撫育間伐對(duì)杉木單株生物量生長的影響

汪 麗，歐陽俊，賀 勇

(1.湖南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院,長沙 410007；2.湖南省林業(yè)廳，長沙 410004)

我國現(xiàn)有中幼齡林面積1.05億hm2，占林分總面積的65%[1]。長期以來，由于沒有大力開展森林撫育等森林經(jīng)營方面的工作，林木生長不良，質(zhì)量低下，病蟲害頻發(fā)，嚴(yán)重影響了森林的質(zhì)量和森林生態(tài)功能的發(fā)揮。撫育間伐作為森林經(jīng)營的主要措施，影響到森林的多個(gè)方面，包括林分生長、總收獲量、林分結(jié)構(gòu)、生物多樣性和土壤因子等，它為林木創(chuàng)造良好的生長環(huán)境， 提高了林木質(zhì)量， 改善了森林的生態(tài)功能[2]。目前，對(duì)森林撫育和杉木的研究頗多[3-17]，但撫育間伐對(duì)杉木生物量的影響研究較少。本文結(jié)合林業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，以杉木為研究對(duì)象，探索撫育間伐對(duì)其生物量的影響，對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化杉木的空間結(jié)構(gòu)布局，提高杉木林的生態(tài)效益和生產(chǎn)力具有重要意義。

1 研究地概況

從2011年起，在湖南建立了16個(gè)杉木監(jiān)測樣地，其中8個(gè)為進(jìn)行了撫育間伐的撫育樣地，8個(gè)為對(duì)照樣地。每年采用標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查方法進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測對(duì)象為杉木中齡林和近熟林。監(jiān)測樣地情況見表1。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 監(jiān)測樣地選建

在監(jiān)測試驗(yàn)地，建立固定標(biāo)準(zhǔn)樣地和對(duì)照樣地，樣地面積為666.67 m2，并用GPS定位儀詳細(xì)測定樣地經(jīng)緯度、海拔，觀測記錄坡向、坡度、土壤類型、林分郁閉度等環(huán)境因子。在樣地內(nèi)，按標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查表逐項(xiàng)調(diào)查填寫各項(xiàng)調(diào)查內(nèi)容，分別進(jìn)行每木檢尺和紅色油漆標(biāo)號(hào)，填寫每木檢尺記錄表，起測胸徑為5 cm。每木劃分生長級(jí)(I—優(yōu)勢木、II—亞優(yōu)勢木、III—平均木、IV—被壓木、V—嚴(yán)重被壓木)，記錄枯死和斷稍等情況。固定標(biāo)準(zhǔn)地選取完畢后掛“湖南省國家森林撫育補(bǔ)償試點(diǎn)成效監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)樣地和對(duì)照樣地”的牌子，樣地的四角埋設(shè)界樁，標(biāo)明樣地編號(hào)與測量時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)樣地按技術(shù)要求進(jìn)行撫育，對(duì)照樣地不撫育。

表1 湖南省森林撫育補(bǔ)貼試點(diǎn)效益監(jiān)測樣地基本情況地點(diǎn)樣地類型編號(hào)樣地面積/m2海拔/m郁閉度林齡/a攸縣撫育A125 8×25 84670 816對(duì)照A225 8×25 84580 816蘇仙區(qū)撫育B130 0×20 010840 713對(duì)照B230 0×20 010760 713蘇仙區(qū)撫育C130 0×20 012440 713對(duì)照C230 0×20 012360 713撫育D130 0×20 02930 812金洞區(qū)對(duì)照D230 0×20 02910 812撫育E130 0×20 03900 713對(duì)照E230 0×20 04170 713瀘溪縣撫育F133 3×20 06390 721對(duì)照F233 3×20 06400 721撫育G130 0×20 0752 90 815岳陽縣對(duì)照G230 0×20 0761 40 815撫育H122 5×20 0636 30 814對(duì)照H230 0×20 0649 20 814

2.2 監(jiān)測指標(biāo)

森林撫育監(jiān)測的主要內(nèi)容是森林結(jié)構(gòu)、森林生物量、林分蓄積量、森林碳匯功能、林內(nèi)生物多樣性等方面的變化。監(jiān)測的主要指標(biāo)是喬木層胸徑、樹高、蓄積量、生物量，各監(jiān)測指標(biāo)具體計(jì)算如下：

1)林分平均胸徑

式中：Dg為林分平均胸徑，di為第i株林木的胸徑,n為樣地內(nèi)林木總株數(shù)。

2)林分平均高

3)蓄積量

M=n×V平

V平=g1.3(h+3)×fc

式中：M為林分蓄積量，V平為林分平均木蓄積，fc為林分平均木實(shí)驗(yàn)形數(shù)(f杉=0.42)，g1.3為林分平均木胸高斷面積，h為林分平均木樹高，n為林分內(nèi)林木總株數(shù)。

4)生物量

生物量主要采用《國家森林資源連續(xù)清查湖南省第六次復(fù)查》建立的生物量模型和參數(shù)計(jì)算：

W=a(D2H)b

式中：W為生物量(干質(zhì)量/kg)，D為胸徑(cm)，H為樹高(m)；模型參數(shù)取值為：a=0.023，b=0.992；相關(guān)系數(shù)為0.975，平均相對(duì)誤差為9.6%。

3 結(jié)果與分析

3.1 撫育對(duì)單株生物量生長的影響

各地區(qū)監(jiān)測樣地2011年至2015年杉木單株生物量生長監(jiān)測結(jié)果見表2，從表中可知，在各試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，不同的處理林分單株生物量年均生長量均有不同程度的增加，每組試驗(yàn)區(qū)撫育樣地杉木單株生物量生長量明顯大于對(duì)照樣地。撫育樣地林分單株生物量年均生長量A1最高為15.14 kg/a，單株生物量年均生長量排序?yàn)锳1>D1>H1>G1>B1>E1>C1>F1；對(duì)照樣地杉木單株生物量生長量A2最高為12.68 kg/a，單株生物量年均生長量排序?yàn)锳2>D2>H2>B2>G2>E2>C2>F2。在相同試驗(yàn)區(qū)，杉木單株生物量年生長量在撫育與對(duì)照處理之間排序存在差異，此排序與林木單株材積生長量大體一致，只在蘇仙區(qū)和岳陽縣這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)之間存在不同。杉木單株生物量年均生長量撫育與對(duì)照的差值岳陽縣最大為4.8 kg/a，瀘溪縣最低為0.78 kg/a。由此可見，撫育對(duì)杉木單株生物量的增長具有明顯的促進(jìn)作用，原因是撫育間伐增加了保留木的營養(yǎng)空間，改善了光照條件，剔除了不良木，促進(jìn)了直徑的生長，而直徑大小是單株生物量的主要決定指標(biāo)，在單株生物量計(jì)算公式中，胸徑與生物量呈正平方關(guān)系。通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，撫育對(duì)杉木單株生物量與對(duì)單株材積的影響類似。

表2 監(jiān)測樣地單株生物量樣地編號(hào)單株生物量/kg2011年2015年年均生長量/(kg/a)撫育樣地-對(duì)照樣地/(kg/a)A142 28102 8315 142 46A239 0189 7212 68B113 3252 749 852 96B212 9540 526 89C120 5541 265 182 05C222 1134 653 13D146 2298 2913 024 73D244 8277 978 29E165 21103 069 464 7E258 7277 754 76F136 4749 583 280 78F235 2345 222 5G152 7293 2410 134 49G251 674 155 64H171 61119 7512 044 8H267 4796 427 24

從表3可以看出，2011年P(guān)值為0.832，大于0.05，撫育樣地和對(duì)照樣地的杉木單株生物量無顯著差異；2015年P(guān)值為0.041 8，小于0.05，撫育樣地和對(duì)照樣地的杉木單株生物量存在顯著差異。由此可見，撫育間伐能顯著提高杉木的單株生物量，是因?yàn)樯锪繘Q定于植物根、莖、葉的生長情況，撫育措施使林內(nèi)光照空間增大，環(huán)境條件得到改善，同時(shí)提高了林木胸徑的生長，促進(jìn)了林木根、莖、葉得到良好的生長空間，從而使單株生物量得到提升。

表3 撫育前后樣地單株生物量方差分析年份單株生物量/kg撫育樣地對(duì)照樣地P值201143 55±20 1541 49±18 210 8330201582 59±23 2567 05±19 110 0418

3.2 撫育對(duì)單株生物量連年生長的影響

從圖1的各圖可看出，撫育試驗(yàn)后的第一年(2012年)，各試驗(yàn)地單株生物量連年生長量撫育樣地均明顯高于對(duì)照樣地。圖1(a)顯示，攸縣2012年到2013年撫育樣地與對(duì)照樣地單株生物量連年生長量波動(dòng)不大，而后兩年，曲線A1和A2逐漸相交；圖1(b)顯示，蘇仙區(qū)曲線B1和B2均呈上升趨勢，2014年對(duì)照樣地B2開始呈轉(zhuǎn)折性下降；圖1(c)中，C1和C2均成下滑趨勢，不過C2較C1變化平緩；圖1(d)中，D1在2012后逐年下降，D2變化平緩；圖1(e)中，E1和E2前兩年走勢都比較平緩，而E1在2013年到2014年急劇下降，最后兩者相差不大；圖1(f)，兩條曲線均平緩下降直至兩者差距不大；圖1(g)和(h)中對(duì)照樣地G2和H2變化都比較平緩，而G1在2012到2013年曲線平滑后兩年成直線下降趨勢，H1在2011到2015年都呈平穩(wěn)下滑趨勢。

圖1 單株生物量連年生長量

續(xù)圖1 單株生物量連年生長量

與撫育對(duì)杉木材積生長的影響類似，杉木生物量的連年生長量也受到胸徑的累積增長和撫育對(duì)胸徑的促進(jìn)作用逐年下降的共同影響，胸徑的累積增長會(huì)使杉木生物量增加，而撫育對(duì)胸徑促進(jìn)作用的逐年減弱又會(huì)使杉木生物量減少，具體到不同的樣地和不同的年份，這兩種作用的大小不同，導(dǎo)致杉木杉木生物量的變化曲線呈現(xiàn)多種形態(tài)。

4 結(jié)論

通過研究表明，撫育間伐對(duì)杉木人工林生物量的生長具有明顯的促進(jìn)作用，通過此次試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：

1) 在相同試驗(yàn)區(qū)，杉木單株生物量年生長量在撫育和對(duì)照處理之間存在顯著差異。撫育樣地林分單株生物量年均生長量A1最高為15.14 kg/a，單株生物量年均生長量排序?yàn)锳1>D1>H1>G1>B1>E1>C1>F1；對(duì)照樣地杉木單株生物量生長量A2最高為12.68 kg/a，單株生物量年均生長量排序?yàn)锳2>D2>H2>B2>G2>E2>C2>F2。

2)杉木因其具有速生、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)，湖南各地均大面積種植，但從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，并不是所有地區(qū)都適宜杉木生長，像試驗(yàn)地中攸縣、蘇仙區(qū)、金洞區(qū)的杉木生長較快，但岳陽地區(qū)生較為緩慢；有的縣不同區(qū)域的杉木生長狀況也不一樣，像蘇仙和金洞，樣地1和樣地2的杉木生長狀況差別很大。因此，各地選擇樹種還是要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際自然環(huán)境，遵循適地適樹的原則，選擇適合當(dāng)?shù)厣L的樹種，不要盲目追求速生和覆蓋率，要增加造林樹種多樣性和混交比例，提高森林產(chǎn)量和質(zhì)量。

[1] 國家林業(yè)局森林資源管理司.第八次全國森林資源清查及森林資源狀況[J].林業(yè)資源管理，2015(1)：1-8．

[2] 雷相東，陸元昌，張會(huì)儒，等.撫育間伐對(duì)落葉松云冷杉混交

林的影響[J].林業(yè)科學(xué)，2005，41(4):78-85．

[3] 辛力.森林撫育對(duì)不同林分類型結(jié)構(gòu)及健康的影響研究[D].咸陽：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2011．

[4] 沈國舫.森林培育學(xué)[M].北京:中國林業(yè)出版社，2011．

[5] 李巍巍.我國森林培育與經(jīng)營管理探討[J].科技向?qū)В?012(10):304．

[6] 洪彥軍.小隴山林區(qū)人工林近自然森林經(jīng)營模式試驗(yàn)成效分析[J].甘肅科技，2009，25(5):133-135，158．

[7] 李榮，張文輝，何景峰，等.不同間伐措施對(duì)遼東櫟幼苗自然更新及生長狀況的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，39(1):52-60．

[8] 惠剛盈，胡艷波.混交林樹種空間隔離程度表達(dá)方式的研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2001，14(1):23-27．

[9] 張先儀，盛煒彤，鄧宗付，等.杉木幼林不同撫育方法的效果評(píng)價(jià)[J].林業(yè)科學(xué)研究，1996(4)：394-398．

[10] 俞新妥.杉木栽培學(xué)[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，1997：124-137．

[11] 林開敏，黃寶龍.杉木幼林撫育技術(shù)的綜合詩人和決策[J].林業(yè)科學(xué)，2001，37(5)：49-56．

[12] 應(yīng)金花.用于杉木幼林撫育的化學(xué)除草劑配方優(yōu)化研究[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，21(1)：72-75．

[13] 鄭長瑞.不同經(jīng)營措施對(duì)杉木幼林生長的影響[J].亞熱帶水土保持，2013，25(2)：23-30．

[14] Olajuyigbe S，Tobin B，Saunders M，Nieuwenhuis M． Forest thinning and soil respiration in a Sitka Spruce forest in Ireland[J].Agricultural and Forest Meteorology，2012，157：86-95．

[15] Truax B,Gagnon D.Effects of straw and black plastic mulching on the initial growth and nutrition lf butternut，white ash and bur oak[J].Forest Ecology and Management，1993，57(1-4):17-27．

[16] Newton PF,Jolliffe PA. Above-ground dry matter partitioning，size variation，and competitive processes within second-growth Black spruce stands[J].Can.J.For.Res.，1993，23:1917-1929．

[17] Nilsson U,Albrektson A. Productivity of neekles and allocation of growth in young Scots pine trees of different competitive starus[J].For.Ecol.Manage.，1993，62:173-187．