元謀干熱河谷區(qū)薪炭林造林樹種及模式研究*

路衛(wèi)華

(中國林業(yè)科學(xué)研究資源昆蟲研究所，云南 昆明650224)

元謀干熱河谷區(qū)位于金沙江中游，具有熱帶“飛地”的雅稱，氣候炎熱干燥，是云南省農(nóng)村能源極為匱乏的地區(qū)之一。據(jù)統(tǒng)計，該區(qū)農(nóng)村人口約12萬人，土地面積8．0×104hm2，約占元謀縣土地面積的40%，農(nóng)村能源資源量13 040 t標(biāo)準(zhǔn)煤，人均110．5 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，僅相當(dāng)于全國平均水平的1/4。目前，當(dāng)?shù)剞r(nóng)村的能源消費量為45 736 t標(biāo)準(zhǔn)煤，人均387．6 kg標(biāo)準(zhǔn)煤。在其能源結(jié)構(gòu)中，薪材資源量為4 040 t標(biāo)準(zhǔn)煤，約占能源資源總量的31%，而同期薪材消費總量占到了能源消費總量的53%左右。由于能源缺口大，導(dǎo)致部分農(nóng)民不得不通過扒草皮、挖樹根、剝樹皮等原始方式來彌補能源的不足，在一定程度上降低了森林的防護功能，同時也加劇了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境惡化的趨勢。為增加農(nóng)村能源資源，緩解生態(tài)惡化的局面，可為生物質(zhì)薪炭林的推廣提供依據(jù)。目前，元謀干熱河谷區(qū)薪炭林面積已逾1 000 hm2，并已產(chǎn)生初步效益，其相關(guān)造林技術(shù)措施得以初步完善［2～8］。近年來，已在當(dāng)?shù)亻_展薪炭林課題的試驗研究［1］，激發(fā)了群眾營造薪炭林的熱情。

1 研究區(qū)自然概況

元謀干熱河谷區(qū)地處滇中高原中北部，橫斷山的東部，位于金沙江一級支流龍川江的下游，其地理位置為北緯 25°23'～ 26°06'，東經(jīng) 101°35'～102°06'。河谷區(qū)平均海拔1 100～1 300 m，四周山體包圍形成一個封閉的河谷盆地，是我國最具代表性的金沙江干熱河谷之一。本區(qū)年均氣溫21．9℃，最高月 (5月)平均氣溫27．1℃，最低月 (12月)平均氣溫15．2℃，≥10℃的年有效積溫8 418℃。年均降水量613．8 mm，年蒸發(fā)量3 911．2 mm，是降水量的6倍多，年平均相對濕度為53%，一年之中最小相對濕度為零，為云南省最低。日照時數(shù)2 670 h，屬具有明顯的干濕季交替的亞熱帶季風(fēng)氣候類型，是云南最為干燥的地區(qū)。本區(qū)土壤類型多樣，主要為燥紅土，另有變性土、薄層土及紫色土。

2 材料與方法

2.1 參試樹種

元謀干熱河谷區(qū)薪炭林樹種選擇工作開始于2011年。先后對19個樹種進行了跟蹤調(diào)查研究，其中包括9個鄉(xiāng)土樹種和10個外引樹種，樹種有:蘇門答臘金合歡 (Acacia suma)、馬占相思(A．mangium)、 念 珠 相 思 (A．torulosa)、黑 荊(A．mearnsii)、圣誕 (A．dealbata)、山合歡 (Albizia kalkora)、香 須 (Al．odoratissima)、白 花 羊 蹄 甲(Bauhinia acuminate)、木豆 (Cajanus cajian)、鐵刀木 (Cassia siamea)、木麻黃(Casoarina equisetifolia)、泰國赤桉(Eucalyptus camaldulensis var．tailanthensis)、窿緣桉 (E．exserta)、檸檬桉 (E．citriodora)、赤桉(E．camaldulensis)、銀合歡 (Leucaena leucocephala)、苦楝 (Melia azedarach)、刺 槐 (Robinia pseudoacacia)和山毛豆 (Tephrosia candida)。但在本項研究中，以蘇門答臘金合歡、銀合歡、山合歡、山毛豆、木豆和赤桉6個樹種為對象，測算元謀干熱河谷區(qū)薪炭林的熱容量和熱能產(chǎn)值。

2.2 造林措施設(shè)計

2．2．1 育苗

根據(jù)元謀春季燥熱的特點，對種殼堅硬的種子如相思類，采用2次沸水浸種法，播種之日起，每日早晚各澆水1次。所用營養(yǎng)土配方為細土︰牛馬糞︰細沙︰磷肥 =60︰25︰10︰5，育苗袋育苗。此外，還完善了幼苗期覆蓋措施，在播種之后及時用稻草覆蓋，至幼苗出土?xí)r逐漸減薄，當(dāng)幼苗8～10 cm時全部除去覆蓋物。

2．2．2 不同整地方式對幼林生長的影響

采用撩壕和大塘2種整地方法，(1)撩壕整地，深度60～80 cm，底寬60 cm;(2)大塘整地，長度40 cm深40 cm，底寬35～40 cm。并以當(dāng)?shù)夭捎玫呐＠鐪献鳛閷φ?。參試樹種為赤桉、窿緣桉、蘇門答臘金合歡、馬占相思、念珠相思、黑荊、圣誕、銀合歡、香須、山合歡、刺槐。

2．2．3 造林

(1)不同株行距 (密度)對幼林生長的影響株行距設(shè)置0．5 m ×2．0 m，1．0 m ×2．0 m，1．5 m×2．0 m等3種;參試樹種為赤桉、木豆、銀合歡、山毛豆、蘇門答臘金合歡。

(2)不同定植時間對幼林生長的影響定植時間設(shè)置為夏至前后10天、小暑、大暑等3個時間段;參試樹種為赤桉、銀合歡、蘇門答臘金合歡。

(3)不同營養(yǎng)袋處理方式對幼林生長的影響營養(yǎng)袋有2種處理方式，營養(yǎng)袋不撕底部，撕掉營養(yǎng)袋底部。參試樹種為赤桉、隆緣桉、檸檬桉 、念珠相思、馬占相思、臺灣相思。

定植方法是選擇透雨 (回填土壤濕潤深度30 cm以上)天或雨后1～3天之內(nèi)，用撕去全部塑料膜的營養(yǎng)袋苗定植;庇護植物，采用木豆、山毛豆和車桑子等，與林木定植同時，在主行距間直接播種，2年后砍除。從間種到砍除行間間種植物，在此期間木豆等間種植物的高度和地徑的生長量分別為2．7 m和3．3 cm;赤桉、隆緣桉等林木高度和地徑的生長量分別為4．1 m和4．5 cm。

2.3 生物量和熱能產(chǎn)值測算

2．3．1 生物量測算

2011年11月，采用樣方法和標(biāo)準(zhǔn)木法比照進行。所謂樣方法，就是按照樣方面積100 m2，對選中的林分實行皆伐。伐樁高度設(shè)置10 cm、30 cm、50 cm等3個水平，以便進行萌發(fā)力的比較。標(biāo)準(zhǔn)木法，則是在林分調(diào)查的基礎(chǔ)上選取中等大小的植株，通常是3～5株，實施采伐。林木砍伐后在野外分別統(tǒng)計主干、枝條和樹葉各部分的鮮重，隨后各抽取樣品1．0 kg，帶回室內(nèi)風(fēng)干稱重，再粉碎、烘干 (105℃烘4 h)，分別計算出氣干材重和絕干材重。

2．3．2 熱能產(chǎn)值測算

熱能產(chǎn)值測算方法，見楊成源等“滇中高原及干熱河谷薪材樹種熱值研究”［9］。先用氧彈式熱量計測得主干、枝條和樹葉的低熱值，QDW=DDT-6W①，式中，QDW為薪材最低熱值 (J/g)，DDT為氧彈式熱量計測得的彈筒熱值 (J/g)，W為常數(shù)，數(shù)值上等于含水量。

而后根據(jù)生物量計算出單位面積薪炭林的熱能產(chǎn)值，公式為，QY=DDW×Wq②，式中，Wq為單位面積生物量氣干重。

3 結(jié)果與分析

3.1 參試樹種對薪炭林生物量和熱能產(chǎn)值的影響

3．1．1 不同樹種生物量的比較

參試樹種有19種，是不同年度、批次造林樹種累加的結(jié)果。表1中所列6種是第一批造林采納的樹種，其余13個樹種生物量將在后續(xù)表格中介紹。不同薪炭林樹種生物量的測算結(jié)果見表1和表2。赤桉、泰國赤桉、窿緣桉、檸檬桉、蘇門答臘金合歡、銀合歡6個樹種年平均生物量 (氣干材，下同)為3．0 t/a。木豆、山毛豆在水肥好的地帶，年均生物量為2．0 t/a。念珠相思、香須、山合歡、苦楝保存率雖高，但生物量比較低 (表4)。

表1 元謀不同薪炭林樹種生物量的比較Tab．1 Biomass comparison of different species of energy forest

3．1．2 不同樹種之間熱能產(chǎn)值比較

對赤桉等樹種的生物量、熱容量、熱能產(chǎn)量測算結(jié)果見表2。元謀干熱河谷區(qū)營造薪炭林，若以3年生投產(chǎn)，那么，首伐期5個樹種平均熱能產(chǎn)值為21．55 MJ/hm2(年平均為 7．18 MJ/hm2)。其中薪材13．05 MJ/hm2(年平均為 4．35 MJ/hm2)，細枝葉 2．77 MJ/hm2(年平均為 0．92 MJ/hm2)。此外落葉貯藏能量為5．47 MJ/hm2(年平均為1．82 MJ/hm2)。不同樹種純林比較，首伐期蘇門答臘金合歡和赤桉的熱能產(chǎn)值比較高，熱能產(chǎn)值分別達31．15 MJ/hm2(干︰枝︰葉 =5．63 ︰ 2．78 ︰ 1)和30．54 MJ/hm2(干︰枝︰葉 =5．95︰0．75︰1);其次為木豆和銀合歡，首伐期熱能產(chǎn)值分別為28．84 MJ/hm2和 22．66 MJ/hm2;而山毛豆熱能產(chǎn)值比較低，僅為7．25 MJ/hm2?；旖涣峙c純林比較，混交林顯示了較大的優(yōu)勢，如赤桉與蘇門答臘金合歡混交林首伐期熱能產(chǎn)值高達39．40 MJ/hm2(干︰枝︰葉 =7．08︰1．46︰1)。

表2 元謀薪炭林生物量和熱能潛力的比較Tab．2 Comparison on biomass and potential energy of energy forest in Yuanmou

薪炭林的熱能產(chǎn)值亦可看作是薪炭林對太陽輻射能的固定能力。由表2可測算出，元謀干熱河谷薪炭林固定太陽輻射能的能力為立木熱能產(chǎn)值+枯枝落葉熱能產(chǎn)值 =(7．18 MJ/hm2)+(1．82 MJ/hm2)=(9．00 MJ/hm2)。經(jīng)折算薪炭林固定太陽輻射能的能力為9 000 J/(m2·a)，相當(dāng)于該地區(qū)太陽輻射能641 800 J/(m2·a)的1．7%。據(jù)此，表3所列5個樹種比較，它們固定太陽輻射能的能力大小依次為赤桉、木豆、蘇門答臘金合歡、銀合歡、山毛豆。

3.2 不同造林因素對植株生物量的影響

3．2．1 整地對植株生長的影響

整地是為了給植株生長創(chuàng)造一個較好的環(huán)境。其作用的大小則取決于整地的深度和廣度。試驗結(jié)果 (表3)表明，隨著整地深度的增加，參試樹種的高度和直徑生長均有明顯的增加。撩壕、大塘和牛犁溝3種整地方式比較，撩壕整地效果比較明顯，大塘整地次之，牛犁溝整地效果最差。5個樹種3年生植株平均高生長量分別為撩壕內(nèi)3．26 m、大塘內(nèi)2．34 m、牛犁溝內(nèi)1．82 m;相應(yīng)的直徑生長量分別為撩壕內(nèi)2．14 cm、大塘內(nèi)1．52 cm和牛犁溝內(nèi)0．90 cm。

表3 不同整地方式植株生長量的比較Tab．3 Comparison on growth of the trees in different soil preparation patterns

從表4可以看出，以大塘整地為參照，在撩壕整地條件下，不同定植密度對10個樹種生物量的影響。在采用撩壕整地條件下，定植密度大 (每公頃10 000株)的林分，幼林單株生物量較小 (0．54 kg/株)，而單位面積生物量較大 (5．41 t/hm2)，而定植密度較小 (每公頃3 333株)的林分，幼林單株生物量較大 (0．56 kg/株)，而單位面積生物量較小 (1．85 t/hm2)。但在定植密度相同 (每公頃5 000株)的條件下，大塘和撩壕兩種整地方式比較，撩壕整地對促進植株生長、盡早郁閉成林有積極的作用。調(diào)查表明，在10個參試樹種中，撩壕整地下3年生林分的平均單株生物量和單位面積生物量，分別較大塘整地提高68．49%和98．11%(表4);而平均樹高和直徑，分別較大塘整地提高27．30%和42．60%(表3)。

表4 不同整地方式對薪炭林樹種生物量的影響Tab．4 Effects of different soil preparation patterns on biomass of energy forest species

3．2．2 定植節(jié)令對植株生長的影響

元謀干熱河谷的特點之一，就是樹木生長與雨水同步。因此，在雨水落地后應(yīng)不失時機地盡早造林，以使定植植株有較長的生長期和較高的抗逆性。實際造林結(jié)果 (表5、表6)表明，夏至節(jié)令前后造林，植株生長比較快，小暑節(jié)令次之，大暑節(jié)令造林植株生長量僅僅是夏至的1/2。不僅如此，不同節(jié)令的差異還將影響第2、3年的生長量，如蘇門答臘金合歡。

表5 不同定植節(jié)令1年生幼林高生長的比較Tab．5 Comparison on growth of the trees in different seasons for colonization m

表6 不同定植節(jié)令3年生蘇門答臘金合歡植株生長量的比較Tab．6 Comparison on growth of 3-year-old trees of Acacia suma in different seasons for colonization

3．2．3 定植方法對植株生長的影響

元謀干熱河谷造林，雖然都采用塑料袋苗，但在實際操作中卻通行著兩種辦法。(1)定植時僅撕去塑料袋底部;(2)撕去全部塑料袋。兩種方法實施，造林的效果差異是顯而易見的。以赤桉為例，用全部撕去塑料袋的苗木造林，成活率達95%，年底植株平均高為52．5 cm。而僅撕去地部的苗木造林，成活率僅70%，同齡植株平均高只有30．9 cm。

3．2．4 不同造林密度對植株生長的影響

元謀干熱河谷在長期人工造林的工作中，為了減少植株間的水分競爭，通常提倡“稀植造林法”。但在這種思想指導(dǎo)下，常常出現(xiàn)“造林不見林”的想象。究其原因，主要是輕視了森林對小氣候的調(diào)節(jié)功能。試驗結(jié)果 (表7)表明，元謀干熱河谷造林仍然需要適當(dāng)密植，使之盡早形成林地環(huán)境，以利于調(diào)節(jié)小氣候。

3種密度比較，桉樹類、馬占相思、念珠相思等定植密度以每公頃5 000株 (1．0 m×2．0 m)為宜;香須、銀合歡、蘇門答臘金合歡等以每公頃10 000株 (0．5 m ×2．0 m)為宜;黑荊、圣誕和刺槐以每公頃3 500株 (1．5 m ×2．0 m)為宜。此外，為促使林地環(huán)境早日形成，還應(yīng)在主行距間直播木豆，或山毛豆、車桑子。

表7 不同定植密度植株生長量的比較Tab．7 Comparison on growth of the trees in different colonization density

3.3 地形對薪炭林生長的影響

3．3．1 坡位對植株生長的影響

盡管元謀干熱河谷山地高差不大，但不同坡位的水熱狀況仍存在明顯差異。統(tǒng)計分析表明 (表8)，在坡上、中、下3個坡位上，赤桉的樹高和直徑生長量均有顯著差異，其中坡下位的生長量較高，中部次之，坡上部生長量僅為坡下部的1/2。

表8 不同坡位赤桉生長量的比較Tab．8 Comparison on growth of Eucalyptus camaldulensis in different slope positions

3．3．2 坡向?qū)χ仓晟L的影響

坡向不同所接受太陽輻射能的數(shù)量亦不相同。從而引起土壤水熱狀況的差異，影響植株的生長。根據(jù)試驗結(jié)果 (表9～11)，調(diào)查了6個樹種，坡向的差異對1年生植株影響比較大;檸檬桉、赤桉和銀合歡3個樹種生長量指標(biāo)進行調(diào)查，不同坡向?qū)?、3年生植株影響較小。原因主要是元謀干熱河谷相對高差較小，隨著林地環(huán)境的形成和自身調(diào)節(jié)功能的增強，使得不同坡向植株間的差異有縮小的趨勢。這里需要說明的是，表9～11中樹種數(shù)量和樹種不一致的原因在于，3個試驗不是在同一個年度內(nèi)實施，而是分3個年度進行的。

表9 不同坡向1年生植株生長量的比較Tab．9 Comparison on growth of 1-year trees in different slope directions

表10 不同坡向3年生植株生長量的比較Tab．10 Comparison on growth of 3-year trees in different slope directions

表11 不同坡向2年生植株生長量的比較Tab．11 Comparison on growth of 2-year trees in different slope directions

在此需特別說明，本次調(diào)查的造林地不是完整的坡面，主要分布在比較破碎的地形地貌上，并先后在不同的年度營造，實際調(diào)查對坡向的選擇很難完全一致。因此，在考察坡向?qū)α帜旧L的影響方面，只能針對不同的林齡級別進行初步對比，而無法在一個完整有序的設(shè)計區(qū)域內(nèi)實施系統(tǒng)的坡向分析。

4 結(jié)語

通過對元謀小橫山試驗林的多年跟蹤調(diào)查研究，從19個供試樹種中篩選出赤桉、泰國赤桉、檸檬桉、銀合歡、蘇門答臘金合歡、念珠相思等6個樹種為元謀干熱河谷區(qū)薪炭林的適宜樹種。3年投產(chǎn)，生物量 (氣干材)達9．0 t/hm2以上 (年平均3．0 t/hm2)，其中薪材7．65 t/hm2。適宜的造林措施如下。

(1)整地方式 以撩壕為佳，大塘其次。

(2)造林密度 桉樹類5 000株/hm2;銀合歡、蘇門答臘金合歡、念珠相思、山毛豆等10 000株/hm2。

(3)定植季節(jié) 夏至到大暑節(jié)令之間。

(4)定植方法 選擇透雨 (回填土壤濕潤深度30 cm以上)天或雨后1～3天之內(nèi)，用撕去全部塑料膜的營養(yǎng)袋苗定植。

(5)幼林庇護 在新造林地主行距間直接播種木豆，或山毛豆、車桑子，主要林木高度達到1．5～2．0 m時，再除去庇護 (間作)植物。

此外，作為荒山造林樹種選擇，除上述樹種外，香須、山合歡、絹毛相思、念珠相思等具有較強的適應(yīng)性，在褐紅壤、石質(zhì)土和膨脹土上均能正常生長。因此，在開展面上造林時，應(yīng)給予充分的重視。

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