试验林为1989年春营造杉木纯林,造林密度3 086株/hm2,常规经营管理,1997年间伐1次。
  2 试验方法
  2.1 试验设计 2005年在18年生杉木(Cunninghamia lanceolata)林中按照试验设计进行更新性间伐,间伐后在砍伐带内进行林地清理,在中间种植更新树种细柄阿丁枫(Altingia gracilipes Hemsl)。试验共设4个水平,即:(1)按照等高线间伐1行(带宽约3.6m)保留1行,在间伐行中间挖穴(穴规格50cm×40cm×40cm,下同)按照2m株距,栽植细柄阿丁枫(1年生实生苗,苗木来源于福建省尤溪国有林场,下同)(代号K1L1);(2)按照等高线间伐2行保留1行(带宽约5.4m),在间伐株行中间挖穴,按照2m株距,栽植细柄阿丁枫(代号K2L1);(3)按照等高线间伐3行保留1行(带宽约7.2m),在间伐株行中间挖穴,按照2m株距,栽植细柄阿丁枫(代号K3L1);(4)不间伐、不更新(ck)。采取随机区组试验设计,3次重复,每小区面积400m2(20m×20m)。
  2.4 土壤养分状况分析方法 在各标准地按“S”形布点分别取0~20cm、20~40cm土层采集土样,各处理土样带回室内按不同层次混合后供分析测定,每个样品重复5次。土壤有机质用硫酸重铬酸钾法;全氮用蒸馏法;水解性氮用扩散法;全磷用钼锑抗比色法;速效磷用盐酸——氟化铵消化法;速效钾用四苯硼钠比浊法[6]。
  3 结果与分析
  3.1 更新树种生长状况分析 从表2可以看出:更新树种细柄阿丁枫在不同处理中生长存在差异,细柄阿丁枫造林保存率从大到小依次为:K1L1>K2L1>K3L1,平均胸径生长量从大到小依次为:K2L1>K1L1>K3L1,平均树高生长量从大到小依次为:K1L1>K2L1>K3L1。表明不同更新带宽度对细柄阿丁枫生长状况有影响,但无论是造林保存率,还是平均胸径、平均树高,并不随着更新带宽度的增加或减少呈规律性变化,而是有一个适宜的区间,这与更新树种的生物学特性及生态环境的变化有关。从表2中可知:细柄阿丁枫10年生平均胸径K2L1比K1L1、K3L1分别增加13.6%和18.0%,平均树高K2L1比K1L1降低1.80%,比K3L1增加4.0%。K2L1现有林分中细柄阿丁枫保存株数156株/hm2左右,平均胸径7.87cm,年平均生长量0.79cm/a,平均树高7.07m,年平均生长量0.71m/a,立木材积28.877 2m3/hm2,林分生长状况良好,处于林分亚林层,与上层杉木林形成层次明显,板块分明的镶嵌体,已经发育成为更新性演替层。表明基于更新层培育采取K2L1处理更新经营模式较适宜。即18年生杉木林砍伐2行,保留1行杉木,更新带宽度5.4m,比较适宜细柄阿丁枫的生长发育,这种更新的经营措施是可行的。等高线带状砍伐,可以利用已有的杉木带拦截、滞留降雨,避免较大的径流产生,防治或减少水土流失,同时能够有限度的释放空间,为更新树种正常的生长发育提供所需要的光照、水分和营养物质。
  本试验选择18年生杉木林作为更新林分,林分平均胸径13.6cm,平均树高13.1m,冠幅3.3~3.8m,郁闭度0.9m左右,砍伐一带,带宽仅3.6m左右,此时杉木平均冠幅3.3~3.8m,显然释放空间有限,虽然K1L1处理栽植细柄阿丁枫造林成活率较高,但营养空间有限,不利于细柄阿丁枫正常生长发育;K3L1处理砍伐3带,更新宽度7.2m,释放空间较大,更新宽度增加,容易产生径流距离,造成水土流失,而且细柄阿丁枫幼龄时较耐阴,在光照较强时,早期造林成活率较低,高径生长受制约,失去竞争基础,随着保留下来的杉木冠幅延伸、扩展,以至细柄阿丁枫将长期处于被压状态。
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  3.2 保存杉木生长效应分析 18年生杉木林正处于杆材快速生长阶段[7],需要一定营养空间。现有杉木林经过一次间伐,但保存密度仍然较大,林分郁闭度0.90左右,林分已经再次郁闭。不间伐ck处理,因为自然稀疏的原因较原来立木株数有所减少,但其现存与K1L1、K2L1 和K3L1比分别增加84.5%、177.9%和259.7%。密度是林分培育中一个重要因子,直接影响林分对光能利用率及对土壤营养与水肥的吸收状况,从而影响林分生产力[8]。从表3中可知:不同处理试验后10a,杉木(28年生时)平均胸径增加值都随着经营密度的降低而增大,从大到小依次为:K3L1>K2L1>K1L1>ck;平均树高增加值也存在同样规律,但表现并不明显。高径生长和株数对林木材积生长影响较大;林分蓄积量ck比K1L1、K2L1和K3L1分别增加66.9%、106.2%和146.3%,显然这是由于ck处理保存杉木株数较多的缘故。在经济建设和人民生活中不同木材规格都有需求,但大径材无论质量和数量到目前为止,乃至今后相当长的时期内都比较匮乏,培育优质大径材是林业生产中迫切需要且经济效益较高的经营目标。
  从表4、5中不同处理单株材积方差分析和多重比较中可以看出,不同处理间单株材积生长达到极显著差异水平[F=12.84>F0.01(3,6)=9.78],经多重比较,K3L1与对照(ck处理)比均达到极显著差异水平,K3L1与K1L1,K2L1、K1L1与对照比均达到显著差异水平,其他处理间均未达到显著差异水平。K3L1与K2L1、K1L1和ck比单株材积分别增加8.52%、13.80%和46.7%,表明K3L1有利于培育大径材。
  3.3 土壤养分状况分析 现有杉木林采用不同处理砍伐后栽植细柄阿丁枫,林分生长环境发生了深刻变化,对土壤肥力产生了影响。土壤养分状况是评价土壤肥力的主要指标,表6是不同处理土壤养分状况的测定结果。从表6中可知,不同处理土壤养分状况存在差异。各处理中有机质、全氮、全磷含量从高到低均为K2L1>K3L1>K1L1>ck,K2L1有机质、全氮、全磷含量比ck处理分别增加31.0%、45.5%和23.3%;水解性氮、速效磷、速效钾含量从高到低排序有所不同,表现为:K2L1>K3L1>K1L1>ck,K2L1水解性氮、速效磷、速效钾含量比ck分别增加28.3%、8.9%和7.9%。表明不同处理土壤养分状况存在差异,砍伐后栽植细柄阿丁枫对土壤养分状况产生了影响,土壤养分含量不仅没有降低,而且有一定程度地提高。这表明,等高线更新性砍伐套种细柄阿丁枫降低了因为皆伐引起水土流失的风险,更为可贵的是调整了林分结构,有利于培育杉木大径材,林分的稳定性和抗逆性得到了提高。闽西北林区由于地势陡峭、雨量大,容易水土流失,导致土壤养分大量淋失,造成地力下降,不利于林地的可持续经营,
  3.4 林分林下物种多样性分析 物种多样性是生物多样性的主要组成层次,采用不同的砍伐方式更新细柄阿丁枫对物种多样性有影响,不同处理的物种多样性调查与计算结果见表7。从表7可以看出:不同处理各层次的种数和个体数都不同,差异明显。K1L1、K2L1、K3L1处理与ck处理比,物种数分别为7种、28种、和12种,总个体数分别增加46.8%、140.2%和187.6%。K2L1增加物种数最多、K3L1个体数增加最多。在不同处理中均出现的物种有6种,而在砍伐栽植细柄阿丁枫3种处理种均出现的物种共有4种,K3L1与K2L1处理种出现的共有种有8种,而K3L1与K1L1处理中出现的共有种只有4种,表明不同处理物种组成和相似程度变化较大。考虑到林分相对稳定和逐步更新的原则,K2L1处理更为适宜。K2L1林下物种丰富度S指数分别为49,SP指数分别为3.865 3,与ck处理比,物种丰富度(S)和多样性Simpson指数(SP)均有增加,表达均匀性指标的Jsp高于ck处理。表明现有杉木林砍伐后栽植细柄阿丁枫显著提高了林分的物种丰富度和多样性指数,均匀度也有提高,形成了空间的异质性,有利于保护林分的稳定性和抗逆性。
  4 结论与讨论
  (1)水土流失是当前普遍存在的生态问题,林业生产过程中不当的经营措施(如大面积皆伐、炼山造林)是引起林地水土流失的主要原因之一。在现有杉木林中采取等高线循序渐进砍伐,套种细柄阿丁枫,培养更新层是有效的途径。
  (2)不同的更新方式对更新树种细柄阿丁枫生长有影响。试验结果表明:细柄阿丁枫造林保存率从大到小依次为:K1L1>K2L1>K3L1,平均胸径生长量从大到小依次为:K2L1>K1L1>K3L1,平均树高生长量从大到小依次为:K1L1>K2L1>K3L1。采取K2L1处理更新经营模式较适宜。K2L1现有林分中细柄阿丁枫保存株数156株/hm2左右,平均胸径7.87cm,年平均生长量0.79cm/a,平均树高7.07m,立木材积28.877 2m3/hm2,林分生长状况良好,处于林分亚林层,与上层杉木林形成层次明显,板块分明的镶嵌体,已经发育成为更新性演替层。
  (3)不同的更新方式对保存杉木的生长有促进作用,有利于培育杉木大径材。试验结果表明:杉木(28年生时)平均胸径增加值都随着经营密度的降低而增大,从大到小依次为:K3L1>K2L1>K1L1>ck;平均树高增加值也存在同样规律,但表现并不明显。经方差分析和多重比较,K3L1与对照(ck处理)比达到极显著差异水平,K3L1与K1L1,K2L1、K1L1与对照比均达到显著差异水平,其他处理间均未达到显著差异水平。K3L1与K2L1、K1L1和ck比单株材积分别增加8.52%、13.80%和46.7%;K3L1有利于培育大径材。
  (4)不同的更新方式形成的复合林分的土壤养分和物种多样性存在差异。各处理中有机质、全氮、全磷含量从高到低均为K2L1>K3L1>K1L1>ck,K2L1有机质、全氮、全磷含量比ck处理分别增加31.0%、45.5%和23.3%;水解性氮、速效磷、速效钾含量从高到低排序有所不同,表现为:K2L1>K3L1>K1L1>ck,K2L1水解性氮、速效磷、速效钾含量比ck分别增加28.3%、8.9%和7.9%。不同处理各层次的种数和个体数都不同,差异明显。K1L1、K2L1、K3L1处理与ck处理比,物种数、总个体数都有不同程度提高。K2L1林下物种丰富度S指数49,SP指数3.8653,与ck处理比,物种丰富度(S)和多样性Simpson指数的均匀性指数Jsp均高于ck处理,显著提高了林分的物种丰富度和多样性指数,均匀度也有所提高,形成了空间的异质性,有利于保护林分的稳定性和抗逆性。
  参考文献
  [1]雷加富.中国森林资源报告[M].北京:中国林业出版社,2005:171.
  [2]俞新妥,杨玉盛,何智英,等.炼山对杉木人工林生态系统影响I炼山初期林地水土流失的初步研究[J].福建林学院学报,1989,9(3):238-245.
  [3]盛炜彤.恒被林及其育林体系[J].世界林业研究,2001,14(3):18-22.
  [4]Pielou EC.数学生态学引论[M].卢泽遇,译.北京:科学出版社,1978.
  [5]梁璇,刘萍,徐正春.不同类型城市森林的林下植物多样性研究[J].华南农业大学学报,2015,36(2):69-73.
  [6]中科院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上海科技出版,1978.
  [7]中国树木志编委会.中国主要树种造林技术[M].北京:农业出版社,1976.
  [8]洪伟.闽北马尾松人工林密度控制研究[J].生物数学学报,1997,12(2):135-142.
  (责编:张宏民)
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